CN106839487B - 一种带反冲洗功能的跨临界二氧化碳空气源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带反冲洗功能的跨临界二氧化碳空气源热泵系统,包括超临界CO2热泵系统、循环水系统、超临界二氧化碳反冲洗系统，该所述装置实现了热泵系统和反冲洗系统的一体化，减小了热泵系统和反冲洗系统的总体体积，节约了空间，在循环水系统和反冲洗系统之间采用电磁阀连接，通过采集循环水侧的信息来控制反冲洗系统的开关，实现了自动化控制，节省人力物力，超临界CO2是良好的换热工质，在冷凝器中可将热量传递给水，充分利用了超临界CO2的传热特性，利用超临界CO2和携带剂清洗循环水侧的污垢，充分利用了超临界CO2的清洗特性，采用CO2作为工质，实现了温室气体的循环利用，体现了节能环保。

Description

一种带反冲洗功能的跨临界二氧化碳空气源热泵系统

技术领域

本发明涉及空气源技术领域，具体为一种带反冲洗功能的跨临界二氧化碳空气源热泵系统。

背景技术

热泵系统中的冷却器的水侧含有钙、镁等碳酸盐类物质受高温的影响，会在其内部管壁上形成水垢，积垢多时会导致冷却器内部水流量减小而减弱其传热功效，当结垢严重时会导致爆管等危险。而普通的清洗方法，通常采用酸碱类清洗剂，会对冷却器的材料造成腐蚀，且清洗过程浪费大量水，因此需要一种新的清洗方法对冷却器内的水垢进行清洗。

超临界CO2的动力学性质与气态CO2相似，具有气体的扩散性。其密度与液态相近，具有很强的溶剂化能力。它们可以进入到任何大于超临界二氧化碳分子的空间，可以对具有深孔、多孔、细缝、微槽和高深宽比等复杂形状的器件进行清洗。更重要的是超临界CO2表面张力几乎为零, 因此在对冷却器清洗时不会产生任何损伤, 且CO2 具有无毒、不易燃烧、化学稳定性好、无污染、容易回收和循环利用等特点, 其清洗过程不需要水及其他有机溶剂, 无需干燥, 是一种环境友好的绿色清洗溶剂。

CO2具有优良的热力学性能，单位容积制冷量相当高，且运动粘度低；制冷循环的压缩比约为 2.5-3.0，比常规制冷工质的压缩比低，因而压缩机的容积效率可维持在较高的水平。同时，CO2在超临界状态下有较高比热，较低的粘度和较小的密度。可显著减小压缩机与系统的尺寸，使整个系统非常紧凑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带反冲洗功能的跨临界二氧化碳空气源热泵系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带反冲洗功能的跨临界二氧化碳空气源热泵系统,包括超临界CO2热泵系统、循环水系统、超临界二氧化碳反冲洗系统，所述超临界CO2热泵系统、循环水系统、超临界二氧化碳反冲洗系统通过管道并联于空气源热泵气体冷却器的内部，超临界CO2空气源热泵系统包括空气源热泵蒸发器、气液分离器、压缩机、第四阀门、空气源热泵气体冷却器、过滤器、储液器和节流装置，所述空气源热泵蒸发器的一端通过管道连接有气液分离器，所述气液分离器的一端通过管道连接有压缩机，所述压缩机的一端通过管道连接有第四阀门，所述第四阀门的一端通过管道连接有空气源热泵气体冷却器，所述空气源热泵气体冷却器的一端通过管道连接有过滤器，所述过滤器的一端通过管道连接有储液器，所述储液器的一端通过管道连接有节流装置，所述节流装置的一端通过管道连接有空气源热泵蒸发器，冷凝端水循环系统包括空气源热泵气体冷却器、第五阀门、流量计、相变蓄热水箱、自动补水式膨胀水箱、第六阀门、第七阀门、循环水泵和第八阀门，所述空气源热泵气体冷却器的一端通过管道连接有第五阀门，所述第五阀门的一端通过管道连接有流量计，所述流量计一端通过管道连接有相变蓄热水箱，所述相变蓄热水箱的外表面通过管道连接有循环水泵，所述循环水泵的一端通过管道连接有第八阀门，所述第八阀门的一端通过管道连接有空气源热泵气体冷却器，所述循环水泵的另一端通过管道还连接有第六阀门，所述第六阀门的一端通过管道连接有自动补水式膨胀水箱，所述自动补水式膨胀水箱的一端通过管道连接有第七阀门，超临界CO2反冲洗系统包括第二阀门、过滤器、第三阀门、空气源热泵蒸发器、气液分离器、压缩机、第九阀门、混合器、第十一阀门、空气源热泵气体冷却器、第十二阀门、第一安全阀、背压阀、干燥过滤器、杂质清理装置、第二安全阀和第十三阀门，所述第二阀门的一端通过管道连接有过滤器，所述过滤器的一端通过管道连接有第三阀门，所述第三阀门的一端通过管道连接有空气源热泵蒸发器，所述压缩机的一端通过管道连接有第九阀门，所述第九阀门的一端通过管道连接有携带剂泵，所述携带剂泵的一端通过管道连接有第十阀门，所述第十阀门的一端通过管道连接有携带剂储罐，所述空气源热泵气体冷却器的一端通过管道连接有第十一阀门，所述第十一阀门的一端通过管道连接有混合器，所述混合器的一端通过管道连接在第九阀门与携带剂泵的中间位置，所述空气源热泵气体冷却器的另一端通过管道连接有第十二阀门，所述第十二阀门的一端通过管道连接有第一安全阀，所述第一安全阀的一端通过管道连接有背压阀，所述背压阀的一端通过管道连接有干燥过滤器，所述干燥过滤器的一端通过管道连接有杂质清理装置，所述杂质清理装置的一端通过管道连接有第二安全阀，所述第二安全阀的一端通过管道连接有第十三阀门，所述第十三阀门的一端通过管道连接在第二阀门与过滤器的中间位置，所述背压阀的一端通过管道连接有第十四阀门，所述第十四阀门的一端通过管道连接有第一阀门，所述第一阀门的一端通过管道连接有CO2钢瓶。

优选的，所述第五阀门和第十一阀门采用非门自动控制。

优选的，所述空气源热泵蒸发器为板式换热器。

优选的，所述空气源热泵气体冷却器为微通道冷凝器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该所述装置实现了热泵系统和反冲洗系统的一体化，减小了热泵系统和反冲洗系统的总体体积，节约了空间，在循环水系统和反冲洗系统之间采用电磁阀连接，通过采集循环水侧的信息来控制反冲洗系统的开关，实现了自动化控制，节省人力物力，超临界CO2是良好的换热工质，在冷凝器中可将热量传递给水，充分利用了超临界CO2的传热特性，利用超临界CO2和携带剂清洗循环水侧的污垢，充分利用了超临界CO2的清洗特性，采用CO2作为工质，实现了温室气体的循环利用，体现了节能环保。

附图说明

图1为本发明的一种带反冲洗功能的跨临界二氧化碳空气源热泵系统整体结构示意图；

图中：V1第一阀门、 V2第二阀门、V3第三阀门、V4第四阀门、V5五第一阀门、V6第六阀门、V7第七阀门、V8第八阀门、V9第九阀门、V10第十阀门、V11第十一阀门、V12第十二阀门、V13第十三阀门、V14第十四阀门、1 CO2钢瓶、2过滤器、3空气源热泵蒸发器、4气液分离器、5压缩机、6空气源热泵气体冷却器、7过滤器、8储液器、9节流装置、10流量计、11相变蓄热水箱、12自动补水式膨胀水箱、13循环水泵、14第一安全阀、15背压阀、16干燥过滤器、17杂质清理装置、18第二安全阀、19携带剂储罐、20携带剂泵、21混合器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种带反冲洗功能的跨临界二氧化碳空气源热泵系统,包括超临界CO2热泵系统、循环水系统、超临界二氧化碳反冲洗系统，所述超临界CO2热泵系统A、循环水系统B、超临界二氧化碳反冲洗系统C通过管道并联于空气源热泵气体冷却器6的内部，超临界CO2空气源热泵系统A包括空气源热泵蒸发器3、气液分离器4、压缩机5、第四阀门V4、空气源热泵气体冷却器6、过滤器7、储液器8和节流装置9，空气源热泵蒸发器3的一端通过管道连接有气液分离器4，空气源热泵蒸发器3为板式换热器，气液分离器4的一端通过管道连接有压缩机5，压缩机5的一端通过管道连接有第四阀门V4，第四阀门V4的一端通过管道连接有空气源热泵气体冷却器6，空气源热泵气体冷却器6为微通道冷凝器可以提高换热效率，空气源热泵气体冷却器6的一端通过管道连接有过滤器7，过滤器7的一端通过管道连接有储液器8，储液器8的一端通过管道连接有节流装置9，节流装置9一端通过管道连接有空气源热泵蒸发器3，冷凝端水循环系统B包括空气源热泵气体冷却器6、第五阀门V5、流量计10、相变蓄热水箱11、自动补水式膨胀水箱12、第六阀门V6、第七阀门V7、循环水泵13和第八阀门V8，空气源热泵气体冷却器6的一端通过管道连接有第五阀门V5，第五阀门V5的一端通过管道连接有流量计10，流量计10一端通过管道连接有相变蓄热水箱11，相变蓄热水箱11的外表面通过管道连接有循环水泵13，循环水泵13的一端通过管道连接有第八阀门V8，第八阀门V8的一端通过管道连接有空气源热泵气体冷却器6，循环水泵13的另一端通过管道还连接有第六阀门V6，第六阀门V6的一端通过管道连接有自动补水式膨胀水箱12，自动补水式膨胀水箱12的一端通过管道连接有第七阀门V7，超临界CO2反冲洗系统C包括第二阀门V2、过滤器2、第三阀门V3、空气源热泵蒸发器3、气液分离器4、压缩机5、第九阀门V9、混合器21、第十一阀门V11、空气源热泵气体冷却器6、第十二阀门V12、第一安全阀14、背压阀15、干燥过滤器16、杂质清理装置17、第二安全阀18和第十三阀门V13，第二阀门V2的一端通过管道连接有过滤器2，过滤器2的一端通过管道连接有第三阀门V3，第三阀门V3的一端通过管道连接有空气源热泵蒸发器3，压缩机5的一端通过管道连接有第九阀门V9，第九阀门V9的一端通过管道连接有携带剂泵20，携带剂泵20的一端通过管道连接有第十阀门V10，第十阀门V10的一端通过管道连接有携带剂储罐19，空气源热泵气体冷却器6的一端通过管道连接有第十一阀门V11，第五阀门V5和第十一阀门V11采用非门自动控制，当第五阀门V5关闭时，第十一阀门V11自动打开，当第十一阀门V11关闭时，第五阀门V5自动打开，实现对清洗系统的自动控制，第十一阀门V11的一端通过管道连接有混合器21，混合器21的一端通过管道连接在第九阀门V9与携带剂泵20的中间位置，空气源热泵气体冷却器6的另一端通过管道连接有第十二阀门V12，第十二阀门V12的一端通过管道连接有第一安全阀14，第一安全阀14的一端通过管道连接有背压阀15，背压阀15的一端通过管道连接有干燥过滤器16，干燥过滤器16中CO2中携带的杂质（非溶解）和部分水与CO2分离，干燥过滤器16的一端通过管道连接有杂质清理装置17，杂质清理装置17中CO2和溶解在其中的杂质分离，CO2进行回收循环利用，杂质清理装置17的一端通过管道连接有第二安全阀18，第二安全阀18的一端通过管道连接有第十三阀门V13，第十三阀门V13的一端通过管道连接在第二阀门V2与过滤器2的中间位置，背压阀15的一端通过管道连接有第十四阀门V14，第十四阀门V14的一端通过管道连接有第一阀门V1，第一阀门V1的一端通过管道连接有CO2钢瓶1。

工作原理：临界CO2空气源热泵系统A的运行方式，空气源热泵蒸发器3从空气中吸收能量，通过气液分离器4进行气液分离，压缩机5将CO2由常态压缩成超临界状态，经过第四阀门V4，在空气源热泵气体冷却器6中，超临界CO2将热量传递给循环水，再经过过滤器7滤除杂质，在储液器8中进行调压，通过节流装置9完成临界CO2空气源热泵系统的循环。冷凝端水循环系统B的运行方式，冷水从空气源热泵气体冷却器6中吸收超临界CO2的能量，通过第五阀门V5和流量计10进入相变蓄热水箱11中，自动补水式膨胀水箱12用于调节循环水量，同时起到调压的作用，再经过循环水泵13和第八阀门V8进入空气源热泵气体冷却器6中完成冷凝端水循环系统。超临界CO2反冲洗系统C的运行方式为，在过滤器2中过滤后CO2，经过第三阀门V3、空气源热泵蒸发器3和气液分离器4后，在压缩机5中CO2转换为超临界状态，通过第九阀门V9由热泵系统转入清洗系统，在混合器21中，超临界CO2和携带剂混合，增强清洗效果，经过第十一阀门V11后，超临界CO2和携带剂的混合剂进入空气源热泵气体冷却器6中对空气源热泵气体冷却器6的水侧进行清洗，经过第十二阀门V12、第一安全阀14和背压阀15后进入干燥过滤器16中，对CO2中的不溶杂质和水进行过滤，然后经过杂质清理装置17，对CO2中溶解的杂质进行清洗，再经过第二安全阀18和第十三阀门V13完成超临界CO2反冲洗系统。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种带反冲洗功能的跨临界二氧化碳空气源热泵系统,包括超临界CO2热泵系统（A）、循环水系统（B）、超临界CO2反冲洗系统(C)，其特征在于：所述超临界CO2热泵系统（A）、循环水系统（B）、超临界CO2反冲洗系统(C）通过管道并联于空气源热泵气体冷却器（6）的内部，所述超临界CO2热泵系统(A)包括空气源热泵蒸发器（3）、气液分离器（4）、压缩机（5）、第四阀门（V4）、空气源热泵气体冷却器（6）、过滤器（7）、储液器（8）和节流装置（9），所述空气源热泵蒸发器（3）的一端通过管道连接有气液分离器（4），所述气液分离器（4）的一端通过管道连接有压缩机（5），所述压缩机（5）的一端通过管道连接有第四阀门（V4），所述第四阀门（V4）的一端通过管道连接有空气源热泵气体冷却器（6），所述空气源热泵气体冷却器（6）的一端通过管道连接有过滤器（7），所述过滤器（7）的一端通过管道连接有储液器（8），所述储液器（8）的一端通过管道连接有节流装置（9），所述节流装置（9）的一端通过管道连接有空气源热泵蒸发器（3）；所述循环水系统(B)包括空气源热泵气体冷却器（6）、第五阀门（V5）、流量计（10）、相变蓄热水箱（11）、自动补水式膨胀水箱（12）、第六阀门（V6）、第七阀门（V7）、循环水泵（13）和第八阀门（V8），所述空气源热泵气体冷却器（6）的一端通过管道连接有第五阀门（V5），所述第五阀门（V5）的一端通过管道连接有流量计（10），所述流量计（10）一端通过管道连接有相变蓄热水箱（11），所述相变蓄热水箱（11）的外表面通过管道连接有循环水泵（13），所述循环水泵（13）的一端通过管道连接有第八阀门（V8），所述第八阀门（V8）的一端通过管道连接有空气源热泵气体冷却器（6），所述循环水泵（13）的另一端通过管道还连接有第六阀门（V6），所述第六阀门（V6）的一端通过管道连接有自动补水式膨胀水箱（12），所述自动补水式膨胀水箱（12）的一端通过管道连接有第七阀门（V7），所述超临界CO2反冲洗系统(C)包括第二阀门（V2）、过滤器（2）、第三阀门（V3）、空气源热泵蒸发器（3）、气液分离器（4）、压缩机（5）、第九阀门(V9)、混合器(21)、第十一阀门(V11)、空气源热泵气体冷却器(6)、第十二阀门（V12）、第一安全阀（14）、背压阀(15)、干燥过滤器(16)、杂质清理装置(17)、第二安全阀(18)和第十三阀门（V13），所述第二阀门（V2）的一端通过管道连接有过滤器（2），所述过滤器（2）的一端通过管道连接有第三阀门（V3），所述第三阀门（V3）的一端通过管道连接有空气源热泵蒸发器（3），所述压缩机（5）的一端通过管道连接有第九阀门(V9)，所述第九阀门(V9)的一端通过管道连接有携带剂泵（20），所述携带剂泵（20）的一端通过管道连接有第十阀门（V10），所述第十阀门（V10）的一端通过管道连接有携带剂储罐（19），所述空气源热泵气体冷却器(6)的一端通过管道连接有第十一阀门(V11)，所述第十一阀门(V11)的一端通过管道连接有混合器(21)，所述混合器(21)的一端通过管道连接在第九阀门(V9)与携带剂泵（20）的中间位置，所述空气源热泵气体冷却器(6)的另一端通过管道连接有第十二阀门（V12），所述第十二阀门（V12）)的一端通过管道连接有第一安全阀（14），所述第一安全阀（14）的一端通过管道连接有背压阀(15)，所述背压阀(15)的一端通过管道连接有干燥过滤器(16)，所述干燥过滤器(16)的一端通过管道连接有杂质清理装置(17)，所述杂质清理装置(17)的一端通过管道连接有第二安全阀(18)，所述第二安全阀(18)的一端通过管道连接有第十三阀门（V13），所述第十三阀门（V13）的一端通过管道连接在第二阀门（V2）与过滤器（2）的中间位置，所述背压阀(15)的一端通过管道连接有第十四阀门(V14)，所述第十四阀门(V14)的一端通过管道连接有第一阀门(V1)，所述第一阀门(V1)的一端通过管道连接有CO2钢瓶（1）。

2.根据权利要求1所述的一种带反冲洗功能的跨临界二氧化碳空气源热泵系统，其特征在于：所述第五阀门（V5）和第十一阀门（V11）采用非门自动控制。

3.根据权利要求1所述的一种带反冲洗功能的跨临界二氧化碳空气源热泵系统，其特征在于：所述空气源热泵蒸发器（3）为板式换热器。

4.根据权利要求1所述的一种带反冲洗功能的跨临界二氧化碳空气源热泵系统，其特征在于：所述空气源热泵气体冷却器（6）为微通道冷凝器。