CN103471195A - 一种热泵空调装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于热泵空调技术领域，具体是一种热泵空调装置及其控制方法。一种热泵空调装置，包括压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器，所述的压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器组成封闭回路，其中压缩机的出口端通过第一气管与气体冷却器的进口端连接，气体冷却器的出口端通过第二气管与蒸发器的进口端连接，蒸发器的出口端通过第三气管连接有储液器，储液器通过第四气管与压缩机的进口端连接，所述的第四气管设置有回热器，回热器的低压侧通道进口端通过第四气管与储液器连接，回热器的低压侧通道出口端通过第四气管与压缩机连接。

Description

一种热泵空调装置及其控制方法

技术领域

本发明属于热泵空调技术领域，具体是一种热泵空调装置及其控制方法。

背景技术

中国是世界上最大的发展中国家，重视节约能源和提高能源效率是我国一贯的国策。随着经济和社会的发展，我国对能源的需求不断增长。由于我国能源结构以煤炭为主，石油资源短缺，能源发展与环保问题的矛盾日益突出。为此，国家提出发展循环经济、使用可再生能源、建立节约型社会，走可持续发展的道路。

另一方面，温室效应和全球极端天气频发已经从各个方面影响了世界各地人民的生产生活。2008年经济危机推动能源价格快速上涨，俄罗斯与乌克兰的天然气之争更使人们深刻认识到寻找替代能源和发展可再生能源的重要性。国际能源署研究表明：即使全球完成了到2050年减排50%的目标，可能依然无法阻止气候的剧烈变化，所以必须更大规模、更快速地推进可再生能源的应用。

普通的空气能热泵和地源热泵等制冷/供热设备都曾先后使用氟利昂作为制冷剂，如R12、R22、R407A、R407C等。氟利昂制冷剂被证明对环境有破坏作用，一个是对大气臭氧层的破坏，一个是具有温室效应。根据《京都议定书》要求，R12已经停止使用，其它氟利昂类制冷剂到2020年也要停止使用。因此，CO2制冷剂的应用显得十分及时和重要。CO2制冷剂在热泵系统中作为工质其优点为：

1.CO2制冷剂是地球本身就有的气体，是一种天然物质，绿色环保，无回收问题； 

2.良好的安全性和化学稳定性，高温下不分解； 

3.具有良好的热力学特性，导热系数高； 

4.单位容积制冷量高，设备尺寸可显著减小，节省材料；

5.在低温环境条件下，也可以拥有很高的效率；

6.可以方便的获得70℃ ～90℃的高温热水。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种热泵空调装置及其控制方法。

一种热泵空调装置，包括压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器，所述的压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器组成封闭回路，其中压缩机的出口端通过第一气管与气体冷却器的进口端连接，气体冷却器的出口端通过第二气管与蒸发器的进口端连接，蒸发器的出口端通过第三气管连接有储液器，储液器通过第四气管与压缩机的进口端连接，所述的第四气管设置有回热器，回热器的低压侧通道进口端通过第四气管与储液器连接，回热器的低压侧通道出口端通过第四气管与压缩机连接。

优选的，所述的压缩机与电能输入装置连接。

优选的，所述的第二气管设置有回热器，回热器的高压侧通道进口端通过第二气管与气体冷却器连接，回热器的高压侧通道出口端通过第二气管与蒸发器连接。

优选的，所述的第二气管上设置有节流阀，节流阀连接在回热器的高压侧通道出口端。

优选的，所述的压缩机为螺杆压缩机、涡旋压缩机、转子压缩机、活塞压缩机中的一种或其组合。

一种热泵空调装置的控制方法，包括以下步骤：

A、低温低压的CO2气体在压缩机中压缩至超临界，进入气体冷却器中被冷却介质冷却；

B、离开气体冷却器后，高压气体在回热器高压侧通道中进一步冷却，CO2气体节流降压温度下降，部分被液化，湿蒸汽进入蒸发器中被汽化；

C、从储液器内排出的低压饱和蒸汽进入回热器，低压侧通道吸收高压侧内超临界流体，吸收热量后成为过热蒸汽进入压缩机升压提温，并反复循环运动。

其中，所述的步骤A中，所述的冷却介质是水或空气。

CO2热泵空调装置改变了传统的燃煤、燃油供热模式，它与常规热泵相比，除了制冷工质更加环保以外，CO2热泵可以制取高温热水，比普通空气能热泵适用范围更广，可以在较低的环境温度下工作，扩大了热泵的应用领域；比地源热泵应用范围广，与当地地质条件无关，减少了施工风险和工期，扩展了热泵的应用范围。它充分利用了可再生资源——空气的能量，替代现有的燃煤、燃气、燃油或电锅炉等传统的供热方式。减少矿物能源的消耗，杜绝了温室气体、污染物的直接排放，具有显著的节能环保效果和经济效益。

附图说明

图1为本发明的热泵空调装置结构示意图；

图2为本发明的热泵空调装置控制方法流程图；

图3为本发明的CO2热泵循环温熵图。

图中：1、压缩机；2、气体冷却器； 3、回热器；4、节流阀；5、蒸发器；6、储液器。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和特点更加清楚，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细说明。在此，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种热泵空调装置，包括压缩机1、气体冷却器2、回热器3、蒸发器5，所述的压缩机1、气体冷却器2、回热器3、蒸发器5组成封闭回路，其中压缩机1的出口端通过第一气管与气体冷却器2的进口端连接，气体冷却器2的出口端通过第二气管与蒸发器5的进口端连接，蒸发器5的出口端通过第三气管连接有储液器6，储液器6通过第四气管与压缩机1的进口端连接，所述的第四气管设置有回热器3，回热器3的低压侧通道进口端通过第四气管与储液器6连接，回热器3的低压侧通道出口端通过第四气管与压缩机1连接。

所述的第二气管设置有回热器3，回热器3的高压侧通道进口端通过第二气管与气体冷却器2连接，回热器3的高压侧通道出口端通过第二气管与蒸发器5连接。

优选的，所述的第二气管上设置有节流阀4，节流阀4连接在回热器3的高压侧通道出口端。

优选的，所述的压缩机1为螺杆压缩机、涡旋压缩机、转子压缩机、活塞压缩机中的一种或其组合

如图2所示，一种热泵空调装置的控制方法，包括以下步骤：

S201、低温低压的CO2气体在压缩机中压缩至超临界，进入气体冷却器中被冷却介质冷却；

S202、离开气体冷却器后，高压气体在回热器高压侧通道中进一步冷却，CO2气体节流降压温度下降，部分被液化，湿蒸汽进入蒸发器中被汽化；

S203、从储液器内排出的低压饱和蒸汽进入回热器，低压侧通道吸收高压侧内超临界流体，吸收热量后成为过热蒸汽进入压缩机升压提温，进一步的反复循环运动。

其中，所述的步骤S201中，所述的冷却介质是水或空气。

如图3所示，CO2循环的温熵图上，冷却器的放热过程2-3和冷源温度线之间的温差近似相等，蒸发器的吸热过程4-1和热源温度线是平行直线,它们之间的换热是在等温差下进行。因此，这一CO2热泵循环是一个特殊的劳伦曾循环。它的热泵性能系数比常规的氟里昂热泵循环高，目前可达到4.0以上。这表明，它的耗电量只有常规电热水器耗电量的1/4。

另外，还可以通过不同种类的供热方式能源消耗和成本支出作出分析，如下表所示： 

项目	燃煤锅炉	燃油锅炉	电锅炉	热泵
					能源种类	燃煤	燃油	电	电
消耗数量	2.13kg	1.16kg	11.6 kwh	2.91kwh
					成本支出	1.70元	9.86元	10.44元	2.62元
折合标准煤	1.68kg	1.69kg	1.42 kg	0.36kg

注：产生10000kcal热量所需的能源消耗量，其中燃煤单价:0.8元/kg，柴油单价：8.5元/kg，电单价：0.9元/kwh。折标系数为：燃煤：0.791吨标准煤/吨；燃油:1.4571吨标准煤/吨；电:1.229吨标准煤/万千瓦时。

从上表中可以看出，使用适合条件的热泵技术，制热效率最高，成本最低。

空气源热泵技术作为可再生能源在建筑供热、制冷等领域在很多国家和国际组织的能源战略规划中都占据重要位置，是新世纪解决环境与能源问题的较优方式之一。与传统的供热方式相比，地源热泵、空气源热泵具有环保、节能、高效、经济的明显优势，已被建设部列为大力推广的建筑节能新技术。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种热泵空调装置，包括压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器，其特征在于所述的压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器组成封闭回路，其中压缩机的出口端通过第一气管与气体冷却器的进口端连接，气体冷却器的出口端通过第二气管与蒸发器的进口端连接，蒸发器的出口端通过第三气管连接有储液器，储液器通过第四气管与压缩机的进口端连接，所述的第四气管设置有回热器，回热器的低压侧通道进口端通过第四气管与储液器连接，回热器的低压侧通道出口端通过第四气管与压缩机连接。

2.根据权利要求1 所述的一种热泵空调装置，其特征在于所述的压缩机与电能输入装置连接。

3.根据权利要求1所述的一种热泵空调装置，其特征在于所述的第二气管设置有回热器，回热器的高压侧通道进口端通过第二气管与气体冷却器连接，回热器的高压侧通道出口端通过第二气管与蒸发器连接。

4.根据权利要求3所述的一种热泵空调装置，其特征在于所述的第二气管上设置有节流阀，节流阀连接在回热器的高压侧通道出口端。

5.根据权利要求1所述的一种热泵空调装置，其特征在于所述的压缩机为螺杆压缩机、涡旋压缩机、转子压缩机、活塞压缩机中的一种或其组合。

6.一种热泵空调装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

A、低温低压的CO2气体在压缩机中压缩至超临界，进入气体冷却器中被冷却介质冷却；

B、离开气体冷却器后，高压气体在回热器高压侧通道中进一步冷却，CO2气体节流降压温度下降，部分被液化，湿蒸汽进入蒸发器中被汽化；

C、从储液器内排出的低压饱和蒸汽进入回热器，低压侧通道吸收高压侧内超临界流体，吸收热量后成为过热蒸汽进入压缩机升压提温，并反复循环运动。

7.根据权利要求6所述的一种热泵空调装置的控制方法，其特征在于所述的步骤A中，所述的冷却介质是水或空气。

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