本實用新型屬于熱能轉(zhuǎn)換和利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的熱泵供水系統(tǒng)多數(shù)采用空氣源或水源熱泵熱水器(也稱空氣能或水能熱水器)，通常是把空氣中或水中的低溫?zé)崃课者M來，然后通過壓縮機壓縮后升溫增壓，再通過換熱器轉(zhuǎn)化給水加熱，壓縮后的高溫?zé)崮芤源藖砑訜崂渌蛊渖郎貜亩_到制取熱水的目的。但是如果室外環(huán)境空氣溫度較低時，空氣源熱泵蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑質(zhì)量流量會降到很低的值，造成空氣源熱泵從室外環(huán)境空氣溫度中能吸收的熱量很有限，最終導(dǎo)致熱泵的工作效率降低，研究表明，當室外環(huán)境溫度低于-15℃時，空氣源熱泵性能衰減明顯，以冷媒為R410A為例，其熱泵系統(tǒng)只能適應(yīng)-25℃以上的環(huán)境溫度，并且在該溫度條件下能制出的熱水只能達到55℃，在-15℃時性能便衰減為原來的一半，空氣源熱泵在低溫溫度條件下能制出的熱量滿足不了恒溫?zé)崴?yīng)的需求。
由于現(xiàn)有技術(shù)中的熱泵供水系統(tǒng)存在在低溫環(huán)境溫度下性能衰減嚴重，制取出的熱水溫度不高等的技術(shù)問題，因此本實用新型研究設(shè)計出一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
因此，本實用新型要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的熱泵供水系統(tǒng)存在在低溫環(huán)境溫度下性能衰減嚴重的缺陷，從而提供一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)。
本實用新型提供一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)，其包括復(fù)疊相接的第一熱泵系統(tǒng)和第二熱泵系統(tǒng)，其中所述第一熱泵系統(tǒng)為高溫級，其包括第一壓縮機、冷凝器和第一節(jié)流裝置；所述第二熱泵系統(tǒng)為低溫級，其包括第二壓縮機、氣體冷卻器、高壓蒸發(fā)器和第二節(jié)流裝置；
所述第一熱泵系統(tǒng)與所述第二熱泵系統(tǒng)通過蒸發(fā)冷凝器復(fù)疊組合在一起，其中所述第一熱泵系統(tǒng)通過所述蒸發(fā)冷凝器吸熱，所述第二熱泵系統(tǒng)通過所述蒸發(fā)冷凝器放熱。
優(yōu)選地，所述氣體冷卻器設(shè)置在所述蒸發(fā)冷凝器的制冷劑上游端。
優(yōu)選地，所述冷凝器設(shè)置為與低溫水管路進行換熱；所述氣體冷卻器設(shè)置為與中溫水管路進行換熱。
優(yōu)選地，所述低溫水管路包括低溫進水端和中溫出水端，其中所述中溫出水端分支為第一路和第二路兩個支路，所述第二路與所述中溫水管路的中溫進水端相連。
優(yōu)選地，所述中溫水管路的高溫出水端與所述第一路通過混水閥連接至高溫水用水需求端。
優(yōu)選地，所述中溫出水端通過設(shè)置分水閥將其分支為第一路和第二路兩個支路；且在所述低溫水管路上還設(shè)置有水泵。
優(yōu)選地，所述第二熱泵系統(tǒng)中還設(shè)置有除霜支路，所述除霜支路的一端連接至所述氣體冷卻器和所述蒸發(fā)冷卻器之間，另一端連接至所述高壓蒸發(fā)器。
優(yōu)選地，在所述氣體冷卻器和蒸發(fā)冷凝器所在的管路上還設(shè)置有第一電磁閥；在所述除霜支路上還設(shè)置有第二電磁閥。
優(yōu)選地，所述除霜支路為為具有節(jié)流作用的管，且化霜時冷媒還通過氣體冷卻器從中溫水管路中吸熱。
優(yōu)選地，所述第一熱泵系統(tǒng)中采用R134A作為制冷劑，所述第二熱泵系統(tǒng)中采用R744作為制冷劑。
優(yōu)選地，當室外環(huán)境溫度T環(huán)≥-10℃時，控制所述第二熱泵系統(tǒng)在跨臨界狀態(tài)下循環(huán)；當室外環(huán)境溫度T環(huán)≤-10℃時，控制所述第二熱泵系統(tǒng)在亞臨界狀態(tài)下循環(huán)。
本實用新型提供的一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)具有如下有益效果：
1.通過本實用新型提供的一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中的熱泵供暖系統(tǒng)在低溫環(huán)境溫度下性能衰減嚴重的缺陷，使得系統(tǒng)性能穩(wěn)定且不會發(fā)生衰減、系統(tǒng)能效始終維持在較高的水平；
2.通過本實用新型提供的一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)，能夠使得系統(tǒng)可適應(yīng)-40℃以下的超低溫環(huán)境溫度且還能保持原有的性能；
3.通過本實用新型提供的一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)，能夠制取高達95℃以上的超高溫?zé)崴?/p>
4.通過本實用新型提供的一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)，能夠同時制取中溫水和高溫水，充分地利用了R744系統(tǒng)的高溫?zé)崃?，利用率可達95％；
5.通過本實用新型提供的一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)，還能夠有效地對系統(tǒng)中由于低溫帶來的結(jié)霜進行除霜作用，保證了超低溫?zé)岜霉┡到y(tǒng)在超低溫狀態(tài)下仍能安全可靠地運行，提高了系統(tǒng)的運行性能。
附圖說明
圖1是本實用新型的一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中附圖標記表示為：
11-第一壓縮機，12-冷凝器，13-第一節(jié)流裝置，14-第一電子油位平衡器，15-低壓儲液罐，16-第一氣液分離器，21-第二壓縮機，22-氣體冷卻器，23-高壓蒸發(fā)器，24-第二節(jié)流裝置，25-第一電磁閥，26-第二電子油位平衡器，27-回?zé)崞鳎?8-第二氣液分離器，3-蒸發(fā)冷凝器，4-低溫水管路，41-低溫進水端，42-中溫出水端，421-第一路，422-第二路，5-中溫水管路，51-中溫進水端，52-高溫出水端，6-除霜支路，61-第二電磁閥，7-水泵，8-分水閥，9-混水閥。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型提供一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)，其包括復(fù)疊相接的第一熱泵系統(tǒng)和第二熱泵系統(tǒng)，其中所述第一熱泵系統(tǒng)為高溫級，其包括第一壓縮機11、冷凝器12和第一節(jié)流裝置13；所述第二熱泵系統(tǒng)為低溫級，其包括第二壓縮機21、氣體冷卻器22、高壓蒸發(fā)器23和第二節(jié)流裝置24；
所述第一熱泵系統(tǒng)與所述第二熱泵系統(tǒng)通過蒸發(fā)冷凝器3復(fù)疊組合在一起，其中所述第一熱泵系統(tǒng)通過所述蒸發(fā)冷凝器3蒸發(fā)吸熱，所述第二熱泵系統(tǒng)通過所述蒸發(fā)冷凝器3冷卻放熱(即第一熱泵系統(tǒng)與第二熱泵循環(huán)系統(tǒng)共用所述蒸發(fā)冷凝器3)。
通過本實用新型的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)，采用復(fù)疊式的第一熱泵系統(tǒng)和第二熱泵系統(tǒng)，并在第二熱泵系統(tǒng)中采用氣體冷卻器和蒸發(fā)冷凝器兩級式放熱的連接方式，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中的熱泵供暖系統(tǒng)在低溫環(huán)境溫度下性能衰減嚴重的缺陷，使得系統(tǒng)性能穩(wěn)定且不會發(fā)生衰減、系統(tǒng)能效始終維持在較高的水平；能夠使得系統(tǒng)可適應(yīng)-40℃以下的超低溫環(huán)境溫度且還能保持原有的性能。
優(yōu)選地，所述氣體冷卻器22設(shè)置在所述蒸發(fā)冷凝器3的制冷劑上游端。這樣使得氣體冷卻器構(gòu)成為第一級冷卻器，蒸發(fā)冷凝器構(gòu)成為第二級冷卻器，形成二級串聯(lián)式的冷卻放熱方式，能夠有效利用第二熱泵系統(tǒng)的高排氣溫度從而產(chǎn)生高溫?zé)崴瑫r降低了蒸發(fā)冷凝器的功率和第一熱泵系統(tǒng)的能耗；能夠通過第一級冷卻器(氣體冷卻器)釋放高溫?zé)崃繉π枰獰崃坎课?如室內(nèi)、冷水水管等)進行放熱，以提高室內(nèi)環(huán)境氣溫或是制取熱水的水溫，且能夠通過蒸發(fā)冷凝器(第二級冷卻器)與第一熱泵循環(huán)系統(tǒng)進行換熱，具體地，由于第一熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度足夠低，從而有效降低了第二熱泵系統(tǒng)制冷劑的溫度，進而進過節(jié)流膨脹后能夠到達更低的溫度和保證制冷劑干度足夠低。
優(yōu)選地，所述冷凝器12設(shè)置為與低溫水管路4進行換熱；所述氣體冷卻器22設(shè)置為與中溫水管路5進行換熱。通過上述的設(shè)置方式能夠通過冷凝器對低溫水管路進行加熱從而制取中溫的水、通過氣體冷卻器對中溫水管路進行加熱從而制取高溫的水，從而能夠同時制取中溫水和高溫水，能夠適應(yīng)實際情況中各種對不同熱水溫度的需要。
優(yōu)選地，所述低溫水管路4包括低溫進水端41和中溫出水端42，其中所述中溫出水端42分支為第一路421和第二路422兩個支路，所述第一路421連接至中溫水用戶需求端，第二路422與所述中溫水管路5的中溫進水端51相連。將復(fù)疊系統(tǒng)中的第一熱泵中的供水管路經(jīng)換熱后的中溫?zé)崴ㄟ^第一路連接至中溫水用戶需求端能夠?qū)π枨笾袦厮挠脩籼峁┫鄳?yīng)溫度的中溫?zé)崴?，同時將第一熱泵中經(jīng)換熱后的中溫?zé)崴ㄟ^第二路連接到第二熱泵系統(tǒng)中的中溫進水端，能夠為第二熱泵系統(tǒng)中的供水提供來源、同時提供溫度處于中溫的中溫?zé)崴?溫度大約在60-70℃)，為制取高溫?zé)崴?70℃以上)提供了條件(提供中溫水源)，本實用新型能夠制取高達95℃以上的超高溫?zé)崴?/p>
優(yōu)選地，所述中溫水管路5的高溫出水端52與所述第一路421通過混水閥9匯合后共同連接至用水需求端。將復(fù)疊系統(tǒng)中的第二熱泵中的供水管路經(jīng)換熱后的高溫?zé)崴ㄟ^管路連接至高溫水用戶需求端能夠?qū)π枨蟾邷厮挠脩籼峁┫鄳?yīng)溫度的高溫?zé)崴ㄟ^混水閥的方式可智能調(diào)節(jié)，滿足客戶對中溫和/或高溫用水的需求。
優(yōu)選地，所述中溫出水端42通過設(shè)置分水閥8將其分支為第一路421和第二路422兩個支路；且在所述低溫水管路4上還設(shè)置有水泵7。通過設(shè)置分水閥的結(jié)構(gòu)方式能夠有效地實現(xiàn)分水分流的作用、設(shè)置水泵起到根據(jù)需要有效泵送水流的作用。
優(yōu)選地，所述第二熱泵系統(tǒng)中還設(shè)置有除霜支路6，所述除霜支路6的一端連接至所述氣體冷卻器22和所述蒸發(fā)冷凝器3之間，另一端連接至所述高壓蒸發(fā)器23。通過設(shè)置上述的除霜支路能夠有效地利用壓縮機的熱和/或水路的熱，根據(jù)實際的需要(通過例如控制壓縮機、水泵和電磁閥)，對高壓蒸發(fā)器中所結(jié)的霜進行化解和除去。
優(yōu)選地，在所述氣體冷卻器22利蒸發(fā)冷凝器3所在的管路上還設(shè)置有第一電磁閥25；在所述除霜支路6上還設(shè)置有第二電磁閥61。通過在上述位置設(shè)置第一電磁閥的結(jié)構(gòu)方式，能夠?qū)?fù)疊連接的第一熱泵系統(tǒng)和第二熱泵系統(tǒng)進行打開或關(guān)閉的控制，以進一步對低溫制熱或制取熱水進行控制；通過在除霜支路上設(shè)置第二電磁閥的結(jié)構(gòu)方式，能夠?qū)Τ饔眠M行控制，當然這是在室外環(huán)境溫度較低以導(dǎo)致高壓蒸發(fā)器已產(chǎn)生結(jié)霜的情況下才執(zhí)行的控制操作，從而能夠在結(jié)霜已經(jīng)影響整個熱泵系統(tǒng)正常運行工作的情況下對其進行除霜，以保證熱泵系統(tǒng)的正常、安全的運行。
優(yōu)選地，所述除霜支路6為具有節(jié)流作用的管(優(yōu)選為毛細管)，且化霜時冷媒還通過氣體冷卻器22從中溫水管路5中吸熱。通過將除霜支路設(shè)置為直徑合理的細管可以保證壓縮機出口的制冷劑有恰當?shù)膲毫蜏囟龋瑥亩ＷC其經(jīng)過結(jié)霜的蒸發(fā)器時能快速化霜；并且化霜時冷媒還通過氣體冷卻器從中溫水管路中吸熱，能夠有效地利用水管中的熱量對冷媒進行加熱，進而進一步對蒸發(fā)器進行化霜作用，提升了化霜的效果。
優(yōu)選地，所述第一熱泵系統(tǒng)中采用R134A作為制冷劑，所述第二熱泵系統(tǒng)中采用R744作為制冷劑。由于第一熱泵系統(tǒng)屬于常溫或普通低溫下的熱泵制熱，采用R134A能夠該種情況下的熱泵系統(tǒng)制取相應(yīng)熱水(中溫)的需求；而第二熱泵系統(tǒng)則屬于較低溫或超低溫工況下的熱泵制熱，而此時采用R744(其主要成分為CO2)作為制冷劑的結(jié)構(gòu)方式，能夠利用CO2冷媒的特殊特性，能夠激起適用于低溫情況下熱泵系統(tǒng)的制熱，并且COP(能效比)依然較高，能夠獲取更高溫度的熱水(高溫水)，充分利用了R744系統(tǒng)的能量，利用率可達95％。
由于現(xiàn)有技術(shù)中的熱泵供水系統(tǒng)存在在低溫環(huán)境溫度下性能衰減嚴重，制取出的熱水溫度不高等的技術(shù)問題，因此本實用新型研究設(shè)計出一種可以制造90℃高溫?zé)崴挠糜诠┡某蜏責(zé)岜孟到y(tǒng)及其控制方法。該熱泵系統(tǒng)充分利用了R744在低溫環(huán)境時密度大，性能衰減不明顯的特性，以及R744壓縮機高溫側(cè)高達140℃的高溫排氣溫度來制備95℃的高溫?zé)崴?；進一步的，將R744低溫?zé)岜孟到y(tǒng)的氣體冷卻器一分為二，中溫水與高溫R744制冷劑在高溫段氣體冷卻器換熱得到高溫水，R134A制冷劑與中溫R744制冷劑在第二氣體冷卻器(即蒸發(fā)冷凝器)中換熱；R744低溫?zé)岜孟到y(tǒng)的氣體冷卻器一分為二后，可使復(fù)疊系統(tǒng)R134A一側(cè)的壓縮機功耗降低，有利于選擇小功率、振動小、噪音小、冷凝溫度較高(70℃)的R134A渦旋壓縮機而非大功率、振動大、噪音大、冷凝溫度較低(60℃)的R134A活塞壓縮機。
優(yōu)選地，當室外環(huán)境溫度T環(huán)≥-10℃時，控制所述第二熱泵系統(tǒng)在跨臨界狀態(tài)下循環(huán)；當室外環(huán)境溫度T環(huán)≤-10℃時，控制所述第二熱泵系統(tǒng)在亞臨界狀態(tài)下循環(huán)。當室外環(huán)境溫度T環(huán)≥-10℃時，說明系統(tǒng)處于普通低溫(或稱溫度較高)工況環(huán)境下，此時該系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度相對來說較高，通過選擇跨臨界制冷循環(huán)進行執(zhí)行能夠獲得較高的熱泵熱水溫度，當室外環(huán)境溫度T環(huán)≤-10℃時，說明系統(tǒng)處于低溫或超低溫工況環(huán)境下，此時該系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度相對來說較低，若使用跨臨界循環(huán)則會耗費大量的壓縮機功率，為了降低壓縮機耗功且還能獲得一定的制熱熱量以制取高溫?zé)崴x擇并采用亞臨界狀態(tài)循環(huán)的方式。
本實用新型一種用于供暖的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)的控制方法，其使用前述的超低溫?zé)岜孟到y(tǒng)，通過控制第一節(jié)流裝置和第二節(jié)流裝置以控制第一熱泵系統(tǒng)和第二熱泵系統(tǒng)各自進行供熱。采用復(fù)疊式的第一熱泵系統(tǒng)和第二熱泵系統(tǒng)，并在第二熱泵系統(tǒng)中采用氣體冷卻器和蒸發(fā)冷凝器兩級式放熱的連接方式，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中的熱泵供暖系統(tǒng)在低溫環(huán)境溫度下性能衰減嚴重的缺陷，使得系統(tǒng)性能穩(wěn)定且不會發(fā)生衰減、系統(tǒng)能效始終維持在較高的水平；能夠使得系統(tǒng)可適應(yīng)-40℃以下的超低溫環(huán)境溫度且還能保持原有的性能；并通過第一和第二節(jié)流裝置對復(fù)疊是第一和第二熱泵系統(tǒng)進行開閉和冷媒流量的控制，能夠根據(jù)需要和實際情況進行有效的控制作用，完成在超低溫工況下制取熱量且性能不衰減、能效高。
優(yōu)選地，當所述供暖系統(tǒng)中還包括除霜管路、以及第一電磁閥和第二電磁閥時：
1)當需要系統(tǒng)進行正常制熱時，則打開第一電磁閥，關(guān)閉第二電磁閥，使得第一熱泵系統(tǒng)和第二熱泵系統(tǒng)同時正常制熱；
2)當需要系統(tǒng)進行除霜時，則打開第二電磁閥，關(guān)閉第一電磁閥，使得第一熱泵系統(tǒng)不工作，第二熱泵系統(tǒng)對高壓蒸發(fā)器進行化霜。
這是本實用新型的超低溫?zé)岜霉┡到y(tǒng)的具體控制步驟，通過將第一電磁閥打開、第二電磁閥關(guān)閉，能夠?qū)⒊愤M行關(guān)閉使得不進行除霜、打開系統(tǒng)正常制熱循環(huán)回路以制取熱空氣或熱水，完成在超低溫工況下的制熱的目的和效果；通過將第一電磁閥關(guān)閉、第二電磁閥打開，能夠?qū)⒊愤M行打開使得進行除霜、同時關(guān)閉系統(tǒng)正常制熱循環(huán)回路以不制取熱空氣或熱水，完成在超低溫工況下的除霜化霜的目的和效果；使得超低溫正常制熱和化霜動作各自獨立正常地運行。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的是，在不沖突的前提下，上述各有利方式可以自由地組合、疊加。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。