[發明專利]一種制熱/制冷能量平衡的CO2熱泵系統及其實現方法

有效

• 申請號: 201010147251.4
• 申請日: 2010-04-13
• 公開（公告）號: CN101832684A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 張信榮;杜培儉
• 申請（專利權）人: 昆明東啟科技股份有限公司
• 主分類號: F25B29/00
• 分類號: F25B29/00;F25B49/02;F25B43/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于熱能轉換和利用技術領域，它涉及天然工質CO2熱泵系統。

背景技術

當今世界經濟發展迅速，世界各國廢氣及溫室氣體排放量快速增加，給世界人民的生存環境帶來了嚴重威脅。因此大力發展可再生能源和清潔能源受到了各國政府的高度重視，各國政府相繼出臺了對可再生能源和清潔能源的支持和扶持政策，極大地推動了新能源產業的快速發展。CO2熱泵以它對環境非常友好、效率高、能量來源廣泛、體積小等優點在發達國家受到政府及冷、熱行業的高度重視。眾多研究機構、院校、企業相繼投入大量資金開發研制。傳統的熱泵系統如圖1所示，主要由用管路連接成一回路的CO2壓縮機、熱水換熱器、膨脹裝置以及蒸發器組成。目前已有的CO2熱泵系統主要分為空氣源或者水源兩種：空氣源CO2熱泵利用空氣作為能量源(即蒸發器采用空氣換熱器)；水源CO2熱泵利用水作為能量源(即蒸發器采用熱水換熱器)。在這里，無論是使用空氣換熱器，還是使用冷水換熱器，通過熱泵的運行在冷凝器中所能獲得的制熱量取決于空氣源或者水源的能量，當其能量來源出現問題時，沒有調節能力，即當其空氣(或者冷水)流量以及穩定性出現問題時，熱泵系統會損失其效率和制熱、制冷能力。

發明內容

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種制熱/制冷能量平衡的CO2熱泵系統及其實現方法，本發明同時設置空氣換熱器和冷凍水換熱器，兩個換熱器在CO2熱泵中并聯工作運行，通過制冷劑分配器，可以有效調節流經空氣換熱器和冷凍水換熱器的流量，這樣即使當空氣(或者冷水)的流量以及穩定性出現問題時，通過調節制冷劑的流量分配，熱泵系統也不會損失其效率和制熱、制冷能力，從而能夠實現有效平衡制熱/制冷量。

本發明提出的一種制熱/制冷能量平衡的CO2熱泵系統，其特征在于，該系統包括用管路連接成一制熱/制冷能量平衡回路的CO2壓縮機、熱水換熱器、膨脹裝置、冷劑分配器、空氣熱交換器；冷水換熱器，還包括控制系統、溫度傳感器；其中冷水換熱器與空氣換熱器在該回路中并聯；制冷劑分配器同時與空氣換熱器和冷水換熱器的制冷劑入口相連，所述溫度傳感器安裝在冷水換熱器水側的出口處，所述控制系統分別與溫度傳感器、制冷劑分配器相連；通過控制系統調節制冷劑分配器開度，以控制流入空氣換熱器或冷水換熱器制冷劑流量來實現不同的制熱、制冷量達到制熱、制冷量的平衡；或通過控制系統調節制冷劑分配器只流入空氣熱交換器實現單制熱，或只流入冷水熱交換器實現單制冷。

本發明提出采用上述裝置的采用實現制熱/制冷能量平衡的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)預先設定冷水換熱器水側出口溫度允許的溫度范圍；

2)CO2熱泵系統工作時，控制系統時實檢測冷水換熱器水側出口處的溫度；

3)根據檢測到的溫度與預先設定的允許的溫度范圍的比較結果，控制制冷劑的流向和流量。

本發明的特點及有益效果：通過本發明可以充分利用水源能量以及空氣源中的能量，并且能夠實現兩者之間的互相調節，可以高效地完成制熱以及制冷量的平衡.通過本發明的應用，可以提高熱泵系統的效率，更充分地滿足用戶的需求.

附圖說明

圖1為傳統CO2熱泵系統結構及工作流程示意圖；

圖2為本發明的CO2熱泵系統結構及工作流程示意圖；

圖3本發明的制冷劑分配器分配劑流量的邏輯分配關系；

圖4為本發明的CO2熱泵系統結構實施例及工作流程示意圖；

圖5為本發明的CO2收集器結構示意圖。

具體實施方式

本發明提出的一種制熱/制冷能量平衡的CO2熱泵系統及其實現方法，結合附圖及實施例詳細說明如下：

本發明中的提出的一種制熱/制冷能量平衡的CO2熱泵系統結構如圖2所示，該系統包括用管路(圖中用實線表示)連接成一制熱/制冷能量平衡回路的CO2壓縮機、熱水換熱器、膨脹裝置、冷劑分配器、空氣熱交換器；冷水換熱器，還包括控制系統、溫度傳感器；其中冷水換熱器與空氣換熱器在該回路中并聯；制冷劑分配器同時與空氣換熱器和冷水換熱器的制冷劑入口相連，所述溫度傳感器安裝在冷水換熱器水側的出口處(或安裝在空氣熱交換器側的出口處)，所述控制系統分別與溫度傳感器、制冷劑分配器相連；通過控制系統調節制冷劑分配器開度，以控制流入空氣換熱器或冷水換熱器制冷劑流量來實現不同的制熱、制冷量達到制熱、制冷量的平衡；或通過控制系統調節制冷劑分配器只流入空氣熱交換器實現單制熱，或只流入冷水熱交換器實現單制冷。