[发明专利]一种制热/制冷能量平衡的CO2热泵系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明属于热能转换和利用技术领域，它涉及天然工质CO2热泵系统。

背景技术

当今世界经济发展迅速，世界各国废气及温室气体排放量快速增加，给世界人民的生存环境带来了严重威胁。因此大力发展可再生能源和清洁能源受到了各国政府的高度重视，各国政府相继出台了对可再生能源和清洁能源的支持和扶持政策，极大地推动了新能源产业的快速发展。CO2热泵以它对环境非常友好、效率高、能量来源广泛、体积小等优点在发达国家受到政府及冷、热行业的高度重视。众多研究机构、院校、企业相继投入大量资金开发研制。传统的热泵系统如图1所示，主要由用管路连接成一回路的CO2压缩机、热水换热器、膨胀装置以及蒸发器组成。目前已有的CO2热泵系统主要分为空气源或者水源两种：空气源CO2热泵利用空气作为能量源(即蒸发器采用空气换热器)；水源CO2热泵利用水作为能量源(即蒸发器采用热水换热器)。在这里，无论是使用空气换热器，还是使用冷水换热器，通过热泵的运行在冷凝器中所能获得的制热量取决于空气源或者水源的能量，当其能量来源出现问题时，没有调节能力，即当其空气(或者冷水)流量以及稳定性出现问题时，热泵系统会损失其效率和制热、制冷能力。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种制热/制冷能量平衡的CO2热泵系统及其实现方法，本发明同时设置空气换热器和冷冻水换热器，两个换热器在CO2热泵中并联工作运行，通过制冷剂分配器，可以有效调节流经空气换热器和冷冻水换热器的流量，这样即使当空气(或者冷水)的流量以及稳定性出现问题时，通过调节制冷剂的流量分配，热泵系统也不会损失其效率和制热、制冷能力，从而能够实现有效平衡制热/制冷量。

本发明提出的一种制热/制冷能量平衡的CO2热泵系统，其特征在于，该系统包括用管路连接成一制热/制冷能量平衡回路的CO2压缩机、热水换热器、膨胀装置、冷剂分配器、空气热交换器；冷水换热器，还包括控制系统、温度传感器；其中冷水换热器与空气换热器在该回路中并联；制冷剂分配器同时与空气换热器和冷水换热器的制冷剂入口相连，所述温度传感器安装在冷水换热器水侧的出口处，所述控制系统分别与温度传感器、制冷剂分配器相连；通过控制系统调节制冷剂分配器开度，以控制流入空气换热器或冷水换热器制冷剂流量来实现不同的制热、制冷量达到制热、制冷量的平衡；或通过控制系统调节制冷剂分配器只流入空气热交换器实现单制热，或只流入冷水热交换器实现单制冷。

本发明提出采用上述装置的采用实现制热/制冷能量平衡的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预先设定冷水换热器水侧出口温度允许的温度范围；

2)CO2热泵系统工作时，控制系统时实检测冷水换热器水侧出口处的温度；

3)根据检测到的温度与预先设定的允许的温度范围的比较结果，控制制冷剂的流向和流量。

本发明的特点及有益效果：通过本发明可以充分利用水源能量以及空气源中的能量，并且能够实现两者之间的互相调节，可以高效地完成制热以及制冷量的平衡.通过本发明的应用，可以提高热泵系统的效率，更充分地满足用户的需求.

附图说明

图1为传统CO2热泵系统结构及工作流程示意图；

图2为本发明的CO2热泵系统结构及工作流程示意图；

图3本发明的制冷剂分配器分配剂流量的逻辑分配关系；

图4为本发明的CO2热泵系统结构实施例及工作流程示意图；

图5为本发明的CO2收集器结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种制热/制冷能量平衡的CO2热泵系统及其实现方法，结合附图及实施例详细说明如下：

本发明中的提出的一种制热/制冷能量平衡的CO2热泵系统结构如图2所示，该系统包括用管路(图中用实线表示)连接成一制热/制冷能量平衡回路的CO2压缩机、热水换热器、膨胀装置、冷剂分配器、空气热交换器；冷水换热器，还包括控制系统、温度传感器；其中冷水换热器与空气换热器在该回路中并联；制冷剂分配器同时与空气换热器和冷水换热器的制冷剂入口相连，所述温度传感器安装在冷水换热器水侧的出口处(或安装在空气热交换器侧的出口处)，所述控制系统分别与温度传感器、制冷剂分配器相连；通过控制系统调节制冷剂分配器开度，以控制流入空气换热器或冷水换热器制冷剂流量来实现不同的制热、制冷量达到制热、制冷量的平衡；或通过控制系统调节制冷剂分配器只流入空气热交换器实现单制热，或只流入冷水热交换器实现单制冷。