[发明专利]一种精馏塔型变浓度非共沸工质热泵系统及运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非共沸工质热泵系统及运行方法，尤其涉及一种变浓度非共沸工质热泵系统及其运行方法，属于热泵空调技术领域。

背景技术

我国建筑能耗约占到社会商品总能耗的1/3。其中，仅北方城镇采暖就消耗全国建筑总能耗的25％以上。同时，随着我国城市化的快速发展和人民生活水平提高，新的供暖需求不断出现。

我国长江流域幅员辽阔，人口众多。长江流域地处夏热冬冷气候带，冬季湿冷。受生活习惯影响，该地区住宅建筑较长时期不使用或只使用简单采暖手段(电热毯、电油汀等)，室内热舒适较差。然而随着该地区经济的快速发展，集中供暖的呼声逐渐高涨，一度成为全民热议的话题。研究表明：长江流域不适合采用大规模的集中供暖；以空气源热泵为代表的分散采暖方式在该地区有很好的适用性。

此外，在我国北方地区，虽然城镇地区主要采用以热电联产为热源的集中供暖方式，但大量非集中供暖覆盖地区的住宅仍然使用燃煤、燃油、电暖等采暖方式，能源效率低，污染严重，已经成为我国北方地区冬季雾霾等污染天气的重要成因之一。因此，为降低环境压力，北方地区各省市均推动燃煤采暖的替代项目，部分省市明令禁止使用燃煤分散采暖。在可替代的采暖技术中，地/水源热泵由于设备容量和占地面积大，不适用于住宅采暖。燃气采暖受气源及管网限制，只在特定区域有较好的适用性。因此，空气源热泵成为北方地区(尤其是寒冷地区)替代燃煤采暖的重要选项。

实际上，空气源热泵(最常见形式为热泵型家用空调器)在上述地区前期已有所应用，但由于低温工况制热量不足(用户感受为出风温度低)和能效低下(用户感受为耗电量大)导致其并未大规模使用。提高空气源热泵的制热效能是在上述地区大规模应用的关键。

提高低温工况有效非共沸工质循环量，提高蒸发器和冷凝器的温度匹配程度，提高非共沸工质蒸发潜热，降低排气温度成为提高空气源热泵性能和可靠性的技术关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种精馏塔型变浓度非共沸工质热泵系统及运行方法，通过非共沸工质、补气、喷液和组分分离及浓度控制技术的综合应用，能提高热泵在低温工况的制热量和COP，提高热泵装置的季节能效水平，并有效控制压缩机低温工况的排气温度，同时通过精馏塔提升组分的分离纯度，扩大系统浓度的调节范围。

本发明提出如下技术方案：

一种精馏塔型变浓度非共沸工质热泵系统，包括压缩机、四通阀、室外换热器、流向切换装置、储液回热器、系统膨胀阀和室内换热器，所述流向切换装置包括第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀和第四单向阀，所述储液回热器内设置回热盘管；压缩机排气口与四通阀排气接口连接；四通阀室外换热器接口经室外换热器与第一单向阀的入口和第二单向阀的出口连接；第一单向阀的出口与第四单向阀的出口连接；第二单向阀的入口与第三单向阀的入口连接；四通阀室内换热器接口依次经室内换热器与第三单向阀的出口和第四单向阀的入口连接；储液回热器出液口经系统膨胀阀与第三单向阀入口连接；回热盘管出口与压缩机吸气口相连；其特征在于：设置组分调控装置，所述组分调控装置包括：节流阀、排气温度控制阀、补气控制阀、组分分离罐、系统浓度控制阀和精馏冷却器，所述组分分离罐内设置加热盘管；组分分离罐入口经节流阀与第一单向阀出口连接；组分分离罐气体出口经补气控制阀与压缩机补气口连接；第一单向阀出口依次经组分分离罐加热盘管入口、加热盘管和加热盘管出口与储液回热器入口相连；组分分离罐液体出口经系统浓度控制阀与第三单向阀入口连接；组分分离罐精馏气体出口经精馏冷却器与组分分离罐精馏液体返回口连接；设置排气温度控制支路，该支路的一端与第一单向阀出口相连，另一端与补气控制阀的入口相连，所述的排气温度控制阀设置在该支路上；设置三通阀，三通阀第一接口与四通阀吸气接口连接，三通阀第二接口与回热盘管入口连接，三通阀第三出口经精馏冷却器与三通阀第二接口到回热盘管入口之间的管路连接。

上述技术方案中，所述系统工质为非共沸非共沸工质；所述的压缩机为两级压缩机或准二级压缩机结构；所述的组分分离罐内可设置填料。

本发明提供的一种精馏塔型变浓度非共沸工质热泵系统的运行方法，其特征在于：该运行方法包括如下几种运行模式：