[实用新型]二氧化碳热泵机组跨临界湍流循环系统

说明书

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