CN114992897A - Co2跨临界双级压缩式空气源热泵*** - Google Patents
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Abstract
本发明CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，涉及跨临界制冷技术领域，尤其涉及采用CO2作为制冷剂并将外界环境空气作为蒸发器的热源流体而且使用具有双级压缩功能压缩机的热泵机组。本发明的制冷循环***为跨临界制冷***，制冷剂回路以高压侧压力为超临界状态的方式形成；包括使用管路依次连接的配有第一级和第二级的双级压缩机、气体冷却器、节流装置、蒸发器和低压储液器；制冷循环***还包括制冷回路中设有的高压旁通装置和中压旁通装置；制冷循环***中设有CO2制冷剂。本发明的技术方案解决了采用HCFC类或HFC类制冷剂造成对臭氧层的破坏和造成温室效应；双级压缩机在过负荷工况下可能出现的运行效率变低、部件损坏风险增加和噪声过大等问题。
Description
技术领域
本发明CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，涉及跨临界制冷技术领域，尤其涉及采用CO2作为制冷剂并将外界环境空气作为蒸发器的热源流体而且使用具有双级压缩功能压缩机的热泵机组。
背景技术
空气源热泵作为新型供热装置，是有效利用可再生能源的创新技术措施，可实现对燃煤锅炉等常规供热能源的替代，能够减少大气污染，实现清洁制取热水及热风。特别是其高性能的热电转化效率，使之成为我国能源结构转型和低碳高质发展的必选技术之一，可为我国双碳目标的达成做出重要贡献。
但是，现有技术依然存在一些不足：一是采用常规HCFC类制冷剂，破坏臭氧层，即便部分产品采用HFC类制冷剂，虽然其ODP值为0并不破坏臭氧层，但依然具有较高GWP值，造成温室效应，仍不能算为真正意义上的环保制冷剂。二是采用具有双级压缩功能的压缩机，通常在外界环境气温降低的情况下，***的蒸发压力(即压缩机的低压压力)会降低，则导致压缩机第一级压缩机构的排气压力(即压缩机的中间压力)降低。与此同时，由于压缩机第二级压缩机构所排出的制冷剂气体要流经气冷器对水或空气进行加热，所以必须保证压缩机第二级压缩机构的排气压力(即压缩机的高压压力)和排气温度都维持在很高的水平。此时，因双级压缩机的高压压力和中间压力的压力差随着外界环境气温下降而变大，就导致压缩机的能力下降，压缩效率变差，同时还存在第二级压缩机构的内部温度过高，排气阀片等损坏的可能。三是当外界环境气温升高但热泵***所要制取的水或空气的温度不高时，双级压缩机的高压压力和中间压力的压力差就会变小，造成第二级压缩机构内的滑块工作失效，引起压缩机运行噪声变大的可能。
针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
根据上述现有技术提出的采用HCFC类或HFC类制冷剂造成对臭氧层的破坏和造成温室效应；双级压缩机在过负荷工况下可能出现的运行效率变低、部件损坏风险增加和噪声过大等技术问题，而提供一种CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***。本发明主要采用天然制冷剂CO2，实现真正意义上的环保，同时设有的高压旁通装置和中压旁通装置可有效改善双级压缩机在过负荷工况下的运行效率、耐用性和噪声等问题，***结构简单紧凑，运行更加安全，能效也可进一步提升，实施成本较低。
本发明采用的技术手段如下：
一种CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，包括制冷循环***；
进一步地，制冷循环***为跨临界制冷***，制冷剂回路以高压侧压力为超临界状态的方式形成；
进一步地，制冷循环***包括：压缩机、气体冷却器、节流装置、蒸发器和低压储液器；
进一步地，压缩机为双级压缩机，具有第一级压缩机构和第二级压缩机构，且两级压缩机构均密闭在同一壳体内；第一级压缩机构具有吸气口a和排气口b，第二级压缩机构具有吸气口c和排气口d；第二级压缩机构的排气口d与气体冷却器的入口相连接，气体冷却器的出口与节流装置的入口相连接，节流装置的出口与蒸发器的入口相连接，蒸发器的出口与低压储液器的入口相连接，低压储液器的出口与第一级压缩机构的吸气口a相连接。
进一步地，制冷循环***还设置有高压旁通装置；
进一步地，高压旁通装置的入口与气体冷却器的出口e相连接，高压旁通装置出口与第二级压缩机构的吸气口c相连接；
进一步地，当外界环境温度降低时，通过将气体冷却器冷却后的高压气体制冷剂从其出口e适当地分流到第二级压缩机构的吸气口c，从而对压缩机进行容量调节，既能抑制压缩机能力下降和压缩效率变差，又能防止第二级压缩机构内部温度过高，确保阀片等关键部件的耐用性。
进一步地，制冷循环***还设置有中压旁通装置；
进一步地，中压旁通装置的入口与第一级压缩机构的排气口b连接，中压旁通装置的出口与低压储液器的入口f连接；
进一步地，当外界环境温度升高但制冷循环***的高压压力不高时(例如，所需要制取的出水温度不高)，通过将第一级压缩机构压缩完成的中压气体制冷剂从其排气口b适当地分流到低压储液器的入口f，防止高压压力与中压压力过于接近造成第二级压缩机构内的滑块工作失效引起压缩机运行噪声变大。
进一步地，低压储液器中设置有制冷剂。
进一步地，制冷剂为CO2。
进一步地，CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***是将外部环境空气作为蒸发器的热源流体。
进一步地，CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***不仅用于热水供应装置，还可以用于其他加热装置；
进一步地，加热装置为加热空气的热风供应装置。
本发明的工作状态为：
第一级压缩机构的吸气口a吸收低压储液器中的CO2制冷剂，并在第一级压缩结构中进行压缩，压缩后的中压CO2通过第一级压缩机构的排气口b进入到第二级压缩机构的吸气口c，并在第二级压缩结构中进行压缩，压缩后的高压CO2通过第二级压缩机构的排气口d进入到气体冷却器中对水或空气进行加热，冷却后的CO2再通过减压装置、蒸发器、低压储液器回流到第一级压缩机构的吸气口a，从而完成整个循环。
期间，当压缩机运行在过负荷工况下引起压缩机的高压压力和中压压力过大或过小时，就可通过设有的高压旁通装置和中压旁通装置来分别进行有效调节，从而确保压缩机的运行可靠性。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，采用天然制冷剂CO2，实现真正意义上的环保；
2、本发明提供的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，当外界环境温度降低时，通过高压旁通装置将气体冷却器冷却后的高压气体制冷剂适当地分流到压缩机第二级压缩机构的吸气口，从而对压缩机进行容量调节，既能抑制压缩机能力下降和压缩效率变差，又能防止第二级压缩机构内部温度过高，确保阀片等关键部件的耐用性；
3、本发明提供的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，当外界环境温度升高但***的高压压力又不高时，通过中压旁通装置将第一级压缩机构压缩完成的中压气体制冷剂适当地分流到低压储液器的入口，可以有效防止高压压力与中压压力过于接近造成第二级压缩机构内的滑块工作失效，降低压缩机的运行噪声；
4、本发明提供的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，***结构简单紧凑，运行更加安全，能效也能得到进一步提升，实施成本低。
综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的HCFC类或HFC类制冷剂造成对臭氧层的破坏和造成温室效应；双级压缩机在过负荷工况下可能出现的运行效率变低、部件损坏风险增加和噪声过大等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明循环回路图。
图中：1、压缩机 2、气体冷却器 3、节流装置 4、蒸发器 5低压储液器 6、高压旁通装置 7、中压旁通装置。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供了一种CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，包括制冷循环***；
制冷循环***为跨临界制冷***，制冷剂回路以高压侧压力为超临界状态的方式形成；制冷循环***包括：压缩机1、气体冷却器2、节流装置3、蒸发器4和低压储液器5；压缩机1为双级压缩机，具有第一级压缩机构和第二级压缩机构，且两级压缩机构均密闭在同一壳体内；第一级压缩机构具有吸气口a和排气口b，第二级压缩机构具有吸气口c和排气口d；第二级压缩机构的排气口d与气体冷却器2的入口相连接，气体冷却器2的出口与节流装置3的入口相连接，节流装置3的出口与蒸发器4的入口相连接，蒸发器4的出口与低压储液器5的入口相连接，低压储液器5的出口与第一级压缩机构的吸气口a相连接。
制冷循环***还设置有高压旁通装置6；高压旁通装置6的入口与气体冷却器2的出口e相连接，高压旁通装置6出口与第二级压缩机构的吸气口c相连接；当外界环境温度降低时，通过将气体冷却器2冷却后的高压气体制冷剂从其出口e适当地分流到第二级压缩机构的吸气口c，从而对压缩机1进行容量调节，既能抑制压缩机1能力下降和压缩效率变差，又能防止第二级压缩机构内部温度过高，确保阀片等关键部件的耐用性。
制冷循环***还设置有中压旁通装置7；中压旁通装置7的入口与第一级压缩机构的排气口b连接，中压旁通装置7的出口与低压储液器5的入口f连接；当外界环境温度升高但制冷循环***的高压压力不高时例如，所需要制取的出水温度不高，通过将第一级压缩机构压缩完成的中压气体制冷剂从其排气口b适当地分流到低压储液器5的入口f，防止高压压力与中压压力过于接近造成第二级压缩机构内的滑块工作失效引起压缩机1运行噪声变大。
低压储液器5中设置有制冷剂；制冷剂为CO2。
CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***是将外部环境空气作为蒸发器4的热源流体。
CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***不仅用于热水供应装置，还可以用于其他加热装置；加热装置为加热空气的热风供应装置。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，包括制冷循环***；其特征在于：
所述的制冷循环***为跨临界制冷***，制冷剂回路以高压侧压力为超临界状态的方式形成；
所述的制冷循环***包括：压缩机(1)、气体冷却器(2)、节流装置(3)、蒸发器(4)和低压储液器(5)；
所述的压缩机(1)为双级压缩机，具有第一级压缩机构和第二级压缩机构，且两级压缩机构均密闭在同一壳体内；第一级压缩机构具有吸气口a和排气口b，第二级压缩机构具有吸气口c和排气口d；第二级压缩机构的排气口d与气体冷却器(2)的入口相连接，气体冷却器(2)的出口与节流装置(3)的入口相连接，节流装置(3)的出口与蒸发器(4)的入口相连接，蒸发器(4)的出口与低压储液器(5)的入口相连接，低压储液器(5)的出口与第一级压缩机构的吸气口a相连接。
2.根据权利要求1所述的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，其特征在于：
所述的制冷循环***还设置有高压旁通装置(6)；
所述的高压旁通装置(6)的入口与气体冷却器(2)的出口e相连接，高压旁通装置(6)出口与第二级压缩机构的吸气口c相连接；
当外界环境温度降低时，通过将气体冷却器(2)冷却后的高压气体制冷剂从其出口e适当地分流到第二级压缩机构的吸气口c，从而对压缩机(1)进行容量调节，既能抑制压缩机(1)能力下降和压缩效率变差，又能防止第二级压缩机构内部温度过高，确保阀片等关键部件的耐用性。
3.根据权利要求2所述的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，其特征在于：
所述的制冷循环***还设置有中压旁通装置(7)；
所述的中压旁通装置(7)的入口与第一级压缩机构的排气口b连接，中压旁通装置(7)的出口与低压储液器(5)的入口f连接；
当外界环境温度升高但制冷循环***的高压压力不高时，通过将第一级压缩机构压缩完成的中压气体制冷剂从其排气口b适当地分流到低压储液器(5)的入口f，防止高压压力与中压压力过于接近造成第二级压缩机构内的滑块工作失效引起压缩机(1)运行噪声变大。
4.根据权利要求1所述的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，其特征在于：
所述的低压储液器(5)中设置有制冷剂。
5.根据权利要求4所述的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，其特征在于：
所述的制冷剂为CO2。
6.根据权利要求1所述的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，其特征在于：
所述的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***是将外部环境空气作为蒸发器(4)的热源流体。
7.根据权利要求6所述的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***，其特征在于：
所述的CO2跨临界双级压缩式空气源热泵***不仅用于热水供应装置，还可以用于其他加热装置；
所述的加热装置为加热空气的热风供应装置。
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