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CN107860050A - 一种co2热泵系统和提高热力性能的方法 - Google Patents

一种co2热泵系统和提高热力性能的方法 Download PDF

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CN107860050A CN201711001767.6A CN201711001767A CN107860050A CN 107860050 A CN107860050 A CN 107860050A CN 201711001767 A CN201711001767 A CN 201711001767A CN 107860050 A CN107860050 A CN 107860050A
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杜培俭
罗会龙
王钦戎
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Abstract

本发明涉及一种CO2热泵系统和提高热力性能的方法，属于暖通领域。该装置包括气冷器和板式换热器，板式换热器包括第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；气冷器包括第三入口、第四入口、第三出口和第四出口；其中，第一入口连通高温回水，第一出口通过循环水泵与三通阀入口连接，第一出口设有测温装置，三通阀其中一个出口连接第三入口，第三出口与第二入口连接，第二出口排出热水；第四入口和第四出口依次连接冷凝剂出口和入口，三通阀另一出口和第三入口依次连接辅助制冷剂入口和出口。本发明降低回水温度，增大了气冷器两侧的温差，延长结霜时间间隔，整体提高了系统性能。

Description

一种CO2热泵系统和提高热力性能的方法
技术领域
本发明涉及一种热泵系统，尤其是一种CO2热泵系统，还涉及提高热力性能的方法，属于暖通领域。
背景技术
在能源危机、环境危机的双重压力下，实现建筑能耗的可持续发展、建设清洁低碳的能源体系成为人们关注的焦点。由于天然工质 CO2 作为制冷剂具有节能、环保等特性，因此，CO2热泵系统得到广泛的应用。
但是，在寒冷地区，采暖用CO2热泵系统运行存在很多问题，最大的问题之一就是回水温度高，性能系数低，所以气冷器进水温度太高，导致CO2制冷剂不能跨临界循环，影响机组性能。
另外，还存在制热功率随温度下降衰减快；出水温度低，运行不稳定；结霜快，除霜周期长等问题。因此，通过改善供暖用CO2热泵系统结构，来抑制结霜、提高气冷器进水温度、提高系统热力性能尤为重要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一目的在于提供一种CO2热泵系统，改善传统气冷器结构，解决低温工况下气冷器进水温度过高的问题，从而提高系统热力性能。本发明的第二目的在于提供一种提高热力性能的方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种CO2热泵系统，包括气冷器和板式换热器，板式换热器包括第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；气冷器包括第三入口、第四入口、第三出口和第四出口；其中，第一入口连通高温回水，第一出口通过循环水泵与三通阀入口连接，第一出口设有测温装置，三通阀其中一个出口连接第三入口，第三出口与第二入口连接，第二出口排出热水；第四入口和第四出口依次连接冷凝剂出口和入口，三通阀另一出口和第三入口依次连接辅助制冷剂入口和出口。
进一步地，还包括蒸发器，蒸发器的冷凝剂入口与第四出口连通，蒸发器的冷凝剂出口与第四入口连通，形成冷凝剂回路。
进一步地，蒸发器的辅助制冷剂入口与三通阀另一出口连接，蒸发器的辅助制冷剂出口连接第三入口。
进一步地，蒸发器的冷凝剂入口与第四出口之间设有节流阀。
进一步地，蒸发器的冷凝剂出口与第四入口之间设有压缩机。
进一步地，板式换热器的第一入口连通集水器。
进一步地，板式换热器第二出口通过循环水泵连通分水器。
本发明涉及的利用上述的CO2热泵系统提高热力性能的方法，按以下进行：
供暖用高温回水首先经过板式换热器进行换热降低回水温度，当回水温度低于设定值时，回水通过循环水泵直接流入气冷器中；当回水温度高于设定值时，通过三通阀打开乙二醇水溶液回路，再次降低回水温度后与高于温度设定值的回水进行混合后再流入气冷器中进行换热产生供暖热水，然后进入板式换热器换热流至用户。
进一步地，低温低压的制冷剂蒸汽由压缩机压缩后变为高温高压的制冷剂蒸汽，高温高压的制冷剂蒸汽进入气冷器，冷凝后为高温高压的制冷剂液体，同时生成高温热水，高温高压的制冷剂液体流经节流阀节流降压为低温低压的液体，低温低压的液体经蒸发器制冷剂蒸发管蒸发吸热为低温低压的气体,完成制冷剂循环。
在常规气冷器结构的基础上，采用增加一个常规板式换热器用于高温回水换热，来解决气冷器进水温度高的问题。回水温度比较高时，通过板式换热器换热，降低回水温度，从而降低气冷器的进水温度。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
蒸发器内部分为两部分，一部分用于制冷剂循环，另一部分为乙二醇水溶液循环，用于高温回水的降温。蒸发器两部分进行内部换热，提高蒸发器温度，从而抑制结霜，延长结霜时间间隔。
通过板式换热器将高温回水降温，降低气冷器进水温度，增大了气冷器两侧的温差，提高系统性能。
附图说明
图1为本发明的CO2热泵系统的气冷器和板式换热器的结构示意图；
图2为本发明的CO2热泵系统的结构示意图；
图3为本发明的板式换热器的管路走向的示意图；
图4为本发明的蒸发器的内部结构示意图；
其中，气冷器1、第三入口1.3、第四入口1.1、第三出口1.4和第四出口1.2、板式换热器2、第一入口2.1、第二入口2.3、第一出口2.4和第二出口2.2、循环水泵3、电动三通阀4、蒸发器5、冷凝剂入口5.1、冷凝剂出口5.2、辅助制冷剂入口5.3、辅助制冷剂出口5.4、循环水泵6、分水器7、集水器8、压缩机9、节流阀10。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，本实施例的CO2热泵系统，包括气冷器1和板式换热器2，板式换热器2包括第一入口2.1、第二入口2.3、第一出口2.4和第二出口2.2；气冷器1包括第三入口1.3、第四入口1.1、第三出口1.4和第四出口1.2，第一入口2.1连通高温回水，第一出口2.4通过循环水泵3与三通阀4入口连接，第一出口2.4设有测温装置，三通阀4其中一个出口连接第三入口1.3，第三出口1.4与第二入口2.3连接，第二出口2.2排出热水；第四入口1.1和第四出口1.2依次连接冷凝剂出口和入口，三通阀4另一出口和第三入口1.3连接辅助制冷剂入口和出口，板式换热器2为常规结构，内部管路走向如图3所示，作为优选，还可以在第一出口2.4添加温度检测装置，用于检测气冷器的进水温度。
本实施例还包括蒸发器5，蒸发器5的冷凝剂入口5.1与第四出口1.2连通，蒸发器的冷凝剂出口5.2与第四入口1.1连通，形成冷凝剂回路。蒸发器5采用分区的结构，如图4所示，包括常规制冷剂蒸发管5.5、乙二醇水溶液蒸发管5.6和设于制冷剂蒸发管5.5和乙二醇水溶液蒸发管5.6上的翅片5.7。
蒸发器5的辅助制冷剂5.3入口与三通阀4另一出口连接，蒸发器5的辅助制冷剂出口5.4连接第三入口1.3。辅助制冷剂为乙二醇水溶液。蒸发器5的冷凝剂入口5.1与第四出口1.2之间设有节流阀10。冷凝剂出口5.2与第四入口1.1之间设有压缩机9。板式换热器2的第一入口2.1连通集水器8。板式换热器第二出口2.2通过循环水泵6连通分水器7。冷凝剂可以是CO2。
这样，压缩机9出口与气冷器1入口相连接，气冷器1出口分两路，一路与节流阀10入口相连接，节流阀10出口与蒸发器5中的制冷剂蒸发管相连接，蒸发器5中的制冷剂蒸发管出口与压缩机9入口相连接；气冷器1的另一路与板式换热器2的第二入口2.3相连接，板式换热器2出口分两路，第二出口2.2与循环水泵6入口相连接，循环水泵6出口与分水器7相连接；板式换热器2的第一出口2.4与循环水泵3入口相连接，循环水泵3出口与电动三通阀4相连接。电动三通阀4分两路，一路与气冷器1回水口相连接，一路与蒸发器4乙二醇水溶液蒸发管相连接。集水器8与板式换热器2第一入口2.1 相连接。
根据本实施例的CO2热泵系统提高该系统的热力性能的方法，
热泵系统运行，供暖用高温回水首先经过板式换热器2进行换热降低回水温度，当回水温度低于设定值时，回水通过循环水泵3直接流入气冷器2中；当回水温度高于设定值时，通过电动三通阀4打开乙二醇水溶液回路，再次降低回水温度后与高于温度设定值的回水进行混合后再流入气冷器2中进行换热产生供暖热水。通过板式换热器2将高温回水降温，降低气冷器1进水温度，提高系统性能。
因为CO2的临界温度是31.6℃，为了保证系统处于跨临界循环所以将设定值设为气冷器1进水温度设定值为32℃。低温低压的制冷剂蒸汽由压缩机9压缩后变为高温高压的制冷剂蒸汽，高温高压的制冷剂蒸汽进入气冷器1，冷凝后为高温高压的制冷剂液体，同时生成高温热水，高温高压的制冷剂液体流经节流阀10节流降压为低温低压的液体，低温低压的液体经蒸发器5制冷剂蒸发管蒸发吸热为低温低压的气体，完成制冷剂循环。气冷器1换热产生的热水经过板式换热器2直接通过循环水泵6进入分水器7中分给用户使用。各用户的高温回水通过集水器8收集到热水回路，首先经过板式换热器2换热降低回水温度。如果回水温度低于32℃，则通过循环水泵3直接流入气冷器1中；如果回水温度高于32℃，则电动三通阀10打开乙二醇水溶液回路，回水一部分流向气冷器1，另一部分通过乙二醇水溶液回路流入蒸发器5乙二醇水溶液蒸发管中进行再次降温，然后与流向气冷器的回水进行混合使回水温度控制在15~32℃之间，进入气冷器进行循环换热，提高系统性能。整个系统抑制蒸发器结霜，延长除霜时间间隔。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种CO2热泵系统，其特征在于：包括气冷器和板式换热器，板式换热器包括第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；气冷器包括第三入口、第四入口、第三出口和第四出口；其中，第一入口连通高温回水，第一出口通过循环水泵与三通阀入口连接，第一出口设有测温装置，三通阀其中一个出口连接第三入口，第三出口与第二入口连接，第二出口排出热水；第四入口和第四出口依次连接冷凝剂出口和入口，三通阀另一出口和第三入口依次连接辅助制冷剂入口和出口。
2.根据权利要求1所述的CO2热泵系统，其特征在于：还包括蒸发器，蒸发器的冷凝剂入口与第四出口连通，蒸发器的冷凝剂出口与第四入口连通，形成冷凝剂回路。
3.根据权利要求2所述的CO2热泵系统，其特征在于：蒸发器的辅助制冷剂入口与三通阀另一出口连接，蒸发器的辅助制冷剂出口连接第三入口。
4.根据权利要求2所述的CO2热泵系统，其特征在于：蒸发器的冷凝剂入口与第四出口之间设有节流阀。
5.根据权利要求2所述的CO2热泵系统，其特征在于：蒸发器的冷凝剂出口与第四入口之间设有压缩机。
6.根据权利要求1-5之一所述的CO2热泵系统，其特征在于：板式换热器的第一入口连通集水器。
7.根据权利要求1-5之一所述的CO2热泵系统，其特征在于：板式换热器第二出口通过循环水泵连通分水器。
8.一种利用权利要求1-7之一所述的CO2热泵系统提高热力性能的方法，其特征在于：按以下进行：
供暖用高温回水首先经过板式换热器进行换热降低回水温度，当回水温度低于设定值时，回水通过循环水泵直接流入气冷器中；当回水温度高于设定值时，通过三通阀打开乙二醇水溶液回路，再次降低回水温度后与高于温度设定值的回水进行混合后再流入气冷器中进行换热产生供暖热水，然后进入板式换热器换热流至用户。
9.根据权利要求8所述的CO2热泵系统提高热力性能的方法，其特征在于：
低温低压的制冷剂蒸汽由压缩机压缩后变为高温高压的制冷剂蒸汽，高温高压的制冷剂蒸汽进入气冷器，冷凝后为高温高压的制冷剂液体，同时生成高温热水，高温高压的制冷剂液体流经节流阀节流降压为低温低压的液体，低温低压的液体经蒸发器制冷剂蒸发管蒸发吸热为低温低压的气体,完成制冷剂循环。
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