專(zhuān)利名稱(chēng)：二氧化碳跨臨界雙級(jí)蒸氣壓縮式回?zé)嵫h(huán)熱泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱泵熱水加熱裝置，具體涉及一種采用雙級(jí)壓縮機(jī)形式制成的二氧化碳跨臨界壓縮式循環(huán)回?zé)釤岜醚b置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)熱泵使用的制冷劑有R22、R134a、R407C等，若冷凝溫度為55°C，則對(duì)應(yīng)的冷凝壓力分別為2. 1753MPa、l. 4917MPa和2. 2153MPa。和傳統(tǒng)制冷劑相比，CO2熱泵熱水器放熱過(guò)程的壓力達(dá)到9 lOMPa，比氟利昂熱泵制熱循環(huán)要高5 7倍，如果采用單級(jí)壓縮循環(huán)，壓縮機(jī)承受的壓縮比過(guò)高，循環(huán)效率較低，不僅是不經(jīng)濟(jì)的，而且甚至是不可能的。與單級(jí)壓縮回?zé)嵫h(huán)相比，CO2跨臨界雙級(jí)壓縮系統(tǒng)可有效地降低排氣溫度，是改善CO2跨臨界循環(huán)運(yùn)行狀況、減少系統(tǒng)節(jié)流損失、提高系統(tǒng)性能系數(shù)COP的一種有效途徑。
實(shí)用新型內(nèi)容]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠降低二氧化碳跨臨界熱泵機(jī)組的壓縮機(jī)排氣溫度、降低壓縮機(jī)壓縮比、提高系統(tǒng)性能系數(shù)COP的雙級(jí)蒸氣壓縮式回?zé)嵫h(huán)熱泵。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案二氧化碳跨臨界雙級(jí)蒸氣壓縮式回?zé)嵫h(huán)熱泵，包括高壓壓縮機(jī)、低壓壓縮機(jī)、氣體冷卻器、回?zé)崞?、?jié)流閥和蒸發(fā)器，所述的低壓壓縮機(jī)連接到氣體冷卻器，氣體冷卻器連接到高壓壓縮機(jī)，而高壓壓縮機(jī)也連接到氣體冷卻器，氣體冷卻器然后連接到回?zé)崞?，回?zé)崞饕来芜B接節(jié)流閥和蒸發(fā)器，然后蒸發(fā)器又連接到回?zé)崞?，回?zé)崞鬟B接到低壓壓縮機(jī)；從氣體冷卻器出來(lái)的CO2氣體經(jīng)過(guò)回?zé)崞鹘禍兀M(jìn)入節(jié)流閥，然后進(jìn)入蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，接著進(jìn)入回?zé)崞鞅患訜?，再進(jìn)入低壓壓縮機(jī)壓縮至中壓，中壓排氣經(jīng)氣體冷卻器冷卻后成為高壓壓縮機(jī)的吸氣，被高壓壓縮機(jī)壓縮至高壓后排入氣體冷卻器再次冷卻，最后進(jìn)入回?zé)崞?，這樣周而復(fù)始地進(jìn)行循環(huán)。本實(shí)用新型通過(guò)采用上述結(jié)構(gòu)，能進(jìn)一步降低二氧化碳跨臨界壓縮式熱泵機(jī)組的壓縮機(jī)排氣溫度、減少系統(tǒng)節(jié)流損失、提高系統(tǒng)性能系數(shù)C0P，達(dá)到更佳的節(jié)能效果。
附圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。I-高壓壓縮機(jī)；2_低壓壓縮機(jī)；3_氣體冷卻器；4_回?zé)崞鳎?_節(jié)流閥；6_蒸發(fā)器?，F(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型所述的二氧化碳跨臨界雙級(jí)蒸氣壓縮式回?zé)嵫h(huán)熱泵，包括高壓壓縮機(jī)I、低壓壓縮機(jī)2、氣體冷卻器3、回?zé)崞?、節(jié)流閥5和蒸發(fā)器6。傳統(tǒng)熱泵熱水器使用的制冷劑有R22、R134a、R407C等，若冷凝溫度為55°C，則對(duì)應(yīng)的冷凝壓力分別為2. 1753MPa、l. 4917MPa和2. 2153MPa。和傳統(tǒng)制冷劑相比，CO2熱泵熱水器放熱過(guò)程的壓力達(dá)到9 lOMPa，比氟利昂熱泵制熱循環(huán)要高5 7倍，如果采用單級(jí)壓縮循環(huán)，壓縮機(jī)承受的壓力比很高，循環(huán)效率較低。熱泵系統(tǒng)的冷凝溫度(或冷凝壓力)決定于冷卻劑(或環(huán)境)的溫度，而蒸發(fā)溫度(或蒸發(fā)壓力)取決于制冷要求。由于生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)制冷溫度的要求越來(lái)越低，尤其是在二氧化碳熱泵的實(shí)際應(yīng)用中，壓縮機(jī)要在高壓端壓力(冷凝壓力)對(duì)低壓端壓力(蒸發(fā)壓力)的比值(即壓縮比)很高的條件下進(jìn)行工作。由理想氣體的狀態(tài)方程PV/T=C可知，此時(shí)若采用單級(jí)壓縮制冷循環(huán)，則壓縮終了過(guò)熱蒸氣的溫度必然會(huì)很高(V—定，P丨一T丨)，于是就會(huì)產(chǎn)生以下許多問(wèn)題。(I)壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)λ大大降低，當(dāng)壓縮比彡20時(shí)，λ = 0。(2)壓縮機(jī)的單位制冷量和單位容積制冷量都大為降低。(3)壓縮機(jī)的功耗增加，制冷系數(shù)下降。(4)必須采用高著火點(diǎn)的潤(rùn)滑油，因?yàn)闈?rùn)滑油的粘度隨溫度升高而降低。(5)被高溫過(guò)熱蒸氣帶出的潤(rùn)滑油增多，增加了分油器的負(fù)荷，且降低了冷凝器的傳熱性能。綜上所述，當(dāng)二氧化碳熱泵壓縮比過(guò)高時(shí)，采用單級(jí)壓縮循環(huán)，不僅是不經(jīng)濟(jì)的，而且甚至是不可能的。為了解決上述問(wèn)題，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，實(shí)際中常采用帶有中間冷卻器的雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)。但是，雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)所需的設(shè)備投資較單級(jí)壓縮大的多，且操作也較復(fù)雜。因此，采用雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)并非在任何情況下都是有利的，一般當(dāng)壓縮比> 8時(shí)，采用雙級(jí)壓縮較為經(jīng)濟(jì)合理。與單級(jí)壓縮回?zé)嵫h(huán)相比，CO2跨臨界雙級(jí)壓縮系統(tǒng)可有效地降低排氣溫度，是改善CO2跨臨界循環(huán)運(yùn)行狀況、減少系統(tǒng)節(jié)流損失、提高系統(tǒng)性能系數(shù)COP的一種有效途徑，其有帶回?zé)崞骱筒粠Щ責(zé)崞鲀煞N。雙級(jí)壓縮回?zé)嵫h(huán)的工作過(guò)程和系統(tǒng)原理如附圖所示。從氣體冷卻器3出來(lái)的CO2氣體經(jīng)過(guò)回?zé)崞?降溫(e — f )，進(jìn)入節(jié)流閥5節(jié)流(f — g)，然后進(jìn)入蒸發(fā)器6中蒸發(fā)吸熱(g — h),接著進(jìn)入回?zé)崞?被加熱(h — a),再進(jìn)入低壓壓縮機(jī)2壓縮至中壓(a — b)，中壓排氣經(jīng)氣體冷卻器3冷卻后成為高壓壓縮機(jī)I的吸氣(b — C)，被高壓壓縮機(jī)I壓縮至高壓后(c — d)排入氣體冷卻器3再次冷卻(d — e)，最后進(jìn)入回?zé)崞?，這樣周而復(fù)始地進(jìn)行循環(huán)。二氧化碳跨臨界雙級(jí)蒸氣壓縮式回?zé)嵫h(huán)熱泵的特點(diǎn)如下。(I)跨臨界循環(huán)中，工作流體在超臨界壓力下冷卻，臨界點(diǎn)對(duì)流體性質(zhì)有較大的影響。由于蒸發(fā)溫度接近臨界溫度，在較高的壓力下使得蒸氣密度較高。(2)跨臨界制冷循環(huán)C02跨臨界制冷循環(huán)的流程與普通的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)略有不同。壓縮機(jī)的吸氣壓力低于臨界壓力，蒸發(fā)溫度也低于臨界溫度，循環(huán)的吸熱過(guò)程仍在亞臨界條件下進(jìn)行，換熱過(guò)程主要依靠潛熱來(lái)完成。但是壓縮機(jī)的排氣壓力高于臨界壓力，工質(zhì)在高壓側(cè)的換熱過(guò)程通過(guò)顯熱交換來(lái)完成，這與亞臨界狀態(tài)下的冷凝完全不同，此時(shí)高壓換熱器不再稱(chēng)為冷凝器，而是成為氣體冷卻器3。此類(lèi)循環(huán)有時(shí)也稱(chēng)為超臨界循環(huán)。(3) CO2跨臨界循環(huán)中氣體冷卻器3所具有的較高排氣溫度、較大的溫度滑移和冷卻介質(zhì)的溫升過(guò)程相匹配，使其在熱泵循環(huán)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)調(diào)整循環(huán)的排氣壓力，可使氣體冷卻器3的放熱過(guò)程較好地適應(yīng)外部熱源的溫度和溫升需要。(4)現(xiàn)有熱泵熱水器(常用工質(zhì)為R22和R124a等)的熱水溫度一般只能到55°C，當(dāng)要求較高溫度的熱水時(shí)，只能借助效率較低的電加熱器。而CO2熱泵熱水器能獲得90°C的高溫?zé)崴?，即使在冬季室外溫度較低的環(huán)境下也能正常運(yùn)行，因而CO2熱泵系統(tǒng)可較好地滿(mǎn)足采暖、空調(diào)和生活熱水的加熱要求。CO2作為制冷工質(zhì)在熱泵中的應(yīng)用，將有效解決空調(diào)冷熱源面臨的資源和環(huán)境的壓力，應(yīng)用前景良好。(5)C02的傳熱效率非常好。與鹵烴不同，對(duì)CO2來(lái)說(shuō)，核態(tài)沸騰在沸騰換熱中占有主要地位，這種換熱機(jī)理壓力損失較小。在條件相同的情況下，CO2換熱系數(shù)是常用CFC制冷劑的2倍或更高，而壓降也比常規(guī)制冷劑高得多，而且管徑約小，這種差別也越大。但由于CO2的壓力梯度比碳氟化合物的壓力梯度大3 4倍，如果考慮到壓力的不同，相應(yīng)的溫度損失比碳氟化合物低50%左右。由于相應(yīng)的溫度損失小，蒸發(fā)器6中制冷劑側(cè)的溫差很小，這一點(diǎn)從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看很有優(yōu)勢(shì)。CO2這種良好的傳熱性能使得單位長(zhǎng)度內(nèi)獲得很高的換熱系數(shù)成為可能，從而有利于發(fā)展緊湊式高效換熱器。(6)采用雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)，不但降低了壓縮機(jī)的排氣溫度，改善了壓縮機(jī)潤(rùn)滑條件，而且由于各級(jí)壓縮比都較小，壓縮機(jī)的輸汽系數(shù)大大提高。此外，采用雙級(jí)壓縮循環(huán)的功耗也比單級(jí)壓縮循環(huán)的功耗降低。(7)傳統(tǒng)熱泵熱水器一般只適用于5°C以上的氣候，(TC以下的氣候甚至不能正常工作。而CO2熱泵熱水器在寒冷地區(qū)-30°C的天氣條件下仍能正常工作。(8)傳統(tǒng)熱泵熱水器水溫一般最高只能加熱到60°C。而CO2熱泵熱水器出水溫度高，可制高達(dá)90°C以上的高溫?zé)崴?，以解決各個(gè)領(lǐng)域?qū)?jié)能型高溫?zé)崴O(shè)備的需求。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應(yīng)該屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.二氧化碳跨臨界雙級(jí)蒸氣壓縮式回?zé)嵫h(huán)熱泵，其特征在于包括高壓壓縮機(jī)(I)、低壓壓縮機(jī)(2)、氣體冷卻器(3)、回?zé)崞?4)、節(jié)流閥(5)和蒸發(fā)器(6)，所述的低壓壓縮機(jī)(2)連接到氣體冷卻器(3)，氣體冷卻器(3)連接到高壓壓縮機(jī)(1)，而高壓壓縮機(jī)(I)也連接到氣體冷卻器(3)，氣體冷卻器(3)然后連接到回?zé)崞?4)，回?zé)崞?4)依次連接節(jié)流閥(5)和蒸發(fā)器(6)，然后蒸發(fā)器(6)又連接到回?zé)崞?4)，回?zé)崞?4)連接到低壓壓縮機(jī)(2);從氣體冷卻器(3)出來(lái)的CO2氣體經(jīng)過(guò)回?zé)崞?4)降溫，進(jìn)入節(jié)流閥(5)，然后進(jìn)入蒸發(fā)器(6)中蒸發(fā)吸熱，接著進(jìn)入回?zé)崞?4)被加熱，再進(jìn)入低壓壓縮機(jī)(2)壓縮至中壓，中壓排氣經(jīng)氣體冷卻器(3)冷卻后成為高壓壓縮機(jī)(I)的吸氣，被高壓壓縮機(jī)(I)壓縮至高壓后排入氣體冷卻器(3)再次冷卻，最后進(jìn)入回?zé)崞?4)，這樣周而復(fù)始地進(jìn)行循環(huán)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種新型的二氧化碳跨臨界雙級(jí)蒸氣壓縮式回?zé)嵫h(huán)熱泵，其低壓壓縮機(jī)連接到氣體冷卻器，氣體冷卻器連接到高壓壓縮機(jī)，而高壓壓縮機(jī)也連接到氣體冷卻器，氣體冷卻器然后連接到回?zé)崞?，回?zé)崞饕来芜B接節(jié)流閥和蒸發(fā)器，然后蒸發(fā)器又連接到回?zé)崞鳎責(zé)崞鬟B接到低壓壓縮機(jī)；從氣體冷卻器出來(lái)的CO2氣體經(jīng)過(guò)回?zé)崞饕来芜M(jìn)入節(jié)流閥和蒸發(fā)器，然后再次經(jīng)過(guò)回?zé)崞骱笠来芜M(jìn)入低壓壓縮機(jī)、氣體冷卻器、高壓壓縮機(jī)、氣體冷卻器，最后又一次進(jìn)入回?zé)崞?，這樣周而復(fù)始地進(jìn)行循環(huán)。該裝置能進(jìn)一步降低二氧化碳熱泵排氣溫度、降低壓縮機(jī)壓縮比、壓縮機(jī)輸氣系數(shù)大大提高、減少系統(tǒng)節(jié)流損失、提高系統(tǒng)能效比、降低功耗。
文檔編號(hào)F24H4/02GK202613753SQ201220100480
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月17日
發(fā)明者陳殿磊, 余廉政 申請(qǐng)人:深圳市萬(wàn)越新能源科技有限公司