CO2热泵用相变载冷剂自驱供暖系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种CO2热泵用相变载冷剂自驱供暖系统，包括压缩机、气体冷却器、蒸发器和用户端；所述压缩机的制冷剂出口与气体冷却器的制冷剂进口连通，气体冷却器的制冷剂出口与蒸发器的制冷剂进口连通，蒸发器的制冷剂出口与压缩机的制冷剂进口连通；气体冷却器的相变载冷剂进口与用户端的出口连通，气体冷却器的相变载冷剂出口与用户端的进口连通。供暖系统用户侧采用无外动力驱动循环的形式，不设置水泵，利用相变载冷剂吸热放热发生的相态变化所产生的推动力，推动其在用户端与气体冷却器之间循环；这种供暖方式去掉了水泵的功耗部分，大大减少了供热系统的总功耗，提高了能源利用率。

The self drive heating system of phase change refrigerant for CO2 heat pump

The utility model relates to a phase change refrigerant self drive heating system for a CO2 heat pump, including a compressor, a gas cooler, a evaporator and a user end; the refrigerant outlet of the compressor is connected with the inlet of the refrigerant of the gas cooler, the refrigerant outlet of the gas cooler is connected with the refrigerant inlet of the evaporator, and the evaporator is connected. The refrigerant outlet is connected to the refrigerant inlet of the compressor; the phase change refrigerant inlet of the gas cooler is connected with the outlet of the end of the user, and the phase change refrigerant outlet of the gas cooler is connected with the import of the end of the user. The user side of the heating system adopts the form of no external power drive cycle, and does not set the pump, and uses the propelling force generated by phase change of the phase change refrigerant to heat and exothermic heat to drive it to circulate between the end of the user and the gas cooler. This heating method removes the power consumption part of the pump and greatly reduces the total heat supply system. Power consumption improves the utilization of energy.

【技术实现步骤摘要】
CO2热泵用相变载冷剂自驱供暖系统
本技术涉及供暖领域，具体涉及一种CO2热泵用相变载冷剂自驱供暖系统。
技术介绍
进入2016年，北京、河北、山西等北方省市全面加速了“煤改电”进程，清洁采暖改造步入了深层次阶段，不仅为空气能采暖产业全面崛起带来新机遇，也为国内热泵企业进军北方采暖市场迎来发展新契机。但是，空气源热泵受外界环境温度波动的影响较大，尤其是低温环境。中国辐射制冷供暖委员会专家委员会邓有源曾直言：“技术壁垒是阻碍空气能北方市场发展的一大难题，首当其冲的就是产品的耐寒性，与传统的家用或商用热水不同，采暖对于技术指标的要求更为严格，需要满足超低温环境工况下的强效制热、超低温环境工况下的高效化除冻霜以及超低温环境下的管路畅通等条件。CO2本身优越的物理特性使其很适合作为制冷工质，其跨临界循环中温度滑移很大，能将冷水加热到很高的温度，但随着进水温度的升高，气体冷却器换热效果急剧衰减，换热器出口制冷剂温度升高，节流损失增大，热泵性能也急剧下降。同时，用户侧水泵的功耗也一直在热泵系统能耗中占有不少比重，供热输配循环水泵能耗约占供热系统总耗电量的40％，大大降低了供热热源效率。近些年出现的直膨式跨临界CO2热泵采暖系统，直接采用制冷剂为传热介质，利用从压缩机排放的高温制冷剂与室内空气通过换热器交换热量或直接向室内辐射供热，传递热量为水的10倍，系统无需二次热源，减少了一个能量传递环节和传热热阻，也不需要循环泵等输送系统，大大减少了输送能耗和能量损失。然而，直膨式热泵由于一次侧和二次侧使用一种工质，如需单独调控二次侧工质流量较为困难，不便于控制，且由于系统管道压力大，制冷剂分子极易从不良接缝处泄露。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可以独立调控一次侧与二次侧的流量，避免制冷剂分子泄露的CO2热泵用相变载冷剂自驱供暖系统。本技术的具体技术方案如下：一种CO2热泵用相变载冷剂自驱供暖系统，包括压缩机、气体冷却器、蒸发器和用户端；所述气体冷却器包括换热管，所述换热管为同心设置的内管和外管，内管的两端分别为制冷剂出口和制冷剂进口，内管和外管形成的环形空腔的两端分别为相变载冷剂进口、相变载冷剂出口，所述制冷剂进口与相变载冷剂出口位于换热管的同一端；所述压缩机的制冷剂出口与气体冷却器的制冷剂进口连通，气体冷却器的制冷剂出口与蒸发器的制冷剂进口连通，蒸发器的制冷剂出口与压缩机的制冷剂进口连通；气体冷却器的相变载冷剂进口与用户端的出口连通，气体冷却器的相变载冷剂出口与用户端的进口连通。作为本技术的进一步改进所述换热管包括细径段、粗径段，所述细径段的内管直径等于粗径段的内管直径，细径段的外管直径小于粗径段的外管直径，所述细径段设在相变载冷剂出口处、粗径段设在相变载冷剂进口处，细径段与粗径段之间具有外管直径由细径段至粗径段逐渐增大的渐变段。作为本技术的进一步改进，所述粗径段的外管直径与细径段的外管直径比为1.2～1.5。作为本技术的进一步改进，所述粗径段的长度占换热管总长的1/4～1/3，渐变段的长度为4～6cm。作为本技术的进一步改进，所述气体冷却器和蒸发器之间设有电子膨胀阀。作为本技术的进一步改进，所述压缩机和气体冷却器之间设有高压控制器。作为本技术的进一步改进，所述压缩机和蒸发器之间设有低压控制器。作为本技术的进一步改进，所述气体冷却器的相变载冷剂出口与用户端的进口之间设有调节阀。作为本技术的进一步改进，所述同心设置的内管和外管呈螺旋状结构。本技术的的优点在于：1、供暖系统用户侧采用无外动力驱动循环的形式，不设置水泵，利用相变载冷剂吸热放热发生的相态变化所产生的推动力，推动其在用户端与气体冷却器之间循环；这种供暖方式去掉了水泵的功耗部分，大大减少了供热系统的总功耗，提高了能源利用率。2、选用比热高，相变温度适宜，动力粘度小的载冷剂，管道内流动时阻力小，降低了CO2在气体冷却器的出口温度，减小节流损失；避免水质问题带来的换热器结垢和腐蚀；提高了换热器的传热效率，增强了其换热效果，供暖时用户侧温度上升速度快，满足人们热舒适需求；而低熔点的载冷剂又减少了采用地暖时出现“地暖试水不供暖造成管道冻裂”的现象，为系统安全运行提供了保障。3、本技术采用用户侧载冷剂自驱的形式，与直膨式热泵相比，虽然两者均无水泵功耗，但是本技术的自驱系统制冷剂和相变载冷剂通过气体冷却器进行逆流换热，一次侧和用户侧流量可以独立控制，弥补了直膨式热泵的一种制冷工质在供热系统内循环所造成控制不便等缺点，使系统能够有效调控、以便在不同的工况条件下运行。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术气体冷却器内管和外管的结构示意图；图3为图2的A-A向及B-B向截面图。其中：1为压缩机，2为气体冷却器，3为电子膨胀阀，4为蒸发器，5为低压控制器，6为高压控制器，7为四通阀，8为用户端，9为调节阀。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步说明，本技术未提及部分均为现有技术。参见图1，本技术提供的一种CO2热泵用相变载冷剂自驱供暖系统，包括压缩机1、气体冷却器2、蒸发器4和用户端8。气体冷却器2包括换热管，所述换热管为同心设置的内管和外管，内管的两端分别为制冷剂出口和制冷剂进口，内管和外管形成的环形空腔的两端分别为相变载冷剂进口、相变载冷剂出口，所述制冷剂进口与相变载冷剂出口位于换热管的同一端。压缩机1的制冷剂出口与气体冷却器2的制冷剂进口连通，气体冷却器2的制冷剂出口与蒸发器4的制冷剂进口连通，蒸发器4的制冷剂出口与压缩机1的制冷剂进口连通；气体冷却器2的相变载冷剂进口与用户端8的出口连通，气体冷却器2的相变载冷剂出口与用户端8的进口连通，相变载冷剂完成循环。压缩机1和气体冷却器2之间设有高压控制器6，压缩机1和蒸发器4之间设有低压控制器5；以便对压缩机出口、进口处的压力进行控制调节。高压控制器6的出口与四通阀7的一个阀口连通、低压控制器5的入口与四通阀7的一个阀口连通、气体冷却器2的制冷剂进口以及蒸发器4的制冷剂出口分别与四通阀7的两个阀口相连通。气体冷却器2的制冷剂出口排放的高压低温制冷剂经过电子膨胀阀3节流降压后进入蒸发器4的制冷剂进口，气体冷却器2中制冷剂与相变载冷剂逆流换热，吸收热量发生相变的相变载冷剂通过调节阀9进入用户端8放热，用户端8的出口直接与气体冷却器2的相变载冷剂进口相连，管路上设置的调节阀9则可用来调节载冷剂的流速，满足用户需求。参见图2和图3，本技术所述的气体冷却器的内管和外管同心设置，为了减少换热过程中的热量损失、提高换热效率，优选的，所述同心设置的内管和外管呈螺旋状结构。气体冷却器的内管走高压二氧化碳，内管和外管形成的环形空腔走相变载冷剂，两者采用逆流换热的形式，在换热的后半段，相变载冷剂吸热由液相变为气相，为了提高相变载冷剂的换热系数，所述换热管包括细径段、粗径段，所述细径段的内管直径等于粗径段的内管直径，细径段的外管直径小于粗径段的外管直径，所述细径段设在相变载冷剂出口处、粗径段设在相变载冷剂进口处，细径段与粗径段之间具有外管直径由细径段至粗径段逐渐增大的渐变段。优选的，粗径段B-B截面处的外管直径与细径段A-A截面处的外管直径比为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CO2热泵用相变载冷剂自驱供暖系统，其特征在于，包括压缩机、气体冷却器、蒸发器和用户端；所述气体冷却器包括换热管，所述换热管为同心设置的内管和外管，内管的两端分别为制冷剂出口和制冷剂进口，内管和外管形成的环形空腔的两端分别为相变载冷剂进口、相变载冷剂出口，所述制冷剂进口与相变载冷剂出口位于换热管的同一端；所述压缩机的制冷剂出口与气体冷却器的制冷剂进口连通，气体冷却器的制冷剂出口与蒸发器的制冷剂进口连通，蒸发器的制冷剂出口与压缩机的制冷剂进口连通；气体冷却器的相变载冷剂进口与用户端的出口连通，气体冷却器的相变载冷剂出口与用户端的进口连通。

【技术特征摘要】
1.一种CO2热泵用相变载冷剂自驱供暖系统，其特征在于，包括压缩机、气体冷却器、蒸发器和用户端；所述气体冷却器包括换热管，所述换热管为同心设置的内管和外管，内管的两端分别为制冷剂出口和制冷剂进口，内管和外管形成的环形空腔的两端分别为相变载冷剂进口、相变载冷剂出口，所述制冷剂进口与相变载冷剂出口位于换热管的同一端；所述压缩机的制冷剂出口与气体冷却器的制冷剂进口连通，气体冷却器的制冷剂出口与蒸发器的制冷剂进口连通，蒸发器的制冷剂出口与压缩机的制冷剂进口连通；气体冷却器的相变载冷剂进口与用户端的出口连通，气体冷却器的相变载冷剂出口与用户端的进口连通。2.根据权利要求1所述的CO2热泵用相变载冷剂自驱供暖系统，其特征在于，所述换热管包括细径段、粗径段，所述细径段的内管直径等于粗径段的内管直径，细径段的外管直径小于粗径段的外管直径，所述细径段设在相变载冷剂出口处、粗径段设在相变载冷剂进口处，细径段与粗径段之间具有外管直径由细径段至粗径段逐渐增大的渐变段。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟华，孙民，王沣浩，王志华，许怡博，陈思远，蒋宇鑫，
申请(专利权)人：张伟华，孙民，陈思远，
类型：新型
国别省市：江苏,32