CN204923158U - 一种适于接暖气片的空气源co2热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适于接暖气片的空气源CO2热泵系统，该热泵系统包括空气源跨临界CO2热泵系统、热回收系统和供暖循环系统；空气源跨临界CO2热泵系统主要由CO2高压压缩机、气体冷却器、热回收器、第一电子膨胀阀和翅片换热器组通过管道依次串连组成，热回收系统主要由压缩机、冷凝器、第二电子膨胀阀和热回收器通过管道依次串连组成，供暖循环系统的管路上还连接冷凝器和气体冷却器。该系统可用于冬季循环加热供暖，供回水温度达70℃/50℃，在-20℃的环境温度下，COP达2.0；供暖末端可用暖气片；该系统克服了单纯空气源跨临界CO2热泵系统用于供暖效率低的先天性问题，同时也实现了空气热源利用的最大化。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适于接暖气片的空气源CO2热泵系统，该系统适用于高回水温度，可接暖气片供暖用空气源CO2热泵，在高回水温度(50℃以上)时，仍可高效制热供暖。
背景技术
不同于常规制冷剂热泵循环系统，空气源跨临界CO2热泵气体冷却器出口温度的高低决定了系统能效比的高低，而气体冷却器出口温度的大小在气体冷却器换热面积确定的情况下，气体冷却器水侧进水温度则是对其起决定性影响的重要参数。因此，原则上空气源跨临界CO2热泵不适合于作为冬季供暖的热源，但是由于其制冷剂为环境友好型，同时在低温下运行时，空气源跨临界CO2热泵相对常规热泵具有较高能效比的优点，为实现节能和环保要求，有必要在利用该系统优点的同时，又能有效充分利用其所吸收热量，故研发了一种适于接暖气片的空气源CO2热泵系统，以实现在环境温度-20℃情况下，满足采暖暖气片所需求的供回水温70/50℃甚至更高要求的温度需求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供在不需要对室内采暖末端改造的前提下，提供一种适合于直接对接暖气片的空气源CO2热泵系统，实现在环境温度-20℃下，可提供供回水温度达70℃/50℃，系统能效比大于2.0的室内节能供暖。
上述目的通过以下技术方案实现：
一种适于接暖气片的空气源CO2热泵系统，该热泵系统包括空气源跨临界CO2热泵系统、热回收系统和供暖循环系统三部分；所述的空气源跨临界CO2热泵系统主要由CO2高压压缩机、气体冷却器、热回收器、第一电子膨胀阀和翅片换热器组通过管道依次串连组成，所述的热回收系统主要由压缩机、冷凝器、第二电子膨胀阀和热回收器通过管道依次串连组成，同时，所述的供暖循环系统的管路上还依次连接冷凝器和气体冷却器(连接冷凝器和气体冷却器还同时被串连在供暖循环系统中)。
所述的空气源跨临界CO2热泵系统与热回收系统之间通过热回收器进行偶合；供暖循环系统的循环水依次通过热回收系统冷凝器和空气源跨临界CO2热泵系统的气体冷却器进行两次加热，实现回水温度吸收两个换热器的热量，梯度加热到室内暖气片所需要的供水温度，实现热用户供暖要求。
上述适于接暖气片的空气源CO2热泵系统，该热泵系统主要由CO2高压压缩机、气体冷却器、热回收器、翅片换热器组、压缩机、冷凝器、循环水泵、第一和第二电子膨胀阀及管道等组成。
空气源跨临界CO2热泵系统主要由CO2高压压缩机、气体冷却器、热回收器、第一电子膨胀阀、翅片换热器组等部件组成，它们之间通过管道依次串连形成闭合循环系统，该系统中采用的工质为CO2气体，第一电子膨胀阀为高压差电子膨胀阀(高低压差不小于40bar)。在翅片换热器组内，低温低压两相态的CO2吸收外部环境空气热量后，形成具有一定过热度的CO2气体；而后该CO2气体通过CO2高压压缩机压缩为高温高压的超临界CO2气体，在气体冷却器内加热供热回水至供暖需求温度；然后仍然具有一定温度的CO2气体进入热回收器，作为热回收系统蒸发器的热源放出热量，形成高压低温CO2；最后通过第一电子膨胀阀，节流形成低温低压两相态的CO2进入翅片换热器组，完成吸热和放热的一个循环流程。
热回收系统主要由常规制冷剂压缩机、冷凝器、第二电子膨胀阀、热回收器等部件组成，它们之间通过管道依次串连形成闭合循环系统，该系统中采用的工质为常规制冷剂，优选R-134a、R-410A等人工合成具有一定环保特性且物性稳定的制冷剂，第二电子膨胀阀为常规制冷系统电子膨胀阀。在热回收器内，系统采用的低温低压常规制冷剂吸收流经空气源跨临界CO2热泵系统气体冷却器后的仍然具有一定温度的超临界CO2气体所携带的热量，气化为具有一定过热度的制冷气体；而后在常规制冷剂压缩机内压缩为高温高压制冷剂气体，在冷凝器内释放热量加热供暖循环系统回水，冷凝为具有一定过冷度的液态制冷剂后，通过常规制冷系统电子膨胀阀节流，进入到热回收器中，完成热量回收和加热供暖循环系统回水的循环功能。
所述的供暖循环系统主要由冷凝器、气体冷却器、循环水泵和热用户末端设备通过管道依次串连组成。热用户末端设备、热回收系统冷凝器、空气源跨临界CO2热泵系统气体冷却器、循环水泵等部件之间通过管道依次串连形成闭合循环系统。供暖系统回水依次经过热回收系统冷凝器和空气源跨临界CO2热泵系统气体冷却器两次加热至需求的供暖供水温度，经循环水泵泵送至热用户采暖末端设备，实现热用户供暖需求。
本实用新型的系统中，空气源跨临界CO2热泵系统实现了低温空气侧吸收热量，通过气体冷却器加热循环热水和通过热回收器向热回收系统放热的功能；空气源跨临界CO2热泵系统和热回收系统通过热回收器进行偶合；热回收系统通过热回收器吸收空气源跨临界CO2热泵系统的部分热量，通过冷凝器放热给循环热水。供暖系统循环水通过热回收系统冷凝器和空气源跨临界CO2热泵系统气体冷却器分两次加热，实现热用户供暖要求。该系统克服了单纯空气源跨临界CO2热泵系统用于供暖效率低的先天性问题，同时也实现了空气热源利用的最大化。
本实用新型的适于接暖气片的空气源CO2热泵系统可用于冬季循环加热供暖，供回水温度达70℃/50℃，在-20℃的环境温度下，COP达2.0；供暖末端可直接用暖气片。
附图说明
图1是本实用新型的一种适于接暖气片的空气源CO2热泵系统的结构示意图。
主要附图标记：
A空气源跨临界CO2热泵系统
B热回收系统
C供暖循环系统
1CO2高压压缩机2气体冷却器
3热回收器4第一电子膨胀阀
5翅片换热器组6常规制冷剂压缩机
7冷凝器8第二电子膨胀阀
9热水循环水泵
具体实施方式
如图1所示，为本实用新型的一种适于接暖气片的空气源CO2热泵系统的结构示意和系统原理图。该系统包括空气源跨临界CO2热泵系统A、热回收系统B和供暖循环系统C三个部分，包括CO2高压压缩机1、气体冷却器2、热回收器3、翅片换热器组5、常规制冷剂压缩机6、冷凝器7、热水循环水泵9、第一电子膨胀阀4、第二电子膨胀阀8及管道等部件。空气源跨临界CO2热泵系统A和热回收系统B通过热回收器进行偶合；供暖循环系统C的管路上还依次连接冷凝器7和气体冷却器2，供暖循环系统C的循环水依次通过热回收系统B的冷凝器7和空气源跨临界CO2热泵系统A的气体冷却器2进行两次加热，实现回水温度吸收两个换热器的热量，梯度加热到室内暖气片所需要的供水温度，实现热用户供暖要求。
空气源跨临界CO2热泵系统A主要由CO2高压压缩机1、气体冷却器2、热回收器3、第一电子膨胀阀4、翅片换热器组5等部件依次连接组成。第一电子膨胀阀4为高压差电子膨胀阀，高低压差高于40巴(bar)。在翅片换热器组5内，低温低压两相态的CO2吸收外部环境空气热量后，形成具有一定过热度的CO2气体；而后CO2气体通过高压CO2压缩机1压缩为高温高压的超临界CO2气体；在气体冷却器2内高温高压的超临界CO2气体释放热量加热供暖循环水，将经过热回收系统B的冷凝器7加热一次至温度到Tm的供暖循环水加热至Th，该温度即为供暖系统末端设备需求温度；然后仍然具有一定温度的CO2气体进入热回收器3，作为热回收系统蒸发器的热源放出热量，形成高压低温CO2；最后通过第一电子膨胀阀4，节流形成低温低压两相态的CO2进入翅片换热器组5，完成吸热和放热的一个循环流程。
热回收系统B由常规制冷剂压缩机6、冷凝器7、第二电子膨胀阀8、热回收器3等部件依次连接组成。在热回收器3内，系统采用的低温低压常规制冷剂(如R134a、R410a等)吸收流经空气源跨临界CO2热泵系统气体冷却器2后的仍然具有一定温度的超临界CO2气体所携带的热量，气化为具有一定过热度的制冷气体；而后在常规制冷剂压缩机6内压缩为高温高压制冷剂气体，在冷凝器7内释放热量加热供暖循环系统C回水至温度Tm，同时制冷剂冷凝为具有一定过冷度的液态后，通过第二电子膨胀阀8节流，进入到热回收器3中，完成热量回收和加热供暖循环系统回水的功能。
供暖循环系统C主要由热用户末端设备、热回收系统冷凝器7、空气源跨临界CO2热泵系统气体冷却器2、循环水泵9等部件依次连接组成。在供暖系统中，供暖循环回水经过热回收系统冷凝器7第一次加热到Tm，然后进入到空气源跨临界CO2热泵系统气体冷却器2内再次加热至Th，Th即为供暖系统需求温度；而后经供暖系统循环泵9泵送至热用户，实现供暖需求。
本适于接暖气片的空气源CO2热泵系统可用于冬季循环加热供暖，供回水温度可实现70℃/50℃，在-20℃的环境温度下，COP达2.0；供暖末端可采用暖气片形式，无需对原有采暖方式进行改造。
Claims (6)
1.一种适于接暖气片的空气源CO2热泵系统，其特征在于：该热泵系统包括空气源跨临界CO2热泵系统、热回收系统和供暖循环系统；所述的空气源跨临界CO2热泵系统主要由CO2高压压缩机、气体冷却器、热回收器、第一电子膨胀阀和翅片换热器组通过管道依次串连组成，所述的热回收系统主要由压缩机、冷凝器、第二电子膨胀阀和热回收器通过管道依次串连组成，所述的供暖循环系统的管路上还连接冷凝器和气体冷却器。
2.根据权利要求1所述的适于接暖气片的空气源CO2热泵系统，其特征在于：所述的供暖循环系统主要由冷凝器、气体冷却器、循环水泵和热用户末端设备通过管道依次串连组成。
3.根据权利要求1所述的适于接暖气片的空气源CO2热泵系统，其特征在于：所述的空气源跨临界CO2热泵系统采用的工质为CO2气体。
4.根据权利要求1所述的适于接暖气片的空气源CO2热泵系统，其特征在于：第一电子膨胀阀为高压差电子膨胀阀。
5.根据权利要求1所述的适于接暖气片的空气源CO2热泵系统，其特征在于：所述的热回收系统采用的工质为常规制冷剂。
6.根据权利要求5所述的适于接暖气片的空气源CO2热泵系统，其特征在于：所述的常规制冷剂为R-134a或R-410A。
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| 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 |
| CN105783335A (zh) * | 2015-03-10 | 2016-07-20 | 熵零控股股份有限公司 | 泵热方法及其泵热系统 |
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