[實用新型]基于雙氣體冷卻器的跨臨界CO2空氣源熱泵系統

有效

• 申請號: 202120484894.1
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN214791392U
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 楊俊蘭;姬旭
• 申請（專利權）人: 天津城建大學
• 主分類號: F24D3/18
• 分類號: F24D3/18;F24D3/08;F24D3/02;F24D3/10
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 閆俊芬

本實用新型涉及一種基于雙氣體冷卻器的跨臨界CO₂空氣源熱泵系統，包括跨臨界CO₂壓縮空氣源熱泵系統，其特征是：所述跨臨界CO₂壓縮空氣源熱泵系統與串聯的高溫級氣體冷卻器和低溫級氣體冷卻器連接，構成跨臨界CO₂空氣源熱泵的高溫級供熱水系統和低溫級供暖及供熱水系統。有益效果：本實用新型采用兩個氣體冷卻器串聯的方式，通過控制不同截止閥的開啟，實現供高溫熱水、供低溫熱水和地暖供熱的多功能組合；同時采用準二級壓縮的循環形式能夠有效避免普通熱泵循環形式在寒冷地區效率較低的問題，采用旁通除霜能緩解空氣源熱泵在寒冷地區結霜現象，有效解決了空氣源熱泵在我國北方受環境限制和功能單一的技術難題。

技術領域

本實用新型屬于建筑供熱技術領域，尤其涉及一種基于雙氣體冷卻器的跨臨界CO₂空氣源熱泵系統。

背景技術

隨著現代社會經濟發展水平和物質生活條件的不斷提高，化石能源的消耗速度大幅提升，尤其是在我國北方地區，供熱和生活熱水的獲取還是主要依靠傳統燃煤設備，這也導致了嚴重的環境污染問題。目前國家“煤改電”政策提出逐步取締燃煤鍋爐，空氣源熱泵技術以其優良的特性和節能潛力受到廣泛關注。然而，現有的空氣源熱泵研究多集中于傳統工質，傳統工質是造成溫室效應、臭氧層空洞等問題的主要原因，不符合我國可持續發展理念，因此自然工質CO₂成為空氣源熱泵制冷劑的熱門選擇。在跨臨界CO₂熱泵系統中，因其在氣體冷卻器中的巨大溫度滑移，與制取高溫熱水完美匹配，具有公認的優良特性。但跨臨界CO₂熱泵系統本身由于較大的節流損失，導致其系統效率普遍偏低。

現有技術中，針對于跨臨界CO₂熱泵系統本身效率低的問題，主要的改進措施集中在改進系統形式，例如復疊式循環、雙級壓縮、增加過冷等方法，此外還有與其他系統進行耦合和采用混合工質等等。其中的部分技術雖然提高了系統性能，但是由于其系統結構復雜，額外增加了許多制造成本。同時跨臨界CO₂熱泵系統應用于我國北方時，需要考慮結霜問題，常用的加熱除霜方式成本較高，對普通居民用戶并不友好。

實用新型內容

本實用新型是為了克服現有技術中的不足，提供一種基于雙氣體冷卻器的跨臨界CO₂空氣源熱泵系統，實現供高溫熱水、供低溫熱水和地暖供暖的多功能組合；能夠保證CO₂熱泵循環在寒冷地區的高效穩定運行，同時解決了冬季翅片管式換熱器的結霜現象。

本實用新型為實現上述目的，通過以下技術方案實現，一種基于雙氣體冷卻器的跨臨界CO₂空氣源熱泵系統，包括跨臨界CO₂壓縮空氣源熱泵系統，其特征是：所述跨臨界CO₂壓縮空氣源熱泵系統與串聯的高溫級氣體冷卻器和低溫級氣體冷卻器連接，構成跨臨界CO₂空氣源熱泵的高溫級供熱水系統和低溫級供暖及供熱水系統。

所述高溫級供熱水系統包括依次連接的高溫級氣體冷卻器、第一水泵、第一蓄熱水箱和高溫級供熱水截止閥構成高溫級供熱水回路。

所述低溫級供暖及供熱水系統包括低溫級氣體冷卻器、第二水泵、供熱水截止閥、第二蓄熱水箱、低溫級供暖截止閥和地暖管，所述低溫級氣體冷卻器與第二水泵連接，所述低溫級供暖截止閥和地暖管連接構成低溫級供暖回路；所述供熱水截止閥和第二蓄熱水箱連接構成供熱水回路，第二水泵分別通過供熱水截止閥及低溫級供暖截止閥與供熱水回路和低溫級供暖回路并聯。

所述跨臨界CO₂壓縮空氣源熱泵系統的第一氣液分離器分別與第一除霜截止閥和第二除霜截止閥并聯，所述第二除霜截止閥與蒸發器構成除霜旁路，第一除霜截止閥與壓縮機連接。

所述高溫級供熱水系統的第一蓄熱水箱出水溫度為50-60℃。

所述低溫級供暖及供熱水系統的第二蓄熱水箱出水溫度和地暖管供暖溫度為40-45℃。