[發(fā)明專利]CO2地暖熱泵實(shí)現(xiàn)供、回水小溫差的高效跨臨界運(yùn)行換熱封閉式循環(huán)加熱水系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711237144.9
• 申請(qǐng)日: 2017-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN107842897A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陳斌
• 主分類號(hào): F24D3/18
• 分類號(hào): F24D3/18;F24D19/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本專利可廣泛適用于任何大、小的CO2熱泵設(shè)備的地暖取暖領(lǐng)域，特別涉及CO2熱泵機(jī)組在任何環(huán)境溫度下的最高效運(yùn)行。供、回水小溫差(35℃/30℃)的高效跨臨界運(yùn)行換熱封閉式循環(huán)加熱水的全套系統(tǒng)，水溫還可連續(xù)調(diào)節(jié)，滿足多種需求。

(二)背景技術(shù)

國家民用建筑地暖取暖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了供暖介質(zhì)的供/回水溫度范圍，供水溫度宜采用35～50℃，供、回水溫差不宜大于10℃。實(shí)際應(yīng)用中供/回水溫度調(diào)定為35℃/30℃是比較經(jīng)濟(jì)合理的。

由于CO2熱泵供暖機(jī)組是跨臨界循環(huán)，只有當(dāng)回水溫度越低(一般不要高于35℃)，回水從氣體冷卻器吸收的熱能才越多，效率才越高；但在放熱的CO2跨臨界循環(huán)的超臨界壓力區(qū)，壓力和溫度是兩個(gè)獨(dú)立的變量，它們共同決定著CO2流體的焓值，在蒸發(fā)溫度和氣體冷卻器CO2出口溫度一定的情況下，換言之，也就是環(huán)境溫度和地板散熱器的回水溫度一定的情況下，改變高壓壓力將分別對(duì)制熱量和壓縮功產(chǎn)生影響，因而存在著一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的最優(yōu)的高壓壓力，在此壓力下制熱系統(tǒng)就有著最高制熱效率。

高制熱效率下的出水溫度都是很高的(一般為70℃～80℃，依據(jù)蒸發(fā)、冷凝壓力等因素有幾度變化)。

使用中回水溫度30℃可以滿足CO2熱泵供暖機(jī)組要求，但高的出水溫度顯然不符合使用的要求。本專利通過對(duì)地板換熱器的部份回水進(jìn)行加熱后與未加熱的回水部份一同流經(jīng)帶高效混水器功能的水箱勾兌降溫，解決了高出水溫度的問題，不斷能提供穩(wěn)定的35℃供水(當(dāng)然控制溫度連續(xù)升、降也是可行，滿足多種需求)，還能為CO2熱泵供暖機(jī)組在任何工況下的最高效運(yùn)行(機(jī)組需帶自適應(yīng)尋找最優(yōu)的高壓壓力學(xué)習(xí)功能)提供保障。

地板換熱器的部份回水同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了封閉循環(huán)加熱，在滿足使用的供/回水溫度的同時(shí)，還突破性地解決了CO2熱泵供暖機(jī)組供暖介質(zhì)在封閉式循環(huán)加熱時(shí)能效比不降低的難題，為CO2熱泵供暖機(jī)組的廣泛應(yīng)用掃清了障礙，且全套水系統(tǒng)理論上無任何熱損失。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本專利的目的在于，提供一種地暖取暖用的CO2熱泵供暖系統(tǒng)，克服現(xiàn)有的供暖系統(tǒng)采用CO2 工質(zhì)時(shí)存在的技術(shù)缺陷，使CO2熱泵供暖機(jī)組側(cè)可毫無顧忌地實(shí)現(xiàn)以制熱能效比最大化、最優(yōu)化的模式運(yùn)行，當(dāng)然CO2熱泵供暖機(jī)組需帶自適應(yīng)學(xué)習(xí)功能，能在任何環(huán)境溫度下自動(dòng)尋找到最優(yōu)運(yùn)行工況。

供/回水側(cè)CPU(PLC)控制器12都能自動(dòng)依據(jù)氣體冷卻器2的出水水溫、地板散熱器9的回水水溫作依據(jù)，通過帶高效混水器水箱6及高溫水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥10、低溫水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥11將水泵7出口側(cè)的供水溫度鎖定在地暖所需的35℃的水溫。

本專利還突破性地解決了CO2熱泵供暖機(jī)組在封閉式循環(huán)加熱供暖介質(zhì)時(shí)的效率會(huì)逐步遞減的缺憾，使供暖介質(zhì)在CO2熱泵供暖機(jī)組中獲取的熱量得到100％的利用，且在理論上還無任何熱損失。

(四)附圖說明

圖1為本專利：CO2地暖熱泵實(shí)現(xiàn)供、回水小溫差(35℃/30℃)的高效跨臨界運(yùn)行換熱封閉式循環(huán)加熱水系統(tǒng)之示意附圖。

(五)具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1對(duì)本專利作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

以下結(jié)合圖1對(duì)本專利所進(jìn)行詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解為本部份的描述僅是示范性和解釋性的，不應(yīng)對(duì)本專利的保護(hù)范圍有任何限制作用。

如圖1所示，本專利CO2地暖熱泵實(shí)現(xiàn)供、回水小溫差(35℃/30℃)的高效跨臨界運(yùn)行換熱封閉式循環(huán)加熱水系統(tǒng)包括：CO2壓縮機(jī)1、氣體冷卻器2、回?zé)崞?、電子膨脹閥4、熱源蒸發(fā)器5、帶高效混水器水箱6、水泵7、供水溫度傳感器8、地板散熱器9、高溫水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥10、低溫水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 11、CPU(PLC)控制器12、回水溫度傳感器13、氣冷器出水溫度傳感器14，它們分別通過CO2管道及供暖介質(zhì)水系統(tǒng)管道按圖1所示依次連接。

如圖1所示，把30℃的地板散熱器9的回水分出一部份到CO2熱泵供暖機(jī)組的氣體冷卻器2中加熱，其出水溫度可依據(jù)最佳制熱能效比確定，一般出水溫度在70℃～80℃范圍，依據(jù)蒸發(fā)、冷凝壓力等因素會(huì)有幾度的變化。

通過供水溫度傳感器8，對(duì)水泵7出口側(cè)的供水溫度進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測，確保供水溫度控制在35℃±1℃(或依據(jù)需求作調(diào)整)，如偏離了設(shè)定溫度35℃，可上傳數(shù)據(jù)給CPU(PLC)控制器12，由CPU(PLC)控制器12的控制程序?qū)Ω邷厮妱?dòng)調(diào)節(jié)閥10、低溫水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥11的步進(jìn)電機(jī)發(fā)出脈沖指令，并分別調(diào)節(jié)其進(jìn)入帶高效混水器水箱6的高、低溫水的流量，達(dá)到控制供水溫度35℃的穩(wěn)定要求。