CN201463409U - 二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统 - Google Patents
二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN201463409U CN201463409U CN200920078243.1U CN200920078243U CN201463409U CN 201463409 U CN201463409 U CN 201463409U CN 200920078243 U CN200920078243 U CN 200920078243U CN 201463409 U CN201463409 U CN 201463409U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- heat pump
- transcritical
- pipeline
- pump unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 106
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 24
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 4
- NEHMKBQYUWJMIP-UHFFFAOYSA-N chloromethane Chemical compound ClC NEHMKBQYUWJMIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 carbon steel Chemical class 0.000 description 2
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 2
- VOPWNXZWBYDODV-UHFFFAOYSA-N Chlorodifluoromethane Chemical compound FC(F)Cl VOPWNXZWBYDODV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229940050176 methyl chloride Drugs 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
本实用新型公开了二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统，其由一级热泵机组构成，包括压缩机、膨胀器、蒸发器、气液分离器、回热器和气体换热器以及将所述各装置连接成一体的管路；其中，所述膨胀器的入口通过管路与所述回热器相连，该膨胀器的出口通过管路与所述蒸发器的入口相连，该蒸发器的出口通过管路与所述压缩机的入口相连；所述蒸发器还通过管路还与所述气液分离器相连，该气液分离器通过管路还与所述压缩机相连，所述压缩机通过管路与所述气体换热器的进气口相连，而该气体换热器的回气口同时还与所述回热器相连，从而构成二氧化碳循环的热泵回路。本实用新型大大提升二氧化碳热泵机组于跨临界状态下的循环运行的工作效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及二氧化碳于跨临界状态下在热泵机组的应用，特别涉及二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统。
背景技术
二氧化碳作为制冷剂，在19世纪末至20世纪30年代前，CO2(R744)，氨(R717)，SO2(R764)，氯甲烷(R40)等曾被广泛应用。上述除了CO2外，其余工质均有毒性或可燃性，而CO2则因无毒且不燃，因而在民用和船用制冷等方面有其巨大的优势。在制冷空调的许多应用领域，使用CO2作制冷剂具有相当多的优点，主要概括如下：
a)环境性能优良。CO2是自然界天然存在的物质，它的臭氧层破坏潜能(ODP)为零，其温室效应潜能极小(GWP＝1)。而现在作为推荐替代工质HFC及其混合物，其ODP虽为零，但GWP却比CO2高1000～2000倍。如果考虑到所用CO2大多为化工副产品，用它做制冷剂正好回收了原来要排向大气的废物的话，CO2的温室效应就应为零。再加上HFC及其混合物不但会增加温室效应，而且可能产生其它现未知的副作用，CO2在这一方面的优势就更为明显。尤其是随着制冷空调设备数量的增加，对各种制冷工质的需要量逐年上升，在选择和确定现有制冷空调设备中所用的制冷工质的替代物时，完全有理由把更多的精力投向对人类自身生存环境无破坏作用的自然工质CO2。
b)自身费用低，无需回收或再生，操作与运行的费用也较低。
c)化学稳定性好。CO2与水混合时呈弱酸性，可腐蚀碳钢等普通金属，但不腐蚀不锈钢和铜类金属。当输送的CO2比较干燥(含水率小于8ppm)时，可采用普通的碳素钢。
d)有利于减小装置体积。高的工作压力使得压缩机吸气比容较小，使得容积制冷量较大，使得压缩尺寸减小。流动和传热性能提高，减少了管道和热交换器的尺寸，从而使系统非常紧凑。
e)安全无毒，不可燃，即使在高温下也不分解产生有害气体，因为CO2是碳的最高氧化状态，具有非常稳定的化学性质。
采用CO2为制冷剂也有缺点，CO2高的临界压力和低的临界温度也给它做制冷剂带来了许多难题二氧化碳的临界点温度和压力分别为31.2摄氏度和7.38Mp，而远远高于空气源热泵机组常用的制冷剂R22的工作压力临界温度(℃)96.1临界压力4.978Mpa。二氧化碳临界点温度低，为实现高温热水，二氧化碳热泵热水系统必须使制冷剂跨临界循环才能实现。无论亚临界循环还是跨临界循环，CO2制冷系统的运行压力都将高于传统的制冷空调系统，这必然会给系统及部件的设计带来许多新的要求。同时现阶段还存在CO2制冷系统的效率相对较低的问题。在国际上许多国家都已展开跨临界循环理论研究和一些应用，在国内高效率跨临界循环装置还未见应用。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种于高压循环下，可高效运行的二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统.
为解决上述技术问题，本实用新型的二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统由一级热泵机组构成，该一级热泵机组采用二氧化碳作为循环工质，其包括压缩机、膨胀器、蒸发器、气液分离器、回热器和气体换热器以及将所述各装置连接成一体的管路；其中，所述膨胀器的入口通过管路与所述回热器相连，该膨胀器的出口通过管路与所述蒸发器的入口相连，该蒸发器的出口通过管路与所述压缩机的入口相连；所述蒸发器还通过管路还与所述气液分离器相连，该气液分离器通过管路还与所述压缩机相连，所述压缩机通过管路与所述气体换热器的进气口相连，而该气体换热器的回气口同时还与所述回热器相连，从而构成二氧化碳循环的热泵回路。
作为本实用新型的一种优选方案，所述膨胀器包括与控制器相连的膨胀阀和若干针阀，该控制器还同时与位于所述蒸发器和气液分离器之间的传感器相连。
作为本实用新型的一种优选方案，所述气体换热器为湍流换热器，该湍流换热器包括呈盘旋状的钢管及内套于其中的多头内螺旋型波纹管，所述钢管与铜管焊封成一体。
作为本实用新型的一种优选方案，于所述多头螺旋型波纹管的内外两侧流动有工作介质。
作为本实用新型的一种优选方案，所述湍流换热器的多头内螺旋型波纹管的螺纹头数、螺纹深度和螺纹螺距为可调整设计。
作为本实用新型的一种优选方案，所述螺纹螺距的范围是30毫米至120毫米。
本实用新型的技术效果在于，大大提升二氧化碳热泵机组于跨临界状态下的循环运行的工作效率；其中，气体换热器的螺旋型波纹管的设计增大了单位金属管的表面积，并能使管壁内的流体始终处于高度湍流状态，从而具备较高的换热效率，同时又具备耐高压性。
附图说明
下面结合附图和较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统的原理图；
图2a是是本实用新型二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统的气体换热器的俯视图；
图2b是是本实用新型二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统的气体换热器的侧视图；
图3a是本实用新型二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统的气体换热器的内部螺旋波纹管的管体横剖面结构示意图；以及
图3b是本实用新型二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统的气体换热器的内部螺旋波纹管的管体纵剖面结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统由一级热泵机组构成，该一级热泵机组采用二氧化碳作为循环工质，其包括压缩机2、膨胀器、蒸发器3、气液分离器5、回热器6和气体换热器1以及将所述各装置连接成一体的管路；其中，所述膨胀器的入口通过管路与所述回热器6相连，该膨胀器的出口通过管路与所述蒸发器3的入口相连，该蒸发器3的出口通过管路与所述压缩机2的入口相连；所述蒸发器3还通过管路还与所述气液分离器5相连，该气液分离器5通过管路还与所述压缩机2相连，所述压缩机2通过管路与所述气体换热器1的进气口相连，而该气体换热器1的回气口同时还与所述回热器相连从而构成二氧化碳循环的热泵回路.
所述膨胀器包括与控制器11相连的膨胀阀8和若干针阀9，该控制器11还同时与位于所述蒸发器3和气液分离器5之间的传感器12相连。
其中，压缩机2相当于系统的心脏，系统中制冷剂的循环是靠压缩机2的运转；气体换热器1是一种高压部件，它将压缩机排出的高温高压制冷剂气体，通过冷凝器的管壁和翅片将热量传给水，将水提高到使用温度；电子膨胀阀8是节流组件用于控制制冷剂在蒸发器的合适的蒸发温度，以达到吸收热量的作用；气液分离器5的目的是使气液分离，气体进入压缩机2，保护压缩机2免受液体冲击；压力表9装在系统中直接反应系统中压力值；控制器11实现对整个系统的开、停、运行等自动控制，实现无人值守；传感器12负责感知R744冷媒蒸发后的温度，经过控制器11判断对电子膨胀阀8进行流量调整。
二氧化碳热泵热热水机组是将二氧化碳作为循环工作介子密封在的循环的管路系统中，二氧化碳压缩机2开启后可驱动二氧化碳在管路系统中循环。通过节流组件的作用，在蒸发器3中低压下气体产生膨胀蒸发，吸收低温环境中热量，吸热后的二氧化碳，经过气液分离器5对气体加热，并气液分离，气态的二氧化碳进入二氧化碳压缩机2压缩变成高温高压气体，在气体换热器1将热量传递给低温水，经过循环加热将水温度提高到用户设定温度。
如图2a、图2b、图3a和图3b所示，本实用新型的气体换热器5为湍流换热器，该湍流换热器包括呈盘旋状的钢管51及内套于其中的多头内螺旋型波纹管52，所述钢管与铜管焊封成一体。在所述波纹管52的内、外侧分别流动两种介质。由于所述波纹管52是螺旋多头结构，强化了金属管的表面构造，其制造工艺增大了单位金属管的表面面积，并能在管壁上形成非常剧烈热交换的螺旋结构造成流体始终处于高度湍流状态，传热系数很高，是传统壳管式换热器的2～3倍。具备和板式换热器相当的换热效率。同时又具备壳管式换热器耐压高的特点。经过测试发现，螺旋波纹管52螺纹深度(H)大，换热面积大，换热量也随之增加。流体无温度梯度，为适应机组不同流量系统，螺纹的头数、螺纹深度(H)、螺纹螺距(P)均可调整，螺距范围：30-120mm。
主要技术与性能指标：
出水温度：90℃
适用环境温度：-20℃～43℃
电源：220V～50Hz或380V～50Hz
工作介子：R744
压缩机：高效全封旋转式压缩机
气体换热器：高耐压湍流高效螺旋换热器，冷媒侧压力12MPa，水侧1MPa。
回热器冷媒热侧压力12MPa，冷媒冷侧压力7MPa
节流方式：电子膨胀阀。
控制方式：模块化中央处理器控制。
Claims (6)
1.二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统，其特征在于，由一级热泵机组构成，该一级热泵机组采用二氧化碳作为循环工质，其包括压缩机、膨胀器、蒸发器、气液分离器、回热器和气体换热器以及将所述各装置连接成一体的管路；其中，所述膨胀器的入口通过管路与所述回热器相连，该膨胀器的出口通过管路与所述蒸发器的入口相连，该蒸发器的出口通过管路与所述压缩机的入口相连；所述蒸发器还通过管路还与所述气液分离器相连，该气液分离器通过管路还与所述压缩机相连，所述压缩机通过管路与所述气体换热器的进气口相连，而该气体换热器的回气口同时还与所述回热器相连，从而构成二氧化碳循环的热泵回路。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统，其特征在于，所述膨胀器包括与控制器相连的膨胀阀和若干针阀，该控制器还同时与位于所述蒸发器和气液分离器之间的传感器相连。
3.根据权利要求1或2所述的二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统，其特征在于，所述气体换热器为湍流换热器，该湍流换热器包括呈盘旋状的钢管及内套于其中的多头内螺旋型波纹管，所述钢管与铜管焊封成一体。
4.根据权利要求3所述的二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统，其特征在于，于所述多头螺旋型波纹管的内外两侧流动有工作介质。
5.根据权利要求4所述的二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统，其特征在于，所述湍流换热器的多头内螺旋型波纹管的螺纹头数、螺纹深度和螺纹螺距为可调整设计。
6.根据权利要求5所述的二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统，其特征在于，所述螺纹螺距的范围是30毫米至120毫米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200920078243.1U CN201463409U (zh) | 2009-07-14 | 2009-07-14 | 二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200920078243.1U CN201463409U (zh) | 2009-07-14 | 2009-07-14 | 二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN201463409U true CN201463409U (zh) | 2010-05-12 |
Family
ID=42390760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200920078243.1U Expired - Fee Related CN201463409U (zh) | 2009-07-14 | 2009-07-14 | 二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN201463409U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102720553A (zh) * | 2012-04-27 | 2012-10-10 | 王法文 | 一种产生动能和制冷的方法与设备 |
| CN112032826A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-12-04 | 青岛海尔空调电子有限公司 | 空调机组及其控制方法 |
| CN117109195A (zh) * | 2023-10-19 | 2023-11-24 | 逸励柯环境科技(江苏)有限公司 | 一种跨临界二氧化碳冷热联供机组 |
-
2009
- 2009-07-14 CN CN200920078243.1U patent/CN201463409U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102720553A (zh) * | 2012-04-27 | 2012-10-10 | 王法文 | 一种产生动能和制冷的方法与设备 |
| CN102720553B (zh) * | 2012-04-27 | 2016-12-14 | 王法文 | 一种产生动能和制冷的方法与设备 |
| CN112032826A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-12-04 | 青岛海尔空调电子有限公司 | 空调机组及其控制方法 |
| CN112032826B (zh) * | 2020-08-27 | 2022-11-22 | 青岛海尔空调电子有限公司 | 空调机组及其控制方法 |
| CN117109195A (zh) * | 2023-10-19 | 2023-11-24 | 逸励柯环境科技(江苏)有限公司 | 一种跨临界二氧化碳冷热联供机组 |
| CN117109195B (zh) * | 2023-10-19 | 2024-01-05 | 逸励柯环境科技(江苏)有限公司 | 一种跨临界二氧化碳冷热联供机组 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105042931B (zh) | 一种跨临界循环与吸收式热泵联产的复合热泵系统 | |
| CN201141711Y (zh) | 自然工质制冷热泵装置 | |
| CN103615836B (zh) | 一种螺杆式全热回收风冷热泵空调机组 | |
| CN202675964U (zh) | 一种热超导体水源换热器 | |
| CN105004095B (zh) | 一种跨临界循环与两级吸收式热泵联产的复合热泵系统 | |
| CN108458512A (zh) | 一种二氧化碳空气源热泵系统 | |
| CN105066273A (zh) | 一种适用于电容器、电抗器室的换热装置 | |
| CN201779768U (zh) | Co2热泵低温制热供暖系统 | |
| CN108954904A (zh) | 一种增压型热化学吸附热泵装置 | |
| CN102445098A (zh) | 一种热超导体水源换热器 | |
| CN201463409U (zh) | 二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统 | |
| CN202382470U (zh) | 采用evi压缩机的r32风冷冷水热泵机组 | |
| CN205245597U (zh) | 一种双压缩机式制冷系统 | |
| CN101576328B (zh) | 一种大过冷度的机房空调 | |
| CN201463403U (zh) | 一种恒温工业冷水机组 | |
| CN202532706U (zh) | 二氧化碳热泵机组 | |
| CN205690580U (zh) | 一种空气能空调装置 | |
| CN202382469U (zh) | 采用喷液压缩机的r32风冷冷水热泵机组 | |
| CN201680581U (zh) | 一种高温型二氧化碳热泵热水器 | |
| CN206113408U (zh) | 一种可化霜的空气源热泵机组 | |
| CN107990581A (zh) | 一种电动汽车二氧化碳热泵空调系统 | |
| CN207635639U (zh) | 一种电动汽车二氧化碳热泵空调系统 | |
| CN207963228U (zh) | 一种热泵系统 | |
| CN201463404U (zh) | 一种冷回收水源热泵热水机组 | |
| CN204757214U (zh) | 一种空调机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100512 Termination date: 20180714 |