熱泵供暖系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱栗技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種帶有快速除霜功能的跨臨界CO2熱栗供暖系統(tǒng)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]熱栗技術(shù)是通過(guò)消耗一定的高位能，如機(jī)械能、電能，并通過(guò)熱力循環(huán)，把低位能轉(zhuǎn)移至高位能的手段。目前的熱栗技術(shù)主要由機(jī)械壓縮式為主，主要部件包括壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器。熱栗按照低溫?zé)嵩吹牟煌梢苑譃榭諝庠礋崂?、水源熱栗、地源熱栗等，其中空氣源熱栗是以室外空氣為熱源進(jìn)行供暖或供應(yīng)熱水，其安裝使用方便，對(duì)環(huán)境污染較小，其節(jié)能效果要明顯高于電加熱等采暖方式。但是由于空氣源熱栗在低溫環(huán)境下運(yùn)行存在著一些不足:如隨著環(huán)境溫度的降低，蒸發(fā)壓力也隨之降低，壓縮機(jī)壓比增大，排氣溫度升高，容易引起壓縮機(jī)過(guò)熱保護(hù)而停機(jī);特別是當(dāng)環(huán)境溫度低于0°c時(shí)，空氣源熱栗極易結(jié)霜，嚴(yán)重影響了熱栗性能，空氣源熱栗在我國(guó)北方大部分地區(qū)尚未得到普遍應(yīng)用。
[0003]CO2屬于惰性氣體，無(wú)毒無(wú)刺激；良好的安全性和化學(xué)穩(wěn)定性，安全無(wú)毒，不可燃，即便在高溫下也不分解產(chǎn)生有害氣體；其對(duì)全球變暖潛力指數(shù)GWP為I，C02不需要工業(yè)合成，只需要在大氣中提取就可以，使用方便；同時(shí)，它對(duì)大氣臭氧層無(wú)任何破環(huán)作用，ODP為
O。并且，CO2本身優(yōu)越的熱物理特性以及良好的迀移特性也適合其作為制冷工質(zhì)，導(dǎo)熱系數(shù)以及定壓比熱高，蒸汽密度小，動(dòng)力粘度小，表面張力小，這些特點(diǎn)為機(jī)組的小型化以及成本節(jié)省提供了前提。0)2臨界溫度為30.98°C，臨界壓力為7.38MPa，在跨臨界區(qū)與外部介質(zhì)換熱時(shí)不發(fā)生相變，因此跨臨界CO2循環(huán)不存在潛熱交換和冷凝過(guò)程?？紤]到CO2較高的臨界壓力，在相同的條件下，跨臨界CO2熱栗能夠?qū)⑺訜岬礁叩臏囟取?br>[0004]跨臨界CO2熱栗將熱栗的高效節(jié)能作用和CO2的優(yōu)秀環(huán)保性能結(jié)合在一起，符合目前世界范圍內(nèi)的環(huán)保要求，具有重要的節(jié)能環(huán)保意義，而且應(yīng)用范圍特別廣，特別是在低環(huán)境溫度條件下的供暖和供熱水問(wèn)題，然而，在低環(huán)境溫度下，跨臨界CO2熱栗系統(tǒng)存在結(jié)霜問(wèn)題，對(duì)于具有工作壓力高和跨臨界傳熱特性的空氣源CO2熱栗系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的除霜方法并不適用，因此，如何快速除霜成為限制跨臨界CO2熱栗廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要因素。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種帶有快速除霜功能的跨臨界CO2熱栗供暖系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有供暖熱栗系統(tǒng)采用CO2工質(zhì)時(shí)存在的問(wèn)題，使跨臨界CO2熱栗系統(tǒng)在極低環(huán)境溫度下能夠高效穩(wěn)定地應(yīng)用于暖氣片形式供暖，同時(shí)為解決跨臨界CO2熱栗系統(tǒng)在極低環(huán)境溫度下的運(yùn)行時(shí)的結(jié)霜現(xiàn)象提供一種快速除霜的方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種帶有快速除霜功能的跨臨界CO2熱栗供暖系統(tǒng)，包括第一蒸發(fā)器、第一壓縮機(jī)、第一冷凝器、第一膨脹閥、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、蒸發(fā)冷凝器、第二壓縮機(jī)、氣體冷卻器和第二膨脹閥；:第一蒸發(fā)器、第一壓縮機(jī)、第一冷凝器、第一膨脹閥組成第一熱栗系統(tǒng);蒸發(fā)冷凝器、第二壓縮機(jī)、氣體冷卻器和第二膨脹閥組成第二熱栗系統(tǒng)，第二熱栗系統(tǒng)為跨臨界CO2熱栗系統(tǒng)；
[0008]暖氣片的回水管路分為兩路，一路連接第一冷凝器的回水入口，另一路連接第一蒸發(fā)器的回水入口；第一冷凝器的回水出口連接混合器的第一入口，第一蒸發(fā)器的回水出口連接氣體冷卻器的回水入口，氣體冷卻器的回水出口連接混合器的第二入口，混合器的出口連接暖氣片供暖系統(tǒng)的供水管路；
[0009]第一壓縮機(jī)的工質(zhì)出口分為兩路，一路連接第一冷凝器的工質(zhì)入口，第一冷凝器的工質(zhì)出口通過(guò)第一膨脹閥連接第一蒸發(fā)器的工質(zhì)入口，第一蒸發(fā)器的工質(zhì)出口連接第一壓縮機(jī)的工質(zhì)入口；另一路連接蒸發(fā)冷凝器的第一工質(zhì)入口，蒸發(fā)冷凝器的第一工質(zhì)出口通過(guò)第一膨脹閥連接第一蒸發(fā)器的工質(zhì)入口 ；
[0010]第二壓縮機(jī)的出口連接氣體冷卻器的工質(zhì)入口，氣體冷卻器的工質(zhì)出口通過(guò)第二膨脹閥連接蒸發(fā)冷凝器的第二工質(zhì)入口，蒸發(fā)冷凝器的第二工質(zhì)出口連接第二壓縮機(jī)的工質(zhì)入口。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第一冷凝器的工質(zhì)入口設(shè)有第一電磁閥，第一冷凝器的工質(zhì)出口設(shè)有第二電磁閥和第一膨脹閥；蒸發(fā)冷凝器的第一工質(zhì)入口設(shè)有第三電磁閥，蒸發(fā)冷凝器的第一工質(zhì)出口設(shè)有第四電磁閥。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:來(lái)自暖氣片的回水分為兩部分后，一部分進(jìn)入第一冷凝器中升溫，另一部分進(jìn)入第一蒸發(fā)器中降溫，第一冷凝器升溫后的熱水進(jìn)入混合器中，第一蒸發(fā)器中被冷卻的冷水進(jìn)入氣體冷卻器中被加熱后進(jìn)入混合器，熱水在混合器中混合后進(jìn)入暖氣片供暖系統(tǒng)的供水管路。
[0013]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:第二壓縮機(jī)將高溫高壓的跨臨界狀態(tài)CO2排入氣體冷卻器中，加熱暖氣片回水后溫度降低，通過(guò)第二膨脹閥進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器的第二工質(zhì)入口，在蒸發(fā)冷凝器中蒸發(fā)吸熱，產(chǎn)生的氣體通過(guò)蒸發(fā)冷凝器的第二工質(zhì)出口進(jìn)入第二壓縮機(jī)。
[0014]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:第一電磁閥、第二電磁閥開(kāi)啟，第三電磁閥、第四電磁閥關(guān)閉，第一熱栗系統(tǒng)和第二熱栗系統(tǒng)正常制熱運(yùn)行;第一電磁閥、第二電磁閥關(guān)閉，第三電磁閥、第四電磁閥開(kāi)啟，第一熱栗系統(tǒng)中第一冷凝器停用，第一壓縮機(jī)經(jīng)第三電磁閥連接蒸發(fā)冷凝器的第一工質(zhì)入口，蒸發(fā)冷凝器的第一工質(zhì)出口經(jīng)第四電磁閥、第一膨脹閥連接第一蒸發(fā)器的工質(zhì)入口，第一蒸發(fā)器的工質(zhì)出口連接第一壓縮機(jī)。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第一電磁閥、第二電磁閥關(guān)閉，第三電磁閥、第四電磁閥開(kāi)啟，來(lái)自第一壓縮機(jī)的高溫高壓氣體經(jīng)第三電磁閥進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器的第一工質(zhì)入口，在蒸發(fā)冷凝器中與第二工質(zhì)進(jìn)行換熱，完成對(duì)第二熱栗系統(tǒng)的除霜，溫度降低后，經(jīng)第四電磁閥和第一膨脹閥進(jìn)入第一蒸發(fā)器中，在第一蒸發(fā)器中吸收暖氣片回水中的熱量，進(jìn)入第一壓縮機(jī)。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:所述帶有快速除霜功能的跨臨界CO2熱栗供暖系統(tǒng)中選用的工質(zhì)為天然工質(zhì)C02。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:所述蒸發(fā)冷凝器為帶風(fēng)機(jī)式蒸發(fā)冷凝器;在正常制熱運(yùn)行中，風(fēng)機(jī)開(kāi)啟，控制第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥和第四電磁閥的開(kāi)啟/關(guān)閉，蒸發(fā)冷凝器中第一工質(zhì)停止運(yùn)行，CO2從空氣中吸收熱量；在低環(huán)境溫度下運(yùn)行進(jìn)行除霜時(shí)，風(fēng)機(jī)關(guān)閉，控制第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥和第四電磁閥的開(kāi)啟/關(guān)閉，第一冷凝器停用，CO2在蒸發(fā)冷凝器中與第一工質(zhì)進(jìn)行換熱，快速融化翅片上的霜層，吸熱后的過(guò)熱CO2蒸氣進(jìn)入第二壓縮機(jī)，被壓縮后進(jìn)入氣體冷卻器中，加熱被第一蒸發(fā)器冷凝的供暖回水。
[0018]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:蒸發(fā)冷凝器內(nèi)部布管方式為第一工質(zhì)與第二工質(zhì)逆向交叉布置，第一工質(zhì)運(yùn)行時(shí)，與第二工質(zhì)逆向換熱;第一工質(zhì)停止運(yùn)行時(shí)，第二工質(zhì)通過(guò)風(fēng)機(jī)與空氣換熱。
[0019 ]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]本發(fā)明通過(guò)合理設(shè)置系統(tǒng)流程，將跨臨界CO2熱栗系統(tǒng)應(yīng)用于暖氣片形式供暖，極大的提升了熱栗系統(tǒng)循環(huán)效率，使得新型環(huán)保工質(zhì)能應(yīng)用于房間供暖，同時(shí)，本發(fā)明為跨臨界CO2熱栗系統(tǒng)在冬季低環(huán)境溫度下出現(xiàn)的結(jié)霜現(xiàn)象提供了一種快速除霜的方法，能夠有效地融化蒸發(fā)器翅片上產(chǎn)生的霜層，提升熱栗制熱性能，對(duì)于冬季供暖基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能減排改造具有極大的實(shí)際意義。
[0021]本發(fā)明跨臨界CO2熱栗系統(tǒng)蒸發(fā)器設(shè)計(jì)采用帶風(fēng)機(jī)式蒸發(fā)冷凝器，在正常制熱運(yùn)行中，風(fēng)機(jī)開(kāi)啟，蒸發(fā)冷凝器中第一工質(zhì)停止運(yùn)行，CO2從空氣中吸收熱量;在低環(huán)境溫度下運(yùn)行需要除霜時(shí)，風(fēng)機(jī)關(guān)閉，第一冷凝器停用，CO2在蒸發(fā)冷凝器中與第一工質(zhì)進(jìn)行換熱，快速融化翅片上的霜層，吸熱后的過(guò)熱CO2蒸氣進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮后進(jìn)入氣體冷卻器中，加熱來(lái)自第一蒸發(fā)器中的回水，在保證快速除霜的情況下能夠有效地對(duì)供暖回水進(jìn)行加熱，不會(huì)對(duì)供暖用戶產(chǎn)生不利影響。
[0022]本發(fā)明中通過(guò)設(shè)置四個(gè)電磁閥保證熱栗系統(tǒng)在環(huán)境溫度改變時(shí)均能滿足使用要求。當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，控制電磁閥開(kāi)啟/關(guān)閉，第一熱栗系統(tǒng)與第二熱栗系統(tǒng)均正常工作，第一工質(zhì)在第一蒸發(fā)器中吸熱進(jìn)入第一壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后進(jìn)入第一冷凝器，在第一冷凝器中對(duì)部分供暖回水進(jìn)行加熱，冷卻后的第一工質(zhì)流經(jīng)第一膨脹閥后進(jìn)入第一蒸發(fā)器;第二工質(zhì)⑶2在蒸發(fā)冷凝器中與空氣換熱，吸熱后進(jìn)入第二壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮后進(jìn)入氣體冷卻器，在氣體冷卻器中加熱被第一蒸發(fā)器冷卻的供暖回水，冷卻后的CO2流經(jīng)第二膨脹閥進(jìn)入蒸發(fā)冷凝器；當(dāng)環(huán)境溫度較低，跨臨界CO2熱栗系統(tǒng)需要除霜時(shí)，控制電磁閥開(kāi)啟/關(guān)閉，使第一冷凝器停用，第一熱栗系統(tǒng)中第一工質(zhì)流經(jīng)蒸發(fā)冷凝器，在蒸發(fā)冷凝器中與CO2進(jìn)行換熱，對(duì)跨臨近CO2熱栗系統(tǒng)進(jìn)行除霜，工質(zhì)流經(jīng)第一膨脹閥進(jìn)入第一蒸發(fā)器中，完成蒸發(fā)吸熱后進(jìn)入第一壓縮機(jī)。
【【附圖說(shuō)明】】
[0023]圖1是本發(fā)明一種帶有快速除霜功能的跨臨界C02熱栗供暖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2和圖3是本發(fā)明的兩種蒸發(fā)器布置方式示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]請(qǐng)參閱圖1至圖3所示，本發(fā)明一種帶有快速除霜功能的跨臨界CO2熱栗供暖系統(tǒng)，包括第一蒸發(fā)器1、第一壓縮機(jī)2、第一冷凝器3、第一膨脹閥4、蒸發(fā)冷凝器9、第二壓縮機(jī)10、氣體冷卻器11、第二膨脹閥12。第一蒸發(fā)器1、第一壓縮機(jī)2、第一冷凝器3、第一膨脹閥4組成第一熱栗系統(tǒng)，蒸發(fā)冷凝器9、第二壓縮機(jī)10、氣體冷卻器11和第二膨脹閥12組成第二熱栗系統(tǒng)，第二熱栗系統(tǒng)為跨臨界CO2熱栗系統(tǒng)。
[0027]暖氣片的回水管路分為兩路，一路連接第一冷凝器3的回水入口，另一路連接第一蒸發(fā)器I的回水入口；第一冷凝器3的回水出口連接混合器13的第一入口，第一蒸發(fā)器I的回水出口連接氣體冷卻器11的回水入口，氣體冷卻器11的回水出口連接混合器13的第二入口，混合器13的出口連接暖氣片供暖系統(tǒng)的供水管路。
[0028]第一壓縮機(jī)2的工質(zhì)出口分為兩路，一路通過(guò)第一電磁閥5連接第一冷凝器3的工質(zhì)入口，第一冷凝器3的工質(zhì)出口通過(guò)第二電磁閥6和第一膨脹閥4連接第一蒸發(fā)器I的工質(zhì)入口，第一蒸發(fā)器I的工質(zhì)出口連接第一壓縮機(jī)2的工質(zhì)入口；另一路通過(guò)第三電磁閥7連接蒸發(fā)冷凝器9的第一工質(zhì)入口，蒸發(fā)冷凝器