[发明专利]跨临界CO2热泵空气加热系统及气冷器

说明书

技术领域

本发明涉及跨临界CO₂热泵系统领域，具体是跨临界CO₂热泵空气加热系统及应用于该系统的气冷器。

背景技术

CO₂作为一种自然界天然存在的理想制冷剂，其具有无毒、不可燃，价格低，以及对臭氧层没有破坏的优点，随着人们环保意识的增强，CO₂制冷剂越来越受到人们的关注，尤其是在跨临界状态下的CO₂在放热过程中具有较大的温度滑移，一旦这种温度滑移与冷却介质的吸热特点相匹配时，就能将冷却介质加热到很高的温度，具有降低能耗的优点。

对于以空气作为冷却介质的跨临界CO₂热泵系统，其主要包括压缩机、气冷器、回热器、节流阀和蒸发器，回热器内设有高压通道和低压通道，压缩机的出口、气冷器、回热器的高压通道、节流阀、蒸发器、回热器的低压通道和压缩机的进口通过管路依次连通，其中气冷器通常为管翅式换热器，其包括有若干平行间隔的换热翅片和若干端部连通的换热管，换热翅片上开有成排排列的换热管穿孔，换热管穿过换热翅片的换热管穿孔成排穿插在换热翅片上，首层的一排换热管的外侧管口集中连接于一管路上形成集成进口，末层的一排换热管的外侧管口集中连接于一管路上形成集成出口，集成进口与压缩机的出口连接，集成出口与回热器高压通道的进口连接，热泵系统运行后，低温低压的CO₂气体在压缩机中压缩至超临界状态，然后流经气冷器并释放处热量将气冷器外围的空气温度升高。现有的这种热泵系统受气冷器换热能力和空气吸热特点的限制，存在换热效率低、升温能力有限的缺陷，一般可将冷却介质空气的温度升至60℃，但很难再进一步升高，限制了以空气作为冷却介质的跨临界CO₂热泵系统的应用，因此，有必要进行改进。

发明内容

本发明根据跨临界CO₂的换热特性，提出一种跨临界CO2热泵空气加热系统用气冷器和采用这种气冷器的热泵空气加热系统，气冷器具有加热效率高、升温能力强的特点，热泵空气加热系统可提供高温空气，具有能耗低、应用范围广的优点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

跨临界CO2热泵空气加热系统用气冷器，包括有矩形壳体，矩形壳体内为风道，矩形壳体的两端具有与风道连通的进风接口和出风接口，风道内平排间隔的设有至少3个换热单元，每个换热单元具有进气接头和出气接头，用法兰将多个换热单元串接成为换热组，各换热单元依换热面积大小顺序排列，靠进风接口端的末个换热单元的换热面积最大，末个换热单元与首个换热单元的换热面积之比大于3；首个换热单元设置于风道内靠出风接口端，其进气接头为换热组进气端，末个换热单元设置于风道内靠近进风接口端，其出气接头为换热组出气端，换热组进气端和换热组出气端穿出矩形壳体外，所述换热单元的结构形式为翅管式换热器结构。

优化方案，相邻2个换热单元的换热面积比大于或等于1.5。

应用有上述气冷器的跨临界CO₂热泵空气加热系统，其包括有压缩机、气冷器、回热器、节流阀和蒸发器，回热器内设有高压通道和低压通道，压缩机的出口、气冷器、回热器的高压通道、节流阀、蒸发器、回热器的低压通道和压缩机的进口通过管路依次连通成制冷剂循环回路；所述气冷器为上述跨临界CO2热泵空气加热系统用气冷器，气冷器的换热组进气端与压缩机的出口连接，换热组出气端连接回热器的高压通道一端。

优化方案，蒸发器附近还设有蒸发器风机；气冷器的进风接口内还设有气冷器风机。

本发明的热泵空气加热系统启动后，跨临界CO₂在由管路连通的系统内循环流动，流经本发明的气冷器时，跨临界CO₂由气冷器的进气接头端进入壳体内的换热组，依次经过多个换热面积递增的换热单元，跨临界CO₂逐级释放出热量；同时，在气冷器风机的作用下，冷却介质（空气）由气冷器的进风接口进入气冷器内，依次经过多个换热面积递减的换热单元，每经过一换热单元后，空气温度升高，并与下一换热单元的温差逐步减少，使换热过程中的热阻减小，有效提高换热效率。这样，既充分利用了处于跨临界状态下CO₂放热时温度滑移的特性，又避免了换热时温差大引起的热阻问题，以低能耗将空气加热，最高可到100℃。

本发明具有以下突出的实质性特点和显著的进步：