一种复叠式二氧化碳空气源热泵的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种复叠式二氧化碳空气源热泵。该热泵包括低温级制热系统和高温级制热系统，由两级制热系统复叠组成；低温级制热系统和高温级制热系统之间通过冷凝蒸发器或板式换热器进行复叠连接。低温级工质CO2吸收外界低温环境的热量，并将此热量传递给高温级工质R22，高温级工质R22在冷凝器中被使用侧水冷却，将热量传递给使用侧水，最终使用侧水水温升高至45℃，通过风机盘管或地板辐射为北方室内供暖。本实用新型的复叠式二氧化碳空气源热泵可在-30℃低温的工况下高效制热，机组制热能效比高于1.665。
【专利说明】一种复叠式二氧化碳空气源热泵
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种复叠式二氧化碳空气源热泵，是一种利用二氧化碳复叠系统进行供暖的空气源热泵，可在-30°C低温的工况下高效制热。
【背景技术】
[0002]国家标准GB/T18430.1_2007《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组第I部分工业或商业用及类似用途的冷水(热泵)机组》、GB/T18430.2-2007《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组第2部分户用及类似用途的冷水(热泵)机组》规定的空气源热泵制热运行标准工况为环境温度7°C，制取45°C的热水，最低环境温度到-7°C可运行；国家标准GB/T25127.1-2010《低环境温度空气源热泵(冷水)机组第I部分:工业或商业用及类似用途的热泵(冷水)机组》、GB/T25127.2-2010《低环境温度空气源热泵(冷水)机组第2部分:户用及类似用途的热泵(冷水)机组》规定的低环温空气源热泵制热运行的标准工况为环境温度_12°C，制取41°C热水，最低环境温度到_20°C时可运行。但是在东北、西北及高海拔地区，冬季的环境温度往往低于_20°C，而满足上述标准的空气源热泵无法在这些地区运行。因此需要一种能在_30°C低温的工况下高效制热的空气源热泵。
[0003]单级跨临界CO2热泵可在-30°C的低温下制热，其优势在于可以将水温从15°C直接加热到80°C以上。但是跨临界CO2系统受气体冷却器进水温度影响大，随着进水温度的升高，机组性能变差，对于冬季供暖的循环水加热，如从40°C提升到45°C，并没有优势；而且在风冷热泵机组供暖系统中，风机盘管的进出水温度一般为40°C /45°C，显然跨临界CO2热泵无法满足这一要求。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种复叠式二氧化碳空气源热泵，该热泵可在_30°C的超低温环境下，吸收环境温度的低焓值热量，经过复叠式二氧化碳热泵提升热量，制取450C的热水，并通过风机盘管或地板辐射供暖。
[0005]本实用新型的上述目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种复叠式二氧化碳空气源热泵，该热泵系统包括低温级制热系统和高温级制热系统，由两级制热系统一低温级制热系统和高温级制热系统复叠组成。
[0007]低、高温级两个制热系统之间通过冷凝蒸发器或板式换热器进行复叠连接，冷凝蒸发器或板式换热器是低温级制热系统的冷凝器，同时又是高温级制热系统的蒸发器。
[0008]所述的复叠式二氧化碳空气源热泵主要由CO2压缩机、冷凝蒸发器或板式换热器、第一节流阀、蒸发器、R22压缩机、水侧换热器和第二节流阀等组成；C02压缩机、冷凝蒸发器或板式换热器、第一节流阀和蒸发器通过管道依次串连，组成低温级制热系统；R22压缩机、水侧换热器、第二节流阀和冷凝蒸发器或板式换热器通过管道依次串连，组成高温级制热系统。
[0009]低温级制热系统的工质为CO2 ;高温级制热系统的工质为R22。[0010]CO2压缩机可选择DORIN 二氧化碳压缩机，R22压缩机选择全封闭式涡旋压缩机。
[0011]本实用新型的复叠式二氧化碳空气源热泵由两级制热系统构成，第一级系统为低温级制热系统，CO2作为低温级工质；第二级系统为高温级制热系统，R22作为高温级工质。两个系统间通过冷凝蒸发器或板式换热器进行复叠，利用高温级R22的蒸发实现对低温级CO2的冷凝。在理想情况下，高温级的蒸发制冷量等于低温级的冷凝热负荷。低温级工质CO2吸收外界低温环境的热量，并将此热量传递给高温级工质R22，高温级工质R22在冷凝器中被使用侧水冷却，将热量传递给使用侧水，最终使用侧水水温升高。使用侧水水温可升高至45°C，通过风机盘管或地板辐射为北方室内供暖。
[0012]本实用新型的复叠式二氧化碳空气源热泵可在_30°C低温的工况下高效制热，机组制热能效比高于1.665。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的复叠式二氧化碳空气源热泵的系统原理图。
[0014]图2是本实用新型的复叠式二氧化碳空气源热泵的理论循环压焓图。
[0015]主要附图标记:
[0016]I CO2压缩机2蒸发器
[0017]3板式换热器4第一节流阀 [0018]5 R22压缩机6水侧换热器
[0019]7第二节流阀
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0021]如图1所示，为本实用新型的复叠式二氧化碳空气源热泵系统原理图。该热泵包括低温级制热系统和高温级制热系统，由两级制热系统复叠组成。
[0022]低、高温级两个制热系统之间通过板式换热器3进行复叠，板式换热器3是低温级制热系统的冷凝器，同时又是高温级制热系统的蒸发器。
[0023]复叠式二氧化碳空气源热泵主要由CO2压缩机1、板式换热器3、第一节流阀4、蒸发器2、R22压缩机5、水侧换热器6和第二节流阀7等组成；低温级制热系统由CO2压缩机
1、板式换热器3、第一节流阀4和蒸发器2等组成，CO2压缩机1、板式换热器3、第一节流阀4和蒸发器2之间通过管道依次串连连接，形成CO2侧循环；高温级制热系统由R22压缩机
5、水侧换热器6、第二节流阀7和板式换热器3等组成，R22压缩机5、水侧换热器6、第二节流阀7和板式换热器3之间通过管道依次串连连接，形成R22侧循环。
[0024]CO2压缩机1，选择DORIN 二氧化碳压缩机，型号为⑶1000B，理论排气量11.62m3/h，容积效率取为0.85 ；R22压缩机5，选择Copeland全封闭式涡旋压缩机。CO2作为低温级制热系统的低温级工质；R22作为高温级制热系统的高温级工质。
[0025]CO2侧循环:低温级工质CO2吸收环境温度_30°C的低焓值热量，蒸发成低温低压过热蒸汽，被CO2压缩机I压缩成高温高压的CO2蒸汽，CO2蒸汽经过板式换热器3 (即为CO2侧循环的冷凝器)，被R22侧循环的高温级工质R22吸收热量，从而将热量传递给R22。CO2蒸汽则冷凝成中温高压液体，经过第一节流阀4成为低温低压气液两相混合物，再经过蒸发器2吸收环境中的低焓值热量。如此循环，从_30°C的低温空气环境中吸热，并将热量提升后，传递给R22侧。
[0026]R22侧循环:高温级工质R22在板式换热器3 (即R22侧循环的蒸发器)吸收CO2侧热量，蒸发后被R22压缩机5压缩成高温高压蒸汽，蒸汽经过水侧换热器6 (即R22侧循环的冷凝器)，将热量传导给使用侧水，使用侧水的水温被加热至45°C后作供暖用，R22高温高压蒸汽则冷凝成中温高压液体，经过第二节流阀7成为低温低压气液两相混合物，再经过板式换热器3 (即R22侧循环的蒸发器)吸收CO2侧热量。如此循环，从CO2侧吸热，并将热量提升后传递给使用侧水，使使用侧水水温升高，用于室内供暖。
[0027]低温级制热系统和高温级制热系统间通过冷凝蒸发器进行复叠，利用高温级R22的蒸发实现对低温级CO2的冷凝。低温级工质CO2吸收外界低温环境的热量，并将此热量传递给高温级工质R22，高温级工质R22在冷凝器中被使用侧水冷却，将热量传递给使用侧水，最终使用侧水水温升高。
[0028]如图2所示，是复叠式二氧化碳空气源热泵的理论循环压焓图。CO2侧热力学循环为 1-2-3-4-5-1 ;R22 侧热力学循环为 6-7-8-9-10-6。
[0029]复叠式二氧化碳空气源热泵可用于冬季低温环境下制热；
[0030]冬季制热工况按照:环境温度_30°C，制取45°C的热水，供北方的风机盘管或地板辐射采暖用，机组的制热能效比高于1.665。
【权利要求】
1.一种复叠式二氧化碳空气源热泵，其特征在于:该热泵包括低温级制热系统和高温级制热系统，由两级制热系统复叠组成，所述的低温级制热系统和高温级制热系统之间通过冷凝蒸发器或板式换热器进行复叠连接；co2压缩机、冷凝蒸发器或板式换热器、第一节流阀和蒸发器通过管道依次串连，组成低温级制热系统；R22压缩机、水侧换热器、第二节流阀和冷凝蒸发器或板式换热器通过管道依次串连，组成高温级制热系统。
2.根据权利要求1所述的复叠式二氧化碳空气源热泵，其特征在于:所述的低温级制热系统的工质为CO2。
3.根据权利要求1所述的复叠式二氧化碳空气源热泵，其特征在于:所述的CO2压缩机为DORIN 二氧化碳压缩机。
4.根据权利要求1所述的复叠式二氧化碳空气源热泵，其特征在于:所述的高温级制热系统的工质为R22。
5.根据权利要求1所述的复叠式二氧化碳空气源热泵，其特征在于:所述的R22压缩机为全封闭式涡旋压缩机。
【文档编号】F25B1/00GK203824164SQ201420186170
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】水春雨, 洪蔚, 于晓莹, 曹锋, 陈建平 申请人:中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所, 北京中铁科节能环保新技术有限公司