一种二氧化碳热泵系统和控制方法与流程

本发明涉及一种二氧化碳热泵系统和控制方法。

背景技术：

二氧化碳作为制冷剂而言，具有无毒、不燃、成本低廉、odp值为0、温室效应很低等优点；且其跨临界循环的放热过程伴随有较大温度滑移，与水加热时的温升相匹配，能够一次性制取高达90℃的热水，且其在低温工况下下也能达到较高的能效比和热水温度。

目前二氧化碳热泵的应用大多数局限于供应热水，在供暖和循环制热上很少使用，即便采用也多数是在二氧化碳热泵进水温度不超过40℃左右的工况下运行。针对一些采暖或烘干的应用场合，如果高温热水进入末端，末端出水温度较末端进水温度温降不大，这样的高温回水容易导致气冷器出口温度过高，压缩机排气压力和排气温度过高，对二氧化碳热泵系统的可靠性和寿命有很大影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适合较高温度供水的二氧化碳热泵系统和控制方法

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种二氧化碳热泵系统，其包括控制单元，所述控制单元能够控制二氧化碳热泵系统工作向外供热或供应热水，所述热泵系统还包括二氧化碳循环回路、预冷补偿管路和供热水路，所述二氧化碳循环回路和预冷补偿管路均用于供二氧化碳循环流通，所述供热水路用于供水流通，

所述二氧化碳循环回路中设置有二氧化碳蒸发器、气体冷却器、二氧化碳压缩机和二氧化碳流量的节流机构，所述二氧化碳蒸发器具有供二氧化碳流通的冷媒管路，所述气体冷却器中具有相邻设置的二氧化碳通道和热水通道，所述二氧化碳通道出口处设置有温度传感器，所述二氧化碳通道与所述冷媒管路连接，所述二氧化碳压缩机的进口与所述冷媒管路的出口连接，所述二氧化碳压缩机的出口与所述二氧化碳通道的进口连接，所述二氧化碳流量的节流机构的进口与所述二氧化碳通道的出口连接，所述氧化碳流量的节流机构的出口与所述冷媒管路的进口连接，所述二氧化碳流量的节流机构与所述二氧化碳通道的出口之间还设置有和第一阀门，所述二氧化碳通道中流通的二氧化碳能够向外界释放热量，所述冷媒管路内流通的二氧化碳能够吸收外界的热量；

所述预冷补偿管路中设置有第二阀门，所述预冷补偿管路的两端分别连接所述第一阀门的进口和出口，所述预冷补偿管路的管路穿过二氧化碳蒸发器并与所述冷媒管路相邻并相互换热；

所述供热水路具有供水进口和热水出口，所述气体冷却器的热水通道连接在所述供热水路中，所述供热水路中流通的水流经热水通道时吸收所述二氧化碳通道内流通的二氧化碳释放的热量升温。

优选地，冷媒管路在二氧化碳蒸发器内沿左右方向来回穿梭并自上向下延伸，所述预冷补偿管路的管路在二氧化碳蒸发器内穿设在上下相邻的冷媒管路的间隙中。

优选地，所述预冷补偿管路的管路在二氧化碳蒸发器内盘旋地穿梭在上下相邻的冷媒管路的间隙中形成盘管结构。

优选地，所述二氧化碳通道出口、第一阀门进口和预冷补偿管路进口之间通过三通接头连接，所述预冷补偿管路的出口、第一阀门出口和二氧化碳流量的节流机构的进口之间也通过三通接头连接。

优选地，所述控制单元与所述第一阀门、第二阀门和温度传感器连接，所述控制单元用于获取所述温度传感器检测所述二氧化碳通道出口的二氧化碳温度，所述控制单元还用于控制第一阀门和第二阀门的启闭。

一种二氧化碳热泵系统的控制方法，用于控制上述的的二氧化碳热泵系统，其包括：

获取所述二氧化碳通道出口的二氧化碳温度和系统内设定的比较温度；

比较二氧化碳温度和比较温度的高低，得到温度比较结果，所述温度比较结果包括第一比较结果和第二比较结果，所述第一比较结果为二氧化碳温度大于比较温度，所述第二比较结果为二氧化碳温度小于等于比较温度；

响应于第一比较结果，执行第一模式动作，所述第一模式动作包括：控制第一阀门关闭，控制第二阀门开启，二氧化碳通道出口流出的二氧化碳流经预冷补偿管路与部分冷媒管路换热后再流向二氧化碳流量的节流机构；

响应于第二比较结果，执行第一模式动作或第二模式动作，所述第二模式动作包括：控制第一阀门开启，控制第二阀门关闭，二氧化碳通道出口流出的二氧化碳直接流向二氧化碳流量的节流机构。

优选地，所述比较温度为常数或与二氧化碳循环回路中的多个系统参数相关的变量。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明在二氧化碳蒸发器上设置预冷补偿管路，通过检测气体冷却器冷媒侧出口温度，针对需要降低气体冷却器的二氧化碳通道出口温度的工况，气体冷却器的二氧化碳通道出口冷媒通过预冷补偿管路进入二氧化碳蒸发器进行预冷，而后再进入节流机构。能够有效精准地补偿系统在供水（回水）温度过高时的效率衰减，从而降低了气体冷却器出口温度，进一步过冷。

本发明通过降低气体冷却器的二氧化碳通道出口温度，可有效降低二氧化碳冷媒在进入节流机构前的温度，从而降低系统排气温度、排气压力，减轻压缩机在高温供水（回水）工况下的负荷，延长系统使用寿命。

本发明的气体冷却器的二氧化碳通道出口冷媒进入二氧化碳蒸发器进行预冷，可提升二氧化碳蒸发器中二氧化碳蒸发温度，提高蒸发效率，特别在易结霜环境中进行预冷可有效延缓积霜，延长在易结霜环境中系统有效制热时间，提升系统运行效率。

附图说明

附图1为本发明二氧化碳热泵系统结构原理图。

以上附图中：1、二氧化碳压缩机；2、气体冷却器；3、节流机构；4、二氧化碳蒸发器；5、第二阀门；6、第一阀门；7、温度传感器；21、二氧化碳通道；22、热水通道；100、二氧化碳循环回路；101、预冷补偿管路；102、供热水路。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述：

参见附图1所示，一种二氧化碳热泵系统，其包括控制单元（图中未表示）、二氧化碳循环回路100、预冷补偿管路101和供热水路102，控制单元能够控制二氧化碳热泵系统工作向外供热或供应热水，本实施例中所述的控制单元为现有的常见控制器，比如plc，控制单元并非本申请的技术要点，此处不展开详述，以现有能够实现控制功能的结构为准。

二氧化碳循环回路100和预冷补偿管路101均用于供二氧化碳循环流通，供热水路102用于供水流通。

二氧化碳循环回路100中设置有二氧化碳蒸发器4、气体冷却器2、二氧化碳压缩机1和二氧化碳流量的节流机构3，二氧化碳蒸发器4具有供二氧化碳流通的冷媒管路，气体冷却器2中具有相邻设置的二氧化碳通道21和热水通道22，二氧化碳通道21出口处设置有温度传感器7，二氧化碳通道21与冷媒管路连接，二氧化碳压缩机1的进口与冷媒管路的出口连接，二氧化碳压缩机1的出口与二氧化碳通道21的进口连接，二氧化碳流量的节流机构3的进口与二氧化碳通道21的出口连接，氧化碳流量的节流机构3的出口与冷媒管路的进口连接，二氧化碳流量的节流机构3与二氧化碳通道21的出口之间还设置有和第一阀门6，二氧化碳通道21中流通的二氧化碳能够向外界释放热量，冷媒管路内流通的二氧化碳能够吸收外界的热量。

预冷补偿管路101中设置有第二阀门5，预冷补偿管路101的两端分别连接第一阀门6的进口和出口，预冷补偿管路101的管路穿过二氧化碳蒸发器4并与冷媒管路相邻并相互换热。具体地，冷媒管路在二氧化碳蒸发器4内沿左右方向来回穿梭并自上向下延伸，预冷补偿管路101的管路在二氧化碳蒸发器4内盘旋地穿梭在上下相邻的冷媒管路的间隙中形成盘管结构。这样预冷补偿管路101能够与冷媒管路充分换热。

供热水路102具有供水进口和热水出口，气体冷却器2的热水通道22连接在供热水路102中，供热水路102中流通的水流经热水通道22时吸收二氧化碳通道21内流通的二氧化碳释放的热量升温。

二氧化碳通道21出口、第一阀门6进口和预冷补偿管路101进口之间通过三通接头连接，预冷补偿管路101的出口、第一阀门6出口和二氧化碳流量的节流机构3的进口之间也通过三通接头连接。

控制单元与第一阀门6、第二阀门5和温度传感器7连接，控制单元用于获取温度传感器7检测二氧化碳通道21出口的二氧化碳温度，控制单元还用于控制第一阀门6和第二阀门5的启闭。本实施例中，第一阀门6、第二阀门5均采用电磁阀。

一种二氧化碳热泵系统的控制方法，用于控制上述的二氧化碳热泵系统，其包括：

通过控制单元获取温度传感器7检测的二氧化碳通道21出口的二氧化碳温度，以及获取系统内设定的比较温度；本实施例中，比较温度为常数或与二氧化碳循环回路100中的压力、温度或时间参数相关的变量。

比较二氧化碳温度和比较温度的高低，得到温度比较结果，温度比较结果包括第一比较结果和第二比较结果，第一比较结果为二氧化碳温度大于比较温度，第二比较结果为二氧化碳温度小于等于比较温度。

响应于第一比较结果，执行第一模式动作，第一模式动作包括：控制第一阀门6关闭，控制第二阀门5开启，二氧化碳通道21出口流出的二氧化碳流经预冷补偿管路101与部分冷媒管路换热后再流向二氧化碳流量的节流机构3；

响应于第二比较结果，执行第一模式动作或第二模式动作，第二模式动作包括：控制第一阀门6开启，控制第二阀门5关闭，二氧化碳通道21出口流出的二氧化碳直接流向二氧化碳流量的节流机构3。

本实施例与现有技术相比具有以下优点：

本实施例在二氧化碳蒸发器4上设置预冷补偿管路101，通过检测气体冷却器2的二氧化碳通道21出口温度，针对需要降低气体冷却器2的二氧化碳通道21的出口温度的工况，气体冷却器2的二氧化碳通道21的出口冷媒通过预冷补偿管路101进入二氧化碳蒸发器4进行预冷，而后再进入节流机构3。能够有效精准地补偿系统在供水（回水）温度过高时的效率衰减，从而降低了气体冷却器2出口温度，进一步过冷。

本实施例通过降低气体冷却器2的二氧化碳通道21的出口温度，可有效降低二氧化碳冷媒在进入节流机构3前的温度，从而降低系统排气温度、排气压力，减轻二氧化碳压缩机1在高温供水（回水）工况下的负荷，延长系统使用寿命。

本实施例的气体冷却器2的二氧化碳通道21的出口的冷媒进入二氧化碳蒸发器4进行预冷，可提升二氧化碳蒸发器4中二氧化碳蒸发温度，提高蒸发效率，特别在易结霜环境中进行预冷可有效延缓积霜，延长在易结霜环境中系统有效制热时间，提升系统运行效率。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。