CN208011829U - 一种机械辅助过冷co2跨临界热泵供暖系统 - Google Patents

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代宝民
刘圣春
姜文玲
崔志杰
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Abstract

本实用新型公开了一种机械辅助过冷CO2跨临界热泵供暖系统。本实用新型包括机械辅助过冷热泵系统和CO2热泵系统；暖气片的回水经三通阀流入冷凝器加热后流入混合罐；经冷却蒸发器流出的制冷剂经辅助循环压缩机流入冷凝器化热降温后经辅助循环节流阀流入冷却蒸发器；CO2热经蒸发器流出经过压缩机后进入气体冷却器，再经过设置冷却蒸发器和节流阀的管路进入蒸发器，暖气片的回水经三通阀流入气体冷却器加热后流入混合罐，混合罐通过管路连接暖气片的入水口。本实用新型通过机械过冷系统对CO2系统气体冷却器出口的CO2进行过冷，降低进入节流阀前CO2温度，减小节流损失，并进一步降低CO2运行高压，保证CO2热泵系统高效运行。

Description

一种机械辅助过冷CO2跨临界热泵供暖系统
技术领域
本实用新型涉及供暖技术领域，更具体的说，是涉及机械辅助过冷的CO2热泵系统。
背景技术
供暖行业作为对国民经济发展有着全局性，先导性影响的基础产业，与人们的生活息息相关。近年来，我国的集中供暖事业得到了迅猛的发展，集中供暖已从大城市走向中小城镇，从机关单位，公共建筑普及到居民采暖。
我国北方大部分城镇和农村地区的采暖方式都是依靠燃煤，而且还是低质煤，其燃烧产生的污染物更多，对环境的危害更大。为治理北方冬季雾霾问题，政府提出采用煤改电等措施解决北方冬季供暖，即通过用电、燃气等清洁能源代替传统的燃煤供热。对于直接电热(电锅炉、电暖器、发热电缆等)的供暖方式，能量直接从高品位的电能转换为低品位的热能，虽然清洁方便，但是能源利用率低下、能耗大，居民无法承受。针对这一问题，可采用空气源热泵，通过少量的高品位电能输入，获得更多的热能用于供暖，达到高效清洁供暖的目的。
针对老式供暖系统，其末端通常采用暖气片，要求一般暖气片进水温度60-85℃，回水温度50-75℃，供回水温差较小。如采用空气源热泵取代燃煤锅炉后，其供回水温度应保持不变。然而目前市场上销售的满足这一工况条件的空气源热泵产品使用的制冷剂主要为HFC或HCFC类人工合成制冷剂，这些制冷剂GWP值较高，具有较强的温室效应。2016年10月全球达成的《蒙特利尔议定书》基加利修正案提出要重点削减HFC类化合物。
为了寻求新一代环保工质，自然工质CO2逐渐引起了人们的广泛关注。然而CO2热泵适用于供回水温差大的系统(比如用于热泵热水器系统)，如采用CO2热泵用于供暖，其能效较低。
因此，迫切需要提高供回水温差且不降低CO2热泵系统能效的CO2热泵供暖系统，以满足高效环保的供暖要求。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种机械辅助过冷CO2跨临界热泵供暖系统，由机械辅助过冷热泵系统和CO2跨临界热泵系统组成，其中机械过冷热泵系统为传统的蒸汽压缩制冷循环，制冷剂为R152a、R1234yf等低GWP制冷剂。
本实用新型所采取的技术方案是：一种机械辅助过冷CO2跨临界热泵联合供暖系统，包括机械辅助过冷热泵系统和CO2热泵系统；机械辅助过冷热泵系统包括冷凝器、辅助循环节流阀、冷却蒸发器和辅助循环压缩机，冷却蒸发器流出的制冷剂经辅助循环压缩机流入冷凝器化热降温后经辅助循环节流阀流入冷却蒸发器；CO2热泵系统包括气体冷却器、压缩机、蒸发器和节流阀，CO2经蒸发器流出经过压缩机后进入气体冷却器，再经过设置冷却蒸发器和节流阀的管路进入蒸发器；暖气片的回水流经三通阀，分为两路，一路流过机械辅助过冷系统的冷凝器，另一路回水流至CO2循环的气体冷却器，最终两路热水流至混合罐，混合后的热水输送至暖气片。
辅助循环热泵的制冷剂为R152a或R1234yf，GWP均低于150。
本实用新型具有的优点和积极效果是：
(1)CO2热泵系统的制冷剂为自然工质CO2。CO2的GWP为1，ODP为0，安全无毒不可燃、廉价易获取，在高温条件下也不分解产生有害气体，是环境友好的制冷剂。辅助循环使用的制冷剂为R152a或R1234yf，属于低GWP制冷剂，环保优势明显。
(2)将常规蒸汽压缩循环与CO2跨临界循环进行组合，降低CO2热泵系统的供回水温差进行供热，但前提是不要降低CO2热泵系统的能效。
(3)对于回水，分为两路，一路流过辅助循环的冷凝器进行加热，另一路流经CO2循环的气体冷却器进行加热，加热后的两路热水进入混合罐进行混合，之后供给用户采暖使用，两路回水的进出口温差较小，在保证暖气片供热工况的前提下，保证系统能效。
(4)通过机械过冷系统对CO2系统气体冷却器出口的CO2进行过冷，降低进入节流阀前CO2温度，减小节流损失，并进一步降低CO2运行高压，保证CO2热泵系统高效运行。
附图说明
图1为本实用新型的系统示意图。
图中：1、三通阀；2、冷凝器；3、辅助循环节流阀；4、冷却蒸发器；5、辅助循环压缩机；6、节流阀；7、蒸发器；8、压缩机；9、气体冷却器；10、混合罐；11、暖气片。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，附图详细说明如下：请参阅图1，包括机械辅助过冷热泵系统和CO2热泵系统；机械辅助过冷热泵系统包括冷凝器2、辅助循环节流阀3、冷却蒸发器4和辅助循环压缩机5，暖气片的回水经三通阀1流入冷凝器加热后流入混合罐10；经冷却蒸发器流出的制冷剂经辅助循环压缩机流入冷凝器化热降温后经辅助循环节流阀流入冷却蒸发器；CO2热泵系统包括气体冷却器9、压缩机8、蒸发器7和节流阀6，CO2热经蒸发器流出经过压缩机后进入气体冷却器，再经过设置冷却蒸发器和节流阀的管路进入蒸发器，暖气片11的回水经三通阀流入气体冷却器加热后流入混合罐，混合罐通过管路连接暖气片的入水口。
具体实施方式为：
第一步：回水通过三通阀1后一路流经冷凝器2换热，一路流经气体蒸发器9换热后到达混合罐10。
第二步：辅助循环压缩机5吸入冷却蒸发器4出口处的低温低压的制冷剂气体，将其压缩成高温高压的气体，与热水进行换热后温度降低，之后流经辅助循环节流阀3节流降压，变为气液两相状态。再经冷却蒸发器4蒸发吸热后成为过热气体进入压缩机5，完成辅助循环。
第三步：压缩机8吸收蒸发器7出口处的低温低压CO2气体，将其压缩为高温高压的超临界流体，经气体冷却器9与管道中水进行换热，再经冷却蒸发器4进行过冷，经过节流阀6节流后变为低温低压的气液两相状态，经蒸发器7蒸发后再进入压缩机8中，如此往复循环。
第四步；管道中换热后的水集中到混合罐10，再供给暖气片11，如此往复循环。
尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种机械过冷CO2跨临界热泵联合供暖系统，其特征在于，包括机械辅助过冷热泵系统和CO2热泵系统；机械辅助过冷热泵系统包括冷凝器、辅助循环节流阀、冷却蒸发器和辅助循环压缩机，冷却蒸发器流出的制冷剂经辅助循环压缩机流入冷凝器化热降温后经辅助循环节流阀流入冷却蒸发器；CO2热泵系统包括气体冷却器、压缩机、蒸发器和节流阀，CO2经蒸发器流出经过压缩机后进入气体冷却器，再经过设置冷却蒸发器和节流阀的管路进入蒸发器；暖气片的回水流经三通阀，分为两路，一路流过机械辅助过冷系统的冷凝器，另一路回水流至CO2循环的气体冷却器，最终两路热水流至混合罐，混合后的热水输送至暖气片。
2.根据权利要求1所述的机械过冷CO2跨临界热泵联合供暖系统，其特征在于，辅助循环热泵的制冷剂为R152a或R1234yf，GWP均低于150。
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