[發明專利]一種帶有快速除霜功能的跨臨界CO2熱泵供暖系統

有效

• 申請號: 201610032116.2
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105509125B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 曹鋒;金磊;何永寧;楊東方;宋昱龍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F24D3/18
• 分類號: F24D3/18;F25B9/00;F25B47/02;F25B41/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發明公開一種帶有快速除霜功能的跨臨界CO₂熱泵供暖系統，包括第一蒸發器、第一壓縮機、第一冷凝器、第一膨脹閥、蒸發冷凝器、第二壓縮機、氣體冷卻器和第二膨脹閥；運用兩組獨立熱泵系統，采用跨臨界CO₂熱泵系統將來自暖氣片的低溫回水加熱值暖氣片供暖蓄熱溫度；本發明通過調節跨臨界CO₂熱泵中氣體冷卻器進口水溫，保證熱泵系統以制熱能效比最大運行；本發明采用蒸發冷凝器，設置四個電磁閥，通過調節電磁閥的開啟/關閉，改變系統流程，實現跨臨界CO₂熱泵供暖系統的快速除霜功能，同時能夠有效地對供暖回水進行加熱，不會對供暖用戶產生不利影響，提高了跨臨界CO₂熱泵供暖系統在低環境溫度下的能效比。

【技術領域】

本發明屬于熱泵技術領域，涉及一種帶有快速除霜功能的跨臨界CO₂熱泵供暖系統。

【背景技術】

熱泵技術是通過消耗一定的高位能，如機械能、電能，并通過熱力循環，把低位能轉移至高位能的手段。目前的熱泵技術主要由機械壓縮式為主，主要部件包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器。熱泵按照低溫熱源的不同可以分為空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵等，其中空氣源熱泵是以室外空氣為熱源進行供暖或供應熱水，其安裝使用方便，對環境污染較小，其節能效果要明顯高于電加熱等采暖方式。但是由于空氣源熱泵在低溫環境下運行存在著一些不足：如隨著環境溫度的降低，蒸發壓力也隨之降低，壓縮機壓比增大，排氣溫度升高，容易引起壓縮機過熱保護而停機；特別是當環境溫度低于0℃時，空氣源熱泵極易結霜，嚴重影響了熱泵性能，空氣源熱泵在我國北方大部分地區尚未得到普遍應用。

CO₂屬于惰性氣體，無毒無刺激；良好的安全性和化學穩定性，安全無毒，不可燃，即便在高溫下也不分解產生有害氣體；其對全球變暖潛力指數GWP為1，CO₂不需要工業合成，只需要在大氣中提取就可以，使用方便；同時，它對大氣臭氧層無任何破環作用，ODP為0。并且，CO₂本身優越的熱物理特性以及良好的遷移特性也適合其作為制冷工質，導熱系數以及定壓比熱高，蒸汽密度小，動力粘度小，表面張力小，這些特點為機組的小型化以及成本節省提供了前提。CO₂臨界溫度為30.98℃，臨界壓力為7.38MPa，在跨臨界區與外部介質換熱時不發生相變，因此跨臨界CO₂循環不存在潛熱交換和冷凝過程。考慮到CO₂較高的臨界壓力，在相同的條件下，跨臨界CO₂熱泵能夠將水加熱到更高的溫度。

跨臨界CO₂熱泵將熱泵的高效節能作用和CO₂的優秀環保性能結合在一起，符合目前世界范圍內的環保要求，具有重要的節能環保意義，而且應用范圍特別廣，特別是在低環境溫度條件下的供暖和供熱水問題，然而，在低環境溫度下，跨臨界CO₂熱泵系統存在結霜問題，對于具有工作壓力高和跨臨界傳熱特性的空氣源CO₂熱泵系統來說，傳統的除霜方法并不適用，因此，如何快速除霜成為限制跨臨界CO₂熱泵廣泛應用的一個重要因素。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種帶有快速除霜功能的跨臨界CO₂熱泵供暖系統，以解決現有供暖熱泵系統采用CO₂工質時存在的問題，使跨臨界CO₂熱泵系統在極低環境溫度下能夠高效穩定地應用于暖氣片形式供暖，同時為解決跨臨界CO₂熱泵系統在極低環境溫度下的運行時的結霜現象提供一種快速除霜的方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：