供暖熱泵系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于機械工程技術領域，涉及一種CO2復合熱栗系統(tǒng)。
【【背景技術】】
[0002]機械壓縮式熱栗技術利用少量高品位的機械能，利用壓縮機完成制冷劑在系統(tǒng)中的循環(huán)，將熱量從較低溫度的熱源中提取后加熱其它介質(zhì)，即通過消耗少量的高品位能量，將低品位能量提升為高品位能量。空氣源熱栗以室外空氣為熱源進行供暖或供應熱水，其安裝使用方便，對環(huán)境污染較小，其節(jié)能效果要明顯高于電加熱等采暖方式。但是由于空氣源熱栗在低溫環(huán)境下運行存在著一些不足，如隨著環(huán)境溫度的降低，室內(nèi)熱負荷需求增大，而空氣源熱栗的制熱量會減小，不能滿足室內(nèi)需求；同時由于環(huán)境溫度降低，蒸發(fā)壓力也隨之降低，壓縮機壓比增大，排氣溫度升高，容易引起壓縮機過熱保護而停機，空氣源熱栗在我國北方大部分地區(qū)尚未得到普遍應用。
[0003]CO2屬于惰性氣體，無毒無刺激，良好的安全性和化學穩(wěn)定性，安全無毒，不可燃，即便在高溫下也不分解產(chǎn)生有害氣體；其對全球變暖潛力指數(shù)GWP為I，C02不需要工業(yè)合成，只需要在大氣中提取就可以，使用方便；同時，它對大氣臭氧層無任何破環(huán)作用，ODP為
O。并且，CO2本身優(yōu)越的熱物理特性以及良好的迀移特性也適合其作為制冷工質(zhì)，導熱系數(shù)以及定壓比熱高，蒸汽密度小，動力粘度小，表面張力小，這些特點為機組的小型化以及成本節(jié)省提供了前提。0)2臨界溫度為30.98°C，臨界壓力為7.38MPa，在跨臨界區(qū)與外部介質(zhì)換熱時不發(fā)生相變，因此跨臨界CO2循環(huán)不存在潛熱交換和冷凝過程。考慮到CO2較高的臨界壓力，在相同的條件下，跨臨界CO2熱栗能夠?qū)⑺訜岬礁叩臏囟取?br>[0004]跨臨界⑶2熱栗可以把水溫升到更高的溫度，適應于將冷水(10°C_15°C)直接加熱到80°C以上的直熱式熱栗，隨著氣體冷卻器進水溫度的升高，機組性能變差，特別是在低環(huán)境溫度，進出水溫度為40°C/45°C采暖工況下，跨臨界CO2熱栗制熱能效比較低，跨臨界0)2熱栗系統(tǒng)氣體冷卻器進水溫度對系統(tǒng)性能的影響如圖1、圖2所示。
[0005]當氣體冷卻器回水溫度較低(10°C)時，如圖1所示，氣體冷卻器出口處CO2溫度較低，恰值較小，CO2在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)吸熱的焓差In較大，系統(tǒng)制熱性能良好；當氣體冷卻器回水溫度較低(40°C)時，如圖2所示，氣體冷卻器出口處CO2溫度較高，焓值較大，CO2在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)吸熱的焓差In較小。在相同的輸入功率下(h2)，隨著氣體冷卻器進水溫度的升高，氣體冷卻器出口處CO2溫度升高，熱栗系統(tǒng)從環(huán)境中吸收熱量急劇減小，氣體冷卻器制熱能力下降，熱栗性能急劇衰減，該趨勢隨環(huán)境溫度的降低愈加嚴重，極大的限制了低環(huán)境溫度，跨臨界CO2熱栗高回水溫度(即冬季供暖需求)時的應用。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種CO2供暖熱栗系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有供暖熱栗系統(tǒng)采用CO2工質(zhì)時存在的問題，使跨臨界CO2熱栗系統(tǒng)能夠高效穩(wěn)定的應用于冬季暖氣片形式供暖。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
[0008]—種⑶2供暖熱栗系統(tǒng)，包括第一壓縮機、第二壓縮機、引射器、氣體冷卻器、第一膨脹閥、閃蒸罐、第二膨脹閥及蒸發(fā)器;第一壓縮機排氣口連接引射器第一入口，第二壓縮機的排氣口連接引射器第二入口，引射器出口連接氣體冷卻器工質(zhì)入口；氣體冷卻器工質(zhì)出口連接第一膨脹閥入口，第一膨脹閥出口連接閃蒸罐入口；閃蒸罐中的氣體出口連接第二壓縮機入口，閃蒸罐的液體出口經(jīng)第二膨脹閥和蒸發(fā)器連接第一壓縮機的入口。
[0009]進一步的:閃蒸罐中設置回氣U型管。
[0010]進一步的:回氣U型管底部設置Φ 0.8mm直徑回油孔。
[0011]進一步的:所述一種CO2供暖熱栗系統(tǒng)采用的工質(zhì)為天然工質(zhì)C02。
[0012]進一步的:氣體冷卻器(4)還連接用于與氣體冷卻器中工質(zhì)換熱的供暖管路。
[0013]本發(fā)明設置第一壓縮機將來自蒸發(fā)器中的制冷劑壓縮后進入引射器入口，引射來自第二壓縮機中的制冷劑氣體后，混合氣體進入氣體冷卻器中加熱供暖回水;氣體冷卻器出口的制冷劑經(jīng)第一節(jié)流閥后進入閃蒸罐中閃蒸，分離出氣態(tài)及液態(tài)制冷劑，氣態(tài)制冷劑由閃蒸罐中的U型管道進入第二壓縮機后，由引射器引射路進入引射器中；二次節(jié)流閃蒸方式降低了蒸發(fā)器節(jié)流前的溫度，增加了蒸發(fā)器中制冷劑的焓差，從而提高了熱栗從空氣中的吸熱量，提高了系統(tǒng)能耗，減弱了高回水溫度對CO2供暖熱栗性能的影響。
[0014]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明運用兩臺并聯(lián)壓縮機降低高回水溫度(50°C)時CO2熱栗的性能衰減問題;通過使用引射器降低兩臺壓縮機的功耗，提升系統(tǒng)的能效;通過在閃蒸罐中設置帶回油孔的回氣U型管，保證壓縮機吸氣狀態(tài)為氣態(tài)。
[0015]本發(fā)明采用兩級壓縮減弱高回水溫度帶來的性能衰減問題。一級節(jié)流后的制冷劑進入閃蒸罐中進行閃蒸過程，氣態(tài)制冷劑進入第二壓縮機中加壓后進入引射器，液態(tài)制冷劑二次節(jié)流后進入蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱。
[0016]本發(fā)明采用二次節(jié)流閃蒸過程，降低蒸發(fā)器節(jié)流前制冷劑溫度，增加了蒸發(fā)器中制冷劑的焓差，從而提高熱栗系統(tǒng)在空氣中的吸熱量，提高系統(tǒng)能效，減弱高回水溫度對CO2供暖熱栗性能的影響。
[0017]本發(fā)明采用引射器，利用來自第一壓縮機出口的制冷劑氣體，引射來自第二壓縮機出口的制冷劑氣體后，將其排入氣體冷卻器中用于加熱供暖回水，該方式可降低二級壓縮的功耗，提升系統(tǒng)能效。
[0018]本發(fā)明在閃蒸罐中設置回氣U型管，保證了由閃蒸罐中進入第二壓縮機中的制冷劑為氣態(tài)，保證第二壓縮機運行安全。
[0019]本發(fā)明在閃蒸罐中回氣U型管底部設置Φ0.8mm直徑回油孔，保證潤滑油可通過該孔返回第二壓縮機中。
[0020]本發(fā)明采用引射器，混合二級壓縮機中的氣態(tài)制冷劑，降低了系統(tǒng)運行中壓縮機的功耗，提升了系統(tǒng)能效。
【【附圖說明】】
[0021 ]圖1是氣體冷卻器10°C進水系統(tǒng)T-h圖；
[0022]圖2是氣體冷卻器40°C進水系統(tǒng)T-h圖；
[0023]圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明CO2供暖熱栗系統(tǒng)的熱栗熱力循環(huán)特性圖。【【具體實施方式】】
[0025]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0026]請參閱圖3及圖4所示，本發(fā)明一種⑶2供暖熱栗系統(tǒng)，包括第一壓縮機11、第二壓縮機12、引射器13、氣體冷卻器14、第一膨脹閥15、閃蒸罐16、第二膨脹閥17及蒸發(fā)器18。
[0027]第一壓縮機11排氣口連接引射器13入口，引射來自第二壓縮機12的氣體后，引射器13出口連接氣體冷卻器14入口，制冷劑在氣體冷卻器14中放熱，加熱供暖用水;氣體冷卻器14出口連接第一膨脹閥15入口，第一膨脹閥15出口連接閃蒸罐16入口，節(jié)流后的制冷劑在閃蒸罐中16分離，氣體進入第二壓縮機12入口，液體由閃蒸罐16出口進入第二膨脹閥17入口，節(jié)流后的制冷劑進入蒸發(fā)器18中蒸發(fā)吸熱，氣化的制冷劑氣體由第一壓縮機11入口進入第一壓縮機11。
[0028]為便于詳細說明該熱栗系統(tǒng)熱力特性，結合圖3、圖4說明系統(tǒng)的循環(huán)特性(圖3和圖4中數(shù)字1-10為狀態(tài)點)。圖4中，狀態(tài)點1-2的過程為第一壓縮機的壓縮過程，通過設置引射器，引射來自第二壓縮機中的制冷劑氣體，將其壓力提升至狀態(tài)點5，引射器的使用，降低了第二壓縮機的功耗，有利于系統(tǒng)能效比的提升;經(jīng)過第一膨脹閥后，制冷劑狀態(tài)由狀態(tài)點6降低為狀態(tài)點7并進入閃蒸罐中，分離為狀態(tài)點8的氣態(tài)制冷劑與狀態(tài)點9的液態(tài)制冷劑，由于該過程降低了進入蒸發(fā)器中制冷劑的焓值(狀態(tài)點9)，故而增加了蒸發(fā)器中制冷劑的焓差，提高了熱栗系統(tǒng)從空氣中吸收的熱量，提高了系統(tǒng)的性能，避免了高回水溫度帶來的蒸發(fā)器進口制冷劑焓值較高的問題。
[0029]該發(fā)明從降低壓縮機功耗及提高系統(tǒng)從空氣中吸熱量兩個方面，改進了CO2供暖熱栗系統(tǒng)在高回水溫度時系統(tǒng)性能惡化的問題，解決了CO2熱栗應用于循環(huán)加熱時制熱能效較差的問題。
【主權項】
1.一種CO2供暖熱栗系統(tǒng)，其特征在于:包括第一壓縮機(11)、第二壓縮機(12)、引射器(13)、氣體冷卻器(14)、第一膨脹閥(15)、閃蒸罐(16)、第二膨脹閥(17)及蒸發(fā)器(18); 第一壓縮機(11)排氣口連接引射器(13)第一入口，第二壓縮機(12)的排氣口連接引射器(13)第二入口，引射器(13)出口連接氣體冷卻器(14)工質(zhì)入口 ；氣體冷卻器(14)工質(zhì)出口連接第一膨脹閥(I5)入口，第一膨脹閥(I5)出口連接閃蒸罐(I6)入口；閃蒸罐中(I6)的氣體出口連接第二壓縮機(12)入口，閃蒸罐(16)的液體出口經(jīng)第二膨脹閥(17)和蒸發(fā)器(18)連接第一壓縮機(11)的入口。2.根據(jù)權利要求1所述的一種CO2供暖熱栗系統(tǒng)，其特征在于:閃蒸罐(16)中設置回氣U型管。3.根據(jù)權利要求2所述的一種CO2供暖熱栗系統(tǒng)，其特征在于:回氣U型管底部設置Φ0.8mm直徑回油孔。4.根據(jù)權利要求1所述的一種CO2供暖熱栗系統(tǒng)，其特征在于:所述一種CO2供暖熱栗系統(tǒng)采用的工質(zhì)為天然工質(zhì)CO2。5.根據(jù)權利要求1所述的一種CO2供暖熱栗系統(tǒng)，其特征在于:氣體冷卻器(14)還連接用于與氣體冷卻器(14)中工質(zhì)換熱的供暖管路。6.根據(jù)權利要求1所述的一種CO2供暖熱栗系統(tǒng)，其特征在于:第一壓縮機將來自蒸發(fā)器中的制冷劑壓縮后進入引射器入口，引射來自第二壓縮機中的制冷劑氣體后，混合氣體進入氣體冷卻器中加熱供暖回水;氣體冷卻器出口的制冷劑經(jīng)第一節(jié)流閥后進入閃蒸罐中閃蒸，分離出氣態(tài)及液態(tài)制冷劑，氣態(tài)制冷劑由閃蒸罐中的U型管道進入第二壓縮機后，由引射器引射路進入引射器中。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種CO2供暖熱泵系統(tǒng)，包括第一壓縮機、第二壓縮機、引射器、氣體冷卻器、第一膨脹閥、閃蒸罐、第二膨脹閥及蒸發(fā)器；第一壓縮機排氣口連接引射器第一入口，第二壓縮機的排氣口連接引射器第二入口，引射器出口連接氣體冷卻器工質(zhì)入口；氣體冷卻器工質(zhì)出口連接第一膨脹閥入口，第一膨脹閥出口連接閃蒸罐入口；閃蒸罐中的氣體出口連接第二壓縮機入口，閃蒸罐的液體出口經(jīng)第二膨脹閥和蒸發(fā)器連接第一壓縮機的入口。本發(fā)明運用兩臺并聯(lián)壓縮機降低高回水溫度(50℃)時CO2熱泵的性能衰減問題；通過使用引射器降低兩臺壓縮機的功耗，提升系統(tǒng)的能效；通過在閃蒸罐中設置帶回油孔的回氣U型管，保證壓縮機吸氣狀態(tài)為氣態(tài)。
【IPC分類】F25B41/00, F25B31/00, F24D3/18
【公開號】CN105546619
【申請?zhí)枴緾N201610049125
【發(fā)明人】曹鋒, 楊東方, 金磊, 何永寧, 殷翔
【申請人】西安交通大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月25日