一种适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵制造技术

本发明专利技术提供一种适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵，其包括CO2热泵系统和第二热泵系统，其中，CO2热泵系统为低温级，其包括依次连接的CO2压缩机、气体冷却器、蒸发冷凝器、第一节流装置、闪蒸器、第二节流装置、蒸发器和油液气分离器；第二热泵系统为高温级，其包括依次连接的第二压缩机、第二冷凝器、第三节流装置和蒸发冷凝器；CO2热泵系统与第二热泵系统通过蒸发冷却器复叠组合在一起，CO2热泵系统通过蒸发冷凝器放热，第二热泵系统通过所述蒸发冷凝器吸热；闪蒸器还与CO2压缩机相连以对其进行CO2气体的补充。本发明专利技术的热泵可在‑35℃的寒冷地区实现供暖并提供热水，保持了较高的COP和较低的制造成本。

An air supplementing enthalpy increasing CO for cold regions

The invention provides an air supply enthalpy increasing CO suitable for cold areas

【技术实现步骤摘要】
一种适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵
本专利技术属于热能转换和利用
，具体涉及一种适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵。
技术介绍
近年来，随着“煤改电”的推行，空气源热泵逐渐进入人们的生活，但目前的空气源热泵很难满足在-25℃以下的超低温环境运行。现有技术中的空气源热泵在使用过程中当环境温度较低时(例如在寒冷地区的东北、内蒙古、新疆等)，无法充分地吸取环境中的热量用于供暖或制取热水，从而导致整个热泵系统的能效比较低，能耗较大，且还极易出现结霜等不利现象，导致整个系统的工作性能变差，无法满足用户供暖、制取热水的需求。现有技术中跨临界CO2技术在供暖领域中，由于回水温度一般高于31℃，无法利用CO2在临界点较高比热容所制取的热量，因此能效比不高；氟利昂系统在低温环境下制热量急剧衰减，并且单一氟利昂制冷剂的工作范围较小，氟利昂复叠系统需要多级复叠才能满足寒冷地区供暖要求，成本较高，COP值较低，因此急需要研制出一种新型的热泵系统，以改善上述的不利情况。由于现有技术中的热泵供暖/供水系统均存在低温环境温度下性能衰减严重，制取出的热水温度不高，寒冷地区常规复叠热泵的COP较低或成本较高等技术问题，因此本专利技术研究设计出一种适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的热泵供暖系统存在在低温环境温度下性能衰减严重、制取热水温度不高、常规复叠热泵的COP较低和成本较高的缺陷，从而提供一种适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵。本专利技术提供一种适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵，其包括CO2热泵系统和第二热泵系统，其中，所述CO2热泵系统为低温级，其包括依次连接的CO2压缩机、气体冷却器、蒸发冷凝器、第一节流装置、闪蒸器、第二节流装置、蒸发器和油液气分离器；所述第二热泵系统为高温级，其包括依次连接的第二压缩机、第二冷凝器、第三节流装置和蒸发冷凝器；所述CO2热泵系统与所述第二热泵系统通过蒸发冷却器复叠组合在一起，所述CO2热泵系统通过所述蒸发冷凝器放热，所述第二热泵系统通过所述蒸发冷凝器吸热；并且所述闪蒸器还与所述CO2压缩机相连以对其进行补充中温中压的CO2。优选地，所述闪蒸器为所述CO2压缩机补充的CO2气体的温度为35-50℃，压力为4-6MPa。优选地，所述CO2热泵系统还包括回热器，其分别与所述CO2压缩机、蒸发冷凝器、第一节流装置和油液气分离器连接。优选地，所述气体冷却器设置在所述蒸发冷凝器的制冷剂上游端。优选地，所述第二热泵系统中采用R245fa、R134a作为制冷剂。优选地，第一节流装置、第二节流装置和第三节流装置为节流阀或喷射器。本专利技术提供的一种适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵具有如下有益效果：1.本专利技术专利所述CO2系统循环为准双级循环，首次将补气增焓技术应用在CO2跨临界热泵系统，在超低温工况下，增加了气体冷却器内的质量流量，突破传统CO2跨临界热泵系统低温运行能效比低、排气压力高等弊端，能够在-35℃的超低温环境温度下供暖并提供生活热水，保持较高的COP，此外，由于系统采用了补气增焓技术，减少一台压缩机的使用，因此其较常规的CO2双级循环大大降低了成本。2.本专利技术提供的适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵采用两段式气体冷却器，第二热泵系统的制冷剂循环利用了CO2临界端的低品位能量，既提高了CO2跨临界热泵系统(CO2气冷器出口温度降到临界点以下)的COP又选用合适的制冷剂(根据制冷剂物性)将低品位能量转化为高品位能量，实现了超低温工况下高温出水、高温回水；3.本专利技术提供的适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵采用闪蒸器模式进行补气增焓，使得处于高压的零部件数量降到了最低，降低了成本；4.本专利技术提供的适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵，可在-35℃的寒冷条件下运行，实现供暖的同时还能提供高温生活热水；5.本专利技术提供的适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵，通过冷凝器与气冷器依次逐步加热热水，梯级利用能源，始终保持制冷剂与水有较小的温差，减少了(火用)损失。附图说明图1是本专利技术的一种适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵的结构示意图。图中附图标记表示为：1—CO2压缩机，2-气体冷却器，3-蒸发冷却器，4-回热器，5—第一节流装置，6—闪蒸器，7—第二节流装置，8—蒸发器，9—油液气分离器，10-第二压缩机，11-第二冷凝器，12-第三节流装置，13-管壳式换热器。具体实施方式本专利技术提供了一种适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵，其能够在寒冷地区运行，实现供暖需求并提供生活热水。图1示出了本专利技术所述适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵的结构示意图。如图1所示，其包括CO2热泵系统和第二热泵系统，其中，所述CO2热泵系统为低温级，其包括依次连接的CO2压缩机1、气体冷却器2、蒸发冷凝器3、第一节流装置5、闪蒸器6、第二节流装置7、蒸发器8和油液气分离器9；所述第二热泵系统为高温级，其包括依次连接的第二压缩机10、第二冷凝器11、第三节流装置12和蒸发冷凝器3；所述CO2热泵系统与所述第二热泵系统通过蒸发冷却器3复叠组合在一起；其中所述第二热泵系统通过所述蒸发冷凝器3蒸发吸热，所述CO2热泵系统通过所述蒸发冷凝器3冷却放热(即CO2热泵系统与第二热泵循环系统共用所述蒸发冷凝器3)。第二冷凝器11的进口连接供暖系统进口，出口连接CO2气冷器2，CO2气冷器2出口连接管壳式换热器13，管壳式换热器13出口连接供暖系统，为用户提供供暖需求。管壳式换热器13内有盘管进口连接自来水进口，出口连接用户，为用户提供生活热水。在所述CO2热泵系统中，所述CO2压缩机1与油液气分离器9的连接具体为：CO2压缩机1的进口连接油液气分离器9的出气口，回油口连接油液气分离器9底部油分离口。此外，所述闪蒸器6还与所述CO2压缩机1相连以对其进行CO2气体的补充，实现补气增焓的功能。本专利技术的适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵采用复叠式的CO2热泵系统和第二热泵系统，并在CO2热泵系统中采用气体冷却器和蒸发冷凝器两级式放热的连接方式，实现了高温出水、高温回水，克服了现有CO2热泵系统回水温度高时COP较低的缺陷。系统低温端采用CO2冷媒，能够克服现有技术中的热泵系统在低温环境温度下性能衰减严重的缺陷，使得系统性能稳定且系统能效始终维持在较高的水平，CO2在低温工况具有优越的热物理性质：CO2的蒸发潜热较大，单位容积制冷量高(-40℃时，单位容积制冷量是NH3的9.43倍)；CO2的运动粘度低(-40℃时饱和液体的运动粘度只有NH3的67％)；CO2的导热系数高，液体密度和蒸气密度的比值小，节流后各回路间制冷剂的分配较均匀，因此系统可适应-30℃以下的超低温环境温度。最关键地，创造性地将补气增焓技术应用在CO2跨临界热泵系统，在超低温工况下，增加了气体冷却器内的质量流量，突破传统CO2跨临界热泵系统低温运行弊端，极大限度的提高COP，且该热泵能够解决极寒地区的供暖问题并提供高温生活热水。此外，本专利技术中使用闪蒸器为CO2热泵系统补气增焓，只用一台CO2压缩机能满足系统运行需求，使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵，其特征在于：包括CO

【技术特征摘要】
1.一种适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵，其特征在于：包括CO2热泵系统和第二热泵系统，其中，所述CO2热泵系统为低温级，其包括依次连接的CO2压缩机(1)、气体冷却器(2)、蒸发冷凝器(3)、第一节流装置(5)、闪蒸器(6)、第二节流装置(7)、蒸发器(8)和油液气分离器(9)；所述第二热泵系统为高温级，其包括依次连接的第二压缩机(10)、第二冷凝器(11)、第三节流装置(12)和蒸发冷凝器(3)；所述CO2热泵系统与所述第二热泵系统通过蒸发冷却器(3)复叠组合在一起，所述CO2热泵系统通过所述蒸发冷凝器(3)放热，所述第二热泵系统通过所述蒸发冷凝器(3)吸热；并且所述闪蒸器(6)还与所述CO2压缩机(1)相连以对其进行CO2气体的补充。2.根据权利要求1所述的适用于寒冷地区的补气增焓CO2部分复叠热泵，其特征在于：所述闪蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：田幼华，
申请(专利权)人：燕园德普科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11