CN206637883U - 热电过冷器‑膨胀机联合辅助过冷co2跨临界制冷系统 - Google Patents
热电过冷器‑膨胀机联合辅助过冷co2跨临界制冷系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种热电过冷器‑膨胀机联合辅助过冷CO2跨临界制冷系统,包括压缩机、蒸发器、气体冷却器,膨胀机和热电过冷器,所述压缩机连接气体冷却器,所述气体冷却器连接热电过冷器,所述热电过冷器通连接膨胀机,所述膨胀机连接所蒸发器,所述蒸发器与压缩机连接,所述膨胀机连接电源管理器,所述电源管理器通过供电电路连接压缩机以及热电过冷器。本新型用膨胀机代替传统的节流阀可有效恢复CO2跨临界循环中相当大的节流损失,超临界CO2流体进过膨胀机对外膨胀做功输出电能,可用于驱动热电过冷器提高CO2过冷度,多余电能可供给压缩机使用,降低能耗;通过以上两过程相互协作,可有效提高能量的利用和整个CO2跨临界制冷系统的能效。
Description
技术领域
本实用新型涉及CO2制冷循环技术领域,尤其涉及一种热电过冷器和膨胀机联合辅助过冷CO2跨临界制冷系统。
背景技术
随着科技和社会的发展,资源利用和环境保护问题越来越受到人们的注。在制冷和热泵装置中广泛使用的CFCs、HCFCs由于对臭氧层破坏和温室效应有很大影响而遭淘汰,纷纷使用HFCs类制冷剂代替传统制冷剂。现《京都议定书》将HFCs列入温室气体名单,全球各国都在大力推进环保制冷剂代替高GWP制冷剂的工作。CO2作为一种环境友好型工质,以其诸多优点再次受到了人们的关注。1)、CO2对环境无破坏作用(ODP=0、GWP=1),2)单位体积制冷量大,有利于减少设备体积,3)、二氧化碳粘度低,其流动损失小、传热效果好,4)化学性质很稳定等。
但是,CO2作为新型制冷剂仍存在一些问题。CO2的临界温度为31.1℃,临界压力高达7.38MPa,系统的工作压力很高。CO2跨临界制冷循环一般用于低温制冷和超低温制冷,由于室外温度条件的限制,气体冷却器出口温度比较高,略高于环境温度,节流损失比较大,导致整个系统的效率不高。
因此需要我们提出一种方案对CO2制冷系统进行改善,从而大幅度提高系统的效率。
实用新型内容
本实用新型目的在于提出一种热电过冷器-膨胀机联合辅助过冷的CO2跨临界系统。
为了解决以上问题,本实用新型所提出的方案是:
一种热电过冷器-膨胀机联合辅助过冷CO2跨临界制冷系统,包括压缩机、蒸发器、气体冷却器,还包括膨胀机和热电过冷器,所述压缩机通过第 一管路连接气体冷却器,用于将压缩形成的超临界CO2流体送入所述气体冷却器,所述气体冷却器通过第二管路连接热电过冷器,用于对所述超临界CO2流体放热后送到热电过冷器,由所述热电过冷器从气体冷却器出口的CO2流体中吸收热量,实现对CO2流体的过冷,输出低温高压CO2气体;所述热电过冷器通过第三管路连接膨胀机,用于将所述低温高压CO2气体送到膨胀机,由所述膨胀机对外膨胀做功输出电能及低温低压两相CO2流体送到通过第四管路连接所述膨胀机的蒸发器,所述蒸发器通过第五管路与压缩机连接,用于将吸热后的气液两相CO2流体送入所述压缩机进行压缩处理成所述超临界CO2流体;所述膨胀机连接电源管理器,所述电源管理器通过供电电路连接压缩机以及热电过冷器,所述电源管理器用于将膨胀机形成的电能能量储存并实现电能分配,以驱动热电过冷器,或将多余的电能供给压缩机。
所述热电过冷器包括热电冷却模块,所述热电冷却模块的上侧面贴合有二氧化碳管路,所述热电冷却模块的下侧面贴合有风冷散热模块或水冷散热模块,所述二氧化碳管路分别与所述第二管路与第三管路相连接。
所述二氧化碳管路采用多孔扁管。
所述多孔扁管采用铝材质制作。
在CO2跨临界制冷系统中,气液两相的CO2流体从蒸发器吸热后,进入压缩机吸气端,由压缩机压缩为超临界CO2流体,之后进入气体冷却器向周围环境放热,此时CO2流体的放热温度略高于环境温度,然后流体进入热电过冷器进一步冷却为低温高压CO2流体,经过膨胀机对外做功后变为低温低压的气液两相流体,直至进入蒸发器吸收热量,完成整个制冷循环。
另外,CO2超临界流体在经过膨胀机时,对外做功变为低温低压的气液两相流体,同时输出电能储存在电源管理器中。通过电源管理器对膨胀机输出的电能进行合理分配,例如膨胀机输出的电能可以驱动热电过冷器,多余的电量可以分配用于驱动压缩机,反之则可以补充不足的电量。三者协作来提高利用率和性能。
本实用新型具有的优点和积极效果是:
1)、CO2制冷循环中,CO2流体的工作压力高,用膨胀机代替传统的节流阀可以有效恢复CO2跨临界循环中相当大的节流损失。
2)、超临界CO2流体进过膨胀机对外膨胀做功输出电能,可以用于驱动热电过冷器提高CO2过冷度,多余电能可供给压缩机使用,降低能耗。
3)、通过以上两个过程的相互协作,可以有效的提高能量的利用和整个CO2跨临界制冷系统的能效。
附图说明
图1为本实用新型的热电过冷器-膨胀机联合辅助过冷的CO2跨临界系统的示意图;
图2是本实用新型提供的一种热电过冷器的结构示意图;
图3是本实用新型提供的又一种热电过冷器的结构示意图;
图中:1、压缩机;2、气体冷却器;3、膨胀机;4、蒸发器;5、热电过冷器;6、电源管理器。
具体实施方式
如图1所示,一种热电过冷器-膨胀机联合辅助过冷的CO2跨临界系统,包括压缩机1、蒸发器4、气体冷却器2,还包括有膨胀机3和热电过冷器5,其中,所述压缩机1通过第一管路连接气体冷却器2,用于将压缩形成的超临界(温度为50℃~150℃,压力为7.5Mpa~14Mpa)CO2流体送入所述气体冷却器2,所述气体冷却器2通过第二管路连接热电过冷器5,用于对所述超临界CO2流体放热后(放热后温度为30℃~45℃,压力为7.5Mpa~14Mpa)送到热电过冷器5,所述热电过冷器5用于从气体冷却器2出口的CO2流体中吸收热量,实现对CO2流体的过冷,输出低温高压(温度为-20℃~10℃,压力为7.5Mpa~14Mpa)CO2气体;所述热电过冷器5通过第三管路连接膨胀机3,用于将所述低温高压CO2气体送到膨胀机3,由所述膨胀机3对外膨胀做功输出电能以及低温低压(温度为-5℃~-20℃,压力为2Mpa~4.5Mpa)两相CO2流体送到通过第四管路连接所述膨胀机3的蒸发器4,所述蒸发器4通过第五管路与压缩机1的CO2入口连接,用于将吸热后的低温低压(温度为-20℃~10℃,压力为2Mpa~4.5Mpa)气液两相CO2流体送入所述压缩机1 进行压缩处理成所述超临界CO2流体。
其中,所述膨胀机自带有发电机,通过所述的发电机连接电源管理器6,所述电源管理器6通过供电电路连接至压缩机1以及热电过冷器5,电源管理器6用于将膨胀机及发电机形成的电能能量储存并实现电能的分配,用于驱动热电过冷器,或将多余的电能供给压缩机使用,为现有技术设备,可直接采购市面上相应的发电用的电源管理器组装即可。
需要说明的是,本实用新型中,所述膨胀机通过发电机连接电源管理器6,所述电源管理器6通过供电电路分配电能到给压缩机1以及热电过冷器5为现有公知膨胀机以及发电机的发电供电控制系统,可以采用现有公知的技术以及电路结构实现,对此不再进行详细的说明发电以及供电的电路结构。
由于CO2制冷系统运行压力高,故采用膨胀机代替节流阀恢复节流过程中相当大的损失,同时CO2流体膨胀做功发电驱动热电过冷器对气体冷却器出口的CO2流体进一步过冷,使放热温度降到环境温度以下,制冷量得到提高,还能降低能耗,提升CO2制冷系统的性能
所述热电过冷器是基于帕尔帖效应的半导体制冷装置,通电即制冷。所述热电过冷器包括热电冷却模块,所述热电冷却模块的上侧面贴合有二氧化碳管路,所述热电冷却模块的下侧面贴合有散热装置,所述散热装置可以是风冷散热模块或水冷散热模块,所述二氧化碳管路分别与所述第二管路与第三管路相连接。
图2示出一种所述热电过冷器的结构,包括热电冷却模块51,所述热电冷却模块的上侧面贴合有二氧化碳管路52,所述热电冷却模块的下侧面贴合有风冷散热模块,其中,所述风冷散热模块包括风冷热沉4以及设在所述风冷热沉下方的风扇3。
所述热电冷却模块1由若干对热电偶N、P构成,连接电源装置54,为现有技术结构。根据帕耳贴效应,当电流流过热电冷却模块,在热电冷却模块的冷端产生制冷效应,在热电冷却模块的另外一段发生制热效应。
其中,所述二氧化碳管路采用多孔扁管。所述多孔扁管采用铝材质制作。优选的,所述CO2热电过冷器的二氧化碳管采用多孔扁管,多孔扁管的水力直径较小,因此其承压能力大大提高。这样的结构还有一个优势,即二氧化 碳管的换热通道壁面能够和热电冷却模块的热电片紧密贴合,如果是圆形通道就很难贴合。
其中,所述的多孔扁管为微通道扁管,其内部轴向方向具有多个均匀布置的孔径微小的制冷剂通道,通道间相互封闭,可以采用铝材质制作而成。
其中,所述的风扇53和风冷热沉54是用来帮助维持恒定温度的,在电流流过热电模块51时,由于帕尔贴效应,会吸收二氧化碳管路52中二氧化碳的热量,从而实现二氧化碳的过冷。所述二氧化碳管路52用于CO2自一端521流入,到另一端522流出。
图3示出又一热电过冷器的结构,包括热电冷却模块51,所述热电冷却模块的上侧面贴合有二氧化碳管路52,所述热电冷却模块的下侧面贴合有水冷散热模块53。
所述热电冷却模块由若干对热电偶N、P构成,连接电源装置50,为现有技术结构。根据帕耳贴效应,当电流流过热电冷却模块,在热电冷却模块的冷端产生制冷效应,在热电冷却模块的另外一段发生制热效应。
如实施例1所述,所述二氧化碳管路同样采用多孔扁管,即在扁管的管壁均匀设有微孔。所述扁管可以采用铝材质制作而成。
其中,所述水冷散热模块为水冷管路,具有循环冷却水的进水口531与出水口532,实现冷却水循环输送。
其中,所述水冷散热模块2可以保证其恒温状态,在电流流过热电冷却模块1时,由于帕尔贴效应,会吸收二氧化碳管路中二氧化碳的热量,从而实现二氧化碳的过冷。
本实施例中,所述热电过冷器-膨胀机联合辅助过冷的CO2跨临界系统的工作原理是:
第一阶段:气液两相CO2流体从蒸发器4吸热后进入压缩机1压缩为超临界流体,然后进入气体冷却器2向周围环境放热,此时超临界的CO2流体的温度略高于环境温度。
第二阶段:热电过冷器5从气体冷却器2出口的CO2流体中吸收热量,实现对CO2流体的过冷,此时CO2为低温高压的气体。
第三阶段:低温高压的气体进入到膨胀机3,对外膨胀做功,输出电能, 储存在电源管理器6中,由电源管理器协调电能的分配,用于驱动热电过冷器,或者分担一部分压缩机的电能输入。
第四阶段:从膨胀机3出来的低温低压两相流体再次进入蒸发器吸收热量,从而完成整个系统的循环。
所述的CO2跨临界制冷循环中,所用的膨胀机为现有技术设备,所述热电过冷器采用CO2热电过冷器。
其中,所述低温低压的CO2两相流体进入蒸发器吸热然后进入压缩机压缩为超临界CO2流体,随后进入气体冷却器向周围环境换热,此时气体冷却器出口的CO2温度略高于环境温度。
热电过冷器对气体冷却器出口出来的略高于环境温度的高压的CO2流体进一步过冷,使之成为低温高压的CO2气体。
低温高压的CO2气体进入膨胀机,膨胀机对外做功输出电能,能量储存在电源管理器中,由电源管理器实现电能的分配,用于驱动热电过冷器,多余的电能可以供给压缩机使用。
从膨胀机出来的低温低压的CO2两相流体再次进入蒸发器吸热,从而完成整个制冷循环。
利用膨胀机回收的一部分功输出电能,用于驱动热电过冷器对气冷器出口的CO2流体进一步过冷,放热温度降低至环境温度以下,制冷量得到提高,同时多余的电能可以供给压缩机使用,有效降低能耗。综上所述,CO2跨临界系统的效率可以得到大幅度的改善。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种热电过冷器-膨胀机联合辅助过冷CO2跨临界制冷系统,包括压缩机、蒸发器、气体冷却器,其特征在于,还包括膨胀机和热电过冷器,所述压缩机通过第一管路连接气体冷却器,用于将压缩形成的超临界CO2流体送入所述气体冷却器,所述气体冷却器通过第二管路连接热电过冷器,用于对所述超临界CO2流体放热后送到热电过冷器,由所述热电过冷器从气体冷却器出口的CO2流体中吸收热量,实现对CO2流体的过冷,输出低温高压CO2气体;所述热电过冷器通过第三管路连接膨胀机,用于将所述低温高压CO2气体送到膨胀机,由所述膨胀机对外膨胀做功输出电能及低温低压两相CO2流体送到通过第四管路连接所述膨胀机的蒸发器,所述蒸发器通过第五管路与压缩机连接,用于将吸热后的气液两相CO2流体送入所述压缩机进行压缩处理成所述超临界CO2流体;所述膨胀机连接电源管理器,所述电源管理器通过供电电路连接压缩机以及热电过冷器,所述电源管理器用于将膨胀机形成的电能能量储存并实现电能分配,以驱动热电过冷器,或将多余的电能供给压缩机。
2.根据权利要求1所述热电过冷器-膨胀机联合辅助过冷CO2跨临界制冷系统,其特征在于,所述热电过冷器包括热电冷却模块,所述热电冷却模块的上侧面贴合有二氧化碳管路,所述热电冷却模块的下侧面贴合有风冷散热模块或水冷散热模块,所述二氧化碳管路分别与所述第二管路与第三管路相连接。
3.根据权利要求2所述热电过冷器-膨胀机联合辅助过冷CO2跨临界制冷系统,其特征在于,所述二氧化碳管路采用多孔扁管。
4.根据权利要求3所述热电过冷器-膨胀机联合辅助过冷CO2跨临界制冷系统,其特征在于,所述多孔扁管采用铝材质制作。
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