CN103615829A - 二氧化碳热泵余热回收系统 - Google Patents

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娄爱宏
姚伟君
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Abstract

一种二氧化碳热泵余热回收系统，包括：有机工质CO2换热器，CO2空调换热器，CO2热泵压缩机，冷凝换热器，CO2膨胀器，空调进出水口，有机工质CO2换热器顺次与CO2空调换热器、CO2热泵压缩机、冷凝换热器、CO2膨胀器连接，其中CO2空调换热器与空调进出水口连接；系统回收利用有机工质余热提高膨胀后CO2的温度，在有机工质CO2换热器中与有机工质换热后输出的低温CO2可以作为CO2空调换热器的冷源制冷，能量得到高效的利用从而达到节能的作用，同时冷凝器端可制备高温热水即可供暖，又可以做为其它系统的热源。

Description

二氧化碳热泵余热回收系统
技术领域
本发明属于一种余热回收系统，特别是一种二氧化碳热泵余热回收系统。
背景技术
国内外对于低温热能利用的研究主要开始于20世纪70年代的石油危机时期。其中，有机物朗肯循环与热泵的研究和应用最为广泛。早在1924年，就有人开始研究采用二苯醚作为工质的有机物朗肯循环。到目前为止，全世界已有2OOO多套ORC装置在运行，并且有十几家生产制造企业，生产出单机容量为14000kW的ORC发电机组。对低温热能发电技术的研究主要集中在以下几个方面：工质的热力学特性和环保性能；混合工质的应用；热力循环的优化等。国外有机朗肯循环低温热发电技术主要应用于地热发电，低温有机工质发电是通过利用低温热（100℃）来加热某种沸点较低的工质，使之变为高压有机蒸汽，推动汽轮机去带动发电机发电。和常规的有机朗肯循环一样，由蒸发器、汽轮机、冷凝器和工质泵组成，工质在热力设备中不断进行等压加热、绝热膨胀、等压放热和绝热压缩4个过程，使热能不断转化为机械能，再由发电机将机械能转化为人们所需要的电能。然而有机工质做功后的余热没有很好的应用。
热泵是全世界倍受关注的新节能技术。热泵按热源获取来源的种类可分为：水源热泵，地源热泵，空气源热泵，双源热泵（水源热泵和空气源热泵结合）。热泵按工作环境温度的种类可分为：低温热泵，普通热泵。热泵按产热温度的种类可分为：中温热泵（50-70度）高温热泵（80-90度）。其中CO2热泵就是采用CO2作为制冷剂的热泵或空调，普通热泵一般采用氟利昂作为制冷剂，两者的工作原理基本是一样的，都属于蒸汽压缩式，但也稍有不同，CO2热泵属于超临界循环，即在冷凝器端，CO2是不会被冷凝成液体的，而氟利昂冷媒在冷凝器端是被冷凝成液体再节流的。应用CO2做为制冷剂的主要原因是目前大量使用的氟利昂如R12、R22等被证明对环境有破坏作用，一个破坏作用是对臭氧层的破坏，一个是具有温室效应，而CO2是地球本身就有的气体，来自于地球，即使排放到地球对环境也没有影响。但CO2作为制冷剂的热泵系统，其工作压力超高，高压超过100kgf/cm2，而R22的热泵系统高压一般为2kgf/cm2多，因此，CO2热泵系统的配件、铜管等都需要耐高压，由此导致其成本比一般的热泵系统高很多。但作为热泵来说，采用CO2还有一个好处就是其排气温度较高，而且在低温下的效果也比较好，作为热泵热水器来说，就意味着可以烧更高温度的热水，如90℃，也可以在更低环境温度下工作，如-15℃等。热泵系统完全可以回收有机工质发电后余热。同时因CO2热泵系统膨胀后温度可以达到0度以下，做为制冷温度太低，需要升温后才能向建筑物制冷。
发明内容
为合理回收有机工质余热，同时能更合理的利用CO2热泵系统为建筑物制冷，本发明设计一种二氧化碳热泵余热回收系统，
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：整个系统包括：有机工质CO2换热器，CO2空调换热器，CO2热泵压缩机，冷凝换热器，CO2膨胀器，空调进出水口；有机工质CO2换热器顺次与CO2空调换热器、CO2热泵压缩机、冷凝换热器、CO2膨胀器连接，其中CO2空调换热器与空调进出水口连接；低温有机工质15℃输入到有机工质CO2换热器中进行热量交换，换热后0℃气态的CO2后通过CO2空调换热器换热，将中介水变为5℃为建筑物制冷，制冷后25℃中介水从空调进出水口返回到CO2空调换热器换热，换热后的CO2为23℃气态的CO2，再通过CO2热泵压缩机压缩变为100℃超临界CO2，100℃超临界CO2经过冷凝换热器与15℃的低温热源进入冷凝换热器进行换热，换热后低温热源变为85℃高温热水，热交换后的CO2为25℃通过CO2膨胀器降温后为-5℃输入到有机工质CO2换热器中与15℃的低温有机工质换热，换热后有机工质变为7℃，CO2变为0℃进入CO2空调换热器继续循环。
本发明的有益效果是：系统回收利用有机工质余热提高膨胀后CO2的温度，在有机工质CO2换热器中与有机工质换热后输出的低温CO2可以作为CO2空调换热器的冷源制冷，能量得到高效的利用从而达到节能的作用，同时冷凝器端可制备高温热水即可供暖，又可以做为其它系统的热源。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明
图1为本发明的原理图。
图1中1.有机工质CO2换热器，2.空调换热器，3.CO2热泵压缩机，4.冷凝换热器，5.CO2膨胀器，6.空调进出水口。
具体实施方式
二氧化碳热泵余热回收系统包括：有机工质CO2换热器1，CO2空调换热器2，CO2热泵压缩机3，冷凝换热器4，CO2膨胀器5，空调进出水口6；有机工质CO2换热器1顺次与CO2空调换热器2、CO2热泵压缩机3、冷凝换热器4、CO2膨胀器5连接，其中CO2空调换热器2与空调进出水口6连接；低温有机工质15℃输入到有机工质CO2换热器1中进行热量交换，换热后0℃气态的CO2后通过CO2空调换热器2换热，将中介水变为5℃为建筑物制冷，制冷后25℃中介水从空调进出水口6返回到CO2空调换热器2换热，换热后的CO2为23℃气态的CO2，再通过CO2热泵压缩机3压缩变为100℃超临界CO2，100℃超临界CO2经过冷凝换热器4与15℃的低温热源进入冷凝换热器4进行换热，换热后低温热源变为85℃高温热水，热交换后的CO2为25℃通过CO2膨胀器5降温后为-5℃输入到有机工质CO2换热器1中与15℃的低温有机工质换热，换热后有机工质变为7℃，CO2变为0℃进入CO2空调换热器2继续循环。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.二氧化碳热泵余热回收系统，整个系统包括：有机工质CO2换热器（1），CO2空调换热器（2），CO2热泵压缩机（3），冷凝换热器（4），CO2膨胀器（5），空调进出水口（6）；其特征在于：有机工质CO2换热器（1）顺次与CO2空调换热器（2）、CO2热泵压缩机（3）、冷凝换热器（4）、CO2膨胀器（5）连接，其中CO2空调换热器（2）与空调进出水口（6）连接；低温有机工质15℃输入到有机工质CO2换热器（1）中进行热量交换，换热后0℃气态的CO2后通过CO2空调换热器（2）换热，将中介水变为5℃为建筑物制冷，制冷后25℃中介水从空调进出水口（6）返回到CO2空调换热器（2）换热，换热后的CO2为23℃气态的CO2，再通过CO2热泵压缩机（3）压缩变为100℃超临界CO2，100℃超临界CO2经过冷凝换热器（4）与15℃的低温热源进入冷凝换热器（4）进行换热，换热后低温热源变为85℃高温热水，热交换后的CO2为25℃通过CO2膨胀器（5）降温后为-5℃输入到有机工质CO2换热器（1）中与15℃的低温有机工质换热，换热后有机工质变为7℃，CO2变为0℃进入CO2空调换热器（2）继续循环。
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