[实用新型]一种带机械过冷的高温型燃气热泵系统

说明书

本实用新型的一种带机械过冷的高温型燃气热泵系统，包括热泵子系统、内燃机子系统、连动机组和供水流路；热泵主循环是由包括低温蒸发器的制冷剂通道、四通换向阀、气液分离器、第一压缩机、第一冷凝器的制冷剂通道、过冷器的高温通道和第一节流阀通过管道依次串联构成循环；机械过冷子循环是由包括所述过冷器的低温通道、第二压缩机、第二冷凝器和第二节流阀通过管道依次串联构成循环；内燃机子系统由发动机、烟气流路和冷却液循环流路组成。本实用新型一次能源利用率高，能够回收热泵主循环的剩余热量，提供更高的供热温度，系统换热均匀性得到明显改善，换热不可逆损失减小，室外蒸发器不易结霜，发动机的可靠性和运行寿命得到显著提高。

技术领域

本实用新型涉及一种燃气热泵系统，尤其是涉及一种带机械过冷的高温型燃气热泵系统。

背景技术

天然气作为一种清洁能源在我国的能源变革中占有重要地位。我国正在稳步推进天然气体制改革，采用高效节能技术提高能源利用率对于天然气的应用和发展至关重要。

燃气热泵通过将发动机与蒸汽压缩式循环装置两类成熟的技术进行整合，极大地拓展了燃气技术的发展空间和市场需求。燃气热泵利用燃气发动机驱动压缩机，实现将热量从低温热源向高温热源泵送，是提高一次能源利用率的高效节能装置；同时燃气内燃机产生的余热可进一步用于供热，热能转化效率高。

对于供热需求超过80℃的工业流程，目前市面上的普通热泵系统需要采用高成本的特种高温压缩机，二氧化碳等热泵也由于高压控制和高成本等难题还未大规模市场化。相比之下，燃气热泵的发动机余热属于高温余热范围，若将余热直接用于换热流体加热，可以进一步实现高温或超高温供热。因此，在高温工业流程中，燃气热泵具有明显的技术和成本优势。

然而，由于烘干等应用场景的特点，换热流体通常采用循环制热模式，进入燃气热泵的换热流体温度也会较高。因此，尽管燃气热泵的冷凝温度可以低于供热温度，较高的进口流体温度也会导致其达到约60℃。现有的燃气热泵系统通常采用单发动机带动单压缩机模式，对于单级热泵系统，过高的阀前温度将造成显著的节流损失，降低系统能效，从而导致燃气热泵的一次能源利用效率降低。同时对于供回水温差较大的应用场景，热泵和发动机余热的两段式供热仍不能很好地保证温差场均匀性，从而造成较大的换热不可逆损失。

另一方面，空气源热泵低温下的结霜问题也是影响机组性能的重要难题。电驱热泵冬季运行时需及时除霜，消耗额外的电力且影响制热效果。一般情况下，每30～120分钟需除霜一次，增加了10%的电耗量。

实用新型内容

为满足高温工业流程的供热需求，提高燃气热泵机组能源利用效率，同时改善空气源热泵结霜情况，本实用新型提出了一种带机械过冷的高温型燃气热泵系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种带机械过冷的高温型燃气热泵系统，其特征在于，包括热泵子系统、内燃机子系统、连动机组和供水流路；

所述热泵子系统由热泵主循环和机械过冷子循环组成；所述热泵主循环是由包括低温蒸发器的制冷剂通道、四通换向阀、气液分离器、第一压缩机、第一冷凝器的制冷剂通道、过冷器的高温通道和第一节流阀通过管道依次串联组成，所述第一节流阀再与所述低温蒸发器的制冷剂通道连接，构成循环；所述机械过冷子循环是由包括所述过冷器的低温通道、第二压缩机、第二冷凝器和第二节流阀通过管道依次串联组成，第二节流阀再与所述过冷器的低温通道连接，构成循环；

所述内燃机子系统由发动机、烟气流路和冷却液循环流路组成；所述烟气流路是由发动机的排气管、三元催化器的烟气通道、第一烟气换热器的烟气通道、第二烟气换热器的烟气通道和所述低温蒸发器的烟气通道通过管道依次串联组成，低温烟气最终从低温蒸发器排出；所述冷却液循环流路是由冷却液换热器的高温通道、气缸套、所述三元催化器的载冷剂通道、所述第一烟气换热器的载冷剂通道和冷却液循环泵通过管道依次串联组成，所述冷却液循环泵再与所述冷却液换热器的高温通道相连，构成循环；