CN107842897A - Co2地暖热泵实现供、回水小温差的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统 - Google Patents
Co2地暖热泵实现供、回水小温差的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107842897A CN107842897A CN201711237144.9A CN201711237144A CN107842897A CN 107842897 A CN107842897 A CN 107842897A CN 201711237144 A CN201711237144 A CN 201711237144A CN 107842897 A CN107842897 A CN 107842897A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- temperature
- backwater
- efficient
- source
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D19/00—Details
- F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
- F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
- F24D19/1039—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating the system uses a heat pump
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
- F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Abstract
一种用于CO2热泵实现供、回水小温差(35℃/30℃)的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统，不论系统大、小，都能实现CO2热泵机组在任何环境温度下取暖时的最高效运行。公开部份回水循环加热后与未加热的回水部份一同流经带高效混水器功能的水箱勾兑降温，在绝对不损失热能的情况下解决CO2热泵机组高出水温度问题的技术方案，不断能提供稳定的35℃供水，还能为CO2热泵供暖机组在任何工况下的最高效运行提供保障。所述部份回水循环加热与带高效混水器功能的水箱和冷热水自动控制勾兑是本专利解决技术问题的关键，它既克服了CO2热泵机组跨临界运行换热的先天弊端，提升了机组能效比，又保证了供、回小温差(35℃/30℃)水温的实现，并且无热量损失。
Description
(一)技术领域
本专利可广泛适用于任何大、小的CO2热泵设备的地暖取暖领域，特别涉及CO2热泵机组在任何环境温度下的最高效运行。供、回水小温差(35℃/30℃)的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水的全套系统，水温还可连续调节，满足多种需求。
(二)背景技术
国家民用建筑地暖取暖标准规定了供暖介质的供/回水温度范围，供水温度宜采用35～50℃，供、回水温差不宜大于10℃。实际应用中供/回水温度调定为35℃/30℃是比较经济合理的。
由于CO2热泵供暖机组是跨临界循环，只有当回水温度越低(一般不要高于35℃)，回水从气体冷却器吸收的热能才越多，效率才越高；但在放热的CO2跨临界循环的超临界压力区，压力和温度是两个独立的变量，它们共同决定着CO2流体的焓值，在蒸发温度和气体冷却器CO2出口温度一定的情况下，换言之，也就是环境温度和地板散热器的回水温度一定的情况下，改变高压压力将分别对制热量和压缩功产生影响，因而存在着一个系统运行的最优的高压压力，在此压力下制热系统就有着最高制热效率。
高制热效率下的出水温度都是很高的(一般为70℃～80℃，依据蒸发、冷凝压力等因素有几度变化)。
使用中回水温度30℃可以满足CO2热泵供暖机组要求，但高的出水温度显然不符合使用的要求。本专利通过对地板换热器的部份回水进行加热后与未加热的回水部份一同流经带高效混水器功能的水箱勾兑降温，解决了高出水温度的问题，不断能提供稳定的35℃供水(当然控制温度连续升、降也是可行，满足多种需求)，还能为CO2热泵供暖机组在任何工况下的最高效运行(机组需带自适应寻找最优的高压压力学习功能)提供保障。
地板换热器的部份回水同时还实现了封闭循环加热，在满足使用的供/回水温度的同时，还突破性地解决了CO2热泵供暖机组供暖介质在封闭式循环加热时能效比不降低的难题，为CO2热泵供暖机组的广泛应用扫清了障碍，且全套水系统理论上无任何热损失。
(三)发明内容
本专利的目的在于，提供一种地暖取暖用的CO2热泵供暖系统，克服现有的供暖系统采用CO2 工质时存在的技术缺陷，使CO2热泵供暖机组侧可毫无顾忌地实现以制热能效比最大化、最优化的模式运行，当然CO2热泵供暖机组需带自适应学习功能，能在任何环境温度下自动寻找到最优运行工况。
供/回水侧CPU(PLC)控制器12都能自动依据气体冷却器2的出水水温、地板散热器9的回水水温作依据，通过带高效混水器水箱6及高温水电动调节阀10、低温水电动调节阀11将水泵7出口侧的供水温度锁定在地暖所需的35℃的水温。
本专利还突破性地解决了CO2热泵供暖机组在封闭式循环加热供暖介质时的效率会逐步递减的缺憾，使供暖介质在CO2热泵供暖机组中获取的热量得到100％的利用，且在理论上还无任何热损失。
(四)附图说明
图1为本专利：CO2地暖热泵实现供、回水小温差(35℃/30℃)的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统之示意附图。
(五)具体实施方式
下面结合图1对本专利作进一步的详细说明。
以下结合图1对本专利所进行详细描述，应当理解为本部份的描述仅是示范性和解释性的，不应对本专利的保护范围有任何限制作用。
如图1所示，本专利CO2地暖热泵实现供、回水小温差(35℃/30℃)的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统包括：CO2压缩机1、气体冷却器2、回热器3、电子膨胀阀4、热源蒸发器5、带高效混水器水箱6、水泵7、供水温度传感器8、地板散热器9、高温水电动调节阀10、低温水电动调节阀 11、CPU(PLC)控制器12、回水温度传感器13、气冷器出水温度传感器14，它们分别通过CO2管道及供暖介质水系统管道按图1所示依次连接。
如图1所示，把30℃的地板散热器9的回水分出一部份到CO2热泵供暖机组的气体冷却器2中加热，其出水温度可依据最佳制热能效比确定，一般出水温度在70℃～80℃范围，依据蒸发、冷凝压力等因素会有几度的变化。
通过供水温度传感器8，对水泵7出口侧的供水温度进行定时监测，确保供水温度控制在35℃±1℃(或依据需求作调整)，如偏离了设定温度35℃，可上传数据给CPU(PLC)控制器12，由CPU(PLC)控制器12的控制程序对高温水电动调节阀10、低温水电动调节阀11的步进电机发出脉冲指令，并分别调节其进入带高效混水器水箱6的高、低温水的流量，达到控制供水温度35℃的稳定要求。
气体冷却器出水温度传感器14采集的气体冷却器2的出水温度数据可为调节提供支撑。
增加一个回水温度传感器13，是对地板散热器回水温度进行监测，如由于某种原因使回水温度偏离30℃，CPU(PLC)控制器12可自动对供水温度设定值35作适当调整，满足舒适性或特殊性要求(如地暖刚开时，调高供水温度设定值，达到快速提高房间温度的目的)。
至于流经气体冷却器2中加热水的出水温度可依据最佳制热能效比确定，70℃～80℃都能适应本专利水系统运行。气体冷却器2的进水水温度总是维持在30℃，这样还突破性地解决了CO2热泵水系统封闭式循环加热的难题，把氟利昂热泵水系统封闭式循环加热这一优点传承过来，达到了全套水系统在理论上无任何热损失的理想状况。
以上所述仅为说明本专利的实施方案，并不用于限制本专利的管辖涵盖，对于本领域的技术人员而言，凡是在本专利的精神和原则内(部份回水循环加热、带高效混水器水箱、冷热水自动控制勾兑)，所作的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本专利的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种CO2地暖热泵实现供、回水小温差(35℃/30℃)的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统，其特征在于包括：CO2压缩机1、气体冷却器2、回热器3、电子膨胀阀4、热源蒸发器5、带高效混水器水箱6、水泵7、供水温度传感器8、地板散热器9、高温水电动调节阀10、低温水电动调节阀11、CPU(PLC)控制器12，回水温度传感器13，气冷器出水温度传感器14，它们分别通过CO2管道、供暖介质水系统管道依次连接。
2.根据权利要求1所述的全套系统，其特征在于：部份回水循环加热、带高效混水器水箱6的混合储水功能、冷、热水勾兑由CPU(PLC)控制器12自动控制而形成的组合方案是本专利解决技术问题的关键，气体冷却器2的进水水温度也就是地板散热器的回水水温总是维持在30℃，它既克服了CO2热泵机组不能封闭循环加热回水的弊端，提升了CO2热泵机组制热能效比。
3.根据权利要求1所述的全套系统，其特征在于：冷、热水自动控制勾兑由CPU(PLC)控制器12的全套控制程序控制完成，保证了供水水温的稳定性。
4.根据权利要求1所述的全套系统，其特征在于：带高效混水器功能的水箱6能快速均匀地把冷、热水勾兑成所需要的水温。高效混水器内采取了喷淋、逆向混合、自动拌匀等多项功能集合。高效混水器功能的水箱6优于混水阀类，替换等行为包含在本专利的保护范围之内。
5.根据权利要求1所述的全套系统，其特征在于：部份回水循环加热的方法既能使CO2热泵机组在最高能效比下运行，又能保证了供、回水小温差(35℃/30℃)水在CO2热泵机组循环加热的实现，还能使CO2热泵机组始终高效运行，制热能效比不衰减。
6.根据权利要求1所述的全套系统，其特征在于：电子膨胀阀4仅是一个起到节流降温功能的元件的代称，它也可以包括用喷射器或膨胀机替代，进一步提高CO2跨临界循环的经济性。
7.根据权利要求1所述的全套系统，其特征在于：热源蒸发器5仅是一个起到从较低温度的热源中提取热量功能的元件的代称，热源蒸发器自然包括了空气源、水源、地热源、各种工业余废热源等等的蒸发器。
8.根据权利要求1所述的全套系统，其特征在于：所说地暖取暖系统是用跨临界循环CO2热泵机组做到，其所用工质为CO2。
9.根据权利要求1所述的全套系统，其特征在于：本专利中所述的温度值都是可依据使用工况调整改变的，本专利中供水温度虽定在35℃，是出于经济性考虑，并不妨碍本全套系统在更高的供水温度下最高效运行时，也能稳定控制水温；回水温度定在30℃，是受地板散热器9的配置及室温而定，同样不妨碍回水温度低于30℃时本全套系统也能最高效运行，更低的回水温度会对CO2跨临界循环的经济性更好，任何以改变设定值来规避本专利的行为，均应包含在本专利的保护范围之内。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711237144.9A CN107842897A (zh) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | Co2地暖热泵实现供、回水小温差的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711237144.9A CN107842897A (zh) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | Co2地暖热泵实现供、回水小温差的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107842897A true CN107842897A (zh) | 2018-03-27 |
Family
ID=61663234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711237144.9A Pending CN107842897A (zh) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | Co2地暖热泵实现供、回水小温差的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107842897A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108775266A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-11-09 | 山东理工大学 | 一种用于高温烟气余热回收的跨临界二氧化碳动力循环与吸收式热泵复合的热电联产系统 |
| CN112856547A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-05-28 | 河北博志热能设备有限公司 | 一种用来提高热泵采暖系统热效率的电磁阀组件装置及其控制方法 |
| CN113915800A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-01-11 | 河南科技大学 | 一种高温双源热泵装置 |
| CN115264555A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-11-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 供暖控制方法、装置及供暖系统 |
| SE2250684A1 (en) * | 2022-06-07 | 2023-05-12 | Ecoclime Group AB | System for boosting a heat pump |
-
2017
- 2017-11-30 CN CN201711237144.9A patent/CN107842897A/zh active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108775266A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-11-09 | 山东理工大学 | 一种用于高温烟气余热回收的跨临界二氧化碳动力循环与吸收式热泵复合的热电联产系统 |
| CN108775266B (zh) * | 2018-06-11 | 2020-12-15 | 山东理工大学 | 一种用于高温烟气余热回收的跨临界二氧化碳动力循环与吸收式热泵复合的热电联产系统 |
| CN112856547A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-05-28 | 河北博志热能设备有限公司 | 一种用来提高热泵采暖系统热效率的电磁阀组件装置及其控制方法 |
| CN113915800A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-01-11 | 河南科技大学 | 一种高温双源热泵装置 |
| CN113915800B (zh) * | 2021-09-27 | 2023-03-03 | 河南科技大学 | 一种高温双源热泵装置 |
| SE2250684A1 (en) * | 2022-06-07 | 2023-05-12 | Ecoclime Group AB | System for boosting a heat pump |
| CN115264555A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-11-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 供暖控制方法、装置及供暖系统 |
| CN115264555B (zh) * | 2022-07-15 | 2024-05-28 | 珠海格力电器股份有限公司 | 供暖控制方法、装置及供暖系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107842897A (zh) | Co2地暖热泵实现供、回水小温差的高效跨临界运行换热封闭式循环加热水系统 | |
| CN1926391B (zh) | 跨临界制冷剂循环中的压力调节系统和方法 | |
| CN206973923U (zh) | 一种采暖制冷一体机 | |
| JP2006266587A (ja) | ヒートポンプ式暖房装置 | |
| CN100467966C (zh) | 多联机式中央热泵采暖空调热水器 | |
| CN101749812A (zh) | 多功能空调系统 | |
| CN104792066B (zh) | 一种跨临界co2热泵多功能系统及控制方法 | |
| CN204665748U (zh) | 一种跨临界二氧化碳热泵多功能系统 | |
| CN104879925A (zh) | 一次加热式热泵热水机控制装置及其控制方法 | |
| CN105890225A (zh) | 一种部分热回收型空调冷热水及生活热水联合供应系统 | |
| JP2006266665A (ja) | ヒートポンプ式暖房装置 | |
| CN106123396A (zh) | 一种太阳能集热/蒸发器与翅片式蒸发器结合的热泵 | |
| CN203744542U (zh) | 一种具有双模式热泵热水机 | |
| US8245949B2 (en) | Energy conservation system for using heat from air conditioning units to heat water supply lines | |
| CN204678683U (zh) | 一种一次加热式热泵热水机 | |
| Jiang et al. | Research on refrigerant flow characteristics and performance of a multi-functional heat pump system | |
| CN201421162Y (zh) | 空调全热回收系统 | |
| CN201265981Y (zh) | 柔性双级耦合相变蓄能化霜热泵热水装置 | |
| CN203798008U (zh) | 一种变频多功能热水机 | |
| CN216385030U (zh) | 一种增热式热泵加热烘干装置 | |
| CN201344625Y (zh) | 一种能精确控温的热泵热水机组 | |
| CN202267132U (zh) | 太阳能热水器 | |
| CN113357691A (zh) | 一种空调、地暖、热水三合一低温空气源热泵机组 | |
| CN102519170A (zh) | 分体三联供喷液增焓空调热水机 | |
| CN207487023U (zh) | 空调余热回收装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180327 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |