本發(fā)明涉及熱泵技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

熱泵是一種能將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源的裝置，通常是先從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，然后再向人們提供可被利用的高品位熱能。

具體地，CO₂復疊熱泵系統(tǒng)可以主要應用于供暖，其具有兩套循環(huán)系統(tǒng)，一套是通過二氧化碳用作低溫段的氣體循環(huán)，另一套是通過氟利昂等用作高溫段的液體循環(huán)，且兩套循環(huán)系統(tǒng)可以通過蒸發(fā)冷凝器聯(lián)在一起，并在蒸發(fā)冷凝器處于制熱工況下以實現(xiàn)換熱、制熱的效果。

然而，本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)有的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中所消耗的能源只能用來制熱，因此缺少對能源的二級利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種覆疊熱泵系統(tǒng)及其控制方法，以解決現(xiàn)有的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中所消耗的能源只能用來制熱而缺少對能源的二級利用的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)，包括：二氧化碳熱泵制冷循環(huán)和普通熱泵制冷循環(huán)；所述普通熱泵制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的第一毛細管、制冰機、蒸發(fā)冷凝器，所述蒸發(fā)冷凝器通過換向閥連通有第一壓縮機，所述第一壓縮機通過所述換向閥依次連通有換熱器和所述第一毛細管。

實際應用時，所述蒸發(fā)冷凝器與所述換向閥之間設(shè)置有第一控制閥，所述換熱器與所述第一毛細管之間設(shè)置有第二控制閥。

其中，所述換向閥與所述第一壓縮機之間設(shè)置有第一儲液罐，所述第二控制閥與所述第一毛細管之間設(shè)置有第二儲液罐。

具體地，所述二氧化碳熱泵制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的膨脹閥、室外換熱器、內(nèi)部換熱器、第二壓縮機和所述蒸發(fā)冷凝器，且所述蒸發(fā)冷凝器通過所述內(nèi)部換熱器與所述膨脹閥連通。

進一步地，所述換向閥為四通換向閥。

更進一步地，所述第一控制閥和所述第二控制閥均為電磁閥。

實際應用時，所述適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)還包括：第三制冷循環(huán)；所述第三制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的第二毛細管、第三控制閥、所述換熱器，所述換熱器通過所述換向閥連通有所述第一壓縮機，且所述第一壓縮機通過所述換向閥依次連通有第四控制閥、所述室外換熱器和所述第二毛細管。

其中，所述第二毛細管與所述第三控制閥之間設(shè)置有第三儲液罐。

具體地，所述第三控制閥和所述第四控制閥均為電磁閥。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

本發(fā)明提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，包括：二氧化碳熱泵制冷循環(huán)和普通熱泵制冷循環(huán)；其中，普通熱泵制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的第一毛細管、制冰機、蒸發(fā)冷凝器，該蒸發(fā)冷凝器通過換向閥連通有第一壓縮機，且第一壓縮機通過換向閥依次連通有換熱器和第一毛細管。由此分析可知，本發(fā)明提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，由于在高溫段循環(huán)過程中的第一毛細管與蒸發(fā)冷凝器之間設(shè)置有制冰機，因此能夠使適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)實現(xiàn)制熱的同時制冰的功能，從而有效實現(xiàn)了能源的二級利用。

本發(fā)明還提供一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的控制方法，所述適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)包括：二氧化碳熱泵制冷循環(huán)、普通熱泵制冷循環(huán)和第三制冷循環(huán)；所述普通熱泵制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的第一毛細管、制冰機、蒸發(fā)冷凝器，所述蒸發(fā)冷凝器經(jīng)第一控制閥并通過換向閥連通有第一壓縮機，所述第一壓縮機通過所述換向閥依次連通有換熱器、第二控制閥和所述第一毛細管；所述二氧化碳熱泵制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的膨脹閥、室外換熱器、內(nèi)部換熱器、第二壓縮機和所述蒸發(fā)冷凝器，且所述蒸發(fā)冷凝器通過所述內(nèi)部換熱器與所述膨脹閥連通；所述第三制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的第二毛細管、第三控制閥、所述換熱器，所述換熱器通過所述換向閥連通有所述第一壓縮機，且所述第一壓縮機通過所述換向閥依次連通有第四控制閥、所述室外換熱器和所述第二毛細管；所述適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的控制方法包括：冬季制熱同時制冰工況和夏季制冷工況；所述冬季制熱同時制冰工況包括如下步驟：關(guān)閉所述第三控制閥和所述第四控制閥，開啟所述第一控制閥和所述第二控制閥，并將所述換向閥調(diào)至制熱模式；低溫段制冷劑二氧化碳經(jīng)過所述膨脹閥進入所述室外換熱器，并吸收室外熱量；經(jīng)過所述內(nèi)部換熱器后進入所述第二壓縮機；經(jīng)所述第二壓縮機壓縮后進入所述蒸發(fā)冷凝器，放熱后回至所述膨脹閥并完成低溫段循環(huán)；高溫段的制冷劑工質(zhì)經(jīng)所述第一毛細管進入所述制冰機并進行一次換熱；吸收熱量后進入所述蒸發(fā)冷凝器吸收低溫段熱量并進行二次換熱；依次經(jīng)過所述換向閥和所述第一壓縮機壓縮后，進入所述換熱器；放熱后回至所述第一毛細管并完成高溫段循環(huán)；所述夏季制冷工況包括如下步驟：關(guān)閉所述第一控制閥和所述第二控制閥，開啟所述第三控制閥和所述第四控制閥，并將所述換向閥調(diào)至制冷模式；制冷工質(zhì)經(jīng)所述第二毛細管后通過所述第三控制閥進入所述換熱器；吸熱后依次經(jīng)過所述換向閥和所述第一壓縮機壓縮后，進入所述室外換熱器進行換熱放熱；放熱后回至所述第二毛細管完成制冷循環(huán)。

所述適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的控制方法與上述適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)相對于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢相同，在此不再贅述。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中冬季制熱同時制冰的流向示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中夏季制冷的流向示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖。

圖中：1－膨脹閥；2－室外換熱器；3－內(nèi)部換熱器；4－第二壓縮機；5－第四控制閥；6－第二毛細管；7－第三儲液罐；8－第三控制閥；9－第二控制閥；10－第二儲液罐；11－第一毛細管；12－蒸發(fā)冷凝器；13－第一控制閥；14－第一儲液罐；15－第一壓縮機；16－換向閥；17－換熱器；18－制冰機。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電氣連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

圖1為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)，包括：二氧化碳熱泵制冷循環(huán)和普通熱泵制冷循環(huán)；普通熱泵制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的第一毛細管11、制冰機18、蒸發(fā)冷凝器12，蒸發(fā)冷凝器12通過換向閥16連通有第一壓縮機15，第一壓縮機15通過換向閥16依次連通有換熱器17和第一毛細管11。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例所述的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，如圖1所示，包括：二氧化碳熱泵制冷循環(huán)和普通熱泵制冷循環(huán)；其中，普通熱泵制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的第一毛細管11、制冰機18、蒸發(fā)冷凝器12，該蒸發(fā)冷凝器12通過換向閥16連通有第一壓縮機15，且第一壓縮機15通過換向閥16依次連通有換熱器17和第一毛細管11。由此分析可知，本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，由于在高溫段循環(huán)過程中的第一毛細管11與蒸發(fā)冷凝器12之間設(shè)置有制冰機18，因此能夠使適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)實現(xiàn)制熱的同時制冰的功能，從而有效實現(xiàn)了能源的二級利用。

實際應用時，為了便于使適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)在冬季制熱同時制冰與夏季制冷這兩個工況之間進行切換，如圖1所示，上述蒸發(fā)冷凝器12與換向閥16之間可以設(shè)置有第一控制閥13，換熱器17與第一毛細管11之間可以設(shè)置有第二控制閥9。因此，當?shù)谝豢刂崎y13和第二控制閥9開啟(其它控制閥關(guān)閉)、且換向閥16處于制熱模式時，適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)能夠處于冬季制熱同時制冰工況，當?shù)谝豢刂崎y13和第二控制閥9關(guān)閉(相應控制閥開啟)、且換向閥16處于制冷模式時，適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)能夠處于夏季制冷工況。

其中，如圖1所示，上述換向閥16與第一壓縮機15之間可以設(shè)置有第一儲液罐14，第二控制閥9與第一毛細管11之間可以設(shè)置有第二儲液罐10。第一、第二儲液罐(14、10)能夠起到儲存制冷劑的作用，還能夠起到緩壓和分液的作用。

具體地，本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，二氧化碳熱泵制冷循環(huán)可以包括依次設(shè)置的膨脹閥1、室外換熱器2、內(nèi)部換熱器3、第二壓縮機4和上述蒸發(fā)冷凝器12，且該蒸發(fā)冷凝器12通過內(nèi)部換熱器3與膨脹閥1連通，從而二氧化碳熱泵制冷循環(huán)和普通熱泵制冷循環(huán)能夠使適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)有效地實現(xiàn)冬季制熱同時制冰的效果。

實際應用時，本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)還包括：第三制冷循環(huán)；該第三制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的第二毛細管6、第三控制閥8、上述換熱器17，該換熱器17通過換向閥16連通有第一壓縮機15，且該第一壓縮機15通過換向閥16依次連通有第四控制閥5、室外換熱器2和第二毛細管6。

此處需要補充說明的是，上述第一毛細管11和第二毛細管6可以起到類似于膨脹閥的作用。

圖2為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中冬季制熱同時制冰的流向示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中夏季制冷的流向示意圖。

其中，為了便捷地實現(xiàn)兩個工況的轉(zhuǎn)換，本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，上述換向閥16可以優(yōu)選為四通換向閥。具體地，當四通換向閥處于制熱模式時，如圖2所示，普通熱泵制冷循環(huán)中的流向為依次由蒸發(fā)冷凝器12、第一控制閥13、換向閥16、第一儲液罐14、第一壓縮機15、并經(jīng)換向閥16至換熱器17；當四通換向閥處于制冷模式時，如圖3所示，普通熱泵制冷循環(huán)中的流向為依次由換熱器17、換向閥16、第一儲液罐14、第一壓縮機15、并經(jīng)換向閥16至第四控制閥5和室外換熱器2。

進一步地，如圖1－圖3所示，上述第二毛細管6與第三控制閥8之間可以設(shè)置有第三儲液罐7，該第三儲液罐7能夠起到儲存制冷劑的作用，還能夠起到緩壓和分液的作用。

更進一步地，為了實現(xiàn)自動控制，本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)中，上述第一控制閥13、第二控制閥9、第三控制閥8和第四控制閥5均可以為電磁閥。

圖4為本發(fā)明實施例提供的適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的控制方法的流程示意圖。

本發(fā)明實施例還提供一種適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的控制方法，如圖1－圖3所示，適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)包括：二氧化碳熱泵制冷循環(huán)、普通熱泵制冷循環(huán)和第三制冷循環(huán)；該普通熱泵制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的第一毛細管11、制冰機18、蒸發(fā)冷凝器12，蒸發(fā)冷凝器12經(jīng)第一控制閥13并通過換向閥16連通有第一壓縮機15，第一壓縮機15通過換向閥16依次連通有換熱器17、第二控制閥9和第一毛細管11；該二氧化碳熱泵制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的膨脹閥1、室外換熱器2、內(nèi)部換熱器3、第二壓縮機4和蒸發(fā)冷凝器12，且蒸發(fā)冷凝器12通過內(nèi)部換熱器3與膨脹閥1連通；該第三制冷循環(huán)包括依次設(shè)置的第二毛細管6、第三控制閥8、換熱器17，換熱器17通過換向閥16連通有第一壓縮機15，且第一壓縮機15通過換向閥16依次連通有第四控制閥5、室外換熱器2和第二毛細管6。如圖4所示，適用于極寒地區(qū)的CO₂復疊熱泵系統(tǒng)的控制方法包括：冬季制熱同時制冰工況和夏季制冷工況；結(jié)合圖2所示，該冬季制熱同時制冰工況包括如下步驟：步驟S11、關(guān)閉第三控制閥8和第四控制閥5，開啟第一控制閥13和第二控制閥9，并將換向閥16調(diào)至制熱模式；步驟S12、低溫段制冷劑二氧化碳經(jīng)過膨脹閥1進入室外換熱器2，并吸收室外熱量；步驟S13、經(jīng)過內(nèi)部換熱器3后進入第二壓縮機4；步驟S14、經(jīng)第二壓縮機4壓縮后進入蒸發(fā)冷凝器12，放熱后回至膨脹閥1并完成低溫段循環(huán)；步驟S21、高溫段的制冷劑工質(zhì)經(jīng)第一毛細管11進入制冰機18并進行一次換熱；步驟S22、吸收熱量后進入蒸發(fā)冷凝器12吸收低溫段熱量并進行二次換熱；步驟S23、依次經(jīng)過換向閥16和第一壓縮機15壓縮后，進入換熱器17；步驟S24、放熱后回至第一毛細管11并完成高溫段循環(huán)；結(jié)合圖3所示，該夏季制冷工況包括如下步驟：步驟S31、關(guān)閉第一控制閥13和第二控制閥9，開啟第三控制閥8和第四控制閥5，并將換向閥16調(diào)至制冷模式；步驟S32、制冷工質(zhì)經(jīng)第二毛細管6后通過第三控制閥8進入換熱器17；步驟S33、吸熱后依次經(jīng)過換向閥16和第一壓縮機15壓縮后，進入室外換熱器2進行換熱放熱；步驟S34、放熱后回至第二毛細管6完成制冷循環(huán)。

此處需要補充說明的是，冬季制熱同時制冰工況時，低溫段制冷劑先循環(huán)后高溫段制冷劑再循環(huán)，且高溫段制冷劑循環(huán)的過程中低溫段制冷劑根據(jù)需要可以繼續(xù)循環(huán)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。