復(fù)疊式熱泵采暖系統(tǒng)及復(fù)疊式熱泵采暖方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)疊式熱泵采暖系統(tǒng)及復(fù)疊式熱泵采暖方法，屬于熱泵制熱循環(huán)技術(shù)，現(xiàn)有單級壓縮熱泵產(chǎn)品在極低環(huán)境溫度下運(yùn)行效率低下，本發(fā)明包括是由以R417A為冷媒的制熱循環(huán)和以CO2為冷媒的制熱循環(huán)組成的可根據(jù)環(huán)境溫度而切換成兩種不同運(yùn)行方式的熱泵系統(tǒng)；當(dāng)環(huán)境溫度高于?5℃時(shí)，使系統(tǒng)以單R417A制熱循環(huán)方式運(yùn)行，為用戶提供40～60℃的采暖熱水，而在低于?5℃的環(huán)境溫度下，使系統(tǒng)成為由低溫級的CO2制熱循環(huán)和高溫級的R417A制熱循環(huán)復(fù)疊而成的熱泵系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)極低環(huán)境溫度下以較高效率為用戶提供同樣溫度水平的采暖熱水。本發(fā)明可顯著提高極低環(huán)境溫度下熱泵系統(tǒng)的制熱效率，擴(kuò)大熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
【專利說明】
復(fù)疊式熱泵采暖系統(tǒng)及復(fù)疊式熱泵采暖方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于熱栗制熱循環(huán)技術(shù)，尤其涉及實(shí)現(xiàn)一種應(yīng)用于極低環(huán)境溫度下的復(fù)疊式熱栗采暖系統(tǒng)及復(fù)疊式熱栗采暖方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在制冷劑替代研究方面，合成制冷劑R417A和自然工質(zhì)CO2作為新型環(huán)保制冷劑，已成為制冷空調(diào)行業(yè)的研究熱門。其中，R417A的操作壓力和效能與傳統(tǒng)R22制冷劑十分接近，對R 2 2系統(tǒng)做很小的改動(dòng)就可以使用R417 A制冷劑，因而R417 A被業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)為是替代R22的長遠(yuǎn)方案之一。利用CO2流體的低沸點(diǎn)和高臨界壓力特性，CO2制冷技術(shù)已應(yīng)用于低溫制冷領(lǐng)域，如復(fù)疊式熱栗系統(tǒng)的低溫級；另一方面，利用超臨界CO2流體的溫度滑移特性，業(yè)界已開展了跨臨界CO2系統(tǒng)在高溫制熱領(lǐng)域的應(yīng)用，如制取溫度高于60°C的熱水。
[0003]燃煤采暖鍋爐的替代已成為國家強(qiáng)制性的能源政策，熱栗采暖作為一個(gè)優(yōu)選的技術(shù)方案，其技術(shù)的應(yīng)用推廣對于以節(jié)能減排為向?qū)У膰夷茉唇Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型具有重要的戰(zhàn)略意義。然而在中國北方地區(qū)，特別是氣溫低于-30°C的極寒地區(qū)，單級熱栗系統(tǒng)運(yùn)行效率極其低下，甚至無法正常運(yùn)行。針對這一技術(shù)難題，提供一種即能維持常環(huán)境溫度下熱栗運(yùn)行效率，又能提高極低環(huán)境溫度下熱栗運(yùn)行效率的技術(shù)方案顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服現(xiàn)有單級壓縮熱栗產(chǎn)品在極低環(huán)境溫度下運(yùn)行效率低下的缺陷，提供一種應(yīng)用于極低環(huán)境溫度下的復(fù)疊式熱栗采暖系統(tǒng)及復(fù)疊式熱栗采暖方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的復(fù)疊式熱栗采暖系統(tǒng)，其特征是包括:第一壓縮機(jī)、冷凝器、第一截止閥、第二截止閥、第一節(jié)流閥、第二節(jié)流閥、第三節(jié)流閥、蒸發(fā)冷凝器、第二壓縮機(jī)、蒸發(fā)器，所述的冷凝器具有R417A通道、熱水通道，所述的蒸發(fā)冷凝器具有R417A通道、CO2通道，所述的蒸發(fā)器具有R417A通道、0)2通道；
所述的第一壓縮機(jī)、冷凝器的R417A通道、第二節(jié)流閥、蒸發(fā)器的R417A通道依次經(jīng)管路連接以形成R417A制熱循環(huán)回路，所述的第二截止閥設(shè)于所述蒸發(fā)器的R417A通道所在的管路上用以關(guān)閉或者開啟所述蒸發(fā)器的R417A通道；
所述的第二壓縮機(jī)、蒸發(fā)冷凝器的CO2通道、第三節(jié)流閥、蒸發(fā)器的CO2通道依次經(jīng)管路連接；
所述蒸發(fā)冷凝器的R417A通道的兩端分別經(jīng)管路與所述的第一壓縮機(jī)、冷凝器的R417A通道連接，所述蒸發(fā)冷凝器的R417A通道與冷凝器的R417A通道之間的管路上設(shè)有第一節(jié)流閥，所述的第一截止閥設(shè)于所述蒸發(fā)冷凝器的R417A通道所在的管路上用以關(guān)閉或者開啟所述蒸發(fā)冷凝器的R417A通道。
[0006]優(yōu)選的，所述的第二壓縮機(jī)為低溫型亞臨界壓縮機(jī)。所述的蒸發(fā)器為具有空氣源管翅式換熱器。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的復(fù)疊式熱栗采暖方法，所述的復(fù)疊式熱栗包括:
第一壓縮機(jī)、冷凝器、第一截止閥、第二截止閥、第一節(jié)流閥、第二節(jié)流閥、第三節(jié)流閥、
蒸發(fā)冷凝器、第二壓縮機(jī)、蒸發(fā)器，所述的冷凝器具有R417A通道、熱水通道，所述的蒸發(fā)冷凝器具有R417A通道、CO2通道，所述的蒸發(fā)器具有R417A通道、CO2通道；
所述的第一壓縮機(jī)、冷凝器的R417A通道、第二節(jié)流閥、蒸發(fā)器的R417A通道依次經(jīng)管路連接以形成R417A制熱循環(huán)回路，所述的第二截止閥設(shè)于所述蒸發(fā)器的R417A通道所在的管路上用以關(guān)閉或者開啟所述蒸發(fā)器的R417A通道；
所述的第二壓縮機(jī)、蒸發(fā)冷凝器的CO2通道、第三節(jié)流閥、蒸發(fā)器的CO2通道依次經(jīng)管路連接形成CO2制熱循環(huán)回路；
所述蒸發(fā)冷凝器的R417A通道的兩端分別經(jīng)管路與所述的第一壓縮機(jī)、冷凝器的R417A通道連接，所述蒸發(fā)冷凝器的R417A通道與冷凝器的R417A通道之間的管路上設(shè)有第一節(jié)流閥，所述的第一截止閥設(shè)于所述蒸發(fā)冷凝器的R417A通道所在的管路上用以關(guān)閉或者開啟所述蒸發(fā)冷凝器的R417A通道；
其特征是:
當(dāng)環(huán)境溫度高于_5°C時(shí)，關(guān)閉第二壓縮機(jī)、第一截止閥，開啟第一壓縮機(jī)、打開第二截止閥，僅由所述的第一壓縮機(jī)、冷凝器的R417A通道、第二節(jié)流閥、蒸發(fā)器的R417A通道構(gòu)成R417A制熱循環(huán)回路運(yùn)行，所述的復(fù)疊式熱栗運(yùn)行于單R417A制熱循環(huán)；
當(dāng)環(huán)境溫度低于_5°C時(shí)，關(guān)閉第二截止閥，打開第一截止閥，同時(shí)開啟第二壓縮機(jī)和第一壓縮機(jī)，由所述的第一壓縮機(jī)、冷凝器的R417A通道、第一節(jié)流閥、蒸發(fā)冷凝器的R417A通道構(gòu)成R417A制熱循環(huán)回路運(yùn)行，由所述的第二壓縮機(jī)、蒸發(fā)冷凝器的CO2通道、第三節(jié)流閥、蒸發(fā)器的CO2通道構(gòu)成CO2制熱循環(huán)回路運(yùn)行，所述的復(fù)疊式熱栗運(yùn)行于R417A制熱循環(huán)回路與CO2制熱循環(huán)回路復(fù)疊的制熱循環(huán)。
[0008]本發(fā)明可根據(jù)環(huán)境溫度而切換成單R417A制熱循環(huán)或者R417A制熱循環(huán)回路與CO2制熱循環(huán)回路復(fù)疊的制熱循環(huán)兩種不同運(yùn)行方式，顯著提高了極低環(huán)境溫度下熱栗系統(tǒng)的制熱效率，拓展了熱栗制熱技術(shù)的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明復(fù)疊式熱栗采暖系統(tǒng)的原理圖；
圖中標(biāo)號說明:1_第一壓縮機(jī)、2-冷凝器、31-第一截止閥、32-第二截止閥、41-第一節(jié)流閥、42-第二節(jié)流閥、43-第三節(jié)流閥、5-蒸發(fā)冷凝器、6-第二壓縮機(jī)、7-蒸發(fā)器。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0011]如圖1所示，本發(fā)明復(fù)疊式熱栗采暖系統(tǒng)包括:第一壓縮機(jī)1、冷凝器2、第一截止閥31、第二截止閥32、第一節(jié)流閥41、第二節(jié)流閥42、第三節(jié)流閥43、蒸發(fā)冷凝器5、第二壓縮機(jī)
6、蒸發(fā)器7，冷凝器2具有R417A通道、熱水通道，蒸發(fā)冷凝器5具有R417A通道、CO2通道，蒸發(fā)器7具有R417A通道、CO2通道；
第一壓縮機(jī)1、冷凝器2的R417A通道、第二節(jié)流閥42、蒸發(fā)器7的R417A通道依次經(jīng)管路連接以形成R417A制熱循環(huán)回路，第二截止閥32設(shè)于蒸發(fā)器7的R417A通道所在的管路上用以關(guān)閉或者開啟所述蒸發(fā)器7的R417A通道(具體的，第二截止閥32位于冷凝器2的R417A通道與蒸發(fā)器7的R417A通道之間)；
第二壓縮機(jī)6、蒸發(fā)冷凝器5的⑶2通道、第三節(jié)流閥43、蒸發(fā)器7的CO2通道依次經(jīng)管路連接；
蒸發(fā)冷凝器5的R417A通道的兩端分別經(jīng)管路與第一壓縮機(jī)1、冷凝器2的R417A通道連接，蒸發(fā)冷凝器5的R417A通道與冷凝器2的R417A通道之間的管路上設(shè)有第一節(jié)流閥41，第一截止閥31設(shè)于蒸發(fā)冷凝器5的R417A通道所在的管路上用以關(guān)閉或者開啟蒸發(fā)冷凝器5的R417A通道。
[0012]優(yōu)選的，第二壓縮機(jī)6為低溫型亞臨界壓縮機(jī)。蒸發(fā)器7為具有空氣源管翅式換熱器，其中的R417A通道為低壓級通道、CO2通道為高壓級通道。
[0013]鑒于上述復(fù)疊式熱栗采暖系統(tǒng)，本發(fā)明的復(fù)疊式熱栗采暖方法是:
當(dāng)環(huán)境溫度高于_5°C時(shí)(通過系統(tǒng)檢測)，關(guān)閉第二壓縮機(jī)6、第一截止閥31，開啟第一壓縮機(jī)1、打開第二截止閥32，僅由第一壓縮機(jī)1、冷凝器2的R417A通道、第二節(jié)流閥42、蒸發(fā)器7的R417A通道構(gòu)成R417A制熱循環(huán)回路運(yùn)行，復(fù)疊式熱栗運(yùn)行于單R417A制熱循環(huán)；
單R417A制熱循環(huán)的過程是:R417A制冷劑經(jīng)蒸發(fā)器7的R417A通道從環(huán)境中吸熱蒸發(fā)，由第一壓縮機(jī)I縮成高溫高壓氣體，再經(jīng)冷凝器2的R417A通道放熱給熱水通道對采暖用戶所需的載熱介質(zhì)(水)加熱，然后由第二節(jié)流閥42節(jié)流成低溫低壓氣體，再次回到蒸發(fā)器7的R417A通道，如此循環(huán)形成單R417A制熱循環(huán)；
當(dāng)環(huán)境溫度低于_5°C時(shí)(通過系統(tǒng)檢測)，關(guān)閉第二截止閥32，打開第一截止閥31，同時(shí)開啟第二壓縮機(jī)6和第一壓縮機(jī)I，由第一壓縮機(jī)1、冷凝器2的R417A通道、第一節(jié)流閥41、蒸發(fā)冷凝器5的R417A通道構(gòu)成R417A制熱循環(huán)回路運(yùn)行，由第二壓縮機(jī)6、蒸發(fā)冷凝器5的⑶2通道、第三節(jié)流閥43、蒸發(fā)器7的⑶2通道構(gòu)成⑶2制熱循環(huán)回路運(yùn)行，復(fù)疊式熱栗運(yùn)行于R417A制熱循環(huán)回路與CO2制熱循環(huán)回路復(fù)疊的制熱循環(huán)；
復(fù)疊式制熱循環(huán)的過程是:C02制冷劑經(jīng)蒸發(fā)器7的CO2通道從環(huán)境中吸熱蒸發(fā)，由第二壓縮機(jī)6壓縮成高溫高壓氣體，經(jīng)蒸發(fā)冷凝器5的⑶2通道放熱給R417A通道中的R417A制冷劑，再由第三節(jié)流閥43節(jié)流成低溫低壓氣體，重回蒸發(fā)器7的CO2通道，如此循環(huán)形成低溫級的CO2制熱循環(huán)；
而R417A制冷劑經(jīng)蒸發(fā)冷凝器5的R417A通道吸熱蒸發(fā)，由第一壓縮機(jī)I縮成高溫高壓氣體，再經(jīng)冷凝器2的R417A通道放熱給熱水通道對采暖用戶所需的載熱介質(zhì)(水)加熱，然后由第一節(jié)流閥41節(jié)流成低溫低壓氣體，再次回到蒸發(fā)冷凝器5的R417A通道，如此循環(huán)形成高溫級的R417A制熱循環(huán)。
[0014]本發(fā)明當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行于單R417A制熱循環(huán)時(shí)，熱栗系統(tǒng)的運(yùn)行工況由第二節(jié)流閥42調(diào)節(jié)，而當(dāng)系統(tǒng)以復(fù)疊式制熱循環(huán)方式運(yùn)行時(shí)，熱栗系統(tǒng)的運(yùn)行工況由第一節(jié)流閥41和第三節(jié)流閥43同時(shí)調(diào)節(jié)。冷凝器2用于制取40?60°C的采暖熱水并經(jīng)熱水通道供應(yīng)給用戶。CO2制熱循環(huán)回路僅當(dāng)環(huán)境溫度低于-5 °C時(shí)開啟。
[0015]本發(fā)明使得熱栗系統(tǒng)既能在常環(huán)境溫度下，以簡單的單級R417A制熱循環(huán)方式滿足40?60°C熱水的采暖需求，又能在極低環(huán)境溫度下，以復(fù)疊的方式高效地滿足同樣溫度水平的米暖需求。
[0016]盡管以上內(nèi)容結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明不僅局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而非限制性的，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對上述實(shí)施示例的技術(shù)方案進(jìn)行修改，因而凡在本發(fā)明宗旨下所作的任何修改、等同變換等，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.復(fù)疊式熱栗采暖系統(tǒng)，其特征是包括:第一壓縮機(jī)(I)、冷凝器(2)、第一截止閥(31)、第二截止閥(32)、第一節(jié)流閥(41)、第二節(jié)流閥(42)、第三節(jié)流閥(43)、蒸發(fā)冷凝器(5)、第二壓縮機(jī)(6)、蒸發(fā)器(7)，所述的冷凝器(2)具有R417A通道、熱水通道，所述的蒸發(fā)冷凝器(5 )具有R417A通道、CO2通道，所述的蒸發(fā)器(7 )具有R417A通道、CO2通道； 所述的第一壓縮機(jī)(I)、冷凝器(2)的R417A通道、第二節(jié)流閥(42)、蒸發(fā)器(7)的R417A通道依次經(jīng)管路連接以形成R417A制熱循環(huán)回路，所述的第二截止閥(32)設(shè)于所述蒸發(fā)器(7)的R417A通道所在的管路上用以關(guān)閉或者開啟所述蒸發(fā)器(7)的R417A通道； 所述的第二壓縮機(jī)(6)、蒸發(fā)冷凝器(5)的⑶2通道、第三節(jié)流閥(43)、蒸發(fā)器(7)的CO2通道依次經(jīng)管路連接； 所述蒸發(fā)冷凝器(5)的R417A通道的兩端分別經(jīng)管路與所述的第一壓縮機(jī)(1)、冷凝器(2)的R417A通道連接，所述蒸發(fā)冷凝器(5)的R417A通道與冷凝器(2)的R417A通道之間的管路上設(shè)有第一節(jié)流閥(41)，所述的第一截止閥(31)設(shè)于所述蒸發(fā)冷凝器(5)的R417A通道所在的管路上用以關(guān)閉或者開啟所述蒸發(fā)冷凝器(5)的R417A通道。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)疊式熱栗采暖系統(tǒng)，其特征是:所述的第二壓縮機(jī)(6)為低溫型亞臨界壓縮機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)疊式熱栗采暖系統(tǒng)，其特征是:所述的蒸發(fā)器(7)為具有空氣源管翅式換熱器。4.復(fù)疊式熱栗采暖方法，所述的復(fù)疊式熱栗包括: 第一壓縮機(jī)(I)、冷凝器(2 )、第一截止閥(31)、第二截止閥(32 )、第一節(jié)流閥(41)、第二節(jié)流閥(42)、第三節(jié)流閥(43)、蒸發(fā)冷凝器(5)、第二壓縮機(jī)(6)、蒸發(fā)器(7)，所述的冷凝器(2)具有R417A通道、熱水通道，所述的蒸發(fā)冷凝器(5)具有R417A通道、CO2通道，所述的蒸發(fā)器(7)具有R417A通道、CO2通道； 所述的第一壓縮機(jī)(I)、冷凝器(2)的R417A通道、第二節(jié)流閥(42)、蒸發(fā)器(7)的R417A通道依次經(jīng)管路連接以形成R417A制熱循環(huán)回路，所述的第二截止閥(32)設(shè)于所述蒸發(fā)器(7)的R417A通道所在的管路上用以關(guān)閉或者開啟所述蒸發(fā)器(7)的R417A通道； 所述的第二壓縮機(jī)(6)、蒸發(fā)冷凝器(5)的⑶2通道、第三節(jié)流閥(43)、蒸發(fā)器(7)的CO2通道依次經(jīng)管路連接形成CO2制熱循環(huán)回路； 所述蒸發(fā)冷凝器(5)的R417A通道的兩端分別經(jīng)管路與所述的第一壓縮機(jī)(1)、冷凝器(2)的R417A通道連接，所述蒸發(fā)冷凝器(5)的R417A通道與冷凝器(2)的R417A通道之間的管路上設(shè)有第一節(jié)流閥(41)，所述的第一截止閥(31)設(shè)于所述蒸發(fā)冷凝器(5)的R417A通道所在的管路上用以關(guān)閉或者開啟所述蒸發(fā)冷凝器(5)的R417A通道； 其特征是: 當(dāng)環(huán)境溫度高于-5°C時(shí)，關(guān)閉第二壓縮機(jī)(6)、第一截止閥(31)，開啟第一壓縮機(jī)(1)、打開第二截止閥(32)，僅由所述的第一壓縮機(jī)(I)、冷凝器(2)的R417A通道、第二節(jié)流閥(42)、蒸發(fā)器(7)的R417A通道構(gòu)成R417A制熱循環(huán)回路運(yùn)行，所述的復(fù)疊式熱栗運(yùn)行于單R417A制熱循環(huán)； 當(dāng)環(huán)境溫度低于_5°C時(shí)，關(guān)閉第二截止閥(32)，打開第一截止閥(31)，同時(shí)開啟第二壓縮機(jī)(6)和第一壓縮機(jī)(I)，由所述的第一壓縮機(jī)(1)、冷凝器(2)的R417A通道、第一節(jié)流閥(41)、蒸發(fā)冷凝器(5)的R417A通道構(gòu)成R417A制熱循環(huán)回路運(yùn)行，由所述的第二壓縮機(jī)(6)、蒸發(fā)冷凝器(5)的CO2通道、第三節(jié)流閥(43)、蒸發(fā)器(7)的⑶2通道構(gòu)成⑶2制熱循環(huán)回路運(yùn)行，所述的復(fù)疊式熱栗運(yùn)行于R417A制熱循環(huán)回路與CO2制熱循環(huán)回路復(fù)疊的制熱循環(huán)。
【文檔編號】F25B1/10GK106016420SQ201610504979
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】劉和成, 張存磊
【申請人】杭州佳力斯韋姆新能源科技有限公司