[发明专利]一种跨临界CO2湿压缩热泵系统及其操作方法

说明书

本发明公开了一种跨临界CO₂湿压缩热泵系统及其操作方法，系统包括依次循环连接的压缩机、气冷器、节流阀、蒸发器、第一控制阀和气液分离器；还包括第二控制阀；第二控制阀一端连接压缩机进口，另一端连接蒸发器出口。本发明通过设置两个开度可调的控制阀，以控制进入压缩机的进口干度，从而实现湿压缩，达到大幅度提高热泵系统在低环境温度下制热量的目的，而不降低或微小降低热泵系统的能效比。控制阀调节开度比实现湿压缩的判断准则是保证热泵系统COP降低量不超过5％，而制热量得到大幅度的提高。

技术领域

本发明属于热泵技术领域，特别涉及一种跨临界CO₂热泵低环境温度下提升制热量的方法领域。

背景技术

我国北方冬季供暖，大量的依靠燃烧煤获得循环热水进行区域集中供暖，但同时产生大量的环境污染物。近年，煤改电，煤改气等计划正在如火如荼的进行当中，通过使用热泵技术，生产具有一定温度的循环热水，从而解决北方冬季的供暖问题，又不产生环境污染物。普通氟利昂工质的热泵，其所能生产的热水温度受限，尤其是在较低的环境温度下，这就导致热泵的出水温度很难达到北方冬季供暖温度需求，这也就需要对供暖末端设施进行改造，诸如采用地面盘管形式供热等，且普通氟利昂工质始终是对环境有着或多或少的影响，具有较大的温室效应，最终都将被一步步逐渐替代。此外，氨热泵因其安全性的问题，在人口集中区域也很难得到广泛的应用。而跨临界CO₂热泵利用跨临界循环，热泵压缩机排气温度较高，获得的热水温度也较高，很好的解决了热泵出水温度不足的现象，在实际应用过程中，可直接取代传统的锅炉，提供供暖管网足够温度的热水，即使在较低的环境温度下，也能够获得满足供暖需求的热水温度。同时，CO₂属于天然工质，环保无污染，ODP指数为0，GWP指数为1。跨临界 CO2热泵技术的开发和使用，能够在保证冬季供暖的前提下，有效的减少环境污染，改善北方供暖季节的空气质量和居住条件，缓解供暖压力。同时在低环境温度下也能够有效的提供足够高的水温，保证冬季尤其是在低环境温度下的供暖需求。

然而，对于区域集中供暖，CO₂热泵的使用往往需要多台设备并行运行以提供足够的制热量，往往需要有足够面积的区域放置这些设备，而对很多的场合，实际并没有充裕的面积区域，因此，提高单机制热能力，提高热泵单位体积下的制热能力，将大大减小设备总占地面积，更有助于跨临界CO₂热泵系统在冬季供暖使用领域的推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种跨临界CO₂湿压缩热泵系统及其操作方法，提高CO₂热泵的单机制热能力。在翅片蒸发器中，干度超过一定值，诸如0.8，管内沸腾的换热系数将大幅度降低，导致实际运行过程的蒸发器有相当一部分的管路换热效率低。采用湿压缩，可以减小换热能力较差的蒸发器管长占比，增加蒸发器的换热效率，同时大大增加CO₂热泵的单机制热能力，大大减小区域集中供暖过程的设备占有面积。

为达到以上目的，本发明采取如下技术方案：

一种跨临界CO₂湿压缩热泵系统，包括依次循环连接的压缩机、气冷器、节流阀、蒸发器、第一控制阀和气液分离器；还包括第二控制阀；第二控制阀一端连接压缩机进口，另一端连接蒸发器出口。

进一步的，压缩机为滚动转子压缩机，能够进行两相压缩。

进一步的，节流阀为开度能够调节开度的电子膨胀阀。

进一步的，第一控制阀和控制阀为开度能够调节的流通阀。

进一步的，制热量负荷小于设定阈值时，控制第二控制阀完全关闭。

进一步的，制热量负荷大于或等于设定阈值时，控制第二控制阀打开，调节第二控制阀和第一控制阀的开度比，实现压缩机的湿压缩。