適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統及其控制方法與流程
2023-05-02 11:44:06
本發明涉及熱泵技術領域，特別涉及一種適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統及其控制方法。
背景技術：
熱泵是一種能將低位熱源的熱能轉移到高位熱源的裝置，通常是先從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經過電力做功，然後再向人們提供可被利用的高品位熱能。
具體地，CO2復疊熱泵系統可以主要應用於食品的冷凍冷藏、農作物種子的保存以及超市製冷系統等領域，其具有兩套循環系統，一套是通過二氧化碳用作低溫段的氣體循環，另一套是通過氟利昂等用作高溫段的液體循環，且兩套循環系統可以通過蒸發冷凝器聯在一起，並在蒸發冷凝器處於製冷工況下以實現換熱、製冷的效果。
然而，本申請發明人發現，由於現有的CO2復疊熱泵系統中所消耗的能源只能用來製冷，因此缺少對能源的二級利用。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種覆疊熱泵系統及其控制方法，以解決現有的CO2復疊熱泵系統中所消耗的能源只能用來製冷而缺少對能源的二級利用的技術問題。
本發明提供一種適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統，包括：二氧化碳熱泵製冷循環、普通熱泵製冷循環和第三製冷制熱水循環；所述第三製冷制熱水循環包括依次設置的第二毛細管和換熱器，所述換熱器通過換向閥連通有第一壓縮機，且所述第一壓縮機通過所述換向閥依次連通有熱水器、室外換熱器和所述第二毛細管。
其中，所述第二毛細管與所述換熱器之間設置有第三控制閥，所述換向閥與所述熱水器之間設置有第四控制閥。
具體地，所述換向閥與所述第一壓縮機之間設置有第一儲液罐，所述室外換熱器與所述第二毛細管之間設置有第三儲液罐。
實際應用時，所述二氧化碳熱泵製冷循環包括依次設置的膨脹閥、所述室外換熱器、內部換熱器、第二壓縮機和蒸發冷凝器，且所述蒸發冷凝器通過所述內部換熱器與所述膨脹閥連通。
所述普通熱泵製冷循環包括依次設置的第一毛細管和所述蒸發冷凝器，所述蒸發冷凝器通過所述換向閥連通有所述第一儲液罐和所述第一壓縮機，且所述第一壓縮機通過所述換向閥依次連通有所述換熱器和所述第一毛細管。
其中，所述蒸發冷凝器與所述換向閥之間設置有第一控制閥，所述換熱器與所述第一毛細管之間設置有第二控制閥。
具體地，所述第二控制閥與所述第一毛細管之間設置有第二儲液罐。
進一步地，所述換向閥為四通換向閥。
更進一步地，所述第一控制閥、所述第二控制閥、所述第三控制閥和所述第四控制閥均為電磁閥。
相對於現有技術，本發明所述的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統具有以下優勢：
本發明提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統中，包括：二氧化碳熱泵製冷循環、普通熱泵製冷循環和第三製冷制熱水循環；該第三製冷制熱水循環包括依次設置的第二毛細管和換熱器，換熱器通過換向閥連通有第一壓縮機，且第一壓縮機通過換向閥依次連通有熱水器、室外換熱器和第二毛細管。由此分析可知，本發明提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統中，由於第三製冷制熱水循環過程中的第一壓縮機與室外換熱器之間設置有熱水器，因此能夠使適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統實現製冷的同時制熱水的功能，從而有效實現了能源的二級利用。
本發明還提供一種適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的控制方法，所述適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統包括：第三製冷制熱水循環、二氧化碳熱泵製冷循環和普通熱泵製冷循環；所述第三製冷制熱水循環包括依次設置的第二毛細管、第三控制閥、換熱器，所述換熱器通過換向閥連通有第一壓縮機，且所述第一壓縮機通過所述換向閥依次連通有第四控制閥、熱水器、室外換熱器和所述第二毛細管；所述二氧化碳熱泵製冷循環包括依次設置的膨脹閥、所述室外換熱器、內部換熱器、第二壓縮機和蒸發冷凝器，且所述蒸發冷凝器通過所述內部換熱器與所述膨脹閥連通；所述普通熱泵製冷循環包括依次設置的第一毛細管和所述蒸發冷凝器，所述蒸發冷凝器經第一控制閥並通過所述換向閥連通有所述第一壓縮機，且所述第一壓縮機通過所述換向閥依次連通有所述換熱器、第二控制閥和所述第一毛細管；所述適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的控制方法包括：夏季製冷同時制熱水工況和冬季制熱工況；所述夏季製冷同時制熱水工況包括如下步驟：關閉所述第一控制閥和所述第二控制閥，開啟所述第三控制閥和所述第四控制閥，並將所述換向閥調至製冷模式；製冷工質經所述第二毛細管後通過所述第三控制閥進入所述換熱器；吸熱後依次經過所述換向閥和所述第一壓縮機壓縮後，進入所述熱水器進行一次換熱；放熱後通過所述室外換熱器進行二次換熱放熱；放熱後回至所述第二毛細管完成製冷同時制熱水循環；所述冬季制熱工況包括如下步驟：關閉所述第三控制閥和所述第四控制閥，開啟所述第一控制閥和所述第二控制閥，並將所述換向閥調至制熱模式；低溫段製冷劑二氧化碳經過所述膨脹閥進入所述室外換熱器，並吸收室外熱量；經過所述內部換熱器後進入所述第二壓縮機；經所述第二壓縮機壓縮後進入所述蒸發冷凝器，放熱後回至所述膨脹閥並完成低溫段循環；高溫段的製冷劑工質經所述第一毛細管進入所述蒸發冷凝器吸收低溫段熱量並進行換熱；依次經過所述換向閥和所述第一壓縮機壓縮後，進入所述換熱器；放熱後回至所述第一毛細管並完成高溫段循環。
所述適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的控制方法與上述適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統相對於現有技術所具有的優勢相同，在此不再贅述。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的結構示意圖；
圖2為本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統中夏季製冷同時制熱水的流向示意圖；
圖3為本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統中冬季制熱的流向示意圖；
圖4為本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的控制方法的流程示意圖。
圖中：1－膨脹閥；2－室外換熱器；3－內部換熱器；4－第二壓縮機；5－第四控制閥；6－第二毛細管；7－第三儲液罐；8－第三控制閥；9－第二控制閥；10－第二儲液罐；11－第一毛細管；12－蒸發冷凝器；13－第一控制閥；14－第一儲液罐；15－第一壓縮機；16－換向閥；17－換熱器；18－熱水器。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電氣連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
圖1為本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的結構示意圖。
如圖1所示，本發明實施例提供一種適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統，包括：二氧化碳熱泵製冷循環、普通熱泵製冷循環和第三製冷制熱水循環；第三製冷制熱水循環包括依次設置的第二毛細管6和換熱器17，換熱器17通過換向閥16連通有第一壓縮機15，且第一壓縮機15通過換向閥16依次連通有熱水器18、室外換熱器2和第二毛細管6。
相對於現有技術，本發明實施例所述的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統具有以下優勢：
本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統中，如圖1所示，包括：二氧化碳熱泵製冷循環、普通熱泵製冷循環和第三製冷制熱水循環；該第三製冷制熱水循環包括依次設置的第二毛細管6和換熱器17，換熱器17通過換向閥16連通有第一壓縮機15，且第一壓縮機15通過換向閥16依次連通有熱水器18、室外換熱器2和第二毛細管6。由此分析可知，本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統中，由於第三製冷制熱水循環過程中的第一壓縮機15與室外換熱器2之間設置有熱水器18，因此能夠使適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統實現製冷的同時制熱水的功能，從而有效實現了能源的二級利用。
其中，為了便於使適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統在夏季製冷同時制熱水與冬季制熱這兩個工況之間進行切換，如圖1所示，上述第二毛細管6與換熱器17之間可以設置有第三控制閥8，換向閥16與熱水器18之間可以設置有第四控制閥5。因此，當第三控制閥8和第四控制閥5開啟(其它控制閥關閉)、且換向閥16處於製冷模式時，適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統能夠處於夏季製冷同時制熱水工況；當第三控制閥8和第四控制閥5關閉(相應控制閥開啟)、且換向閥16處於制熱模式時，適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統能夠處於冬季制熱工況。
具體地，如圖1所示，上述換向閥16與第一壓縮機15之間可以設置有第一儲液罐14，室外換熱器2與第二毛細管6之間可以設置有第三儲液罐7。第一、第三儲液罐(14、7)能夠起到儲存製冷劑的作用，還能夠起到緩壓和分液的作用。
實際應用時，本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統中，如圖1所示，二氧化碳熱泵製冷循環可以包括依次設置的膨脹閥1、室外換熱器2、內部換熱器3、第二壓縮機4和蒸發冷凝器12，且該蒸發冷凝器12通過內部換熱器3與膨脹閥1連通；普通熱泵製冷循環可以包括依次設置的第一毛細管11和蒸發冷凝器12，該蒸發冷凝器12通過換向閥16連通有第一儲液罐14和第一壓縮機15，且該第一壓縮機15通過換向閥16依次連通有換熱器17和第一毛細管11，從而二氧化碳熱泵製冷循環和普通熱泵製冷循環能夠使適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統有效地實現冬季制熱的效果。
此處需要補充說明的是，上述第一毛細管11和第二毛細管6可以起到類似於膨脹閥的作用。
其中，如圖1所示，上述蒸發冷凝器12與換向閥16之間可以設置有第一控制閥13，換熱器17與第一毛細管11之間可以設置有第二控制閥9；具體地，上述第二控制閥9與第一毛細管11之間還可以設置有第二儲液罐10。
圖2為本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統中夏季製冷同時制熱水的流向示意圖；圖3為本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統中冬季制熱的流向示意圖。
進一步地，為了便捷地實現兩個工況的轉換，本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統中，上述換向閥16可以優選為四通換向閥。實際使用時，當四通換向閥處於製冷模式時，如圖2所示，第三製冷制熱水循環中的流向為依次由換熱器17、換向閥16、第一儲液罐14、第一壓縮機15、並經換向閥16至第四控制閥5和熱水器18及室外換熱器2；當四通換向閥處於制熱模式時，如圖3所示，普通熱泵製冷循環中的流向為依次由蒸發冷凝器12、第一控制閥13、換向閥16、第一儲液罐14、第一壓縮機15、並經換向閥16至換熱器17。
更進一步地，為了實現自動控制，本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統中，上述第一控制閥13、第二控制閥9、第三控制閥8和第四控制閥5均可以為電磁閥。
圖4為本發明實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的控制方法的流程示意圖。
本發明實施例還提供一種適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的控制方法，如圖1－圖3所示，適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統包括：第三製冷制熱水循環、二氧化碳熱泵製冷循環和普通熱泵製冷循環；該第三製冷制熱水循環包括依次設置的第二毛細管6、第三控制閥8、換熱器17，換熱器17通過換向閥16連通有第一壓縮機15，且第一壓縮機15通過換向閥16依次連通有第四控制閥5、熱水器18、室外換熱器2和第二毛細管6；該二氧化碳熱泵製冷循環包括依次設置的膨脹閥1、室外換熱器2、內部換熱器3、第二壓縮機4和蒸發冷凝器12，且蒸發冷凝器12通過內部換熱器3與膨脹閥1連通；該普通熱泵製冷循環包括依次設置的第一毛細管11和蒸發冷凝器12，蒸發冷凝器12經第一控制閥13並通過換向閥16連通有第一壓縮機15，且第一壓縮機15通過換向閥16依次連通有換熱器17、第二控制閥9和第一毛細管11。如圖4所示，適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的控制方法包括：夏季製冷同時制熱水工況和冬季制熱工況；結合圖2所示，上述夏季製冷同時制熱水工況可以包括如下步驟：步驟S11、關閉第一控制閥13和第二控制閥9，開啟第三控制閥8和第四控制閥5，並將換向閥16調至製冷模式；步驟S12、製冷工質經第二毛細管6後通過第三控制閥8進入換熱器17；步驟S13、吸熱後依次經過換向閥16和第一壓縮機15壓縮後，進入熱水器18進行一次換熱；步驟S14、放熱後通過室外換熱器2進行二次換熱放熱；步驟S15、放熱後回至第二毛細管6完成製冷同時制熱水循環；結合圖3所示，上述冬季制熱工況可以包括如下步驟：步驟S21、關閉第三控制閥8和第四控制閥5，開啟第一控制閥13和第二控制閥9，並將換向閥16調至制熱模式；步驟S22、低溫段製冷劑二氧化碳經過膨脹閥1進入室外換熱器2，並吸收室外熱量；步驟S23、經過內部換熱器3後進入第二壓縮機4；步驟S24、經第二壓縮機4壓縮後進入蒸發冷凝器12，放熱後回至膨脹閥1並完成低溫段循環；步驟S31、高溫段的製冷劑工質經第一毛細管11進入蒸發冷凝器12吸收低溫段熱量並進行換熱；步驟S32、依次經過換向閥16和第一壓縮機15壓縮後，進入換熱器17；步驟S33、放熱後回至第一毛細管11並完成高溫段循環。
此處需要補充說明的是，冬季制熱工況時，低溫段製冷劑先循環後高溫段製冷劑再循環，且高溫段製冷劑循環的過程中低溫段製冷劑根據需要可以繼續循環。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。