供暖熱泵系統的制作方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001 ]本實用新型屬于機械工程技術領域，涉及一種CO2復合熱栗系統。
【【背景技術】】
[0002]機械壓縮式熱栗技術利用少量高品位的機械能，利用壓縮機完成制冷劑在系統中的循環，將熱量從較低溫度的熱源中提取后加熱其它介質，即通過消耗少量的高品位能量，將低品位能量提升為高品位能量。空氣源熱栗以室外空氣為熱源進行供暖或供應熱水，其安裝使用方便，對環境污染較小，其節能效果要明顯高于電加熱等采暖方式。但是由于空氣源熱栗在低溫環境下運行存在著一些不足，如隨著環境溫度的降低，室內熱負荷需求增大，而空氣源熱栗的制熱量會減小，不能滿足室內需求；同時由于環境溫度降低，蒸發壓力也隨之降低，壓縮機壓比增大，排氣溫度升高，容易引起壓縮機過熱保護而停機，空氣源熱栗在我國北方大部分地區尚未得到普遍應用。
[0003]CO2屬于惰性氣體，無毒無刺激，良好的安全性和化學穩定性，安全無毒，不可燃，即便在高溫下也不分解產生有害氣體；其對全球變暖潛力指數GWP為I，C02不需要工業合成，只需要在大氣中提取就可以，使用方便；同時，它對大氣臭氧層無任何破環作用，ODP為
O。并且，CO2本身優越的熱物理特性以及良好的迀移特性也適合其作為制冷工質，導熱系數以及定壓比熱高，蒸汽密度小，動力粘度小，表面張力小，這些特點為機組的小型化以及成本節省提供了前提。0)2臨界溫度為30.98°C，臨界壓力為7.38MPa，在跨臨界區與外部介質換熱時不發生相變，因此跨臨界CO2循環不存在潛熱交換和冷凝過程。考慮到CO2較高的臨界壓力，在相同的條件下，跨臨界CO2熱栗能夠將水加熱到更高的溫度。
[0004]跨臨界ω2熱栗可以把水溫升到更高的溫度，適應于將冷水(10°C_15°C)直接加熱到80°C以上的直熱式熱栗，隨著氣體冷卻器進水溫度的升高，機組性能變差，特別是在低環境溫度，進出水溫度為40°C/45°C采暖工況下，跨臨界CO2熱栗制熱能效比較低，跨臨界CO2熱栗系統氣體冷卻器進水溫度對系統性能的影響如圖1、圖2所示。
[0005]當氣體冷卻器回水溫度較低(10°C)時，如圖1所示，氣體冷卻器出口處⑶2溫度較低，恰值較小，CO2在蒸發器中的蒸發吸熱的焓差In較大，系統制熱性能良好；當氣體冷卻器回水溫度較低(40°C)時，如圖2所示，氣體冷卻器出口處CO2溫度較高，焓值較大，CO2在蒸發器中的蒸發吸熱的焓差In較小。在相同的輸入功率下(h2)，隨著氣體冷卻器進水溫度的升高，氣體冷卻器出口處CO2溫度升高，熱栗系統從環境中吸收熱量急劇減小，氣體冷卻器制熱能力下降，熱栗性能急劇衰減，該趨勢隨環境溫度的降低愈加嚴重，極大的限制了低環境溫度，跨臨界CO2熱栗高回水溫度(即冬季供暖需求)時的應用。
【【實用新型內容】】
[0006]本實用新型的目的在于提供一種CO2供暖熱栗系統，以解決現有供暖熱栗系統采用CO2工質時存在的問題，使跨臨界CO2熱栗系統能夠高效穩定的應用于冬季暖氣片形式供暖。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0008]—種⑶2供暖熱栗系統，包括第一壓縮機、第二壓縮機、引射器、氣體冷卻器、第一膨脹閥、閃蒸罐、第二膨脹閥及蒸發器;第一壓縮機排氣口連接引射器第一入口，第二壓縮機的排氣口連接引射器第二入口，引射器出口連接氣體冷卻器工質入口；氣體冷卻器工質出口連接第一膨脹閥入口，第一膨脹閥出口連接閃蒸罐入口；閃蒸罐中的氣體出口連接第二壓縮機入口，閃蒸罐的液體出口經第二膨脹閥和蒸發器連接第一壓縮機的入口。
[0009]進一步的:閃蒸罐中設置回氣U型管。
[0010]進一步的:回氣U型管底部設置Φ 0.8mm直徑回油孔。
[0011]進一步的:所述一種CO2供暖熱栗系統采用的工質為天然工質C02。
[0012]進一步的:氣體冷卻器(4)還連接用于與氣體冷卻器中工質換熱的供暖管路。
[0013]本實用新型設置第一壓縮機將來自蒸發器中的制冷劑壓縮后進入引射器入口，弓丨射來自第二壓縮機中的制冷劑氣體后，混合氣體進入氣體冷卻器中加熱供暖回水;氣體冷卻器出口的制冷劑經第一節流閥后進入閃蒸罐中閃蒸，分離出氣態及液態制冷劑，氣態制冷劑由閃蒸罐中的U型管道進入第二壓縮機后，由引射器引射路進入引射器中；二次節流閃蒸方式降低了蒸發器節流前的溫度，增加了蒸發器中制冷劑的焓差，從而提高了熱栗從空氣中的吸熱量，提高了系統能耗，減弱了高回水溫度對CO2供暖熱栗性能的影響。
[0014]相對于現有技術，本實用新型具有以下有益效果:本實用新型運用兩臺并聯壓縮機降低高回水溫度(50°C)時CO2熱栗的性能衰減問題;通過使用引射器降低兩臺壓縮機的功耗，提升系統的能效;通過在閃蒸罐中設置帶回油孔的回氣U型管，保證壓縮機吸氣狀態為氣態。
[0015]本實用新型采用兩級壓縮減弱高回水溫度帶來的性能衰減問題。一級節流后的制冷劑進入閃蒸罐中進行閃蒸過程，氣態制冷劑進入第二壓縮機中加壓后進入引射器，液態制冷劑二次節流后進入蒸發器中蒸發吸熱。
[0016]本實用新型采用二次節流閃蒸過程，降低蒸發器節流前制冷劑溫度，增加了蒸發器中制冷劑的焓差，從而提高熱栗系統在空氣中的吸熱量，提高系統能效，減弱高回水溫度對CO2供暖熱栗性能的影響。
[0017]本實用新型采用引射器，利用來自第一壓縮機出口的制冷劑氣體，引射來自第二壓縮機出口的制冷劑氣體后，將其排入氣體冷卻器中用于加熱供暖回水，該方式可降低二級壓縮的功耗，提升系統能效。
[0018]本實用新型在閃蒸罐中設置回氣U型管，保證了由閃蒸罐中進入第二壓縮機中的制冷劑為氣態，保證第二壓縮機運行安全。
[0019]本實用新型在閃蒸罐中回氣U型管底部設置Φ0.8mm直徑回油孔，保證潤滑油可通過該孔返回第二壓縮機中。
[0020]本實用新型采用引射器，混合二級壓縮機中的氣態制冷劑，降低了系統運行中壓縮機的功耗，提升了系統能效。
【【附圖說明】】
[0021]圖1是氣體冷卻器10°C進水系統T-h圖；
[0022]圖2是氣體冷卻器40°C進水系統T-h圖；
[0023]圖3是本實用新型的系統結構不意圖；
[0024]圖4是本實用新型CO2供暖熱栗系統的熱栗熱力循環特性圖。
【【具體實施方式】】
[0025]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0026]請參閱圖3及圖4所示，本實用新型一種⑶2供暖熱栗系統，包括第一壓縮機11、第二壓縮機12、引射器13、氣體冷卻器14、第一膨脹閥15、閃蒸罐16、第二膨脹閥17及蒸發器18。
[0027]第一壓縮機11排氣口連接引射器13入口，引射來自第二壓縮機12的氣體后，引射器13出口連接氣體冷卻器14入口，制冷劑在氣體冷卻器14中放熱，加熱供暖用水;氣體冷卻器14出口連接第一膨脹閥15入口，第一膨脹閥15出口連接閃蒸罐16入口，節流后的制冷劑在閃蒸罐中16分離，氣體進入第二壓縮機12入口，液體由閃蒸罐16出口進入第二膨脹閥17入口，節流后的制冷劑進入蒸發器18中蒸發吸熱，氣化的制冷劑氣體由第一壓縮機11入口進入第一壓縮機11。
[0028]為便于詳細說明該熱栗系統熱力特性，結合圖3、圖4說明系統的循環特性(圖3和圖4中數字1-10為狀態點)。圖4中，狀態點1-2的過程為第一壓縮機的壓縮過程，通過設置引射器，引射來自第二壓縮機中的制冷劑氣體，將其壓力提升至狀態點5，引射器的使用，降低了第二壓縮機的功耗，有利于系統能效比的提升;經過第一膨脹閥后，制冷劑狀態由狀態點6降低為狀態點7并進入閃蒸罐中，分離為狀態點8的氣態制冷劑與狀態點9的液態制冷劑，由于該過程降低了進入蒸發器中制冷劑的焓值(狀態點9)，故而增加了蒸發器中制冷劑的焓差，提高了熱栗系統從空氣中吸收的熱量，提高了系統的性能，避免了高回水溫度帶來的蒸發器進口制冷劑焓值較高的問題。
[0029]該實用新型從降低壓縮機功耗及提高系統從空氣中吸熱量兩個方面，改進了CO2供暖熱栗系統在高回水溫度時系統性能惡化的問題，解決了 CO2熱栗應用于循環加熱時制熱能效較差的問題。
【主權項】
1.一種CO2供暖熱栗系統，其特征在于:包括第一壓縮機(11)、第二壓縮機(12)、引射器(13)、氣體冷卻器(14)、第一膨脹閥(15)、閃蒸罐(16)、第二膨脹閥(17)及蒸發器(18); 第一壓縮機(11)排氣口連接引射器(13)第一入口，第二壓縮機(12)的排氣口連接引射器(13)第二入口，引射器(13)出口連接氣體冷卻器(14)工質入口 ；氣體冷卻器(14)工質出口連接第一膨脹閥(I5)入口，第一膨脹閥(I5)出口連接閃蒸罐(I6)入口；閃蒸罐(I6)中的氣體出口連接第二壓縮機(12)入口，閃蒸罐(16)的液體出口經第二膨脹閥(17)和蒸發器(18)連接第一壓縮機(11)的入口。2.根據權利要求1所述的一種CO2供暖熱栗系統，其特征在于:閃蒸罐(16)中設置回氣U型管。3.根據權利要求2所述的一種CO2供暖熱栗系統，其特征在于:回氣U型管底部設置Φ0.8mm直徑回油孔。4.根據權利要求1所述的一種CO2供暖熱栗系統，其特征在于:所述一種CO2供暖熱栗系統采用的工質為天然工質CO2。5.根據權利要求1所述的一種CO2供暖熱栗系統，其特征在于:氣體冷卻器(14)還連接用于與氣體冷卻器(14)中工質換熱的供暖管路。6.根據權利要求1所述的一種CO2供暖熱栗系統，其特征在于:第一壓縮機將來自蒸發器中的制冷劑壓縮后進入引射器入口，引射來自第二壓縮機中的制冷劑氣體后，混合氣體進入氣體冷卻器中加熱供暖回水;氣體冷卻器出口的制冷劑經第一節流閥后進入閃蒸罐中閃蒸，分離出氣態及液態制冷劑，氣態制冷劑由閃蒸罐中的U型管道進入第二壓縮機后，由引射器引射路進入引射器中。
【專利摘要】本實用新型公開一種CO2供暖熱泵系統，包括第一壓縮機、第二壓縮機、引射器、氣體冷卻器、第一膨脹閥、閃蒸罐、第二膨脹閥及蒸發器；第一壓縮機排氣口連接引射器第一入口，第二壓縮機的排氣口連接引射器第二入口，引射器出口連接氣體冷卻器工質入口；氣體冷卻器工質出口連接第一膨脹閥入口，第一膨脹閥出口連接閃蒸罐入口；閃蒸罐中的氣體出口連接第二壓縮機入口，閃蒸罐的液體出口經第二膨脹閥和蒸發器連接第一壓縮機的入口。本實用新型運用兩臺并聯壓縮機降低高回水溫度(50℃)時CO2熱泵的性能衰減問題；通過使用引射器降低兩臺壓縮機的功耗，提升系統的能效；通過在閃蒸罐中設置帶回油孔的回氣U型管，保證壓縮機吸氣狀態為氣態。
【IPC分類】F25B31/00, F24D3/18, F25B41/00
【公開號】CN205372707
【申請號】CN201620071273
【發明人】曹鋒, 楊東方, 金磊, 殷翔, 何永寧
【申請人】西安交通大學
【公開日】2016年7月6日
【申請日】2016年1月25日