CN108105833A - 一种机械辅助过冷co2跨临界热泵供暖系统 - Google Patents
一种机械辅助过冷co2跨临界热泵供暖系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108105833A CN108105833A CN201810093121.3A CN201810093121A CN108105833A CN 108105833 A CN108105833 A CN 108105833A CN 201810093121 A CN201810093121 A CN 201810093121A CN 108105833 A CN108105833 A CN 108105833A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat pump
- evaporator
- flows
- cooling
- throttle valve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010025 steaming Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 4
- -1 HFC class compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 230000003670 easy-to-clean Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000505 pernicious effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
- F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Abstract
本发明公开了一种机械辅助过冷CO2跨临界热泵供暖系统。本发明包括机械辅助过冷热泵系统和CO2热泵系统；暖气片的回水经三通阀流入冷凝器加热后流入混合罐；经冷却蒸发器流出的制冷剂经辅助循环压缩机流入冷凝器化热降温后经辅助循环节流阀流入冷却蒸发器；CO2热经蒸发器流出经过压缩机后进入气体冷却器，再经过设置冷却蒸发器和节流阀的管路进入蒸发器，暖气片的回水经三通阀流入气体冷却器加热后流入混合罐，混合罐通过管路连接暖气片的入水口。本发明通过机械过冷系统对CO2系统气体冷却器出口的CO2进行过冷，降低进入节流阀前CO2温度，减小节流损失，并进一步降低CO2运行高压，保证CO2热泵系统高效运行。
Description
技术领域
本发明涉及供暖技术领域，更具体的说，是涉及机械辅助过冷的CO2热泵系统。
背景技术
供暖行业作为对国民经济发展有着全局性，先导性影响的基础产业，与人们的生活息息相关。近年来，我国的集中供暖事业得到了迅猛的发展，集中供暖已从大城市走向中小城镇，从机关单位，公共建筑普及到居民采暖。
我国北方大部分城镇和农村地区的采暖方式都是依靠燃煤，而且还是低质煤，其燃烧产生的污染物更多，对环境的危害更大。为治理北方冬季雾霾问题，政府提出采用煤改电等措施解决北方冬季供暖，即通过用电、燃气等清洁能源代替传统的燃煤供热。对于直接电热(电锅炉、电暖器、发热电缆等)的供暖方式，能量直接从高品位的电能转换为低品位的热能，虽然清洁方便，但是能源利用率低下、能耗大，居民无法承受。针对这一问题，可采用空气源热泵，通过少量的高品位电能输入，获得更多的热能用于供暖，达到高效清洁供暖的目的。
针对老式供暖系统，其末端通常采用暖气片，要求一般暖气片进水温度60-85℃，回水温度50-75℃，供回水温差较小。如采用空气源热泵取代燃煤锅炉后，其供回水温度应保持不变。然而目前市场上销售的满足这一工况条件的空气源热泵产品使用的制冷剂主要为HFC或HCFC类人工合成制冷剂，这些制冷剂GWP值较高，具有较强的温室效应。2016年10月全球达成的《蒙特利尔议定书》基加利修正案提出要重点削减HFC类化合物。
为了寻求新一代环保工质，自然工质CO2逐渐引起了人们的广泛关注。然而CO2热泵适用于供回水温差大的系统(比如用于热泵热水器系统)，如采用CO2热泵用于供暖，其能效较低。
因此，迫切需要提高供回水温差且不降低CO2热泵系统能效的CO2热泵供暖系统，以满足高效环保的供暖要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种机械辅助过冷CO2跨临界热泵供暖系统，由机械辅助过冷热泵系统和CO2跨临界热泵系统组成，其中机械过冷热泵系统为传统的蒸汽压缩制冷循环，制冷剂为R152a、R1234yf等低GWP制冷剂。
本发明所采取的技术方案是：一种机械辅助过冷CO2跨临界热泵联合供暖系统，包括机械辅助过冷热泵系统和CO2热泵系统；机械辅助过冷热泵系统包括冷凝器、辅助循环节流阀、冷却蒸发器和辅助循环压缩机，冷却蒸发器流出的制冷剂经辅助循环压缩机流入冷凝器化热降温后经辅助循环节流阀流入冷却蒸发器；CO2热泵系统包括气体冷却器、压缩机、蒸发器和节流阀，CO2经蒸发器流出经过压缩机后进入气体冷却器，再经过设置冷却蒸发器和节流阀的管路进入蒸发器；暖气片的回水流经三通阀，分为两路，一路流过机械辅助过冷系统的冷凝器，另一路回水流至CO2循环的气体冷却器，最终两路热水流至混合罐，混合后的热水输送至暖气片。
辅助循环热泵的制冷剂为R152a或R1234yf，GWP均低于150。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)CO2热泵系统的制冷剂为自然工质CO2。CO2的GWP为1，ODP为0，安全无毒不可燃、廉价易获取，在高温条件下也不分解产生有害气体，是环境友好的制冷剂。辅助循环使用的制冷剂为R152a或R1234yf，属于低GWP制冷剂，环保优势明显。
(2)将常规蒸汽压缩循环与CO2跨临界循环进行组合，降低CO2热泵系统的供回水温差进行供热，但前提是不要降低CO2热泵系统的能效。
(3)对于回水，分为两路，一路流过辅助循环的冷凝器进行加热，另一路流经CO2循环的气体冷却器进行加热，加热后的两路热水进入混合罐进行混合，之后供给用户采暖使用，两路回水的进出口温差较小，在保证暖气片供热工况的前提下，保证系统能效。
(4)通过机械过冷系统对CO2系统气体冷却器出口的CO2进行过冷，降低进入节流阀前CO2温度，减小节流损失，并进一步降低CO2运行高压，保证CO2热泵系统高效运行。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
图中：1、三通阀；2、冷凝器；3、辅助循环节流阀；4、冷却蒸发器；5、辅助循环压缩机；6、节流阀；7、蒸发器；8、压缩机；9、气体冷却器；10、混合罐；11、暖气片。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，附图详细说明如下：请参阅图1，包括机械辅助过冷热泵系统和CO2热泵系统；机械辅助过冷热泵系统包括冷凝器2、辅助循环节流阀3、冷却蒸发器4和辅助循环压缩机5，暖气片的回水经三通阀1流入冷凝器加热后流入混合罐10；经冷却蒸发器流出的制冷剂经辅助循环压缩机流入冷凝器化热降温后经辅助循环节流阀流入冷却蒸发器；CO2热泵系统包括气体冷却器9、压缩机8、蒸发器7和节流阀6，CO2热经蒸发器流出经过压缩机后进入气体冷却器，再经过设置冷却蒸发器和节流阀的管路进入蒸发器，暖气片11的回水经三通阀流入气体冷却器加热后流入混合罐，混合罐通过管路连接暖气片的入水口。
具体实施方式为：
第一步：回水通过三通阀1后一路流经冷凝器2换热，一路流经气体蒸发器9换热后到达混合罐10。
第二步：辅助循环压缩机5吸入冷却蒸发器4出口处的低温低压的制冷剂气体，将其压缩成高温高压的气体，与热水进行换热后温度降低，之后流经辅助循环节流阀3节流降压，变为气液两相状态。再经冷却蒸发器4蒸发吸热后成为过热气体进入压缩机5，完成辅助循环。
第三步：压缩机8吸收蒸发器7出口处的低温低压CO2气体，将其压缩为高温高压的超临界流体，经气体冷却器9与管道中水进行换热，再经冷却蒸发器4进行过冷，经过节流阀6节流后变为低温低压的气液两相状态，经蒸发器7蒸发后再进入压缩机8中，如此往复循环。
第四步；管道中换热后的水集中到混合罐10，再供给暖气片11，如此往复循环。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种机械过冷CO2跨临界热泵联合供暖系统，其特征在于，包括机械辅助过冷热泵系统和CO2热泵系统；机械辅助过冷热泵系统包括冷凝器、辅助循环节流阀、冷却蒸发器和辅助循环压缩机，冷却蒸发器流出的制冷剂经辅助循环压缩机流入冷凝器化热降温后经辅助循环节流阀流入冷却蒸发器；CO2热泵系统包括气体冷却器、压缩机、蒸发器和节流阀，CO2经蒸发器流出经过压缩机后进入气体冷却器，再经过设置冷却蒸发器和节流阀的管路进入蒸发器；暖气片的回水流经三通阀，分为两路，一路流过机械辅助过冷系统的冷凝器，另一路回水流至CO2循环的气体冷却器，最终两路热水流至混合罐，混合后的热水输送至暖气片。
2.根据权利要求1所述的机械过冷CO2跨临界热泵联合供暖系统，其特征在于，辅助循环热泵的制冷剂为R152a或R1234yf，GWP均低于150。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810093121.3A CN108105833A (zh) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | 一种机械辅助过冷co2跨临界热泵供暖系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810093121.3A CN108105833A (zh) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | 一种机械辅助过冷co2跨临界热泵供暖系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108105833A true CN108105833A (zh) | 2018-06-01 |
Family
ID=62220878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810093121.3A Pending CN108105833A (zh) | 2018-01-31 | 2018-01-31 | 一种机械辅助过冷co2跨临界热泵供暖系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108105833A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109323477A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-02-12 | 西安交通大学 | 一种基于带预冷器的跨临界co2热泵系统及其水路两通阀控制方法 |
| CN109442530A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-03-08 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司火力发电技术研究院 | 一种基于跨临界二氧化碳热泵的汽轮机余热利用系统 |
| CN111141051A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-05-12 | 天津商业大学 | 一种吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界co2冷热联供系统 |
| EP3786533A1 (en) * | 2019-08-27 | 2021-03-03 | Stephen William John Grant | Auxiliary heater |
| SE2130329A1 (en) * | 2021-11-23 | 2023-05-24 | Rototec Group Ab | Method and system for heating |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008046620A1 (de) * | 2008-09-10 | 2010-03-18 | Thermea. Energiesysteme Gmbh | Hochtemperaturwärmepumpe und Verfahren zu deren Regelung |
| CN101893276A (zh) * | 2010-04-20 | 2010-11-24 | 上海理工大学 | 由跨临界二氧化碳热泵系统为地板辐射采暖系统供热的系统 |
| CN105042672A (zh) * | 2015-09-01 | 2015-11-11 | 中国铁道科学研究院 | 一种适于接暖气片的空气源co2热泵系统 |
| CN204830572U (zh) * | 2015-06-25 | 2015-12-02 | 西安交通大学 | 一种暖气片供暖用跨临界co2热泵系统 |
| CN107014098A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-08-04 | 江苏苏净集团有限公司 | 一种二氧化碳热泵供热系统 |
| CN208011829U (zh) * | 2018-01-31 | 2018-10-26 | 天津商业大学 | 一种机械辅助过冷co2跨临界热泵供暖系统 |
-
2018
- 2018-01-31 CN CN201810093121.3A patent/CN108105833A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008046620A1 (de) * | 2008-09-10 | 2010-03-18 | Thermea. Energiesysteme Gmbh | Hochtemperaturwärmepumpe und Verfahren zu deren Regelung |
| CN101893276A (zh) * | 2010-04-20 | 2010-11-24 | 上海理工大学 | 由跨临界二氧化碳热泵系统为地板辐射采暖系统供热的系统 |
| CN204830572U (zh) * | 2015-06-25 | 2015-12-02 | 西安交通大学 | 一种暖气片供暖用跨临界co2热泵系统 |
| CN105042672A (zh) * | 2015-09-01 | 2015-11-11 | 中国铁道科学研究院 | 一种适于接暖气片的空气源co2热泵系统 |
| CN107014098A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-08-04 | 江苏苏净集团有限公司 | 一种二氧化碳热泵供热系统 |
| CN208011829U (zh) * | 2018-01-31 | 2018-10-26 | 天津商业大学 | 一种机械辅助过冷co2跨临界热泵供暖系统 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109323477A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-02-12 | 西安交通大学 | 一种基于带预冷器的跨临界co2热泵系统及其水路两通阀控制方法 |
| CN109323477B (zh) * | 2018-09-11 | 2020-05-19 | 西安交通大学 | 一种基于带预冷器的跨临界co2热泵系统及其水路两通阀控制方法 |
| US11927379B2 (en) | 2018-09-11 | 2024-03-12 | Xi'an Jiaotong University | Precooler-based transcritical CO2 heat pump system and control method of waterway two-way valve thereof |
| CN109442530A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-03-08 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司火力发电技术研究院 | 一种基于跨临界二氧化碳热泵的汽轮机余热利用系统 |
| EP3786533A1 (en) * | 2019-08-27 | 2021-03-03 | Stephen William John Grant | Auxiliary heater |
| CN111141051A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-05-12 | 天津商业大学 | 一种吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界co2冷热联供系统 |
| CN111141051B (zh) * | 2020-01-21 | 2023-11-07 | 天津商业大学 | 一种吸收压缩引射复合梯级过冷跨临界co2冷热联供系统 |
| SE2130329A1 (en) * | 2021-11-23 | 2023-05-24 | Rototec Group Ab | Method and system for heating |
| WO2023096550A1 (en) * | 2021-11-23 | 2023-06-01 | Rototec Group Ab | Method and system for heating |
| SE545343C2 (en) * | 2021-11-23 | 2023-07-11 | Rototec Group Ab | Method and system for heating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108105833A (zh) | 一种机械辅助过冷co2跨临界热泵供暖系统 | |
| CN208012136U (zh) | 一种机械辅助过冷co2跨临界制冷制热一体化系统 | |
| CN208011829U (zh) | 一种机械辅助过冷co2跨临界热泵供暖系统 | |
| CN108317581A (zh) | 一种非共沸工质机械辅助过冷co2跨临界热泵供暖系统 | |
| CN209944746U (zh) | 空气能燃气热泵热水机组 | |
| CN106369873A (zh) | 一种燃气机热泵烟气余热回收系统 | |
| CN110454851A (zh) | 一种热电过冷跨临界co2热泵联合供暖系统 | |
| CN205481939U (zh) | 空气源热泵驱动水蒸汽调制机 | |
| CN107631511A (zh) | 基于余压回收的辅助过冷的co2中低温冷冻冷藏系统 | |
| CN207350988U (zh) | 基于余压回收的辅助过冷的co2中低温冷冻冷藏系统 | |
| CN207350986U (zh) | 基于余压回收的蒸发冷却器过冷的co2冷冻冷藏系统 | |
| CN104764068B (zh) | 地热供热系统 | |
| CN201387143Y (zh) | 一种带储分器的低温空气源热泵高温节能型热水器装置 | |
| CN109506391A (zh) | 热驱动无泵吸收式辅助过冷的跨临界co2的制冷系统 | |
| CN203323229U (zh) | 带地暖功能的空气能热水机 | |
| CN203010922U (zh) | 单级压缩双级加热式高温热泵热水机 | |
| CN105019954A (zh) | 联合循环供能系统 | |
| CN208431935U (zh) | 梯级耦合加热的两次压缩一级节流热泵热水器 | |
| CN108730763A (zh) | 基于空气循环的开式热泵热水装置 | |
| CN108826252A (zh) | 一种空气源co2热泵蒸汽机组 | |
| CN214469331U (zh) | 热泵系统 | |
| CN204730300U (zh) | 热水器 | |
| CN107676999A (zh) | 大温跨热泵 | |
| CN208566195U (zh) | 基于空气循环的开式热泵热水装置 | |
| CN207350987U (zh) | 基于余压回收的co2中低温冷冻冷藏系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180601 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |