專利名稱：可調(diào)節(jié)式串聯(lián)CO₂熱泵循環(huán)裝置與循環(huán)方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱泵循環(huán)方式，尤其涉及一種可調(diào)節(jié)式串聯(lián)CO2熱泵循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
能源和環(huán)境問題是當代人類面臨的兩個重大社會問題。能源是促進經(jīng)濟發(fā)展的 動力，是人類社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。但隨著世界經(jīng)濟和人口的迅速增長，能源消耗急劇增 力口。能源的過度開發(fā)與消費累計的效應(yīng)，產(chǎn)生了制約經(jīng)濟發(fā)展和影響人類生存的環(huán)境問題， 溫室氣體的排放所引起的氣候變化已對全球生態(tài)和人類社會發(fā)展構(gòu)成了嚴重挑戰(zhàn)。溫室效 應(yīng)以及臭氧層破壞等已成為制約我國經(jīng)濟 協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展的重要環(huán)境因素。建筑耗能對溫室 氣體的排放有著重要的影響。以日本為例，在所有溫室氣體相當于CO2的排放量中，建設(shè)業(yè) 占41. 3 %，其中建筑業(yè)占32. 9 %。在建筑能耗中，采暖和空調(diào)占主要比例，一般為50 % 70%，所以空調(diào)節(jié)能，及循環(huán)方式的改進，對能源發(fā)展和環(huán)境有著重要的影響。目前，所使用的空調(diào)系統(tǒng)中，采用傳統(tǒng)循環(huán)方式，由一個冷凝器、一個蒸發(fā)器、一個 壓縮機、一個節(jié)流閥組成，僅是實現(xiàn)建筑的制冷與供暖功能。并且家庭用生活熱水大部分均 由環(huán)境溫度開始采用電加熱或燃氣加熱方式獲得，大大消耗高品質(zhì)能源、一次能源。此外， 傳統(tǒng)空調(diào)所使用的人工制冷劑，對溫室效應(yīng)以及臭氧層的破壞都有著不良的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種可調(diào)節(jié)式串聯(lián)CO2熱泵循環(huán)裝置與循環(huán)方式， 該循環(huán)系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)空調(diào)的制冷供暖功能，還可以加熱生活熱水，將自來水從環(huán) 境溫度(一般為15°C )加熱到80°C，可以滿足一般熱水需求，如洗浴等。如需更高溫度，可 再通過其他方式(如電加熱、燃氣加熱等)?？梢詼p少高品質(zhì)能源的消耗，最終達到節(jié)能減 排的目的。此外，選擇一種適用的自然工質(zhì)CO2，替代高GWP (全球變暖潛能值)或高ODP (臭 氧潛能值)人工工質(zhì)，如R11、R22等氟利昂的系列鹵代烴化合物，而天然工質(zhì)的最大優(yōu)點 在于其GWP值及ODP值約為0，不會對環(huán)境造成危害，并具有優(yōu)良熱力性能及經(jīng)濟性，從而達 到減少對溫室效應(yīng)、臭氧層破壞的影響。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明可調(diào)節(jié)式串聯(lián)CO2熱泵循環(huán)裝置予以實現(xiàn)的技術(shù) 方案是該循環(huán)裝置包括順次連接的一個節(jié)流閥、一個蒸發(fā)器和一個壓縮機，所述壓縮機與 所述節(jié)流閥之間串聯(lián)有第一冷凝器和第二冷凝器后形成一循環(huán)回路，循環(huán)工質(zhì)采用CO2氣 體；所述第一冷凝器連接到自來水系統(tǒng)，所述第一冷凝器與自來水系統(tǒng)之間設(shè)置有第一進 水閥門和第一出水閥門；所述第二冷凝器連接到空調(diào)系統(tǒng)，所述第二冷凝器與空調(diào)系統(tǒng)之 間設(shè)置有第二進水閥門和第二出水閥門；所述第一冷凝器的進水口與所述第二冷凝器的出 水口之間設(shè)有第五閥門；所述第一冷凝器的出水口與所述第二冷凝器的出水口之間設(shè)有第 六閥門；所述蒸發(fā)器連接到一換熱系統(tǒng)，所述換熱系統(tǒng)與所述蒸發(fā)器之間設(shè)置有第三進水 閥門和第三出水閥門；所述第二冷凝器的出水口與所述換熱系統(tǒng)的出水口相連形成第一旁 支路，所述第二冷凝器的進水口與所述換熱系統(tǒng)的進水口相連形成第二旁支路，所述第一旁支路和第二旁支路上分別設(shè)置第七閥門和第八閥門；所述蒸發(fā)器的進水口與所述空調(diào)系統(tǒng)的進水口相連形成第三旁支路，所述蒸發(fā)器的出水口與所述空調(diào)系統(tǒng)的出水口相連形成 第四旁支路，所述第三旁支路和第四旁支路上分別設(shè)置第九閥門和第十閥門。利用上述熱泵循環(huán)裝置通過控制各閥門的狀態(tài)以實現(xiàn)供暖或制冷循環(huán)，其中實現(xiàn)供暖工況的步驟如下(1-1)開啟該循環(huán)裝置之前，各閥門的狀態(tài)是所述第 一進水閥門、第一出水閥門、第二進水閥門、第二出水閥門、第三進水閥門以及第三出水閥 門均為開啟狀態(tài)；所述第五閥門、第六閥門、第七閥門、第八閥門、第九閥門和第十閥門均為 關(guān)閉狀態(tài)；開啟該循環(huán)裝置；(1-2)控制第一冷凝器將自來水從室溫加熱到80°C，并將所產(chǎn) 生的熱水存儲到一水箱中；與此同時，控制第二冷凝器將空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)水從室溫加熱到 55°C;(l-3)當水箱滿時，關(guān)閉第一進水閥門和第一出水閥門，開啟第五閥門和第六閥門，從 而同時利用串聯(lián)的第一冷凝器和第二冷凝器加熱空調(diào)循環(huán)水；當水箱水位到達一設(shè)定的最 低極限值時，重新開啟第一進水閥門和第一出水閥門，并關(guān)閉第五閥門和第六閥門；(1-4) 是否結(jié)束工作，若.F.，返回上述步驟(1-2)；若.T.，關(guān)閉循環(huán)裝置；實現(xiàn)制冷工況的步驟如下(2-1)開啟該循環(huán)裝置之前，各閥門的狀態(tài)是所述第 一進水閥門、第一出水閥門、第七閥門、第八閥門、第九閥門和第十閥門為開啟狀態(tài)，第二進 水閥門、第二出水閥門、第三進水閥門、第三出水閥門、第五閥門和第六閥門均為關(guān)閉狀態(tài)， 然后，開啟該循環(huán)裝置；(2-2)控制第一冷凝器將自來水從室溫加熱到80°C，并將所產(chǎn)生的 熱水存儲到一水箱中；與此同時，控制蒸發(fā)器將空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)水從室溫冷卻到7°C; (2-3) 當水箱滿時，關(guān)閉第一進水閥門和第一出水閥門，開啟第五閥門和第六閥門，從而同時利用 串聯(lián)的第一冷凝器和第二冷凝器加熱換熱器循環(huán)水；當水箱水位到達一設(shè)定的最低極限值 時，重新開啟自來水系統(tǒng)與第一冷凝器之間的第一進水閥門和第一出水閥門，并關(guān)閉第五 閥門和第六閥門；(2-4)是否結(jié)束工作，若.F.，返回上述步驟(2-2)；若.T.，關(guān)閉循環(huán)裝 置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)由于本發(fā)明熱泵循環(huán)裝置采用的是兩個串聯(lián)的冷凝器。在供暖工況下，兩個冷 凝器分別為熱水冷凝器和空調(diào)冷凝器，其中，熱水冷凝器主要是將自來水從室溫(如15°C ) 加熱到80°C，產(chǎn)生的熱水可以儲存在水箱供生活熱水。而空調(diào)冷凝器則向室內(nèi)供暖，并可以 將循環(huán)水從室溫(如15°C )加熱到55°C，在制冷工況下，熱水冷凝器同上所述，蒸發(fā)器則與 空調(diào)系統(tǒng)相連，將空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)水從室溫冷卻到7°C。由本發(fā)明循環(huán)裝置與循環(huán)方式構(gòu)成 的循環(huán)系統(tǒng)既可滿足自來水供水系統(tǒng)中生活熱水的需要，又可實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的制冷供暖功 能。(2)本發(fā)明循環(huán)系統(tǒng)中采用自然工質(zhì)CO2作為循環(huán)工質(zhì)，該工質(zhì)易于獲得，使用方 便，安全可靠。而且可以回收再利用工廠排放的CO2，從而達到減少對溫室效應(yīng)、臭氧層破壞 的影響。(3)本發(fā)明循環(huán)系統(tǒng)能廣泛應(yīng)用于目前的空調(diào)系統(tǒng)中。


附圖是本發(fā)明可調(diào)節(jié)式串聯(lián)CO2熱泵循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。圖中
1—節(jié)流閥2—蒸發(fā)器3——壓縮機4——第一冷凝器41——第一進水閥門42——第一出水閥門5——第二冷凝器51——第二進水閥門52——第二出水閥門45——第五閥門46——第六閥門8——換熱系統(tǒng)81——第三出水閥門82——第三進水閥門83——第七閥門84——第八閥門85——第九閥門86——第十閥門
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細地描述。如附圖所示，本發(fā)明一種可調(diào)節(jié)式串聯(lián)CO2熱泵循環(huán)裝置，包括順次連接的一個節(jié) 流閥1、一個蒸發(fā)器2和一個壓縮機3，所述壓縮機3與所述節(jié)流閥1之間串聯(lián)有第一冷凝 器4和第二冷凝器5后形成一循環(huán)回路，循環(huán)工質(zhì)采用CO2氣體；所述第一冷凝器4連接到 自來水系統(tǒng)6，所述第一冷凝器4與自來水系統(tǒng)6之間設(shè)置有第一進水閥門41和第一出水 閥門42 ；所述第二冷凝器5連接到空調(diào)系統(tǒng)7，所述第二冷凝器5與空調(diào)系統(tǒng)7之間設(shè)置有 第二進水閥門51和第二出水閥門52 ；所述第一冷凝器4的進水口與所述第二冷凝器5的 出水口之間設(shè)有第五閥門45 ；所述第一冷凝器4的出水口與所述第二冷凝器5的出水口之 間設(shè)有第六閥門46 ；所述蒸發(fā)器2連接到一換熱系統(tǒng)8，所述換熱系統(tǒng)8與所述蒸發(fā)器2之 間設(shè)置有第三進水閥門81和第三出水閥門82.所述第二冷凝器5的出水口與所述換熱系統(tǒng)8的出水口相連形成第一旁支路，所 述第二冷凝器5的進水口與所述換熱系統(tǒng)8的進水口相連形成第二旁支路，所述第一旁支 路和第二旁支路上分別設(shè)置第七閥門83和第八閥門84 ；所述蒸發(fā)器2的進水口與所述空 調(diào)系統(tǒng)7的進水口相連形成第三旁支路，所述蒸發(fā)器2的出水口與所述空調(diào)系統(tǒng)7的出水 口相連形成第四旁支路，所述第三旁支路和第四旁支路上分別設(shè)置第九閥門85和第十閥 門86。利用上述熱泵循環(huán)裝置實現(xiàn)可調(diào)節(jié)式串聯(lián)CO2熱泵循環(huán)的步驟是在供暖工況下，(1-1)開啟該循環(huán)裝置之前，各閥門的狀態(tài)是所述第一進水閥門41、第一出水閥 門42、第二進水閥門51、第二出水閥門52、第三進水閥門82以及第三出水閥門81均為開 啟狀態(tài)；所述第五閥門45、第六閥門46、第七閥門83、第八閥門84、第九閥門85和第十閥門 86均為關(guān)閉狀態(tài)；開啟該循環(huán)裝置；(1-2)控制第一冷凝器4將自來水從室溫15°C加熱到80°C，并將所產(chǎn)生的熱水存 儲到一水箱中；與此同時，控制第二冷凝器4將空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)水從室溫15°C加熱到55°C;(1-3)當水箱滿時，關(guān)閉第一進水閥門41和第一出水閥門42，開啟第五閥門45和 第六閥門46，從而同時利用串聯(lián)的第一冷凝器4和第二冷凝器5加熱空調(diào)循環(huán)水；當水箱 水位到達一設(shè)定的最低極限值時，重新開啟第一進水閥門41和第一出水閥門42，并關(guān)閉第 五閥門45和第六閥門46 ；(1-4)是否結(jié)束工作，若.F.，返回上述步驟(1-2)；若.T.，關(guān)閉循環(huán)裝置；在制冷工況下，(2-1)開啟該循環(huán)裝置之前，各閥門的狀態(tài)是所述第一進水閥門41、第一出水閥門42、第七閥門83、第八閥門84、第九閥門85和第十閥門86為開啟狀態(tài)，第二進水閥門51、 第二出水閥門52、第三進水閥門81、第三出水閥門82、第五閥門45和第六閥門46均為關(guān)閉 狀態(tài)，然后，開啟該循環(huán)裝置；(2-2)控制第一冷凝器4將自來水從室溫15°C加熱到80°C，并將所產(chǎn)生的熱水存 儲到一水箱中；與此同時，控制蒸發(fā)器2將空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)水從室溫15°C冷卻到7°C ；
(2-3)當水箱滿時，關(guān)閉第一進水閥門41和第一出水閥門42，開啟第五閥門45和 第六閥門46，從而同時利用串聯(lián)的第一冷凝器4和第二冷凝器6加熱換熱器循環(huán)水；當水 箱水位到達一設(shè)定的最低極限值時，重新開啟自來水系統(tǒng)與第一冷凝器4之間的第一進水 閥門41和第一出水閥門42，并關(guān)閉第五閥門45和第六閥門46 ；(2-4)是否結(jié)束工作，若.F.，返回上述步驟(2-2)；若.T.，關(guān)閉循環(huán)裝置。當然，完成上述循環(huán)過程，與循環(huán)系統(tǒng)配套的設(shè)有一些諸如溫度傳感器、水位傳感 器等控制部件，至于這些控制部件的選型、連接關(guān)系等是本領(lǐng)域內(nèi)公知的常識，本領(lǐng)域內(nèi)普 通技術(shù)人員在本發(fā)明循環(huán)系統(tǒng)所能實現(xiàn)的循環(huán)方式的啟發(fā)下，均無需付出創(chuàng)造性的勞動即 可獲得。還有，對于節(jié)流閥1的開啟程度一般是視水壓(水流)而定，這是毋庸置疑的。本發(fā)明循環(huán)系統(tǒng)既可滿足生活熱水的需要，又可實現(xiàn)制冷供暖功能。其中，第一冷 凝器作為供應(yīng)熱水的冷凝器，第二冷凝器則作為提供人工環(huán)境的空調(diào)冷凝器，為室內(nèi)供暖。 產(chǎn)生的熱水可以儲存在水箱供生活熱水，當儲水箱滿時，可通過有關(guān)閥門的開閉，使兩個串 聯(lián)的冷凝器共同作用于室內(nèi)空調(diào)。此外可以將企業(yè)中排放的CO2回收再利用，作為熱泵的 循環(huán)工質(zhì)。盡管上面結(jié)合圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方 式，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā) 明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保 護之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種可調(diào)節(jié)式串聯(lián)CO2熱泵循環(huán)裝置，包括順次連接的一個節(jié)流閥(1)、一個蒸發(fā)器(2)和一個壓縮機(3)，其特征在于，所述壓縮機(3)與所述節(jié)流閥(1)之間串聯(lián)有第一冷凝器(4)和第二冷凝器(5)后形成一循環(huán)回路，循環(huán)工質(zhì)采用CO2氣體；所述第一冷凝器(4)連接到自來水系統(tǒng)(6)，所述第一冷凝器(4)與自來水系統(tǒng)(6)之間設(shè)置有第一進水閥門(41)和第一出水閥門(42)；所述第二冷凝器(5)連接到空調(diào)系統(tǒng)(7)，所述第二冷凝器(5)與空調(diào)系統(tǒng)(7)之間設(shè)置有第二進水閥門(51)和第二出水閥門(52)；所述第一冷凝器(4)的進水口與所述第二冷凝器(5)的出水口之間設(shè)有第五閥門(45)；所述第一冷凝器(4)的出水口與所述第二冷凝器(5)的出水口之間設(shè)有第六閥門(46)；所述蒸發(fā)器(2)連接到一換熱系統(tǒng)(8)，所述換熱系統(tǒng)(8)與所述蒸發(fā)器(2)之間設(shè)置有第三進水閥門(81)和第三出水閥門(82)；所述第二冷凝器(5)的出水口與所述換熱系統(tǒng)(8)的出水口相連形成第一旁支路，所述第二冷凝器(5)的進水口與所述換熱系統(tǒng)(8)的進水口相連形成第二旁支路，所述第一旁支路和第二旁支路上分別設(shè)置第七閥門(83)和第八閥門(84)；所述蒸發(fā)器(2)的進水口與所述空調(diào)系統(tǒng)(7)的進水口相連形成第三旁支路，所述蒸發(fā)器(2)的出水口與所述空調(diào)系統(tǒng)(7)的出水口相連形成第四旁支路，所述第三旁支路和第四旁支路上分別設(shè)置第九閥門(85)和第十閥門(86)。
2.一種可調(diào)節(jié)式串聯(lián)CO2熱泵循環(huán)方法，其特征在于，利用如權(quán)利要求1所述熱泵循環(huán) 裝置通過控制各閥門的狀態(tài)以實現(xiàn)供暖或制冷循環(huán)，其中實現(xiàn)供暖工況的步驟如下(1-1)開啟該循環(huán)裝置之前，各閥門的狀態(tài)是所述第一進水閥門(41)、第一出水閥門 (42)、第二進水閥門(51)、第二出水閥門(52)、第三進水閥門(82)以及第三出水閥門(81) 均為開啟狀態(tài)；所述第五閥門(45)、第六閥門(46)、第七閥門(83)、第八閥門(84)、第九閥 門(85)和第十閥門(86)均為關(guān)閉狀態(tài)；開啟該循環(huán)裝置；(1-2)控制第一冷凝器(4)將自來水從室溫加熱到80°C，并將所產(chǎn)生的熱水存儲到一 水箱中；與此同時，控制第二冷凝器(4)將空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)水從室溫加熱到55°C ；(1-3)當水箱滿時，關(guān)閉第一進水閥門(41)和第一出水閥門(42)，開啟第五閥門(45) 和第六閥門(46)，從而同時利用串聯(lián)的第一冷凝器(4)和第二冷凝器(5)加熱空調(diào)循環(huán) 水；當水箱水位到達一設(shè)定的最低極限值時，重新開啟第一進水閥門(41)和第一出水閥門 (42)，并關(guān)閉第五閥門(45)和第六閥門(46)；(1-4)是否結(jié)束工作，若.F.，返回上述步驟(12)；若.T.，關(guān)閉循環(huán)裝置； 實現(xiàn)制冷工況的步驟如下(2-1)開啟該循環(huán)裝置之前，各閥門的狀態(tài)是所述第一進水閥門(41)、第一出水閥門 (42)、第七閥門(83)、第八閥門(84)、第九閥門(85)和第十閥門(86)為開啟狀態(tài)，第二進 水閥門(51)、第二出水閥門(52)、第三進水閥門(81)、第三出水閥門(82)、第五閥門(45) 和第六閥門(46)均為關(guān)閉狀態(tài)，然后，開啟該循環(huán)裝置；(2-2)控制第一冷凝器(4)將自來水從室溫加熱到80°C，并將所產(chǎn)生的熱水存儲到一 水箱中；與此同時，控制蒸發(fā)器(2)將空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)水從室溫冷卻到7°C ； (2-3)當水箱滿時，關(guān)閉第一進水閥門(41)和第一出水閥門(42)，開啟第五閥門(45) 和第六閥門(46)，從而同時利用串聯(lián)的第一冷凝器(4)和第二冷凝器(6)加熱換熱器循環(huán) 水；當水箱水位到達一設(shè)定的最低極限值時，重新開啟自來水系統(tǒng)與第一冷凝器(4)之間 的第一進水閥門(41)和第一出水閥門(42)，并關(guān)閉第五閥門(45)和第六閥門(46)； (2-4)是否結(jié)束工作，若.F.，返回上述步驟(2-2)；若.T.，關(guān)閉循環(huán)裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可調(diào)節(jié)式串聯(lián)CO2熱泵循環(huán)裝置，包括順次連接的一個節(jié)流閥、一個蒸發(fā)器和一個壓縮機，壓縮機與節(jié)流閥之間串聯(lián)有第一冷凝器和第二冷凝器后形成一循環(huán)回路，循環(huán)工質(zhì)采用CO2氣體；第一冷凝器連接到自來水系統(tǒng)，第二冷凝器連接到空調(diào)系統(tǒng)，第一冷凝器的進水口與第二冷凝器的出水口之間設(shè)有第五閥門；第一冷凝器的出水口與第二冷凝器的出水口之間設(shè)有第六閥門；蒸發(fā)器連接到一換熱系統(tǒng)，第二冷凝器與換熱系統(tǒng)之間連接有第一旁支路和第二旁支路；蒸發(fā)器與空調(diào)系統(tǒng)之間連接有第三旁支路和第四旁支路，第一、二、三和四旁支路上分別設(shè)置閥門。通過設(shè)置各閥門的通止狀態(tài)，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)空調(diào)的制冷供暖及生活熱水，能廣泛應(yīng)用于住宅、生產(chǎn)中。
文檔編號F25B30/02GK101881527SQ20101022719
公開日2010年11月10日 申請日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者朱強, 趙軍, 高原原 申請人:天津大學(xué)