CN102563969A - 一种可实现循环加热的双系统热泵装置及制热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可实现循环加热的双系统热泵装置及制热方法。本发明提到的一种可实现循环加热的双系统热泵制热方法，由两套热泵系统组成，一套为二氧化碳热泵系统，一套为非二氧化碳热泵系统；从外界吸热部分由二氧化碳热泵系统完成，热水的加热部分由二氧化碳热泵和非二氧化碳热泵系统共同完成；有益效果是：通过两套热泵系统组成循环加热系统，二氧化碳热泵系统在加热进水温度较高的热水后，二氧化碳冷媒的温度仍然较高，需要进一步冷却；此时，通过常规热泵吸收从气体冷却器出来的二氧化碳气体的温度，使之进一步降低；同时，常规热泵吸收了二氧化碳气体的能量后，也制取热水。
Description
技术领域
本发明涉及一种可实现循环加热的双系统热泵装置及制热方法。
背景技术
近年来，自然工质二氧化碳因其无毒、不可燃、臭氧破坏指数GDP为0、全球变暖潜值GWP为1等优势越来越多地受到制冷行业的重视，二氧化碳被认为是热泵系统工质替代中最有潜力的天然工质之一。二氧化碳热泵系统凭借其独特的性能，可以很轻松的制取60℃以上的热水。二氧化碳热泵系统良好的特性使得即使在低温的环境下，也可以达到较高的能效比和热水温度。但是，它也有其局限性，临界温度为31℃，常温冷却条件下系统循环的高压侧处于近临界或超临界状态，适合于一次性加热热水。当热水进水温度较高时，效率大幅降低，不适合于热水的循环加热。
国外对二氧化碳热泵系统也进行了不少的研究，主要集中在生活热水的制取和低温地板辐射采暖方向上，如日本的DENSO公司生产的二氧化碳热泵热水器可以将生活热水从30℃一次性加热到90℃，日本DAKIN公司生产的二氧化碳热泵热水器不仅可以制取生活热水，而且可以用于地板辐射采暖。对二氧化碳热泵用于高温段热水循环制热的系统还没有出现。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种可实现循环加热的双系统热泵装置及制热方法，可以使二氧化碳热泵应用于需要高温热水循环加热的场所，如热水从45℃进入二氧化碳热泵系统被加热到90℃。
本发明提到的一种可实现循环加热的双系统热泵制热方法，由两套热泵系统组成，一套为二氧化碳热泵系统，一套为非二氧化碳热泵系统；从外界吸热部分由二氧化碳热泵系统完成，热水的加热部分由二氧化碳热泵和非二氧化碳热泵系统共同完成；
其中，二氧化碳热泵系统由压缩机、气体冷却器、换热器、中间换热器、膨胀阀、蒸发器、气液分离器、电磁阀依次连接组成，所述的气液分离器上设有电加热装置；所述的非二氧化碳热泵系统由压缩机、冷凝器、节流阀和换热器组成；
其制热步骤为：
a）压缩机排出的高温高压二氧化碳制冷剂进入气体冷却器加热热水；
b）从气体冷却器出来的二氧化碳制冷剂进入换热器，进一步冷却；
c）从换热器出来的二氧化碳制冷剂进入中间换热器进行换热；
d）从中间换热器出来的二氧化碳制冷剂经过膨胀阀节流降压，变成气液混合物；
e）从膨胀阀出来的二氧化碳制冷剂进入蒸发器吸收热量；
f）从蒸发器出来的二氧化碳制冷剂进入气液分离器进行气液分离，气体从气液分离器上部流出，液体和润滑油从气液分离器底部经过电磁阀流出，混合后被压缩机吸收；
g）从气液分离器出来的二氧化碳制冷剂进入中间换热器被加热；
h）从中间换热器出来的二氧化碳制冷剂被压缩机吸收，实现一个完整的制热循环；
i）压缩机排出的高温冷媒在冷凝器中放热将热水加热；
g）冷媒从冷凝器出来后，经过节流阀节流后，进入换热器；
k） 冷媒进入换热器后，吸收二氧化碳气体中的能量，完成蒸发；
l）冷媒从换热器出来后，被压缩机压缩，完成一个完成的循环。
本发明提供的一种可实现循环加热的双系统热泵装置，由二氧化碳热泵系统和非二氧化碳热泵系统组成，所述的二氧化碳热泵系统由压缩机、气体冷却器、换热器、中间换热器、蒸发器、气液分离器连接组成，气体冷却器的一端连接压缩机，另一端连接换热器，换热器连接中间换热器，中间换热器通过膨胀阀连接蒸发器及气液分离器；其中，换热器连接非二氧化碳热泵系统，所述的非二氧化碳热泵系统由压缩机、冷凝器、节流阀和换热器依次连接组成，冷媒通过换热器进行换热蒸发，通过冷凝器对热水进行加热。
上述的气液分离器上设有电加热装置。
本发明的有益效果是：通过两套热泵系统组成循环加热系统，二氧化碳热泵系统在加热进水温度较高的热水后，二氧化碳冷媒的温度仍然较高，需要进一步冷却；此时，通过常规非二氧化碳热泵系统吸收从气体冷却器出来的二氧化碳气体的温度，使之进一步降低；同时，常规非二氧化碳热泵系统吸收了二氧化碳气体的能量后，也制取热水。这样，可以达到使用二氧化碳热泵系统获得高温热水（45℃-90℃）循环加热的目的，可以使二氧化碳热泵应用于需要高温热水循环加热的场所。
附图说明
附图1是本发明的制热方法示意图；
上图中：压缩机1、气体冷却器2、换热器3、中间换热器4、膨胀阀5、蒸发器6、气液分离器7、电磁阀8、压缩机9、冷凝器10、节流阀11、电加热装置12。
具体实施方式
结合附图，对本发明作进一步的描述：
本发明提到的一种可实现循环加热的双系统热泵制热方法，由两套热泵系统组成，一套为二氧化碳热泵系统，一套为非二氧化碳热泵系统；从外界吸热部分由二氧化碳热泵系统完成，热水的加热部分由二氧化碳热泵和非二氧化碳热泵系统共同完成；
其中，二氧化碳热泵系统由压缩机1、气体冷却器2、换热器3、中间换热器4、膨胀阀5、蒸发器6、气液分离器7、电磁阀8依次连接组成，所述的气液分离器7上设有电加热装置12；所述的非二氧化碳热泵系统由压缩机9、冷凝器10、节流阀11和换热器3组成；
其制热步骤为：
a压缩机1排出的高温高压二氧化碳制冷剂进入气体冷却器2加热热水；
b从气体冷却器2出来的二氧化碳制冷剂进入换热器3，进一步冷却；
c从换热器3出来的二氧化碳制冷剂进入中间换热器4进行换热；
d从中间换热器4出来的二氧化碳制冷剂经过膨胀阀5节流降压，变成气液混合物；
e从膨胀阀5出来的二氧化碳制冷剂进入蒸发器6吸收热量；
f从蒸发器6出来的二氧化碳制冷剂进入气液分离器7进行气液分离，气体从气液分离器上部流出，液体和润滑油从气液分离器（7）底部经过电磁阀（8）流出，混合后被压缩机吸收；
g从气液分离器7出来的二氧化碳制冷剂进入中间换热器4被加热；
h从中间换热器4出来的二氧化碳制冷剂被压缩机1吸收，实现一个完整的制热循环；
i压缩机9排出的高温冷媒在冷凝器10中放热将热水加热；
g冷媒从冷凝器10出来后，经过节流阀11节流后，进入换热器3；
k 冷媒进入换热器3后，吸收二氧化碳气体中的能量，完成蒸发；
l冷媒从换热器出来后，被压缩机压缩，完成一个完成的循环。
本发明提供的一种可实现循环加热的双系统热泵装置，由二氧化碳热泵系统和非二氧化碳热泵系统组成，所述的二氧化碳热泵系统由压缩机1、气体冷却器2、换热器3、中间换热器4、蒸发器6、气液分离器7连接组成，气体冷却器2的一端连接压缩机1，另一端连接换热器3，换热器3连接中间换热器4，中间换热器4通过膨胀阀5连接蒸发器6及气液分离器7；其中，换热器3连接非二氧化碳热泵系统，所述的非二氧化碳热泵系统由压缩机9、冷凝器10、节流阀11和换热器3依次连接组成，冷媒通过换热器3进行换热蒸发，通过冷凝器10对热水进行加热。
参照图1，本发明装置设计了两套热泵系统进行组合，二氧化碳制冷剂从气体冷却器2出来后，进入换热器3，被非二氧化碳热泵系统进一步降温冷却。
参照图1，热水并联进入二氧化碳热泵和热泵。
参照图1，蒸发器6既可以从空气中吸热，也可以从水中吸热。
参照图1，气液分离器7设计有电加热装置12。
热泵装置从外界吸热部分由二氧化碳热泵系统完成，热水的加热部分由二氧化碳热泵和非二氧化碳热泵系统共同完成。
热水并联进入二氧化碳热泵系统和非二氧化碳热泵系统被加热。
二氧化碳热泵系统在加热进水温度较高的热水后，二氧化碳冷媒的温度仍然较高，需要进一步冷却。此时，通过常规的非二氧化碳热泵吸收从气体冷却器出来的二氧化碳气体的温度，使之进一步降低。同时，常规热泵吸收了二氧化碳气体的能量后，也制取热水。
根据热水出水温度需求的不同，非二氧化碳热泵系统可以采用不同技术路线，制取不同出水温度的热水与二氧化碳热泵系统配合。比如采用R22冷媒的热泵制取50℃热水，采用R134a冷媒的热泵可以制取65℃热水，或其他冷媒系统制取更高的热水。
二氧化碳热泵系统的吸热端既可以从空气中吸热，也可以从水中吸热。
换热器3中，非二氧化碳热泵系统吸收从气体冷却器2中出来的二氧化碳气体的能量。
Claims (3)
1.一种可实现循环加热的双系统热泵制热方法，其特征是：由两套热泵系统组成，一套为二氧化碳热泵系统，一套为非二氧化碳热泵系统；从外界吸热部分由二氧化碳热泵系统完成，热水的加热部分由二氧化碳热泵和非二氧化碳热泵系统共同完成；
所述的二氧化碳热泵系统由压缩机（1）、气体冷却器（2）、换热器（3）、中间换热器（4）、膨胀阀（5）、蒸发器（6）、气液分离器（7）、电磁阀（8）依次连接组成，所述的气液分离器（7）上设有电加热装置（12）；所述的非二氧化碳热泵系统由压缩机（9）、冷凝器（10）、节流阀（11）和换热器（3）组成；
其制热步骤为：
a）压缩机（1）排出的高温高压二氧化碳制冷剂进入气体冷却器（2）加热热水；
b）从气体冷却器（2）出来的二氧化碳制冷剂进入换热器（3），进一步冷却；
c）从换热器（3）出来的二氧化碳制冷剂进入中间换热器（4）进行换热；
d）从中间换热器（4）出来的二氧化碳制冷剂经过膨胀阀（5）节流降压，变成气液混合物；
e）从膨胀阀（5）出来的二氧化碳制冷剂进入蒸发器（6）吸收热量；
f）从蒸发器（6）出来的二氧化碳制冷剂进入气液分离器（7）进行气液分离，气体从气液分离器上部流出，液体和润滑油从气液分离器（7）底部经过电磁阀（8）流出，混合后被压缩机吸收；
g）从气液分离器（7）出来的二氧化碳制冷剂进入中间换热器（4）被加热；
h）从中间换热器（4）出来的二氧化碳制冷剂被压缩机（1）吸收，实现一个完整的制热循环；
i）压缩机（9）排出的高温冷媒在冷凝器（10）中放热将热水加热；
g）冷媒从冷凝器（10）出来后，经过节流阀（11）节流后，进入换热器（3）；
k） 冷媒进入换热器（3）后，吸收二氧化碳气体中的能量，完成蒸发；
l）冷媒从换热器出来后，被压缩机压缩，完成一个完成的循环。
2.一种可实现循环加热的双系统热泵装置，其特征是：由二氧化碳热泵系统和非二氧化碳热泵系统组成，所述的二氧化碳热泵系统由压缩机（1）、气体冷却器（2）、换热器（3）、中间换热器（4）、蒸发器（6）、气液分离器（7）连接组成，气体冷却器（2）的一端连接压缩机（1），另一端连接换热器（3），换热器（3）连接中间换热器（4），中间换热器（4）通过膨胀阀（5）连接蒸发器（6）及气液分离器（7）；其中，换热器（3）连接非二氧化碳热泵系统，所述的非二氧化碳热泵系统由压缩机（9）、冷凝器（10）、节流阀（11）和换热器（3）依次连接组成，冷媒通过换热器（3）进行换热蒸发，通过冷凝器（10）对热水进行加热。
3.根据权利要求2所述的可实现循环加热的双系统热泵装置，其特征是：所述的气液分离器（7）上设有电加热装置（12）。
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