[發(fā)明專利]基于補(bǔ)氣增焓循環(huán)的低壓比工況熱泵系統(tǒng)及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011382695.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112484357B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳建華;李澳特;雷博雯;李佳宸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): F25B49/02
• 分類號(hào): F25B49/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

本發(fā)明提出一種基于補(bǔ)氣增焓循環(huán)的低壓比工況熱泵系統(tǒng)及其控制方法，解決現(xiàn)有低壓比工況下的熱泵系統(tǒng)存在排氣溫度較低，從而影響壓縮機(jī)可靠性和制冷劑充注量的問(wèn)題。該低壓比工況熱泵系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、冷凝換熱器、第一節(jié)流元件、第二節(jié)流元件、蒸發(fā)換熱器和經(jīng)濟(jì)器；熱泵系統(tǒng)內(nèi)充注有制冷劑和潤(rùn)滑油；壓縮機(jī)的出口與冷凝換熱器的進(jìn)口相連，冷凝換熱器的出口管路分為兩路，一路通過(guò)第一節(jié)流元件與經(jīng)濟(jì)器的冷端入口相連，另一路與經(jīng)濟(jì)器的熱端入口相連；經(jīng)濟(jì)器的冷端出口與壓縮機(jī)的補(bǔ)氣口相連，進(jìn)行補(bǔ)氣；經(jīng)濟(jì)器的熱端出口依次通過(guò)第二節(jié)流元件、蒸發(fā)換熱器與壓縮機(jī)的入口相連；經(jīng)濟(jì)器換熱面積為原經(jīng)濟(jì)器換熱面積的1.2?2倍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于制冷領(lǐng)域，具體涉及一種基于補(bǔ)氣增焓循環(huán)的低壓比工況熱泵系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，節(jié)能環(huán)保已成為制冷與空調(diào)行業(yè)的發(fā)展主題。其中，采暖熱泵系統(tǒng)主要采用HCFC22、HFC410A等作為系統(tǒng)的工質(zhì)。但是，該類制冷工質(zhì)排放到大氣中會(huì)產(chǎn)生臭氧層破壞問(wèn)題，因此，HCFC類制冷劑已進(jìn)入淘汰階段?；诃h(huán)保性、安全性、經(jīng)濟(jì)性及能效轉(zhuǎn)換能力等多目標(biāo)約束下，可替代制冷劑的種類越來(lái)越少。天然制冷劑丙烷(R290)具有零臭氧消耗潛值(ODP)、極低的全球變暖潛值(GWP)、對(duì)環(huán)境友好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)制冷劑的選擇之一。但是，丙烷的物理、化學(xué)性質(zhì)具有天然的局限性。

相對(duì)于氟利昂制冷劑而言，丙烷(R290)制冷劑具有絕熱指數(shù)小、排氣溫度和排氣過(guò)熱度低等特點(diǎn)。亞熱帶地區(qū)冬季氣溫平均在0℃以上，制熱循環(huán)中壓縮機(jī)運(yùn)行壓比小，丙烷(R290)制冷劑排氣溫度和排氣過(guò)熱度低的特點(diǎn)更加明顯。丙烷(R290)較低的排氣過(guò)熱度影響了丙烷(R290)在高背壓壓縮機(jī)油池中的溶解度，以及R290/潤(rùn)滑油混合物的粘度，進(jìn)一步影響壓縮機(jī)的可靠性和熱泵系統(tǒng)中制冷劑的充注量。

以房間空調(diào)器和熱泵為代表的循環(huán)系統(tǒng)多采用高背壓旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。不同于低背壓旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，高背壓旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的油池處在高溫高壓的殼體內(nèi)部。制冷劑在油池中大量溶解，導(dǎo)致其工作時(shí)的混合物粘度與純油粘度相差很大。為了保證旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)內(nèi)部各摩擦副的支撐作用，油池混合物的工作粘度必須達(dá)到最小需求的粘度。在此之上，更高的粘度則會(huì)導(dǎo)致油膜剪切應(yīng)力增加，產(chǎn)生更高的粘性阻力損失，降低壓縮機(jī)效率。

作為現(xiàn)有技術(shù)公知，R290空調(diào)器及熱泵系統(tǒng)所用的潤(rùn)滑油主要包括與R290制冷劑完全互溶的礦物油(MO)、多元醇酯類合成油(POE)及與R290部分互溶的聚乙二醇類合成油(PAG)。相比較部分互溶性潤(rùn)滑油，完全互溶的潤(rùn)滑油系統(tǒng)回油特性更好，對(duì)換熱器的換熱性能影響更小，但R290在油池的高溶解度會(huì)使油池中混合物的粘度大幅度下降。同時(shí)，采用完全互溶的潤(rùn)滑油，不利于降低R290制冷劑的充注量。盡管R290制冷劑在部分互溶性潤(rùn)滑油溶解度小，但由于R290壓縮機(jī)排氣溫度低的緣故，仍然超過(guò)最大限度的溶解度要求。

現(xiàn)有技術(shù)中，提高排氣溫度的方法是通過(guò)回?zé)嵫h(huán)提高吸氣過(guò)熱度，從而提高排氣過(guò)熱度。對(duì)于熱泵系統(tǒng)，環(huán)境溫度低，吸氣溫度最高也只能達(dá)到環(huán)境溫度，因此吸氣過(guò)熱度不能提高到最小需求的溫度來(lái)保證油池中制冷劑的溶解度以及混合物的粘度，還會(huì)影響蒸發(fā)器的效率，因此回?zé)嵫h(huán)并不適用于低壓比熱泵系統(tǒng)。

此外，目前熱泵系統(tǒng)中，補(bǔ)氣增焓技術(shù)一般用于降低排氣溫度或增加熱泵系統(tǒng)制熱量。降低排氣溫度時(shí)，補(bǔ)入氣缸的為兩相制冷劑；增加制熱量時(shí)，一般補(bǔ)入氣缸的是飽和氣態(tài)制冷劑或小過(guò)熱度氣態(tài)制冷劑。補(bǔ)氣增焓循環(huán)主要分為閃發(fā)器循環(huán)(FTC)和經(jīng)濟(jì)器循環(huán)(IHXC)，閃發(fā)器循環(huán)補(bǔ)入氣缸的一般是飽和氣體，經(jīng)濟(jì)器循環(huán)補(bǔ)入氣缸的為小過(guò)熱度氣態(tài)制冷劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有低壓比工況下的熱泵系統(tǒng)存在排氣溫度較低，從而影響壓縮機(jī)可靠性和制冷劑充注量的問(wèn)題，提出一種基于補(bǔ)氣增焓循環(huán)的低壓比工況熱泵系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)利用冷凝換熱器出口高溫與補(bǔ)氣飽和溫度的溫差帶來(lái)的剩余熱量提高補(bǔ)氣過(guò)熱度，從而控制排氣過(guò)熱度，進(jìn)而保證R290/潤(rùn)滑油混合物的粘度，提高系統(tǒng)的可靠性。