CN201779768U - Co2热泵低温制热供暖系统 - Google Patents

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Abstract

CO2热泵低温制热供暖系统，其CO2专用压缩机出口与气体冷却器管程进口连接，管程出口与回热器的高温侧管程进口连接，高温侧管程出口与节流阀进口连接，节流阀出口与蒸发器管程进口连接，蒸发器管程出口与贮液器进口连接，贮液器出口与回热器的低温侧管程进口连接，低温侧管程出口与CO2专用压缩机进口连接，上述装置组成封闭回路；回热器的高温侧导管和低温侧导管封装在同一个回热器壳体内；需暖设备的进、出介质口分别与气体冷却器的管程出、进口连接。本实用新型中，CO2空气源热泵循环中气体冷却器具有较高排气温度，易调整冷却器放热过程，能适应外部热源的温度需要，因此受适合多工况下工作，制热效率高。

Description

CO2热泵低温制热供暖系统
技术领域
本实用新型涉及一种制热系统，具体涉及一种CO2热泵制热系统。
背景技术
传统的热泵技术采用R22或R134等制冷循环式空气源热泵，受冷媒特性制约，它的应用范围受到局限，比如在低温工况下工作，COP值可能衰减且出水水温低，冬季制热不能直通暖气片，更不能产生高温热水等。因此传统的空气源热泵受到地域和行业的限制，很难克服在严寒地区，冬天利用大气中的能量提取高品位热能，而且COP值受气候影响化较明显，制热系数不稳定，效率低。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有制热技术的缺陷，提供了一种制热效率高、适用范围、地域广的制热系统，具体是指一种CO2热泵制热系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：
CO2热泵低温制热供暖系统，其CO2专用压缩机出口与气体冷却器管程进口连接，管程出口与回热器的高温侧管程进口连接，高温侧管程出口与节流阀进口连接，节流阀出口与蒸发器管程进口连接，蒸发器管程出口与贮液器进口连接，贮液器出口与回热器的低温侧管程进口连接，低温侧管程出口与CO2专用压缩机进口连接，上述装置组成封闭回路；回热器的高温侧导管和低温侧导管封装在同一个回热器壳体内；需暖设备的进、出介质口分别与气体冷却器的管程出、进口连接。进一步地，所述蒸发器的壳程与大气相通。所述贮液器与回热器的低温侧管程出口通过回油管连接，CO2所携带的融化油从蒸气中分离，经由回油管进入储液器，防止液油进入压缩机。所述气体冷却器为铝锰合金材质，具有圆形微通道。
CO2专用压缩机承压高、密封好、压比低(2.5～3)，适合变工况下正常工作，超临界压力高压12MPa。铝锰合金气体冷却器，具圆形微通道，承压高，抗腐蚀性强，形变好，换热系数是普通套管式结构的3倍。回热器可实现二次降温，同时降低排气压力，提高系数效率。特制节流阀承压高，调节流量宽(控制压力9～13.9MPa，50～250kg/h)。
工作原理是，低温低压的CO2气体在压缩机中压缩至超临界，然后进入气体冷却器中被冷却介质(水或空气)冷却，离开气体冷却器后，高压气体在回热器中进一步冷却。然后CO2气体节流降压，温度下降，部分被液化，再进入蒸发器中吸热汽化，在贮液器的压力调节和补偿作用下，低压饱和蒸汽(CO2，不含水分)进入回热器，在低压侧管程中，气体吸收通过壳程传递来的高压侧管程中的热量，吸热后成为过热蒸汽(CO2，不含水分)，再进入压缩机升压提温，产生的超临界CO2热源与需暖设备完成热交换即可，如此反复循环即可实现制热目的。
其中，CO2气体走向关系是：蒸发器→储液灌→回热器低压侧管程→压缩机→气体冷却器管程→回热器高压侧管程→节流阀；需暖介质(如水)走向关系：气体冷却器壳程→需暖设备→气体冷却器壳程。
热泵的压缩机排气温度范围为：100℃～140℃；在排气温度为120℃，冷却出口温度与出水温度的对照表如表1所示：
表1：排气温度120℃时，冷却出口温度与出水温度的关系
  出水温度/℃   压缩机排气温度℃   冷却器出口温度℃   压强/MPa
  70   120   50   12
  75   120   45   11
  80   120   40   10
  85   120   35   9
  90   120   30   8
可见，排气温度为120℃，冷却出口温度为30℃时，出水温度达90℃，完全满足取暖需要。
CO2蒸发器中的温度与蒸发压力的关系如表2所示：
表2：CO2蒸发器中的温度与蒸发压力的关系
  温度/℃   -45   -40   -30   -20   -10   10   31.1
  压强/MPa   0.97   1.1   1.36   1.97   2.65   4.5   7.38
可见，系统蒸发温度最低可达-45℃，低于绝大多数地域的冬季环境温度。
COP值与环境温度、出水温度的关系如表3、图3所示：
表3：COP值曲线图
  环境温度/℃   出水温度/℃   COP值
  -20   80   2
  -20   70   2.3
  -20   60   2.6
  -20   50   3
  -15   80   2.15
  -15   70   2.45
  -15   60   3
  -15   50   3.15
  -10   80   2.3
  -10   70   2.6
  -10   60   3
  -10   50   3.3
可见，系统在-20℃的低温工况下热泵出水温度达80℃且COP值达2，可以直通暖气片供水。
本实用新型中，CO2空气源热泵循环中气体冷却器具有较高排气温度，易调整冷却器放热过程，能适应外部热源的温度需要，因此受适合多工况下工作，效率高。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型的CO2热泵低温制热供暖系统结构示意图；
图2是图1的制热供暖系统的应用示意图；
图3是环境温度与COP值关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
如图1、图2所示，CO2热泵低温制热供暖系统，其CO2专用压缩机12(型号ZR94KC，意大利都灵)出口与气体冷却器11(型号TDEX12.5，美国丹佛斯)管程进口连接，管程出口与回热器13(型号CN-5)的高温侧管程进口连接，高温侧管程出口与节流阀16进口连接，节流阀16出口与蒸发器15(型号EXC-994)管程进口连接，蒸发器15管程出口与贮液器14进口连接，蒸发器15的壳程与大气相通；贮液器14出口与回热器13的低温侧管程进口连接，低温侧管程出口与CO2专用压缩机12进口连接，上述装置组成封闭回路；贮液器14与回热器13的低温侧管程出口通过回油管17连接，CO2所携带的融化油从蒸气中分离，经由回油管17进入储液器14，防止液油进入压缩机。回热器13的高温侧导管和低温侧导管封装在同一个回热器壳体内；暖气片2的进、出介质口分别与气体冷却器11的管程出、进口连接。气体冷却器11为铝锰合金材质，具有圆形微通道。管道可增压循环泵，用于暖气片中水循环加压提供动力。
作用原理是，低温低压的CO2气体在压缩机中压缩至超临界，然后进入气体冷却器中被冷却介质(水或空气)冷却，离开气体冷却器后，高压气体在回热器中进一步冷却。然后CO2气体节流降压，温度下降，部分被液化，再进入蒸发器中吸热汽化，在贮液器的压力调节和补偿作用下，低压饱和蒸汽(CO2，不含水分)进入回热器，在低压侧管程中，气体吸收通过壳程传递来的高压侧管程中的热量，吸热后成为过热蒸汽(CO2，不含水分)，再进入压缩机升压提温，产生的超临界CO2热源与需暖设备完成热交换即可，如此反复循环即可实现制热目的。
其中，CO2气体走向关系是：蒸发器→储液灌→回热器低压侧管程→压缩机→气体冷却器管程→回热器高压侧管程→节流阀；需暖介质(如水)走向关系：气体冷却器壳程→暖气片→气体冷却器壳程。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.CO2热泵低温制热供暖系统，其CO2专用压缩机出口与气体冷却器管程进口连接，管程出口与回热器的高温侧管程进口连接，高温侧管程出口与节流阀进口连接，节流阀出口与蒸发器管程进口连接，蒸发器管程出口与贮液器进口连接，贮液器出口与回热器的低温侧管程进口连接，低温侧管程出口与CO2专用压缩机进口连接，上述装置组成封闭回路；回热器的高温侧导管和低温侧导管封装在同一个回热器壳体内；需暖设备的进、出介质口分别与气体冷却器的管程出、进口连接。
2.根据权利要求1所述的CO2热泵低温制热供暖系统，其特征在于，所述蒸发器的壳程与大气相通。
3.根据权利要求1所述的CO2热泵低温制热供暖系统，其特征在于，所述贮液器与回热器的低温侧管程出口通过回油管连接。
4.根据权利要求1所述的CO2热泵低温制热供暖系统，其特征在于，所述气体冷却器为铝锰合金材质，具有圆形微通道。
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