专利名称：二氧化碳跨临界双级蒸气压缩式回热循环热泵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种热泵热水加热装置，具体涉及一种采用双级压缩机形式制成的二氧化碳跨临界压缩式循环回热热泵装置。
背景技术：
传统热泵使用的制冷剂有R22、R134a、R407C等，若冷凝温度为55°C，则对应的冷凝压力分别为2. 1753MPa、l. 4917MPa和2. 2153MPa。和传统制冷剂相比，CO2热泵热水器放热过程的压力达到9 lOMPa，比氟利昂热泵制热循环要高5 7倍，如果采用单级压缩循环，压缩机承受的压缩比过高，循环效率较低，不仅是不经济的，而且甚至是不可能的。与单级压缩回热循环相比，CO2跨临界双级压缩系统可有效地降低排气温度，是改善CO2跨临界循环运行状况、减少系统节流损失、提高系统性能系数COP的一种有效途径。
实用新型内容]本实用新型的目的在于提供一种能够降低二氧化碳跨临界热泵机组的压缩机排气温度、降低压缩机压缩比、提高系统性能系数COP的双级蒸气压缩式回热循环热泵。为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案二氧化碳跨临界双级蒸气压缩式回热循环热泵，包括高压压缩机、低压压缩机、气体冷却器、回热器、节流阀和蒸发器，所述的低压压缩机连接到气体冷却器，气体冷却器连接到高压压缩机，而高压压缩机也连接到气体冷却器，气体冷却器然后连接到回热器，回热器依次连接节流阀和蒸发器，然后蒸发器又连接到回热器，回热器连接到低压压缩机；从气体冷却器出来的CO2气体经过回热器降温，进入节流阀，然后进入蒸发器中蒸发吸热，接着进入回热器被加热，再进入低压压缩机压缩至中压，中压排气经气体冷却器冷却后成为高压压缩机的吸气，被高压压缩机压缩至高压后排入气体冷却器再次冷却，最后进入回热器，这样周而复始地进行循环。本实用新型通过采用上述结构，能进一步降低二氧化碳跨临界压缩式热泵机组的压缩机排气温度、减少系统节流损失、提高系统性能系数C0P，达到更佳的节能效果。
附图I是本实用新型的结构原理图。I-高压压缩机；2_低压压缩机；3_气体冷却器；4_回热器；5_节流阀；6_蒸发器。现结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型所述的二氧化碳跨临界双级蒸气压缩式回热循环热泵，包括高压压缩机I、低压压缩机2、气体冷却器3、回热器4、节流阀5和蒸发器6。传统热泵热水器使用的制冷剂有R22、R134a、R407C等，若冷凝温度为55°C，则对应的冷凝压力分别为2. 1753MPa、l. 4917MPa和2. 2153MPa。和传统制冷剂相比，CO2热泵热水器放热过程的压力达到9 lOMPa，比氟利昂热泵制热循环要高5 7倍，如果采用单级压缩循环，压缩机承受的压力比很高，循环效率较低。热泵系统的冷凝温度(或冷凝压力)决定于冷却剂(或环境)的温度，而蒸发温度(或蒸发压力)取决于制冷要求。由于生产的发展，对制冷温度的要求越来越低，尤其是在二氧化碳热泵的实际应用中，压缩机要在高压端压力(冷凝压力)对低压端压力(蒸发压力)的比值(即压缩比)很高的条件下进行工作。由理想气体的状态方程PV/T=C可知，此时若采用单级压缩制冷循环，则压缩终了过热蒸气的温度必然会很高(V—定，P丨一T丨)，于是就会产生以下许多问题。(I)压缩机的输气系数λ大大降低，当压缩比彡20时，λ = 0。(2)压缩机的单位制冷量和单位容积制冷量都大为降低。(3)压缩机的功耗增加，制冷系数下降。(4)必须采用高着火点的润滑油，因为润滑油的粘度随温度升高而降低。(5)被高温过热蒸气带出的润滑油增多，增加了分油器的负荷，且降低了冷凝器的传热性能。综上所述，当二氧化碳热泵压缩比过高时，采用单级压缩循环，不仅是不经济的，而且甚至是不可能的。为了解决上述问题，满足生产要求，实际中常采用带有中间冷却器的双级压缩制冷循环。但是，双级压缩制冷循环所需的设备投资较单级压缩大的多，且操作也较复杂。因此，采用双级压缩制冷循环并非在任何情况下都是有利的，一般当压缩比> 8时，采用双级压缩较为经济合理。与单级压缩回热循环相比，CO2跨临界双级压缩系统可有效地降低排气温度，是改善CO2跨临界循环运行状况、减少系统节流损失、提高系统性能系数COP的一种有效途径，其有带回热器和不带回热器两种。双级压缩回热循环的工作过程和系统原理如附图所示。从气体冷却器3出来的CO2气体经过回热器4降温(e — f )，进入节流阀5节流(f — g)，然后进入蒸发器6中蒸发吸热(g — h),接着进入回热器4被加热(h — a),再进入低压压缩机2压缩至中压(a — b)，中压排气经气体冷却器3冷却后成为高压压缩机I的吸气(b — C)，被高压压缩机I压缩至高压后(c — d)排入气体冷却器3再次冷却(d — e)，最后进入回热器4，这样周而复始地进行循环。二氧化碳跨临界双级蒸气压缩式回热循环热泵的特点如下。(I)跨临界循环中，工作流体在超临界压力下冷却，临界点对流体性质有较大的影响。由于蒸发温度接近临界温度，在较高的压力下使得蒸气密度较高。(2)跨临界制冷循环C02跨临界制冷循环的流程与普通的蒸气压缩式制冷循环略有不同。压缩机的吸气压力低于临界压力，蒸发温度也低于临界温度，循环的吸热过程仍在亚临界条件下进行，换热过程主要依靠潜热来完成。但是压缩机的排气压力高于临界压力，工质在高压侧的换热过程通过显热交换来完成，这与亚临界状态下的冷凝完全不同，此时高压换热器不再称为冷凝器，而是成为气体冷却器3。此类循环有时也称为超临界循环。(3) CO2跨临界循环中气体冷却器3所具有的较高排气温度、较大的温度滑移和冷却介质的温升过程相匹配，使其在热泵循环方面具有独特的优势。通过调整循环的排气压力，可使气体冷却器3的放热过程较好地适应外部热源的温度和温升需要。(4)现有热泵热水器(常用工质为R22和R124a等)的热水温度一般只能到55°C，当要求较高温度的热水时，只能借助效率较低的电加热器。而CO2热泵热水器能获得90°C的高温热水，即使在冬季室外温度较低的环境下也能正常运行，因而CO2热泵系统可较好地满足采暖、空调和生活热水的加热要求。CO2作为制冷工质在热泵中的应用，将有效解决空调冷热源面临的资源和环境的压力，应用前景良好。(5)C02的传热效率非常好。与卤烃不同，对CO2来说，核态沸腾在沸腾换热中占有主要地位，这种换热机理压力损失较小。在条件相同的情况下，CO2换热系数是常用CFC制冷剂的2倍或更高，而压降也比常规制冷剂高得多，而且管径约小，这种差别也越大。但由于CO2的压力梯度比碳氟化合物的压力梯度大3 4倍，如果考虑到压力的不同，相应的温度损失比碳氟化合物低50%左右。由于相应的温度损失小，蒸发器6中制冷剂侧的温差很小，这一点从热力学的观点来看很有优势。CO2这种良好的传热性能使得单位长度内获得很高的换热系数成为可能，从而有利于发展紧凑式高效换热器。(6)采用双级压缩制冷循环，不但降低了压缩机的排气温度，改善了压缩机润滑条件，而且由于各级压缩比都较小，压缩机的输汽系数大大提高。此外，采用双级压缩循环的功耗也比单级压缩循环的功耗降低。(7)传统热泵热水器一般只适用于5°C以上的气候，(TC以下的气候甚至不能正常工作。而CO2热泵热水器在寒冷地区-30°C的天气条件下仍能正常工作。(8)传统热泵热水器水温一般最高只能加热到60°C。而CO2热泵热水器出水温度高，可制高达90°C以上的高温热水，以解决各个领域对节能型高温热水设备的需求。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。
权利要求1.二氧化碳跨临界双级蒸气压缩式回热循环热泵，其特征在于包括高压压缩机(I)、低压压缩机(2)、气体冷却器(3)、回热器(4)、节流阀(5)和蒸发器(6)，所述的低压压缩机(2)连接到气体冷却器(3)，气体冷却器(3)连接到高压压缩机(1)，而高压压缩机(I)也连接到气体冷却器(3)，气体冷却器(3)然后连接到回热器(4)，回热器(4)依次连接节流阀(5)和蒸发器(6)，然后蒸发器(6)又连接到回热器(4)，回热器(4)连接到低压压缩机(2);从气体冷却器(3)出来的CO2气体经过回热器(4)降温，进入节流阀(5)，然后进入蒸发器(6)中蒸发吸热，接着进入回热器(4)被加热，再进入低压压缩机(2)压缩至中压，中压排气经气体冷却器(3)冷却后成为高压压缩机(I)的吸气，被高压压缩机(I)压缩至高压后排入气体冷却器(3)再次冷却，最后进入回热器(4)，这样周而复始地进行循环。
专利摘要本实用新型公开了一种新型的二氧化碳跨临界双级蒸气压缩式回热循环热泵，其低压压缩机连接到气体冷却器，气体冷却器连接到高压压缩机，而高压压缩机也连接到气体冷却器，气体冷却器然后连接到回热器，回热器依次连接节流阀和蒸发器，然后蒸发器又连接到回热器，回热器连接到低压压缩机；从气体冷却器出来的CO2气体经过回热器依次进入节流阀和蒸发器，然后再次经过回热器后依次进入低压压缩机、气体冷却器、高压压缩机、气体冷却器，最后又一次进入回热器，这样周而复始地进行循环。该装置能进一步降低二氧化碳热泵排气温度、降低压缩机压缩比、压缩机输气系数大大提高、减少系统节流损失、提高系统能效比、降低功耗。
文档编号F24H4/02GK202613753SQ201220100480
公开日2012年12月19日 申请日期2012年3月17日 优先权日2012年3月17日
发明者陈殿磊, 余廉政 申请人:深圳市万越新能源科技有限公司