本發(fā)明涉及熱泵技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

熱泵是一種能將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的裝置，通常是先從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，然后再向人們提供可被利用的高品位熱能。

具體地，如圖1所示，現(xiàn)有一種復(fù)疊熱泵系統(tǒng)，該復(fù)疊熱泵系統(tǒng)主要應(yīng)用于食品的冷凍冷藏、農(nóng)作物種子的保存以及超市制冷系統(tǒng)等領(lǐng)域，其具有兩套循環(huán)系統(tǒng)，其中一套循環(huán)系統(tǒng)中包含一個室外換熱器12和一個內(nèi)部換熱器13、一個壓縮機(jī)14、一個膨脹閥11和一個制熱用蒸發(fā)冷凝器15；另外一套循環(huán)系統(tǒng)包含一個壓縮機(jī)14、一個膨脹閥11、一個主換熱器16和一個蒸發(fā)冷凝器15，兩套系統(tǒng)公用一個蒸發(fā)冷凝器15，即兩套系統(tǒng)通過一個蒸發(fā)冷凝器15聯(lián)結(jié)在一起。制冷工質(zhì)分別在兩套系統(tǒng)中循環(huán)流動，并在蒸發(fā)冷凝器處于制冷工況下實現(xiàn)換熱、制冷的效果。

然而，本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)有的復(fù)疊熱泵系統(tǒng)中所消耗的能源只能用來制冷或者制熱，限制了復(fù)疊系統(tǒng)的使用范圍，因此缺少對能源的二級利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的復(fù)疊熱泵系統(tǒng)缺少對能源的二級利用的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)，包括：制冷循環(huán)和制冷同時制熱水循環(huán)，所述制冷同時制熱水循環(huán)包括：單向閥組，所述單向閥組與第一換熱器連通，所述第一換熱器通過換向閥與第一壓縮機(jī)連通，所述第一壓縮機(jī)通過所述換向閥與熱水器連通，所述熱水器與第二換熱器連通，所述第二換熱器與單向閥組連通。

進(jìn)一步地，所述制冷循環(huán)包括第一制冷子循環(huán)和第二制冷子循環(huán)，所述第一制冷子循環(huán)包括蒸發(fā)冷凝器，所述蒸發(fā)冷凝器與所述單向閥組之間、以及所述蒸發(fā)冷凝器與所述換向閥之間分別設(shè)置有第一控制閥；所述第二制冷子循環(huán)包括第二壓縮機(jī)和第三換熱器，所述第二壓縮機(jī)與所述蒸發(fā)冷凝器連通，所述第三換熱器分別與所述第二換熱器、所述第二壓縮機(jī)和所述蒸發(fā)冷凝器連通。

進(jìn)一步地，所述第二換熱器和所述單向閥組之間、以及所述第二換熱器與所述換向閥之間分別設(shè)置有第二控制閥。

進(jìn)一步地，所述第一控制閥和所述第二控制閥均為電磁閥。

進(jìn)一步地，所述單向閥組包括兩組單向閥，每組單向閥均包括若干單向閥，每組內(nèi)各單向閥依次串聯(lián)連接，兩組單向閥之間為并聯(lián)連接。

進(jìn)一步地，所述換向閥與所述第一壓縮機(jī)之間設(shè)置有第一儲液罐。

進(jìn)一步地，所述單向閥組與第二儲液罐連通，所述第二儲液罐與所述單向閥組之間設(shè)置有第一膨脹閥。

進(jìn)一步地，所述第二換熱器和所述第三換熱器之間設(shè)置有第二膨脹閥。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

本發(fā)明所述的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)通過制冷循環(huán)實現(xiàn)制冷功能，通過制冷同時制熱水循環(huán)實現(xiàn)在制冷的過程中同時制取熱水的功能。具體地，在使用適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)制冷同時制熱水功能時，制冷工質(zhì)經(jīng)由單向閥組后進(jìn)入第一換熱器，制冷工質(zhì)在第一換熱器中吸熱后通過換向閥進(jìn)入第一壓縮機(jī)，制冷工質(zhì)經(jīng)由第一壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入熱水器，在熱水器中進(jìn)行放熱，從而為熱水器提供熱源以制取熱水。制冷工質(zhì)在熱水器中放熱后進(jìn)入第二換熱器進(jìn)而二次換熱，以使得制冷工質(zhì)的溫度進(jìn)一步降低，制冷工質(zhì)在第二換熱器中放熱后進(jìn)入單向閥組，從而完成一次循環(huán)過程。在這個循環(huán)過程中，由于制冷工質(zhì)在第一換熱器中吸熱，因此可使用第一換熱器制冷，例如將熱水通入第一換熱器，熱水在第一換熱器中被制冷工質(zhì)吸取熱量，從而溫度降低變成冷水流出；由于制冷工質(zhì)在經(jīng)由熱水器的時候進(jìn)行放熱，因此可使得熱水器內(nèi)的水溫度升高，從而制取熱水。

與現(xiàn)有技術(shù)中只能制冷或者制熱的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)可以利用制冷循環(huán)實現(xiàn)制冷功能，還可以利用制冷同時制熱水循環(huán)實現(xiàn)制冷同時制熱水功能，因此功能多樣化，應(yīng)用范圍更為廣泛。同時，在進(jìn)行制冷同時制熱水時，制冷工質(zhì)在制冷過程中吸收的熱量在熱水器中釋放用以制取熱水，實現(xiàn)了能源的二次利用，提高了能源利用率。

本發(fā)明的另一目的在于提出一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的復(fù)疊熱泵系統(tǒng)缺少對能源的二級利用的技術(shù)問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的控制方法，用于控制如上述技術(shù)方案所述的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)，通過控制所述適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的制冷循環(huán)進(jìn)行制冷，通過控制所述適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的制冷同時制熱水循環(huán)進(jìn)行制冷同時制熱水；

控制所述制冷同時制熱水循環(huán)的步驟為：

制冷工質(zhì)經(jīng)由單向閥組后進(jìn)入第一換熱器；制冷工質(zhì)吸熱后依次經(jīng)過換向閥和所述第一壓縮機(jī)后，進(jìn)入熱水器進(jìn)行一次換熱；制冷工質(zhì)放熱后通過第二換熱器進(jìn)行二次換熱；制冷工質(zhì)放熱后回到所述單向閥組。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)包括第一制冷子系統(tǒng)和第二制冷子系統(tǒng)時，所述控制所述制冷同時制熱水循環(huán)的步驟還包括：關(guān)閉第一控制閥，開啟第二控制閥；

控制所述制冷循環(huán)的步驟為：

關(guān)閉所述第二控制閥，開啟所述第一控制閥；

在所述第一制冷子系統(tǒng)內(nèi)：制冷工質(zhì)依次流經(jīng)第一換熱器、換向閥、第一壓縮機(jī)、蒸發(fā)冷凝器和單向閥組，并從所述單向閥組回到所述第一換熱器；

在所述第二制冷子系統(tǒng)內(nèi)：制冷工質(zhì)依次流經(jīng)第二換熱器、第三換熱器、第二壓縮機(jī)和所述蒸發(fā)冷凝器，并從所述蒸發(fā)冷凝器中再次進(jìn)入所述第三換熱器，最后從所述第三換熱器回到所述第二換熱器。

所述適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的控制方法與上述適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)相對于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢相同，在此不再贅述。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為背景技術(shù)所述的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)處于制冷同時制熱水工況時的流向示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)處于制冷工況時的流向示意圖。

圖中：11-膨脹閥；12-室外換熱器；13-內(nèi)部換熱器；14-壓縮機(jī)；15-制熱用蒸發(fā)冷凝器；16-主換熱器；2-單向閥；31-第一換熱器；32-第二換熱器；33-第三換熱器；41-第一壓縮機(jī)；42-第二壓縮機(jī)；51-換向閥；52-蒸發(fā)冷凝器；53-熱水器；61-第一控制閥；62-第二控制閥；71-第一儲液罐；72-第二儲液罐；81-第一膨脹閥；82-第二膨脹閥。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

圖2為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)處于制冷同時制熱水工況時的流向示意圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)處于制冷工況時的流向示意圖；如圖2-4所示，本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)，包括：制冷循環(huán)和制冷同時制熱水循環(huán)，制冷同時制熱水循環(huán)包括：單向閥組，單向閥組與第一換熱器31連通，第一換熱器31通過換向閥51與第一壓縮機(jī)41連通，第一壓縮機(jī)41通過換向閥51與熱水器53連通，熱水器53與第二換熱器32連通，第二換熱器32與單向閥組連通。

本發(fā)明實施例所述的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)通過制冷循環(huán)實現(xiàn)制冷功能，通過制冷同時制熱水循環(huán)實現(xiàn)在制冷的過程中同時制取熱水的功能。具體地，在使用適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)制冷同時制熱水功能時，制冷工質(zhì)經(jīng)由單向閥組后進(jìn)入第一換熱器31，制冷工質(zhì)在第一換熱器31中吸熱后通過換向閥51進(jìn)入第一壓縮機(jī)41，制冷工質(zhì)經(jīng)由第一壓縮機(jī)41壓縮后進(jìn)入熱水器53，在熱水器53中進(jìn)行放熱，從而為熱水器53提供熱源以制取熱水。制冷工質(zhì)在熱水器53中放熱后進(jìn)入第二換熱器32進(jìn)而二次換熱，以使得制冷工質(zhì)的溫度進(jìn)一步降低，制冷工質(zhì)在第二換熱器32中放熱后進(jìn)入單向閥組，從而完成一次循環(huán)過程。在這個循環(huán)過程中，由于制冷工質(zhì)在第一換熱器31中吸熱，因此可使用第一換熱器31制冷，例如將熱水通入第一換熱器31，熱水在第一換熱器31中被制冷工質(zhì)吸取熱量，從而溫度降低變成冷水流出；由于制冷工質(zhì)在經(jīng)由熱水器53的時候進(jìn)行放熱，因此可使得熱水器53內(nèi)的水溫度升高，從而制取熱水。

與現(xiàn)有技術(shù)中只能制冷或者制熱的復(fù)疊熱泵系統(tǒng)相比，本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)可以利用制冷循環(huán)實現(xiàn)制冷功能，還可以利用制冷同時制熱水循環(huán)實現(xiàn)制冷同時制熱水功能，因此功能多樣化，應(yīng)用范圍更為廣泛。同時，在進(jìn)行制冷同時制熱水時，制冷工質(zhì)在制冷過程中吸收的熱量在熱水器53中釋放用以制取熱水，實現(xiàn)了能源的二次利用，提高了能源利用率。

上述適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)中，制冷循環(huán)可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的制冷循環(huán)，或者，如圖2所示，將制冷循環(huán)與制冷同時制熱水循環(huán)聯(lián)結(jié)在一起，以便于調(diào)控。具體地，制冷循環(huán)包括第一制冷子循環(huán)和第二制冷子循環(huán)，第一制冷子循環(huán)包括蒸發(fā)冷凝器52，蒸發(fā)冷凝器52與單向閥組之間、以及蒸發(fā)冷凝器52與換向閥51之間分別設(shè)置有第一控制閥61；第二制冷子循環(huán)包括第二壓縮機(jī)42和第三換熱器33，第二壓縮機(jī)42與蒸發(fā)冷凝器52連通，第三換熱器33分別與第二換熱器32、第二壓縮機(jī)42和蒸發(fā)冷凝器52連通。

進(jìn)一步地，第二換熱器32和單向閥組之間、以及第二換熱器32與換向閥51之間分別設(shè)置有第二控制閥62。為了實現(xiàn)自動控制，第一控制閥61和第二控制閥62均為電磁閥，換向閥51為四通換向閥，具體可以使用現(xiàn)有技術(shù)中的四通閥。

進(jìn)一步地，單向閥組包括兩組單向閥2，每組單向閥2均包括若干單向閥2，每組內(nèi)各單向閥2依次串聯(lián)連接，兩組單向閥2之間為并聯(lián)連接。

進(jìn)一步地，換向閥51與第一壓縮機(jī)41之間設(shè)置有第一儲液罐71。單向閥組與第二儲液罐72連通，第二儲液罐72與單向閥組之間設(shè)置有第一膨脹閥81。第二換熱器32和第三換熱器33之間設(shè)置有第二膨脹閥82。第一儲液罐71和第二儲液罐72能夠起到儲存制冷劑的作用，還能夠起到緩壓和分液的作用。

如圖2所示，在一種具體實施方式中，適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)包括制冷循環(huán)和制冷同時制熱循環(huán)，制冷同時制熱循環(huán)包括：單向閥組、第一膨脹閥81、第二儲液罐72、第一換熱器31、換向閥51、第一壓縮機(jī)41、第一儲液罐71、第二控制閥62、熱水器53、第二換熱器32和第三換熱器33。具體地，換向閥51為四通換向閥，單向閥組包括四個單向閥2，兩個單向閥2為一組，每組內(nèi)兩個單向閥2串聯(lián)方式連接，兩組單向閥2并聯(lián)方式連接，單向閥組與第一膨脹閥81和第二儲液罐72形成一個回路，單向閥組還與第一換熱器31和第二換熱器32分別連通，單向閥組與第二換熱器32連通的管路上設(shè)置有一個第二控制閥62；第一換熱器31與四通換向閥連通，四通換向閥與第一壓縮機(jī)41和第一儲液罐71形成一個回路，四通換向閥還與熱水器53連通，四通換向閥與熱水器53連通的管路上設(shè)置有另一個第二控制閥62；熱水器53與第二換熱器32連通，第一換熱器31具有四個接口，其中兩個接口分別為熱水進(jìn)口和冷水出口，另外兩個接口用于分別與單向閥組和四通換向閥連通。

制冷循環(huán)包括第一制冷子循環(huán)和第二制冷子循環(huán)，其中，第一制冷子循環(huán)為普通熱泵制冷循環(huán)，第二制冷子循環(huán)為二氧化碳熱泵制冷循環(huán)。

第一制冷子循環(huán)包括蒸發(fā)冷凝器52，蒸發(fā)冷凝器52與單向閥組之間設(shè)置有一個第一控制閥61，蒸發(fā)冷凝器52與四通換向閥之間設(shè)置有另一個第一控制閥61。

第二制冷子循環(huán)包括第二壓縮機(jī)42、第三換熱器33和第二膨脹閥82，具體地，蒸發(fā)冷凝器52和第三換熱器33分別具有四個接口，第二換熱器32具有六個接口，蒸發(fā)冷凝器52的第一接口和第二接口分別與兩個第一控制閥61連通，蒸發(fā)冷凝器52的第三接口與第三換熱器33的第二接口連通，蒸發(fā)冷凝器52的第四接口與第二壓縮機(jī)42連通；第三換熱器33的第一接口通過第二膨脹閥82與第二換熱器32的第一接口連通，第三換熱器33的第三接口與第二換熱器32的第二接口連通，第三換熱器33的第四接口與第二壓縮機(jī)42連通；第二換熱器32的第三接口通過第二控制閥62與單向閥組連通，第二換熱器32的第四接口與熱水器53連通，第二換熱器32的第五接口和第六接口分別為空氣出口和空氣進(jìn)口。

上述適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)具有制冷模式和制冷同時制熱水模式，當(dāng)適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)處于制冷模式時，第一控制閥61開啟，第二控制閥62關(guān)閉。在第一制冷子循環(huán)中，制冷工質(zhì)可以為氟利昂或其他制冷工質(zhì)，在第二制冷子循環(huán)中，制冷工質(zhì)為二氧化碳，第二換熱器32為室外換熱器，第三換熱器33為內(nèi)部換熱器，不同的制冷工質(zhì)在各自所在的制冷子循環(huán)中循環(huán)流動，從而實現(xiàn)制冷過程。當(dāng)適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)處于制冷同時制熱模式時，第一控制閥61關(guān)閉，第二控制閥62開啟。制冷工質(zhì)在制冷同時制熱循環(huán)內(nèi)循環(huán)流動，在第一換熱器31處吸收熱量以實現(xiàn)制冷功能，在熱水器53處釋放熱量以實現(xiàn)制熱水功能，從而實現(xiàn)制冷同時制熱水的功能。

本發(fā)明實施例同時提出一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的控制方法，用于控制上述適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)，具體地，通過控制適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的制冷循環(huán)進(jìn)行制冷，通過控制適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的制冷同時制熱水循環(huán)進(jìn)行制冷同時制熱水；

控制制冷同時制熱水循環(huán)的步驟為：

制冷工質(zhì)經(jīng)由單向閥組后進(jìn)入第一換熱器31；制冷工質(zhì)吸熱后依次經(jīng)過換向閥51和第一壓縮機(jī)41后，進(jìn)入熱水器53進(jìn)行一次換熱；制冷工質(zhì)放熱后通過第二換熱器32進(jìn)行二次換熱；制冷工質(zhì)放熱后回到單向閥組。

當(dāng)適用于極寒地區(qū)的CO₂復(fù)疊熱泵系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)包括第一制冷子系統(tǒng)和第二制冷子系統(tǒng)時，控制制冷同時制熱水循環(huán)的步驟還包括：關(guān)閉第一控制閥61，開啟第二控制閥62?？刂浦评溲h(huán)的步驟為：關(guān)閉第二控制閥62，開啟第一控制閥61；在第一制冷子系統(tǒng)內(nèi)：制冷工質(zhì)依次流經(jīng)第一換熱器31、換向閥51、第一壓縮機(jī)41、蒸發(fā)冷凝器52和單向閥組，并從單向閥組回到第一換熱器31；在第二制冷子系統(tǒng)內(nèi)：制冷工質(zhì)依次流經(jīng)第二換熱器32、第三換熱器33、第二壓縮機(jī)42和蒸發(fā)冷凝器52，并從蒸發(fā)冷凝器52中再次進(jìn)入第三換熱器33，最后從第三換熱器33回到第二換熱器32。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。