CN204830572U - 一种暖气片供暖用跨临界co2热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种暖气片供暖用跨临界CO2热泵系统，包括第一冷凝器、第一蒸发器、第一膨胀阀、第一压缩机、气体冷却器、第二压缩机、气液分离器、第二膨胀阀和第二蒸发器；运用两组独立热泵系统，采用跨临界CO2热泵系统将来自暖气片回水加热至暖气片供暖需热温度；本实用新型通过调节跨临界CO2热泵中气体冷却器进口水温，保证热泵系统制热能效比最大；本实用新型将部分回水引入气液分离器中，提高CO2热泵系统进气温度，增加热泵在极低环境温度下循环系统能效。
Description
【技术领域】
本实用新型属于热泵技术领域，特别涉及一种暖气片供暖用跨临界CO2热泵系统。
【背景技术】
机械压缩式热泵技术利用少量高品位的机械能，利用压缩机完成制冷剂在系统中的循环，将热量从较低温度的热源中提取后加热其它介质，即通过消耗少量的高品位能量，将低品位能量提升为高品位能量。空气源热泵以室外空气为热源进行供暖或供应热水，其安装使用方便，对环境污染较小，其节能效果要明显高于电加热等采暖方式。但是由于空气源热泵在低温环境下运行存在着一些不足，如随着环境温度的降低，室内热负荷需求增大，而空气源热泵的制热量会减小，不能满足室内需求；同时由于环境温度降低，蒸发压力也随之降低，压缩机压比增大，排气温度升高，容易引起压缩机过热保护而停机，空气源热泵在我国北方大部分地区尚未得到普遍应用。
CO2属于惰性气体，无毒无刺激；良好的安全性和化学稳定性，安全无毒，不可燃，即便在高温下也不分解产生有害气体；其对全球变暖潜力指数GWP为1，CO2不需要工业合成，只需要在大气中提取就可以，使用方便；同时，它对大气臭氧层无任何破环作用，ODP为0。并且，CO2本身优越的热物理特性以及良好的迁移特性也适合其作为制冷工质，导热系数以及定压比热高，蒸汽密度小，动力粘度小，表面张力小，这些特点为机组的小型化以及成本节省提供了前提。CO2临界温度为30.98℃，临界压力为7.38MPa，在跨临界区与外部介质换热时不发生相变，因此跨临界CO2循环不存在潜热交换和冷凝过程。考虑到CO2较高的临界压力，在相同的条件下，跨临界CO2热泵能够将水加热到更高的温度。
跨临界CO2热泵可以把水温升到更高的温度，适应于将冷水(10℃-15℃)直接加热到80℃以上的直热式热泵。由于跨临界CO2系统受气体冷却器进水温度影响大，随着进水温度的升高，机组性能变差，特别是在低环境温度，进出水温度为40℃/45℃采暖工况下，跨临界CO2热泵制热能效比较低，将其直接应用于采暖加热存在一定的技术难题。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于提供一种暖气片供暖用跨临界CO2热泵系统，以解决现有供暖热泵系统采用CO2工质时存在的问题，使跨临界CO2热泵系统能够高效稳定的应用于暖气片形式供暖。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种暖气片供暖用跨临界CO2热泵系统，包括第一冷凝器、第一蒸发器、第一压缩机、气体冷却器、第二压缩机、气液分离器和第二蒸发器；暖气片的回水管路分成两路，一路连接第一冷凝器的回水入口，另一路连接第一蒸发器的回水入口；第一冷凝器的回水出口连接混合器的第一入口，第一蒸发器的回水出口连接气体冷却器的回水入口，气体冷却器的回水出口连接混合器的第二入口，混合器的出口连接暖气片供暖系统；第一压缩机的出口连接第一冷凝器的工质入口，第一冷凝器的工质出口通过第一膨胀阀连接第一蒸发器的工质入口，第一蒸发器的工质出口连接第一压缩机的入口；第二压缩机的出口连接气体冷却器的工质入口，气体冷却器的工质出口通过第二蒸发器连接气液分离器的气体入口，气液分离器的气体出口连接第二压缩机的入口。
本实用新型进一步的改进在于：第一冷凝器的工质出口设有第一膨胀阀；气体冷却器的工质出口设有第二膨胀阀。
本实用新型进一步的改进在于：气液分离器中设有加热盘管；加热盘管的入口连接暖气片的回水管路，加热盘管的出口连接暖气片供暖系统。
本实用新型进一步的改进在于：加热盘管的入口设有电磁阀。
本实用新型进一步的改进在于：所说暖气片供暖用跨临界CO2热泵系统中的工质为CO2。
相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型通过合理设置系统流程，将跨临界CO2热泵系统应用于暖气片形式供暖，极大的提升了热泵系统循环效率，使得新型环保工质能应用于房间供暖，对于原有基础设施节能减排改造具有极大的实际意义。
本实用新型热泵系统通过改变第一冷凝器与第一蒸发器中水流量分配，可以改变气体冷却器进口水温，保证跨临界CO2热泵系统始终在制热能效最大运行，在保证供暖需求下，系统能耗最小。
本实用新型可进一步改善较低环境温度时跨临界CO2热泵系统热力性能；第二压缩机出口CO2进入气体冷却器将热量传递给热水，气体冷却器出口CO2气体经过第二膨胀阀后节流为液态，进入第二蒸发器中蒸发吸热，吸收环境中热量后气化进入气液分离器中，气液分离器出口连接第二压缩机。
本实用新型采用带回热设计的气液分离器，在极低环境温度时，水路电磁阀开启，将部分供暖回水引入气液分离器中，加热来自第二蒸发器的CO2气体，增加进入第二压缩机入口的CO2气体温度，提高跨临界CO2热泵系统在极低环境温度下的系统性能。
【附图说明】
图1是本实用新型的系统结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
请参阅图1所示，本实用新型一种暖气片供暖用跨临界CO2热泵系统，包括第一冷凝器1、第一膨胀阀3、第一蒸发器5、第一压缩机4、气体冷却器7、第二压缩机9、气液分离器10、第二膨胀阀6、第二蒸发器8。
暖气片的回水管路分成两路，一路连接第一冷凝器1的回水入口，另一路连接第一蒸发器5的回水入口；第一冷凝器1的回水出口连接混合器2的第一入口，第一蒸发器5的回水出口连接气体冷却器7的回水入口，气体冷却器7的回水出口连接混合器2的第二入口，混合器2的出口连接暖气片供暖系统。
第一压缩机4的出口连接第一冷凝器1的工质入口，第一冷凝器1的工质出口通过第一膨胀阀3连接第一蒸发器5的工质入口，第一蒸发器5的工质出口连接第一压缩机4的入口。
第二压缩机9的出口连接气体冷却器7的工质入口，气体冷却器7的工质出口通过第二膨胀阀6和第二蒸发器8连接气液分离器10的气体入口，气液分离器10的气体出口连接第二压缩机9的入口。
第一冷凝器1、第一膨胀阀3、第一蒸发器5、第一压缩机4组成第一热泵系统，来自暖气片的回水分为两部分后，一部分进入第一冷凝器1中升温，另一部分进入第一蒸发器5中降温，第一冷凝器1升温后的热水进入混合器2中，第一蒸发器5中被冷却的冷水进入气体冷却器7中被加热后进入混合器2，热水在混合器2中混合后进入暖气片供暖系统；气体冷却器7、第二压缩机9、气液分离器10、第二膨胀阀6、第二蒸发器8组成第二热泵系统，第二热泵系统为跨临界CO2热泵系统。
通过调整混合器2，实现水路系统流量的不同分配方案；通过改变进入第一冷凝器1与第一蒸发器5中的水流量，改变第一蒸发器5出口水温，保证了进入气体冷却器7中的水温远低于供暖回水温度，该设计较好的吻合了气体冷却器7中CO2气体与冷却水换热特性，保证了跨临界CO2热泵系统能运行在高制热能效比下，将跨临界CO2热泵的应用拓展至暖气片供暖领域。
为适应中国北部地区冬季环境温度较低，本实用新型额外设置一路水系统；气液分离器10中设有加热盘管；如图1中虚线所示，打开电磁阀11将部分供暖回水引入跨临界CO2热泵系统中的气液分离器10的加热盘管中，加热来自第二蒸发器8的CO2气体，使得进入第二压缩机9的CO2气体温度升高，有利于提升热泵系统整体能效，在极低环境温度下提升效果尤其有效。
本实用新型热泵系统通过改变第一冷凝器1与第一蒸发器5中水流量分配，可以改变气体冷却器7进口水温，保证跨临界CO2热泵系统始终在制热能效最大运行，在保证供暖需求下，系统能耗最小。
本实用新型跨临界CO2热泵系统可进一步改善较低环境温度时跨临界CO2热泵系统热力性能；第二压缩机9出口CO2进入气体冷却器7将热量传递给热水，气体冷却器7出口CO2气体经过第二膨胀阀6后节流为液态，进入第二蒸发器8中蒸发吸热，吸收环境中热量后气化进入气液分离器10中，气液分离器10出口连接第二压缩机9。
本实用新型明采用带回热设计的气液分离器10，在极低环境温度时，水路电磁阀11开启，将部分供暖回水引入气液分离器10中，加热来自第二蒸发器8的CO2气体，增加进入第二压缩机9入口的CO2气体温度，提高跨临界CO2热泵系统在极低环境温度下的系统性能。
Claims (5)
1.一种暖气片供暖用跨临界CO2热泵系统，其特征在于，包括第一冷凝器(1)、第一蒸发器(5)、第一压缩机(4)、气体冷却器(7)、第二压缩机(9)、气液分离器(10)和第二蒸发器(8)；
暖气片的回水管路分成两路，一路连接第一冷凝器(1)的回水入口，另一路连接第一蒸发器(5)的回水入口；第一冷凝器(1)的回水出口连接混合器(2)的第一入口，第一蒸发器(5)的回水出口连接气体冷却器(7)的回水入口，气体冷却器(7)的回水出口连接混合器(2)的第二入口，混合器(2)的出口连接暖气片供暖系统；
第一压缩机(4)的出口连接第一冷凝器(1)的工质入口，第一冷凝器(1)的工质出口通过第一膨胀阀(3)连接第一蒸发器(5)的工质入口，第一蒸发器(5)的工质出口连接第一压缩机(4)的入口；
第二压缩机(9)的出口连接气体冷却器(7)的工质入口，气体冷却器(7)的工质出口通过第二蒸发器(8)连接气液分离器(10)的气体入口，气液分离器(10)的气体出口连接第二压缩机(9)的入口。
2.根据权利要求1所述的一种暖气片供暖用跨临界CO2热泵系统，其特征在于，第一冷凝器1的工质出口设有第一膨胀阀(3)；气体冷却器(7)的工质出口设有第二膨胀阀(6)。
3.根据权利要求1所述的一种暖气片供暖用跨临界CO2热泵系统，其特征在于，气液分离器(10)中设有加热盘管；加热盘管的入口连接暖气片的回水管路，加热盘管的出口连接暖气片供暖系统。
4.根据权利要求3所述的一种暖气片供暖用跨临界CO2热泵系统，其特征在于，加热盘管的入口设有电磁阀(11)。
5.根据权利要求1所述的一种暖气片供暖用跨临界CO2热泵系统，其特征在于：所说暖气片供暖用跨临界CO2热泵系统中的工质为CO2。
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