CN209857414U - 一种部分复叠全co2工质热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种部分复叠全CO2工质热泵系统，包括CO2主循环系统和带回热器的CO2辅循环系统；CO2主循环系统与带回热器的CO2辅循环系统通过蒸发气冷器复叠组合连接；所述CO2主循环系统包括主循环蒸发器、主循环压缩机、主循环气体冷却器、主循环膨胀阀；带回热器的CO2辅循环系统包括辅循环膨胀阀、回热器、辅循环气体冷却器、辅循环压缩机；本实用新型CO2主循环系统与带回热器的CO2辅循环系统部分复叠，CO2主循环系统的CO2工质通过带回热器的CO2辅循环系统降温，降低膨胀阀的入口温度，从而达到降低回水温度对CO2热泵的影响的目的，是一种可回水温度较高时实现系统高COP的CO2热泵系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及热泵系统领域，尤其涉及一种部分复叠全CO2工质热泵系统。
背景技术
在制冷技术的发展过程中，制冷剂的发明、更新和替换始终贯穿整个过程，制冷剂的选择也得到发展，其发展阶段可以分为4代。第一代制冷剂包括容易获得的常见溶剂和其它易挥发流体，首选为自然工质，由于技术的落后，并没有得到很好的发展，人们需要更为安全、高效的制冷剂。
第二代制冷剂由氯氟烃(CFCs)和氢氯氟烃(HCFCs)组成，相比第一代制冷剂，制冷系统效率大幅度提高，但研究发现随化合物排放的氯和溴会破坏臭氧层。1992年，《蒙特利尔议定书》第四次会议提出要求 1995年底在发达国家淘汰CFCs，2030年淘汰HCFCs，发展中国家的时间表延缓10年，这促进了新一代制冷剂的研发。
第三代制冷剂为不含氯和溴的HFCs和其他制冷剂。然而，随之引起的第二个环境问题，即气候变暖变暖的问题。还可以使用的HCFCs和 HFCs，虽然对臭氧层破坏轻微或无破坏，但都有强烈的温室效应。2007年《蒙特利尔议定书》第19次成员国会议上，通过了发达国家和发展中国家分别在2020年和2030年停止生产使用第三代制冷剂HCFCs的规定。2016年，在基加利修正案中，《蒙特利尔议定书》缔约方达成一致：发达国家将在2019年前开始逐步减少HFCs；发展中国家将在2024年起冻结HFCs的消费量，其中一些发展中国家则需在2028年冻结消费。
这使得包含自然工质和近自然工质的第四代制冷剂将得到较快发展。在第四代制冷剂中，生产近自然工质(HFOs类工质)，合成制造成本很高，也意味着生产过程会带来高能耗、高排放，带来次生的温室效应。而CO2作为自然工质，具有许多优势：环境友好性(ODP＝0，GWP＝ 1)；安全性(无毒，不燃)；传热性能和流动性好；容积制冷量大；与普通润滑剂和结构材料相兼容；价格便宜，维护费用低等。CO2可以胜任制冷剂工质代替的要求，且在不同领域会发挥其自身的优势。
CO2热泵近几年来在国内外发展迅速，是一种节能环保新技术。对于热泵供暖来说，回水温度较高，一般为40-50℃。对于常规的CO2热泵，由于CO2工质与回水为逆流换热，气冷器出口温度需要高于回水温度，进而导致膨胀阀入口温度较高，这种情况下整个CO2热泵系统的COP会比较低。设计一个在高回水温度下可实现高COP的CO2热泵系统在实际应用中具有重要意义。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种部分复叠全CO2工质热泵系统。
(二)技术方案
一种部分复叠全CO2工质热泵系统，包括CO2主循环系统和带回热器的CO2辅循环系统；
所述CO2主循环系统与带回热器的CO2辅循环系统通过蒸发气冷器复叠组合连接，蒸发气冷器的出口端为蒸发侧，蒸发气冷器的进口端气冷侧；
所述CO2主循环系统包括主循环蒸发器、主循环压缩机、主循环气体冷却器、主循环膨胀阀；所述主循环蒸发器的出口与主循环压缩机的入口连接，所述主循环压缩机的出口与主循环气体冷却器的入口连接，所述主循环气体冷却器的出口与蒸发气冷器气冷侧的入口连接，所述蒸发气冷器气冷侧的出口和主循环膨胀阀的入口连接，所述主循环膨胀阀的出口和主循环蒸发器的入口连接；
所述带回热器的CO2辅循环系统包括辅循环膨胀阀、回热器、辅循环气体冷却器、辅循环压缩机；所述蒸发气冷器蒸发侧的出口与回热器过热侧的入口连接，所述回热器过热侧的出口与辅循环压缩机的入口连接，所述辅循环压缩机的出口与辅循环气体冷却器的入口连接，所述辅循环气体冷却器的出口和回热器过冷侧的入口连接，所述回热器过冷侧的出口和辅循环膨胀阀的入口连接，所述辅循环膨胀阀的出口和蒸发气冷器蒸发侧的入口连接。
进一步地，所述主循环压缩机和辅循环压缩机为活塞式压缩机、转子式压缩机或涡旋式压缩机中的一种。
进一步地，所述主循环膨胀阀和辅循环膨胀阀为电子膨胀阀或热力膨胀阀。
进一步地，所述主循环蒸发器为管翅式蒸发器、平行流式蒸发器或管壳式蒸发器中的一种。
进一步地，所述主循环气体冷却器、辅循环气体冷却器为管翅式气体冷却器、套管式气体冷却器或板式气体冷却器中的一种。
进一步地，所述蒸发气冷器为钎焊板式换热器或套管式换热器。
进一步地，所述回热器为套管式回热器、板翅式回热器或微通道式回热器中的一种。
(三)有益效果
本实用新型的有益效果是：CO2主循环系统与带回热器的CO2辅循环系统部分复叠，CO2主循环系统的CO2工质通过带回热器的CO2辅循环系统降温，降低主循环膨胀阀和辅循环膨胀阀的入口温度，从而达到降低回水温度对CO2热泵的影响的目的，是一种可回水温度较高时实现系统高 COP的CO2热泵系统。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
【附图标记说明】
1：主循环蒸发器；
2：主循环压缩机；
3：主循环气体冷却器；
4：蒸发气冷器；
5：主循环膨胀阀；
6：辅循环膨胀阀；
7：回热器；
8：辅循环气体冷却器；
9：辅循环压缩机。
具体实施方式
为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例：
一种部分复叠全CO2工质热泵系统，如图1所示，包括CO2主循环系统和带回热器的CO2辅循环系统；
所述CO2主循环系统与带回热器的CO2辅循环系统通过蒸发气冷器4 复叠组合在一起进行换热，蒸发气冷器4的出口端为蒸发侧，蒸发气冷器的进口端气冷侧；带回热器的CO2辅循环系统在蒸发侧吸热蒸发，CO2主循环系统在气冷侧降温冷却；所述CO2主循环系统和带回热器的CO2辅循环系统的热力循环方式均为CO2跨临界循环；所述CO2主循环系统和带回热器的CO2辅循环系统均可供热。
所述CO2主循环系统包括主循环蒸发器1、主循环压缩机2、主循环气体冷却器3、主循环膨胀阀5；所述主循环蒸发器1的出口与主循环压缩机2的入口连接，所述主循环压缩机2的出口与主循环气体冷却器3 的入口连接，所述主循环气体冷却器3的出口与蒸发气冷器4气冷侧的入口连接，所述蒸发气冷器4气冷侧的出口和主循环膨胀阀5的入口连接，所述主循环膨胀阀5的出口和主循环蒸发器1的入口连接；
所述带回热器的CO2辅循环系统包括辅循环膨胀阀6、回热器7、辅循环气体冷却器8、辅循环压缩机9；所述蒸发气冷器4蒸发侧的出口与回热器7过热侧的入口连接，所述回热器7过热侧的出口与辅循环压缩机9的入口连接，所述辅循环压缩机9的出口与辅循环气体冷却器8的入口连接，所述辅循环气体冷却器8的出口和回热器7过冷侧的入口连接，所述回热器7过冷侧的出口和辅循环膨胀阀6的入口连接，所述辅循环膨胀阀6的出口和蒸发气冷器4蒸发侧的入口连接。
本实施例中，所述主循环压缩机2和辅循环压缩机9为活塞式压缩机、转子式压缩机或涡旋式压缩机中的一种。
本实施例中，所述主循环膨胀阀5和辅循环膨胀阀6为电子膨胀阀或热力膨胀阀。
本实施例中，所述主循环蒸发器1为管翅式蒸发器、平行流式蒸发器或管壳式蒸发器中的一种。
本实施例中，所述主循环气体冷却器3、辅循环气体冷却器8为管翅式气体冷却器、套管式气体冷却器或板式气体冷却器中的一种。
本实施例中，所述蒸发气冷器4为钎焊板式换热器或套管式换热器，主循环气体冷却器3出口的CO2工质与辅循环膨胀阀6出口的CO2工质通过蒸发气冷器4时换热，其作用为使辅循环气液两相工质蒸发吸热，进而降低主循环膨胀阀入口温度。
本实施例中，所述回热器7为套管式回热器、板翅式回热器或微通道式回热器中的一种，其作用是使辅循环气体冷却器8出口的CO2工质与蒸发气冷器4蒸发侧出口的CO2工质换热，降低前者温度，同时使得后者的过热度增加，提高热泵系统的COP。
本实施例中，所述带回热器的CO2辅循环系统在不工作的情况下， CO2主循环系统依然能正常运行。当热负荷小时，关闭带回热器的CO2辅循环系统，只通过CO2主循环系统供热，提高部分负荷工况下的调节能力，减小系统的开停损失。
本实施例中，在CO2主循环系统中，CO2工质在主循环压缩机2中被压缩至高温高压状态，排气进入主循环气体冷却器3并在其中冷却降温，进行换热形成超临界CO2工质；然后超临界CO2工质进入蒸发气冷器4继续冷却，并将热量传给蒸发气冷器4的蒸发侧，而后冷却后的CO2工质进入主循环膨胀阀5中经过节流变成低温低压的气液两相工质，节流后的 CO2工质进入主循环蒸发器1吸热蒸发形成CO2饱和蒸汽，最后CO2饱和蒸汽被吸入主循环压缩机2，完成循环。
本实施例中，在带回热器的CO2辅循环系统中，CO2工质在辅循环压缩机9中被压缩至高温高压状态，排气进入辅循环气体冷却器8并在其中冷却降温，进行换热形成超临界CO2工质；然后超临界CO2工质流经回热器7进行过冷，冷却后的CO2工质从回热器7过冷侧流出进入辅循环膨胀阀6，辅循环膨胀阀6经过节流变成低温低压的气液两相工质，节流后的CO2工质进入蒸发气冷器4，蒸发气冷器4吸收来自气冷侧的热量，并流经回热器7的过热侧进行过热，最后CO2过热蒸汽被吸入辅循环压缩机 9，完成循环。
本实施例中，通过CO2主循环系统和带回热器的CO2辅循环系统的部分复叠，CO2主循环系统和带回热器的CO2辅循环系统在蒸发气冷器4中进行换热，辅循环CO2工质在蒸发气冷器4蒸发侧吸热蒸发，主循环CO2工质在蒸发气冷器4气冷侧降温冷却；当部分调节时，带回热器的CO2辅循环系统停止工作，CO2主循环系统能够作为一个独立的热泵系统供热： CO2工质在主循环压缩机2中被压缩至高温高压状态，排气进入主循环气体冷却器3并在其中冷却降温，进行换热形成超临界CO2工质；然后超临界CO2工质经过蒸发气冷器4无变化，再进入主循环膨胀阀5中经过节流变成低温低压的气液两相工质，进入主循环蒸发器1吸热蒸发形成CO2饱和蒸汽，最后CO2饱和蒸汽被吸入主循环压缩机2，完成循环。
上述实施例只用来说明本实用新型的具体实施原理和功效，而非用来限制本实用新型。任何熟悉本行业技术的人士都可以在本实用新型阐述的方法的基础上加以修改或修饰，因此凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种部分复叠全CO2工质热泵系统，其特征在于：包括CO2主循环系统和带回热器的CO2辅循环系统；
所述CO2主循环系统与带回热器的CO2辅循环系统通过蒸发气冷器(4)复叠组合连接，蒸发气冷器(4)的出口端为蒸发侧，蒸发气冷器的进口端气冷侧；
所述CO2主循环系统包括主循环蒸发器(1)、主循环压缩机(2)、主循环气体冷却器(3)、主循环膨胀阀(5)；所述主循环蒸发器(1)的出口与主循环压缩机(2)的入口连接，所述主循环压缩机(2)的出口与主循环气体冷却器(3)的入口连接，所述主循环气体冷却器(3)的出口与蒸发气冷器(4)气冷侧的入口连接，所述蒸发气冷器(4)气冷侧的出口和主循环膨胀阀(5)的入口连接，所述主循环膨胀阀(5)的出口和主循环蒸发器(1)的入口连接；
所述带回热器的CO2辅循环系统包括辅循环膨胀阀(6)、回热器(7)、辅循环气体冷却器(8)、辅循环压缩机(9)；所述蒸发气冷器(4)蒸发侧的出口与回热器(7)过热侧的入口连接，所述回热器(7)过热侧的出口与辅循环压缩机(9)的入口连接，所述辅循环压缩机(9)的出口与辅循环气体冷却器(8)的入口连接，所述辅循环气体冷却器(8)的出口和回热器(7)过冷侧的入口连接，所述回热器(7)过冷侧的出口和辅循环膨胀阀(6)的入口连接，所述辅循环膨胀阀(6)的出口和蒸发气冷器(4)蒸发侧的入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种部分复叠全CO2工质热泵系统，其特征在于：所述主循环压缩机(2)和辅循环压缩机(9)为活塞式压缩机、转子式压缩机或涡旋式压缩机中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种部分复叠全CO2工质热泵系统，其特征在于：所述主循环膨胀阀(5)和辅循环膨胀阀(6)为电子膨胀阀或热力膨胀阀。
4.根据权利要求1所述的一种部分复叠全CO2工质热泵系统，其特征在于：所述主循环蒸发器(1)为管翅式蒸发器、平行流式蒸发器或管壳式蒸发器中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种部分复叠全CO2工质热泵系统，其特征在于：所述主循环气体冷却器(3)、辅循环气体冷却器(8)为管翅式气体冷却器、套管式气体冷却器或板式气体冷却器中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种部分复叠全CO2工质热泵系统，其特征在于：所述蒸发气冷器(4)为钎焊板式换热器或套管式换热器。
7.根据权利要求1所述的一种部分复叠全CO2工质热泵系统，其特征在于：所述回热器(7)为套管式回热器、板翅式回热器或微通道式回热器中的一种。
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| CN201920483025.XU CN209857414U (zh) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | 一种部分复叠全co2工质热泵系统 |
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