CN116907242B - 一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热器、系统及工作方法 - Google Patents

一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热器、系统及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热器、系统及工作方法。该换热器采用筒体结构作为壳体,在壳体上开设有进水口和出水口,内部设有导流芯体及螺旋板实现对流体的导流,螺旋板是缠绕导流芯体设置的,并且固定于壳体的两端,壳体两端是密封的,设有端盖或封板,在壳体上设置有集液器和均液器,集液器和均液器之间通过螺旋管连通,螺旋管是流体导流管,用于二氧化碳液体传导热,从而实现二氧化碳在管内与外部流体的热交换。本发明所述的换热器具有高效的热交换效果,且适用于各类大型的冷却、蒸发制冷设备中。

Description

一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热器、系统及工作方法
技术领域
本发明属于换热技术,具体涉及用于一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热器、系统及工作方法。
背景技术
二氧化碳作为天然制冷剂,具有无毒、不燃、成本低廉、ODP 值为 0、温室效应很低等优点,二氧化碳跨临界制热循环放热过程伴随有较大温度滑移,与气冷器中水加热时的温升相匹配,能够一次性制取高达90℃的热水。目前二氧化碳热泵普遍采用翅片式换热器(蒸发器),从空气中吸收热量,通常情况下蒸发温度较低。使用的翅片换热器,为达到系统要求的换热量,通常使用大量翅片和铜管,体积大,由于管路复杂,制造难度也相应增大;同时,二氧化碳常规运行压力普遍较高(6MPa以上),因此在制造上对铜管管壁和焊接提出了更高要求。
翅片换热器在低环境温度下运行,蒸发温度较低,换热量明显减弱,换热效率低,从而机组能效降低,增加压缩机的运行功率,能耗增加、且除霜时间过长。
发明内容
发明目的:针对上述现有翅片换热器存在不足等问题,本发明提供一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热器;基于该换热器,本发明第二目的是提供一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热系统;基于该系统,本发明第三目的是提供一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热系统的工作方法。
为实现上述的发明目的,本发明提供如下技术方案。
一种用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器,包括壳体,壳体上开设有流体的进水口和出水口,壳体的两端面是密封的,设有端盖或封板,在壳体内设有导流芯体和螺旋板,所述的螺旋板是缠绕导流芯体设置的,流体由壳体上的进水口流入壳体内部,然后沿螺旋板设置的液体流道流向壳体上的出水口;与螺旋板相伴的还设有螺旋换热管,所述螺旋换热管连通位于壳体外侧两端的集液器和均液器,所述的集液器和均液器上对应设置二氧化碳出口、进口;所述的导流芯体螺旋板包括直柱芯体和外侧螺旋设置的螺旋板,所述的螺旋板与直柱芯体存在倾斜角度,且螺旋板的外圆贴合壳体内壁设置;所述的换热器是通过螺旋换热管中的二氧化碳液体与流经导流芯体螺旋板的流体实现热交换。
进一步的,所述的端盖通过端盖法兰固定在壳体上,且包括端盖垫片和端盖封板。
进一步的,所述的集液器包括一个出口和一个以上的进口,若干个进口均与出口连通,与进口相连接若干个螺旋换热器内的二氧化碳液体在集液器的出口汇集,由出口对应的单管道输出;所述的均液器用于控制进口输入的二氧化碳液体均匀地进入一个以上的出口中,并由此进入到螺旋换热管中;所述的均液器包括进液管和分隔板,分隔板由中心的圆柱固定,相邻分隔板之间分布有一个出口,该出口连接螺旋换热管。
所述的集液器和均液器为一体成型结构。
进一步的,所述的壳体上设有温度传感器,所述的温度传感器用于监测螺旋换热管进出口和中间位置的温度。
进一步的,所述的壳体外均设有支撑结构,壳体外部设有支撑座,所述的支撑座通过弧度板连接固定在壳体上;壳体内部在两端面处设有管支撑板,所述的管支撑板上设有用于螺旋换热管穿过的通孔,位于螺旋换热管与集液器和均液器的连接处,用于防止螺旋换热管随水流发生震动。
进一步的,所述的壳体上设有放水阀,所述的放水阀用于控制壳体冷却水的排放。
更进一步的,所述的壳体上设有吊耳。
基于上述的换热器,实现一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热系统,换热器通过流体循环将热源塔的热量带出,在换热器中与螺旋换热管内二氧化碳热交换后回到热源塔,从而实现外部热循环;所述系统包括热源塔,换热器、二氧化碳压缩机、气液分离器和节流阀;所述的换热器包括用做气冷器和蒸发器,设置有两组;该系统的循环过程如下:
所述的二氧化碳压缩机、气冷器、蒸发器、节流阀、回热器、气液分离器组建形成一个二氧化碳液体循环回路;从气液分离器中分离出来的低温低压二氧化碳气体,经过回热器后,进入压缩机吸气口,经过二氧化碳压缩机做功,形成高温高压的气体,排出到气冷器中,从气体在气冷器中冷却后形成高温高压液体,经过回热器后,在流入膨胀阀,节流膨胀后形成低温低压的液体,进入到蒸发器中,低温低压二氧化碳液体吸收来自能源塔流体热量后,汽化蒸发形成低温低压的二氧化碳气体,进入气液分离器,从而形成一个闭环循环。
气液分离器分离出来二氧化碳气体和二氧化碳压缩机油,二氧化碳气体经过回热器进入二氧化碳压缩机中,二氧化碳压缩机油经过油管导入压缩机油槽中;
其回热器分为两个互不相通的流道,一个流道跟气液分离器、二氧化碳压缩机相连通,另一个流道跟气冷器、蒸发器相连通,回热器用于增加低温二氧化碳气体的温度和降低气冷器冷却的二氧化碳液体温度,主要作用前者增加压缩机焓值,后者降低液体过冷度。
基于上述系统,一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热系统的工作方法,包括制热循环和制冷循环控制;
制热循环:二氧化碳压缩机从蒸发器中吸入低温低压的制冷气体,经过压缩,二氧化碳变为高温高压气体,高温高压的二氧化碳气体进入气冷器中,高温高压制冷剂气体经过冷凝,形成低温高压的液体,经过节流阀节流,形成低温低压液体进入蒸发器中,制冷剂液体在蒸发器中蒸发后,形成低温低压的制冷剂气体回到二氧化碳压缩机吸气口,从而形成一个内部二氧化碳循环;其中,外部还有两路流体跟换热器换热:第一路热水是在气冷器中形成的,具体为:常温水进入气冷器,跟高温二氧化碳气体换热后,形成高温水流出;第二路是蒸发器中流体跟能源塔换热后,带出热量进入蒸发器,把热量传递给蒸发器后,流出再进入能源塔中。
制冷循环包括如下两种情况:
a)制热情况下,冷凝器冷却水,作为热水和用户末端进行换热,后又回到冷凝器形成制热水循环,而蒸发器冷冻水作为热源水,跟热源塔进行换热,在热源塔中温度升高后,再回到蒸发器中,形成热源循环;
b)制冷情况下,冷凝器冷却水,作为散热载体,和能源塔进行换热,能源塔把热量散发到空气中去,降温后的冷却水回到冷凝器中形成冷却循环;而蒸发器冷冻水客户末端进行热交换,提供冷源,冷冻水从末端吸取热量后,再回到蒸发器中,形成制冷循环。
有益效果:本发明相比传统的翅片换热器及其应用,具有如下显著的效果:
(1)本发明所述的换热器采用圆筒形的壳体结构,其内部设有螺旋换热管和导流芯体及螺旋板,螺旋板实现流体的螺旋式流动,减少流体内部流动阻力,也实现了与螺旋换热管内的二氧化碳液体进行热交换,管内承受的压力更大、更安全;且所述的换热器采用螺旋逆流换热方式,增加截面单位长度换热面积,提高了换热效率;
(2)本发明所述的换热器的壳体上设有集液器和均液器,由此实现二氧化碳液体均匀流入每一根换热管和流出换热器,减少了管路的冗余设计和复杂结构,减少了管路阻力,同时均液器的使用对于高效的散热起到了很好的保障;
(3)本发明所述的换热器还采用了支撑组件,在流体的冲击下保证了管道及换热器的稳定;
(4)本发明所述的换热器设置了温度传感器,由此实现压温下水循环不被冻坏,可以实施的起到监测的作用,防护止意外停机或者进出水温过低结冰而导致换热器冻管的发生;
(5)本发明所提供的换热系统及工作方法能适用于大型的换热场景下制冷和制热需求设计,或结合热源塔组建的热换系统均具有高效的制冷和制热效果。
附图说明
图1是本发明所述换热器的结构示意图;
图2是本发明所述换热器的结构爆炸图;
图3是本发明所述的换热器局部剖视图;
图4是本发明所述换热器的端部结构示意图;
图5是导流芯体及螺旋板的结构示意图;
图6是螺旋换热管的结构示意图;
图7是集液器的结构示意图;
图8是均液器的结构示意图;
图9是集液器、均液器和螺旋换热管的连接结构示意图;
图10是管支撑板的结构示意图;
图11是本发明所述换热系统的结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明所公开的技术方案,下面结合说明书附图做具体的阐述。
结合图1-图10所示,本发明所提供的一种用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器,首先是壳体1,壳体1采用圆筒式的结构,相对于现有的翅片换热器等需要平面上增加换热接触面积而言,圆筒式的壳体1体积更小,并且基于圆筒式的壳体1,其内部也才能设置为螺旋状的结构。壳体1的两端是密封的,其一端是通过端盖法兰4固定,然后中间设有端盖垫片3进行密封,然后通过端盖封板2进行密封,在壳体1的另一端通过封板5进行密封,对于壳体1的两端密封可以设计实际的需要进行选择,也包括其他的本领域技术人员可知的技术进行密封,但是优选采用可拆装的方式,方便壳体内部件的安装。在壳体1上,首先其两端设有冷却水的进水口8和出水口9,冷却水在壳体1内进行传输,壳体1的中部还设有放水阀15,放水阀15用于控制壳体1内冷却水的排放,用在检修或停止作业的时候等。在壳体1的底部设有支撑座16,固定住换热器。
本发明所述的换热器是通过二氧化碳液体作为冷媒,通过壳体内布置的螺旋换热管6进行和冷却水的换热,下面具体的说壳体1内部的结构。
进一步的结合图2所示的,首先在壳体1的两端开孔设置有集液器12和均液器11,集液器12和均液器11是可以替换的,作用原理一样,在本实施例中,将均液器11设置为二氧化碳液体的进口,由图7或图8可知,均液器11的一端是单管,用于连接二氧化碳压缩机,由此可供应二氧化碳液体,然后均液器11的另一端是分为3个管道的接口,用于连接壳体1内部的螺旋换热管6,本实施例中换热管为三根螺旋管组成的,其沿着导流芯体7上面螺旋板701的位置螺旋。螺旋板701的外圆贴合壳体1的内壁设置。实际管道可是一根螺旋管或者多根,相应接口增加相同数量,还可以多层分布。
在此补充说明的是,对于螺旋换热管,优选的方式包括在其内部的管道表面增设鱼鳞纹或波浪纹,一定程度上减缓二氧化碳液体的流动,增加了冷媒的螺旋换热管内的流动时间,延长了与壳体内冷却水的热交换时间,同等条件下提高了换热效果。基于此,可在导流芯体7上连接的螺旋板701表面设置规则的、或不规则的鱼鳞纹。
导流芯体7和螺旋板701之间是顺着冷却水的行进方向倾斜,成一定的角度,注意的是,该角度可根据换热器的适用场景调整,即选择不同的导流芯体7和螺旋板701组成,以实现不同的流速控制。导流芯体7和螺旋板701组合而成的导流芯体螺旋板使载冷剂均速地按照设计的流道流入和流出壳体,根据换热器设计出螺旋的升角、螺距和导流芯体7的直径。在该结构中,流道采用螺旋设计可减少冷却水的流阻力,增加整体和换热内液体的换热面积。注意的是,在上述的换热中,采用的是对流换热,即冷却水的流向和二氧化碳液体的流向相反,增加换热效率。进一步的优选,螺旋板701和导流芯体7可方便拆卸,装配简单。
螺旋换热管6配合导流芯体7和螺旋板701设计,包括角度上的控制,螺距和螺旋内径等设计要求。
对于螺旋换热管6和螺旋板701,其表面还可以设置翅片以增加散热和热交换的效果。
在壳体1的内部,为了提高螺旋换热管的稳定,在壳体的内部设有支撑管板14,支撑管板14上包括通孔1401,实现螺旋换热管的固定。支撑管板14固定在导流芯体7上,螺旋管热管穿过1401,防止螺旋换热管随着水流震动,支撑管板14的通孔1401大于螺旋换热管6直径0.3mm-1mm为最佳的方式。
为了方便安装,在壳体1上设有吊耳13。
为了保证该换热器能在正常的温度下工作,避免冷却水结冰或低温环境下出现的其他无法运行情况,在壳体上设有温度传感器10,用于监测内部的冷却水,包括壳体的两端和中间。
结合图11说明本发明所述的换热系统,一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热系统是基于上述换热器实现的一种应用系统。
对于该换热系统,结合上述的技术方案,下面阐述二氧化碳机组的工作原理:热源塔100内含有热量的热源接入到蒸发器200进行热交换,蒸发器200(本发明所述的换热器应用之一)的低温低压二氧化碳气体进去气液分离器300,气液分离后的气体经过回热器500,被压缩机400压缩成高温高压气体,从而通过排气口排出,排出的高温高压气体进入冷凝器700(本发明所提供的换热器应用二),在冷凝器700中冷凝变成高温高压的液体,流入回热器500,与吸入的气体换热后,经过电子膨胀阀600进行节流膨胀,变为低温低压的液体,流入蒸发器200,在经过蒸发器200后变为低压低压气体,从而形成一个循环。循环过程中,气液分离器后的油流入压缩机400。
进一步的结合本发明所述的一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热系统的实现方法来阐述本发明实施应用的其他说明。
一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热系统中主要涉及两大循环和两路辅助循环:两大主循环是制热系统循环(氟系统循环)和制冷系统循环,制冷循环中包括冷却水系统循环和两路辅助循环,两路辅助循环是回油循环和回热循环。
制热系统循环(氟系统循环)中,压缩机从蒸发器中吸入低温低压的制冷气体,经过压缩机,制冷剂气体变为高温高压气体,从压缩机排气口排出到气冷器中,高温高压制冷剂气体经过冷凝,形成低温高压的液体,经过节流阀节流,形成低温低压液体进入蒸发器中,制冷剂液体在蒸发器中蒸发后,形成低温低压的制冷剂气体回到压缩机吸气口,从而形成一个制热循环。
水系统循环:水系统循环有两个运行情况,具体如下。
制热情况下,冷凝器冷却水,作为热水和用户末端进行换热,后又回到气冷器形成制热水循环,而蒸发器冷冻水作为热源水,跟热源塔进行换热,在热源塔中温度升高后,再回到蒸发器中,形成热源循环;b)制冷情况下,气冷器冷却水,作为散热载体,和能源塔进行换热,能源塔把热量散发到空气中去,降温后的冷却水回到气冷器中形成冷却循环;而蒸发器冷冻水客户末端进行热交换,提供冷源,冷冻水从末端吸取热量后,再回到蒸发器中,形成制冷循环;
制冷和制热,需要水路切换,即制冷的时候气冷器连接能源塔,蒸发器连接客户末端,而制热的时候气冷器连接客户末端,蒸发器连接能源塔。
两路辅助循环说明如下:
1、回油循环:从气液分离器中分离出来的油,进入压缩机油腔中,此为压缩机主要回油;
2、回热循环:次循环是吸气循环和排气循环共同实现,即蒸发器排出的低温低压气体进入回热器跟从气冷器中出来的二氧化碳液体进行换热;
通过实施上述的技术方案,本发明存在如下的效果说明。
(1)本发明所述的换热器的高效体现在利用二氧化碳与从能源塔来的载冷剂进行换热,使二氧化碳吸取热量后温度升高,带入系统中作为热源,提供给气冷器;
(2)本发明中换热器为壳管式,相对于现有的方体结构等,其体积小,换热量大,管路简单制造简单,运行稳定可靠,和能源塔配合,受外界环境温度影响较小;
(3)鉴于二氧化碳运行压力较高,本发明采用螺旋式换热管,换热管换热效率高,可承受压力大,安全可靠;
(4)本发明所述的换热系统在低环境温度下,由于能源塔有自循环水路系统,因此除霜效率会大大提高;
(5)低环境温度下,由于能源塔能提供接近于环境温度的水给蒸发器,本发明相对翅片换热器来说蒸发温度可大幅提高;
(6)由于能源塔的结构特性,能源塔机组可在-35°环境温度下运行,低环境温度下机组运行载冷剂为超低温载冷剂,且本发明所述的换热器根据对低温载冷剂物性设计了螺旋水流通道;
(7)本发明所述换热器内部设置有螺旋导流板,提高载冷剂和换热管换热效率;
(8)为使二氧化碳液体均匀分配到每一根换热管中,本发明所述的换热器采用了均液器,使液体均匀地进入换热管内部;
(9)为使换热管中蒸发后二氧化碳液体回到气液分离器中,本发明采用了集液装置;
(10)为使换热管更好的固定在螺旋板架上,设计了特殊的管支架,防止换热管随着水流晃动和振动;
(11)为使换热器在低温下运行不被冻坏,在换热器进出水口和中间位置设置温度监测点,防止意外停机或者进出水温过低结冰而导致蒸发器冻管;
(12)本发明高效蒸发器可随机组联机控制,根据其设定进出水温,调节能源塔循环水温;同时,根据设定水温,结合蒸发压力和过热度,时时监控换热器不被冻坏;
(13)本发明高效蒸发器中部设置有防冻放水阀,可放掉蒸发器内部载冷剂,如水或其他冷却溶液。
在本发明的应用过程中,热源是空气或热源流体,几乎所有环境都可以适用,不受限制,增大机组适用范围,采用双级压缩机,机组运行范围宽;且本发明可提高机组换热效率,提高机组能效。

Claims (8)

1.一种用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器,包括壳体(1),壳体上开设有流体的进水口(8)和出水口(9),其特征在于:壳体(1)的两端面是密封的,设有端盖或封板(5),在壳体内设有导流芯体(7)和螺旋板(701),所述的螺旋板(701)是缠绕导流芯体(7)设置的,流体由壳体上的进水口(8)流入壳体内部,然后沿螺旋板设置的液体流道流向壳体上的出水口(9);
与螺旋板相伴的还设有螺旋换热管(6),所述螺旋换热管(6)连通位于壳体外侧两端的集液器(12)和均液器(11),所述的集液器(12)和均液器(11)上对应设置二氧化碳出口、进口;
所述的螺旋板(701)与导流芯体(7)之间具有倾斜角度,且螺旋板(701)的外圆贴合壳体(1)内壁设置,且所述导流芯体(7)和螺旋板(701)通过不同的倾斜角度以控制不同的流速,导流芯体(7)和螺旋板(701)组合而成的导流芯体螺旋板使载冷剂均速的按照设计的流道流入和流出壳体(1);
所述的换热器是通过螺旋换热管(6)中的二氧化碳液体与流经导流芯体(7)及其上面螺旋板(701)形成的流道中的流体实现热交换;
所述的换热器采用对流换热,冷却水的流向和二氧化碳液体的流向相反;
所述的壳体(1)上设有支撑结构,包括支撑座(16)和管支撑板(14);
壳体外部设有支撑座(16),所述的支撑座(16)通过弧度板连接固定在壳体(1)上;导流芯体(7)外部在两端面处设有管支撑板(14),所述的管支撑板(14)上设有用于螺旋换热管(6)穿过的通孔(1401),位于螺旋换热管(6)与集液器(12)和均液器(11)的连接处,用于防止螺旋换热管(6)随水流发生震动;
所述的换热器包括用于制热循环和制冷循环控制;
制热循环:二氧化碳压缩机从蒸发器中吸入低温低压的制冷气体,经过压缩,二氧化碳变为高温高压气体,高温高压的二氧化碳气体进入气冷器中,高温高压制冷剂气体经过冷凝,形成低温高压的液体,经过节流阀节流,形成低温低压液体进入蒸发器中,制冷剂液体在蒸发器中蒸发后,形成低温低压的制冷剂气体回到二氧化碳压缩机吸气口,从而形成一个内部二氧化碳循环;其中,外部还有两路流体跟换热器换热:第一路热水是在气冷器中形成的,具体为:常温水进入气冷器,跟高温二氧化碳气体换热后,形成高温水流出;第二路是蒸发器中流体跟能源塔换热后,带出热量进入蒸发器,把热量传递给蒸发器后,流出再进入能源塔中;
制冷循环包括如下两种情况:
a)制热情况下,冷凝器冷却水,作为热水和用户末端进行换热,后又回到冷凝器形成制热水循环,而蒸发器冷冻水作为热源水,跟热源塔进行换热,在热源塔中温度升高后,再回到蒸发器中,形成热源循环;
b)制冷情况下,冷凝器冷却水,作为散热载体,和能源塔进行换热,能源塔把热量散发到空气中去,降温后的冷却水回到冷凝器中形成冷却循环;而蒸发器冷冻水客户末端进行热交换,提供冷源,冷冻水从末端吸取热量后,再回到蒸发器中,形成制冷循环。
2.根据权利要求1所述的用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器,其特征在于:所述的端盖通过端盖法兰(4)固定在壳体上,且包括端盖垫片(3)和端盖封板(2)。
3.根据权利要求1所述的用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器,其特征在于:所述的集液器(12)包括一个出口和一个以上的进口,若干个进口均与出口连通,与进口相连接若干个螺旋换热管(6)内的二氧化碳液体在集液器(12)的出口汇集,由出口对应的单管道输出;
所述的均液器(11)用于控制进口输入的二氧化碳液体均匀地进入一个以上的出口中,并由此进入到螺旋换热管(6)中;所述的均液器(11)包括进液管和分隔板(1101),分隔板由中心的圆柱体固定,相邻分隔板之间分布有一个出口,该出口连接螺旋换热管;
所述螺旋换热管(6)包括设置为多根,且包括设置为多层以上的组合排布。
4.根据权利要求3所述的用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器,其特征在于:所述的集液器(12)和均液器(11)为一体成型结构。
5.根据权利要求1所述的用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器,其特征在于:所述的壳体(1)上设有温度传感器(10),所述的温度传感器(10)用于监测螺旋换热管(6)进出口和中间位置的温度。
6.根据权利要求1所述的用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器,其特征在于:所述的壳体(1)上设有放水阀(15),所述的放水阀(15)用于控制壳体内流体的排放。
7.根据权利要求1所述的用于二氧化碳热源塔热泵机组的换热器,其特征在于:所述的壳体(1)上设有吊耳(13)。
8.一种二氧化碳热源塔热泵机组的换热系统,其特征在于:包括如权利要求1所述的换热器,该换热器采用二氧化碳和水作为流体,且所述的换热器包括用做气冷器和蒸发器,设置有两组;
所述系统中,换热器通过流体循环将热源塔的热量带出,在换热器中与螺旋换热管内二氧化碳热交换后回到热源塔,从而实现外部热循环;
所述系统包括热源塔,换热器、二氧化碳压缩机、气液分离器和节流阀;
该系统的循环过程如下:
所述的二氧化碳压缩机、气冷器、蒸发器、节流阀、回热器、气液分离器组建形成一个二氧化碳液体循环回路;从气液分离器中分离出来的低温低压二氧化碳气体,经过回热器后,进入压缩机吸气口,经过二氧化碳压缩机做功,形成高温高压的气体,排出到气冷器中,从气体在气冷器中冷却后形成高温高压液体,经过回热器后,在流入膨胀阀,节流膨胀后形成低温低压的液体,进入到蒸发器中,低温低压二氧化碳液体吸收来自能源塔流体热量后,汽化蒸发形成低温低压的二氧化碳气体,进入气液分离器,从而形成一个闭环循环;
气液分离器分离出来二氧化碳气体和二氧化碳压缩机油,二氧化碳气体经过回热器进入二氧化碳压缩机中,二氧化碳压缩机油经过油管导入压缩机油槽中;
其回热器分为两个互不相通的流道,一个流道跟气液分离器、二氧化碳压缩机相连通,另一个流道跟气冷器、蒸发器相连通,回热器用于增加低温二氧化碳气体的温度和降低气冷器冷却的二氧化碳液体温度,前者增加压缩机焓值,后者降低液体过冷度。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105135909A (zh) * 2015-08-12 2015-12-09 天津大学 多层螺旋管式蒸发器
CN109990504A (zh) * 2019-04-09 2019-07-09 山东大学 一种螺旋绕管式换热器及深井热力系统
CN110118495A (zh) * 2019-06-04 2019-08-13 河南豫氢装备有限公司 一种耐高压紧凑型换热器
CN209857695U (zh) * 2019-03-01 2019-12-27 河北江水制药设备有限公司 一种增强热量回收的换热器
CN210664036U (zh) * 2019-07-02 2020-06-02 江苏远卓设备制造有限公司 管壳式换热器
CN216115526U (zh) * 2021-10-29 2022-03-22 郑州科技学院 换热效率高的螺旋管式换热器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105135909A (zh) * 2015-08-12 2015-12-09 天津大学 多层螺旋管式蒸发器
CN209857695U (zh) * 2019-03-01 2019-12-27 河北江水制药设备有限公司 一种增强热量回收的换热器
CN109990504A (zh) * 2019-04-09 2019-07-09 山东大学 一种螺旋绕管式换热器及深井热力系统
CN110118495A (zh) * 2019-06-04 2019-08-13 河南豫氢装备有限公司 一种耐高压紧凑型换热器
CN210664036U (zh) * 2019-07-02 2020-06-02 江苏远卓设备制造有限公司 管壳式换热器
CN216115526U (zh) * 2021-10-29 2022-03-22 郑州科技学院 换热效率高的螺旋管式换热器

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