一种CO2供暖热泵系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种CO2供暖热泵系统，包括第一压缩机、第二压缩机、引射器、气体冷却器、第一膨胀阀、闪蒸罐、第二膨胀阀及蒸发器；第一压缩机排气口连接引射器第一入口，第二压缩机的排气口连接引射器第二入口，引射器出口连接气体冷却器工质入口；气体冷却器工质出口连接第一膨胀阀入口，第一膨胀阀出口连接闪蒸罐入口；闪蒸罐中的气体出口连接第二压缩机入口，闪蒸罐的液体出口经第二膨胀阀和蒸发器连接第一压缩机的入口。本实用新型专利技术运用两台并联压缩机降低高回水温度(50℃)时CO2热泵的性能衰减问题；通过使用引射器降低两台压缩机的功耗，提升系统的能效；通过在闪蒸罐中设置带回油孔的回气U型管，保证压缩机吸气状态为气态。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机械工程
，涉及一种CO2复合热泵系统。
技术介绍
机械压缩式热泵技术利用少量高品位的机械能，利用压缩机完成制冷剂在系统中的循环，将热量从较低温度的热源中提取后加热其它介质，即通过消耗少量的高品位能量，将低品位能量提升为高品位能量。空气源热泵以室外空气为热源进行供暖或供应热水，其安装使用方便，对环境污染较小，其节能效果要明显高于电加热等采暖方式。但是由于空气源热泵在低温环境下运行存在着一些不足，如随着环境温度的降低，室内热负荷需求增大，而空气源热泵的制热量会减小，不能满足室内需求；同时由于环境温度降低，蒸发压力也随之降低，压缩机压比增大，排气温度升高，容易引起压缩机过热保护而停机，空气源热泵在我国北方大部分地区尚未得到普遍应用。CO2属于惰性气体，无毒无刺激，良好的安全性和化学稳定性，安全无毒，不可燃，即便在高温下也不分解产生有害气体；其对全球变暖潜力指数GWP为1，CO2不需要工业合成，只需要在大气中提取就可以，使用方便；同时，它对大气臭氧层无任何破环作用，ODP为0。并且，CO2本身优越的热物理特性以及良好的迁移特性也适合其作为制冷工质，导热系数以及定压比热高，蒸汽密度小，动力粘度小，表面张力小，这些特点为机组的小型化以及成本节省提供了前提。CO2临界温度为30.98℃，临界压力为7.38MPa，在跨临界区与外部介质换热时不发生相变，因此跨临界CO2循环不存在潜热交换和冷凝过程。考虑到CO2较高的临界压力，在相同的条件下，跨临界CO2热泵能够将水加热到更高的温度。跨临界CO2热泵可以把水温升到更高的温度，适应于将冷水(10℃-15℃)直接加热到80℃以上的直热式热泵，随着气体冷却器进水温度的升高，机组性能变差，特别是在低环境温度，进出水温度为40℃/45℃采暖工况下，跨临界CO2热泵制热能效比较低，跨临界CO2热泵系统气体冷却器进水温度对系统性能的影响如图1、图2所示。当气体冷却器回水温度较低(10℃)时，如图1所示，气体冷却器出口处CO2温度较低，焓值较小，CO2在蒸发器中的蒸发吸热的焓差h1较大，系统制热性能良好；当气体冷却器回水温度较低(40℃)时，如图2所示，气体冷却器出口处CO2温度较高，焓值较大，CO2在蒸发器中的蒸发吸热的焓差h1较小。在相同的输入功率下(h2)，随着气体冷却器进水温度的升高，气体冷却器出口处CO2温度升高，热泵系统从环境中吸收热量急剧减小，气体冷却器制热能力下降，热泵性能急剧衰减，该趋势随环境温度的降低愈加严重，极大的限制了低环境温度，跨临界CO2热泵高回水温度(即冬季供暖需求)时的应用。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种CO2供暖热泵系统，以解决现有供暖热泵系统采用CO2工质时存在的问题，使跨临界CO2热泵系统能够高效稳定的应用于冬季暖气片形式供暖。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种CO2供暖热泵系统，包括第一压缩机、第二压缩机、引射器、气体冷却器、第一膨胀阀、闪蒸罐、第二膨胀阀及蒸发器；第一压缩机排气口连接引射器第一入口，第二压缩机的排气口连接引射器第二入口，引射器出口连接气体冷却器工质入口；气体冷却器工质出口连接第一膨胀阀入口，第一膨胀阀出口连接闪蒸罐入口；闪蒸罐中的气体出口连接第二压缩机入口，闪蒸罐的液体出口经第二膨胀阀和蒸发器连接第一压缩机的入口。进一步的：闪蒸罐中设置回气U型管。进一步的：回气U型管底部设置φ0.8mm直径回油孔。进一步的：所述一种CO2供暖热泵系统采用的工质为天然工质CO2。进一步的：气体冷却器(4)还连接用于与气体冷却器中工质换热的供暖管路。本技术设置第一压缩机将来自蒸发器中的制冷剂压缩后进入引射器入口，引射来自第二压缩机中的制冷剂气体后，混合气体进入气体冷却器中加热供暖回水；气体冷却器出口的制冷剂经第一节流阀后进入闪蒸罐中闪蒸，分离出气态及液态制冷剂，气态制冷剂由闪蒸罐中的U型管道进入第二压缩机后，由引射器引射路进入引射器中；二次节流闪蒸方式降低了蒸发器节流前的温度，增加了蒸发器中制冷剂的焓差，从而提高了热泵从空气中的吸热量，提高了系统能耗，减弱了高回水温度对CO2供暖热泵性能的影响。相对于现有技术，本技术具有以下有益效果：本技术运用两台并联压缩机降低高回水温度(50℃)时CO2热泵的性能衰减问题；通过使用引射器降低两台压缩机的功耗，提升系统的能效；通过在闪蒸罐中设置带回油孔的回气U型管，保证压缩机吸气状态为气态。本技术采用两级压缩减弱高回水温度带来的性能衰减问题。一级节流后的制冷剂进入闪蒸罐中进行闪蒸过程，气态制冷剂进入第二压缩机中加压后进入引射器，液态制冷剂二次节流后进入蒸发器中蒸发吸热。本技术采用二次节流闪蒸过程，降低蒸发器节流前制冷剂温度，增加了蒸发器中制冷剂的焓差，从而提高热泵系统在空气中的吸热量，提高系统能效，减弱高回水温度对CO2供暖热泵性能的影响。本技术采用引射器，利用来自第一压缩机出口的制冷剂气体，引射来自第二压缩机出口的制冷剂气体后，将其排入气体冷却器中用于加热供暖回水，该方式可降低二级压缩的功耗，提升系统能效。本技术在闪蒸罐中设置回气U型管，保证了由闪蒸罐中进入第二压缩机中的制冷剂为气态，保证第二压缩机运行安全。本技术在闪蒸罐中回气U型管底部设置φ0.8mm直径回油孔，保证润滑油可通过该孔返回第二压缩机中。本技术采用引射器，混合二级压缩机中的气态制冷剂，降低了系统运行中压缩机的功耗，提升了系统能效。【附图说明】图1是气体冷却器10℃进水系统T-h图；图2是气体冷却器40℃进水系统T-h图；图3是本技术的系统结构示意图；图4是本技术CO2供暖热泵系统的热泵热力循环特性图。【具体实施方式】下面结合附图对本技术作进一步详细说明。请参阅图3及图4所示，本技术一种CO2供暖热泵系统，包括第一压缩机11、第二压缩机12、引射器13、气体冷却器14、第一膨胀阀15、闪蒸罐16、第二膨胀阀17及蒸发器18。第一压缩机11排气口连接引射器13入口，引射来自第二压缩机12的气体后，引射器13出口连接气体冷却器14入口，制冷剂在气体冷却器14中放热，加热供暖用水；气体冷却器14出口连接第一膨胀阀15入口，第一膨胀阀15出口连接闪蒸罐16入口，节流后的制冷剂在闪蒸罐中16分离，气体进入第二压缩机12入口，液体由闪蒸罐16出口进入第二膨胀阀17入口，节流后的制冷剂进入蒸发器18中蒸发吸热，气化的制冷剂气体由第一压缩机11入口进入第一压缩机11。为便于详细说明该热泵系统热力特性，结合图3、图4说明系统的循环特性(图3和图4中数字1-10为状态点)。图4中，状态点1-2的过程为第一压缩机的压缩过程，通过设置引射器，引射来自第二压缩机中的制冷剂气体，将其压力提升至状态点5，引射器的使用，降低了第二压缩机的功耗，有利于系统能效比的提升；经过第一膨胀阀后，制冷剂状态由状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CO2供暖热泵系统，其特征在于：包括第一压缩机(11)、第二压缩机(12)、引射器(13)、气体冷却器(14)、第一膨胀阀(15)、闪蒸罐(16)、第二膨胀阀(17)及蒸发器(18)；第一压缩机(11)排气口连接引射器(13)第一入口，第二压缩机(12)的排气口连接引射器(13)第二入口，引射器(13)出口连接气体冷却器(14)工质入口；气体冷却器(14)工质出口连接第一膨胀阀(15)入口，第一膨胀阀(15)出口连接闪蒸罐(16)入口；闪蒸罐(16)中的气体出口连接第二压缩机(12)入口，闪蒸罐(16)的液体出口经第二膨胀阀(17)和蒸发器(18)连接第一压缩机(11)的入口。

【技术特征摘要】
1.一种CO2供暖热泵系统，其特征在于：包括第一压缩机(11)、第二压缩机(12)、引射器(13)、气体冷却器(14)、第一膨胀阀(15)、闪蒸罐(16)、第二膨胀阀(17)及蒸发器(18)；
第一压缩机(11)排气口连接引射器(13)第一入口，第二压缩机(12)的排气口连接引射器(13)第二入口，引射器(13)出口连接气体冷却器(14)工质入口；气体冷却器(14)工质出口连接第一膨胀阀(15)入口，第一膨胀阀(15)出口连接闪蒸罐(16)入口；闪蒸罐(16)中的气体出口连接第二压缩机(12)入口，闪蒸罐(16)的液体出口经第二膨胀阀(17)和蒸发器(18)连接第一压缩机(11)的入口。
2.根据权利要求1所述的一种CO2供暖热泵系统，其特征在于：闪蒸罐(16)中设置回气U型管。
3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹锋，杨东方，金磊，殷翔，何永宁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61