适用于极寒地区的CO2复叠的热泵系统及热泵设备机组的制作方法

本实用新型涉及热泵技术领域，尤其是涉及一种适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统及热泵设备机组。

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，如图1所示，一套是通过二氧化碳用作低温段的气体循环20，另一套是通过氟利昂等用作高温段的液体循环30，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。近年来CO₂热泵热水器技术发展迅速。与常规的氟里昂热泵热水器相比,CO₂热泵热水器能制取90℃的高温热水,而常规的氟里昂热泵热水器的热水温度一般只能达到55～65℃；同时CO₂热泵的制热性能系数也比常规的氟里昂热泵循环高,可达到4.0以上。

但是这种热泵系统循环过程中所消耗的能源只能用来制热，无法满足部分用户制热的同时制冰的使用要求，同时缺少对能源的二级利用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统及热泵设备机组，以解决现有技术中存在的热泵系统循环过程中所消耗的能源只能用来制热，无法满足部分用户制热的同时制冰的使用要求，同时缺少对能源的二级利用技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案；

本实用新型提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统，包括二氧化碳热泵制冷循环系统和普通热泵制冷循环系统；

所述普通热泵制冷循环系统包括依次设置的第一控制阀、制冰机、蒸发冷凝器、和冷热水换热器，所述蒸发冷凝器通过换向阀连通有第二压缩机，所述第二压缩机通过所述换向阀依次连通有所述冷热水换热器和所述第一控制阀，且所述制冰机与所述冷热水换热器之间设置有第二膨胀阀；

所述二氧化碳热泵制冷循环系统的回路分别连接蒸发冷凝器的第一接口和第二接口；

所述普通热泵制冷循环系统的回路分别连接所述蒸发冷凝器的第三接口和第四接口。

在上述技术方案中，进一步的，所述二氧化碳热泵制冷循环系统中的室外换热器通过两个连通管路与所述普通热泵制冷循环系统的回路相连通，且每个所述连通管路上分别设置有所述第一控制阀，所述第三接口和所述第四接口处分别设置有第二控制阀，且其中一个所述第二控制阀设置在所述制冰机和所述蒸发冷凝器之间。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述二氧化碳热泵制冷循环系统包括所述室外换热器、内部换热器、第一压缩机和第一膨胀阀；

所述室外换热器分别设置有进气口、出气口、第一口、第二口、第三口和第四口，所述第一口通过所述第一膨胀阀与所述内部换热器的第一端口连通，所述内部换热器的第二端口与所述蒸发冷凝器的第一接口相连通；所述第二口、所述内部换热器的第三端口、所述内部换热器的第四端口和所述第一压缩机依次连通，且所述压缩机与所述蒸发冷凝器的第二接口相连通；

所述第三口和所述第四口分别连接两个所述连通管路。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述冷热水换热器与所述第二膨胀阀之间设置有第一储液罐。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述冷热水换热器与所述第一储液罐之间设置有单向阀组，且所述单向阀组与所述第二膨胀阀相连通。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述第二压缩机与所述第四接口处的第二控制阀之间设置有第二储液罐。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述室外换热器、所述内部换热器和所述冷热水换热器分别为翅片换热器。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述第一控制阀和所述第二控制阀分别为电磁阀。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述换向阀为四通换向阀。

本实用新型还提供了一种热泵设备机组，包括上述任一技术方案中所述的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统。

本实用新型提供的热泵设备机组，设置有上述适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统，因此，具有本实用新型提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统的全部有益效果，在此就不一一赘述。

本实用新型的实施例还提供了一种适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统的控制方法，包括：

步骤S1，关闭第一控制阀，开启第二控制阀；

步骤S2，低温段制冷剂二氧化碳经过第一膨胀阀进入室外换热器吸收室外热量；

步骤S3，经过内部换热器后进入第一压缩机，经第一压缩机压缩；

步骤S4，进入蒸发冷凝器放热后回到第一膨胀阀完成低温段循环；

步骤S5，高温段的制冷剂工质经第二膨胀阀进入制冰机进行一次换热吸收热量；

步骤S6，进入蒸发冷凝器吸收低温段热量进行二次换热；

步骤S7，经过四通换向阀、第二压缩机压缩后进入冷热水换热器放热；

步骤S8，经单向阀组、第一储液罐回到第二膨胀阀完成高温段循环。

本实用新型相对现有技术的有益效果为：

本实用新型提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统，普通热泵制冷循环系统包括依次设置的第一控制阀、制冰机、蒸发冷凝器、和冷热水换热器，蒸发冷凝器通过换向阀连通有第二压缩机，第二压缩机通过换向阀依次连通有冷热水换热器和第一控制阀，且制冰机与冷热水换热器之间设置有第二膨胀阀，二氧化碳热泵制冷循环系统的回路分别连接蒸发冷凝器的第一接口和第二接口，普通热泵制冷循环系统的回路分别连接蒸发冷凝器的第三接口和第四接口，当高温段的制冷剂工质进入制冰机进行一次换热吸收热量后进入蒸发冷凝器吸收低温段(二氧化碳制冷循环系统)热量进行二次换热，再进过换向阀、第二压缩机压缩后进入冷热水换热器后回到第二膨胀阀处完成高温段循环，完成了制热又能同时制冰，满足了制热的同时制冰的需求，实现能源的二级利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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为现有技术中适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统中冬季制热同时制冰的流向示意图；

图4为本实用新型另一实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统的控制方法的流程示意图。

附图标记：

1-第一膨胀阀；2-室外换热器；3-内部换热器；4-第一压缩机；5-第一控制阀；6-第二控制阀；7-蒸发冷凝器；8-四通换向阀；9-第二压缩机；10-第二膨胀阀；11-单向阀组；12-冷热水换热器；13-第二储液罐；14-第一储液罐；15-制冰机；20-低温段的气体循环；30-高温段的液体循环。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

图2为本实用新型实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统中冬季制热同时制冰的流向示意图；图4为本实用新型另一实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统的控制方法的流程示意图；

如图2和图3所示，本实用新型的实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统，包括二氧化碳热泵制冷循环系统和普通热泵制冷循环系统；

所述普通热泵制冷循环系统包括依次设置的第一控制阀5、制冰机15、蒸发冷凝器7、和冷热水换热器12，所述蒸发冷凝器7通过换向阀连通有第二压缩机9，所述第二压缩机9通过所述换向阀依次连通有所述冷热水换热器12和所述第一控制阀5，且所述制冰机15与所述冷热水换热器12之间设置有第二膨胀阀10；

所述二氧化碳热泵制冷循环系统的回路分别连接蒸发冷凝器7的第一接口和第二接口；

所述普通热泵制冷循环系统的回路分别连接所述蒸发冷凝器7的第三接口和第四接口。

本实用新型相对现有技术的有益效果为：

本实用新型的实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统，普通热泵制冷循环系统包括依次设置的第一控制阀5、制冰机15、蒸发冷凝器7、和冷热水换热器12，蒸发冷凝器7通过换向阀连通有第二压缩机9，第二压缩机9通过换向阀依次连通有冷热水换热器12和第一控制阀5，且制冰机15与冷热水换热器12之间设置有第二膨胀阀10，二氧化碳热泵制冷循环系统的回路分别连接蒸发冷凝器7的第一接口和第二接口，普通热泵制冷循环系统的回路分别连接蒸发冷凝器7的第三接口和第四接口，当高温段的制冷剂工质进入制冰机15进行一次换热吸收热量后进入蒸发冷凝器7吸收低温段(二氧化碳制冷循环系统)热量进行二次换热，再进过换向阀、第二压缩机9压缩后进入冷热水换热器12后回到第二膨胀阀10处完成高温段循环，完成了制热又能同时制冰，满足了制热的同时制冰的需求，实现能源的二级利用。

实际应用时，具体地，所述二氧化碳热泵制冷循环系统中的室外换热器2通过两个连通管路与所述普通热泵制冷循环系统的回路相连通，且每个所述连通管路上分别设置有所述第一控制阀5，所述第三接口和所述第四接口处分别设置有第二控制阀6，且其中一个所述第二控制阀6设置在所述制冰机15和所述蒸发冷凝器7之间。

更进一步的，所述二氧化碳热泵制冷循环系统包括所述室外换热器2、内部换热器3、第一压缩机4和第一膨胀阀1；

所述室外换热器2分别设置有进气口、出气口、第一口、第二口、第三口和第四口，所述第一口通过所述第一膨胀阀1与所述内部换热器3的第一端口连通，所述内部换热器3的第二端口与所述蒸发冷凝器7的第一接口相连通；所述第二口、所述内部换热器3的第三端口、所述内部换热器3的第四端口和所述第一压缩机4依次连通，且所述压缩机与所述蒸发冷凝器7的第二接口相连通；

所述第三口和所述第四口分别连接两个所述连通管路。

进一步的，所述冷热水换热器12与所述第二膨胀阀10之间设置有第一储液罐14。

进一步的，所述冷热水换热器12与所述第一储液罐14之间设置有单向阀组11，且所述单向阀组11与所述第二膨胀阀10相连通。

进一步的，所述第二压缩机9与所述第四接口处的第二控制阀6之间设置有第二储液罐13。

优选的，为了提高换热效率，所述室外换热器2、所述内部换热器3和所述冷热水换热器12分别为翅片换热器。

优选的，为了实现操作方便简单，自动控制，所述第一控制阀5和所述第二控制阀6分别为电磁阀。

优选的，所述换向阀为四通换向阀8。

具体的，如图3所示，当适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统处于冬季制热同时制冰工况时：

关闭第一控制阀5(电磁阀)，开启第二控制阀6，低温段制冷剂二氧化碳经过第一膨胀阀1进入室外换热器2吸收室外热量后经过内部换热器3后进入第一压缩机4，经第一压缩机4压缩后进入蒸发冷凝器7放热后回到第一膨胀阀1完成低温段循环；高温段的制冷剂工质经第二膨胀阀10进入制冰机15进行一次换热吸收热量后进入蒸发冷凝器7吸收低温段热量进行二次换热，然后经过四通换向阀8、第二压缩机9压缩后进入冷热水换热器12放热后经单向阀组11、第一储液罐14回到第二膨胀阀10完成高温段循环，实现制热的同时制冰，从而实现能源的二级利用。

本实用新型的实施例还提供了一种热泵设备机组，包括上述任一技术方案中所述的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统。

本实用新型的实施例提供的热泵设备机组，设置有上述适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统，因此，具有本实用新型提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统的全部有益效果，在此就不一一赘述。

如图4所示，本实用新型的实施例还提供了一种适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统的控制方法，包括：

步骤S1，关闭第一控制阀5，开启第二控制阀6；

步骤S2，低温段制冷剂二氧化碳经过第一膨胀阀1进入室外换热器2吸收室外热量；

步骤S3，经过内部换热器3后进入第一压缩机4，经第一压缩机4压缩；

步骤S4，进入蒸发冷凝器7放热后回到第一膨胀阀1完成低温段循环；

步骤S5，高温段的制冷剂工质经第二膨胀阀10进入制冰机15进行一次换热吸收热量；

步骤S6，进入蒸发冷凝器7吸收低温段热量进行二次换热；

步骤S7，经过四通换向阀8、第二压缩机9压缩后进入冷热水换热器12放热；

步骤S8，经单向阀组11、第一储液罐14回到第二膨胀阀10完成高温段循环。

综上所述，本实用新型相对现有技术的有益效果为：

本实用新型的实施例提供的适用于极寒地区的CO₂复叠的热泵系统，普通热泵制冷循环系统包括依次设置的第一控制阀、制冰机、蒸发冷凝器、和冷热水换热器，蒸发冷凝器通过换向阀连通有第二压缩机，第二压缩机通过换向阀依次连通有冷热水换热器和第一控制阀，且制冰机与冷热水换热器之间设置有第二膨胀阀，二氧化碳热泵制冷循环系统的回路分别连接蒸发冷凝器的第一接口和第二接口，普通热泵制冷循环系统的回路分别连接蒸发冷凝器的第三接口和第四接口，当高温段的制冷剂工质进入制冰机进行一次换热吸收热量后进入蒸发冷凝器吸收低温段(二氧化碳制冷循环系统)热量进行二次换热，再进过换向阀、第二压缩机压缩后进入冷热水换热器后回到第二膨胀阀处完成高温段循环，完成了制热又能同时制冰，满足了制热的同时制冰的需求，实现能源的二级利用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。