熱泵供暖系統的制作方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本發明屬于熱栗技術領域，涉及一種帶有快速除霜功能的跨臨界CO2熱栗供暖系統。
【【背景技術】】
[0002]熱栗技術是通過消耗一定的高位能，如機械能、電能，并通過熱力循環，把低位能轉移至高位能的手段。目前的熱栗技術主要由機械壓縮式為主，主要部件包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器。熱栗按照低溫熱源的不同可以分為空氣源熱栗、水源熱栗、地源熱栗等，其中空氣源熱栗是以室外空氣為熱源進行供暖或供應熱水，其安裝使用方便，對環境污染較小，其節能效果要明顯高于電加熱等采暖方式。但是由于空氣源熱栗在低溫環境下運行存在著一些不足:如隨著環境溫度的降低，蒸發壓力也隨之降低，壓縮機壓比增大，排氣溫度升高，容易引起壓縮機過熱保護而停機;特別是當環境溫度低于0°c時，空氣源熱栗極易結霜，嚴重影響了熱栗性能，空氣源熱栗在我國北方大部分地區尚未得到普遍應用。
[0003]CO2屬于惰性氣體，無毒無刺激；良好的安全性和化學穩定性，安全無毒，不可燃，即便在高溫下也不分解產生有害氣體；其對全球變暖潛力指數GWP為I，C02不需要工業合成，只需要在大氣中提取就可以，使用方便；同時，它對大氣臭氧層無任何破環作用，ODP為
O。并且，CO2本身優越的熱物理特性以及良好的迀移特性也適合其作為制冷工質，導熱系數以及定壓比熱高，蒸汽密度小，動力粘度小，表面張力小，這些特點為機組的小型化以及成本節省提供了前提。0)2臨界溫度為30.98°C，臨界壓力為7.38MPa，在跨臨界區與外部介質換熱時不發生相變，因此跨臨界CO2循環不存在潛熱交換和冷凝過程。考慮到CO2較高的臨界壓力，在相同的條件下，跨臨界CO2熱栗能夠將水加熱到更高的溫度。
[0004]跨臨界CO2熱栗將熱栗的高效節能作用和CO2的優秀環保性能結合在一起，符合目前世界范圍內的環保要求，具有重要的節能環保意義，而且應用范圍特別廣，特別是在低環境溫度條件下的供暖和供熱水問題，然而，在低環境溫度下，跨臨界CO2熱栗系統存在結霜問題，對于具有工作壓力高和跨臨界傳熱特性的空氣源CO2熱栗系統來說，傳統的除霜方法并不適用，因此，如何快速除霜成為限制跨臨界CO2熱栗廣泛應用的一個重要因素。
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【發明內容】
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[0005]本發明的目的在于提供一種帶有快速除霜功能的跨臨界CO2熱栗供暖系統，以解決現有供暖熱栗系統采用CO2工質時存在的問題，使跨臨界CO2熱栗系統在極低環境溫度下能夠高效穩定地應用于暖氣片形式供暖，同時為解決跨臨界CO2熱栗系統在極低環境溫度下的運行時的結霜現象提供一種快速除霜的方法。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0007]—種帶有快速除霜功能的跨臨界CO2熱栗供暖系統，包括第一蒸發器、第一壓縮機、第一冷凝器、第一膨脹閥、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥、蒸發冷凝器、第二壓縮機、氣體冷卻器和第二膨脹閥；:第一蒸發器、第一壓縮機、第一冷凝器、第一膨脹閥組成第一熱栗系統;蒸發冷凝器、第二壓縮機、氣體冷卻器和第二膨脹閥組成第二熱栗系統，第二熱栗系統為跨臨界CO2熱栗系統；
[0008]暖氣片的回水管路分為兩路，一路連接第一冷凝器的回水入口，另一路連接第一蒸發器的回水入口；第一冷凝器的回水出口連接混合器的第一入口，第一蒸發器的回水出口連接氣體冷卻器的回水入口，氣體冷卻器的回水出口連接混合器的第二入口，混合器的出口連接暖氣片供暖系統的供水管路；
[0009]第一壓縮機的工質出口分為兩路，一路連接第一冷凝器的工質入口，第一冷凝器的工質出口通過第一膨脹閥連接第一蒸發器的工質入口，第一蒸發器的工質出口連接第一壓縮機的工質入口；另一路連接蒸發冷凝器的第一工質入口，蒸發冷凝器的第一工質出口通過第一膨脹閥連接第一蒸發器的工質入口 ；
[0010]第二壓縮機的出口連接氣體冷卻器的工質入口，氣體冷卻器的工質出口通過第二膨脹閥連接蒸發冷凝器的第二工質入口，蒸發冷凝器的第二工質出口連接第二壓縮機的工質入口。
[0011]本發明進一步的改進在于:第一冷凝器的工質入口設有第一電磁閥，第一冷凝器的工質出口設有第二電磁閥和第一膨脹閥；蒸發冷凝器的第一工質入口設有第三電磁閥，蒸發冷凝器的第一工質出口設有第四電磁閥。
[0012]本發明進一步的改進在于:來自暖氣片的回水分為兩部分后，一部分進入第一冷凝器中升溫，另一部分進入第一蒸發器中降溫，第一冷凝器升溫后的熱水進入混合器中，第一蒸發器中被冷卻的冷水進入氣體冷卻器中被加熱后進入混合器，熱水在混合器中混合后進入暖氣片供暖系統的供水管路。
[0013]本發明的進一步改進在于:第二壓縮機將高溫高壓的跨臨界狀態CO2排入氣體冷卻器中，加熱暖氣片回水后溫度降低，通過第二膨脹閥進入蒸發冷凝器的第二工質入口，在蒸發冷凝器中蒸發吸熱，產生的氣體通過蒸發冷凝器的第二工質出口進入第二壓縮機。
[0014]本發明的進一步改進在于:第一電磁閥、第二電磁閥開啟，第三電磁閥、第四電磁閥關閉，第一熱栗系統和第二熱栗系統正常制熱運行;第一電磁閥、第二電磁閥關閉，第三電磁閥、第四電磁閥開啟，第一熱栗系統中第一冷凝器停用，第一壓縮機經第三電磁閥連接蒸發冷凝器的第一工質入口，蒸發冷凝器的第一工質出口經第四電磁閥、第一膨脹閥連接第一蒸發器的工質入口，第一蒸發器的工質出口連接第一壓縮機。
[0015]本發明進一步的改進在于:第一電磁閥、第二電磁閥關閉，第三電磁閥、第四電磁閥開啟，來自第一壓縮機的高溫高壓氣體經第三電磁閥進入蒸發冷凝器的第一工質入口，在蒸發冷凝器中與第二工質進行換熱，完成對第二熱栗系統的除霜，溫度降低后，經第四電磁閥和第一膨脹閥進入第一蒸發器中，在第一蒸發器中吸收暖氣片回水中的熱量，進入第一壓縮機。
[0016]本發明進一步的改進在于:所述帶有快速除霜功能的跨臨界CO2熱栗供暖系統中選用的工質為天然工質C02。
[0017]本發明進一步的改進在于:所述蒸發冷凝器為帶風機式蒸發冷凝器;在正常制熱運行中，風機開啟，控制第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥和第四電磁閥的開啟/關閉，蒸發冷凝器中第一工質停止運行，CO2從空氣中吸收熱量；在低環境溫度下運行進行除霜時，風機關閉，控制第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥和第四電磁閥的開啟/關閉，第一冷凝器停用，CO2在蒸發冷凝器中與第一工質進行換熱，快速融化翅片上的霜層，吸熱后的過熱CO2蒸氣進入第二壓縮機，被壓縮后進入氣體冷卻器中，加熱被第一蒸發器冷凝的供暖回水。
[0018]本發明進一步的改進在于:蒸發冷凝器內部布管方式為第一工質與第二工質逆向交叉布置，第一工質運行時，與第二工質逆向換熱;第一工質停止運行時，第二工質通過風機與空氣換熱。
[0019 ]相對于現有技術，本發明具有以下有益效果:
[0020]本發明通過合理設置系統流程，將跨臨界CO2熱栗系統應用于暖氣片形式供暖，極大的提升了熱栗系統循環效率，使得新型環保工質能應用于房間供暖，同時，本發明為跨臨界CO2熱栗系統在冬季低環境溫度下出現的結霜現象提供了一種快速除霜的方法，能夠有效地融化蒸發器翅片上產生的霜層，提升熱栗制熱性能，對于冬季供暖基礎設施節能減排改造具有極大的實際意義。
[0021]本發明跨臨界CO2熱栗系統蒸發器設計采用帶風機式蒸發冷凝器，在正常制熱運行中，風機開啟，蒸發冷凝器中第一工質停止運行，CO2從空氣中吸收熱量;在低環境溫度下運行需要除霜時，風機關閉，第一冷凝器停用，CO2在蒸發冷凝器中與第一工質進行換熱，快速融化翅片上的霜層，吸熱后的過熱CO2蒸氣進入壓縮機，被壓縮后進入氣體冷卻器中，加熱來自第一蒸發器中的回水，在保證快速除霜的情況下能夠有效地對供暖回水進行加熱，不會對供暖用戶產生不利影響。
[0022]本發明中通過設置四個電磁閥保證熱栗系統在環境溫度改變時均能滿足使用要求。當環境溫度較高時，控制電磁閥開啟/關閉，第一熱栗系統與第二熱栗系統均正常工作，第一工質在第一蒸發器中吸熱進入第一壓縮機，經壓縮后進入第一冷凝器，在第一冷凝器中對部分供暖回水進行加熱，冷卻后的第一工質流經第一膨脹閥后進入第一蒸發器;第二工質⑶2在蒸發冷凝器中與空氣換熱，吸熱后進入第二壓縮機，經壓縮后進入氣體冷卻器，在氣體冷卻器中加熱被第一蒸發器冷卻的供暖回水，冷卻后的CO2流經第二膨脹閥進入蒸發冷凝器；當環境溫度較低，跨臨界CO2熱栗系統需要除霜時，控制電磁閥開啟/關閉，使第一冷凝器停用，第一熱栗系統中第一工質流經蒸發冷凝器，在蒸發冷凝器中與CO2進行換熱，對跨臨近CO2熱栗系統進行除霜，工質流經第一膨脹閥進入第一蒸發器中，完成蒸發吸熱后進入第一壓縮機。
【【附圖說明】】
[0023]圖1是本發明一種帶有快速除霜功能的跨臨界C02熱栗供暖系統的結構示意圖；
[0024]圖2和圖3是本發明的兩種蒸發器布置方式示意圖。
【【具體實施方式】】
[0025]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0026]請參閱圖1至圖3所示，本發明一種帶有快速除霜功能的跨臨界CO2熱栗供暖系統，包括第一蒸發器1、第一壓縮機2、第一冷凝器3、第一膨脹閥4、蒸發冷凝器9、第二壓縮機10、氣體冷卻器11、第二膨脹閥12。第一蒸發器1、第一壓縮機2、第一冷凝器3、第一膨脹閥4組成第一熱栗系統，蒸發冷凝器9、第二壓縮機10、氣體冷卻器11和第二膨脹閥12組成第二熱栗系統，第二熱栗系統為跨臨界CO2熱栗系統。
[0027]暖氣片的回水管路分為兩路，一路連接第一冷凝器3的回水入口，另一路連接第一蒸發器I的回水入口；第一冷凝器3的回水出口連接混合器13的第一入口，第一蒸發器I的回水出口連接氣體冷卻器11的回水入口，氣體冷卻器11的回水出口連接混合器13的第二入口，混合器13的出口連接暖氣片供暖系統的供水管路。
[0028]第一壓縮機2的工質出口分為兩路，一路通過第一電磁閥5連接第一冷凝器3的工質入口，第一冷凝器3的工質出口通過第二電磁閥6和第一膨脹閥4連接第一蒸發器I的工質入口，第一蒸發器I的工質出口連接第一壓縮機2的工質入口；另一路通過第三電磁閥7連接蒸發冷凝器9的第一工質入口，蒸發冷凝器