熱泵系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱泵技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種暖氣片供暖用跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]機(jī)械壓縮式熱泵技術(shù)利用少量高品位的機(jī)械能，利用壓縮機(jī)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(guò)消耗少量的高品位能量，將低品位能量提升為高品位能量?？諝庠礋岜靡允彝饪諝鉃闊嵩催M(jìn)行供暖或供應(yīng)熱水，其安裝使用方便，對(duì)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。但是由于空氣源熱泵在低溫環(huán)境下運(yùn)行存在著一些不足，如隨著環(huán)境溫度的降低，室內(nèi)熱負(fù)荷需求增大，而空氣源熱泵的制熱量會(huì)減小，不能滿足室內(nèi)需求；同時(shí)由于環(huán)境溫度降低，蒸發(fā)壓力也隨之降低，壓縮機(jī)壓比增大，排氣溫度升高，容易引起壓縮機(jī)過(guò)熱保護(hù)而停機(jī)，空氣源熱泵在我國(guó)北方大部分地區(qū)尚未得到普遍應(yīng)用。
[0003]0)2屬于惰性氣體，無(wú)毒無(wú)刺激；良好的安全性和化學(xué)穩(wěn)定性，安全無(wú)毒，不可燃，即便在高溫下也不分解產(chǎn)生有害氣體；其對(duì)全球變暖潛力指數(shù)GWP為1，CO2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(shí)，它對(duì)大氣臭氧層無(wú)任何破環(huán)作用，ODP為Oo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(dǎo)熱系數(shù)以及定壓比熱高，蒸汽密度小，動(dòng)力粘度小，表面張力小，這些特點(diǎn)為機(jī)組的小型化以及成本節(jié)省提供了前提。CO2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(shí)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(guò)程?？紤]到0)2較高的臨界壓力，在相同的條件下，跨臨界CO2熱泵能夠?qū)⑺訜岬礁叩臏囟取?br>[0004]跨臨界CO2熱泵可以把水溫升到更高的溫度，適應(yīng)于將冷水(10°C -15°C )直接加熱到80°C以上的直熱式熱泵。由于跨臨界CO2系統(tǒng)受氣體冷卻器進(jìn)水溫度影響大，隨著進(jìn)水溫度的升高，機(jī)組性能變差，特別是在低環(huán)境溫度，進(jìn)出水溫度為40°C /45°C采暖工況下，跨臨界CO2熱泵制熱能效比較低，將其直接應(yīng)用于采暖加熱存在一定的技術(shù)難題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種暖氣片供暖用跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有供暖熱泵系統(tǒng)采用CO2工質(zhì)時(shí)存在的問(wèn)題，并考慮環(huán)境溫度變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響，使跨臨界0)2熱泵系統(tǒng)能夠高效穩(wěn)定的應(yīng)用于暖氣片形式供暖。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種暖氣片供暖用跨臨界0)2熱泵系統(tǒng)，包括第一冷凝器、第一蒸發(fā)器、第一壓縮機(jī)、氣體冷卻器、第二壓縮機(jī)、氣液分離器、第二蒸發(fā)器、引射器、第一四通換向閥和第二四通換向閥；
[0008]暖氣片的回水管路分成兩路，一路連接第一冷凝器的回水入口，另一路連接第一蒸發(fā)器的回水入口 ；第一冷凝器的回水出口連接混合器的第一入口，第一蒸發(fā)器的回水出口連接氣體冷卻器的回水入口，氣體冷卻器的回水出口連接混合器的第二入口，混合器的出口連接暖氣片供暖系統(tǒng)；第一壓縮機(jī)的出口連接第一冷凝器的工質(zhì)入口，第一冷凝器的工質(zhì)出口分成兩路，一路連接第一蒸發(fā)器的工質(zhì)入口，另一路連接第二蒸發(fā)器的第二工質(zhì)入口 ；第一蒸發(fā)器的工質(zhì)出口連接第一壓縮機(jī)的入口 ；第二蒸發(fā)器的第二工質(zhì)出口連接第一壓縮機(jī)的入口；
[0009]第二壓縮機(jī)的出口、第二蒸發(fā)器的第一工質(zhì)出口、氣體冷卻器的工質(zhì)入口和引射器的第一入口均連接第一四通換向閥；氣體冷卻器的工質(zhì)出口、引射器的第二入口、第二蒸發(fā)器的第一工質(zhì)入口和氣液分離器的液體出口均連接第二四通換向閥；引射器的出口連接氣液分離器的入口，氣液分離器的氣體出口連接第二壓縮機(jī)的入口。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第一冷凝器的工質(zhì)出口設(shè)有第一膨脹閥，第一膨脹閥的出口分成兩路，一路連接第一蒸發(fā)器的工質(zhì)入口，另一路連接第二蒸發(fā)器的第二工質(zhì)入口 ；第一蒸發(fā)器的工質(zhì)入口設(shè)有第一電磁閥，第一蒸發(fā)器的工質(zhì)出口設(shè)有第二電磁閥;第二蒸發(fā)器的第二工質(zhì)入口設(shè)有第三電磁閥；第二蒸發(fā)器的第二工質(zhì)出口設(shè)有第四電磁閥；氣液分離器的液體出口設(shè)有第二膨脹閥。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:來(lái)自暖氣片的回水分為兩部分后，一部分進(jìn)入第一冷凝器中升溫，另一部分進(jìn)入第一蒸發(fā)器中降溫，第一冷凝器升溫后的熱水進(jìn)入混合器中，第一蒸發(fā)器中被冷卻的冷水進(jìn)入氣體冷卻器中被加熱后進(jìn)入混合器，熱水在混合器中混合后進(jìn)入暖氣片供暖系統(tǒng)。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第二壓縮機(jī)通過(guò)第一四通換向閥將高溫高壓的跨臨界狀態(tài)CO2排入氣體冷卻器中，加熱暖氣片回水后溫度降低，通過(guò)第二四通換向閥進(jìn)入引射器的第二入口中，引射來(lái)自第二蒸發(fā)器中的<^02氣體后混合進(jìn)入氣液分離器中，氣液分離器中0)2氣體經(jīng)第二壓縮機(jī)壓縮后排入氣體冷卻器中，氣液分離器中CO2液體通過(guò)第二四通換向閥進(jìn)入第二蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，產(chǎn)生的氣體進(jìn)入引射器的第一入口，然后經(jīng)引射器進(jìn)入氣液分離器中。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第一冷凝器、第一膨脹閥、第一蒸發(fā)器、第一壓縮機(jī)組成第一熱泵系統(tǒng)；氣體冷卻器、第二壓縮機(jī)、氣液分離器、第二節(jié)流閥、第二蒸發(fā)器、引射器、第一四通換向閥和第二四通換向閥組成第二熱泵系統(tǒng)，第二熱泵系統(tǒng)為跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第二熱泵系統(tǒng)停機(jī)，第一熱泵系統(tǒng)運(yùn)行；第一電磁閥、第二電磁閥關(guān)閉；第三電磁閥、第四電磁閥開(kāi)啟；第一熱泵系統(tǒng)中第一蒸發(fā)器停用，第一膨脹閥經(jīng)第三電磁閥連接第二蒸發(fā)器，第二蒸發(fā)器經(jīng)第四電磁閥連接第一壓縮機(jī)，第一壓縮機(jī)連接第一冷凝器。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:來(lái)自第二壓縮機(jī)的高溫高壓蒸氣經(jīng)第一四通換向閥后進(jìn)入第二蒸發(fā)器中，將熱量傳遞給霜層后溫度降低，經(jīng)第二四通換向閥后進(jìn)入引射器中，與來(lái)自第一四通換向閥中的工質(zhì)混合后進(jìn)入氣液分離器中，氣液分離器中的αν液體由四通換向閥進(jìn)入氣體冷卻器中蒸發(fā)吸熱，氣體冷卻器產(chǎn)生的0)2氣體經(jīng)第一四通換向閥后進(jìn)入弓I射器中，氣液分離器中的CO2氣體進(jìn)入第二壓縮機(jī)中。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:所述暖氣片供暖用跨臨界0)2熱泵系統(tǒng)中選用的工質(zhì)為天然工質(zhì)CO2。
[0017]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0018]本發(fā)明通過(guò)合理設(shè)置系統(tǒng)流程，將跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于暖氣片形式供暖，極大的提升了熱泵系統(tǒng)循環(huán)效率，使得新型環(huán)保工質(zhì)能應(yīng)用于房間供暖，對(duì)于冬季需供暖基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能減排改造具有極大的實(shí)際意義。
[0019]本發(fā)明跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)引入引射器，進(jìn)一步改善較低環(huán)境溫度時(shí)跨臨界0)2熱泵系統(tǒng)熱力性能；氣體冷卻器出口 CO2氣體進(jìn)過(guò)引射器后，作為工作氣體引射來(lái)自第二蒸發(fā)器中的氣體后，進(jìn)入氣液分離器，氣液分離器中的氣體進(jìn)入第二壓縮機(jī)中，被壓縮后進(jìn)入氣體冷卻器中，加熱來(lái)自第一蒸發(fā)器中的回水，氣液分離器中的CCV液體經(jīng)第二膨脹閥后進(jìn)入第二蒸發(fā)器中，第二蒸發(fā)器產(chǎn)生的其他由引射器引射進(jìn)入氣液分離器。
[0020]通過(guò)設(shè)置四個(gè)電磁閥保證熱泵系統(tǒng)在環(huán)境溫度改變時(shí)均能滿足使用要求。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，控制電磁閥開(kāi)啟/關(guān)閉，使第一熱泵系統(tǒng)與第二熱泵系統(tǒng)均工作；當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，控制電磁閥開(kāi)啟/關(guān)閉，使第一熱泵系統(tǒng)中，工質(zhì)流經(jīng)第一膨脹閥后進(jìn)入第二蒸發(fā)器中，完成蒸發(fā)吸熱后進(jìn)入第一壓縮機(jī)中，該工況下，第二熱泵系統(tǒng)停機(jī)。
[0021]本發(fā)明設(shè)置四通換向閥解決熱泵系統(tǒng)在供暖過(guò)程中出現(xiàn)的結(jié)霜現(xiàn)象；當(dāng)處于除霜工況時(shí)，來(lái)自壓縮機(jī)的高溫氣體進(jìn)入第二蒸發(fā)器中，將熱量傳遞給霜層，氣體被冷卻后作為工作流體進(jìn)入引射器中后進(jìn)入氣液分離器中，氣液分離器中的αν液體經(jīng)過(guò)第二膨脹閥后進(jìn)入氣體冷卻器中蒸發(fā)吸熱，其產(chǎn)生的其他作為引射流體進(jìn)入引射器中，與來(lái)自第一蒸發(fā)器中的氣體混合后進(jìn)入氣液分離器中，氣液分離器中的氣體進(jìn)入第二壓縮機(jī)。
【【附圖說(shuō)明】】
[0022]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是除霜工況下系統(tǒng)循環(huán)示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明一種暖氣片供暖用跨臨界0)2熱泵系統(tǒng)，包括第一冷凝器1、第一膨脹閥3、第一蒸發(fā)器6、第一壓縮機(jī)4、氣體冷卻器9、第二壓縮機(jī)12、氣液分離器15、第二膨脹閥16、第二蒸發(fā)器13、引射器14、及四通換向閥10、17。第一冷凝器1、第一膨脹閥3、第一蒸發(fā)器6、第一壓縮機(jī)4組成第一熱泵系統(tǒng)。氣體冷卻器9、第二壓縮機(jī)12、氣液分離器15、第二膨脹閥16、第二蒸發(fā)器13、引射器14、及四通換向閥10、17組成第二熱泵系統(tǒng)，第二熱泵系統(tǒng)為跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)。
[0026]暖氣片的回水管路分成兩路，一路連接第一冷凝器I的回水入口，另一路連接第一蒸發(fā)器6的回水入口 ；第一冷凝器I的回水出口連接混合器2的第一入口，第一蒸發(fā)器6的回水出口連接氣體冷卻器9的回水入口，氣體冷卻器9的回水出口連接混合器2的第二入口，混合器2的出口連接暖氣片供暖系統(tǒng)。第一壓縮機(jī)4的出口連接第一冷凝器I的工質(zhì)入口，第一冷凝器I的工質(zhì)出口設(shè)有第一膨脹閥3，第一膨脹閥3的出口分成兩路，一路連接第一蒸發(fā)器6的工質(zhì)入口，另一路連接第二蒸發(fā)器13的第二工質(zhì)入口 ；第一蒸發(fā)器6的工質(zhì)入口設(shè)有電磁閥5，第二蒸發(fā)器13的第二工質(zhì)入口設(shè)有電磁閥11 ;第一蒸發(fā)器6的工質(zhì)出口連接第一壓縮機(jī)4的入口 ；第一蒸發(fā)器6的工質(zhì)出口設(shè)有電磁閥7。第二蒸發(fā)器13的第二工質(zhì)出口連接第一壓縮機(jī)4的入口 ；第二蒸發(fā)器13的第二工質(zhì)出口設(shè)有電磁閥8。
[0027]第二壓縮機(jī)12的出口、第二蒸發(fā)器13的第一工質(zhì)出口、氣體冷卻器9的工質(zhì)入口和引射器14的第一入口均連接四通換向閥10 ;氣體冷卻器9的工質(zhì)出口、引射器14的第二入口、第二蒸發(fā)器13的第一工質(zhì)入口和氣液分離器15的液體出口均連接四通換向閥17 ；氣液分離器15的液體出口設(shè)有第二膨脹閥16 ;引射器14的出口連接氣液分離器15的入口，氣液分離器15的氣體出口連接第二壓縮機(jī)12的入口。
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