一种双循环制冷制热系统的制作方法

本发明是涉及流体机械热工，具体地说是涉及一种双循环制冷制热系统。

背景技术：

1、大温差转移热量其能效比是很低的，蒸发器与冷凝器温差越大，其压缩比就越大，压缩比越大其能效比越大。因此极寒天气热泵运行不仅能效比很低，其运行也不稳定，甚至是无法正常运行，较高温天气制冷运行也是如此。因此为了应对极寒天气热泵可获得高效稳定运行，通常是把大温差分解两个相对温差较小的转移热量方式，或者把较大的压缩比分解两个小压缩比进行压缩。为了提高机组在极寒天气情况下运行的稳定性，并提高机组运行之效率，该领域创新发明了多种分步转移热量的技术方案，大体上可分成六个技术方案：⑴.变频技术，压缩机变频技术能够在压缩机气缸工作容积不变的情况下，通过提高压缩机的运行频率来达到实际输气量的目的，从而有效减缓制热量的衰减幅度。但是该技术方法应对极寒天气还是非常有限的，应对-5℃环境温度还差不多，还担心发生高频堵转将会烧毁电机。⑵.准二级压缩技术补齐增焓，是在压缩机上设置中间补气口，通过辅路补入中温中压制冷剂，既可以增加了流经冷凝器的制冷剂循环量，又降低了蒸发器入口的制冷剂比焓，从而提升了低温环境下的系统性能，在-15℃工况下，机组能效比一般可达到2～3倍。⑶.单机双压缩技术，在小型单机双压缩机空气源热泵系统中，大多使用滚动式转子制冷压缩机，空气源热泵在低温条件下的稳定性和经济性均有所提高，就是在双级压缩模式的热泵中加入了再压缩元件，以此来提升空气源热泵系统的制热性能，实际结果表明在室外环境温度为-15℃时，设计良好的双级压缩空气源热泵系统的制热量与常规单级压缩空气源热泵系统相比会有所提升，且高于准二级压缩空气源热泵系统制热量的提升幅度。⑷.双机双级压缩机技术，为了实现空气源热泵在不用电辅加热情况下，满足寒冷地区供热需求，采用两个压缩机串联的双机双级压缩空气源热泵便应运而生了，双机双压缩技术空气源热泵克服了传统的单级压缩空气源热泵压缩比过大、排气温度过高、在极寒条件下运行不正常或无法运转的弊端，且经过中间冷却，又可使压缩机耗电量的减少，空气源热泵在低温条件下的稳定性和经济性均有所提高，两级压缩空气源热泵系统进一步提高了低温环境下的性能，但两级压缩空气源热泵系统也暴露出一些弊端：随着压缩机数量增多、多种工况的变频转换等都使得机组的耗电量增加，两级压缩式空气源热泵所需的设备初投资比单级热泵多，操作运行也较为复杂。⑸.双级耦合热泵技术，在室外温度较低时，一级热泵系统空气-防冻液和二级热泵系统防冻液-水均工作；两个三通阀均换向，一级热泵系统制取10-20℃低温热水，再由循环泵1输送至二级热泵系统的蒸发器中，二级热泵系统从低温热水吸收热量后制取高温热水，再由水泵输送至用户末端。其压缩比相比普通单级热泵系统要低得多，热泵系统制热运行时比传统热泵cop有所提高。与双机双级压缩热泵系统相比，由于增加了换热环节会导致累积温度端差的增大而出现热量的损耗，因此双级耦合热泵系统制热量和cop相比覆叠热泵系统要低一些。⑹.覆叠热泵技术，复叠式空气源热泵系统的原理与双级压缩系统类似，将较大的总温差分割成两段，分两步来转移低温热量，每段的制冷剂根据温度范围做出适宜的选择，将高温制冷剂与低温制冷剂相结合，使其能够在最佳的温度范围内工作。相比于其他各类两段压缩空气源热泵系统具有一定的发展前景，由于对复叠式空气源热泵系统的动态耦合过程不断优化，其流程结构能够使单一压缩机独立运行也能够使系统正常工作，像付圣东等人在覆叠空气源热泵机组增加了旁通毛细管和换热器，通过实验测试表明空气源热泵的低温性能有了一定的提高。王林等人提出一种低温环境下扩大制热量调节范围能力的空气源热泵，既可按传统空气源热泵方式运行，又可按复叠循环方式运行，在环境温度为-29℃时，压缩机输入功率为7.53kw，冷凝温度为55℃时，排气温度只有114℃，cop为1.87倍，比单级热泵节能15.3％，此覆叠热泵要比原来覆叠热泵在空调应用领域更具有推广价值，原来那种覆叠热泵虽然在极寒天气运行时要比传统热泵能效比高24.4％，但整个冬季运行的nplv能效比却比传统热泵低，所以很难被用户接受。

2、所以增强负荷调节能力也是可以实现整个冬季高效制热运行的。能效比cop或eer通常是指热泵或制冷机组的平均值。一个确定性能系数的制冷或热泵机组在不同工况下其能效比都是不一样的，会随着负荷变化而变化，于是引进iplv值是很有必要的，它是对不同环境温度下机组运行的cop值或eer值进行加权平均计算。其计算公式为：iplv(h)＝a×a1+b×b1+c×c1+d×d1，其中a、b、c、d为不同城市iplv，其中a1为100％负荷时的性能系数cop，b1是75％负荷时的性能系数cop，c1为50％负荷的性能系数时cop，d1是25％负荷的性能系数时cop。iplv计算就更加接近空调实际运行的cop或eer。科学评估一台机组运行费用既要考虑满负荷的效率，更要考虑部分负荷效率。事实上，机组运行满负荷的时间不到2％，98％的时间在部分负荷。nplv综合考虑机组在100％、75％、50％、25％不同负荷点的性能，并对不同点根据实际运行时间确定权重，来综合考虑评估机组的效率水平。

3、中国专利名称：“一种多逆卡诺循环交叉共换热介质的系统”；专利号：202211083641.9是采用两器蒸发器与冷凝器功能的相互切换，是在制冷剂侧来实现制冷与制热功能的切换，那么电动阀是针对压缩机的进出口的转换，由于制冷剂侧压差很大，容易造成高低压间制冷剂的窜漏，从而造成能量的损失，所以大流量四通阀可靠性就很差。

4、上述几种应对极寒天气的技术方案各有利弊，都是为了如何化解大温差带来的高压缩比，而造成机组运行稳定性差的问题，还能解决低温环境下机组运行效率低及采暖温度不够的相关问题，举措就是把大压缩比分割成两个以上的小压缩比，同时还要充分考虑系统能够随着环境温度的变化可更好调节机组的输出功率，并如何使其负荷调节范围更大，不能出现部分时间段有大牛拉小车的现象，必须能够具有单一压缩机配变频工作也能实现制冷或制热的功能。

5、为了实现更有利于散热，无须水冷也能够实现规模化散热，所以设计一种双循环制冷制热系统成为进一步改进的方向。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种双循环制冷制热系统，其特征在于：包括主循环装置、用户末端、辅循环装置、大气换热装置和换热循环泵，所述主循环装置和辅循环装置的非制冷剂侧共换热介质流体形成互助循环结构，所述主循环装置包括主循环冷凝器、主循环蒸发器、主循环压缩机和主循环节流装置，所述主循环冷凝器的非制冷剂侧进出口端分别设置有第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，所述第一阀门通过管道与用户末端出口处串联，所述用户末端的入口处设有用户端循环泵，所述用户端循环泵一端与所述第二阀门串联，所述第三阀门和第四阀门分别通过管道与所述辅循环装置的非制冷剂侧连通；所述主循环冷凝器的一侧通过主循环压缩机和主循环节流装置与主循环蒸发器连通，所述主循环蒸发器上设有第五阀门和第六阀门，所述第五阀门通过管道与所述用户末端连通，所述第六阀门通过管道与所述用户端循环泵连通；所述辅循环装置的一侧分别通过管道与大气换热装置和换热循环泵连通，所述大气换热装置和换热循环泵之间通过管道连通。

2、优选地，所述辅循环装置包括辅循环冷凝器、辅循环蒸发器、辅循环压缩机和辅循环节流装置，所述辅循环冷凝器进口端分别设有第七阀门和第八阀门，所述第七阀门通过管道与第四阀门连通，所述第八阀门通过管道与所述主循环蒸发器的非制冷剂侧的入口端连通，所述辅循环冷凝器的出口端设有第九阀门通过管道与所述大气换热装置连通，所述辅循环冷凝器一侧通过辅循环压缩机和辅循环节流装置与辅循环蒸发器连通，所述辅循环蒸发器的非制冷剂侧分别通过管道连通有第十阀门和第十一阀门，所述第十阀门通过管道与所述主循环蒸发器的非制冷剂侧的出口端连通，所述第十一阀门通过管道与所述第三阀门连通，所述辅循环蒸发器一侧分别通过管道连通有第十二阀门和第十三阀门，所述第十二阀门和第十三阀门另一端通过管道分别与所述换热循环泵连通。

3、优选地，所述换热循环泵两端分别串联有第十四阀门和第十五阀门，所述第十四阀门和第十五阀门通过管道汇通后与所述大气换热装置连通。

4、优选地，当双循环制冷制热系统在高负荷制热运行工况时，所述第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第十一阀门、第十三阀门和第十五阀门关闭，其他阀门均打开；当双循环制冷制热系统在低负荷制热运行工况时，所述辅循环压缩机停止工作，所述主循环压缩机工作，所述第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第九阀门、第十一阀门、第十三阀门和第十五阀门打开，其他阀门均关闭。

5、优选地，当所述主循环装置在独立运行热泵时，所述辅循环压缩机停止工作，第一阀门、第二阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门和第十四阀门打开，其他阀门均关闭。

6、优选地，所述双循环制冷制热系统在高负荷制冷运行工况时，所述第一阀门、第二阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第九阀门、第十一阀门和第十三阀门打开，其他阀门均关闭；当双循环制冷制热系统在低负荷制冷运行工况时，所述辅循环压缩机停止工作，所述主循环压缩机工作，所述第一阀门、第二阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第九阀门、第十一阀门和第十三阀门打开，其他阀门均关闭。

7、优选地，所述大气换热装置为一个或多个并列的翅片管换热器。

8、优选地，所述主循环压缩机为螺杆机，而辅循环压缩机为离心机。

9、优选地，所述辅循环蒸发器和辅循环冷凝器均为长流程的逆流换热器。

10、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

11、(1)本发明通过主循环装置、用户末端、用户端循环泵、辅循环装置、大气换热装置和换热循环泵的互相配合，双循环制冷制热系统供换热介质流体(防冻液)两次释放潜热分别给主循环蒸发器里的制冷剂和辅循环蒸发器里的制冷剂后，防冻液介质便与外界空气形成大温差换热之优势，基于这一大温差换热之优势，双循环制冷制热系统介质流量与空气流量会减少70％以上，吸热流体流量小相应延长了大气换热装置的使用寿命，还可充分利用温差为换热唯一动力的科学理论来实现大温差吸热与散热，从而节约大量的金属材料，降低设备制造成本。

12、(2)本发明通过可以实现热量正向反馈和负向反馈，从而使主循环热泵机组及辅助循环热泵机组的热源温度都得到提高，其能效比相应提升较大，这样既可以应对极寒天气和及高温天气，并可与外界空气形成大温差换热，无需水冷用风冷就可带走大量的热量，可节约水资源，可以实现远距离规模化输送热量及冷量，适用中央空调改造，把离心机制冷加锅炉采暖的空调模式改为互助循环式的制冷及制热一体化机组，亦可以作为一体化集成空调设备。