本發(fā)明涉及一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)和控制方法。

背景技術：

二氧化碳作為制冷劑而言，具有無毒、不燃、成本低廉、odp值為0、溫室效應很低等優(yōu)點；且其跨臨界循環(huán)的放熱過程伴隨有較大溫度滑移，與水加熱時的溫升相匹配，能夠一次性制取高達90℃的熱水，且其在低溫工況下下也能達到較高的能效比和熱水溫度。

目前二氧化碳熱泵的應用大多數(shù)局限于供應熱水，在供暖和循環(huán)制熱上很少使用，即便采用也多數(shù)是在二氧化碳熱泵進水溫度不超過40℃左右的工況下運行。針對一些采暖或烘干的應用場合，如果高溫熱水進入末端，末端出水溫度較末端進水溫度溫降不大，這樣的高溫回水容易導致氣冷器出口溫度過高，壓縮機排氣壓力和排氣溫度過高，對二氧化碳熱泵系統(tǒng)的可靠性和壽命有很大影響。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適合較高溫度供水的二氧化碳熱泵系統(tǒng)和控制方法

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)，其包括控制單元，所述控制單元能夠控制二氧化碳熱泵系統(tǒng)工作向外供熱或供應熱水，所述熱泵系統(tǒng)還包括二氧化碳循環(huán)回路、預冷補償管路和供熱水路，所述二氧化碳循環(huán)回路和預冷補償管路均用于供二氧化碳循環(huán)流通，所述供熱水路用于供水流通，

所述二氧化碳循環(huán)回路中設置有二氧化碳蒸發(fā)器、氣體冷卻器、二氧化碳壓縮機和二氧化碳流量的節(jié)流機構，所述二氧化碳蒸發(fā)器具有供二氧化碳流通的冷媒管路，所述氣體冷卻器中具有相鄰設置的二氧化碳通道和熱水通道，所述二氧化碳通道出口處設置有溫度傳感器，所述二氧化碳通道與所述冷媒管路連接，所述二氧化碳壓縮機的進口與所述冷媒管路的出口連接，所述二氧化碳壓縮機的出口與所述二氧化碳通道的進口連接，所述二氧化碳流量的節(jié)流機構的進口與所述二氧化碳通道的出口連接，所述氧化碳流量的節(jié)流機構的出口與所述冷媒管路的進口連接，所述二氧化碳流量的節(jié)流機構與所述二氧化碳通道的出口之間還設置有和第一閥門，所述二氧化碳通道中流通的二氧化碳能夠向外界釋放熱量，所述冷媒管路內流通的二氧化碳能夠吸收外界的熱量；

所述預冷補償管路中設置有第二閥門，所述預冷補償管路的兩端分別連接所述第一閥門的進口和出口，所述預冷補償管路的管路穿過二氧化碳蒸發(fā)器并與所述冷媒管路相鄰并相互換熱；

所述供熱水路具有供水進口和熱水出口，所述氣體冷卻器的熱水通道連接在所述供熱水路中，所述供熱水路中流通的水流經(jīng)熱水通道時吸收所述二氧化碳通道內流通的二氧化碳釋放的熱量升溫。

優(yōu)選地，冷媒管路在二氧化碳蒸發(fā)器內沿左右方向來回穿梭并自上向下延伸，所述預冷補償管路的管路在二氧化碳蒸發(fā)器內穿設在上下相鄰的冷媒管路的間隙中。

優(yōu)選地，所述預冷補償管路的管路在二氧化碳蒸發(fā)器內盤旋地穿梭在上下相鄰的冷媒管路的間隙中形成盤管結構。

優(yōu)選地，所述二氧化碳通道出口、第一閥門進口和預冷補償管路進口之間通過三通接頭連接，所述預冷補償管路的出口、第一閥門出口和二氧化碳流量的節(jié)流機構的進口之間也通過三通接頭連接。

優(yōu)選地，所述控制單元與所述第一閥門、第二閥門和溫度傳感器連接，所述控制單元用于獲取所述溫度傳感器檢測所述二氧化碳通道出口的二氧化碳溫度，所述控制單元還用于控制第一閥門和第二閥門的啟閉。

一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)的控制方法，用于控制上述的的二氧化碳熱泵系統(tǒng)，其包括：

獲取所述二氧化碳通道出口的二氧化碳溫度和系統(tǒng)內設定的比較溫度；

比較二氧化碳溫度和比較溫度的高低，得到溫度比較結果，所述溫度比較結果包括第一比較結果和第二比較結果，所述第一比較結果為二氧化碳溫度大于比較溫度，所述第二比較結果為二氧化碳溫度小于等于比較溫度；

響應于第一比較結果，執(zhí)行第一模式動作，所述第一模式動作包括：控制第一閥門關閉，控制第二閥門開啟，二氧化碳通道出口流出的二氧化碳流經(jīng)預冷補償管路與部分冷媒管路換熱后再流向二氧化碳流量的節(jié)流機構；

響應于第二比較結果，執(zhí)行第一模式動作或第二模式動作，所述第二模式動作包括：控制第一閥門開啟，控制第二閥門關閉，二氧化碳通道出口流出的二氧化碳直接流向二氧化碳流量的節(jié)流機構。

優(yōu)選地，所述比較溫度為常數(shù)或與二氧化碳循環(huán)回路中的多個系統(tǒng)參數(shù)相關的變量。

由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點：

本發(fā)明在二氧化碳蒸發(fā)器上設置預冷補償管路，通過檢測氣體冷卻器冷媒側出口溫度，針對需要降低氣體冷卻器的二氧化碳通道出口溫度的工況，氣體冷卻器的二氧化碳通道出口冷媒通過預冷補償管路進入二氧化碳蒸發(fā)器進行預冷，而后再進入節(jié)流機構。能夠有效精準地補償系統(tǒng)在供水（回水）溫度過高時的效率衰減，從而降低了氣體冷卻器出口溫度，進一步過冷。

本發(fā)明通過降低氣體冷卻器的二氧化碳通道出口溫度，可有效降低二氧化碳冷媒在進入節(jié)流機構前的溫度，從而降低系統(tǒng)排氣溫度、排氣壓力，減輕壓縮機在高溫供水（回水）工況下的負荷，延長系統(tǒng)使用壽命。

本發(fā)明的氣體冷卻器的二氧化碳通道出口冷媒進入二氧化碳蒸發(fā)器進行預冷，可提升二氧化碳蒸發(fā)器中二氧化碳蒸發(fā)溫度，提高蒸發(fā)效率，特別在易結霜環(huán)境中進行預冷可有效延緩積霜，延長在易結霜環(huán)境中系統(tǒng)有效制熱時間，提升系統(tǒng)運行效率。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明二氧化碳熱泵系統(tǒng)結構原理圖。

以上附圖中：1、二氧化碳壓縮機；2、氣體冷卻器；3、節(jié)流機構；4、二氧化碳蒸發(fā)器；5、第二閥門；6、第一閥門；7、溫度傳感器；21、二氧化碳通道；22、熱水通道；100、二氧化碳循環(huán)回路；101、預冷補償管路；102、供熱水路。

具體實施方式

下面結合附圖所示的實施例對本發(fā)明作進一步描述：

參見附圖1所示，一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)，其包括控制單元（圖中未表示）、二氧化碳循環(huán)回路100、預冷補償管路101和供熱水路102，控制單元能夠控制二氧化碳熱泵系統(tǒng)工作向外供熱或供應熱水，本實施例中所述的控制單元為現(xiàn)有的常見控制器，比如plc，控制單元并非本申請的技術要點，此處不展開詳述，以現(xiàn)有能夠實現(xiàn)控制功能的結構為準。

二氧化碳循環(huán)回路100和預冷補償管路101均用于供二氧化碳循環(huán)流通，供熱水路102用于供水流通。

二氧化碳循環(huán)回路100中設置有二氧化碳蒸發(fā)器4、氣體冷卻器2、二氧化碳壓縮機1和二氧化碳流量的節(jié)流機構3，二氧化碳蒸發(fā)器4具有供二氧化碳流通的冷媒管路，氣體冷卻器2中具有相鄰設置的二氧化碳通道21和熱水通道22，二氧化碳通道21出口處設置有溫度傳感器7，二氧化碳通道21與冷媒管路連接，二氧化碳壓縮機1的進口與冷媒管路的出口連接，二氧化碳壓縮機1的出口與二氧化碳通道21的進口連接，二氧化碳流量的節(jié)流機構3的進口與二氧化碳通道21的出口連接，氧化碳流量的節(jié)流機構3的出口與冷媒管路的進口連接，二氧化碳流量的節(jié)流機構3與二氧化碳通道21的出口之間還設置有和第一閥門6，二氧化碳通道21中流通的二氧化碳能夠向外界釋放熱量，冷媒管路內流通的二氧化碳能夠吸收外界的熱量。

預冷補償管路101中設置有第二閥門5，預冷補償管路101的兩端分別連接第一閥門6的進口和出口，預冷補償管路101的管路穿過二氧化碳蒸發(fā)器4并與冷媒管路相鄰并相互換熱。具體地，冷媒管路在二氧化碳蒸發(fā)器4內沿左右方向來回穿梭并自上向下延伸，預冷補償管路101的管路在二氧化碳蒸發(fā)器4內盤旋地穿梭在上下相鄰的冷媒管路的間隙中形成盤管結構。這樣預冷補償管路101能夠與冷媒管路充分換熱。

供熱水路102具有供水進口和熱水出口，氣體冷卻器2的熱水通道22連接在供熱水路102中，供熱水路102中流通的水流經(jīng)熱水通道22時吸收二氧化碳通道21內流通的二氧化碳釋放的熱量升溫。

二氧化碳通道21出口、第一閥門6進口和預冷補償管路101進口之間通過三通接頭連接，預冷補償管路101的出口、第一閥門6出口和二氧化碳流量的節(jié)流機構3的進口之間也通過三通接頭連接。

控制單元與第一閥門6、第二閥門5和溫度傳感器7連接，控制單元用于獲取溫度傳感器7檢測二氧化碳通道21出口的二氧化碳溫度，控制單元還用于控制第一閥門6和第二閥門5的啟閉。本實施例中，第一閥門6、第二閥門5均采用電磁閥。

一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)的控制方法，用于控制上述的二氧化碳熱泵系統(tǒng)，其包括：

通過控制單元獲取溫度傳感器7檢測的二氧化碳通道21出口的二氧化碳溫度，以及獲取系統(tǒng)內設定的比較溫度；本實施例中，比較溫度為常數(shù)或與二氧化碳循環(huán)回路100中的壓力、溫度或時間參數(shù)相關的變量。

比較二氧化碳溫度和比較溫度的高低，得到溫度比較結果，溫度比較結果包括第一比較結果和第二比較結果，第一比較結果為二氧化碳溫度大于比較溫度，第二比較結果為二氧化碳溫度小于等于比較溫度。

響應于第一比較結果，執(zhí)行第一模式動作，第一模式動作包括：控制第一閥門6關閉，控制第二閥門5開啟，二氧化碳通道21出口流出的二氧化碳流經(jīng)預冷補償管路101與部分冷媒管路換熱后再流向二氧化碳流量的節(jié)流機構3；

響應于第二比較結果，執(zhí)行第一模式動作或第二模式動作，第二模式動作包括：控制第一閥門6開啟，控制第二閥門5關閉，二氧化碳通道21出口流出的二氧化碳直接流向二氧化碳流量的節(jié)流機構3。

本實施例與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

本實施例在二氧化碳蒸發(fā)器4上設置預冷補償管路101，通過檢測氣體冷卻器2的二氧化碳通道21出口溫度，針對需要降低氣體冷卻器2的二氧化碳通道21的出口溫度的工況，氣體冷卻器2的二氧化碳通道21的出口冷媒通過預冷補償管路101進入二氧化碳蒸發(fā)器4進行預冷，而后再進入節(jié)流機構3。能夠有效精準地補償系統(tǒng)在供水（回水）溫度過高時的效率衰減，從而降低了氣體冷卻器2出口溫度，進一步過冷。

本實施例通過降低氣體冷卻器2的二氧化碳通道21的出口溫度，可有效降低二氧化碳冷媒在進入節(jié)流機構3前的溫度，從而降低系統(tǒng)排氣溫度、排氣壓力，減輕二氧化碳壓縮機1在高溫供水（回水）工況下的負荷，延長系統(tǒng)使用壽命。

本實施例的氣體冷卻器2的二氧化碳通道21的出口的冷媒進入二氧化碳蒸發(fā)器4進行預冷，可提升二氧化碳蒸發(fā)器4中二氧化碳蒸發(fā)溫度，提高蒸發(fā)效率，特別在易結霜環(huán)境中進行預冷可有效延緩積霜，延長在易結霜環(huán)境中系統(tǒng)有效制熱時間，提升系統(tǒng)運行效率。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。