[發明專利]一種帶機械過冷的高溫型燃氣熱泵系統

在審

• 申請號: 202110178293.2
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112815578A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 劉猛;馮毅;徐櫟亞;唐繼旭;張劉海;張春路;何宇佳;曹祥
• 申請（專利權）人: 上海航天工業（集團）有限公司;同濟大學;上海航天智慧能源技術有限公司
• 主分類號: F25B30/02
• 分類號: F25B30/02;F25B30/06;F25B41/20;F25B43/00;F25B47/00;F25B47/02
• 代理公司: 上海世圓知識產權代理有限公司 31320
• 代理人: 陳穎潔;王佳妮

1.一種帶機械過冷的高溫燃氣熱泵系統，其特征在于，包括熱泵子系統、內燃機子系統、連動機組和供水流路；

所述熱泵子系統由熱泵主循環和機械過冷子循環組成；所述熱泵主循環是由包括低溫蒸發器的制冷劑通道、四通換向閥、氣液分離器、第一壓縮機、第一冷凝器的制冷劑通道、過冷器的高溫通道和第一節流閥通過管道依次串聯組成，所述第一節流閥再與所述低溫蒸發器的制冷劑通道連接，構成循環；所述機械過冷子循環是由包括所述過冷器的低溫通道、第二壓縮機、第二冷凝器和第二節流閥通過管道依次串聯組成，所述第二節流閥再與所述過冷器的低溫通道連接，構成循環；

所述內燃機子系統由發動機、煙氣流路和冷卻液循環流路組成；所述煙氣流路是由所述發動機的排氣管、三元催化器的煙氣通道、第一煙氣換熱器的煙氣通道、第二煙氣換熱器的煙氣通道和所述低溫蒸發器的煙氣通道通過管道依次串聯組成，低溫煙氣最終從低溫蒸發器排出；所述冷卻液循環流路是由冷卻液換熱器的高溫通道、氣缸套、所述三元催化器的載冷劑通道、所述第一煙氣換熱器的載冷劑通道和冷卻液循環泵通過管道依次串聯組成，所述冷卻液循環泵再與所述冷卻液換熱器的高溫通道相連，構成循環；

所述連動機組由第一電磁離合器、第二電磁離合器、第一皮帶輪和第二皮帶輪組成；所述第一電磁離合器與所述第一壓縮機的輸入軸相連，并通過所述第一皮帶輪與所述發動機的輸出軸相連；所述第二電磁離合器與所述第二壓縮機的輸入軸相連，并通過所述第二皮帶輪與所述發動機的輸出軸相連；

所述供水流路是由包含蓄熱水箱、水泵、所述第一冷凝器的載冷劑通道、所述第二冷凝器的載冷劑通道、所述冷卻液換熱器的載冷劑通道和所述第二煙氣換熱器的載冷劑通道通過管道依次串聯組成，再返回所述蓄熱水箱。

2.根據權利要求1所述的高溫燃氣熱泵系統，其特征在于，所述低溫蒸發器為制冷劑-空氣/煙氣換熱器，具備制冷劑通道和空氣/煙氣通道；所述過冷器為制冷劑-制冷劑換熱器，具備雙制冷劑通道。

3.根據權利要求1所述的高溫燃氣熱泵系統，其特征在于，所述第一冷凝器和所述第二冷凝器為制冷劑-載冷劑換熱器，具有制冷劑通道和載冷劑通道；所述第一節流閥和所述第二節流閥為電子膨脹閥。

4.根據權利要求1所述的高溫燃氣熱泵系統，其特征在于，所述三元催化器具有煙氣通道和載冷劑通道；所述第一煙氣換熱器和所述第二煙氣換熱器為載冷劑-煙氣換熱器，具備載冷劑通道和煙氣通道；所述冷卻液換熱器為制冷劑-載冷劑換熱器，具備雙載冷劑通道。

5.根據權利要求1所述的高溫燃氣熱泵系統，其特征在于，所述第一壓縮機為補氣增焓壓縮機，具有吸氣口、排氣口和補氣口，此時，所述熱泵主循環內設有閃蒸罐；所述第一節流閥先與所述閃蒸罐的進液口相連接，所述閃蒸罐的出液口與第三節流閥的進口相連接，所述第三節流閥的出口與所述低溫蒸發器的制冷劑通道相連接；所述閃蒸罐的出氣口與所述第一壓縮機的補氣口相連。

6.根據權利要求1所述的高溫燃氣熱泵系統，其特征在于，所述高溫燃氣熱泵系統的工作過程為：燃氣在所述發動機中燃燒并輸出機械功，通過所述皮帶輪和所述電磁離合器驅動所述第一壓縮機和所述第二壓縮機，帶動熱泵系統工作；在所述熱泵主循環中，低溫低壓的液體制冷劑在所述低溫蒸發器中吸熱汽化，吸收環境空氣的低品位熱能，然后通過所述四通換向閥進入所述氣液分離器，制冷劑氣體經過所述第一壓縮機壓縮成為高溫高壓氣體，高溫高壓氣體在所述第一冷凝器中對回水加熱，再經過所述過冷器被機械過冷子循環進一步冷卻，最后通過所述第一節流閥重新變成低溫低壓的液體，重新進入所述低溫蒸發器進行下一次循環；在所述機械過冷子循環中，低溫低壓的液態制冷劑在所述過冷器中蒸發吸熱，回收所述熱泵主循環的高溫制冷劑的熱量，再通過所述第二壓縮機壓縮成為高溫高壓氣體，在所述第二冷凝器中對回水進行加熱，最后通過所述第二節流閥變成低溫低壓的液態制冷劑，重新進入所述過冷器進行下一次循環。