CN100570244C - 一种跨临界co2/r22热泵空调及热水三联供方法 - Google Patents
一种跨临界co2/r22热泵空调及热水三联供方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100570244C CN100570244C CNB2008100401887A CN200810040188A CN100570244C CN 100570244 C CN100570244 C CN 100570244C CN B2008100401887 A CNB2008100401887 A CN B2008100401887A CN 200810040188 A CN200810040188 A CN 200810040188A CN 100570244 C CN100570244 C CN 100570244C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hot water
- heat pump
- critical
- air conditioner
- heat exchanger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/12—Hot water central heating systems using heat pumps
Landscapes
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
- Domestic Hot-Water Supply Systems And Details Of Heating Systems (AREA)
Abstract
本发明属于室内空调及热水循环联合使用技术领域。本发明所说的跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,是通过A三通阀和B三通阀分别与跨临界二氧化碳热泵系统和R22空调制冷系统相连,再经过水泵接蓄热水箱,实现在两个系统之间的切换,联合跨临界CO2热泵循环系统、R22空调循环系统和热水循环实现三种运行模式。本发明综合了两个独立系统之长来弥补各自系统的不足,既能满足夏季的制冷以及全年各时期的供热水需求,又能满足冬季的供暖和供热水的需求,不但在环境保护方面具有很大的优势,而且其节能的潜力非常大,同时系统结构紧凑,还提高了设备的的利用率。
Description
技术领域
本发明属于空调热泵技术领域,是一种涉及常规制冷剂(R22)制冷循环和跨临界CO2热泵循环的联合运行方法。
背景技术
由于全球气温变暖、气候异常等环境问题日益严重,环保和节能成为目前整个国际社会的一个重大而紧迫的课题。
目前大量使用的氟利昂户式热泵空调系统,夏季室外冷凝器的放热量大,且室外气温越高制冷效率越低,能耗越高;在北方的过渡季节或南方的冬季,室外气温较低的时候,热泵供热效率很低,需要增加辅助的电加热装置来满足需求,能耗也大大增加;另外随着人们生活水平的提高,家庭生活热水的需求量也越来越大,其所需的能耗约占家庭总能耗的30%左右,一般采用电加热或燃气加热制得热水,空调系统和热水供应系统单独设立,设备利用率低,成本高。若能将热泵空调及供热水系统合二为一,既可以提高设备的的利用率,又可以实现环保、节能的效果。
R22空调系统常用于夏季制冷,其制冷效率高,能耗低,投资小,安装方便,对周围环境的影响小等优点,使其成为当前家用空调市场中应用最为广泛的装置之一,在我国的长江中下游、华南及西南等传统的非采暖地区得到了广泛的应用。但是该系统的热泵循环在冬季制热时从大气环境中吸取热量,在室外气温低、湿度大的天气条件下室外换热器表面会结霜,导致热泵性能下降,制热量不足、制热效率低和排气温度高等问题,严重时还会导致热泵不能正常工作。为解决该系统的热泵循环在寒冷地区的应用问题,除了采用辅助热源的方法,国内外很多学者进行了研究,从不同方面、不同程度地提高了空气源热泵在寒冷地区的适应性,但并没有完全解决存在的问题。
二氧化碳作为一种自然物质,是较为理想的制冷剂,其优点在于无毒、不燃、ODP值为零、温室效应较小、价格低廉、勿需回收、对环境没有副作用等。从1866年开始,至20世纪30年代,二氧化碳亚临界循环曾被广泛使用,但由于其效率较低,系统工作压力高,设备机械强度要求高等原因,被后来的氟利昂系统所取代。
跨临界二氧化碳循环的放热过程温度较高,且存在一个相当大的温度滑移(约80~100℃),用于热泵循环具有独特的优势。研究表明,同样工况下,(1)将水从10℃加热到60℃,CO2热泵热水器要比电热水器和燃气热水器节能75%;(2)CO2热泵热水器可以生产出温度达90℃的热水,而传统热泵系统的热水温度一般低于55℃;(3)采用二氧化碳热泵为商用和住宅建筑供应热水,可使其总用能量减少20%;(4)CO2热泵系统在低温环境下能够维持较高的供热量,大大节约辅助加热设备所耗费的能量。
发明内容
本发明的目的就是将热泵空调和热水器结合组成一个系统,形成一个跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,发挥R22系统在制冷方面的高效性以及跨临界CO2系统在制热方面的独特优势。
所谓跨临界CO2循环是指CO2在亚临界和超临界条件之间运行,在低于临界压力的蒸发器内吸热,而在超临界压力的气体冷却器内放热的循环。
为实现上述发明目的,本发明采取的具体技术方案如下:
一种跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,该方法是通过A三通阀和B三通阀分别与跨临界二氧化碳热泵系统和R22空调制冷系统相连,再经过水泵接蓄热水箱,实现在两个系统之间进行切换,联合临界CO2热泵循环系统、R22空调循环系统和热水循环三种运行模式。
上述的跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,其中跨临界二氧化碳热泵循环系统组成包括:并联的A热水换热器和室内空气换热器、A节流阀室外空气换热器、储液器及二氧化碳压缩机通过管道串联,构成跨临界二氧化碳热泵循环管路;
上述的跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,其中R22空调制冷循环系统的组成包括:并联的B热水换热器和室外空气换热器、R22压缩机、室内空气换热器及B节流阀通过管道串联,构成R22空调制冷循环管路;
上述的跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,其中热水循环的组成包括:A三通阀和B三通阀分别与跨临界二氧化碳热泵系统的A热水换热器和R22空调制冷系统的B热水换热器相连,通过这两个三通阀在两个系统之间进行切换,再经过水泵接蓄热水箱。
上述的跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,常规制冷剂空调制冷系统的制冷剂除R22外,可选用其他物质,如氟利昂、(非)共沸混合物、自然工质(R290、NH3等),以满足不同的温度需求。
上述的跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,跨临界二氧化碳的工作压力为3.0-12.0MPa;工作温度在低温侧可达-20℃,高温侧可达95℃;跨临界二氧化碳热泵系统的循环管路及主要部件应满足15MPa的耐压要求。
R22空调系统和跨临界CO2热泵系统共用一个室外换热器,并分别通过热水换热器与热水系统相连。通过对室外温、湿度的监测实现对CO2系统和R22系统的自动切换,也可采用手动的方式来控制系统。能提供五种运行模式:制冷+供热水、制热+供热水、单独制冷、单独制热、单独供热水,满足不同气候条件和用户的不同需要,是一种集节能、环保、紧凑、高效为一体的供热、空调及热水联合供应系统。
综上所述,本发明将跨临界CO2热泵系统和R22空调系统联合,充分发挥了R22空调系统制冷效率高、能耗低的优势和跨临界CO2热泵循环在制热方面的独特优势,综合了两个独立系统之长来弥补各自系统的不足。既能满足夏季的制冷以及全年各时期的供热水需求,又能满足冬季的供暖和供热水的需求,不但在环境保护方面具有很大的优势,而且其节能的潜力非常大。该系统将热泵空调及供热水系统合而为一,不但系统结构紧凑,还提高了设备的的利用率。
附图说明
图1为跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供系统的结构原理图。图1中各主要部件的名称为:1-R22压缩机;2、3、9、10、16-阀;4、11-热水换热器;5-室外空气换热器;6、12-节流阀;7-室内空气换热器;8-CO2压缩机;13-储液器;14-热水箱;15-水泵;17、18-三通阀。
图2为R22空调制冷+供热水系统的运行原理图,它是由R22循环系统(R22压缩机1、阀2或3开通、换热器4或5、节流阀6、室内换热器7)和热水系统(热水箱14、阀18a-c接通、换热器5、阀17a-c接通、阀16、水泵15)实现制冷和供热水的。
图3为跨临界CO2热泵制热+供热水系统的运行原理图,它是由跨临界CO2热泵循环(CO2压缩机8、阀9或10开通、节流阀12、换热器5、室内换热器、储液器13)和热水系统(热水箱14、阀18a-b接通、换热器11、阀17a-b接通、阀16、水泵15)实现制热和供热水的。
具体实施方式
下面结合附图1、2和3进一步说明本发明的具体实施方式:
本发明的方法是通过联合跨临界CO2热泵循环系统、R22空调循环系统和热水循环系统而实现发明目的的。具体的方法是:如图1所示,A热水换热器(11)和室内空气换热器(7)并联后一头连接二氧化碳压缩机(8)的出口,另外一头通过节流阀(12)后接入室外空气换热器(5),再和储液器(13)串联接至二氧化碳压缩机(8),构成跨临界二氧化碳热泵循环管路;另一个B热水换热器(4)和室外空气换热器(5)并联后接R22压缩机(1)的出口,另一头通过节流阀(6)后接入室内空气换热器(7),再接至R22压缩机(8)入口,构成R22空调制冷循环管路;热水循环管路由A、B两个三通阀(17、18)分别与跨临界二氧化碳热泵系统和R22空调制冷系统的A、B两个热水换热器(11、4)相连,可以在两个系统之间进行切换,再经过水泵(15)接蓄热水箱(14)。
本发明巧妙联合跨临界CO2热泵循环系统、R22热泵空调循环系统和热水循环系统,通过三通阀进行转换,可根据不同的气候条件及用户的不同需要,实现制冷、制热、供热水三种功能。本发明能实现5种工作模式,分别是:1)制冷+供热水工况;2)制热+供热水工况;3)单独制冷工况;4)单独制热工况;5)单独供热水工况。下面结合图1、图2、图3分别予以介绍:
1)制冷+供热水工况
开启R22系统(阀2接通),CO2系统处于关闭状态(阀9和阀10关闭),开启热水系统(阀16、阀18a-c接通和阀17a-c接通)。
开启R22循环系统,即工质经R22压缩机1、阀2接通、经换热器4、节流阀6和室内换热器7完成循环,热水从热水箱14、经阀18a-c接通、经换热器4、阀17a-c接通、阀16、水泵15,回到水箱中完成热水的循环,从而实现了制冷和供热水的功能。
夏季工况下,R22循环系统产生的冷量通过室内空气换热器7送入到室内,R22循环系统中的排热在热水换热器4中加热热水,实现了余热的回收,提高了循环的效率;当水箱中的水温达到设定的温度时,阀2关闭,阀3接通,系统的排热通过室外空气换热器5排到大气中;运行原理如图2所示。
2)制热+供热水工况
开启CO2系统(阀9和阀10接通),R22系统处于关闭状态(阀2和阀3关闭),开启热水系统(阀16接通、阀18a-b接通和阀17a-b接通)。
CO2系统是跨临界运行的,放热过程温度滑移很大,放热量很大,该热量一部分用于热水换热器11中加热热水,另一部分用于室内空气换热器7中与空气进行热交换,将热量传递给室内,达到供暖的目的。
冬季工况下,开启CO2循环系统,工质经CO2压缩机8、阀9和阀10接通、经室内换热器7和热水换热器11、节流阀12和室外换热器5完成循环,CO2循环系统产生的热量一部分通过室内空气换热器7送入到室内,实现供热;另一部分在热水换热器11中加热热水。热水从热水箱14、经阀18a-b接通、经换热器11、阀17a-b接通、阀16、水泵15,回到水箱中完成热水的循环,从而实现了供热水的功能。运行原理如图3所示。
3)单独制冷工况
单独开启R22系统(阀2接通),CO2系统处于关闭状态(阀9和阀10关闭),热水系统关闭(阀16关闭)。
开启R22循环系统,即工质经R22压缩机1、阀3接通、经换热器5、节流阀6和室内换热器7完成循环。系统的冷凝热全部通过室外空气换热器5排到大气。此时系统的运行状态就是当前最普遍的家用空调的制冷状态。这时室外空气换热器5就是系统的冷凝器。
4)单独制热工况
只单独开启CO2系统,R22系统和热水系统处于关闭状态。
开启CO2系统(阀10接通),R22系统处于关闭状态(阀2和阀3关闭),开启热水系统(阀16关闭)。工质经CO2压缩机8、阀10接通、经换热器7、节流阀12和室外换热器5完成循环,CO2循环系统产生的热量通过室内空气换热器7送入到室内,实现供热;
此时CO2系统产生的排热全部在室内空气换热器7中与空气进行热交换,将热量传递给室内。这时室外空气换热器5就是系统的蒸发器。
5)单独供热水工况
开启CO2系统(阀9接通)和热水系统开启热水系统(阀16接通、阀18a-b接通和阀17a-b接通),R22系统处于关闭状态(阀2和阀3关闭)。
阀9接通,CO2循环系统从室外换热器5中吸取环境的热量,在换热器11中加热热水。热水从热水箱14、经阀18a-b接通、经换热器11、阀17a-b接通、阀16、水泵15,回到水箱中完成热水的循环,从而实现了供热水的功能。
此时该系统相当于CO2热泵热水器,CO2系统的排热全部用于加热热水,这一过程在热水换热器11中实现。这时室外空气换热器5就是系统的蒸发器。
Claims (6)
1.一种跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,该方法是通过A三通阀(17)和B三通阀(18)分别与跨临界二氧化碳热泵系统和R22空调制冷系统相连,再经过水泵(15)接蓄热水箱(14),实现在两个系统之间进行切换,联合跨临界CO2热泵循环系统、R22空调循环系统和热水循环实现三种运行模式。
2.如权利要求1所述的跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,其特征在于,所说的跨临界二氧化碳热泵循环系统组成包括:并联的A热水换热器(11)和室内空气换热器(7)、A节流阀(12)、室外空气换热器(5)、储液器(13)及二氧化碳压缩机(8)通过管道串联,构成跨临界二氧化碳热泵循环管路。
3.如权利要求1所述的跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,其特征在于,所说的R22空调制冷循环系统的组成包括:并联的B热水换热器(4)和室外空气换热器(5)、R22压缩机(1)、室内空气换热器(7)及B节流阀(6)通过管道串联,构成R22空调制冷循环管路。
4.如权利要求1所述的跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,其特征在于,所说的热水循环的组成包括:A三通阀(17)和B三通阀(18)分别与跨临界二氧化碳热泵系统的A热水换热器(11)和R22空调制冷系统的B热水换热器(4)相连,通过这两个三通阀在两个系统之间进行切换,再经过水泵(15)接蓄热水箱(14)。
5.如权利要求1所述的跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,其特征在于:R22热泵空调的制冷剂还可选用氟利昂、自然工质R290、NH3。
6.如权利要求1所述的跨临界CO2/R22热泵空调及热水三联供方法,其特征在于:跨临界二氧化碳的工作压力为3.0-12.0MPa;工作温度在低温侧可达-20℃,高温侧可达95℃;跨临界二氧化碳热泵系统的循环管路及主要部件应满足15MPa的耐压要求。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2008100401887A CN100570244C (zh) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | 一种跨临界co2/r22热泵空调及热水三联供方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2008100401887A CN100570244C (zh) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | 一种跨临界co2/r22热泵空调及热水三联供方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101303182A CN101303182A (zh) | 2008-11-12 |
CN100570244C true CN100570244C (zh) | 2009-12-16 |
Family
ID=40113197
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB2008100401887A Expired - Fee Related CN100570244C (zh) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | 一种跨临界co2/r22热泵空调及热水三联供方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN100570244C (zh) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102003833B (zh) * | 2010-10-27 | 2012-10-31 | 华北电力大学(保定) | 一种利用冷凝余热的跨临界二氧化碳热泵型空调热水器 |
CN102418973A (zh) * | 2011-11-30 | 2012-04-18 | 重庆同方国新能源规划研究院有限公司 | 一种多能源协同多技术耦合的热泵空调系统 |
CN104792066B (zh) * | 2015-04-24 | 2017-07-07 | 广东美的暖通设备有限公司 | 一种跨临界co2热泵多功能系统及控制方法 |
CN105509357B (zh) * | 2015-12-30 | 2018-03-27 | 嵊州高翔冷链设备股份有限公司 | 一种多用途压缩冷凝机组 |
CN106766308A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-31 | 刘勇 | 适用于极寒地区的co2复叠热泵系统及其控制方法 |
CN107328102B (zh) * | 2017-08-18 | 2024-02-09 | 安徽扬子空调股份有限公司 | 一种二氧化碳复合式热泵热水及空调系统及其控制方法 |
CN109059342B (zh) * | 2018-06-21 | 2020-08-04 | 冰轮环境技术股份有限公司 | 低温制冷与高温供热综合供给系统 |
CN109579377B (zh) * | 2018-12-05 | 2020-06-19 | 西安交通大学 | 一种跨临界二氧化碳热泵系统电子膨胀阀控制方法 |
CN110925921A (zh) * | 2019-12-17 | 2020-03-27 | 惠州市江明机电科技有限公司 | 节能冷暖双供应系统 |
CN112484342A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-12 | 无锡同方人工环境有限公司 | 不需除霜换向装置的co2空气源热泵机组及其除霜方法 |
-
2008
- 2008-07-03 CN CNB2008100401887A patent/CN100570244C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101303182A (zh) | 2008-11-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100570244C (zh) | 一种跨临界co2/r22热泵空调及热水三联供方法 | |
CN102997499B (zh) | 一种可同时制取冷水与热水的空气源热泵装置 | |
CN100451492C (zh) | 太阳能辅助土壤源跨临界二氧化碳热泵综合空调系统 | |
CN102313326B (zh) | 简单高效可靠冷暖空调热水机 | |
CN102645055B (zh) | 自适应匹配的太阳能辅助空气源热泵装置 | |
CN202660661U (zh) | 实现辅助制热和辅助制冷的太阳能热泵空调系统 | |
CN203011004U (zh) | 单元式空调地暖机 | |
CN101354204A (zh) | 一种可实现制冷、制热和供热水功能的三联供方法 | |
CN103712367B (zh) | 太阳能空气源热泵空调系统 | |
CN103398505B (zh) | 一种联合热泵及太阳能热水暖通系统 | |
CN101210722A (zh) | 三位一体的智能型地源热泵空调系统 | |
CN201401880Y (zh) | 集供冷、供暖、食品制冷和供热水为一体的超市组合系统 | |
CN202757346U (zh) | 中央空调和热水一体机 | |
CN106595112A (zh) | 太阳能蓄热型双级压缩空气源热泵系统及其运行方法 | |
CN103759352A (zh) | 一种综合利用热泵和太阳能的相变储能系统 | |
CN203024477U (zh) | 地源热泵中央空调热水三联供机组 | |
CN201837139U (zh) | 喷汽增焓热泵空调热水机组 | |
CN201237404Y (zh) | 跨临界co2/r22热泵空调及热水三联供系统 | |
CN202328900U (zh) | 一种利用热回收型水源热泵机组的节能系统 | |
CN201269662Y (zh) | 太阳能冷管和跨临界co2联合供能系统 | |
CN202675732U (zh) | 自适应匹配的太阳能辅助空气源热泵装置 | |
CN201892345U (zh) | 采用电子膨胀阀的多功能空气源热水与热泵机组 | |
CN101936613B (zh) | 集成式热交换系统 | |
CN203848548U (zh) | 空气源热泵多用机组 | |
CN203572093U (zh) | 空气源中央空调热水三联供热泵机组 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091216 Termination date: 20120703 |