CN105674622A - 一种使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统 - Google Patents

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王晓磊
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Abstract

一种使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统：水冷换热器的水入口连接室内盘管，水冷换热器的水出口分别连接满液式储液蒸发器的进水口和室内机盘管的回水口，满液式储液蒸发器的出水口连接室内机盘管的回水口，水冷换热器的二氧化碳工质的入口和出口分别连接换季切换阀组，满液式储液蒸发器的二氧化碳工质入口连接换季切换阀组，满液式储液蒸发器的二氧化碳工质出口连接跨临界二氧化碳压缩机的入口，跨临界二氧化碳压缩机的出口和入口分别连接换季切换阀组，风冷器的工质入口和出口分别连接换季切换阀组，电子膨胀阀的工质入口和出口分别连接换季切换阀组。本发明由于采用满液式储液蒸发器，增强了换热效果，保证了进入压缩机的二氧化碳蒸汽的干度。

Description

一种使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统
技术领域
本发明涉及一种二氧化碳热泵。特别是涉及一种使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统。
背景技术
二氧化碳跨临界热泵技术，主要由跨临界压缩机，膨胀阀，气冷器，蒸发器组成，在跨临界系统中，低压部分，压缩机的吸气压力低于临界压力，蒸发温度也低于临界温度，循环的吸热过程仍在亚临界条件下进行，换热过程主要是依靠潜热来完成。但是压缩机的排气压力高于临界压力，在超临界区域，没有相变，压力和温度是各自独立的参数，克服了亚临界循环受环境影响的限制。所以，CO2跨临界制冷循环具有在一定范围内可连续调节冷量的优点，受环境影响不大。这一技术主要应用于室内供暖制冷领域。但由于机组处于低压部分处于亚临界状态，高压部分处于跨临界状态，换季运行时，连接水路的水冷换热器冬夏季换热面积存在一定差异，同时工质流量变化较大，因此常规系统需要加装储液器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高夏季蒸发器的换热效果，保证机组平稳运行的使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统。
本发明所采用的技术方案是：一种使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统，包括有跨临界二氧化碳压缩机，电子膨胀阀，气冷器，水冷换热器，换季切换阀组，还设置有满液式储液蒸发器，其中，所述水冷换热器的水入口通过管路连接室内机盘管的出水口，水冷换热器的水出口分别通过管路和设置在管路上的第一水阀连接满液式储液蒸发器的进水口，以及通过管路和设置在管路上的第二水阀连接室内机盘管的回水口，所述满液式储液蒸发器的出水口通过管路连接室内机盘管的回水口，所述水冷换热器的二氧化碳工质的入口端和出口端分别连接换季切换阀组，所述满液式储液蒸发器的二氧化碳工质入口端通过管路和设置在管路上的第三工质阀连接换季切换阀组，所述满液式储液蒸发器的二氧化碳工质出口端通过管路和设置在管路上的第二工质阀连接跨临界二氧化碳压缩机的二氧化碳工质入口端，所述跨临界二氧化碳压缩机的二氧化碳工质出口端通过管路连接换季切换阀组，所述跨临界二氧化碳压缩机的入口端还通过管路和设置在管路上的第一工质阀连接换季切换阀组，所述的风冷器的二氧化碳工质的入口端和出口端分别连接换季切换阀组，所述电子膨胀阀的二氧化碳工质的入口端和出口端分别连接换季切换阀组。
所述的满液式储液蒸发器为管壳式蒸发器，其中，壳侧为二氧化碳工质，管侧为水路。
所述的换季切换阀组包括有第一切换阀～第八切换阀，第一切换阀～第四切换阀通过管路依次循环连接，第五切换阀～第八切换阀通过管路依次循环连接，其中，第一切换阀和第二切换阀之间的管路还连接且连通通向所述水冷换热器的二氧化碳工质出口端的管路，第一切换阀和第三切换阀之间的管路还分别连接且连通通向所述满液式储液蒸发器的二氧化碳工质入口端的管路，以及通向跨临界二氧化碳压缩机的二氧化碳工质入口端的管路，第二切换阀和第四切换阀之间的管路还通过管路和设置在管路上的电子膨胀阀连接且连通第六切换阀和第八切换阀之间的管路，第三切换阀和第四切换阀之间的管路还连接且连通通向所述风冷器的二氧化碳工质出口端的管路，第五切换阀和第六切换阀之间的管路还连接且连通通向所述水冷换热器的二氧化碳工质入口端的管路，第五切换阀和第七切换阀之间的管路还连接且连通通向所述跨临界二氧化碳压缩机的二氧化碳工质出口端的管路，第七切换阀和第八切换阀之间的管路还连接且连通通向所述风冷器的二氧化碳工质入口端的管路。
本发明的一种使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统，由于采用满液式储液蒸发器，增强了换热效果，保证了进入压缩机的二氧化碳蒸汽的干度。具有如下有益效果：
1、使用了满液式储液蒸发器平衡换季时不同工质流量，代替传统储液罐，节约成本；
2、作为蒸发器，匹配由于冬夏季换热工况不同带来的换热面积差异；
3、使用壳侧为二氧化碳工质，管侧为水路的结构，保证夏季进入压缩机的二氧化碳蒸汽的干度，避免液击现象，提高换热效率。
附图说明
图1是本发明使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统的整体结构示意图。
图中
1：二氧化碳压缩机2：电子膨胀阀
3：气冷器4：水冷换热器
5：满液式储液蒸发器61：第一工质阀
62：第二工质阀63：第三工质阀
7：换季切换阀组71：第一切换阀
72：第二切换阀73：第三切换阀
74：第四切换阀75：第五切换阀
76：第六切换阀77：第七切换阀
78：第八切换阀81：第一水阀
82：第二水阀
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统做出详细说明。
如图1所示，本发明的一种使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统，包括有跨临界二氧化碳压缩机1，电子膨胀阀2，气冷器3，水冷换热器4，换季切换阀组7，还设置有满液式储液蒸发器5，所述的满液式储液蒸发器5为管壳式蒸发器，其中，壳侧为二氧化碳工质，管侧为水路。
其中满液式储液蒸发器5，不同于常规的蒸发器，采用壳侧为二氧化碳工质，管侧为水路，主要作用是：1、平衡换季时不同工质流量，代替传统储液罐；2、作为蒸发器，匹配由于冬夏季换热工况不同带来的换热面积差异；3、使用壳侧为二氧化碳工质，管侧为水路的结构，保证夏季进入压缩机的二氧化碳蒸汽的干度，避免液击现象，提高换热效率。
其中，所述水冷换热器4的水入口通过管路连接室内机盘管的出水口，水冷换热器4的水出口分别通过管路和设置在管路上的第一水阀81连接满液式储液蒸发器5的进水口，以及通过管路和设置在管路上的第二水阀82连接室内机盘管的回水口，所述满液式储液蒸发器5的出水口通过管路连接室内机盘管的回水口，所述水冷换热器4的二氧化碳工质的入口端和出口端分别连接换季切换阀组7，所述满液式储液蒸发器5的二氧化碳工质入口端通过管路和设置在管路上的第三工质阀63连接换季切换阀组7，所述满液式储液蒸发器5的二氧化碳工质出口端通过管路和设置在管路上的第二工质阀62连接跨临界二氧化碳压缩机1的二氧化碳工质入口端，所述跨临界二氧化碳压缩机1的二氧化碳工质出口端通过管路连接换季切换阀组7，所述跨临界二氧化碳压缩机1的入口端还通过管路和设置在管路上的第一工质阀61连接换季切换阀组7，所述的风冷器3的二氧化碳工质的入口端和出口端分别连接换季切换阀组7，所述电子膨胀阀2的二氧化碳工质的入口端和出口端分别连接换季切换阀组7。
所述的换季切换阀组7包括有第一切换阀71～第八切换阀78，第一切换阀71～第四切换阀74通过管路依次循环连接，第五切换阀75～第八切换阀78通过管路依次循环连接，其中，第一切换阀71和第二切换阀72之间的管路还连接且连通通向所述水冷换热器4的二氧化碳工质出口端的管路，第一切换阀71和第三切换阀73之间的管路还分别连接且连通通向所述满液式储液蒸发器5的二氧化碳工质入口端的管路，以及通向跨临界二氧化碳压缩机1的二氧化碳工质入口端的管路，第二切换阀72和第四切换阀74之间的管路还通过管路和设置在管路上的电子膨胀阀2连接且连通第六切换阀76和第八切换阀78之间的管路，第三切换阀73和第四切换阀74之间的管路还连接且连通通向所述风冷器3的二氧化碳工质出口端的管路，第五切换阀75和第六切换阀76之间的管路还连接且连通通向所述水冷换热器4的二氧化碳工质入口端的管路，第五切换阀75和第七切换阀77之间的管路还连接且连通通向所述跨临界二氧化碳压缩机1的二氧化碳工质出口端的管路，第七切换阀77和第八切换阀78之间的管路还连接且连通通向所述风冷器3的二氧化碳工质入口端的管路。
本发明的一种使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统的运行分为冬季和夏季，其运行原理如下：
冬季时，第一工质阀61打开，第二工质阀62和第三工质阀63关闭，第二切换阀72、第三切换阀73、第五切换阀75和第八切换阀78打开，第一切换阀71、第四切换阀74、第六切换阀76和第七切换阀77关闭，此时多余的二氧化碳工质被储存在满液式储液蒸发器5内。高温高压的二氧化碳工质通过跨临界二氧化碳压缩机1和第五切换阀75进入水冷换热器4，与水换热冷却后，通过第二切换阀72进入电子膨胀阀2减压，形成过冷液体，通过第八切换阀78进入风冷器3蒸发，形成过热蒸汽，依次通过第三切换阀73和第一工质阀61回到跨临界二氧化碳压缩机1，完成循环。运行时，如果二氧化碳工质流量不足时，可打开第二工质阀62，为系统补充二氧化碳工质。
夏季时，第一工质阀61关闭，第二工质阀62和第三工质阀63打开，第二切换阀72、第三切换阀73、第五切换阀75和第八切换阀78关闭，第一切换阀71、第四切换阀74、第六切换阀76和第七切换阀77打开，高温高压的二氧化碳工质由跨临界二氧化碳压缩机1通过第七切换阀77进入气冷器3降温，冷却后通过第四切换阀74进入电子膨胀阀2减压，形成过冷液体，通过第六切换阀76进入水冷换热器4。由于水冷器的换热面积根据冬季工况计算，夏季换热需求较大，因此水冷换热器4不能满足夏季换热，其中二氧化碳工质并未完全蒸发，因此不能直接进入跨临界二氧化碳压缩机1，需要由满液式储液蒸发器5继续蒸发换热，即经过水冷换热器4换热后的二氧化碳工质依次通过第一切换阀71和第三工质阀63进入满液式储液蒸发器5继续蒸发换热后，再通过第二工质阀62进入跨临界二氧化碳压缩机1，完成循环。其中满液式储液蒸发器5，不仅使换热更加高效，还能保证跨临界二氧化碳压缩机1吸气干度，防止液击发生。

Claims (3)

1.一种使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统，包括有跨临界二氧化碳压缩机(1)，电子膨胀阀(2)，气冷器(3)，水冷换热器(4)，换季切换阀组(7)，其特征在于，还设置有满液式储液蒸发器(5)，其中，所述水冷换热器(4)的水入口通过管路连接室内机盘管的出水口，水冷换热器(4)的水出口分别通过管路和设置在管路上的第一水阀(81)连接满液式储液蒸发器(5)的进水口，以及通过管路和设置在管路上的第二水阀(82)连接室内机盘管的回水口，所述满液式储液蒸发器(5)的出水口通过管路连接室内机盘管的回水口，所述水冷换热器(4)的二氧化碳工质的入口端和出口端分别连接换季切换阀组(7)，所述满液式储液蒸发器(5)的二氧化碳工质入口端通过管路和设置在管路上的第三工质阀(63)连接换季切换阀组(7)，所述满液式储液蒸发器(5)的二氧化碳工质出口端通过管路和设置在管路上的第二工质阀(62)连接跨临界二氧化碳压缩机(1)的二氧化碳工质入口端，所述跨临界二氧化碳压缩机(1)的二氧化碳工质出口端通过管路连接换季切换阀组(7)，所述跨临界二氧化碳压缩机(1)的入口端还通过管路和设置在管路上的第一工质阀(61)连接换季切换阀组(7)，所述的风冷器(3)的二氧化碳工质的入口端和出口端分别连接换季切换阀组(7)，所述电子膨胀阀(2)的二氧化碳工质的入口端和出口端分别连接换季切换阀组(7)。
2.根据权利要求1所述的一种使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统，其特征在于，所述的满液式储液蒸发器(5)为管壳式蒸发器，其中，壳侧为二氧化碳工质，管侧为水路。
3.根据权利要求1所述的一种使用满液式储液蒸发器的二氧化碳热泵系统，其特征在于，所述的换季切换阀组(7)包括有第一切换阀(71)～第八切换阀(78)，第一切换阀(71)～第四切换阀(74)通过管路依次循环连接，第五切换阀(75)～第八切换阀(78)通过管路依次循环连接，其中，第一切换阀(71)和第二切换阀(72)之间的管路还连接且连通通向所述水冷换热器(4)的二氧化碳工质出口端的管路，第一切换阀(71)和第三切换阀(73)之间的管路还分别连接且连通通向所述满液式储液蒸发器(5)的二氧化碳工质入口端的管路，以及通向跨临界二氧化碳压缩机(1)的二氧化碳工质入口端的管路，第二切换阀(72)和第四切换阀(74)之间的管路还通过管路和设置在管路上的电子膨胀阀(2)连接且连通第六切换阀(76)和第八切换阀(78)之间的管路，第三切换阀(73)和第四切换阀(74)之间的管路还连接且连通通向所述风冷器(3)的二氧化碳工质出口端的管路，第五切换阀(75)和第六切换阀(76)之间的管路还连接且连通通向所述水冷换热器(4)的二氧化碳工质入口端的管路，第五切换阀(75)和第七切换阀(77)之间的管路还连接且连通通向所述跨临界二氧化碳压缩机(1)的二氧化碳工质出口端的管路，第七切换阀(77)和第八切换阀(78)之间的管路还连接且连通通向所述风冷器(3)的二氧化碳工质入口端的管路。
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