一种换热系统多级串联置换模块的制作方法
【专利摘要】本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种换热系统多级串联置换模块。其特征在于：包括隔离部件以及设置在隔离部件内的至少两个热量置换子系统构成的串联热量置换系统；隔离部件包括隔离入口、低热量隔离出口、以及高热量隔离出口；串联热量置换系统连接隔离入口、低热量隔离出口和高热量隔离出口。隔热部件减少隔热空间内部与外界环境之间的热交换。热量置换子系统将通过隔离入口进入其中的气液混合态工质分成两部分，在隔热部件内部形的隔热空间中将其中一部分气液态工质的热量转移至另一部分气液混合态工质中，提供热量的那部分工质变为温度更低的液态工质经低热量隔离出口，使得进入蒸发器的工质温度更低，调节蒸发压力，提高蒸发器的吸热能力。
【专利说明】
一种换热系统多级串联置换模块
技术领域
[0001]本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种换热系统多级串联置换模块。
【背景技术】
[0002]如图1，传统空调及热栗制热/制冷系统包括压缩机、冷凝器、节流件、以及蒸发器，制热/冷系统内的低温低压工质流经蒸发器吸收热量气化，在压缩机中被压缩为高温高压的液体，流经冷凝器释放热量冷却为高压液体，最后经节流件降压后再次进入蒸发器。工质在系统内的循环过程中不断的吸热、放热，实现系统制热/制冷。上述制热/制冷系统在室外低温的工况下，尤其当所需的冷凝温度比较高时，制热量衰减十分严重，甚至无法正常启动运行。
[0003]原因在于，制热/制冷系统在用于制热时，将冷凝器安装于需要制热的环境中，工质在蒸发器中吸收蒸发器所处环境中的热量，并经工质流道输送至冷凝器中释放热量，以提高冷凝器所处环境的温度，达到制热效果。制热/制冷系统在用于制冷时，将蒸发器安装于需要制冷的环境中，工质在蒸发器中吸收蒸发器所处环境中的热量以降低蒸发器所处环境的温度，并经工质流道输送至冷凝器中将吸收到的热量释放到冷凝器所处的环境中，达到制冷效果。
[0004]如图2所示，传统空调及热栗制冷/制热系统的应用场景被划分为了两个区域:工质释放热量的冷凝区和工质吸收热量的蒸发区，实际应用场所中冷凝区和蒸发区之间并不是隔离的，它们相互之间的温度是渐变的，并没有一条明显的温度界限能够将冷凝区和蒸发区划分开来。在极端环境中(如室外温度很低时)，经冷凝器出来的高温高压工质在未完全冷凝之前会以气液两相态的形式进入节流件，在冷凝区散热量减少的同时，极大的影响节流件的节流效率，由于进入蒸发区的可蒸发液态工质量的减少和质的下降，进而影响蒸发区蒸发器的吸热效率，使得整个制热/制冷系统的制热/制冷能力大打折扣。
[0005]如申请公布号为CN 101165438，申请公布日为2008年04月23日的发明专利申请公开了一种超低温热栗空调系统。该系统包括压缩机、主节流部件、室内外换热器、气液分离器、四通阀、电磁阀，各个零部件之间通过管线连接;所述系统还包括至少一闪蒸器组件，所述闪蒸器组件的一出口通过管线与所述压缩机的吸气口相连。采用增强型喷气涡旋压缩机以及蒸气喷射系统。在低温工况制热运行时，利用闪蒸器喷射制冷剂，使压缩机能吸入更多制冷剂，实现准双级压缩，提高制热量和能效比，同时又保持较低的压缩比和排气温度，空调运行稳定可靠。但是，由于该空调系统中增加增强型喷气涡旋压缩机以及蒸汽喷射系统，制作成本大大提高，整个空调系统运行时需要的能耗也大大增加。而在此同时，工质由冷凝区流向蒸发区的过程中，工质热量状态的损失仍然存在，整个制热/制冷系统的能量总有一部分会浪费在这个过程中，使得制热/制冷系统的能效无法达到最优，在制冷/制热原理上并没有本质的改变。
【发明内容】
[0006]本发明为解决上述技术问题提供一种用于换热系统的多级串联置换模块。该置换模块在换热系统的冷凝区和蒸发区之间形成多级串联隔离置换区。
[0007]本发明的技术方案如下:
一种换热系统多级串联置换模块，其特征在于:包括隔离部件以及设置在所述隔离部件内的至少两个热量置换子系统构成的串联热量置换系统;所述隔尚部件包括隔尚入口、低热量隔离出口、以及高热量隔离出口；所述串联热量置换系统连接所述隔离入口、所述低热量隔尚出口和所述尚热量隔尚出口。所述隔热部件的内部形成隔热空间，减少隔热空间内部与外界环境之间的热交换。所述热量置换子系统将通过所述隔离入口进入其中的气液混合态工质分成两部分，在隔热部件内部形的隔热空间中将其中一部分气液态工质的热量转移至另一部分气液混合态工质中，提供热量的那部分工质变为温度更低的液态工质经低热量隔离出口，并经制热/制冷系统的节流件送至蒸发器的入口。使得进入蒸发器的工质温度更低，调节蒸发压力，使得蒸发器的吸热能力更高。
[0008]作为优选，所述热量置换子系统包括供热单元、吸热单元和置换单元;所述吸热单元的入口连接所述隔离入口或者上一级热量置换子系统的吸热单元的出口，所述吸热单元的出口连接下一级热量置换子系统的吸热单元的入口或者所述低热量隔离出口，所述供热单元的入口连接所述置换单元的出口，所述供热单元的出口连接所述高热量隔离出口，所述置换单元的入口连接所述低热量隔离出口。经所述隔离入口进入所述串联热量置换系统的工质，先后经过该系统的内多个热量置换子系统，在所述热量置换子系统的吸热单元内被吸收热量，温度逐渐降低，变为温度低于经所述隔离入口流入工质温度的低热量工质。这部分低热量工质一部分流经换热系统的节流件进入蒸发器吸收热量被蒸发，由于其温度更低，提高了蒸发器入口和出口之间的温度差，提高了蒸发器的工作性能，从而提高了整个系统的工作能力。剩余的一部分工质回流入各热量置换子系统的供热单元，吸收所述吸热单元内的工质的热量。因此，多级串联隔离置换区利用流出冷凝器的工质在流向蒸发器过程中散发的热量对工质再次进行热量置换，可以使得经换热系统的节流件流向蒸发器的工质的温度更低。而在此过程中，由于利用的是系统内工质本身释放的热量(该部分热量在传统卡诺式循环应用系统中是无法再利用的低品质热能)，因此不需要额外的功耗，整体来讲提升整个了换热系统的能效。串联的热量置换子系统的级数越多，换热系统的制冷/制热能力会越强。可以根据应用环境的需求选择所述热量置换子系统的数量，环境温差越大，采用越多的热量置换子系统串联;环境温差较小时，可以仅采用较少数量的热量置换系统串联。
[0009]作为优选，所述隔离入口设置节流件。所述节流件相当于将原来换热系统中蒸发器前端的节流件前移，可以有效的将有用热量散发在冷凝区，提高系统的有效产热量，避免热量浪费。
[0010]作为优选，所述吸热单元包括第一换热板片，所述第一换热板片包括第一工质入口、第一工质出口、吸热工质流道以及集液管，所述吸热工质流道与所第一工质入口连通，所述集液管与所述吸热工质流道连通;所述供热单元包括第二换热板片，所述第二换热板片包括第二工质入口、第二工质出口、供热工质流道、以及集气管，所述供热工质流道与所述第二工质入口连通，所述集气管与所述供热工质流道连通;所述置换单元包括连流量调节件。通过所述流量调节件控制流向供热单元的工质的流量，实现对吸热单元和供热单元内工质密度的调节。通过所述流量调节件使得所述第一换热板片内的吸热工质流道内的工质的总焓值大于所述供热工质流道内工质的总焓值。从而实现所述第一换热板和所述第二换热板在所述隔离部件形成的隔热空间内的热量交换，吸热工质流道内的工质热量被转移至供热工质流道内的工质中。
[0011]作为优选，所述集液管和所述吸热工质流道通过第一回流通道连通，所述对回流通道与所述集液管的连接点的位置高于所述第一回流通道与所述吸热工质流道的连接点的位置。
[0012]作为优选，所述吸热单元设置气相回流管，所述气相回流管和所述吸热单元之间通过第二回流通道连通，所述第二回流通道与所述吸热工质流道的连接点的位置低于所述第二回流通道与所述气相回流管的连接点的位置。
[0013]作为优选，所述集气管和所述供热工质流道通过第三回流通道连通，所述第三回流通道与所述集气管的连接点的位置高于所述第三回流通道与所述供热工质流道的连接点的位置。
[0014]作为优选，所述供热单元设置液相回流管，所述液相回流管和所述供热工质流道通过第四回流通道连通，所述第四回流通道与所述液相回流管的连接点的位置低于所述第四回流通道与所述供热工质流道的连接点的位置。
[0015]作为优选，所述吸热工质流道和所述供热工质流道紧密贴合，并且所述吸热工质流道内的工质流向与所述供热工质流道内的工质流向相反。
[0016]作为优选，所述节流件为缩径管，所述流量调节模块为毛细管。
[0017]如图3，本发明的技术方案改变了传统卡诺式循环应用系统两大区域、四大部件的构造格局，在换热系统的冷凝区和蒸发区之间设置多级串联隔离置换区，经冷凝器流出的工质经过基于所述多级串联置换模块形成的多级串联隔离置换区再进入所述蒸发器。该多级串联隔离置换区将冷凝区和蒸发区隔离开来，尽可能的回收在工质由冷凝器进入所述蒸发器的过程中换热系统损失的能量，并将回收的能量再次用于换热系统的制热/制冷工作，使得整个换热系统对外部而言的能量损失大大减少，提升了换热系统的能效，且同时大幅的增加了系统的吸热能力，提高了系统的效率。
【附图说明】
[0018]图1为现有制热/制冷系统的系统图。
[0019]图2为现有制热/制冷系统场景图。
[0020]图3多级串联置换模块结构示意图。
[0021]图4热量置换子系统结构展开不意图一。
[0022]图5热量置换子系统结构展开不意图二。
[0023]图6为采用本发明的多级串联置换模块的换热系统场景图。
[0024]图7基于多级串联置换模块的多级串联隔离置换区系统图。
[0025]图8采用本发明的多级串联置换模块的换热系统一。
[0026]图9采用本发明的多级串联置换模块的换热系统二。
[0027]图10采用本发明的多级串联置换模块的换热系统三。
[0028]图11采用本发明的多级串联置换模块的换热系统四。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
[0030]实施例一
如图3—种多级串联换热系统置换模块，包括由隔热材料制成的隔离部件I，以及设置在隔尚部件内的两个热量置换子系统(第一热量置换子系统和第二热量置换子系统)，两个热量置换子系统串联构成串联热量置换系统。隔尚部件I设置有隔尚入口 11、低热量隔尚出口 12和尚热量隔尚出口 13。热量置换子系统包括:吸热单兀2、供热单兀3和置换单兀。隔尚部件I阻止其在其内部的工质与外界环境的热量交换。隔离入口设有第一节流件5。将第一热量置换子系统的吸热单兀的入口连接至隔尚入口 11，第一热量置换子系统的吸热单兀的出口连接至第二热量置换子系统的吸热单元的入口，第二热量置换子系统的吸热单元的出口连接至低热量隔离出口，第二热量置换子系统的置换单元的出口连接至第二热量置换子系统的供热单元的入口，第一热量置换子系统的置换单元的出口连接至第一热量置换子系统的供热单元的入口，第一热量置换子系统的供热单元的出口和第二热量置换子系统的供热单元均连接至高热量隔离出口。
[0031]如图4，吸热单元包括竖直放置的金属材质的第一换热板片2，该第一换热板片2包括设置在顶部的第一工质入口 21、设置在底部的第一工质出口 22、以及设置在第一工质入口 21和第一工质出口 22之间的吸热工质流道23。吸热工质流道23包括连接第一工质入口 21的分流段、第一工质出口 22的汇流段、以及连接分流段和汇流段的吸热段。分流段和汇流段呈网状分布，第一时间将由第一工质入口进入的工质均分到吸热段中。第一换热板片2的金属外壳上设置有开口朝下的V形散热纹。
[0032]供热单元包括竖直放置的金属材质的第二换热板片3，该第二换热板片3包括设置在底部的第二工质入口 31、设置在顶部的第二工质出口 32、以及设置在第二工质入口 31和第二工质出口 32之间的供热工质流道33。供热工质流道33包括连接第二工质入口 31的分流段、第二工质出口32的汇流段、以及连接分流段和汇流段的供热段。分流段和汇流段呈网状分布，第一时间将由第二工质入口进入的工质均分到吸热段中。第二换热板片2的金属外壳上设置有开口朝上的V形散热纹。
[0033]第一换热板片2和第二换热板片3紧密地间隔叠装在隔离部件中。第一换热板片2的工质入口连接吸热单元的入口，第一换热板片2的工质出口连接吸热单元的出口。第二换热板片3的工质入口连接供热单元的入口，第二换热板片3的工质出口32连接供热单元的出口。第二节流件4的入口连接吸热单元的出口(即第一换热板片的工质出口22)，第二节流件4的出口连接供热单元入口(即第二换热板片的工质入口 31)。
[0034]第二节流件4可以采用毛细管节流件，第一节流件采用缩径管件。第二节流件4通过调节工质的流量实现对吸热单元和供热单元内的工质密度的调节。控制第二节流件的工质流速始终小于第一节流件的工质流速。第一节流件和第二节流件内的工质流速同时能够根据需要制热的冷凝区内的环境温度动态调整:随着环境温度的升高而增加，并且第一节流件的工质流速随着温度变化的变化速度大于第二节流件的工质流速随着温度变化的速度。作为优选，可以在换热系统中增加用于控制第一节流件、第二节流件工质流速的控制器，以及检测环境温度的温度传感器，温度传感器的检测输出至控制器，控制器根据温度传感器反馈的环境温度按照前述规律动态调节第一节流件和第二节流件的流速。第二节流件4调节吸热单元内的工质密度大于供热单元内的工质密度，使得第一换热板片2和第二换热板片3，第一换热板片2内工质的总焓值大于第二换热板3内的工质的总焓值。金属材质的第一换热板片2和第二换热板片3紧密地重叠在一起，由于两者的总焓值不同，导致他们相互之间进行热传递。在第二换热板片3内的气液混合态工质吸收第一换热板片2内的气液混合态的工质热量，第二换热板片3内的工质吸收热量蒸发为气态，第一换热板片2内的工质释放热量被液化，并且温度进一步降低。
[0035]高温高压工质在未完全冷凝之前会以气液两相态的形式先后进入第一热量置换子系统和第二热量置换子系统。气液两相态的工质经过第一热量置换子系统的吸热单兀，由吸热单元的出口流出的工质热量被转移，其中大部分工质变为温度更加低的液态工质；进一步地进入第二热量置换子系统的吸热单元，工质的更多热量被转移，温度进一步降低。部分工质由第二热量置换子系统的吸热单兀的出口流出至低热量隔尚出口，被输送至换热系统。剩余的部分工质被分别送至第一热量置换子系统的供热单元和第二热量置换子系统的供热单元。通过串联的两级热量置换子系统提高了经低温隔离出口流出的工质与经隔离入口流入的工质之间的温度差，使得制热系统更加适用于恶劣的极端低温制热环境。第一热量置换子系统的第一换热板片和第二换热板片内工质的总焓值差大于第二热量置换子系统的第一换热板片和第二换热板片内工质的总焓值差，热量置换的程度较高。因此，经第二热量置换子系统的供热单元流出工质中气态工质的占比会大于经第一热量置换子系统的供热单元流出的工质中气态工质的占比。一方面可以在第一时间快速的对工质进行热量置换；另一方面，通过调整分流至各级热量置换系统的供热单元内的工质的量，可以调整经高热量隔离出口流出工质中气态工质的占比，满足制热系统在不同的使用环境中的不同需求。另外，也可以设置分别独立对应第一热量置换子系统和第二热量置换子系统的两个高热量隔离出口，输出两种气态工质不同占比的工质流。
[0036]实施例二
如图3—种多级串联换热系统置换模块，包括由隔热材料制成的隔离部件I，以及设置在隔离部件内I的两个热量置换子系统，两个热量置换子系统串联构成串联热量置换系统。热量置换子系统包括吸热单兀2、供热单兀3和置换单兀。隔尚部件I阻止在其内部的工质与外界环境的热量交换。隔呙部件I设置有隔呙入口 11、低热量隔呙出口 12和尚热量隔呙出口13。其中，置换单元为设置在隔离部件内部的用于调节流量的毛细管。将第一热量置换子系统的吸热单元的入口连接至隔离入口 11，第一热量置换子系统的吸热单元的出口连接至第二热量置换子系统的吸热单元的入口，第二热量置换子系统的吸热单元的出口连接至低热量隔离出口，第二热量置换子系统的置换单元的出口连接至第二热量置换子系统的供热单元的入口，第一热量置换子系统的置换单元的出口连接至第一热量置换子系统的供热单元的入口，第一热量置换子系统的供热单元的出口和第二热量置换子系统的供热单元均连接至高热量隔离出口。通过置换单元的调节使得经高热量隔离出口流出的工质热量高于经隔离入口流入的工质热量，经低热量隔离出口流出的工质热量低于经隔离入口流入的工质热量。
[0037]如图5，吸热单元包括竖直放置的金属材质的第一换热板片2，该第一换热板片2包括设置在顶部的工质入口21、设置在底部的工质出口22、设置在工质入口和工质出口之间的吸热工质流道26、集液管23和气相回流管24。吸热工质流道26为弯曲流道，延长了吸热工质流道26的长度，同时弯曲的流道减缓了工质在其中的流动速度，延长了工质在吸热工质流道26中的停留时间，提高吸热工质流道的吸热效果。集液管23和气相回流管24分设于吸热工质流道26的两旁。吸热工质流道26入口连接工质入口 21，集液管23和吸热工质流道26通过第一回流通道25连通，气相回流管24和吸热工质流道26通过第二回流通道27连通。吸热工资流道26包括若干弯曲的子流261道，各子流道依次包括:吸热段2611、第一液相分离段2612、第一混合撞击段2613、以及第一气相分离段2614;第一液相分离段的一端连接第一混合撞击段，第一液相分离段的另一端连接第一回流通道25;第一气相分离段的一端连接第一混合撞击段，第一气相分离段的另一端连接第二回流通道27。部分工质在吸热段中吸收热量蒸发为气态工质，进入到第一液相分离段，第一液相分离段包括向上弯曲的第一阻挡部，使得气液混合工质内的液态工质由于重力作用向下进入第一回流通道25回到集液管23。剩余的气液混合工质进入弯曲的第一混合撞击段，第一混合撞击段包括多个弯曲部，气液混合工质内的气体工质颗粒和液体工质颗粒在第一混合撞击段中遇到弯曲部被阻挡，改变运动轨迹，可以加强液态工质颗粒和气态工质颗粒的充分混合，加强工质的热量交换。随后进入第一气相分离段，第一气相分离段包括向上弯曲的第二阻挡部，使得气液混合工质内的气态工质由于重量较轻向上进入第二回流通道27回到气相回流管24。第一回流通道25为倾斜的直线流道，第一回流通道25与集液管23的连接点的位置高于第一回流通道25与吸热工质流道26的连接点的位置。第二回流通道27为倾斜的直线流道，第二回流通道27与集液管23的连接点的位置低于第二回流通道27与吸热工质流道26的连接点的位置。
[0038]气液混态的工质在吸热工质流道内大部分工质的热量被吸收转移，变为温度更低的液态工质。液态工质由于重力作用经向下倾斜的第一回流通道25进入集液管23中被收集。仍然为气态的工质在弯曲的吸热工质流道26内流动，经向上倾斜的第二回流通道27进入气相回流管24返回工质入口 21处再次进入吸热工质流道26，使得其热量能够被吸收转移而被液化。
[0039]供热单元包括竖直放置的金属材质的第二换热板片3，该第二换热板片3包括设置在底部的工质入口 31、设置在顶部的工质出口 32、以及设置在工质入口 31和工质出口 32之间的供热工质流道36、集气管33和液相回流管34。供热工质流道36为弯曲流道，延长了供热工质流道36的长度，同时弯曲的流道减缓了工质在其中的流动速度，延长了工质在供热工质流道36中的停留时间，提高吸热工质流道的吸热效果。液相回流管34和集气管33分设于供热工质流道36的两旁。供热工质流道36入口连接工质入口 31，集气管33和供热工质流道36通过第三回流通道37连通，液相回流管34和供热工质流道36通过第四回流通道35连通。供热工资流道36包括若干弯曲的子流361道，各子流道依次包括:供热段3611、第二气相分离段3614、第二混合撞击段3613、以及第二液相分离段3612;第二液相分离段的一端连接混合撞击段，第二液相分离段的另一端连接第三回流通道35;第二气相分离段的一端连接混合撞击段，气相分离段的另一端连接第四回流通道37。部分液工质在供热段中释放热量温度降低，进入到第二液相分离段，第二液相分离段包括向上弯曲的第一阻挡部，使得气液混合工质内的液态工质由于重力作用向下进入第三回流通道35回到液相回流管34。剩余的气液混合工质进入弯曲的第二混合撞击段，第二混合撞击段包括多个弯曲部，气液混合工质内的气体工质颗粒和液体工质颗粒在第二混合撞击段中遇到弯曲部被阻挡，改变运动轨迹，可以加强液态工质颗粒和气态工质颗粒的充分混合，加强工质的热量交换。随后进入第二气相分离段，第二气相分离段包括向上弯曲的第二阻挡部，使得气液混合工质内的气态工质由于重量较轻向上进入第四回流通道37回到集气管34。第三回流通道37为倾斜的直线流道，第三回流通道37与集气管33的连接点的位置高于第四回流通道37与供热工质流道36的连接点的位置，。第四回流通道35为倾斜的直线流道，第四回流通道35与液相回流管34的连接点的位置低于第四回流通道35与供热工质流道36的连接点的位置。
[0040]工质在供热工质流道36内大部分工质吸收热量以后变为气态工质。气态工质由于重力作用经向上倾斜的第一回流通道37进入集气管33中被收集。仍然为液态的工质在弯曲的供热工质流道36内流动，经向下倾斜的第二回流通道35进入液相回流管34返回工质入口21处再次进入供热工质流道36，使得其能够再次吸收热量而变为气态工质。
[0041]第一换热板片2和第二换热板片3紧密地间隔叠装在隔离部件I中。两个热量置换子系统的第一换热板片2和第二换热板片3在隔离部件I中间隔排布。第一换热板片2的工质入口连接吸热单元的入口，第一换热板片2的工质出口连接吸热单元的出口。第二换热板片3的工质入口连接供热单元的入口，第二换热板片3的工质出口32连接供热单元的出口。第二节流件4的入口连接吸热单元的出口(即第一换热板片的工质出口22)，第二节流件4的出口连接供热单元入口(即第二换热板片的工质入口31)。第一换热板片2和第二换热板片3紧密贴合，吸热工质流道26内的工质由上往下流动，供热工质流道36内的工质由下往上流动，两个工质流道内的工质形成对流，促进相互之间的热量交换。
[0042]第二节流件4可以采用毛细管节流件，第一节流件采用缩径管件。第二节流件4调节由吸热单元流向供热单元的工质的流量实现对吸热单元和供热单元内的工质密度的调节。控制第二节流件的工质流速始终小于第一节流件的工质流速。第一节流件和第二节流件内的工质流速同时能够根据需要制热的冷凝区内的环境温度动态调整:随着环境温度的升高而增加，并且第一节流件的工质流速随着温度变化的变化速度大于第二节流件的工质流速随着温度变化的速度。作为优选，可以在换热系统中增加用于控制第一节流件、第二节流件工质流速的控制器，以及检测环境温度的温度传感器，温度传感器的检测输出至控制器，控制器根据温度传感器反馈的环境温度按照前述规律动态调节第一节流件和第二节流件的流速。第二节流件4调节吸热单元内的工质密度大于供热单元内的工质密度，使得具有相同结构的第一换热板片2和第二换热板片3，第一换热板片2内工质的总焓值大于第二换热板3内的工质的总焓值。金属材质的第一换热板片2和第二换热板片3紧密地重叠在一起，由于两者的总焓值不同，导致他们相互之间进行热传递。在第二换热板片3内的气液混合态工质吸收第一换热板片2内的气液混合态的工质热量，第二换热板片3内的工质吸收热量蒸发为气态，第一换热板片2内的工质释放热量被液化，并且温度进一步降低。
[0043]高温高压工质在未完全冷凝之前会以气液两相态的形式先后进入第一热量置换子系统和第二热量置换子系统。气液两相态的工质经过第一热量置换子系统的吸热单兀，由吸热单元的出口流出的工质热量被转移，其中大部分工质变为温度更加低的液态工质；进一步地进入第二热量置换子系统的吸热单元，工质的更多热量被转移，温度进一步降低。部分工质由第二热量置换子系统的吸热单兀的出口流出至低热量隔尚出口，被输送至换热系统。剩余的部分工质被分别送至第一热量置换子系统的供热单元和第二热量置换子系统的供热单元。通过串联的两级热量置换子系统提高了经低温隔离出口流出的工质与经隔离入口流入的工质之间的温度差，使得制热系统更加适用于恶劣的极端低温制热环境。第一热量置换子系统的第一换热板片和第二换热板片内工质的总焓值差大于第二热量置换子系统的第一换热板片和第二换热板片内工质的总焓值差，热量置换的程度较高。因此，经第二热量置换子系统的供热单元流出工质中气态工质的占比会大于经第一热量置换子系统的供热单元流出的工质中气态工质的占比。一方面可以在第一时间快速的对工质进行热量置换；另一方面，通过调整分流至各级热量置换系统的供热单元内的工质的量，可以调整经高热量隔离出口流出工质中气态工质的占比，满足制热系统在不同的使用环境中的不同需求。另外，也可以设置分别独立对应第一热量置换子系统和第二热量置换子系统的两个高热量隔离出口，输出两种气态工质不同占比的工质流。
[0044]本发明的多级串联置换模块在换热系统中的连接方式如图8-11所示:
换热系统包括通过工质流道连接的压缩机、冷凝器、蒸发器、换热系统节流件、多级串联置换模块。压缩机的出口连接冷凝器的入口，冷凝器的出口连接多级串联置换模块的隔离入口，多级串联置换模块的低热量隔离出口连接换热系统节流件的入口，换热系统节流件的出口连接蒸发器的入口，蒸发器的出口连接压缩机的入口。将冷凝器放置在需要制热的房间等密闭环境之中，将蒸发器放置在该密闭环境之外。冷凝器所在的密闭环境形成冷凝区，蒸发器所在的环境形成蒸发区。工质在工质流道中流动的过程中，吸收蒸发区的环境热量，并释放到冷凝区中，为密闭的制热环境供热，提高房间内的温度，达到制热效果。
[0045]在冷凝区的冷凝器的出口流出的高温高压工质为气液混合态，顺着工质流道进入多级串联置换模块。多级串联置换模块的隔离部件在其中形成了一个相对隔热的环境，减少由冷凝区进入多级串联置换模块的工质与外界环境的热交换。在多级串联置换模块中，基本仅存在吸热单元和供热单元内工质的热量交换。最后，经低热量隔离出口流出并进入第一节流件的入口的工质温度比由冷凝器的出口流出的工质温度更低。隔离入口处的第一节流件，相当于将原来换热系统中蒸发器前端的换热系统节流件前移，可以有效的将有用热量散发在冷凝区，提高系统的有效产热量，避免热量浪费。降低了通过第一节流件进入蒸发器的工质的热量，进入蒸发器的工质温度更低，调节蒸发压力，使得蒸发器的吸热能力更尚O
[0046]在供热单元中吸收热量被蒸发的含有更多气态工质的工质经高热量隔离出口流出。将高热量隔离出口连接至压缩机的入口，提高了压缩机吸气压力，从而提升了压缩机的压缩比。
[0047]如图9，蒸发器也可以包括普通蒸发器和聚热板(被动式吸热的异聚态吸热板)。压缩机的出口连接冷凝器的入口，冷凝器的出口连接多级串联置换模块的隔离入口，多级串联置换模块的低热量隔离出口分别连接第一节流件的入口和第四节流件的入口，第一节流件的出口连接普通蒸发器的入口，第四节流件的出口连接聚热板的入口，普通蒸发器的出口连接压缩机的入口，聚热板的出口连接压缩机入口。将冷凝器放置在需要制热的房间等密闭环境之中，将蒸发器放置在该密闭环境之外。冷凝器所在的密闭环境形成冷凝区，蒸发器所在的环境形成蒸发区。
[0048]如图10，还可将多级串联置换模块的高温隔离出口连接至换热系统节流件的入口。在供热单元中吸收热量被蒸发的含有更多气态工质的工质经高热量隔离出口流出，并通过换热系统节流件进入聚热板，提高进入聚热板工质中的气态工质的占比，使得被动吸热型的聚热板内的工质分布更加均匀，相当于为聚热板进行了一次初级蒸发，提高系统的制热能力。
[0049]如图11，将高热量隔离出口分别连接至换热系统节流件的入口和压缩机的入口。一方面，提高了压缩机吸气压力，从而提升了压缩机的压缩比；另一反面，通过第四节流件进入聚热板，提高进入聚热板工质中的气态工质的占比，使得被动吸热型的聚热板内的工质分布更加均匀，相当于为聚热板进行了一次初级蒸发，提高系统的制热能力。在供热单元中吸收热量被蒸发的含有更多气态工质的工质经高热量隔离出口流出。
[0050]多级串联置换模块的加入改变了传统卡诺式循环应用系统两大区域、四大部件的构造格局，在所述冷凝区和所述蒸发区之间设置隔离置换区，并且将原来换热系统中蒸发器前端的换热系统节流件前移。节流件的前移可以有效的将有用热量散发在冷凝区，提高系统的有效产热量，避免热量浪费。多级串联置换模块减少了工质经冷凝区进入蒸发区的过程中与外部的热量交换，同时在多级串联置换模块内部将工质分为两部分，提取在传统卡诺式循环应用系统无法再利用的低品质的冷凝余热，使得经低温隔离出口离开隔离置换区进入蒸发器的工质温度比由冷凝器出口直接进入蒸发器的工质温度更低。保证了整个制冷/制热系统中制冷、制热场景的完整，减少工质由冷凝区进入蒸发区过程中的冷凝热量和蒸发热量的损失。通过对多级串联置换模块的合理优化，为卡诺循环机的效率无限趋近于理想效率拓开了一个方向。从而突破了制冷/制热系统的技术瓶颈，大大提高了制冷/制热系统的能效比。设有多级串联置换模块更加适合于环境温差大的极端制冷/制热环境中的换热系统，通过多级串联置换模块对工质进行多级热量置换，增加蒸发器入口和出口之间的温度差，提高蒸发器的工作性能，保证了系统在极端条件下仍能够正常工作。
[0051]虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。
【主权项】
1.一种换热系统多级串联置换模块，其特征在于:包括隔离部件以及设置在所述隔离部件内的至少两个热量置换子系统构成的串联热量置换系统；所述隔尚部件包括隔尚入口、低热量隔尚出口、以及尚热量隔尚出口 ；所述多级串联热量置换系统连接所述隔尚入口、所述低热量隔呙出口和所述尚热量隔呙出口。2.根据权利要求1所述的一种换热系统多级串联置换模块，其特征在于:所述热量置换子系统包括供热单元、吸热单元和置换单元;所述吸热单元的入口连接所述隔离入口或者上一级热量置换子系统的吸热单兀的出口，所述吸热单兀的出口连接下一级热量置换子系统的吸热单元的入口或者所述低热量隔离出口，所述供热单元的入口连接所述置换单元的出口，所述供热单元的出口连接所述高热量隔离出口，所述置换单元的入口连接所述低热量隔呙出口。3.根据权利要求2所述的一种换热系统多级串联置换模块，其特征在于:所述隔离入口设置节流件。4.根据权利要求3所述的一种换热系统多级串联置换模块，其特征在于:所述吸热单元包括第一换热板片，所述第一换热板片包括第一工质入口、第一工质出口、吸热工质流道以及集液管，所述吸热工质流道与所述第一工质入口连通，所述集液管与所述吸热工质流道连通;所述供热单元包括第二换热板片，所述第二换热板片包括第二工质入口、第二工质出口、供热工质流道、以及集气管，所述供热工质流道与所述第二工质入口连通，所述集气管与所述供热工质流道连通;所述置换单元包括流量调节件。5.根据权利要求4所述的一种换热系统多级串联置换模块，其特征在于:所述集液管和所述吸热工质流道通过第一回流通道连通，所述对回流通道与所述集液管的连接点的位置高于所述第一回流通道与所述吸热工质流道的连接点的位置。6.根据权利要求5所述的一种换热系统多级串联置换模块，其特征在于:所述吸热单元设置气相回流管，所述气相回流管和所述吸热单元之间通过第二回流通道连通，所述第二回流通道与所述吸热工质流道的连接点的位置低于所述第二回流通道与所述气相回流管的连接点的位置。7.根据权利要求4所述的一种换热系统多级串联置换模块，其特征在于:所述集气管和所述供热工质流道通过第三回流通道连通，所述第三回流通道与所述集气管的连接点的位置高于所述第三回流通道与所述供热工质流道的连接点的位置。8.根据权利要求7所述的一种换热系统多级串联置换模块，其特征在于:所述供热单元设置液相回流管，所述液相回流管和所述供热工质流道通过第四回流通道连通，所述第四回流通道与所述液相回流管的连接点的位置低于所述第四回流通道与所述供热工质流道的连接点的位置。9.根据权利要求4或5或6或7或8所述的一种换热系统多级串联置换模块，其特征在于:所述吸热工质流道和所述供热工质流道紧密贴合，并且所述吸热工质流道内的工质流向与所述供热工质流道内的工质流向相反。10.根据权利要求9所述的一种换热系统多级串联置换模块，其特征在于:所述节流件为缩径管，所述流量调节件为毛细管。
【文档编号】F25B13/00GK105928242SQ201610381115
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】唐玉敏, 虞红伟, 朱科, 刘巍, 孙莹莹, 田张新, 张明亮
【申请人】唐玉敏, 虞红伟