[發明專利]一種實現冷凝器能量輸出寬幅連續調節的梯級熱泵系統

在審

• 申請號: 202110289612.7
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN112984862A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 薛世山;周萍;閻紅杰;馬驥;周宏;張家元;周孑民;陳有慶;李成偉;諸葛水明;吳飛飛;韋林林;王恒;胡用;徐學沖;王慶倫
• 申請（專利權）人: 上海伯涵熱能科技有限公司
• 主分類號: F25B30/00
• 分類號: F25B30/00;F25B39/00;F25B49/02;F25B41/40
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 李晴;胡晶

本發明涉及一種實現冷凝器能量輸出寬幅連續調節的梯級熱泵系統，包括至少一套變頻熱泵機組和多套定頻熱泵機組，所述變頻熱泵機組和定頻熱泵機組的冷凝器的受熱介質通道串聯。所述變頻熱泵機組通過變頻電源模塊控制調節壓縮機電機轉速。本發明可以一套變頻熱泵機組為核心，組合多套定頻熱泵機組，構建梯級熱泵系統，實現冷凝器組對受熱介質通道能量輸出的寬幅連續調節。

技術領域

本發明涉及熱泵系統技術領域，特別涉及一種實現冷凝器能量輸出寬幅連續調節的梯級熱泵系統。

背景技術

在熱泵機組應用于谷物烘干等場景下，烘干氣流通常自20℃左右的環境溫度提升到烘干工藝所需的70℃左右，升溫幅度大；如果采用大功率單系統熱泵機組的冷凝器執行一次性升溫，則熱泵機組的循環溫升(冷凝溫度-蒸發溫度)很高，制熱能效比COP(COP＝冷凝器制熱功率/系統電功率)這一熱泵機組核心技術指標將因為與循環溫升成反向關系而變得很低，甚至低于1.5，熱泵機組的經濟性將因此變得很差，失去商業價值和市場意義。

熱泵企業為了提高谷物烘干等場景下熱泵機組的制熱能效比，通常采用多套小功率單機熱泵子系統冷凝器梯次配置、對干燥氣流實施梯次小功率加熱的方法來提高綜合制熱能效比COP。

例如，將熱泵蒸發器設置在20℃環境空氣吸熱，通過冷凝器加熱干燥氣流，使其一次性完成自20℃→70℃的50℃大功率大跨度總溫升，則COP很低。具有探索創新精神的一些熱泵企業為了提高COP，將一次性自20℃→70℃的50℃大功率大跨度總溫升，分解成多套小功率單機熱泵子系統蒸發器自環境空氣吸熱再通過多只冷凝器加熱干燥氣流的多個小階段小功率梯次溫升，譬如分解成干燥氣流自環溫20℃→36.7℃、36.7℃→53.4℃、53.4℃→70℃的三步升溫，用干燥氣流在這個3段溫升組合中的早期及中期小功率梯次溫升階段20℃→36.7℃(COP≥6)、36.7℃→53.4℃(COP≥4)的“超高COP”、“高COP”，來抵消、中和干燥氣流自20℃→70℃一次性大功率50℃總溫升的低于1.5的“超低COP”，從而獲得由多套小功率單機熱泵子系統聯合組成的熱泵機組全系統全程較高(≥2.5)的綜合制熱能效比。

更進一步地，這些具有探索創新精神的熱泵企業，采用多個單級熱泵模塊組成梯級熱泵系統，其中部分或全部單級熱泵模塊采用兩套以上熱泵子系統組成；構建各個單級熱泵模塊的兩套以上熱泵子系統的翅片管換熱器(蒸發器和/或冷凝器)，采用制冷劑管路錯排嵌套技術，制冷劑管路互相間隔布列，通過換熱器制冷劑管路上的翅片熱橋作用實現單級熱泵模塊兩套以上熱泵子系統換熱器吸放熱一體化；作為用于出風熱量回收的烘干裝置熱源，可以采用多套小功率單級熱泵模塊組合代替大功率單級熱泵機組，將多套制冷劑管路錯排嵌套的單級熱泵模塊換熱器在風道中梯次配置，對烘干裝置出風熱量實施多級蒸發器梯級回收，對干燥新風氣流實施多級冷凝器梯級加熱，降低各個單級熱泵模塊的各個熱泵子系統的冷凝溫度蒸發溫度之差，提高各個單級熱泵模塊的各個熱泵子系統的COP，從而大幅度提高全系統全程的綜合制熱能效比COP。

更具體的，多個單級熱泵模塊組成組成梯級熱泵系統，其蒸發器冷凝器可以采用4級配置，即采用與電機功率為P的壓縮機配套的蒸發器、冷凝器，合計8套，兩兩配對成組，制冷劑管路錯排嵌套，組成4個單級熱泵模塊；通過對4組8套電機功率為P壓縮機驅動的熱泵子系統的開停組合，可以組合出以電功率P壓縮機驅動的熱泵子系統為基本能量單位的1P、2P、3P、4P、5P、6P、7P、8P合計4級8檔與壓縮機電機總功率相對應的冷凝器熱功率輸出，具有很寬的能量譜系；而且，由于采用兩套以上熱泵子系統通過蒸發器冷凝器制冷劑管路錯排嵌套以組成單級熱泵模塊，在上述對應于4P以上的5檔與壓縮機電機功率對應的冷凝器熱功率輸出場景中，梯級熱泵系統的COP很高。

但是，這種由多套單級熱泵模塊組成的梯級熱泵系統，難以精準控制熱功率輸出，變負荷適應性差:

①熱負荷降低導致COP降低