适用于极寒地区的CO2复叠热泵系统及其控制方法与流程

本发明涉及热泵技术领域，特别涉及一种适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统及其控制方法。

背景技术：

热泵是一种能将低位热源的热能转移到高位热源的装置，通常是先从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，然后再向人们提供可被利用的高品位热能。

具体地，CO₂复叠热泵系统可以主要应用于供暖，其具有两套循环系统，一套是通过二氧化碳用作低温段的气体循环，另一套是通过氟利昂等用作高温段的液体循环，且两套循环系统可以通过蒸发冷凝器联在一起，并在蒸发冷凝器处于制热工况下以实现换热、制热的效果。

然而，本申请发明人发现，由于现有的CO₂复叠热泵系统中所消耗的能源只能用来制热，因此缺少对能源的二级利用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种覆叠热泵系统及其控制方法，以解决现有的CO₂复叠热泵系统中所消耗的能源只能用来制热而缺少对能源的二级利用的技术问题。

本发明提供一种适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统，包括：二氧化碳热泵制冷循环和普通热泵制冷循环；所述普通热泵制冷循环包括依次设置的第一毛细管、制冰机、蒸发冷凝器，所述蒸发冷凝器通过换向阀连通有第一压缩机，所述第一压缩机通过所述换向阀依次连通有换热器和所述第一毛细管。

实际应用时，所述蒸发冷凝器与所述换向阀之间设置有第一控制阀，所述换热器与所述第一毛细管之间设置有第二控制阀。

其中，所述换向阀与所述第一压缩机之间设置有第一储液罐，所述第二控制阀与所述第一毛细管之间设置有第二储液罐。

具体地，所述二氧化碳热泵制冷循环包括依次设置的膨胀阀、室外换热器、内部换热器、第二压缩机和所述蒸发冷凝器，且所述蒸发冷凝器通过所述内部换热器与所述膨胀阀连通。

进一步地，所述换向阀为四通换向阀。

更进一步地，所述第一控制阀和所述第二控制阀均为电磁阀。

实际应用时，所述适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统还包括：第三制冷循环；所述第三制冷循环包括依次设置的第二毛细管、第三控制阀、所述换热器，所述换热器通过所述换向阀连通有所述第一压缩机，且所述第一压缩机通过所述换向阀依次连通有第四控制阀、所述室外换热器和所述第二毛细管。

其中，所述第二毛细管与所述第三控制阀之间设置有第三储液罐。

具体地，所述第三控制阀和所述第四控制阀均为电磁阀。

相对于现有技术，本发明所述的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统具有以下优势：

本发明提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统中，包括：二氧化碳热泵制冷循环和普通热泵制冷循环；其中，普通热泵制冷循环包括依次设置的第一毛细管、制冰机、蒸发冷凝器，该蒸发冷凝器通过换向阀连通有第一压缩机，且第一压缩机通过换向阀依次连通有换热器和第一毛细管。由此分析可知，本发明提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统中，由于在高温段循环过程中的第一毛细管与蒸发冷凝器之间设置有制冰机，因此能够使适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统实现制热的同时制冰的功能，从而有效实现了能源的二级利用。

本发明还提供一种适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统的控制方法，所述适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统包括：二氧化碳热泵制冷循环、普通热泵制冷循环和第三制冷循环；所述普通热泵制冷循环包括依次设置的第一毛细管、制冰机、蒸发冷凝器，所述蒸发冷凝器经第一控制阀并通过换向阀连通有第一压缩机，所述第一压缩机通过所述换向阀依次连通有换热器、第二控制阀和所述第一毛细管；所述二氧化碳热泵制冷循环包括依次设置的膨胀阀、室外换热器、内部换热器、第二压缩机和所述蒸发冷凝器，且所述蒸发冷凝器通过所述内部换热器与所述膨胀阀连通；所述第三制冷循环包括依次设置的第二毛细管、第三控制阀、所述换热器，所述换热器通过所述换向阀连通有所述第一压缩机，且所述第一压缩机通过所述换向阀依次连通有第四控制阀、所述室外换热器和所述第二毛细管；所述适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统的控制方法包括：冬季制热同时制冰工况和夏季制冷工况；所述冬季制热同时制冰工况包括如下步骤：关闭所述第三控制阀和所述第四控制阀，开启所述第一控制阀和所述第二控制阀，并将所述换向阀调至制热模式；低温段制冷剂二氧化碳经过所述膨胀阀进入所述室外换热器，并吸收室外热量；经过所述内部换热器后进入所述第二压缩机；经所述第二压缩机压缩后进入所述蒸发冷凝器，放热后回至所述膨胀阀并完成低温段循环；高温段的制冷剂工质经所述第一毛细管进入所述制冰机并进行一次换热；吸收热量后进入所述蒸发冷凝器吸收低温段热量并进行二次换热；依次经过所述换向阀和所述第一压缩机压缩后，进入所述换热器；放热后回至所述第一毛细管并完成高温段循环；所述夏季制冷工况包括如下步骤：关闭所述第一控制阀和所述第二控制阀，开启所述第三控制阀和所述第四控制阀，并将所述换向阀调至制冷模式；制冷工质经所述第二毛细管后通过所述第三控制阀进入所述换热器；吸热后依次经过所述换向阀和所述第一压缩机压缩后，进入所述室外换热器进行换热放热；放热后回至所述第二毛细管完成制冷循环。

所述适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统的控制方法与上述适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统中冬季制热同时制冰的流向示意图；

图3为本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统中夏季制冷的流向示意图；

图4为本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统的控制方法的流程示意图。

图中：1－膨胀阀；2－室外换热器；3－内部换热器；4－第二压缩机；5－第四控制阀；6－第二毛细管；7－第三储液罐；8－第三控制阀；9－第二控制阀；10－第二储液罐；11－第一毛细管；12－蒸发冷凝器；13－第一控制阀；14－第一储液罐；15－第一压缩机；16－换向阀；17－换热器；18－制冰机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供一种适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统，包括：二氧化碳热泵制冷循环和普通热泵制冷循环；普通热泵制冷循环包括依次设置的第一毛细管11、制冰机18、蒸发冷凝器12，蒸发冷凝器12通过换向阀16连通有第一压缩机15，第一压缩机15通过换向阀16依次连通有换热器17和第一毛细管11。

相对于现有技术，本发明实施例所述的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统具有以下优势：

本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统中，如图1所示，包括：二氧化碳热泵制冷循环和普通热泵制冷循环；其中，普通热泵制冷循环包括依次设置的第一毛细管11、制冰机18、蒸发冷凝器12，该蒸发冷凝器12通过换向阀16连通有第一压缩机15，且第一压缩机15通过换向阀16依次连通有换热器17和第一毛细管11。由此分析可知，本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统中，由于在高温段循环过程中的第一毛细管11与蒸发冷凝器12之间设置有制冰机18，因此能够使适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统实现制热的同时制冰的功能，从而有效实现了能源的二级利用。

实际应用时，为了便于使适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统在冬季制热同时制冰与夏季制冷这两个工况之间进行切换，如图1所示，上述蒸发冷凝器12与换向阀16之间可以设置有第一控制阀13，换热器17与第一毛细管11之间可以设置有第二控制阀9。因此，当第一控制阀13和第二控制阀9开启(其它控制阀关闭)、且换向阀16处于制热模式时，适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统能够处于冬季制热同时制冰工况，当第一控制阀13和第二控制阀9关闭(相应控制阀开启)、且换向阀16处于制冷模式时，适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统能够处于夏季制冷工况。

其中，如图1所示，上述换向阀16与第一压缩机15之间可以设置有第一储液罐14，第二控制阀9与第一毛细管11之间可以设置有第二储液罐10。第一、第二储液罐(14、10)能够起到储存制冷剂的作用，还能够起到缓压和分液的作用。

具体地，本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统中，二氧化碳热泵制冷循环可以包括依次设置的膨胀阀1、室外换热器2、内部换热器3、第二压缩机4和上述蒸发冷凝器12，且该蒸发冷凝器12通过内部换热器3与膨胀阀1连通，从而二氧化碳热泵制冷循环和普通热泵制冷循环能够使适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统有效地实现冬季制热同时制冰的效果。

实际应用时，本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统还包括：第三制冷循环；该第三制冷循环包括依次设置的第二毛细管6、第三控制阀8、上述换热器17，该换热器17通过换向阀16连通有第一压缩机15，且该第一压缩机15通过换向阀16依次连通有第四控制阀5、室外换热器2和第二毛细管6。

此处需要补充说明的是，上述第一毛细管11和第二毛细管6可以起到类似于膨胀阀的作用。

图2为本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统中冬季制热同时制冰的流向示意图；图3为本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统中夏季制冷的流向示意图。

其中，为了便捷地实现两个工况的转换，本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统中，上述换向阀16可以优选为四通换向阀。具体地，当四通换向阀处于制热模式时，如图2所示，普通热泵制冷循环中的流向为依次由蒸发冷凝器12、第一控制阀13、换向阀16、第一储液罐14、第一压缩机15、并经换向阀16至换热器17；当四通换向阀处于制冷模式时，如图3所示，普通热泵制冷循环中的流向为依次由换热器17、换向阀16、第一储液罐14、第一压缩机15、并经换向阀16至第四控制阀5和室外换热器2。

进一步地，如图1－图3所示，上述第二毛细管6与第三控制阀8之间可以设置有第三储液罐7，该第三储液罐7能够起到储存制冷剂的作用，还能够起到缓压和分液的作用。

更进一步地，为了实现自动控制，本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统中，上述第一控制阀13、第二控制阀9、第三控制阀8和第四控制阀5均可以为电磁阀。

图4为本发明实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统的控制方法的流程示意图。

本发明实施例还提供一种适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统的控制方法，如图1－图3所示，适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统包括：二氧化碳热泵制冷循环、普通热泵制冷循环和第三制冷循环；该普通热泵制冷循环包括依次设置的第一毛细管11、制冰机18、蒸发冷凝器12，蒸发冷凝器12经第一控制阀13并通过换向阀16连通有第一压缩机15，第一压缩机15通过换向阀16依次连通有换热器17、第二控制阀9和第一毛细管11；该二氧化碳热泵制冷循环包括依次设置的膨胀阀1、室外换热器2、内部换热器3、第二压缩机4和蒸发冷凝器12，且蒸发冷凝器12通过内部换热器3与膨胀阀1连通；该第三制冷循环包括依次设置的第二毛细管6、第三控制阀8、换热器17，换热器17通过换向阀16连通有第一压缩机15，且第一压缩机15通过换向阀16依次连通有第四控制阀5、室外换热器2和第二毛细管6。如图4所示，适用于极寒地区的CO₂复叠热泵系统的控制方法包括：冬季制热同时制冰工况和夏季制冷工况；结合图2所示，该冬季制热同时制冰工况包括如下步骤：步骤S11、关闭第三控制阀8和第四控制阀5，开启第一控制阀13和第二控制阀9，并将换向阀16调至制热模式；步骤S12、低温段制冷剂二氧化碳经过膨胀阀1进入室外换热器2，并吸收室外热量；步骤S13、经过内部换热器3后进入第二压缩机4；步骤S14、经第二压缩机4压缩后进入蒸发冷凝器12，放热后回至膨胀阀1并完成低温段循环；步骤S21、高温段的制冷剂工质经第一毛细管11进入制冰机18并进行一次换热；步骤S22、吸收热量后进入蒸发冷凝器12吸收低温段热量并进行二次换热；步骤S23、依次经过换向阀16和第一压缩机15压缩后，进入换热器17；步骤S24、放热后回至第一毛细管11并完成高温段循环；结合图3所示，该夏季制冷工况包括如下步骤：步骤S31、关闭第一控制阀13和第二控制阀9，开启第三控制阀8和第四控制阀5，并将换向阀16调至制冷模式；步骤S32、制冷工质经第二毛细管6后通过第三控制阀8进入换热器17；步骤S33、吸热后依次经过换向阀16和第一压缩机15压缩后，进入室外换热器2进行换热放热；步骤S34、放热后回至第二毛细管6完成制冷循环。

此处需要补充说明的是，冬季制热同时制冰工况时，低温段制冷剂先循环后高温段制冷剂再循环，且高温段制冷剂循环的过程中低温段制冷剂根据需要可以继续循环。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。