一种跨临界CO2低温热泵系统及其充注量的确定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种跨临界CO2低温热泵系统，包括压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器、气液分离器、电子膨胀阀及比例调节阀，所述压缩机的出口依次通过气体冷却器、回热器、电子膨胀阀及蒸发器连接气液分离器的入口，所述气液分离器的出口通过所述比例调节阀与压缩机的入口相连通，所述比例调节阀分别与回热器及压缩机的入口相连，比例调节阀调节流经回热器的制冷剂流量从而改变系统回热效率。本发明专利技术在气液分离器出口设置比例调节阀，可以调节通过回热器的低温制冷剂流量，从而达到调节回热效率的目的，通过在不同的环境温度下设定不同的回热效率，可以增大热泵系统充注量的允许范围。可以增大热泵系统充注量的允许范围。可以增大热泵系统充注量的允许范围。

【技术实现步骤摘要】
一种跨临界CO2低温热泵系统及其充注量的确定方法


[0001]本专利技术涉及一种热泵
，尤其是涉及一种跨临界CO2低温热泵系统及其充注量的确定方法。

技术介绍

[0002]在热泵空调领域，低温环境制热一直是研究热点和重点之一，二氧化碳作为一种天然制冷剂，不仅具有环保性，而且性能优良，尤其是在低温环境的热泵系统中性能表现良好，特别适合用在温度较低区域的采暖和热水供应。回热器是提高CO2热泵空调系统性能的有效方法，但是，使用回热器会导致压缩机吸气过热度增加，从而导致排气温度升高恶化，尤其是在极低温环境下（
‑
20℃以下），吸气压力较低（1.7MPa以下），压缩机压比较高，回热器的使用极易引起压缩机排气温度超过允许的工作范围；另一方面，对于同一个跨临界CO2热泵系统，制冷剂的充注量与环境温度明显相关，环境温度越高，制冷剂最大充注量越小，工作环境温度范围较大时，制冷剂充注量难以确定，回热器的使用可以一定程度上保证压缩机吸气过热度，增加制冷剂的调节范围，但传统带回热器热泵系统中，在较高温度下确定的制冷剂充注量后，当系统工作在更低温度，容易发生充注量不足，吸气过热度过高，排气温度超过限制；反之，极低温下确定的制冷充注量可能使高环境温度下出现吸气带液。
[0003]因此，当跨临界CO2热泵系统工作环境温度范围比较大，如
‑
30℃到15℃时，在极低温下工作时，由于压缩机吸排气压比很大，使用回热器产生的吸气过热度会导致排气温度过高的问题；而在不使用回热器时，制冷剂充注量允许的范围小，较高环境温度工作时会产生吸气带液，从而使系统工作的环境温度范围减小的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了克服现有技术的不足，提供一种跨临界CO2低温热泵系统及其充注量的确定方法，通过调节比例调节阀的开度控制系统工作时的回热效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种跨临界CO2低温热泵系统，包括压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器、气液分离器、电子膨胀阀及比例调节阀，所述压缩机的出口依次通过气体冷却器、回热器、电子膨胀阀及蒸发器连接气液分离器的入口，所述气液分离器的出口通过所述比例调节阀与压缩机的入口相连通，所述比例调节阀分别与回热器及压缩机的入口相连，比例调节阀调节流经回热器的制冷剂流量从而改变系统回热效率。
[0006]作为优选，所述回热器包括第一通道及第二通道，气体冷却器与回热器的第一通道的入口相连，回热器的第一通道的出口与电子膨胀阀相连，比例调剂阀的入口连接气液分离器的出口，比例调节阀的出口a连接回热器第二通道的入口，比例调剂阀的出口b旁通到回热器的第二通道的出口管路，连接到压缩机的入口。
[0007]作为优选，定义所述系统回热效率为ε，由以下公式给出：
其中，是压缩机的入口焓值，是蒸发器的出口焓值，是压缩机的入口理论最大焓值，为吸气压力和气体冷却器出口温度对应的CO2比焓，即；比例调节阀能够实现开度0~100的连续调节，开度为n时，表示比例调节阀出口a的面积占出口a和出口b的总面积百分比为n%，系统工作时通过控制比例调节阀的开度，使回热效率ε保持在不同的值。
[0008]作为优选，系统运行时，比例调节阀通过控制不同开度使回热效率根据环境温度维持在不同的值，具体的：其中，T_sur是环境温度。
[0009]作为优选，蒸发器是以空气为媒介和制冷剂进行热交换的换热器，或是以水为媒介和制冷剂进行热交换的换热器。
[0010]作为优选，气体冷却器是以空气为媒介和制冷剂进行热交换的换热器，或是以水为媒介和制冷剂进行热交换的换热器。
[0011]一种跨临界CO2低温热泵系统充注量的确定方法，在
‑
20℃至
‑
5℃的环境下，逐渐增加制冷剂的充注量，压缩机在额定转速下工作，通过电子膨胀阀控制排气压力，通过比例调节阀控制回热效率，当蒸发器出口温度刚好变为其对应压力的饱和温度时，此时制冷剂充注量为，按每100g继续增加充注量，至压缩机吸气温度和排气温度开始降低，将前一个制冷剂充注量记为；在高于
‑
5℃的环境下，控制回热效率，按上述相同方法获得两个制冷剂充注量为和；在不高于
‑
20℃的环境下，控制回热效率，通过电子膨胀阀控制排气压力，逐渐增加制冷剂充注量，当蒸发器出口温度刚好变为其对应压力的饱和温度时，按每100g继续增加充注量，直到压缩机吸气过热度小于2K，记录此时制冷剂充注量为，。
[0012]因此，本专利技术具有如下有益效果：在气液分离器出口设置比例调节阀，可以调节通过回热器的低温制冷剂流量，从而达到调节回热效率的目的，通过在不同的环境温度下设定不同的回热效率，可以增大热泵系统充注量的允许范围；一方面保证在极低温工作时，减小回热效率，降低吸气过热度，使不会由于压比太大导致排气温度过高，另一方面在较高温度工作时，增大回热效率，保证压缩机吸气过热，防止带液。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的一种结构示意图。
[0014]图中：1、压缩机
ꢀꢀ
2、气体冷却器
ꢀꢀ
3、回热器
ꢀꢀ
4、气液分离器
ꢀꢀ
5、电子膨胀阀
ꢀꢀ
6、
蒸发器
ꢀꢀ
7、比例调节阀
ꢀꢀ
8、出口a 9、出口b 10、第一通道
ꢀꢀ
11、第二通道。
具体实施方式
[0015]下面结合附图与具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。
[0016]在图1所示的实施例中，本专利技术的一种跨临界CO2低温热泵系统，包括压缩机1、气体冷却器2、回热器3、蒸发器6、气液分离器4、电子膨胀阀5及比例调节阀7，所述压缩机的出口依次通过气体冷却器、回热器、电子膨胀阀及蒸发器连接气液分离器的入口，所述气液分离器的出口通过所述比例调节阀与压缩机的入口相连通，所述比例调节阀分别与回热器及压缩机的入口相连，比例调节阀调节流经回热器的制冷剂流量从而改变系统回热效率。
[0017]所述回热器包括第一通道10及第二通道11，气体冷却器与回热器的第一通道的入口相连，回热器的第一通道的出口与电子膨胀阀相连，比例调剂阀的入口连接气液分离器的出口，比例调节阀包括出口a8及出口b9，比例调节阀的出口a连接回热器第二通道的入口，比例调剂阀的出口b旁通到回热器的第二通道的出口管路，连接到压缩机的入口。
[0018]定义所述系统回热效率为ε，由以下公式给出：其中，是压缩机的入口焓值，是蒸发器的出口焓值，是压缩机的入口理论最大焓值，为吸气压力和气体冷却器出口温度对应的CO2比焓，即；比例调节阀能够实现开度0~100的连续调节，开度为n时，表示比例调节阀出口a的面积占出口a和出口b的总面积百分比为n%，系统工作时通过控制比例调节阀的开度，使回热效率ε保持在不同的值。
[0019]系统运行时，比例调节阀通过控制不同开度使回热效率根据环境温度维持在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跨临界CO2低温热泵系统，其特征是，包括压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器、气液分离器、电子膨胀阀及比例调节阀，所述压缩机的出口依次通过气体冷却器、回热器、电子膨胀阀及蒸发器连接气液分离器的入口，所述气液分离器的出口通过所述比例调节阀与压缩机的入口相连通，所述比例调节阀分别与回热器及压缩机的入口相连，比例调节阀调节流经回热器的制冷剂流量从而改变系统回热效率。2.根据权利要求1所述的一种跨临界CO2低温热泵系统，其特征是，所述回热器包括第一通道及第二通道，气体冷却器与回热器的第一通道的入口相连，回热器的第一通道的出口与电子膨胀阀相连，比例调剂阀的入口连接气液分离器的出口，比例调节阀的出口a连接回热器第二通道的入口，比例调剂阀的出口b旁通到回热器的第二通道的出口管路，连接到压缩机的入口。3.根据权利要求2所述的一种跨临界CO2低温热泵系统，其特征是，定义所述系统回热效率为ε，由以下公式给出：其中，是压缩机的入口焓值，是蒸发器的出口焓值，是压缩机的入口理论最大焓值，为吸气压力和气体冷却器出口温度对应的CO2比焓，即；比例调节阀能够实现开度0~100的连续调节，开度为n时，表示比例调节阀出口a的面积占出口a和出口b的总面积百分比为n%，系统工作时通过控制比例调节阀的开度，使回热效率ε保持在不同的值。4.根据权利要求3所述的一种跨临界CO2低温热泵系统，其特征是，系统运行时，比例调节阀通过控制不同开度使回热...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华治，陶然，
申请(专利权)人：宁波美科二氧化碳热泵技术有限公司，
类型：发明
国别省市：