直流变频复叠二氧化碳热泵机组的制作方法

本发明涉及二氧化碳热泵技术领域，特别涉及一种直流变频复叠二氧化碳热泵机组。

背景技术：

二氧化碳热泵机组采用二氧化碳作为制冷剂，二氧化碳的放热为超临界循环，利用二氧化碳的热物理性质,压缩机的排气温度高，能效比较高，广泛应用于各种采暖系统和热水工程上。二氧化碳热泵机组通常包括通过制冷剂管路依次连接的压缩机、气冷器、膨胀阀和蒸发器，在气冷器侧，制冷剂管路和用户端的水路进行换热，从而给用户供应热水。在低于-25℃的环境下,单级二氧化碳热泵机组则易出现制热量下降、制热性能减小，运行不稳定的，甚至出现无法正常工作的情况。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够适应于极寒环境下、运行更稳定、制热性能更好的直流变频复叠二氧化碳热泵机组。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种直流变频复叠二氧化碳热泵机组，包括：

高温侧制冷系统，包括高温侧压缩机、气冷器、节流阀、翅片换热器、第一三通阀和第二三通阀，所述的气冷器内部具有相互换热的第一换热管道和换热水路，所述的第一三通阀具有第一阀口、第二阀口和第三阀口，所述的第二三通阀具有第四阀口、第五阀口和第六阀口；

低温侧制冷系统，包括低温侧压缩机、回热器、蒸发器和膨胀阀，所述的低温侧压缩机为直流变频压缩机，所述的回热器内部具有相互换热的第二换热管道和第三换热管道；

蒸发冷凝器，内部具有相互换热的第四换热管道和第五换热管道；

所述的直流变频复叠二氧化碳热泵机组具有低于设定温度的第一工作状态和高于设定温度的第二工作状态，在所述的第一工作状态下，所述的第一阀口、第三阀口相导通，所述的第五阀口、第六阀口相导通，所述的高温侧压缩机、第一换热管道、节流阀、第一阀口、第三阀口、第四换热管道、第五阀口、第六阀口依次通过第一制冷剂管路相连通构成供氟利昂制冷剂循环的第一回路，且所述的低温侧压缩机、第五换热管道、第二换热管道、膨胀阀、蒸发器、第三换热管道依次通过第二制冷剂管路相连通构成供二氧化碳制冷剂循环的第二回路；在所述的第二工作状态下，所述的第一阀口、第二阀口相导通，所述的第四阀口、第六阀口相导通，所述的高温侧压缩机、第一换热管道、节流阀、第一阀口、第二阀口、翅片换热器、第四阀口、第六阀口依次通过第三制冷剂管路相连通构成供氟利昂制冷剂循环的第三回路，且所述的低温侧制冷系统停止工作。

上述技术方案中，优选的，还包括第一气液分离器，所述的第一气液分离器一端部与所述的高温侧压缩机的进气口相连通、另一端部与所述的第六阀口相连通。

上述技术方案中，优选的，还包括第二气液分离器，所述的第二气液分离器一端部与所述的低温侧压缩机的进气口相连通、另一端部与所述的第三换热管道的出口相连通。

上述技术方案中，优选的，所述的第一制冷剂管路和所述的第三制冷剂管路有部分重合。

上述技术方案中，优选的，所述的第一制冷剂管路和所述的第三制冷剂管路具有两个重合段，其中一个所述的重合段为自所述的高温侧压缩机出口至所述的第一阀口的路径部分，另一个所述的重合段为自所述的第六阀口至所述的高温侧压缩机进口的路径部分。

上述技术方案中，优选的，所述的设定温度为-25℃至-30℃。

本发明通过设置高温侧制冷系统和低温侧制冷系统，高温侧制冷系统和低温侧制冷系统通过蒸发冷凝器进行换热，从而低温侧制冷系统给高温侧制冷系统供热，高温侧冷凝系统通过气冷器的第一换热管道与换热水路进行换热，从而给换热水路供热，根据设定温度，通过控制各个三通阀的阀口的开闭来实现热泵机组的工作状态的转换，从而提高热泵在极寒环境下的制热性能，使之运行更加稳定；低温侧压缩机采用直流变频压缩机，通过控制低温侧压缩机的工作频率，从而降低低温侧压缩机的输入功率，降低热泵机组的能耗。

附图说明

图1是本发明的直流变频复叠二氧化碳热泵机组在第一工作状态下的结构原理图；

图2是本发明的直流变频复叠二氧化碳热泵机组在第二工作状态下的结构原理图；

其中：1、高温侧制冷系统；11、高温侧压缩机；12、气冷器；121、第一换热管道；122、换热水路；13、节流阀；14、翅片换热器；15、第一三通阀；151、第一阀口；152、第二阀口；153、第三阀口；16、第二三通阀；161、第四阀口；162、第五阀口；163、第六阀口；17、第一气液分离器；18、第一制冷剂管路；19、第三制冷剂管路；

2、低温侧制冷系统；21、低温侧压缩机；22、回热器；221、第二换热管道；222、第三换热管道；23、蒸发器；24、第二气液分离器；25、第二制冷剂管路；26、膨胀阀；

3、蒸发冷凝器；31、第四换热管道；32、第五换热管道。

具体实施方式

为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

如图1-图2所示,直流变频复叠二氧化碳热泵机组包括高温侧制冷系统1、低温侧制冷系统2以及蒸发冷凝器3，且高温侧制冷系统1与低温侧制冷系统2之间通过蒸发冷凝器3进行换热，从而低温侧制冷系统2给高温侧制冷进行供热。

其中，高温侧制冷系统1采用氟利昂作为制冷剂，具体可采用r134a、r404a、r152等。其包括高温侧压缩机11、气冷器12、节流阀13、翅片换热器14、第一三通阀15和第二三通阀16，气冷器12内部具有相互换热的第一换热管道121和换热水路122，第一三通阀15具有第一阀口151、第二阀口152和第三阀口153，第二三通阀16具有第四阀口161、第五阀口162和第六阀口163。低温侧制冷系统2采用二氧化碳作为制冷剂，其包括低温侧压缩机21、回热器22和蒸发器23，低温侧压缩机21为直流变频压缩机，回热器22内部具有相互换热的第二换热管道221和第三换热管道222。蒸发冷凝器3作为上述两个制冷系统的中间换热结构，其内部具有相互换热的第四换热管道31和第五换热管道32。

直流变频复叠二氧化碳热泵机组具有低于设定温度的第一工作状态和高于设定温度的第二工作状态，该设定温度为-25℃至-30℃。

如图1所示，在第一工作状态下，即外界环境温度低于上述设定温度时，第一三通阀15的第一阀口151和第三阀口153相导通，第二三通阀16的第五阀口162和第六阀口163相导通，高温侧压缩机11、第一换热管道121、节流阀13、第一阀口151、第三阀口153、第四换热管道31、第五阀口162、第六阀口163依次通过第一制冷剂管路18相连通构成供氟利昂制冷剂循环的第一回路，且低温侧压缩机21、第五换热管道32、第二换热管道221、膨胀阀26、蒸发器23、第三换热管道222依次通过第二制冷剂管路25相连通构成供二氧化碳制冷剂循环的第二回路；其具体的工作原理为，在高温侧制冷系统1内，氟利昂制冷剂经高温侧压缩机11压缩做功后，变为高温高压的气体进入气冷器12一侧，通过第一换热管道121和用户侧的换热水路122进行换热，将大部分的热量传递给换热水路122，从而给用户侧供应所需热水，接着经节流阀13节流后进入蒸发冷凝器3内，并通过第四换热管道31与第五换热管道32进行换热，吸收来自第五换热管道32中的二氧化碳制冷剂的热量，最后返回至高温侧压缩机11内，完成氟利昂制冷剂的循环。而在低温制冷系统内，二氧化碳制冷剂经低温侧压缩机21压缩做功后，变为高温高压的气体进入蒸发冷凝器3内，通过第五换热管道32与第四换热管道31进行换热，将其携带的大部分热量传递给第四换热管道31内的氟利昂制冷剂，从而给高温侧制冷系统1进行供热，接着依次经回热器22的第二换热管道221、膨胀阀26进入蒸发器23内，通过蒸发器23吸收外界环境中的热量后，再次进入回热器22内，通过第三换热管道222和第二换热管道221进行换热，再次升温后返回至低温侧压缩机21内，完成二氧化碳制冷剂的循环。

如图2所示，在第二工作状态下，即外界环境温度高于上述设定温度时，第一三通阀15的第一阀口151和第二阀口152相导通，第二三通阀16的第四阀口161和第六阀口163相导通，高温侧压缩机11、第一换热管道121、节流阀13、第一阀口151、第二阀口152、翅片换热器14、第四阀口161、第六阀口163依次通过第三制冷剂管路19相连通构成供氟利昂制冷剂循环的第三回路，且低温侧制冷系统2停止工作。此时，仅高温侧制冷系统1工作，低温侧制冷系统2停止工作，为整个热泵机组降低能耗；高温侧制冷系统1通过翅片换热器14吸收外界环境中的热量，能够满足用户侧换热水路122的供热需求。

为了过滤杂质，上述高温侧制冷系统1还包括第一气液分离器17，第一气液分离器17一端部与高温侧压缩机11的进气口相连通、另一端部与第六阀口163相连通。低温侧制冷系统2还包括第二气液分离器24，第二气液分离器24一端部与低温侧压缩机21的进气口相连通、另一端部与第三换热管道222的出口相连通。

为了简化管路设计，第一制冷剂管路18和第三制冷剂管路19有部分重合。具体的，第一制冷剂管路18和第三制冷剂管路19具有两个重合段，其中一个重合段为自高温侧压缩机11出口至第一阀口151的路径部分，另一个重合段为自第六阀口163至高温侧压缩机11进口的路径部分。

由于环境温度在低于-25℃至-30℃时，单级二氧化碳热泵机组易出现制热量减小，不能满足为用户端换热水路进行供热的情况。采用上述两个制冷系统，利用高温侧制冷系统给用户侧的换热水路供热，利用低温侧制冷系统通过蒸发冷凝器给高温侧制冷系统供热，能够适应极寒环境，甚至在-40℃的环境温度下，该热泵机组仍能够正常工作，制热性能好，运行稳定。且低温侧压缩机采用直流变频压缩机，通过控制低温侧压缩机的工作频率，从而降低低温侧压缩机的输入功率，降低热泵机组的能耗。

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。