一种单机单级跨临界二氧化碳制冷/热泵综合实验台.pdf

本发明公开了一种单机单级跨临界二氧化碳制冷/热泵综合实验台。本发明由水系统和冷媒系统构成，包括二氧化碳压缩机、二氧化碳油分离器、冷媒截止阀组，二氧化碳管壳式换热器一、二，二氧化碳翅片管换热器一、二，电加热器一、二，单式空调机一、二，水泵一、二，第一、二保温水箱，二氧化碳气液分离器、流量计组和干燥过滤器等；通过控制冷媒截止阀组中各个冷媒截止阀的开关状态来实现系统各个系统之间的切换；操作相应的冷媒截止阀的开关状态实现模拟风冷制冷系统、空气源热泵、水冷式制冷系统、空气源冷凝热回收系统、风冷式冷水机组系统、水源热泵、水冷式冷水机组系统和水源冷凝热回收系统。

1.  一种单机单级跨临界二氧化碳制冷/热泵综合实验台，其特征在于，包括二氧化碳压缩机(1)、二氧化碳油分离器(2)、阀门(3)、冷媒截止阀一(4)、冷媒截止阀二(5)、单式空调机一(6)、电加热器一(7)、二氧化碳翅片管换热器一(8)、二氧化碳管壳式换热器一(9)、水泵一(10)、流量计一(11)、第一保温水箱(12)、流量计二(13)、干燥过滤器(14)、电磁阀(15)、节流阀(16)、第二保温水箱(17)、水泵二(18)、流量计三(19)、冷媒截止阀三(20)、二氧化碳管壳式换热器二(21)、冷媒截止阀四(22)、单式空调机二(23)、电加热器二(24)、二氧化碳翅片管换热器二(25)、二氧化碳气液分离器(26)；
所述二氧化碳压缩机(1)的出口③接二氧化碳油分离器(2)的进气口③，1号进口①通过阀门3与二氧化碳油分离器(2)的回油口即1号出口①相连接，2号进口②接二氧化碳气液分离器(26)的排气口；
所述二氧化碳油分离器(2)的进气口③接二氧化碳压缩机(1)的排气口③；1号出口①通过阀门3与二氧化碳压缩机(1)的回油口即1号进口①相连接；二氧化碳油分离器(2)的2号出口②分别通过冷媒截止阀一(4)和冷媒截止阀二(5)与二氧化碳翅片管换热器一(8)和二氧化碳管壳式换热器一(9)冷媒的进口①相连接；
所述二氧化碳油分离器的出口②接冷媒截止阀一(4)的进口；所述冷媒截止阀一(4)的出口与二氧化碳翅片管换热器一(8)的进 口相连接；所述二氧化碳翅片管换热器的出口接流量计二(13)的进口；所述流量计二(13)的出口接干燥过滤器(14)的进口；所述干燥过滤器(14)的出口接电磁阀(15)的进口；所述电磁阀(15)的出口接节流阀(16)的进口；所述节流阀16的出口接冷媒截止阀四(22)的进口；所述冷媒截止阀四(22)的出口接二氧化碳翅片管换热器二(25)的进口；所述二氧化碳翅片管换热器二(25)的出口接二氧化碳气液分离器(26)的进气口；所述二氧化碳气液分离器的排气口与二氧化碳压缩机1的进气口②相连接；
所述二氧化碳管壳式换热器一(9)的冷媒进口①通过冷媒截止阀二(5)与二氧化碳油分离器(2)的2号出口②相连接；冷媒出口②接流量计二(13)的进口；冷却水进口③通过水泵一(10)与第一保温水箱(12)相连接；冷却水的出口④接流量计一(11)的进口；
所述第一保温水箱(12)的出水口与水泵一(10)的进口相连接；所述水泵(10)的排水口接二氧化碳管壳式换热器一(9)壳侧的进水口③；所述二氧化碳管壳式换热器一(9)壳侧的出水口④接流量计一(11)的进口；所述流量计一(11)与第一保温水箱(12)的进水口相连接；
所述二氧化碳管壳式换热器二(21)的冷媒进口①通过冷媒截止阀三(20)与节流阀(16)相连接；冷媒出口②接二氧化碳气液分离器(26)的进气口；进水口③通过水泵二(18)与第二保温水箱(17)相连接；出水口④接流量计三(19)的进口；
所述节流阀(16)的出口接冷媒截止阀三(20)的进口；所述冷 媒截止阀三(20)的出口接二氧化碳管壳式换热器二(21)的冷媒的进口①；所述二氧化碳管壳式换热器二(21)的出口②接二氧化碳气液分离器(26)的进气口；所述二氧化碳气液分离器的排气口与二氧化碳压缩机(1)的进气口②相连接；
所述第二保温水箱(17)的出水口与水泵二(18)的进口相连接；所述水泵(18)的排水口接二氧化碳管壳式换热器二(21)壳侧的进水口③；所述二氧化碳管壳式换热器二(21)壳侧的出水口④接流量计三(19)的进口；所述流量计三(19)与第二保温水箱(17)的进水口相连接。

一种单机单级跨临界二氧化碳制冷/热泵综合实验台
技术领域
本发明涉及一种热泵系统，尤其涉及一种单机单级跨临界二氧化碳制冷/热泵综合实验台。
背景技术
目前，高校使用的跨临界二氧化碳实验系统大多都是简单的热泵系统，其功能比较单一，设备的利用率较低，在无形中便造成了巨大的资源浪费；同时分散的、功能单一的试验台会占用较大的实验室面积；各高校急需将功能单一的热泵系统进行整合，以减小占地面积，提高设备的利用率，降低学校在实验方面的浪费，提升学校实验设备的综合利用率。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种单机单级跨临界二氧化碳制冷/热泵综合实验台，可以模拟制冷工况和制热工况，具有风冷制冷系统、空气源热泵、水冷式制冷系统、空气源冷凝热回收系统、风冷式冷水机组系统、水源热泵、水冷式冷水机组系统和水源冷凝热回收系统等功能。
为了解决上述技术问题，本发明一种单机单级跨临界二氧化碳制冷/热泵综合实验台予以实现的技术方案是：
包括二氧化碳压缩机、二氧化碳油分离器、冷媒截止阀组，二氧化碳管壳式换热器一、二氧化碳管壳式换热器二、二氧化碳翅片管换热器一、二氧化碳翅片管换热器二、电加热器一、电加热器二、单式空调机一、单式空调机二、水泵一、水泵二、第一保温水箱、第二保温水箱，二氧化碳气液分离器、流量计组、干燥过滤器和节流阀；所述冷媒截止阀组包括四个冷媒截止阀，即冷媒截止阀一4、冷媒截止阀二5、冷媒截止阀三20和冷媒截止阀四22，所述冷媒截止阀的安装位置均在换热器的冷媒进口处；
所述二氧化碳压缩机1有1个出口③、1号进口①和2号进口②；
所述二氧化碳油分离器2有1个进口③、1号出口①和2号出口②；
所述二氧化碳管壳式换热器一9和二氧化碳管壳式换热器二21均分别有 1个冷媒进口①、1个冷媒出口②、1个水进口③和1个水出口④；
所述二氧化碳压缩机1的出口③接二氧化碳油分离器2的进气口③，1号进口①通过阀门3与二氧化碳油分离器2的回油口即1号出口①相连接，2号进口②接二氧化碳气液分离器26的排气口；
所述二氧化碳油分离器2的进气口③接二氧化碳压缩机1的排气口③；1号出口①通过阀门3与二氧化碳压缩机1的回油口即1号进口①相连接；二氧化碳油分离器2的2号出口②分别通过冷媒截止阀一4和冷媒截止阀二5与二氧化碳翅片管换热器一8和二氧化碳管壳式换热器一9冷媒的进口①相连接；
所述二氧化碳油分离器的出口②接冷媒截止阀一4的进口；所述冷媒截止阀一4的出口与二氧化碳翅片管换热器一8的进口相连接；所述二氧化碳翅片管换热器的出口接流量计二13的进口；所述流量计二13的出口接干燥过滤器14的进口；所述干燥过滤器14的出口接电磁阀15的进口；所述电磁阀15的出口接节流阀16的进口；所述节流阀16的出口接冷媒截止阀四22的进口；所述冷媒截止阀四22的出口接二氧化碳翅片管换热器二25的进口；所述二氧化碳翅片管换热器二25的出口接二氧化碳气液分离器26的进气口；所述二氧化碳气液分离器的排气口与二氧化碳压缩机1的进气口②相连接；
所述二氧化碳管壳式换热器一9的冷媒进口①通过冷媒截止阀二5与二氧化碳油分离器2的2号出口②相连接；冷媒出口②接流量计二13的进口；冷却水进口③通过水泵一10与第一保温水箱12相连接；冷却水的出口④接流量计一11的进口；
所述第一保温水箱12的出水口与水泵一10的进口相连接；所述水泵10的排水口接二氧化碳管壳式换热器一9壳侧的进水口③；所述二氧化碳管壳式换热器一9壳侧的出水口④接流量计一11的进口；所述流量计一11与第一保温水箱12的进水口相连接；
所述二氧化碳管壳式换热器二21的冷媒进口①通过冷媒截止阀三20与节流阀16相连接；冷媒出口②接二氧化碳气液分离器26的进气口；进水口③通过水泵二18与第二保温水箱17相连接；出水口④接流量计三19的进口；
所述节流阀16的出口接冷媒截止阀三20的进口；所述冷媒截止阀三20的出口接二氧化碳管壳式换热器二21的冷媒的进口①；所述二氧化碳管壳式换热器二21的出口②接二氧化碳气液分离器26的进气口；所述二氧化碳气 液分离器的排气口与二氧化碳压缩机1的进气口②相连接；
所述第二保温水箱17的出水口与水泵二18的进口相连接；所述水泵18的排水口接二氧化碳管壳式换热器二21壳侧的进水口③；所述二氧化碳管壳式换热器二21壳侧的出水口④接流量计三19的进口；所述流量计三19与第二保温水箱17的进水口相连接。
其中单式空调机一6、电加热器一7和二氧化碳翅片管换热器一8安装于同一保温空间内；单式空调机二23、电加热器二24和二氧化碳翅片管换热器二25安装于另一个保温空间内。
通过控制冷媒截止阀组中冷媒截止阀的开关状态来进行不同实验状态之间的切换；通过控制单式空调机一6、单式空调机二23、电加热器一7和电加热器二24使模拟库温保持恒定；依据系统实验目的的不同，通过控制单式空调机一6、单式空调机二23、电加热器一7、电加热器二24、第一保温水箱12和第二保温水箱17来模拟制冷工况和制热工况；所述二氧化碳翅片管换热器一8、二氧化碳翅片管换热器二25、二氧化碳管壳式换热器一9和二氧化碳管壳式换热器二21用于实现模拟风冷式制冷系统、水冷式制冷系统、风冷式冷水机组系统、水冷式冷水机组系统、空气源热泵系统、空气源冷凝热回收系统、水源热泵系统和水源冷凝热回收系统。
另一方面，本发明一种单机单级跨临界二氧化碳制冷/热泵综合实验台利用上述新型多功能热泵、热泵热水器和制冷机组实验台在下述系统之间进行切换，用以模拟制冷工况和制热工况。
1)风冷式制冷系统(空气源热泵)：关闭冷媒截止阀二5和冷媒截止阀三20，开启冷媒截止阀一4和冷媒截止阀四22；
2)水冷式制冷系统(空气源冷凝热回收系统)：关闭冷媒截止阀一4和冷媒截止阀三20，开启冷媒截止阀二5和冷媒截止阀四22；
3)风冷式冷水机组系统(水源热泵系统)：关闭冷媒截止阀二5和冷媒截止阀四22，开启冷媒截止阀一4和冷媒截止阀三20；
4)水冷式冷水机组系统(水源冷凝热回收系统)：关闭冷媒截止阀一4和冷媒截止阀四22，开启冷媒截止阀二5和冷媒截止阀三20；
所述制冷、制热工况的切换主要通过控制单式空调机组和电加热器组对模拟库温进行调节，从而实现其相互切换。
所述阀门3依据实验的目的进行选取；所述各种工况，阀门3应依据二 氧化碳压缩机1内润滑油量的多少进行启、闭，以保证二氧化碳压缩机1正常高效的工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明克服上述缺点，本发明具有2个独立的水系统，能够实现不同形式的热泵、热水器和制冷机组系统。通过相应的冷媒截止阀的切换可实现模拟风冷式制冷、水冷式制冷、风冷式冷水机组、水冷式冷水机组、空气源热泵、空气源冷凝热回收系统、水源热泵和水源冷凝热回收等不同的系统。
附图说明
图1是本发明一种单机单级跨临界二氧化碳制冷/热泵综合实验台原理图；
图2是风冷式制冷和空气源热泵的系统原理图；
图3是水冷式制冷和空气源冷凝热回收的系统原理图；
图4是风冷式冷水机组和水源热泵系统的原理图；
图5是水冷式冷水机组系统和水源冷凝热回收系统的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，本发明是一种单机单级跨临界二氧化碳制冷/热泵综合实验台，包括二氧化碳压缩机1、二氧化碳油分离器2、阀门3、冷媒截止阀一4、冷媒截止阀二5、单式空调机一6、电加热器一7、二氧化碳翅片管换热器一8、二氧化碳管壳式换热器一9、水泵一10、流量计一11、第一保温水箱12、流量计二13、干燥过滤器14、电磁阀15、节流阀16、第二保温水箱17、水泵二18、流量计三19、冷媒截止阀三20、二氧化碳管壳式换热器二21、冷媒截止阀四22、单式空调机二23、电加热器二24、二氧化碳翅片管换热器二25、二氧化碳气液分离器26；所述二氧化碳压缩机1有1个出口③、1号进口①和2号进口②；所述二氧化碳油分离器2有1个进口③、1号出口①和2号出口②；所述二氧化碳管壳式换热器一9和二氧化碳管壳式换热器二21均分别有1个冷媒进口①、1个冷媒出口②、1个水进口③和1个水出口④；
所述冷媒截止阀组包括冷媒截止阀一4、冷媒截止阀二5、冷媒截止阀三20和冷媒截止阀四22；其中：所述冷媒截止阀一4连接在二氧化碳油分离器2的出口②和二氧化碳翅片管换热器一8的进口之间；所述冷媒截止阀二5连接在二氧化碳油分离器2的出口②和二氧化碳管壳式换热器一9冷媒进口 ①之间；所述冷媒截止阀三20连接在节流阀16出口和二氧化碳管壳式换热器二21冷媒的进口①之间；所述冷媒截止阀四22连接在节流阀16出口和二氧化碳翅片管换热器二25冷媒的进口之间。
依据实验目的的不同，通过控制冷媒截止阀组中冷媒截止阀的开关状态及调节单式空调机一6、单式空调机二23、电加热器一7和电加热器二24来模拟制冷工况和制热工况；所述二氧化碳翅片管换热器一8、二氧化碳翅片管换热器二25、二氧化碳管壳式换热器一9和二氧化碳管壳式换热器二21用于实现模拟风冷式制冷、水冷式制冷、风冷式冷水机组、水冷式冷水机组、空气源热泵、空气源冷凝热回收系统、水源热泵和水源冷凝热回收等不同的系统。
以下结合附图详细说明利用上述一种单机单级跨临界二氧化碳制冷/热泵综合实验台，实现在下述系统之间进行切换，用以模拟多种实验。
一、风冷式制冷和空气源热泵的系统：如图2所示，关闭冷媒截止阀二5和冷媒截止阀三20，开启冷媒截止阀一4和冷媒截止阀四22。
所述二氧化碳压缩机1的排气口③与二氧化碳油分离器2的进口③连接，二氧化碳压缩机1的回油口即1号进口①通过阀门3与二氧化碳油分离器的1号出口①相连接；所述二氧化碳油分离器的出口②接冷媒截止阀一4的进口；所述冷媒截止阀一4的出口与二氧化碳翅片管换热器一8的进口相连接；所述二氧化碳翅片管换热器的出口接流量计二13的进口；所述流量计二13的出口接干燥过滤器14的进口；所述干燥过滤器14的出口接电磁阀15的进口；所述电磁阀15的出口接节流阀16的进口；所述节流阀16的出口接冷媒截止阀四22的进口；所述冷媒截止阀四22的出口接二氧化碳翅片管换热器二25的进口；所述二氧化碳翅片管换热器二25的出口接二氧化碳气液分离器26的进气口；所述二氧化碳气液分离器的排气口与二氧化碳压缩机1的进气口②相连接；
所述阀门3的选取和启闭视具体情况而定；
所述循环可根据实验目的的不同而分别作为风冷式制冷系统和空气源热泵系统。
二、水冷式制冷和空气源冷凝热回收的系统：如图3所示，关闭冷媒截止阀一4和冷媒截止阀三20，开启冷媒截止阀二5和冷媒截止阀四22。
冷媒系统：所述二氧化碳压缩机1的排气口③与二氧化碳油分离器2的 进口③连接，二氧化碳压缩机1的回油口即1号进口①通过阀门3与二氧化碳油分离器的1号出口①相连接；所述二氧化碳油分离器的出口②接冷媒截止阀二5的进口；所述冷媒截止阀二5的出口与二氧化碳管壳式换热器9的冷媒进口①相连接；所述二氧化碳管壳式换热器9冷媒的出口②接流量计二13的进口；所述流量计二13的出口接干燥过滤器14的进口；所述干燥过滤器14的出口接电磁阀15的进口；所述电磁阀15的出口接节流阀16的进口；所述节流阀16的出口接冷媒截止阀四22的进口；所述冷媒截止阀四22的出口接二氧化碳翅片管换热器二25的进口；所述二氧化碳翅片管换热器二25的出口接二氧化碳气液分离器26的进气口；所述二氧化碳气液分离器的排气口与二氧化碳压缩机1的进气口②相连接；
水系统：所述第一保温水箱12的出水口与水泵一10的进口相连接；所述水泵10的排水口接二氧化碳管壳式换热器一9壳侧的进水口③；所述二氧化碳管壳式换热器一9壳侧的出水口④接流量计一11的进口；所述流量计一11与第一保温水箱12的进水口相连接；
所述阀门3的选取和启闭视具体情况而定；
所述循环可根据实验目的的不同而分别作为水冷式制冷系统和空气源冷凝热回收系统。
三、风冷式冷水机组和水源热泵系统：如图4所示，关闭冷媒截止阀二5和冷媒截止阀四22，开启冷媒截止阀一4和冷媒截止阀三20。
冷媒系统：所述二氧化碳压缩机1的排气口③与二氧化碳油分离器2的进口③连接，二氧化碳压缩机1的回油口即1号进口①通过阀门3与二氧化碳油分离器的1号出口①相连接；所述二氧化碳油分离器的出口②接冷媒截止阀一4的进口；所述冷媒截止阀一4的出口与二氧化碳翅片管换热器一8的进口相连接；所述二氧化碳翅片管换热器的出口接流量计二13的进口；所述流量计二13的出口接干燥过滤器14的进口；所述干燥过滤器14的出口接电磁阀15的进口；所述电磁阀15的出口接节流阀16的进口；所述节流阀16的出口接冷媒截止阀三20的进口；所述冷媒截止阀三20的出口接二氧化碳管壳式换热器二21的冷媒的进口①；所述二氧化碳管壳式换热器二21的出口②接二氧化碳气液分离器26的进气口；所述二氧化碳气液分离器的排气口与二氧化碳压缩机1的进气口②相连接；
水系统：所述第二保温水箱17的出水口与水泵二18的进口相连接；所 述水泵18的排水口接二氧化碳管壳式换热器二21壳侧的进水口③；所述二氧化碳管壳式换热器二21壳侧的出水口④接流量计三19的进口；所述流量计三19与第二保温水箱17的进水口相连接；
所述阀门3的选取和启闭视具体情况而定；
所述循环可根据实验目的的不同而分别作为风冷式冷水机组系统和水源热泵系统。
四、水冷式冷水机组系统和水源冷凝热回收系统：如图5所示，关闭冷媒截止阀一4和冷媒截止阀四22，开启冷媒截止阀二5和冷媒截止阀三20。
冷媒系统：所述二氧化碳压缩机1的排气口③与二氧化碳油分离器2的进口③连接，二氧化碳压缩机1的回油口即1号进口①通过阀门3与二氧化碳油分离器的1号出口①相连接；所述二氧化碳油分离器的出口②接冷媒截止阀二5的进口；所述冷媒截止阀二5的出口与二氧化碳管壳式换热器9的冷媒进口①相连接；所述二氧化碳管壳式换热器9冷媒的出口②接流量计二13的进口；所述流量计二13的出口接干燥过滤器14的进口；所述干燥过滤器14的出口接电磁阀15的进口；所述电磁阀15的出口接节流阀16的进口；所述节流阀16的出口接冷媒截止阀三20的进口；所述冷媒截止阀三20的出口接二氧化碳管壳式换热器二21的冷媒的进口①；所述二氧化碳管壳式换热器二21的出口②接二氧化碳气液分离器26的进气口；所述二氧化碳气液分离器的排气口与二氧化碳压缩机1的进气口②相连接；
水系统：所述第一保温水箱12的出水口与水泵一10的进口相连接；所述水泵10的排水口接二氧化碳管壳式换热器一9壳侧的进水口③；所述二氧化碳管壳式换热器一9壳侧的出水口④接流量计一11的进口；所述流量计一11与第一保温水箱12的进水口相连接；所述第二保温水箱17的出水口与水泵二18的进口相连接；所述水泵18的排水口接二氧化碳管壳式换热器二21壳侧的进水口③；所述二氧化碳管壳式换热器二21壳侧的出水口④接流量计三19的进口；所述流量计三19与第二保温水箱17的进水口相连接；
所述阀门3的选取和启闭视具体情况而定；
所述循环可根据实验目的的不同而分别作为水冷式冷水机组系统和水源冷凝热回收系统。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领 域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。