CN106123648A - 二氧化碳冷却器及包含该二氧化碳冷却器的热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种二氧化碳冷却器，包括金属体，在其前后、上下及左右方向上穿管形成若干介质管道；冷却器还包括带进气管的进气连接管、带出气管的出气连接管、带采暖进水管的采暖进水连接管、带采暖出水管的采暖出水连接管、带生活热水进水管的生活热水进水连接管、带生活热水出水管的生活热水出水连接管；介质管道经U型管接头相连形成多个串联通道，左右方向上通道的两端分别连接至进气连接管和出气连接管，上下方向上通道的两端分别连接至采暖进水连接管和采暖出水连接管，前后方向上通道的两端分别连接至生活热水进水连接管和生活热水出水连接管。上述冷却器采用耐高温高压的金属体，其能承受二氧化碳在跨临界循环中形成的高温高压。

Description

二氧化碳冷却器及包含该二氧化碳冷却器的热泵系统
技术领域
本发明涉及热泵领域，尤其涉及一种二氧化碳冷却器及包含该二氧化碳冷却器的热泵系统。
背景技术
优质冷却器是换热设备的一类，用以冷却流体。通常用水或空气为冷却剂以除去热量。现有技术中的冷却器种类繁多，例如板式换热器以及套管式换热器等。但是现有技术中的换热器普遍作为冷凝器用，并不适用于二氧化碳气体。
常温下，二氧化碳是一种无色、无嗅的气体，其临界温度为31.1℃，二氧化碳是碳的最高氧化状态，具有非常稳定的化学性质，既不可燃，也不助燃。将二氧化碳作为制冷剂用于冷却器具有很多技术难点，例如冷却器的耐压方面的难题。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提出了一种二氧化碳冷却器及包含该二氧化碳冷却器的热泵系统，以便使二氧化碳冷却器能够承受二氧化碳在跨临界制冷循环中形成的高温高压。
为了实现上述目的，本发明的一方面提出了一种二氧化碳冷却器，所述冷却器包括第一金属体，在所述第一金属体的前后方向上、上下方向上以及左右方向上均采用热装工艺或者胀管工艺穿管形成若干介质管道，所述前后方向上的介质管道、上下方向上的介质管道以及左右方向上的介质管道两两相互垂直设置；所述冷却器还包括带有进气管的进气连接管、带有出气管的出气连接管、带有采暖进水管的采暖进水连接管、带有采暖出水管的采暖出水连接管、带有生活热水进水管的生活热水进水连接管、带有生活热水出水管的生活热水出水连接管；所述第一金属体内穿管形成的若干介质管道经U型管接头相连接形成多个串联的通道，在所述第一金属体左右方向上形成的串联通道的两端分别连接至所述进气连接管和出气连接管，所述进气管用于经管道与外界的油分离器相连接，所述出气管用于经管道与外界的回热式热交换器相连接；在所述第一金属体上下方向上形成的串联通道的两端分别连接至所述采暖进水连接管和采暖出水连接管，所述采暖进水管经管道与采暖供水端相连接，所述采暖出水管经管道连接至采暖循环泵，所述采暖循环泵还经管道连接至采暖回水端；在所述第一金属体前后方向上形成的串联通道的两端分别连接至所述生活热水进水连接管和生活热水出水连接管，所述生活热水进水管经管道连接至生活热水供水端，所述生活热水出水管经管道连接至生活热水循环泵，所述生活热水循环泵还经管道连接至生活热水回水端。
优选的是，所述第一金属体采用长方体形状铝质金属体或者铜质金属体；所述介质管道采用铜管、不锈钢金属管或者钛合金金属管。
优选的是，所述第一金属体的外表面涂覆一层隔热涂层，所述隔热涂层采用有机硅材料。
优选的是，所述第一金属体前后方向上、上下方向上以及左右方向上穿管形成的介质管道的排列方式均相同，在所述第一金属体的前后方向上采用热装工艺或胀管工艺穿管形成N行介质管道，其中奇数行的介质管道和偶数行的介质管道各自呈阵列式穿插在所述第一金属体内，并且相邻两行的各介质管道相间排列，将每列介质管道经由U型管接头相连接形成串联的通道。
本发明的该方案的有益效果在于上述二氧化碳冷却器采用导热速度快并且耐高温高压的金属体，其能够承受二氧化碳在跨临界制冷循环中形成的高温高压，采用二氧化碳作为制冷剂，能够在冷却器中放出大量的热，以便制取高温的生活热水以及采暖用水。
本发明的另一方面还提出了一种包含上述二氧化碳冷却器的热泵系统，所述热泵系统包括经由管道依次进行连接的蒸发器、回热式热交换器、气液分离器、二氧化碳压缩机、油分离器、所述二氧化碳冷却器、所述回热式热交换器、热力膨胀阀以及分液器，所述分液器还经供液铜管连接至所述蒸发器；其中，所述蒸发器包括第二金属体，在所述第二金属体的上下方向上以及左右方向上均采用热装工艺或者胀管工艺穿管形成若干介质管道，所述上下方向上的介质管道和左右方向上的介质管道相互垂直设置；所述蒸发器还包括带有能源供水进水管的能源供水进水连接管、带有能源供水出水管的能源供水出水连接管以及第一蒸发器连管；所述第二金属体上下方向上穿管形成的若干介质管道经U型管接头相连接形成多个串联的通道，该通道的两端分别连接至所述能源供水进水连接管和能源供水出水连接管，所述能源供水进水管通过管道连接至能源侧供水端，所述能源供水出水管经管道连接至能源侧水泵，所述能源侧水泵经管道连接至能源侧回水端；所述第二金属体左右方向上穿管形成的若干介质管道经U型管接头相连接形成多个串联的通道，该通道的一端与所述供液铜管相连接，其另一端连接至所述第一蒸发器连管，所述第一蒸发器连管经管道与所述回热式热交换器相连接。
优选的是，所述第二金属体采用长方体形状铝质金属体或者铜质金属体；所述介质管道采用铜管、不锈钢金属管或者钛合金金属管；所述第二金属体的外表面涂覆一层隔热涂层，所述隔热涂层采用有机硅材料。
优选的是，所述第二金属体上下方向上以及左右方向上穿管形成的若干介质管道的排列方式均与所述第一金属体的前后方向上的介质管道的排列方式相同。
本发明的该方案的有益效果在于上述热泵系统中的蒸发器采用导热速度快的金属体，其能够使二氧化碳气体高效的吸收能源侧的热量。
本发明还提出了一种包含上述二氧化碳冷却器的热泵系统，所述热泵系统包括经由管道依次进行连接的蒸发器、回热式热交换器、气液分离器、二氧化碳压缩机、油分离器、所述二氧化碳冷却器、所述回热式热交换器、热力膨胀阀以及分液器，所述分液器还经供液铜管连接至所述蒸发器；其中，所述蒸发器采用空气源蒸发器，所述空气源蒸发器包括若干上下方向设置的翅片，在所述翅片的左右方向上穿插若干铜管，所述铜管经U型管接头相连接形成多个串联的通道，该通道的一端与所述供液铜管相连接，其另一端与空气源蒸发器连管相连接，所述空气源蒸发器连管经管道与所述回热式热交换器相连接。
优选的是，在所述空气源蒸发器的上部还设有空气源风机。
附图说明
图1示出了本发明所涉及的二氧化碳冷却器的结构示意图。
图2示出了本发明所涉及的热泵系统的结构示意图。
图3示出了第一实施例的热泵系统的结构示意图。
图4示出了第二实施例的热泵系统的结构示意图。
附图标记：A-蒸发器，B-二氧化碳冷却器，C-回热式热交换器，D-气液分离器，E-二氧化碳压缩机，F-油分离器，G-热力膨胀阀，H-分液器，I-供液铜管，J-管道，1-第一金属体，2-隔热涂层，3-介质管道，4-进气连接管，5-进气管，6-出气连接管，7-出气管，8-采暖进水连接管，9-采暖进水管，10-采暖出水连接管，11-采暖出水管，12-生活热水进水连接管，13-生活热水进水管，14-生活热水出水连接管，15-生活热水出水管，16-连接管接头，17- U型管接头，18-生活热水循环泵，19-采暖循环泵，20-第二金属体，21-介质管道，22-能源供水进水连接管，23-能源供水进水管，24-能源供水出水连接管，25-能源供水出水管，26-第一蒸发器连管，27-能源侧水泵，28-空气源蒸发器，281-铜管，282-翅片，29-空气源蒸发器连管，30-空气源风机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1、3所示，本发明所涉及的二氧化碳冷却器包括第一金属体1，所述第一金属体1可采用长方体形状的导热系数较高的金属体，例如铝质金属体或者铜质金属体。在所述第一金属体1的前后方向上、上下方向上以及左右方向上均采用热装工艺或者胀管工艺穿管形成若干介质管道3，所述介质管道3可采用铜管、不锈钢金属管或者钛合金金属管，所述前后方向上的介质管道3、上下方向上的介质管道3以及左右方向上的介质管道3两两相互垂直设置；所述二氧化碳冷却器B还包括带有进气管5的进气连接管4、带有出气管7的出气连接管6、带有采暖进水管9的采暖进水连接管8、带有采暖出水管11的采暖出水连接管10、带有生活热水进水管13的生活热水进水连接管12、带有生活热水出水管15的生活热水出水连接管14；所述第一金属体1内穿管形成的若干介质管道5经U型管接头17相连接形成多个串联的通道，在所述第一金属体1左右方向上形成的串联通道的两端分别连接至所述进气连接管4和出气连接管6，所述进气管5用于经管道J与外界的油分离器F相连接，所述出气管7用于经管道J与外界的回热式热交换器C相连接；在所述第一金属体1上下方向上形成的串联通道的两端分别连接至所述采暖进水连接管8和采暖出水连接管10，所述采暖进水管9经管道J与采暖供水端相连接，所述采暖出水管11经管道J连接至采暖循环泵19，所述采暖循环泵19还经管道J连接至采暖回水端；在所述第一金属体1前后方向上形成的串联通道的两端分别连接至所述生活热水进水连接管12和生活热水出水连接管14，所述生活热水进水管13经管道J连接至生活热水供水端，所述生活热水出水管15经管道J连接至生活热水循环泵18，所述生活热水循环泵18还经管道J连接至生活热水回水端。其中所述U型管接头17与所述介质管道3采用焊接的方式相连接，上述各连接管均具有连接管接头16，所述介质管道5通过连接管接头16与各连接管相连接。
所述第一金属体1前后方向上、上下方向上以及左右方向上穿管形成的介质管道3的排列方式均相同，在此以前后方向上穿管形成的介质管道3的排列方式为例进行说明。假设采用热装工艺或胀管工艺穿管形成N行介质管道3，如图1所示，其中奇数行的介质管道3和偶数行的介质管道3各自呈阵列式穿插在所述第一金属体1内，并且相邻两行的各介质管道3相间排列，将每列介质管道3经由U型管接头17相连接形成串联的通道，将该通道的两端分别连接至所述生活热水进水连接管12和生活热水出水连接管14。当然，所述第一金属体1内介质管道3的排列方式不局限于以上设置方式。
本发明所涉及的第一金属体1的外表面可以涂覆一层隔热涂层2，具体的隔热涂层2可以采用有机硅材料。
本发明所涉及的热泵系统的结构示意图如图2所示，其包括经由管道J依次进行连接的蒸发器A、回热式热交换器C、气液分离器D、二氧化碳压缩机E、油分离器F、所述二氧化碳冷却器B、所述回热式热交换器C、热力膨胀阀G以及分液器H，所述分液器H还经供液铜管I连接至所述蒸发器A。
图3示出了第一实施例的热泵系统的结构示意图。在本实施例中，所述蒸发器A的结构如下：包括第二金属体20，所述第二金属体20可采用长方体形状的导热系数较高的金属体，例如铝质金属体或者铜质金属体。所述第二金属体20的外表面也可以涂覆一层隔热涂层2，在所述第二金属体20的上下方向上以及左右方向上均采用热装工艺或者胀管工艺穿管形成若干介质管道21，所述介质管道21可采用铜管、不锈钢金属管或者钛合金金属管，所述上下方向上的介质管道21和左右方向上的介质管道21相互垂直设置；所述蒸发器A还包括带有能源供水进水管23的能源供水进水连接管22、带有能源供水出水管25的能源供水出水连接管24以及第一蒸发器连管26；所述第二金属体20上下方向上穿管形成的若干介质管道21经U型管接头17相连接形成多个串联的通道，该通道的两端分别连接至所述能源供水进水连接管22和能源供水出水连接管24；所述能源供水进水管23通过管道J连接至能源侧供水端，所述能源供水出水管25经管道J连接至能源侧水泵27，所述能源侧水泵27经管道J连接至能源侧回水端；所述第二金属体20左右方向上穿管形成的若干介质管道21经U型管接头17相连接形成多个串联的通道，该通道的一端与所述供液铜管I相连接，其另一端连接至所述第一蒸发器连管26，所述第一蒸发器连管26经管道J与所述回热式热交换器C相连接。在本实施例中，所述第二金属体20上下方向上以及左右方向上穿管形成的若干介质管道21的排列方式与所述第一金属体1的前后方向上的介质管道3的排列方式相同，在此不做赘述。
本发明所涉及的第一实施例的热泵系统的工作原理如下：能源侧供水经管道J、能源供水进水管23以及能源供水进水连接管22流入所述第二金属体20上下方向上的介质管道21内，以便与所述第二金属体20换热，所述第二金属体20升温后，会与所述第二金属体20左右方向上的介质管道21内的二氧化碳气体换热，之后二氧化碳气体会经所述第一蒸发器连管26以及管道J输送至所述回热式热交换器C，以便进一步提高二氧化碳气体的温度，之后二氧化碳气体经管道J输送至所述气液分离器D中进行气液分离后输送至所述二氧化碳压缩机E中进行吸气压缩以形成高温高压气体，上述高温高压的二氧化碳气体经管道J输送至所述油分离器F，所述油分离器F是将二氧化碳压缩机E排出的高压气体中的润滑油进行分离，以保证装置安全高效地运行。分离后的二氧化碳气体经所述进气管5以及进气连接管4输送至所述第一金属体1左右方向上的介质管道3内，以便放热，所述第一金属体1升温后与所述第一金属体1上下方向上的介质管道3内的采暖用水以及所述第一金属体1前后方向上的介质管道3内的生活用水换热，以便加热采暖用水以及生活用水以满足采暖需求以及对生活热水的需求，所述生活热水循环泵18以及采暖循环泵19的作用就是将生活用水以及采暖用水循环起来。高温高压的二氧化碳气体经过所述介质管道3放热后形成低温的气体从所述出气管7排出，之后经管道J输送至所述回热式热交换器C中进行进一步的降温，降温后的二氧化碳气体经管道J输送至所述热力膨胀阀G中进行节流降压以形成低温低压的气体，该低温低压的二氧化碳气体经所述分液器H等分成若干份后，经所述供液铜管I对应输送至所述第二金属体20左右方向上的介质通道21内进行下一轮的循环过程。
图4示出了第二实施例的热泵系统的结构示意图。在本实施例中，所述蒸发器A的结构如下：所述蒸发器A采用空气源蒸发器28，所述空气源蒸发器28包括若干上下方向设置的翅片282，在所述翅片282的左右方向上穿插若干铜管281，所述铜管281经U型管接头17相连接形成多个串联的通道，该通道的一端与所述供液铜管I相连接，其另一端与空气源蒸发器连管29相连接，所述空气源蒸发器连管29经管道J与所述回热式热交换器C相连接。在所述空气源蒸发器28的上部还设有空气源风机30。
本发明所涉及的第二实施例的热泵系统的工作原理如下：二氧化碳气体在所述空气源蒸发器28中通过所述空气源蒸发器28的铜管281和翅片282吸收空气中的热量，所述空气源风机30的作用是加速空气的流动，以使二氧化碳气体能够充分的吸收空气中的热量；之后二氧化碳气体会经所述空气源蒸发器连管29以及管道J输送至所述回热式热交换器C，之后的工作原理与第一实施例相同，在此不做赘述。
本发明所涉及的二氧化碳冷却器采用导热速度快并且耐高温高压的金属体，其能够承受二氧化碳在跨临界制冷循环中形成的高温高压，采用二氧化碳作为制冷剂的热泵系统，能够在二氧化碳冷却器中放出大量的热，以便制取高温的生活热水以及采暖用水。

Claims (9)

1.一种二氧化碳冷却器，其特征在于：所述冷却器包括第一金属体，在所述第一金属体的前后方向上、上下方向上以及左右方向上均采用热装工艺或者胀管工艺穿管形成若干介质管道，所述前后方向上的介质管道、上下方向上的介质管道以及左右方向上的介质管道两两相互垂直设置；所述冷却器还包括带有进气管的进气连接管、带有出气管的出气连接管、带有采暖进水管的采暖进水连接管、带有采暖出水管的采暖出水连接管、带有生活热水进水管的生活热水进水连接管、带有生活热水出水管的生活热水出水连接管；所述第一金属体内穿管形成的若干介质管道经U型管接头相连接形成多个串联的通道，在所述第一金属体左右方向上形成的串联通道的两端分别连接至所述进气连接管和出气连接管，所述进气管用于经管道与外界的油分离器相连接，所述出气管用于经管道与外界的回热式热交换器相连接；在所述第一金属体上下方向上形成的串联通道的两端分别连接至所述采暖进水连接管和采暖出水连接管，所述采暖进水管经管道与采暖供水端相连接，所述采暖出水管经管道连接至采暖循环泵，所述采暖循环泵还经管道连接至采暖回水端；在所述第一金属体前后方向上形成的串联通道的两端分别连接至所述生活热水进水连接管和生活热水出水连接管，所述生活热水进水管经管道连接至生活热水供水端，所述生活热水出水管经管道连接至生活热水循环泵，所述生活热水循环泵还经管道连接至生活热水回水端。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳冷却器，其特征在于：所述第一金属体采用长方体形状铝质金属体或者铜质金属体；所述介质管道采用铜管、不锈钢金属管或者钛合金金属管。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳冷却器，其特征在于：所述第一金属体的外表面涂覆一层隔热涂层，所述隔热涂层采用有机硅材料。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的二氧化碳冷却器，其特征在于：所述第一金属体前后方向上、上下方向上以及左右方向上穿管形成的介质管道的排列方式均相同，在所述第一金属体的前后方向上采用热装工艺或胀管工艺穿管形成N行介质管道，其中奇数行的介质管道和偶数行的介质管道各自呈阵列式穿插在所述第一金属体内，并且相邻两行的各介质管道相间排列，将每列介质管道经由U型管接头相连接形成串联的通道。
5.一种包含权利要求1所述的二氧化碳冷却器的热泵系统，其特征在于：所述热泵系统包括经由管道依次进行连接的蒸发器、回热式热交换器、气液分离器、二氧化碳压缩机、油分离器、所述二氧化碳冷却器、所述回热式热交换器、热力膨胀阀以及分液器，所述分液器还经供液铜管连接至所述蒸发器；其中，所述蒸发器包括第二金属体，在所述第二金属体的上下方向上以及左右方向上均采用热装工艺或者胀管工艺穿管形成若干介质管道，所述上下方向上的介质管道和左右方向上的介质管道相互垂直设置；所述蒸发器还包括带有能源供水进水管的能源供水进水连接管、带有能源供水出水管的能源供水出水连接管以及第一蒸发器连管；所述第二金属体上下方向上穿管形成的若干介质管道经U型管接头相连接形成多个串联的通道，该通道的两端分别连接至所述能源供水进水连接管和能源供水出水连接管，所述能源供水进水管通过管道连接至能源侧供水端，所述能源供水出水管经管道连接至能源侧水泵，所述能源侧水泵经管道连接至能源侧回水端；所述第二金属体左右方向上穿管形成的若干介质管道经U型管接头相连接形成多个串联的通道，该通道的一端与所述供液铜管相连接，其另一端连接至所述第一蒸发器连管，所述第一蒸发器连管经管道与所述回热式热交换器相连接。
6.根据权利要求5所述的热泵系统，其特征在于：所述第二金属体采用长方体形状铝质金属体或者铜质金属体；所述介质管道采用铜管、不锈钢金属管或者钛合金金属管；所述第二金属体的外表面涂覆一层隔热涂层，所述隔热涂层采用有机硅材料。
7.根据权利要求6所述的热泵系统，其特征在于：所述第二金属体上下方向上以及左右方向上穿管形成的若干介质管道的排列方式均与所述第一金属体的前后方向上的介质管道的排列方式相同。
8.一种包含权利要求1所述的二氧化碳冷却器的热泵系统，其特征在于：所述热泵系统包括经由管道依次进行连接的蒸发器、回热式热交换器、气液分离器、二氧化碳压缩机、油分离器、所述二氧化碳冷却器、所述回热式热交换器、热力膨胀阀以及分液器，所述分液器还经供液铜管连接至所述蒸发器；其中，所述蒸发器采用空气源蒸发器，所述空气源蒸发器包括若干上下方向设置的翅片，在所述翅片的左右方向上穿插若干铜管，所述铜管经U型管接头相连接形成多个串联的通道，该通道的一端与所述供液铜管相连接，其另一端与空气源蒸发器连管相连接，所述空气源蒸发器连管经管道与所述回热式热交换器相连接。
9.根据权利要求8所述的热泵系统，其特征在于：在所述空气源蒸发器的上部还设有空气源风机。
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