CN206362003U - 一种跨临界co2热泵供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种跨临界CO₂热泵供热系统，压缩机的跨临界CO₂出口通过管道与气体冷却器的工质进口连接，气体冷却器的工质出口通过管道与回热器高压内管进口连接，回热器高压内管出口通过管道与毛细管节流元件连接，毛细管节流元件通过管道与蒸发器的进口，蒸发器的出口通过管道连接气液分离器的进口，气液分离器气体出口通过管道连接回热器的低压外管进口，回热器的低压外管出口通过管道连接压缩机的CO₂进口；系统适用范围广，适用温度范围在‑40至40℃，并且一年四季全天候使用，不受阴、雨、雪等恶劣天气和冬季夜晚的影响，适合多种供暖场合使用，可实现无人值守，全自动运行，集中供应热水配有水温、水位显示。

Description

一种跨临界CO2热泵供热系统

技术领域

本实用新型涉及空气源热泵领域，尤其涉及一种跨临界CO₂热泵供热系统。

背景技术

在我国，随着建筑业持续高速发展，建筑能耗已占全国总能耗的较大份额，这部分能耗对温室气体排放有着重要影响。在建筑能耗中，供暖空调能耗在整个建筑能耗中占据较大的份额。目前，能源紧张已成为世界各国所面临的最紧迫问题，减少传统燃煤供暖所造成的大气污染，降低供暖空调系统的能耗、大力推广使用包括可再生能源在内的清洁能源，成为建筑节能和提高能源使用效率的重要目标和方向。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型的目的在于，提供一种跨临界CO₂热泵供热系统，包括：压缩机，蒸发器，气液分离器，气体冷却器，回热器，毛细管节流元件；

压缩机的跨临界CO₂出口通过管道与气体冷却器的工质进口连接，气体冷却器的工质出口通过管道与回热器高压内管进口连接，回热器高压内管出口通过管道与毛细管节流元件连接，毛细管节流元件通过管道与蒸发器的进口，蒸发器的出口通过管道连接气液分离器的进口，气液分离器气体出口通过管道连接回热器的低压外管进口，回热器的低压外管出口通过管道连接压缩机的CO₂进口；

蒸发器的热源空气进口通过管道连接空气加热源，蒸发器的热源空气出口通过管道连接空气加热源；蒸发器的热源空气进口与空气加热源的管道上设有热源空气风机。

优选地，气体冷却器的供热出口与供热管道的进水口连接，气体冷却器的供热进口与供热管道的回水口连接；气体冷却器的供热出口处设有供暖水出水温度传感器以及供暖水泵，气体冷却器的供热进口处设有回水温度传感器；

蒸发器的热源空气进口处设有热源空气进口温度传感器，蒸发器的热源空气出口处设有热源空气出口温度传感器；压缩机的跨临界CO₂出口出设有出口压力表，压缩机的CO₂进口处设有进口压力表。

优选地，还包括：控制装置；

控制装置包括：中央处理器、电源启停控制模块、压缩机控制模块、供暖水泵控制模块、热源空气风机控制模块、供暖水出水温度感应模块、回水温度感应模块、热源空气进口温度感应模块、热源空气出口温度感应模块、出口压力感应模块、进口压力感应模块、时控模块、温度设置模块、显示触摸屏、数据储存模块、报警模块；

电源启停控制模块用于控制系统电源的通断；

压缩机控制模块用于控制压缩机的启停；

供暖水泵控制模块用于控制供暖水泵的启停；

热源空气风机控制模块用于控制热源空气风机的启停；

供暖水出水温度感应模块与供暖水出水温度传感器连接，用于获取供暖水出水温度；

回水温度感应模块与回水温度传感器连接，用于获取回水温度；

热源空气进口温度感应模块与热源空气进口温度传感器连接，用于获取蒸发器的热源空气进口处的热源空气温度；

热源空气出口温度感应模块与热源空气出口温度传感器连接，用于获取蒸发器的热源空气出口处的热源空气温度；

出口压力感应模块与出口压力表连接，用于获取压缩机的跨临界CO₂出口压力；

进口压力感应模块与进口压力表连接，用于获取压缩机的CO₂进口处压力；

时控模块用于设置系统的运行时长，并计量系统的运行时间，启动时间，停止时间，使系统在预设的运行时长内运行；

温度设置模块用于设置供暖水出水温度的上限值及供暖水出水温度的下限值；

环境温度检测模块用于检测环境温度；

报警模块、显示触摸屏、数据储存模块、电源启停控制模块、压缩机控制模块、供暖水泵控制模块、热源空气风机控制模块、供暖水出水温度感应模块、回水温度感应模块、热源空气进口温度感应模块、热源空气出口温度感应模块、出口压力感应模块、进口压力感应模块、时控模块、温度控制模块、温度设置模块、环境温度检测模块分别与中央处理器连接，中央处理器用于接收各个传感器感应的数据，根据设置的供暖水出水温度的限值，控制压缩机、供暖水泵、热源空气风机运行，当供暖水出水温度等于设置的上限值时，控制压缩机、热源空气风机停止运行，当供暖水出水温度等于设置的下限值时，控制压缩机、热源空气风机启动运行，对供暖水出水进行加热；

显示触摸屏用于显示系统运行数据及运行状态，以及用于接收用户输入的控制指令，并将控制指令传输给中央处理器；数据储存模块用于对数据进行记录，记录系统运行过程中的数据、状态，并生成记录文件，通过调用历史数据，来查阅系统的运行状态，以便进行事故分析和处理；

报警模块用于当系统内部温度或压力超出预警值时，中央处理器控制报警模块发出报警信息。

优选地，毛细管节流元件包括：第一毛细管，第一毛细管电磁阀，第二毛细管，第二毛细管电磁阀；

第一毛细管与第一毛细管电磁阀形成第一串联连路，第二毛细管与第二毛细管电磁阀形成第二串联连路，第一串联连路与第二串联连路并联；

控制装置还包括：毛细管电磁阀温控模块；

第一毛细管电磁阀和第二毛细管电磁阀分别与毛细管电磁阀温控模块连接，毛细管电磁阀温控模块用于根据预设环境温度，当环境温度高于预设环境温度时，闭合第二毛细管电磁阀，断开第一毛细管电磁阀；当环境温度低于预设环境温度时，断开第二毛细管电磁阀，闭合第一毛细管电磁阀；

第二毛细管的长度长于第一毛细管的长度。

优选地，还包括：除霜管路；

除霜管路盘绕在蒸发器外部，除霜管路一端与压缩机的跨临界CO₂出口管道连接，另一端与蒸发器的进口管道连接；除霜管路上设有除霜电磁阀；蒸发器外部设有蒸发器管壁温度传感器；

控制装置还包括：蒸发器管壁温度感应模块、除霜电磁阀控制模块；

蒸发器温度感应模块用于接收蒸发器管壁温度传感器感应的蒸发器管壁温度；

除霜电磁阀控制模块用于当环境温度低于预设温度，环境温度与蒸发器管壁温度差值超出预设值，且除霜时间间隔大于预设时间间隔时，除霜电磁阀控制模块控制开启除霜电磁阀采用压缩机热气旁通除霜，进入化霜阶段；当环境温度与蒸发器管壁温度差值低于预设值，或达到除霜预设时间，关闭除霜电磁阀，结束化霜。

优选地，控制装置还包括：紧急停止模块、账号密码登录模块；

账号密码登录模块用于给用户提供登录系统的账户密码，使用户通过登录账户密码后，进行系统操作；

供热管道的进水口设有进水阀门，供热管道的回水口设有回水阀门；

压缩机、气体冷却器上均设有安全阀。

优选地，气液分离器包括壳体，气液分离器的进口设置在所述壳体的顶部，气液分离器的进口设有入口接头，壳体内部上方安装有折流板，所述折流板的下方设有气态竖管，所述气态竖管通过气态连接管连接有气态横管，气液分离器气体出口位于壳体侧壁的中部，，气液分离器气体出口设有气态出口接头，所述气态横管与气态出口接头连接，所述壳体的底部设有回油管接口；回油管接口通过管道与压缩机回油接口连接，回油管接口与压缩机回油接口之间的管道上设有回油电磁阀；

所述折流板的中部向上凸起，折流板的边缘设有至少一个缺口。

优选地，所述缺口呈半圆形；

所述壳体包括上盖和下盖，所述下盖连接有支架。

优选地，蒸发器包括蒸发器本体，所述蒸发器本体内部设有分液器和集气管，所述集气管通过三通阀连接有出气管，出气管连通蒸发器的出口；所述分液器通过U型三通阀连接有进液管，进液管连通蒸发器的进口；

分液器包括分液管，所述分液管位于蒸发器本体内部的两侧；

所述分液器包括结构相同的前分液器和后分液器，所述前分液器通过管路一与U型三通阀的出口一连通，所述后分液器通过管路二与U型三通阀的出口二连通；

所述前分液器包括U型三通阀，所述U型三通阀的进口与管路一连通，U 型三通阀的出口一和出口二分别连接有分液管；

蒸发器的热源空气进口和热源空气出口分别设置在壳体的顶端；

进气筒连通蒸发器的热源空气进口，出气筒连通蒸发器的热源空气出口；

所述蒸发器本体外部设有壳体，所述壳体呈倒锥形，壳体内部的两侧设有与分液管配合的安装槽。

优选地，所述壳体的下部通过支撑架固定在底座上，所述底座上安装有接水盘；

所述接水盘包括前接水盘和后接水盘。

从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：

系统适用范围广，适用温度范围在-40至40摄氏度，并且一年四季全天候使用，不受阴、雨、雪等恶劣天气和冬季夜晚的影响，都可正常使用，可连续加热，适合多种供暖场合使用，使用热水工程使用，可实现无人值守，全自动运行，集中供应热水配有水温、水位显示。

系统运行成本低，节能效果突出，不需要烧煤炭，焦炭，相比烧煤炭，焦炭污染低，具有良好的社会效益。

系统性能稳定，不受环境影响，产品一年四季全天候运行，不受夜晚、阴天、下雨及下雪等恶劣天气的影响，可以实现全年供热。

系统占地空间很小，适合于大中城市的高层建筑，安全性能好，无任何隐患：与电和燃气热水器相不同，其采用间接加热方式与水交换热量，没有漏电、漏气等安全隐患。

系统实现系统运行自动化；自动运行，无需值守，自带温控装置和保温层，可自动补水、加热、断电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为跨临界CO₂热泵供热系统示意图；

图2为气液分离器示意图；

图3为气液分离器的剖面示意图；

图4为气液分离器的俯视示意图；

图5为折流板的示意图；

图6为折流板的俯视示意图；

图7为蒸发器示意图；

图8为蒸发器俯视示意图；

图9为蒸发器的主视结构；

图10为跨临界CO₂热泵供热方法的热力学过程图；

图11为跨临界CO₂热泵供热方法的热力学过程图。

具体实施方式

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本实用新型保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

本实施例提供一种跨临界CO₂热泵供热系统，如图1所示，包括：压缩机 1，蒸发器4，气液分离器5，气体冷却器2，回热器3，毛细管节流元件；

压缩机1的跨临界CO₂出口通过管道与气体冷却器2的工质进口连接，气体冷却器2的工质出口通过管道与回热器3高压内管进口连接，回热器3高压内管出口通过管道与毛细管节流元件连接，毛细管节流元件通过管道与蒸发器 4的进口，蒸发器4的出口通过管道连接气液分离器5的进口，气液分离器气体5出口通过管道连接回热器3的低压外管进口，回热器3的低压外管出口通过管道连接压缩机1的CO₂进口；

气体冷却器2的供热出口与供热管道的进水口17连接，气体冷却器2的供热进口与供热管道的回水口18连接；气体冷却器2的供热出口处设有供暖水出水温度传感器15以及供暖水泵6，气体冷却器的供热进口处设有回水温度传感器16；

蒸发器4的热源空气进口通过管道连接空气加热源8，蒸发器的热源空气出口通过管道连接空气加热源8；蒸发器的热源空气进口与空气加热源的管道上设有热源空气风机7；

蒸发器4的热源空气进口处设有热源空气进口温度传感器25，蒸发器的热源空气出口处设有热源空气出口温度传感器24；压缩机1的跨临界CO₂出口出设有出口压力表19，压缩机1的CO₂进口处设有进口压力表20。

本系统所采用的管道材质可以为钢材质、铜材质等等。管道具有一定耐压性，和耐腐蚀性。本系统采用空气作为在蒸发器内部与CO₂进行换热源。空气加热源8可以采用加热管对空气进行加热等等。

本实施例中，系统还包括：控制装置；控制装置包括：中央处理器、电源启停控制模块、压缩机控制模块、供暖水泵控制模块、热源空气风机控制模块、供暖水出水温度感应模块、回水温度感应模块、热源空气进口温度感应模块、热源空气出口温度感应模块、出口压力感应模块、进口压力感应模块、时控模块、温度设置模块、显示触摸屏、数据储存模块、报警模块；

电源启停控制模块用于控制系统电源的通断；压缩机控制模块用于控制压缩机1的启停；供暖水泵控制模块用于控制供暖水泵6的启停；热源空气风机控制模块用于控制热源空气风机7的启停；供暖水出水温度感应模块与供暖水出水温度传感器15连接，用于获取供暖水出水温度；回水温度感应模块与回水温度传感器16连接，用于获取回水温度；热源空气进口温度感应模块与热源空气进口温度传感器25连接，用于获取蒸发器的热源空气进口处的热源空气温度；热源空气出口温度感应模块与热源空气出口温度传感器24连接，用于获取蒸发器的热源空气出口处的热源空气温度；出口压力感应模块与出口压力表19连接，用于获取压缩机的跨临界CO₂出口压力；进口压力感应模块与进口压力表20连接，用于获取压缩机的CO₂进口处压力；

时控模块用于设置系统的运行时长，并计量系统的运行时间，启动时间，停止时间，使系统在预设的运行时长内运行；温度设置模块用于设置供暖水出水温度的上限值及供暖水出水温度的下限值；环境温度检测模块用于检测环境温度；

报警模块、显示触摸屏、数据储存模块、电源启停控制模块、压缩机控制模块、供暖水泵控制模块、热源空气风机控制模块、供暖水出水温度感应模块、回水温度感应模块、热源空气进口温度感应模块、热源空气出口温度感应模块、出口压力感应模块、进口压力感应模块、时控模块、温度控制模块、温度设置模块、环境温度检测模块分别与中央处理器连接，中央处理器用于接收各个传感器感应的数据，根据设置的供暖水出水温度的限值，控制压缩机、供暖水泵、热源空气风机运行，当供暖水出水温度等于设置的上限值时，控制压缩机、热源空气风机停止运行，当供暖水出水温度等于设置的下限值时，控制压缩机、热源空气风机启动运行，对供暖水出水进行加热。

显示触摸屏用于显示系统运行数据及运行状态，以及用于接收用户输入的控制指令，并将控制指令传输给中央处理器；

显示触摸屏显示压缩机，压缩机的启停状态，进气压力，排气压力，气体冷却器，气体冷却器进气温度，回油管路，电磁阀开关状态，蒸发器风机开关状态，空气进/出温度，蒸发器表面温度，供给水水泵开关状态，水泵进/出温度，频率。除霜，除霜旁通电磁阀开关状态，减压阀前后压力。单次运行时间，累计运行时间，当前时间，帮助：弹出对话框，解释手动模式、时控模式、温控模式的解释和求助电话。

显示触摸屏的操作按键包括：启动，停机，紧急停机，手动除霜，供给水出水温度，手动模式/时控模式/温控模式的切换，手控模式：供给水出书温度、紧急停机，时控模式：供给水出书温度、紧急停机、起始时间、终止时间，温控模式：水箱的保温温度、温控启动温度、给水停机温度、紧急停机。

数据储存模块用于对数据进行记录，记录系统运行过程中的数据、状态，并生成记录文件，通过调用历史数据，来查阅系统的运行状态，以便进行事故分析和处理。

报警模块用于当系统内部温度或压力超出预警值时，中央处理器控制报警模块发出报警信息。

具体的，当系统的某一运行参数达到下列某一参数后，系统将自动报警，提示运行人员处理故障。跨临界CO₂热泵机组的报警保护主要有以下位置和参数：压缩机的进气压力低于2至4MPa，排气压力高于12至15MPa。气体冷却器进气温度高于130至150摄氏度。供给水温度高于35至95摄氏度。

本实施例中，毛细管节流元件包括：第一毛细管11，第一毛细管电磁阀 12，第二毛细管13，第二毛细管电磁阀14；

第一毛细管11与第一毛细管电磁阀12形成第一串联连路，第二毛细管13 与第二毛细管电磁阀14形成第二串联连路，第一串联连路与第二串联连路并联；

控制装置还包括：毛细管电磁阀温控模块；第一毛细管电磁阀和第二毛细管电磁阀分别与毛细管电磁阀温控模块连接，毛细管电磁阀温控模块用于根据预设环境温度，当环境温度高于预设环境温度时，闭合第二毛细管电磁阀，断开第一毛细管电磁阀；当环境温度低于预设环境温度时，断开第二毛细管电磁阀，闭合第一毛细管电磁阀；第二毛细管的长度长于第一毛细管的长度。

优选地，冬季气温较低，当温度低于5度时，系统适用的压缩比较大，采用较长的毛细管，毛细管长度可为5至10m；夏季环境温度较高，当环境温度高于15度时，系统适用的压缩比较小，采用较短的毛细管，毛细管长度为2.5 至5m。控制毛细管的电磁阀分为第一毛细管电磁阀12和第二毛细管电磁阀 14。

本实施例中，还包括：除霜管路9；除霜管路9盘绕在蒸发器4外部，除霜管路9一端与压缩机1的跨临界CO₂出口管道连接，另一端与蒸发器4的进口管道连接；除霜管路9上设有除霜电磁阀21；蒸发器外部设有蒸发器管壁温度传感器22；

控制装置还包括：蒸发器管壁温度感应模块、除霜电磁阀控制模块；蒸发器温度感应模块用于接收蒸发器管壁温度传感器感应的蒸发器管壁温度；除霜电磁阀控制模块用于当环境温度低于预设温度，环境温度与蒸发器管壁温度差值超出预设值，且除霜时间间隔大于预设时间间隔时，除霜电磁阀控制模块控制开启除霜电磁阀采用压缩机热气旁通除霜，进入化霜阶段；当环境温度与蒸发器管壁温度差值低于预设值，或达到除霜预设时间，关闭除霜电磁阀，结束化霜。这样可以避免由于环境与蒸发器的温差造成在蒸发器外部产生结霜，影响换热效率。经过除湿后，蒸发器就不会表面结霜。系统的运行工况得到极大改善。

本实施例中，控制装置还包括：紧急停止模块、账号密码登录模块；账号密码登录模块用于给用户提供登录系统的账户密码，使用户通过登录账户密码后，进行系统操作；供热管道的进水口设有进水阀门，供热管道的回水口设有回水阀门；压缩机、气体冷却器上均设有安全阀。

紧急停止模块用于当使用现场发生一些意外事件时，为保证机组在最短时间内停机。当操作人员在控制面板内选择紧急停机后，系统同时将压缩机、蒸发器风机、供给水水泵停止运行。

本实施例中，如图2至图6所示气液分离器用来分离从蒸发器排出的气态二氧化碳中的液态二氧化碳和压缩机油，以避免压缩机发生液击和缺油，可提高压缩机的使用寿命。

气液分离器包括：壳体33，具体地，壳体33设计成包括中部的圆柱体、位于圆柱体上方的上盖34以及位于圆柱体下方的下盖32，在下盖32的下方设置有支架31，该支架31设计成三个呈三角形布置的结构形式，可增加整个气液分离器的稳固性。

从蒸发器排出的气液混合物通过设置在壳体33的顶部的入口接头41进入其内，气液混合物向下流动时首先会遇到折流板38，在折流板38的阻挡作用下，气态二氧化碳会折流而走，之后通过位于折流板38下方的气态二氧化碳管路从壳体33的侧面中部排出，具体地，该气态二氧化碳管路包括位于折流板下方的气态竖管37、与气态竖管37通过气态连接管36连接的气态横管 35，气态横管35与位于壳体33侧面中部的气态出口接头42连接，从而将分离后的气态二氧化碳排出；液体二氧化碳和压缩机油由于惯性作用，会继续有一个向前的速度，向前的液体附着在折流板38表面上由于重力的作用向下汇集到一起，由于液态二氧化碳密度比压缩机油密度大，因此，压缩机油在气液分离器的最底层、通过设置在壳体33底部的回油管接口40回流到压缩机中，可避免压缩机缺油。折流板38的中部向上凸起，折流板38的边缘设有至少一个缺口44，在折流板38的中部设计向上的凸起，并在其边缘设计缺口，能够加强气态和液态的流动分离效果，提高气液的分离效率。具体地，缺口44设计成半圆形，折流板38的边缘均匀布置有六个缺口44。

通过将入口设计在气液分离器的顶部，在分离器内部上方、也就是入口的下方安装折流板，在折流板的下方设置气态二氧化碳管路，并且将气态二氧化碳管路设计为竖管、连接管和横管的组合形式，利用折流板的阻挡作用，当气液混合物遇到阻挡时，气体会折流而走，之后通过位于折流板下方的气态二氧化碳管路从分离器的侧面中部排出；液体由于惯性作用，会继续有一个向前的速度，向前的液体附着在折流板表面上由于重力的作用向下汇集到一起，由于液态二氧化碳密度比压缩机油密度大，因此，压缩机油在气液分离器的最底层、通过设置在分离器底部的压缩机油出口回流到压缩机中，可避免压缩机缺油，并能够实现气态二氧化碳、液态二氧化碳以及压缩机油的有效分离；此外，分别将入口、气态出口和压缩机油出口设计在分离器的顶部、侧面中部和底部，能够方便其与蒸发器、压缩机等系统其它部件的连接，可使整个二氧化碳热泵系统的布置简洁。

本实施例中，如图7至图9所示，蒸发器采用分组式结构，能够提高蒸发器的换热效果，提高整个系统的性能。在蒸发器本体61内部设有分液器65和集气管67，集气管67通过三通阀66连接有出气管77，用于将换热完成的气态CO₂从蒸发器导出；分液器65通过U型三通阀68连接有进液管69，用于将气液两相CO₂导入蒸发器中与空气源进行换热。

分液器65包括分液管51，该分液管51位于蒸发器本体61内部的两侧。分别利用三通阀66和U型三通阀68将分液器65和集气管67设计成分组式结构，即分别将分液管65和集气管67布置在蒸发器本体61内部的两侧，在优化管路布置的同时能够放置较多的分液管51和集气管67，进而能够增大CO₂与空气的换热面积，提高蒸发器的换热效果，从而可提高蒸发温度，提高整个 CO₂热泵系统的性能。

分液器5包括结构相同的前分液器和后分液器，采用对称式结构，能够方便制造加工，可提高生产效率。其中，前分液器通过管路一与U型三通阀8的出口一连通，后分液器通过管路二与U型三通阀68的出口二连通。

具体地，前分液器和后分液器分别设计成包括U型三通阀68的结构，从而可对分液管再次分组，利于管路的优化布置和换热效果的提高。其中，前分液器和后分液器的U型三通阀68的进口分别与管路一和管路二连通，U型三通阀68的出口一和出口二分别连接有分液管51。

蒸发器本体61包括壳体71，该壳体71呈倒锥形，有利于蒸发器内空气与 CO₂的换热效果的提高，壳体71内部的两侧设有与分液管51配合的安装槽 72。

壳体71的下部通过支撑架64固定在底座62上，在底座62上安装有接水盘3，当需要对蒸发器表面进行除霜时，可对液体进行收集，避免液体滴落在下方机组造成的维护的不便。具体地，接水盘63包括前接水盘和后接水盘。

蒸发器的热源空气进口70和热源空气出口75设置在壳体61的顶端，用来向蒸发器内提供空气源。

本实用新型的供热方法包括：

依次启动控制装置电源，空气加热源，热源空气风机，供暖水泵；

待热源空气风机，供暖水泵运行预设时长后，启动压缩机；

压缩机排出高温高压CO₂气体，进入气体冷却器，出口压力表感应压缩机排出高温高压CO₂气体的压力；

进入气体冷却器的高温高压CO₂气体等压放热成为低温高压CO₂气体，放出的热量被供暖回水吸收，形成供暖出水，供暖水出水温度传感器感应供暖出水的温度；低温高压CO₂气体进入回热器高压内管；

进入回热器高压内管低温高压CO₂气体等压放热，温度进一步降低的形成更低温高压CO₂气体，放出的热量被回热器低压外管的低温低压CO₂气体吸收，更低温高压CO₂气体排出进入毛细管节流元件；

根据预设环境温度，当环境温度高于预设环境温度时，闭合第二毛细管电磁阀，断开第一毛细管电磁阀；更低温高压CO₂气体进入第二串联连路绝热膨胀成为气液两相状态，再排出毛细管节流元件，进入蒸发器；

当环境温度低于预设环境温度时，断开第二毛细管电磁阀，闭合第一毛细管电磁阀；更低温高压CO₂气体进入第一串联连路绝热膨胀成为气液两相状态，再排出毛细管节流元件，进入蒸发器；

进入蒸发器的气液两相CO₂定压定压吸热气化成为CO₂气体，继续吸热变成过热CO₂气体排出蒸发器，经过气液分离器后，进入回热器低压外管，CO₂由气液两相的状态变为过热蒸汽的状态；

进入回热器低压内管过热CO₂气体进一步吸收回热器高压内管CO₂气体的热量，等压吸热成为温度更要的过热CO₂气体，过热CO₂气体进入压缩机，在压缩机的作用下形成高温高压CO₂气体，开始一新的循环；

当供暖水出水温度等于设置的上限值时，控制压缩机、热源空气风机停止运行，当供暖水出水温度等于设置的下限值时，控制压缩机、热源空气风机启动运行，重复上述循环。

方法的具体实现过程为，如图10、图11所示，

(1)压缩机内绝热压缩过程

压缩机将CO₂气体由低温低压的状态1点变为高温高压的状态2点，由2 点排出高温高压CO₂气体，进入气体冷却器；

(2)气体冷却器等压放热过程

由2点进入气体冷却器的高温高压CO₂气体等压放热成为低温高压CO₂气体，放出的热量被冷水带走，低温高压CO₂气体由3点排出，进入气体冷却器的热力学过程为2点到3点过程；

(3)回热器高压外管等压放热过程

低温高压CO₂气体由3进入回热器高压内管，低温高压CO₂气体温度仍然高于回热器低压外管的低温低压CO₂气体，所以进一步等压放热成为温度更低的高压CO₂气体，放出的热量被回热器低压外管的低温低压CO₂气体带走，更低温度高压CO₂气体由4点排出；

(4)毛细管节流元件绝热膨胀过程

更低温度高压CO₂气体由4点进入毛细管节流元件，绝热膨胀成为气液两相状态，经5点排出毛细管节流元件，其热力学过程的4点到5点过程，CO₂气体由更低温度的温的高压状态4点变为低温低压的状态5点；

(5)蒸发器等压吸热过程

进入蒸发器的气液两相CO₂定压定压吸热气化成为CO₂气体，继续吸热变成过热CO₂气体，经0点排出蒸发器，其热力学过程的5点到0点过程，CO₂由气液两相的状态5变为过热蒸汽的状态0；

(6)回热器低压外管等压吸热过程

进入回热器低压内管过热CO₂气体进一步吸收回热器高压内管CO₂气体的热量进一步过热，所以进一步等压吸热成为温度更要的过热CO₂气体，过热CO₂气体由1点排出，进入压缩机，其热力学过程的0点到1点过程，CO₂气体由过热状态变为温度更高的过热状态，开始一个新的循环。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种跨临界CO₂热泵供热系统，其特征在于，包括：压缩机，蒸发器，气液分离器，气体冷却器，回热器，毛细管节流元件；

压缩机的跨临界CO₂出口通过管道与气体冷却器的工质进口连接，气体冷却器的工质出口通过管道与回热器高压内管进口连接，回热器高压内管出口通过管道与毛细管节流元件连接，毛细管节流元件通过管道与蒸发器的进口，蒸发器的出口通过管道连接气液分离器的进口，气液分离器气体出口通过管道连接回热器的低压外管进口，回热器的低压外管出口通过管道连接压缩机的CO₂进口；

蒸发器的热源空气进口通过管道连接空气加热源，蒸发器的热源空气出口通过管道连接空气加热源；蒸发器的热源空气进口与空气加热源的管道上设有热源空气风机。

2.根据权利要求1所述的跨临界CO₂热泵供热系统，其特征在于，

气体冷却器的供热出口与供热管道的进水口连接，气体冷却器的供热进口与供热管道的回水口连接；气体冷却器的供热出口处设有供暖水出水温度传感器以及供暖水泵，气体冷却器的供热进口处设有回水温度传感器；

蒸发器的热源空气进口处设有热源空气进口温度传感器，蒸发器的热源空气出口处设有热源空气出口温度传感器；压缩机的跨临界CO₂出口出设有出口压力表，压缩机的CO₂进口处设有进口压力表。

3.根据权利要求2所述的跨临界CO₂热泵供热系统，其特征在于，

还包括：控制装置；

控制装置包括：中央处理器、电源启停控制模块、压缩机控制模块、供暖水泵控制模块、热源空气风机控制模块、供暖水出水温度感应模块、回水温度感应模块、热源空气进口温度感应模块、热源空气出口温度感应模块、出口压力感应模块、进口压力感应模块、时控模块、温度设置模块、显示触摸屏、数据储存模块、报警模块；

电源启停控制模块用于控制系统电源的通断；

压缩机控制模块用于控制压缩机的启停；

供暖水泵控制模块用于控制供暖水泵的启停；

热源空气风机控制模块用于控制热源空气风机的启停；

供暖水出水温度感应模块与供暖水出水温度传感器连接，用于获取供暖水出水温度；

回水温度感应模块与回水温度传感器连接，用于获取回水温度；

热源空气进口温度感应模块与热源空气进口温度传感器连接，用于获取蒸发器的热源空气进口处的热源空气温度；

热源空气出口温度感应模块与热源空气出口温度传感器连接，用于获取蒸发器的热源空气出口处的热源空气温度；

出口压力感应模块与出口压力表连接，用于获取压缩机的跨临界CO₂出口压力；

进口压力感应模块与进口压力表连接，用于获取压缩机的CO₂进口处压力；

时控模块用于设置系统的运行时长，并计量系统的运行时间，启动时间，停止时间，使系统在预设的运行时长内运行；

温度设置模块用于设置供暖水出水温度的上限值及供暖水出水温度的下限值；

环境温度检测模块用于检测环境温度；

报警模块、显示触摸屏、数据储存模块、电源启停控制模块、压缩机控制模块、供暖水泵控制模块、热源空气风机控制模块、供暖水出水温度感应模块、回水温度感应模块、热源空气进口温度感应模块、热源空气出口温度感应模块、出口压力感应模块、进口压力感应模块、时控模块、温度控制模块、温度设置模块、环境温度检测模块分别与中央处理器连接，中央处理器用于接收各个传感器感应的数据，根据设置的供暖水出水温度的限值，控制压缩机、供暖水泵、热源空气风机运行，当供暖水出水温度等于设置的上限值时，控制压缩机、热源空气风机停止运行，当供暖水出水温度等于设置的下限值时，控制压缩机、热源空气风机启动运行，对供暖水出水进行加热；

显示触摸屏用于显示系统运行数据及运行状态，以及用于接收用户输入的控制指令，并将控制指令传输给中央处理器；数据储存模块用于对数据进行记录，记录系统运行过程中的数据、状态，并生成记录文件，通过调用历史数据，来查阅系统的运行状态，以便进行事故分析和处理；

报警模块用于当系统内部温度或压力超出预警值时，中央处理器控制报警模块发出报警信息。

4.根据权利要求3所述的跨临界CO₂热泵供热系统，其特征在于，

毛细管节流元件包括：第一毛细管，第一毛细管电磁阀，第二毛细管，第二毛细管电磁阀；

第一毛细管与第一毛细管电磁阀形成第一串联连路，第二毛细管与第二毛细管电磁阀形成第二串联连路，第一串联连路与第二串联连路并联；

控制装置还包括：毛细管电磁阀温控模块；

第一毛细管电磁阀和第二毛细管电磁阀分别与毛细管电磁阀温控模块连接，毛细管电磁阀温控模块用于根据预设环境温度，当环境温度高于预设环境温度时，闭合第二毛细管电磁阀，断开第一毛细管电磁阀；当环境温度低于预设环境温度时，断开第二毛细管电磁阀，闭合第一毛细管电磁阀；

第二毛细管的长度长于第一毛细管的长度。

5.根据权利要求3所述的跨临界CO₂热泵供热系统，其特征在于，

还包括：除霜管路；

除霜管路盘绕在蒸发器外部，除霜管路一端与压缩机的跨临界CO₂出口管道连接，另一端与蒸发器的进口管道连接；除霜管路上设有除霜电磁阀；蒸发器外部设有蒸发器管壁温度传感器；

控制装置还包括：蒸发器管壁温度感应模块、除霜电磁阀控制模块；

蒸发器温度感应模块用于接收蒸发器管壁温度传感器感应的蒸发器管壁温度；

除霜电磁阀控制模块用于当环境温度低于预设温度，环境温度与蒸发器管壁温度差值超出预设值，且除霜时间间隔大于预设时间间隔时，除霜电磁阀控制模块控制开启除霜电磁阀采用压缩机热气旁通除霜，进入化霜阶段；当环境温度与蒸发器管壁温度差值低于预设值，或达到除霜预设时间，关闭除霜电磁阀，结束化霜。

6.根据权利要求3所述的跨临界CO₂热泵供热系统，其特征在于，

控制装置还包括：紧急停止模块、账号密码登录模块；

账号密码登录模块用于给用户提供登录系统的账户密码，使用户通过登录账户密码后，进行系统操作；

供热管道的进水口设有进水阀门，供热管道的回水口设有回水阀门；

压缩机、气体冷却器上均设有安全阀。

7.根据权利要求1或2所述的跨临界CO₂热泵供热系统，其特征在于，

气液分离器包括壳体，气液分离器的进口设置在所述壳体的顶部，气液分离器的进口设有入口接头，壳体内部上方安装有折流板，所述折流板的下方设有气态竖管，所述气态竖管通过气态连接管连接有气态横管，气液分离器气体出口位于壳体侧壁的中部，气液分离器气体出口设有气态出口接头，所述气态横管与气态出口接头连接，所述壳体的底部设有回油管接口；回油管接口通过管道与压缩机回油接口连接，回油管接口与压缩机回油接口之间的管道上设有回油电磁阀；

所述折流板的中部向上凸起，折流板的边缘设有至少一个缺口。

8.根据权利要求7所述的跨临界CO₂热泵供热系统，其特征在于，

所述缺口呈半圆形；

所述壳体包括上盖和下盖，所述下盖连接有支架。

9.根据权利要求1或2所述的跨临界CO₂热泵供热系统，其特征在于，

蒸发器包括蒸发器本体，所述蒸发器本体内部设有分液器和集气管，所述集气管通过三通阀连接有出气管，出气管连通蒸发器的出口；所述分液器通过U型三通阀连接有进液管，进液管连通蒸发器的进口；

分液器包括分液管，所述分液管位于蒸发器本体内部的两侧；

所述分液器包括结构相同的前分液器和后分液器，所述前分液器通过管路一与U型三通阀的出口一连通，所述后分液器通过管路二与U型三通阀的出口二连通；

所述前分液器包括U型三通阀，所述U型三通阀的进口与管路一连通，U型三通阀的出口一和出口二分别连接有分液管；

蒸发器的热源空气进口和热源空气出口分别设置在壳体的顶端；

进气筒连通蒸发器的热源空气进口，出气筒连通蒸发器的热源空气出口；

所述蒸发器本体外部设有壳体，所述壳体呈倒锥形，壳体内部的两侧设有与分液管配合的安装槽。

10.根据权利要求9所述的跨临界CO₂热泵供热系统，其特征在于，

所述壳体的下部通过支撑架固定在底座上，所述底座上安装有接水盘；

所述接水盘包括前接水盘和后接水盘。