【摘 要】
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我国工业生产中大约2/3的余热资源被浪费掉,通过高温热泵加以回收利用,将带来巨大的节能减排效益,也是实现我国“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。随着热泵系统多元化应用场景的增加,对高温热泵的温度上限要求越来越高,目前多数工业化热泵机组的温升上限在80～90℃之间,无法满足更高用热温度的工业生产需求,本文针对大温跨补气式120℃高温输出工业热泵进行研制,对拓展高温热泵规模化应用,具有十分重要的意义。本
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我国工业生产中大约2/3的余热资源被浪费掉,通过高温热泵加以回收利用,将带来巨大的节能减排效益,也是实现我国“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。随着热泵系统多元化应用场景的增加,对高温热泵的温度上限要求越来越高,目前多数工业化热泵机组的温升上限在80～90℃之间,无法满足更高用热温度的工业生产需求,本文针对大温跨补气式120℃高温输出工业热泵进行研制,对拓展高温热泵规模化应用,具有十分重要的意义。本文建立了准二级压缩热泵循环理论分析模型,对满足工况设计要求的多种工质进行理论分析,结果表明:R245fa的热力性能最佳,同时利用理论分析对循环参数进行了优化,结果表明:在65℃至120℃温跨区间,当中间补气压力系数为1.3～1.4,一级压缩内容积比为1.3时的准二级压缩的循环效率最高。基于高温水源热泵准二级压缩循环理论分析,研制了以R245fa为工质的120℃高温水源热泵机组,采用中间补气应对高温工况下制热量衰减严重和排温较高的问题,同时设计压机内保护程序,通过喷液冷却避免压机内部温度过高对压机造成的不可逆损害;对实验系统进行了优化改造,设计高低温水流量自动控制,内部板换热回收,高低温水箱水温自适应控制等;开发了远程操控系统,可以实现对机组工质侧和水循环侧全参数的实时读取,反馈控制调节和数据保存等,提高了实验系统的稳定性和智能化水平。通过对热泵机组变工况性能实验研究,结果表明:在蒸发进水65℃,冷凝出水120℃下,主阀最佳过热度为7℃（补气关）,辅阀最佳过热度为6℃,系统COP为1.96,制热量为110.2k W,排温仅为125.3℃;当蒸发冷凝循环温跨为45℃时,COP性能系数达到2.85以上,排气温度在125℃以下。经过长时间连续运行测试,研制的120℃高温热泵系统具有较好的变工况性能,运行稳定,可以满足工艺生产的要求。
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