[发明专利]一种多热源互补跨临界二氧化碳热泵系统综合性能测试装置与方法

说明书

一种多热源互补跨临界二氧化碳热泵系统综合性能测试装置与方法，包括热泵系统、多热源系统和数据采集控制系统；热泵系统通过手动调节阀门开关切换简单两级压缩循环回路、两级压缩闪蒸罐中间补气循环回路、两级压缩换热器间补气循环回路；多热源系统包括环境模拟仓以及环境模拟仓中的蒸发器、太阳能模拟装置、风机和废水余热回收装置；数据采集控制系统可根据设定值自动控制冷却水加热温度、排气压力和中间补气压力。本发明能够在一个测试装置开展简单两级压缩循环、两级压缩闪蒸罐中间补气循环和两级压缩回热器中间补气循环热泵性能测试，同时进行空气源、水源、太阳能多种可再生能源的利用，结构紧凑，测试范围更加全面，节省了测试成本和空间。

技术领域

本发明属于跨临界二氧化碳热泵技术领域，特别涉及一种多热源互补、多种循环方式切换的跨临界二氧化碳热泵系统综合性能测试装置与方法。

背景技术

热泵是以空气、地热、太阳能、工业废热等为热源，由电能驱动，将低品位热能转化为高品位热能的一种可再生能源装置。正常情况下，热泵的制热量一定大于压缩机用电量，因此比电热原件更加绿色节能。相对于传统的氟利昂制冷剂，二氧化碳是一种环境友好(ODP＝0，GWP＝1)，易获取，不可燃，无毒害，传热性能好，单位容积制冷量高，临界温度低的天然工质。跨临界二氧化碳热泵循环充分发挥了二氧化碳工质的优势，利用超临界条件下二氧化碳放热过程中存在温度滑移，加热水温能够达到90℃以上，而传统热泵一般在60℃以上，且在冬季室外温度非常低的情况下也能运行，具有良好的发展和应用前景。

然而，超临界二氧化碳循环由于压力过高，会带来压缩机寿命缩短，耗功增加，制热系数下降等问题。因此在跨临界二氧化碳热泵中往往采用两级压缩中间补气的方式，降低每一级压缩机的压比，改善了压缩机性能，增加系统热效率。按照补气方式，又可分为闪蒸罐中间补气热泵和回热器中间补气热泵。此外，太阳能随着地理位置和气候条件变化，不够稳定；空气能热泵已被广泛使用，但寒冷天气时，供热需求增大，热泵效率反而降低，无法满足供热需求；废水余热能品位低，无法产生高温供热。采用多热源互补的热泵系统，综合考虑各个热源的性能特点，有利于提高热泵系统的稳定性和安全性，增大制热效率，降低运行成本，符合节能减排的发展趋势，是未来实现高质量供热的重要途径。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多种可再生热源(太阳能、空气能和废水余热)互补，综合利用的跨临界二氧化碳热泵综合性能测试装置与方法；该装置能够进行简单两级压缩循环回路、闪蒸罐中间补气两级压缩循环回路和再热器中间补气两级压缩循环回路三种循环的切换。在这一个实验装置上，可以长期开展不同循环方式的多种热泵性能测试实验，并对实验数据进行采集，节省了实验装置空间，降低了实验成本，提高了实验可信度。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种多热源互补跨临界二氧化碳热泵系统综合性能测试装置，包括第一通路、第二通路、第三通路、回热器、闪蒸罐和多热源系统；

沿流动方向，所述第一通路由低压级压缩机、高压级压缩机、气体冷却器、第一质量流量计连接组成；所述第二通路由第一电子膨胀阀、蒸发器、气液分离器连接组成；所述第三通路由电加热器和第二质量流量计连接组成；所述第三通路的末端与所述低压级压缩机的出口连接，所述第二通路的末端与所述第一通路的始端连接；

所述多热源系统包括环境模拟仓，所述蒸发器布置于所述环境模拟仓中；

将所述第一通路的末端与所述第二通路的始端连接，则第一通路和第二通路构成简单两级压缩热泵循环回路；

将所述第一通路的末端分为两个a支路，第一a支路经第二电子膨胀阀、回热器低压侧与所述第三通路的始端连接，第二a支路经回热器高压侧与所述第二通路的始端连接，则第一通路、第二通路、第三通路以及所述两个a支路构成两级压缩回热器中间补气热泵循环回路；