[发明专利]一种CO2供暖热泵系统

说明书

【技术领域】

本发明属于机械工程技术领域，涉及一种CO₂复合热泵系统。

【背景技术】

机械压缩式热泵技术利用少量高品位的机械能，利用压缩机完成制冷剂在系统中的循环，将热量从较低温度的热源中提取后加热其它介质，即通过消耗少量的高品位能量，将低品位能量提升为高品位能量。空气源热泵以室外空气为热源进行供暖或供应热水，其安装使用方便，对环境污染较小，其节能效果要明显高于电加热等采暖方式。但是由于空气源热泵在低温环境下运行存在着一些不足，如随着环境温度的降低，室内热负荷需求增大，而空气源热泵的制热量会减小，不能满足室内需求；同时由于环境温度降低，蒸发压力也随之降低，压缩机压比增大，排气温度升高，容易引起压缩机过热保护而停机，空气源热泵在我国北方大部分地区尚未得到普遍应用。

CO₂属于惰性气体，无毒无刺激，良好的安全性和化学稳定性，安全无毒，不可燃，即便在高温下也不分解产生有害气体；其对全球变暖潜力指数GWP为1，CO₂不需要工业合成，只需要在大气中提取就可以，使用方便；同时，它对大气臭氧层无任何破环作用，ODP为0。并且，CO₂本身优越的热物理特性以及良好的迁移特性也适合其作为制冷工质，导热系数以及定压比热高，蒸汽密度小，动力粘度小，表面张力小，这些特点为机组的小型化以及成本节省提供了前提。CO₂临界温度为30.98℃，临界压力为7.38MPa，在跨临界区与外部介质换热时不发生相变，因此跨临界CO₂循环不存在潜热交换和冷凝过程。考虑到CO₂较高的临界压力，在相同的条件下，跨临界CO₂热泵能够将水加热到更高的温度。

跨临界CO₂热泵可以把水温升到更高的温度，适应于将冷水(10℃-15℃)直接加热到80℃以上的直热式热泵，随着气体冷却器进水温度的升高，机组性能变差，特别是在低环境温度，进出水温度为40℃/45℃采暖工况下，跨临界CO₂热泵制热能效比较低，跨临界CO₂热泵系统气体冷却器进水温度对系统性能的影响如图1、图2所示。

当气体冷却器回水温度较低(10℃)时，如图1所示，气体冷却器出口处CO₂温度较低，焓值较小，CO₂在蒸发器中的蒸发吸热的焓差h₁较大，系统制热性能良好；当气体冷却器回水温度较低(40℃)时，如图2所示，气体冷却器出口处CO₂温度较高，焓值较大，CO₂在蒸发器中的蒸发吸热的焓差h₁较小。在相同的输入功率下(h₂)，随着气体冷却器进水温度的升高，气体冷却器出口处CO₂温度升高，热泵系统从环境中吸收热量急剧减小，气体冷却器制热能力下降，热泵性能急剧衰减，该趋势随环境温度的降低愈加严重，极大的限制了低环境温度，跨临界CO₂热泵高回水温度(即冬季供暖需求)时的应用。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种CO₂供暖热泵系统，以解决现有供暖热泵系统采用CO₂工质时存在的问题，使跨临界CO₂热泵系统能够高效稳定的应用于冬季暖气片形式供暖。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种CO₂供暖热泵系统，包括第一压缩机、第二压缩机、引射器、气体冷却器、第一膨胀阀、闪蒸罐、第二膨胀阀及蒸发器；第一压缩机排气口连接引射器第一入口，第二压缩机的排气口连接引射器第二入口，引射器出口连接气体冷却器工质入口；气体冷却器工质出口连接第一膨胀阀入口，第一膨胀阀出口连接闪蒸罐入口；闪蒸罐中的气体出口连接第二压缩机入口，闪蒸罐的液体出口经第二膨胀阀和蒸发器连接第一压缩机的入口。

进一步的：闪蒸罐中设置回气U型管。

进一步的：回气U型管底部设置φ0.8mm直径回油孔。

进一步的：所述一种CO₂供暖热泵系统采用的工质为天然工质CO₂。

进一步的：气体冷却器(4)还连接用于与气体冷却器中工质换热的供暖管路。