本實用新型涉及熱泵技術領域，特別涉一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)。

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(jīng)過電力做功，然后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(tǒng)可以主要應用于食品的冷凍冷藏、農(nóng)作物種子的保存以超市制冷系統(tǒng)等領域，其具有兩套循環(huán)系統(tǒng)，一套是通過二氧化碳用作低溫段的氣體循環(huán)，另一套是通過氟利昂等用作高溫段的液體循環(huán)，且兩套循環(huán)系統(tǒng)可以通過蒸發(fā)冷凝器聯(lián)在一起，并在蒸發(fā)冷凝器處于制冷工況下以實現(xiàn)換熱、制冷的效果。

然而，本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)有的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中所消耗的能源只能用來制冷，因此缺少對能源的二級利用。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中所消耗的能源只能用來制冷而缺少對能源的二級利用的技術問題。

本實用新型提供一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)，包括：二氧化碳熱泵制冷循環(huán)、普通熱泵制冷循環(huán)和第三制冷制熱水循環(huán)；所述第三制冷制熱水循環(huán)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，所述二氧化碳熱泵制冷循環(huán)包括依次設置的膨脹閥、所述室外換熱器、內(nèi)部換熱器、第二壓縮機和蒸發(fā)冷凝器，且所述蒸發(fā)冷凝器通過所述內(nèi)部換熱器與所述膨脹閥連通。

所述普通熱泵制冷循環(huán)包括依次設置的第一毛細管和所述蒸發(fā)冷凝器，所述蒸發(fā)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(fā)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。

相對于現(xiàn)有技術，本實用新型所述的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

本實用新型提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，包括：二氧化碳熱泵制冷循環(huán)、普通熱泵制冷循環(huán)和第三制冷制熱水循環(huán)；該第三制冷制熱水循環(huán)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，本實用新型提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，由于第三制冷制熱水循環(huán)過程中的第一壓縮機與室外換熱器之間設置有熱水器，因此能夠使適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)實現(xiàn)制冷的同時制熱水的功能，從而有效實現(xiàn)了能源的二級利用。

本實用新型還提供一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)及其控制方法，所述適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)包括：第三制冷制熱水循環(huán)、二氧化碳熱泵制冷循環(huán)和普通熱泵制冷循環(huán)；所述第三制冷制熱水循環(huán)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；所述二氧化碳熱泵制冷循環(huán)包括依次設置的膨脹閥、所述室外換熱器、內(nèi)部換熱器、第二壓縮機和蒸發(fā)冷凝器，且所述蒸發(fā)冷凝器通過所述內(nèi)部換熱器與所述膨脹閥連通；所述普通熱泵制冷循環(huán)包括依次設置的第一毛細管和所述蒸發(fā)冷凝器，所述蒸發(fā)冷凝器經(jīng)第一控制閥并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；所述適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的控制方法包括：夏季制冷同時制熱水工況和冬季制熱工況；所述夏季制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，并將所述換向閥調(diào)至制冷模式；制冷工質經(jīng)所述第二毛細管后通過所述第三控制閥進入所述換熱器；吸熱后依次經(jīng)過所述換向閥和所述第一壓縮機壓縮后，進入所述熱水器進行一次換熱；放熱后通過所述室外換熱器進行二次換熱放熱；放熱后回至所述第二毛細管完成制冷同時制熱水循環(huán)；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，并將所述換向閥調(diào)至制熱模式；低溫段制冷劑二氧化碳經(jīng)過所述膨脹閥進入所述室外換熱器，并吸收室外熱量；經(jīng)過所述內(nèi)部換熱器后進入所述第二壓縮機；經(jīng)所述第二壓縮機壓縮后進入所述蒸發(fā)冷凝器，放熱后回至所述膨脹閥并完成低溫段循環(huán)；高溫段的制冷劑工質經(jīng)所述第一毛細管進入所述蒸發(fā)冷凝器吸收低溫段熱量并進行換熱；依次經(jīng)過所述換向閥和所述第一壓縮機壓縮后，進入所述換熱器；放熱后回至所述第一毛細管并完成高溫段循環(huán)。

所述適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)及其控制方法與上述適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)相對于現(xiàn)有技術所具有的優(yōu)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(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)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，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中夏季制冷同時制熱水的流向示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中冬季制熱的流向示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)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(nèi)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(fā)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?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

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(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于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”僅用于描述目的，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(guī)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(nèi)部的連通。對于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1為本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的結構示意圖。

如圖1所示，本實用新型實施例提供一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)，包括：二氧化碳熱泵制冷循環(huán)、普通熱泵制冷循環(huán)和第三制冷制熱水循環(huán)；第三制冷制熱水循環(huán)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。

相對于現(xiàn)有技術，本實用新型實施例所述的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，如圖1所示，包括：二氧化碳熱泵制冷循環(huán)、普通熱泵制冷循環(huán)和第三制冷制熱水循環(huán)；該第三制冷制熱水循環(huán)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，本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，由于第三制冷制熱水循環(huán)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，因此能夠使適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)實現(xiàn)制冷的同時制熱水的功能，從而有效實現(xiàn)了能源的二級利用。

其中，為了便于使適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)在夏季制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?shù)谌刂崎y8和第四控制閥5開啟(其它控制閥關閉)、且換向閥16處于制冷模式時，適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)能夠處于夏季制冷同時制熱水工況；當?shù)谌刂崎y8和第四控制閥5關閉(相應控制閥開啟)、且換向閥16處于制熱模式時，適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)能夠處于冬季制熱工況。

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)能夠起到儲存制冷劑的作用，還能夠起到緩壓和分液的作用。

實際應用時，本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，如圖1所示，二氧化碳熱泵制冷循環(huán)可以包括依次設置的膨脹閥1、室外換熱器2、內(nèi)部換熱器3、第二壓縮機4和蒸發(fā)冷凝器12，且該蒸發(fā)冷凝器12通過內(nèi)部換熱器3與膨脹閥1連通；普通熱泵制冷循環(huán)可以包括依次設置的第一毛細管11和蒸發(fā)冷凝器12，該蒸發(fā)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，從而二氧化碳熱泵制冷循環(huán)和普通熱泵制冷循環(huán)能夠使適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)有效地實現(xiàn)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可以起到類似于膨脹閥的作用。

其中，如圖1所示，上述蒸發(fā)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為本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中夏季制冷同時制熱水的流向示意圖；圖3為本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中冬季制熱的流向示意圖。

進一步地，為了便捷地實現(xiàn)兩個工況的轉換，本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，上述換向閥16可以優(yōu)選為四通換向閥。實際使用時，當四通換向閥處于制冷模式時，如圖2所示，第三制冷制熱水循環(huán)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、并經(jīng)換向閥16至第四控制閥5和熱水器18室外換熱器2；當四通換向閥處于制熱模式時，如圖3所示，普通熱泵制冷循環(huán)中的流向為依次由蒸發(fā)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、并經(jīng)換向閥16至換熱器17。

更進一步地，為了實現(xiàn)自動控制，本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)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為本實用新型實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖。

本實用新型實施例還提供一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)及其控制方法，如圖1－圖3所示，包括：第三制冷制熱水循環(huán)、二氧化碳熱泵制冷循環(huán)和普通熱泵制冷循環(huán)；該第三制冷制熱水循環(huán)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；該二氧化碳熱泵制冷循環(huán)包括依次設置的膨脹閥1、室外換熱器2、內(nèi)部換熱器3、第二壓縮機4和蒸發(fā)冷凝器12，且蒸發(fā)冷凝器12通過內(nèi)部換熱器3與膨脹閥1連通；該普通熱泵制冷循環(huán)包括依次設置的第一毛細管11和蒸發(fā)冷凝器12，蒸發(fā)冷凝器12經(jīng)第一控制閥13并通過換向閥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，的控制方法包括：夏季制冷同時制熱水工況和冬季制熱工況；結合圖2所示，上述夏季制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，并將換向閥16調(diào)至制冷模式；步驟S12、制冷工質經(jīng)第二毛細管6后通過第三控制閥8進入換熱器17；步驟S13、吸熱后依次經(jīng)過換向閥16和第一壓縮機15壓縮后，進入熱水器18進行一次換熱；步驟S14、放熱后通過室外換熱器2進行二次換熱放熱；步驟S15、放熱后回至第二毛細管6完成制冷同時制熱水循環(huán)；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，并將換向閥16調(diào)至制熱模式；步驟S22、低溫段制冷劑二氧化碳經(jīng)過膨脹閥1進入室外換熱器2，并吸收室外熱量；步驟S23、經(jīng)過內(nèi)部換熱器3后進入第二壓縮機4；步驟S24、經(jīng)第二壓縮機4壓縮后進入蒸發(fā)冷凝器12，放熱后回至膨脹閥1并完成低溫段循環(huán)；步驟S31、高溫段的制冷劑工質經(jīng)第一毛細管11進入蒸發(fā)冷凝器12吸收低溫段熱量并進行換熱；步驟S32、依次經(jīng)過換向閥16和第一壓縮機15壓縮后，進入換熱器17；步驟S33、放熱后回至第一毛細管11并完成高溫段循環(huán)。

此處需要補充說明的是，冬季制熱工況時，低溫段制冷劑先循環(huán)后高溫段制冷劑再循環(huán)，且高溫段制冷劑循環(huán)的過程中低溫段制冷劑根據(jù)需要可以繼續(xù)循環(huán)。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。