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二氧化碳热泵循环回路的制作方法
发布时间:2020-12-30 19:56

  本实用新型属于空气能热泵或空气能热水器领域,具体是二氧化碳热泵循环回路。

  热泵技术在最近几年得到了飞速发展,特别是在中国北方采用空气能热泵取代传统的燃煤取暖已是大势所趋。目前,热泵压缩机大部分采用R22,R410a等冷媒,这种压缩机在低温环境(-25℃)下,不仅需要采用喷气增焓或喷液技术才能保证足够的排气温度供采暖或热水之用,而且不环保。而二氧化碳冷媒是目前世界上已知的最环保的冷媒,其物性也是最适合低温热泵系统的冷媒之一,二氧化碳冷媒蒸发温度低,排气温度高,在低温环境下可以安全地制取70℃~90℃的热水,是适应低温环境最好的冷媒。但是,二氧化碳作为冷媒,其临界温度低(31℃),系统需要在超临界状态下工作,在通常情况下,水冷却器难于将高温高压的二氧化碳冷媒直接冷却成液态,虽然在水冷却器入口采用低温冷却水(低于31℃)可以将高温高压的二氧化碳冷媒冷凝成液态,但是,热泵冷却水或循环水的温度以及环境温度并不能确保一年四季都低于二氧化碳冷媒的临界温度。因此,水冷却器并不能确保二氧化碳冷媒在任何情况下都能冷凝成液态,而如果二氧化碳冷媒在进入节流装置前没有冷凝成液态,就无法实现节流蒸发的目的。

  为了克服现有技术的不足,本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种能够确保二氧化碳在冷却水或循环水高于其临界温度时仍能冷凝成液态从而能够作为冷媒使用的二氧化碳热泵循环回路。

  二氧化碳热泵循环回路,包括压缩机、水冷却换热器、套管热交换器、节流装置、蒸发器,各部件通过管道进行以下连接:压缩机的出口与水冷却换热器的冷媒管进口相连,水冷却换热器的冷媒管出口与套管热交换器的管程进口相连,水冷却换热器的冷却水管进口和冷却水管出口分别连通外界的冷却水进水管和冷却水出水管,套管热交换器的管程出口与节流装置的进口相连,节流装置的出口与蒸发器的进口相连,蒸发器的出口与套管热交换器的壳程进口相连,套管热交换器的壳程出口与压缩机的进口相连,制热运行时,经所述压缩机压缩后的二氧化碳气体依次流经水冷却换热器的冷媒管、套管热交换器的管程、节流装置、蒸发器和套管热交换器的壳程,最后回到压缩机。

  优选,所述水冷却换热器的冷媒管出口与所述蒸发器的进口之间还并联一条化霜管道,所述化霜管道上串联安装一个常闭阀,其中:

  制热运行时,所述常闭阀关闭,经所述压缩机压缩后的二氧化碳气体依次流经所述水冷却换热器的冷媒管、所述套管热交换器的管程、所述节流装置、所述蒸发器和所述套管热交换器的壳程,最后回到压缩机;

  化霜运行时,所述常闭阀开启,经所述压缩机压缩后的二氧化碳气体流经所述水冷却换热器、所述化霜管道后进入所述蒸发器,从蒸发器出来后流经所述套管热交换器的壳程后,最后回到压缩机。

  优选,所述常闭阀为常闭电磁阀,所述二氧化碳热泵循环回路还包括控制系统和温度传感器,所述常闭电磁阀和温度传感器分别与控制系统电连接。

  优选,所述压缩机的出口还外接一个高压开关,所述高压开关包括一个用于测量压缩机的出口排气压力的压力传感器和一个用于控制压缩机停止运行的控制器,所述控制器内预设有使其控制压缩机停止运行的压力阈值。

  优选,所述水冷却换热器的冷媒管出口与所述套管热交换器的管程进口之间的管道上还串联安装一个过滤器。

  优选,所述水冷却换热器的冷却水管进口设置在靠近水冷却换热器的冷媒管出口处,水冷却换热器的冷却水管出口设置在靠近水冷却换热器的冷媒管进口处。

  本实用新型二氧化碳热泵循环回路的有益效果是:①通过在循环回路中增加套管热交换器,将经过水冷却换热器的二氧化碳冷媒引入到套管热交换器的管程(内管),同时将蒸发器出口的低温二氧化碳气体或液体引入套管热交换器的壳程(夹层)用于冷却管程中的二氧化碳冷媒,使其液化,液化后的二氧化碳冷媒进入节流装置(毛细管或膨胀阀),经过节流减压后进入蒸发器内部蒸发,从而实现了二氧化碳热泵循环回路的循环;②通过在循环回路中并联一条化霜管道,化霜管道上设置常闭阀,当环境温度和蒸发器温度满足化霜条件时,开启常闭阀,从水冷却换热器的冷媒管出口出来的高温二氧化碳气体直接进入蒸发器,实现蒸发器化霜。

  以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的效果作进一步说明,以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。

  其中:1-压缩机,2-水冷却换热器,21-冷却水进水管,22-冷却水出水管,3-套管热交换器,4-节流装置,5-蒸发器,6-化霜管道,7-常闭阀,8-高压开关,9-过滤器。

  为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处说描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。

  如图1所示,二氧化碳热泵循环回路,包括压缩机1、水冷却换热器2、套管热交换器3、节流装置4、蒸发器5,上述各部件通过管道进行以下连接:压缩机1的出口与水冷却换热器2的冷媒管进口相连,水冷却换热器2的冷媒管出口与套管热交换器3的管程进口相连,水冷却换热器2的冷却水管进口和冷却水管出口分别连通外界的冷却水进水管21和冷却水出水管22,套管热交换器3的管程出口与节流装置4的进口相连,节流装置4的出口与蒸发器5的进口相连,蒸发器5的出口与套管热交换器3的壳程进口相连,套管热交换器3的壳程出口与压缩机1的进口相连。

  制热运行时,压缩机1将套管换热器中的二氧化碳气体吸入压缩形成高温高压气体从压缩机1出口排出,高温高压二氧化碳气体进入水冷却换热器2,低温进水从水冷换热器的冷却水管进口引入,然后从水冷换热器的冷却水管出口引出,实现高温出水,降温后的二氧化碳冷媒进入套管热交换器3的管程(内管),进一步将蒸发器5出口的低温二氧化碳气体或液体引入套管热交换器3的壳程(夹层)用于冷却管程中的二氧化碳冷媒,使其液化,液化后的二氧化碳冷媒经过节流装置4(膨胀阀或毛细管)降压后进入蒸发器5蒸发,蒸发后的二氧化碳冷媒再进入套管热交换器3的壳程(夹层)对套管热交换器3的管程(内管)中的高温二氧化碳冷媒降温,在吸收高温二氧化碳冷媒热量后,进入压缩机1,压缩机1的进气温度得到提高,这样排气温度也会较高。

  作为优选的实施方式,所述水冷却换热器2的冷媒管出口与所述蒸发器5的进口之间还并联一条化霜管道6,所述化霜管道6上串联安装一个常闭阀7,其中:

  制热运行时,所述常闭阀7关闭,经所述压缩机1压缩后的二氧化碳气体依次流经所述水冷却换热器2的冷媒管、所述套管热交换器3的管程、所述节流装置4、所述蒸发器5和所述套管热交换器3的壳程,最后回到压缩机1;

  化霜运行时,所述常闭阀7开启,因为环境温度较高,所以经所述压缩机1压缩后的二氧化碳气体流经所述水冷却换热器2后还是较高温度的二氧化碳气体,因为节流装置4的阻力较大,所以从水冷却换热器2排出的绝大部分高温二氧化碳气体都直接经所述化霜管道6后进入所述蒸发器5,实现蒸发器5化霜,然后再从蒸发器5出来后流经所述套管热交换器3的壳程后,最后回到压缩机1。

  作为优选的实施方式,所述常闭阀7为常闭电磁阀,所述二氧化碳热泵循环回路还包括控制系统和温度传感器,所述常闭电磁阀和温度传感器分别与控制系统电连接。

  作为优选的实施方式,所述压缩机1的出口还外接一个高压开关8,所述高压开关8包括一个用于测量压缩机1的出口排气压力的压力传感器和一个用于控制压缩机1停止运行的控制器,所述控制器内预设有使其控制压缩机1停止运行的压力阈值。

  作为优选的实施方式,所述水冷却换热器2的冷媒管出口与所述套管热交换器3的管程进口之间的管道上还串联安装一个过滤器9。

  作为优选的实施方式,所述水冷却换热器2的冷却水管进口设置在靠近水冷却换热器2的冷媒管出口处,水冷却换热器2的冷却水管出口设置在靠近水冷却换热器2的冷媒管进口处。

  附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是,本实用新型可以以许多不同的形式来实现,并不限于本说明书所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。