專利名稱：跨臨界CO₂熱泵空氣加熱系統(tǒng)及氣冷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是跨臨界CO2熱泵空氣加熱系統(tǒng)及應(yīng)用于該系統(tǒng)的氣冷器。
背景技術(shù)：
CO2作為ー種自然界天然存在的理想制冷劑，其具有無毒、不可燃，價(jià)格低，以及對(duì)臭氧層沒有破壞的優(yōu)點(diǎn)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，CO2制冷劑越來越受到人們的關(guān)注，尤 其是在跨臨界狀態(tài)下的CO2在放熱過程中具有較大的溫度滑移，一旦這種溫度滑移與冷卻介質(zhì)的吸熱特點(diǎn)相匹配時(shí)，就能將冷卻介質(zhì)加熱到很高的溫度，具有降低能耗的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于以空氣作為冷卻介質(zhì)的跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)，其主要包括壓縮機(jī)、氣冷器、回?zé)崞?、?jié)流閥和蒸發(fā)器，回?zé)崞鲀?nèi)設(shè)有高壓通道和低壓通道，壓縮機(jī)的出口、氣冷器、回?zé)崞鞯母邏和ǖ馈⒐?jié)流閥、蒸發(fā)器、回?zé)崞鞯牡蛪和ǖ篮蛪嚎s機(jī)的進(jìn)ロ通過管路依次連通，其中氣冷器通常為管翅式換熱器，其包括有若干平行間隔的換熱翅片和若干端部連通的換熱管，換熱翅片上開有成排排列的換熱管穿孔，換熱管穿過換熱翅片的換熱管穿孔成排穿插在換熱翅片上，首層的ー排換熱管的外側(cè)管ロ集中連接于一管路上形成集成進(jìn)ロ，末層的一排換熱管的外側(cè)管ロ集中連接于一管路上形成集成出口，集成進(jìn)ロ與壓縮機(jī)的出口連接，集成出口與回?zé)崞鞲邏和ǖ赖倪M(jìn)ロ連接，熱泵系統(tǒng)運(yùn)行后，低溫低壓的CO2氣體在壓縮機(jī)中壓縮至超臨界狀態(tài)，然后流經(jīng)氣冷器并釋放處熱量將氣冷器外圍的空氣溫度升高。現(xiàn)有的這種熱泵系統(tǒng)受氣冷器換熱能力和空氣吸熱特點(diǎn)的限制，存在換熱效率低、升溫能力有限的缺陷，一般可將冷卻介質(zhì)空氣的溫度升至60°c，但很難再進(jìn)ー步升高，限制了以空氣作為冷卻介質(zhì)的跨臨界CO2熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用，因此，有必要進(jìn)行改迸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)跨臨界CO2的換熱特性，提出ー種跨臨界C02熱泵空氣加熱系統(tǒng)用氣冷器和采用這種氣冷器的熱泵空氣加熱系統(tǒng)，氣冷器具有加熱效率高、升溫能力強(qiáng)的特點(diǎn)，熱泵空氣加熱系統(tǒng)可提供高溫空氣，具有能耗低、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
跨臨界C02熱泵空氣加熱系統(tǒng)用氣冷器，包括有矩形殼體，矩形殼體內(nèi)為風(fēng)道，矩形殼體的兩端具有與風(fēng)道連通的進(jìn)風(fēng)接口和出風(fēng)接ロ，風(fēng)道內(nèi)平排間隔的設(shè)有至少3個(gè)換熱単元，每個(gè)換熱單元具有進(jìn)氣接頭和出氣接頭，用法蘭將多個(gè)換熱単元串接成為換熱組，各換熱單元依換熱面積大小順序排列，靠進(jìn)風(fēng)接ロ端的末個(gè)換熱單元的換熱面積最大，末個(gè)換熱單元與首個(gè)換熱単元的換熱面積之比大于3 ;首個(gè)換熱單元設(shè)置于風(fēng)道內(nèi)靠出風(fēng)接ロ端，其進(jìn)氣接頭為換熱組進(jìn)氣端，末個(gè)換熱單元設(shè)置于風(fēng)道內(nèi)靠近進(jìn)風(fēng)接ロ端，其出氣接頭為換熱組出氣端，換熱組進(jìn)氣端和換熱組出氣端穿出矩形殼體外，所述換熱單元的結(jié)構(gòu)形式為翅管式換熱器結(jié)構(gòu)。優(yōu)化方案，相鄰2個(gè)換熱單元的換熱面積比大于或等于I. 5。
應(yīng)用有上述氣冷器的跨臨界CO2熱泵空氣加熱系統(tǒng)，其包括有壓縮機(jī)、氣冷器、回?zé)崞鳌⒐?jié)流閥和蒸發(fā)器，回?zé)崞鲀?nèi)設(shè)有高壓通道和低壓通道，壓縮機(jī)的出口、氣冷器、回?zé)崞鞯母邏和ǖ馈⒐?jié)流閥、蒸發(fā)器、回?zé)崞鞯牡蛪和ǖ篮蛪嚎s機(jī)的進(jìn)ロ通過管路依次連通成制冷劑循環(huán)回路；所述氣冷器為上述跨臨界C02熱泵空氣加熱系統(tǒng)用氣冷器，氣冷器的換熱組進(jìn)氣端與壓縮機(jī)的出口連接，換熱組出氣端連接回?zé)崞鞯母邏和ǖ酪欢?。?yōu)化方案，蒸發(fā)器附近還設(shè)有蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)；氣冷器的進(jìn)風(fēng)接口內(nèi)還設(shè)有氣冷器風(fēng)機(jī)。本發(fā)明的熱泵空氣加熱系統(tǒng)啟動(dòng)后，跨臨界CO2在由管路連通的系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，流經(jīng)本發(fā)明的氣冷器時(shí)，跨臨界CO2由氣冷器的進(jìn)氣接頭端進(jìn)入殼體內(nèi)的換熱組，依次經(jīng)過多個(gè)換熱面積遞增的換熱單元，跨臨界CO2逐級(jí)釋放出熱量；同時(shí)，在氣冷器風(fēng)機(jī)的作用下，冷卻介質(zhì)(空氣)由氣冷器的進(jìn)風(fēng)接ロ進(jìn)入氣冷器內(nèi)，依次經(jīng)過多個(gè)換熱面積遞減的換熱單元，每經(jīng)過一換熱單元后，空氣溫度升高，并與下一換熱單元的溫差逐步減少，使換熱過程中的熱阻減小，有效提高換熱效率。這樣，既充分利用了處于跨臨界狀態(tài)下CO2放熱時(shí)溫度滑移的特性，又避免了換熱時(shí)溫差大引起的熱阻問題，以低能耗將空氣加熱，最高可到 100。。。本發(fā)明具有以下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步
1、本發(fā)明的氣冷器依據(jù)跨臨界狀態(tài)下CO2在放熱過程存在溫度滑移的特性進(jìn)行分級(jí)設(shè)計(jì)，通過逐級(jí)升溫以實(shí)現(xiàn)高的出風(fēng)空氣溫度；
2、本發(fā)明的氣冷器在換熱過程中熱阻小，空氣與跨臨界CO2的熱交換效率高，實(shí)現(xiàn)了低能耗、高出風(fēng)溫度的目的。


圖I為本發(fā)明的氣冷器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的熱泵空氣加熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明
參考圖I和圖2，跨臨界C02熱泵空氣加熱系統(tǒng)用氣冷器，包括有矩形殼體1，矩形殼體I內(nèi)為風(fēng)道10，矩形殼體I的兩端具有與風(fēng)道10連通的進(jìn)風(fēng)接ロ 11和出風(fēng)接ロ 12，風(fēng)道10內(nèi)平排間隔的設(shè)有4個(gè)換熱單元2，換熱單元2的結(jié)構(gòu)形式為翅管式換熱器結(jié)構(gòu)，其具有進(jìn)氣接頭和出氣接頭，用法蘭3將ー個(gè)換熱單元2的出氣接頭與另ー個(gè)換熱單元2的進(jìn)氣接頭連接使4個(gè)換熱単元2串接成為換熱組，末個(gè)換熱単元2設(shè)置于風(fēng)道10內(nèi)靠近進(jìn)風(fēng)ロ
11端，其出氣接頭為換熱組出氣端22，首個(gè)換熱單元2設(shè)置于風(fēng)道10內(nèi)靠出風(fēng)接ロ 12端，其進(jìn)氣接頭為換熱組進(jìn)氣端21，換熱組進(jìn)氣端21和換熱組出氣端22穿出矩形殼體I外，4個(gè)換熱單元2依換熱面積從小到大順序排列，末個(gè)換熱單元與首個(gè)換熱單元的換熱面積之比等式5，4個(gè)換熱単元2的換熱面積比為1:1.5:2. 5:5。具體參考圖2，應(yīng)用上述氣冷器的跨臨界CO2熱泵空氣加熱系統(tǒng)，其包括有壓縮機(jī)
4、氣冷器、回?zé)崞?、節(jié)流閥6和蒸發(fā)器7，回?zé)崞?內(nèi)設(shè)有高壓通道51和低壓通道52，壓縮機(jī)4的出ロ、氣冷器、回?zé)崞?的高壓通道51、節(jié)流閥6、蒸發(fā)器7、回?zé)崞?的低壓通道52和壓縮機(jī)4的進(jìn)ロ通過管路依次連通成制冷劑循環(huán)回路；所述氣冷器為上述跨臨界C02熱泵空氣加熱系統(tǒng)用氣冷器，氣冷器的換熱組進(jìn)氣端21與壓縮機(jī)4的出ロ連接，換熱組出氣端22連接于回?zé)崞?的高壓通道51 —端，蒸發(fā)器7附近設(shè)有蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)70，氣冷器的進(jìn)風(fēng)接ロ 11內(nèi)設(shè)有氣冷器風(fēng)機(jī)100。本實(shí)施例的熱泵空氣加熱系統(tǒng)啟動(dòng)后，跨臨界CO2在由管路連通的系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，流經(jīng)本實(shí)施例的氣冷器時(shí)，跨臨界CO2由氣冷器的進(jìn)氣接頭端21進(jìn)入矩形殼體I內(nèi)的換熱組，依次經(jīng)過4個(gè)換熱面積遞增的換熱單元2，換熱組利用了處于跨臨界狀態(tài)下CO2放熱時(shí)溫度滑移的特性，使跨臨界CO2逐級(jí)釋放出熱量；同時(shí)，在氣冷器風(fēng)機(jī)100的作用下，冷卻介質(zhì)——空氣由氣冷器的進(jìn)風(fēng)接ロ 11進(jìn)入氣冷器內(nèi)的風(fēng)道10，依次經(jīng)過4個(gè)換熱面積遞減的換熱單元2，每經(jīng)過一換熱單元2后，空氣溫度升高，并與下一換熱單元2的溫 差顯著減少，有效減小換熱過程中的熱阻，提高換熱效率，將空氣的出風(fēng)溫度加熱到100°C。
權(quán)利要求
1.跨臨界C02熱泵空氣加熱系統(tǒng)用氣冷器，包括有矩形殼體(1)，矩形殼體(I)內(nèi)為風(fēng)道(10)，矩形殼體(I)的兩端具有與風(fēng)道(10)連通的進(jìn)風(fēng)接ロ( 11)和出風(fēng)接ロ( 12)，風(fēng)道(10)內(nèi)平排間隔的設(shè)有多于ー個(gè)換熱單元(2)，每個(gè)換熱單元(2)具有進(jìn)氣接頭和出氣接頭，用法蘭(3)將多個(gè)換熱單元(2)串接成為換熱組，首個(gè)換熱単元(2)的進(jìn)氣接頭為換熱組進(jìn)氣端(21)，末個(gè)換熱單元(2 )的出氣接頭為換熱組出氣端(22 )，換熱組進(jìn)氣端(21)和換熱組出氣端(22)穿出矩形殼體(I)タト，其特征在于所述換熱組至少具有4個(gè)換熱単元(2)，各換熱單元(2)依換熱面積大小順序排列，靠進(jìn)風(fēng)接ロ(11)端的末個(gè)換熱單元的換熱面積最大，末個(gè)換熱單元與首個(gè)換熱單元的換熱面積之比大于3。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的跨臨界C02熱泵空氣加熱系統(tǒng)用氣冷器，其特征在于相鄰2個(gè)換熱單元(2)的換熱面積比大于或等于I. 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的跨臨界C02熱泵空氣加熱系統(tǒng)用氣冷器，其特征在于所述換熱單元(2)的結(jié)構(gòu)形式為翅管式換熱器結(jié)構(gòu)。
4.跨臨界CO2熱泵空氣加熱系統(tǒng)，其包括有壓縮機(jī)(4)、氣冷器、回?zé)崞?5)、節(jié)流閥(6)和蒸發(fā)器(7)，回?zé)崞?5)內(nèi)設(shè)有高壓通道(51)和低壓通道(52)，壓縮機(jī)(4)的出口、氣冷器、回?zé)崞?5)的高壓通道(51)、節(jié)流閥(6)、蒸發(fā)器(7)、回?zé)崞?5)的低壓通道(52)和壓縮機(jī)(4)的進(jìn)ロ通過管路依次連通成制冷劑循環(huán)回路，其特征在于所述氣冷器為權(quán)利要求I或2或3所述的跨臨界CO2熱泵空氣加熱系統(tǒng)用氣冷器，氣冷器的換熱組進(jìn)氣端(21)與壓縮機(jī)(4 )的出口連接，換熱組出氣端(22 )連接回?zé)崞?5 )的高壓通道(51) —端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的所述跨臨界CO2熱泵空氣加熱系統(tǒng)，其特征在于蒸發(fā)器(7)附近設(shè)有蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)(70)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的所述跨臨界CO2熱泵空氣加熱系統(tǒng)，其特征在于氣冷器的進(jìn)風(fēng)接ロ(11)內(nèi)設(shè)有氣冷器風(fēng)機(jī)(100)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種跨臨界CO2熱泵空氣加熱系統(tǒng)用氣冷器，包括有矩形殼體，矩形殼體內(nèi)為風(fēng)道，矩形殼體的兩端具有與風(fēng)道連通的進(jìn)風(fēng)接口和出風(fēng)接口，風(fēng)道內(nèi)平排間隔的設(shè)有至少4個(gè)結(jié)構(gòu)形式為翅管式換熱器的換熱單元，用法蘭將多個(gè)換熱單元串接成為換熱組，各換熱單元依換熱面積大小順序排列，靠進(jìn)風(fēng)接口端的末個(gè)換熱單元的換熱面積最大，末個(gè)換熱單元與首個(gè)換熱單元的換熱面積之比大于3；首個(gè)換熱單元的進(jìn)氣接頭為換熱組進(jìn)氣端，末個(gè)換熱單元的出氣接頭為換熱組出氣端，換熱組進(jìn)氣端和換熱組出氣端穿出矩形殼體外。本發(fā)明具有加熱效率高、升溫能力強(qiáng)的特點(diǎn)，應(yīng)用有本發(fā)明的熱泵空氣加熱系統(tǒng)可提供高溫空氣，具有能耗低、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F25B40/00GK102778087SQ20121023889
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者崔曉龍, 文光彩, 陳邦通 申請(qǐng)人:廣州萬(wàn)寶集團(tuán)有限公司