本發(fā)明屬于供熱設備領域，具體涉及一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)。

背景技術：

目前，二氧化碳熱泵系統(tǒng)的使用場景有限，現(xiàn)有的二氧化碳熱泵系統(tǒng)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。即便采用二氧化碳熱泵系統(tǒng)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。這是因為二氧化碳熱泵比較適合進出水溫差大的加熱模式而不適合進出水溫差小的加熱模式。當進水溫度過高會導致二氧化碳熱泵系統(tǒng)中的壓縮機排氣壓力、溫度和氣體冷卻器出口溫度過高，對二氧化碳熱泵系統(tǒng)的可靠性和壽命有很大影響。而在實際采暖或烘干的應用場合，供熱循環(huán)系統(tǒng)中用于與外界換熱的循環(huán)熱水的進出水溫差就是比較小，比如在5-10℃，這樣的高溫回水是不適合再進入二氧化碳熱泵系統(tǒng)重新加熱的，強行使用就會造成二氧化碳熱泵系統(tǒng)的損壞。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能夠?qū)ν饨绻峄蛴糜诤娓傻亩趸紵岜孟到y(tǒng)以及提供該二氧化碳熱泵系統(tǒng)的控制方法。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一種技術方案是：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、供熱水路和預冷水路，所述二氧化碳循環(huán)回路用于供二氧化碳循環(huán)流通，所述供熱水路和預冷水路均用于供水流通。

所述二氧化碳循環(huán)回路中設置有二氧化碳蒸發(fā)器和氣體冷卻器，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，所述二氧化碳通道與所述冷媒管路連接，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(nèi)流通的二氧化碳能夠吸收外界的熱量。

所述供熱水路具有進水口和出水口，所述供熱水路的進水口處設置有溫度傳感器和第一閥門,所述氣體冷卻器的熱水通道連接在所述供熱水路中，所述第一閥門與所述熱水通道的進口連接，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(nèi)流通的二氧化碳釋放的熱量升溫。

所述預冷水路中設置有第二閥門，所述預冷水路的管路穿過二氧化碳蒸發(fā)器并與所述冷媒管路相鄰，所述預冷水路的進口與供熱水路的進水口連接，出口與熱水通道的進口連接，預冷水路中的水經(jīng)過二氧化碳蒸發(fā)器時與所述冷媒管路內(nèi)流通的二氧化碳換熱降溫。

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

進一步的，所述預冷水路的管路在二氧化碳蒸發(fā)器內(nèi)盤旋地穿梭在上下相鄰的冷媒管路的間隙中形成盤管結(jié)構(gòu)。

具體的，所述二氧化碳循環(huán)回路中還設置有二氧化碳壓縮機和能夠調(diào)節(jié)二氧化碳流量的節(jié)流機構(gòu)，所述二氧化碳壓縮機的排氣口與所述二氧化碳通道的進口連接，所述二氧化碳通道的出口通過節(jié)流機構(gòu)與所述冷媒管路的進口連接，所述冷媒管路的出口與所述二氧化碳壓縮機的吸氣口連接。

具體的，所述供熱水路的進水口與第一閥門和第二閥門之間通過三通接頭連接，所述預冷水路的出口、第一閥門和熱水通道之間也通過三通接頭連接。

具體的，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溫度傳感器檢測的供熱水路進水口的水溫，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，用于控制上述的二氧化碳熱泵系統(tǒng)，其包括：

獲取供熱水路的進水溫度和系統(tǒng)內(nèi)設定的比較水溫；

比較進水溫度和比較溫度的高低，得到溫度比較結(jié)果，所述溫度比較結(jié)果包括第一比較結(jié)果和第二比較結(jié)果，所述第一比較結(jié)果為進水溫度大于比較溫度，所述第二比較結(jié)果為進水溫度小于等于比較溫度；

響應于第一比較結(jié)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，從供熱水路進水口導入的水依次流經(jīng)預冷水路和熱水通道并從供熱水路的出水口流出；

響應于第二比較結(jié)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，從供熱水路進水口導入的水依次流經(jīng)第一閥門和熱水通道并從供熱水路的出水口流出。

進一步的，響應于第二比較結(jié)果，所述執(zhí)行第一模式動作或第二模式動作包括：

獲取二氧化碳熱泵系統(tǒng)中能夠引起系統(tǒng)結(jié)霜的多個參數(shù)實際值；

根據(jù)所述的多個參數(shù)實際值，得到二氧化碳熱泵系統(tǒng)工作的工況，所述工況包括易結(jié)霜工況和難結(jié)霜工況；

響應于易結(jié)霜工況，執(zhí)行第一模式動作；

響應于難結(jié)霜工況，執(zhí)行第二模式動作。

具體的，所述比較水溫為常數(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。

本發(fā)明的范圍，并不限于上述技術特征的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋由上述技術特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特征與本申請中公開的具有類似功能的技術特征進行互相替換而形成的技術方案等。

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：通過在二氧化碳蒸發(fā)器上穿設預冷水路的管路，通過溫度傳感器檢測供熱水路的進水溫度，針對需要降低進水溫度的工況，控制進入供熱水路的水進入二氧化碳蒸發(fā)器進行預冷。能夠有效精準地補償二氧化碳熱泵系統(tǒng)在系統(tǒng)進水溫度過高時的效率衰減；

通過降低進入氣體冷卻器前的熱水溫度，可有效提升氣體冷卻器進出水溫差，降低二氧化碳冷媒在氣體冷卻器出口的溫度，提升供熱水路的跨臨界循環(huán)換熱效率，從而降低二氧化碳熱泵系統(tǒng)的排氣溫度、排氣壓力，減輕二氧化碳壓縮機在進水溫度較高的工況下的負荷，延長二氧化碳熱泵系統(tǒng)的使用壽命；

通過將供熱水路的水引入二氧化碳蒸發(fā)器預冷，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(jié)霜環(huán)境中進行預冷可有效延緩積霜，延長在易結(jié)霜環(huán)境中二氧化碳熱泵系統(tǒng)有效制熱時間，提升二氧化碳熱泵系統(tǒng)運行效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明二氧化碳熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；

其中：1、二氧化碳壓縮機；2、氣體冷卻器；3、節(jié)流機構(gòu)；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、供熱水路；102、預冷水路。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明所述的一種二氧化碳熱泵系統(tǒng)，包括控制單元（圖未示）、二氧化碳循環(huán)回路100、供熱水路101和預冷水路102。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。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?qū)崿F(xiàn)控制功能的結(jié)構(gòu)為準。

所述二氧化碳循環(huán)回路100用于供二氧化碳循環(huán)流通。所述供熱水路101和預冷水路102均用于供水流通。所述二氧化碳循環(huán)回路100中依次設置有二氧化碳壓縮機1、氣體冷卻器2、能夠調(diào)節(jié)二氧化碳流量的節(jié)流機構(gòu)3和二氧化碳蒸發(fā)器4。所述二氧化碳蒸發(fā)器4具有供二氧化碳流通的冷媒管路。所述氣體冷卻器2中具有相鄰設置的二氧化碳通道21和熱水通道22。所述二氧化碳壓縮機1的排氣口與所述二氧化碳通道21的進口連接。所述二氧化碳通道21的出口通過節(jié)流機構(gòu)3與所述冷媒管路的進口連接。所述冷媒管路的出口與所述二氧化碳壓縮機1的吸氣口連接。所述二氧化碳通道21中流通的二氧化碳能夠向外界釋放熱量，所述冷媒管路內(nèi)流通的二氧化碳能夠吸收外界的熱量。

所述供熱水路101具有進水口和出水口。所述供熱水路101的進水口處設置有溫度傳感器7和第一閥門6。所述溫度傳感器7用于檢測流入供熱水路101的進水水溫。所述氣體冷卻器2的熱水通道22連接在所述供熱水路101中，所述第一閥門6與所述熱水通道22的進口連接，所述供熱水路101中流通的水流經(jīng)熱水通道22時吸收所述二氧化碳通道21內(nèi)流通的二氧化碳釋放的熱量升溫。所述熱水通道22流出的水從供熱水路101的出水口流出。

所述預冷水路102的進口與供熱水路101的進水口連接，出口與熱水通道22的進口連接。所述預冷水路102中設置有第二閥門5。所述從二氧化碳蒸發(fā)器4中穿過。預冷水路102的管路在二氧化碳蒸發(fā)器4中與所述冷媒管路相鄰。具體地說，冷媒管路在二氧化碳蒸發(fā)器4內(nèi)沿左右方向來回穿梭并自上向下延伸。所述預冷水路102的管路在二氧化碳蒸發(fā)器4內(nèi)盤旋地穿梭在上下相鄰的冷媒管路的間隙中形成盤管結(jié)構(gòu)。這樣，預冷水路102中的水經(jīng)過二氧化碳蒸發(fā)器4時能夠充分與所述冷媒管路內(nèi)流通的二氧化碳換熱降溫。

本實施例中，所述供熱水路101的進水口與第一閥門6和第二閥門5之間通過一個三通接頭（圖未示）連接。所述預冷水路102的出口、第一閥門6和熱水通道22之間也通過一個三通接頭（圖未示）連接。

所述控制單元與所述第一閥門6、第二閥門5和溫度傳感器7連接。所述控制單元用于獲取溫度傳感器7檢測的供熱水路101進水口的水溫，所述控制單元還用于控制第一閥門6和第二閥門5的啟閉。

本發(fā)明中所述的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檢測的供熱水路101的進水溫度以及獲取系統(tǒng)內(nèi)設定的比較水溫。本實施例中，所述比較水溫為常數(shù)或與二氧化碳循環(huán)回路100中的多個系統(tǒng)參數(shù)相關的變量。所述多個系統(tǒng)參數(shù)包括二氧化碳壓縮機1的吸氣壓力和排氣壓力、各部件的溫度值以及各部件工作時間。

通過控制單元內(nèi)部比較進水溫度和比較溫度的高低，得到溫度比較結(jié)果。所述溫度比較結(jié)果包括第一比較結(jié)果和第二比較結(jié)果。所述第一比較結(jié)果為進水溫度大于比較溫度，所述第二比較結(jié)果為進水溫度小于等于比較溫度。

響應于第一比較結(jié)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6關閉，控制第二閥門5開啟，從供熱水路101進水口導入的水依次流經(jīng)預冷水路102和熱水通道22并從供熱水路101的出水口流出。

響應于第二比較結(jié)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6開啟，控制第二閥門5關閉，從供熱水路101進水口導入的水依次流經(jīng)第一閥門6和熱水通道22并從供熱水路101的出水口流出。

上述響應于第二比較結(jié)果，所述執(zhí)行第一模式動作或第二模式動作包括：

獲取二氧化碳熱泵系統(tǒng)中能夠引起系統(tǒng)結(jié)霜的多個參數(shù)實際值。多個參數(shù)實際值包括二氧化碳熱泵系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度、濕度。

根據(jù)所述的多個參數(shù)實際值，得到二氧化碳熱泵系統(tǒng)工作的工況，所述工況包括易結(jié)霜工況和難結(jié)霜工況；

響應于易結(jié)霜工況，執(zhí)行第一模式動作；

響應于難結(jié)霜工況，執(zhí)行第二模式動作。

可見，本發(fā)明提供的可用于烘干或供暖的二氧化碳熱泵系統(tǒng)中，在二氧化碳蒸發(fā)器4上內(nèi)設置呈盤管結(jié)構(gòu)的預冷水路102管路。通過溫度傳感器7檢測供熱水路101的進水溫度，針對需要降低進水溫度的工況，控制進入供熱水路101的水進入二氧化碳蒸發(fā)器4進行預冷。能夠有效精準地補償二氧化碳熱泵系統(tǒng)在系統(tǒng)進水溫度過高時的效率衰減。

通過降低進入氣體冷卻器2前的熱水溫度，可有效提升氣體冷卻器2進出水溫差，降低二氧化碳冷媒在氣體冷卻器2出口的溫度，提升供熱水路101的跨臨界循環(huán)換熱效率。從而降低二氧化碳熱泵系統(tǒng)的排氣溫度、排氣壓力，減輕二氧化碳壓縮機1在進水溫度較高的工況下的負荷，延長二氧化碳熱泵系統(tǒng)的使用壽命。本發(fā)明可以實現(xiàn)高溫供暖或烘干。

通過將供熱水路101的水引入二氧化碳蒸發(fā)器4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(jié)霜環(huán)境中進行預冷可有效延緩積霜，延長在易結(jié)霜環(huán)境中二氧化碳熱泵系統(tǒng)有效制熱時間，提升二氧化碳熱泵系統(tǒng)運行效率。

上述二氧化碳熱泵系統(tǒng)中僅體現(xiàn)了主要的制冷部件，其他輔助部件，比如閥門件和壓力容器部分未示出。

如上所述，我們完全按照本發(fā)明的宗旨進行了說明，但本發(fā)明并非局限于上述實施例和實施方法。相關技術領域的從業(yè)者可在本發(fā)明的技術思想許可的范圍內(nèi)進行不同的變化及實施。