適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統及熱泵設備機組的製作方法

2023-05-24 16:08:16 1

本實用新型涉及熱泵技術領域，尤其是涉及一種適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統及熱泵設備機組。

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，如圖1所示，現有一種復疊熱泵系統，該復疊熱泵系統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，其中一套循環系統中包含一個室外換熱器12和一個內部換熱器13、一個壓縮機14、一個膨脹閥11和一個制熱用蒸發冷凝器15；另外一套循環系統包含一個壓縮機14、一個膨脹閥11、一個主換熱器16和一個蒸發冷凝器15，兩套系統公用一個蒸發冷凝器15，即兩套系統通過一個蒸發冷凝器15聯結在一起。製冷工質分別在兩套系統中循環流動，並在蒸發冷凝器處於製冷工況下實現換熱、製冷的效果。

然而，本申請實用新型人發現，由於現有的復疊熱泵系統中所消耗的能源只能用來製冷或者制熱，限制了復疊系統的使用範圍，因此缺少對能源的二級利用。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統，以解決現有技術中存在的復疊熱泵系統缺少對能源的二級利用的技術問題。

本實用新型提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統，包括：製冷循環和製冷同時制熱水循環，所述製冷同時制熱水循環包括：單向閥組，所述單向閥組與第一換熱器連通，所述第一換熱器通過換向閥與第一壓縮機連通，所述第一壓縮機通過所述換向閥與熱水器連通，所述熱水器與第二換熱器連通，所述第二換熱器與單向閥組連通。

進一步地，所述製冷循環包括第一製冷子循環和第二製冷子循環，所述第一製冷子循環包括蒸發冷凝器，所述蒸發冷凝器與所述單向閥組之間、以及所述蒸發冷凝器與所述換向閥之間分別設置有第一控制閥；所述第二製冷子循環包括第二壓縮機和第三換熱器，所述第二壓縮機與所述蒸發冷凝器連通，所述第三換熱器分別與所述第二換熱器、所述第二壓縮機和所述蒸發冷凝器連通。

進一步地，所述第二換熱器和所述單向閥組之間、以及所述第二換熱器與所述換向閥之間分別設置有第二控制閥。

進一步地，所述第一控制閥和所述第二控制閥均為電磁閥。

進一步地，所述單向閥組包括兩組單向閥，每組單向閥均包括若干單向閥，每組內各單向閥依次串聯連接，兩組單向閥之間為並聯連接。

進一步地，所述換向閥與所述第一壓縮機之間設置有第一儲液罐。

進一步地，所述單向閥組與第二儲液罐連通，所述第二儲液罐與所述單向閥組之間設置有第一膨脹閥。

進一步地，所述第二換熱器和所述第三換熱器之間設置有第二膨脹閥。

進一步地，所述第二換熱器具有空氣進口和空氣出口。

相對於現有技術，本實用新型所述的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統具有以下優勢：

本實用新型所述的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統通過製冷循環實現製冷功能，通過製冷同時制熱水循環實現在製冷的過程中同時製取熱水的功能。具體地，在使用適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統製冷同時制熱水功能時，製冷工質經由單向閥組後進入第一換熱器，製冷工質在第一換熱器中吸熱後通過換向閥進入第一壓縮機，製冷工質經由第一壓縮機壓縮後進入熱水器，在熱水器中進行放熱，從而為熱水器提供熱源以製取熱水。製冷工質在熱水器中放熱後進入第二換熱器進而二次換熱，以使得製冷工質的溫度進一步降低，製冷工質在第二換熱器中放熱後進入單向閥組，從而完成一次循環過程。在這個循環過程中，由於製冷工質在第一換熱器中吸熱，因此可使用第一換熱器製冷，例如將熱水通入第一換熱器，熱水在第一換熱器中被製冷工質吸取熱量，從而溫度降低變成冷水流出；由於製冷工質在經由熱水器的時候進行放熱，因此可使得熱水器內的水溫度升高，從而製取熱水。

與現有技術中只能製冷或者制熱的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統相比，本實用新型提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統可以利用製冷循環實現製冷功能，還可以利用製冷同時制熱水循環實現製冷同時制熱水功能，因此功能多樣化，應用範圍更為廣泛。同時，在進行製冷同時制熱水時，製冷工質在製冷過程中吸收的熱量在熱水器中釋放用以製取熱水，實現了能源的二次利用，提高了能源利用率。

本實用新型的另一目的在於提出一種熱泵設備機組，以解決現有技術中存在的復疊熱泵系統缺少對能源的二級利用的技術問題。

為達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的：

一種熱泵設備機組，包括如上述技術方案所述的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統。

所述熱泵設備機組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實用新型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實用新型的一些實施方式，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為背景技術所述的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的結構示意圖；

圖2為本實用新型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3為本實用新型實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統處於製冷同時制熱水工況時的流向示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統處於製冷工況時的流向示意圖。

圖中：11-膨脹閥；12-室外換熱器；13-內部換熱器；14-壓縮機；15-制熱用蒸發冷凝器；16-主換熱器；2-單向閥；31-第一換熱器；32-第二換熱器；33-第三換熱器；41-第一壓縮機；42-第二壓縮機；51-換向閥；52-蒸發冷凝器；53-熱水器；61-第一控制閥；62-第二控制閥；71-第一儲液罐；72-第二儲液罐；81-第一膨脹閥；82-第二膨脹閥。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型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實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，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，都屬於本實用新型保護的範圍。

在本實用新型的描述中，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實用新型和簡化描述，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實用新型的限制。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。

在本實用新型的描述中，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實用新型中的具體含義。

圖2為本實用新型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3為本實用新型實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統處於製冷同時制熱水工況時的流向示意圖；圖4為本實用新型實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統處於製冷工況時的流向示意圖；如圖2-4所示，本實用新型實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統，包括：製冷循環和製冷同時制熱水循環，製冷同時制熱水循環包括：單向閥組，單向閥組與第一換熱器31連通，第一換熱器31通過換向閥51與第一壓縮機41連通，第一壓縮機41通過換向閥51與熱水器53連通，熱水器53與第二換熱器32連通，第二換熱器32與單向閥組連通。

本實用新型實施例所述的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統通過製冷循環實現製冷功能，通過製冷同時制熱水循環實現在製冷的過程中同時製取熱水的功能。具體地，在使用適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統製冷同時制熱水功能時，製冷工質經由單向閥組後進入第一換熱器31，製冷工質在第一換熱器31中吸熱後通過換向閥51進入第一壓縮機41，製冷工質經由第一壓縮機41壓縮後進入熱水器53，在熱水器53中進行放熱，從而為熱水器53提供熱源以製取熱水。製冷工質在熱水器53中放熱後進入第二換熱器32進而二次換熱，以使得製冷工質的溫度進一步降低，製冷工質在第二換熱器32中放熱後進入單向閥組，從而完成一次循環過程。在這個循環過程中，由於製冷工質在第一換熱器31中吸熱，因此可使用第一換熱器31製冷，例如將熱水通入第一換熱器31，熱水在第一換熱器31中被製冷工質吸取熱量，從而溫度降低變成冷水流出；由於製冷工質在經由熱水器53的時候進行放熱，因此可使得熱水器53內的水溫度升高，從而製取熱水。

與現有技術中只能製冷或者制熱的復疊熱泵系統相比，本實用新型實施例提供的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統可以利用製冷循環實現製冷功能，還可以利用製冷同時制熱水循環實現製冷同時制熱水功能，因此功能多樣化，應用範圍更為廣泛。同時，在進行製冷同時制熱水時，製冷工質在製冷過程中吸收的熱量在熱水器53中釋放用以製取熱水，實現了能源的二次利用，提高了能源利用率。

上述適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統中，製冷循環可以採用現有技術中的製冷循環，或者，如圖2所示，將製冷循環與製冷同時制熱水循環聯結在一起，以便於調控。具體地，製冷循環包括第一製冷子循環和第二製冷子循環，第一製冷子循環包括蒸發冷凝器52，蒸發冷凝器52與單向閥組之間、以及蒸發冷凝器52與換向閥51之間分別設置有第一控制閥61；第二製冷子循環包括第二壓縮機42和第三換熱器33，第二壓縮機42與蒸發冷凝器52連通，第三換熱器33分別與第二換熱器32、第二壓縮機42和蒸發冷凝器52連通。

進一步地，第二換熱器32和單向閥組之間、以及第二換熱器32與換向閥51之間分別設置有第二控制閥62。為了實現自動控制，第一控制閥61和第二控制閥62均為電磁閥，換向閥51為四通換向閥，具體可以使用現有技術中的四通閥。

進一步地，單向閥組包括兩組單向閥2，每組單向閥2均包括若干單向閥2，每組內各單向閥2依次串聯連接，兩組單向閥2之間為並聯連接。

進一步地，換向閥51與第一壓縮機41之間設置有第一儲液罐71。單向閥組與第二儲液罐72連通，第二儲液罐72與單向閥組之間設置有第一膨脹閥81。第二換熱器32和第三換熱器33之間設置有第二膨脹閥82。第一儲液罐71和第二儲液罐72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。

如圖2所示，在一種具體實施方式中，適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統包括製冷循環和製冷同時制熱循環，製冷同時制熱循環包括：單向閥組、第一膨脹閥81、第二儲液罐72、第一換熱器31、換向閥51、第一壓縮機41、第一儲液罐71、第二控制閥62、熱水器53、第二換熱器32和第三換熱器33。具體地，換向閥51為四通換向閥，單向閥組包括四個單向閥2，兩個單向閥2為一組，每組內兩個單向閥2串聯方式連接，兩組單向閥2並聯方式連接，單向閥組與第一膨脹閥81和第二儲液罐72形成一個迴路，單向閥組還與第一換熱器31和第二換熱器32分別連通，單向閥組與第二換熱器32連通的管路上設置有一個第二控制閥62；第一換熱器31與四通換向閥連通，四通換向閥與第一壓縮機41和第一儲液罐71形成一個迴路，四通換向閥還與熱水器53連通，四通換向閥與熱水器53連通的管路上設置有另一個第二控制閥62；熱水器53與第二換熱器32連通，第一換熱器31具有四個接口，其中兩個接口分別為熱水進口和冷水出口，另外兩個接口用於分別與單向閥組和四通換向閥連通。

製冷循環包括第一製冷子循環和第二製冷子循環，其中，第一製冷子循環為普通熱泵製冷循環，第二製冷子循環為二氧化碳熱泵製冷循環。

第一製冷子循環包括蒸發冷凝器52，蒸發冷凝器52與單向閥組之間設置有一個第一控制閥61，蒸發冷凝器52與四通換向閥之間設置有另一個第一控制閥61。

第二製冷子循環包括第二壓縮機42、第三換熱器33和第二膨脹閥82，具體地，蒸發冷凝器52和第三換熱器33分別具有四個接口，第二換熱器32具有六個接口，蒸發冷凝器52的第一接口和第二接口分別與兩個第一控制閥61連通，蒸發冷凝器52的第三接口與第三換熱器33的第二接口連通，蒸發冷凝器52的第四接口與第二壓縮機42連通；第三換熱器33的第一接口通過第二膨脹閥82與第二換熱器32的第一接口連通，第三換熱器33的第三接口與第二換熱器32的第二接口連通，第三換熱器33的第四接口與第二壓縮機42連通；第二換熱器32的第三接口通過第二控制閥62與單向閥組連通，第二換熱器32的第四接口與熱水器53連通，第二換熱器32的第五接口和第六接口分別為空氣出口和空氣進口。

上述適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統具有製冷模式和製冷同時制熱水模式，當適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統處於製冷模式時，第一控制閥61開啟，第二控制閥62關閉。在第一製冷子循環中，製冷工質可以為氟利昂或其他製冷工質，在第二製冷子循環中，製冷工質為二氧化碳，第二換熱器32為室外換熱器，第三換熱器33為內部換熱器，不同的製冷工質在各自所在的製冷子循環中循環流動，從而實現製冷過程。當適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統處於製冷同時制熱模式時，第一控制閥61關閉，第二控制閥62開啟。製冷工質在製冷同時制熱循環內循環流動，在第一換熱器31處吸收熱量以實現製冷功能，在熱水器53處釋放熱量以實現制熱水功能，從而實現製冷同時制熱水的功能。

本實用新型實施例同時提出一種適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的控制方法，用於控制上述適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統，具體地，通過控制適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的製冷循環進行製冷，通過控制適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的製冷同時制熱水循環進行製冷同時制熱水；

控制製冷同時制熱水循環的步驟為：

製冷工質經由單向閥組後進入第一換熱器31；製冷工質吸熱後依次經過換向閥51和第一壓縮機41後，進入熱水器53進行一次換熱；製冷工質放熱後通過第二換熱器32進行二次換熱；製冷工質放熱後回到單向閥組。

當適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的製冷系統包括第一製冷子系統和第二製冷子系統時，控制製冷同時制熱水循環的步驟還包括：關閉第一控制閥61，開啟第二控制閥62。控制製冷循環的步驟為：關閉第二控制閥62，開啟第一控制閥61；在第一製冷子系統內：製冷工質依次流經第一換熱器31、換向閥51、第一壓縮機41、蒸發冷凝器52和單向閥組，並從單向閥組回到第一換熱器31；在第二製冷子系統內：製冷工質依次流經第二換熱器32、第三換熱器33、第二壓縮機42和蒸發冷凝器52，並從蒸發冷凝器52中再次進入第三換熱器33，最後從第三換熱器33回到第二換熱器32。

本實用新型實施例同時提供了一種熱泵設備機組，包括上述任一技術方案中所述的適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統。本實施例提供的熱泵設備機組設置有上述適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統，因此具有適用於極寒地區的CO2復疊熱泵系統的全部有益效果，在此不再一一贅述。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍。