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CN106568111A - 二氧化碳热泵采暖系统 - Google Patents

二氧化碳热泵采暖系统 Download PDF

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CN106568111A
CN106568111A CN201510649905.6A CN201510649905A CN106568111A CN 106568111 A CN106568111 A CN 106568111A CN 201510649905 A CN201510649905 A CN 201510649905A CN 106568111 A CN106568111 A CN 106568111A
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CN
China
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carbon dioxide
temperature
heat
dioxide heat
heating system
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CN201510649905.6A
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Inventor
张利
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Shanghai Hitachi Household Appliance Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Hitachi Household Appliance Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shanghai Hitachi Household Appliance Co Ltd filed Critical Shanghai Hitachi Household Appliance Co Ltd
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    • 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

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  • 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

本发明公开了一种二氧化碳热泵采暖系统，包括：采暖装置、与所述采暖装置连接的出水管道、与所述采暖装置连接的进水管道、与所述出水管道连接的第一分流管道、与所述出水管道连接的第二分流管道、以及二氧化碳热泵系统；其中，所述第二分流管道的出水端和所述第一分流管道的出水端均连接至所述进水管道的入水端；而且，流经所述第二分流管道中的至少一部分管道中的液体与所述二氧化碳热泵系统进行热交换。

Description

二氧化碳热泵采暖系统
技术领域
本发明涉及采暖领域以及制冷空调领域，本发明尤其涉及一种二氧化碳热泵采暖系统。
背景技术
由于对环境的破坏作用，《蒙特利尔协议》将使制冷空调领域广泛使用的HCFCs类制冷剂面临淘汰，而《京都议定书》又使HCFCs的替代物HFCs类制冷剂成为过渡性产品。天然制冷剂二氧化碳(CO2)作为一种曾被使用且已证明对环境无害的自然工质，近几年引起了人们的高度重视。
CO2工质的临界温度(31.1℃)较低，与环境温度相近，CO2制冷循环高温放热温度须高于此温度才能实现放热。故CO2制冷循环为跨临界循环，放热过程位于超临界区进行，蒸发过程位于亚临界区进行。
如图1所示，位于超临界区的CO2放热过程为变温过程，有较大温度滑移，该滑移过程正好与加热水所需的变温热源相匹配，当用于热泵循环时有很高的传热效率。因此采用CO2热泵加热水时，为了充分利用其跨临界段的变温传热过程，水和CO2要形成逆流换热，而且进出水的温差越大，换热量也越大，系统的效率越高。
图2是热泵热水器的示意图，其中CO2热泵由压缩机、气冷器、节流机构和蒸发器构成，CO2制冷剂经压缩机压缩后，成为高温高压的超临界流体，超临界流体在气冷器内和水进行换热，将热量传递给水后变成低温高压的流体，再经节流机构节流后，成为低温低压的气液两相流体，两相流体在蒸发器内吸收环境中的热量，蒸发为气态的CO2，之后再进入压缩机压缩，如此实现一个循环。冷水(如20℃)进入CO2热泵的气冷器后，与流经气冷器的CO2进行换热，并直接加热到需要的温度(如65℃)，然后注入到水箱供用户使用。
鉴于CO2优良的环保特性、传热特性，近年来也有被应用于采暖领域的趋势。与热泵热水器不同，采暖系统的水处于一个封闭的循环中(如图3所示)，而且进出水的温差较小。以地板采暖为例，进水温度在40℃左右，出水温度在30℃左右，也就是说经热泵加热水的温差在10℃左右。
但是，若CO2热泵采用图3所示的常规布置方式，CO2在超临界段的放热过程的有效利用将变少，系统的效率降低。因此，需要针对CO2的特点提出一种新的采暖方式，以提高系统效率。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效提高二氧化碳热泵的利用效率的二氧化碳热泵采暖系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种二氧化碳热泵采暖系统，包括：采暖装置、与所述采暖装置连接的出水管道、与所述采暖装置连接的进水管道、与所述出水管道连接的第一分流管道、与所述出水管道连接的第二分流管道、以及二氧化碳热泵系统；其中，所述第二分流管道的出水端和所述第一分流管道的出水端均连接至所述进水管道的入水端；而且，流经所述第二分流管道中的至少一部分管道中的液体与所述二氧化碳热泵系统进行热交换。
在本发明的较佳实施方式中，流经所述第二分流管道中的至少一部分管道的液体与所述二氧化碳热泵系统进行热交换，使得流经所述至少一部分管道的液体的温度上升。
在本发明的较佳实施方式中，所述二氧化碳热泵采暖系统还包括布置在所述第二分流管道中的阀门；其中，所述阀门用于控制所述第二分流管道中的液体流量。
在本发明的较佳实施方式中，所述第二分流管道的出水端、所述第一分流管道的出水端和所述进水管道的入水端的连接位置处布置有温度测量装置，而且所述二氧化碳热泵采暖系统还包括控制装置，并且所述控制装置根据温度测量装置测得的混合水流的温度与预定温度之间的差值来调节阀门。
在本发明的较佳实施方式中，当温度测量装置测得的混合水流的温度与预定温度相等时，所述控制装置不调节阀门；当温度测量装置测得的混合水流的温度小于预定温度相等时，所述控制装置调节阀门使得所述第二分流管道中的液体流量增大；当温度测量装置测得的混合水流的温度大于预定温度相等时，所述控制装置调节阀门使得所述第二分流管道中的液体流量减小。
在本发明的较佳实施方式中，所述液体是防冻液或水。
在本发明的较佳实施方式中，所述采暖装置是地板采暖装置。
在本发明的较佳实施方式中，所述二氧化碳热泵系统包括压缩机、气冷器、节流机构和蒸发器；其中，所述压缩机用于压缩CO2制冷剂使得CO2制冷剂成为高温高压的超临界流体；所述气冷器内用于使得超临界流体与所述第二分流管道中的所述至少一部分管道的液体进行换热，将热量传递给所述液体后变成流体；所述节流机构节使得所述流体成为气液两相流体；所述蒸发器用于使得气液两相流体吸收环境中的热量以蒸发为气态的CO2，并将气态的CO2传递至所述压缩机作为CO2制冷剂进行压缩。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1示出了针对CO2的跨临界循环温-熵图。
图2是根据现有技术的CO2热泵热水器示意图。
图3是根据现有技术的常规CO2热泵采暖示意图。
图4是根据本发明优选实施例的二氧化碳热泵采暖系统的总体框图。
图5是根据本发明优选实施例的二氧化碳热泵采暖系统的一个具体示例。
具体实施方式
图4是根据本发明优选实施例的二氧化碳热泵采暖系统的总体框图。
如图4所示，根据本发明优选实施例的二氧化碳热泵采暖系统包括：采暖装置100(例如，地板采暖装置)、与所述采暖装置100连接的出水管道10、与所述采暖装置100连接的进水管道20、与所述出水管道10连接的第一分流管道11、与所述出水管道10连接的第二分流管道12、以及二氧化碳热泵系统200。
其中，所述第二分流管道12的出水端和所述第一分流管道11的出水端均连接至所述进水管道20的入水端；而且，流经所述第二分流管道12中的至少一部分管道中的液体(例如，防冻液或水)与所述二氧化碳热泵系统200进行热交换。
一般来说，例如，流经所述第二分流管道12中的至少一部分管道的液体与所述二氧化碳热泵系统200进行热交换，使得流经所述至少一部分管道的液体的温度上升，以便后续可以用于采暖装置的供暖。
优选地，根据本发明优选实施例的二氧化碳热泵采暖系统还包括布置在所述第二分流管道12中的阀门30；其中，所述阀门30用于控制所述第二分流管道12中的液体流量。
所述第二分流管道12的出水端、所述第一分流管道11的出水端和所述进水管道20的入水端的连接位置处布置有温度测量装置(未示出)，而且所述二氧化碳热泵采暖系统还包括控制装置(未示出)，并且所述控制装置根据温度测量装置测得的混合水流的温度与预定温度之间的差值来调节阀门。
具体地，当温度测量装置测得的混合水流的温度与预定温度相等时，所述控制装置不调节阀门；当温度测量装置测得的混合水流的温度小于预定温度相等时，所述控制装置调节阀门使得所述第二分流管道12中的液体流量增大；当温度测量装置测得的混合水流的温度大于预定温度相等时，所述控制装置调节阀门使得所述第二分流管道12中的液体流量减小。
这样，在具体操作状态下，从采暖装置100出来的例如30℃的诸如水之类的液体被分为两路；其中一路不经过二氧化碳热泵，直接达到所述进水管道20的入水端处，因不经过热泵加热，因此水温保持不变，仍为30℃；另一路则进入二氧化碳热泵的气冷器中进行加热，利用二氧化碳热泵的特点将其加热至较高的温度(例如65℃)，然后达到所述进水管道20的入水端处。两路水在达到所述进水管道20的入水端处混合，形成例如40℃的热水，再供应至采暖装置100处，满足采暖需求。
而且，进一步地，流经二氧化碳热泵的水流量可以通过设置在水路上的阀门进行调节，以调节最终的混合温度，以实现最终温度可调的效果。
可以看出，本发明有利地利用了二氧化碳热泵适合大温差(例如30℃→65℃)、小流量加热水的特点，因此可以提高系统的效率。
为了更清楚地说明本发明，下面参考图5来描述根据本发明优选实施例的二氧化碳热泵采暖系统的一个具体示例。
如图5所示，二氧化碳热泵系统200可包括压缩机21、气冷器22、节流机构23和蒸发器24；其中，CO2制冷剂经压缩机21压缩后，成为高温高压的超临界流体，超临界流体在气冷器22内与所述第二分流管道12中的所述至少一部分管道的液体进行换热，将热量传递给液体后变成低温高压的流体，再经节流机构节23流后，成为低温低压的气液两相流体，两相流体在蒸发器24内吸收环境中的热量，蒸发为气态的CO2，之后再进入压缩机21压缩，如此实现循环。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种二氧化碳热泵采暖系统，其特征在于包括：采暖装置、与所述采暖装置连接的出水管道、与所述采暖装置连接的进水管道、与所述出水管道连接的第一分流管道、与所述出水管道连接的第二分流管道、以及二氧化碳热泵系统；其中，所述第二分流管道的出水端和所述第一分流管道的出水端均连接至所述进水管道的入水端；而且，流经所述第二分流管道中的至少一部分管道中的液体与所述二氧化碳热泵系统进行热交换。
2.如权利要求1所述的二氧化碳热泵采暖系统，其特征在于，流经所述第二分流管道中的至少一部分管道的液体与所述二氧化碳热泵系统进行热交换，使得流经所述至少一部分管道的液体的温度上升。
3.如权利要求1或2所述的二氧化碳热泵采暖系统，其特征在于还包括布置在所述第二分流管道中的阀门；其中，所述阀门用于控制所述第二分流管道中的液体流量。
4.如权利要求3所述的二氧化碳热泵采暖系统，其特征在于，所述第二分流管道的出水端、所述第一分流管道的出水端和所述进水管道的入水端的连接位置处布置有温度测量装置，而且所述二氧化碳热泵采暖系统还包括控制装置，并且所述控制装置根据温度测量装置测得的混合水流的温度与预定温度之间的差值来调节阀门。
5.如权利要求4所述的二氧化碳热泵采暖系统，其特征在于，当温度测量装置测得的混合水流的温度与预定温度相等时，所述控制装置不调节阀门；当温度测量装置测得的混合水流的温度小于预定温度相等时，所述控制装置调节阀门使得所述第二分流管道中的液体流量增大；当温度测量装置测得的混合水流的温度大于预定温度相等时，所述控制装置调节阀门使得所述第二分流管道中的液体流量减小。
6.如权利要求1或2所述的二氧化碳热泵采暖系统，其特征在于，所述液体是防冻液或水。
7.如权利要求1或2所述的二氧化碳热泵采暖系统，其特征在于，所述采暖装置是地板采暖装置。
8.如权利要求1或2所述的二氧化碳热泵采暖系统，其特征在于，所述二氧化碳热泵系统包括压缩机、气冷器、节流机构和蒸发器；其中，所述压缩机用于压缩CO2制冷剂使得CO2制冷剂成为高温高压的超临界流体；所述气冷器内用于使得超临界流体与所述第二分流管道中的所述至少一部分管道的液体进行换热，将热量传递给所述液体后变成流体；所述节流机构节使得所述流体成为气液两相流体；所述蒸发器用于使得气液两相流体吸收环境中的热量以蒸发为气态的CO2，并将气态的CO2传递至所述压缩机作为CO2制冷剂进行压缩。
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