本發(fā)明屬于供熱設備領域，具體涉及一種用于低溫環(huán)境中的供熱系統(tǒng)。

背景技術：

目前，在低溫的環(huán)境中，比如在-28℃的極端寒冷的天氣環(huán)境下，為了給室內等地方供熱需要能夠適應環(huán)境需求的供熱系統(tǒng)。常規(guī)的供熱系統(tǒng)中，比如以氟利昂作為制冷劑的供熱系統(tǒng)，根本無法在-28℃的極寒天氣下穩(wěn)定運行。而且伴隨著環(huán)境溫度的降低，這種供熱系統(tǒng)的制熱量衰減得非常厲害。

而現有的二氧化碳作為制冷劑的熱泵系統(tǒng)雖然能夠在這種超低溫環(huán)境中使用。但現有的二氧化碳熱泵系統(tǒng)的應用大多數局限于供應熱水，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。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能夠在低溫環(huán)境中穩(wěn)定對外界供熱或用于烘干的二氧化碳熱泵供熱系統(tǒng)。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一種技術方案是：一種二氧化碳熱泵供熱系統(tǒng)，包括控制單元，所述控制單元能夠控制供熱系統(tǒng)工作向供熱區(qū)域供熱。所述供熱系統(tǒng)還包括第一循環(huán)回路、供熱循環(huán)回路、第二循環(huán)回路和分流管路。

所述第一循環(huán)回路內循環(huán)流通的制冷劑為二氧化碳，所述第一循環(huán)回路用于向供熱循環(huán)回路供熱。

所述供熱循環(huán)回路內循環(huán)流通的介質為循環(huán)水，所述供熱循環(huán)回路中設置有用于向供熱區(qū)域散熱的散熱單元，所述散熱單元中具有供循環(huán)水經過的管路。

所述第二循環(huán)回路內循環(huán)流通的制冷劑為氟利昂，所述第二循環(huán)回路用于調節(jié)供熱循環(huán)回路中循環(huán)水的水溫。

所述第一循環(huán)回路和供熱循環(huán)回路之間設置有氣體冷卻器，所述氣體冷卻器用于第一循環(huán)回路中的二氧化碳和供熱循環(huán)回路中的循環(huán)水之間的換熱，所述氣體冷卻器具有相鄰設置的第一換熱管路和第二換熱管路，所述第一換熱管路連接在所述第一循環(huán)回路中，所述第二換熱管路連接在所述的供熱循環(huán)回路中且位于散熱單元之前，流經第一換熱管路的二氧化碳放熱使流經第二換熱管路的循環(huán)水升溫，所述第二換熱管路中流出的循環(huán)水被送入散熱單元中。

所述供熱循環(huán)回路和第二循環(huán)回路之間設置有第二蒸發(fā)器，所述第二蒸發(fā)器用于第二循環(huán)回路中的氟利昂和供熱循環(huán)回路中的循環(huán)水之間的換熱，所述第二蒸發(fā)器具有相鄰設置的第三換熱管路和第四換熱管路，所述第三換熱管路連接在所述第二循環(huán)回路中，所述第四換熱管路連接在所述供熱循環(huán)回路中且位于散熱單元之后，所述散熱單元流出的循環(huán)水被送入第二換熱管路中，流經第三換熱管路的氟利昂吸熱使流經第二換熱管路的循環(huán)水降溫。

所述分流管路連接在所述供熱循環(huán)回路上，所述分流管路的進口接入在所述供熱循環(huán)回路位于散熱單元和第二蒸發(fā)器之間的管路上，所述分流管路的出口接入在所述供熱循環(huán)回路位于氣體冷卻器和散熱單元之間的管路上，所述循環(huán)水能夠從分流管路的進口流出供熱循環(huán)回路并從分流管路的出口流回供熱循環(huán)回路。

所述第二循環(huán)回路和分流管路之間設置有冷凝器，所述冷凝器用于第二循環(huán)回路和分流管路之間的換熱，所述冷凝器具有相鄰設置的第五換熱管路和第六換熱管路，所述第五換熱管路連接在所述第二循環(huán)回路中，所述第六換熱管路連接在分流管路中，流經第五換熱管路的氟利昂放熱使流經第六換熱管路的循環(huán)水升溫。

具體的，所述第一循環(huán)回路設置有第一壓縮機、第一蒸發(fā)器和第一節(jié)流機構，所述第一壓縮機的排氣口與所述第一換熱管路的進口連接，所述第一節(jié)流機構設置在氣體冷卻器和第一蒸發(fā)器之間，所述第一換熱管路的出口通過第一節(jié)流機構與所述第一蒸發(fā)器的進口連接，所述第一節(jié)流機構用于調節(jié)第一循環(huán)回路中制冷劑的流量，所述第一蒸發(fā)器的出口與所述第一壓縮機的吸氣口連接，所述第一蒸發(fā)器內流通的制冷劑能夠吸收外界的熱量。

具體的，所述第二循環(huán)回路還設置有第二壓縮機和第二節(jié)流機構，所述第二壓縮機的排氣口與所述第五換熱管路的進口連接，所述第二節(jié)流機構設置在冷凝器和第二蒸發(fā)器之間，所述第五換熱管路的出口通過第二節(jié)流機構與所述第三換熱管路的進口連接，所述第二節(jié)流機構用于調節(jié)第二循環(huán)回路中制冷劑的流量，所述第三換熱管路的出口與所述第二壓縮機的吸氣口連接。

進一步的，所述供熱循環(huán)回路還設置有三通閥門，所述供熱循環(huán)回路通過三通閥門與分流管路的進口連接，所述三通閥門的三個閥口依次與散熱單元內管路的出口、第四換熱管路的進口以及第六換熱管路的進口連接。

具體的，所述三通閥門為三通比例調節(jié)閥，所述三通閥門用于調節(jié)進入第四換熱管路和第六換熱管路中的循環(huán)水的流量。

具體的，所述供熱循環(huán)回路中還設置有水箱和水泵，所述水箱具有兩個進口和一個出口，所述水箱的一個進口與所述第二換熱管路的出口連接，另一個進口與所述第六換熱管路的出口連接，所述水箱的出口通過水泵與散熱單元內管路的進口連接，所述水泵用于將水箱內的循環(huán)水送入散熱單元中。

優(yōu)選的，所述水泵為通過變頻控制的變頻水泵。

進一步的，所述供熱系統(tǒng)還包括設置在水箱內的第一溫度傳感器和設置在供熱區(qū)域的第二溫度傳感器，所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器分別與所述控制單元連接，所述第一溫度傳感器反饋水箱內的水溫給控制單元，所述第二溫度傳感器反饋供熱區(qū)域的溫度給控制單元。

優(yōu)選的，所述散熱單元為暖氣片或風機盤管。

具體的，所述的第二循環(huán)回路中的氟利昂為r134a或r404a環(huán)保制冷劑。

以上所涉及到的前后等方位詞，是在所述二氧化碳熱泵供熱系統(tǒng)的正常使用時制冷劑的流向的方位作定義的。

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)明與現有技術相比具有下列優(yōu)點：采用第二循環(huán)回路對進入氣體冷卻器的循環(huán)水降溫，加大氣體冷卻器的進出水溫差，提升第一循環(huán)回路的跨臨界循環(huán)換熱效率，有效防止了循環(huán)水水溫度過高導致的第一壓縮機排氣壓力、溫度過高負荷過大不能正常工作的情況出現。本發(fā)明能夠在較低的環(huán)境溫度下穩(wěn)定和高效地運行。制熱量衰減低，能效高?？梢詫崿F高溫供暖或烘干。

附圖說明

圖1為本發(fā)明二氧化碳熱泵供熱系統(tǒng)結構原理圖；

其中：1、第一壓縮機；2、氣體冷卻器；3、第一節(jié)流機構；4、第一蒸發(fā)器；5、第二壓縮器；6、冷凝器；7、第二節(jié)流機構；8、第二蒸發(fā)器；9、水箱；10、水泵；11、散熱單元；12、三通閥門；21、第一換熱管路；22、第二換熱管路；61、第五換熱管路；62、第六換熱管路；81、第三換熱管路；82、第四換熱管路；101、第一循環(huán)回路；102、供熱循環(huán)回路；103、第二循環(huán)回路；104、分流管路。

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供熱系統(tǒng)，包括控制單元（圖未示）。所述控制單元能夠控制供熱系統(tǒng)工作向供熱區(qū)域供熱。所述供熱系統(tǒng)還包括第一循環(huán)回路101、供熱循環(huán)回路102、第二循環(huán)回路103和分流管路104。所述第一循環(huán)回路101和供熱循環(huán)回路102之間設置有氣體冷卻器（2）。所述氣體冷卻器2具有相鄰設置的第一換熱管路21和第二換熱管路22。所述供熱循環(huán)回路101和第二循環(huán)回路102之間設置有第二蒸發(fā)器8。所述第二蒸發(fā)器8具有相鄰設置的第三換熱管路81和第四換熱管路82。所述第二循環(huán)回路103和分流管路104之間設置有冷凝器6。所述冷凝器6具有相鄰設置的第五換熱管路61和第六換熱管路62。所述分流管路104連接在所述供熱循環(huán)回路102上。所述循環(huán)水能夠從分流管路104的進口流出供熱循環(huán)回路102并從分流管路104的出口流回供熱循環(huán)回路102。

所述第一循環(huán)回路101內循環(huán)流通的制冷劑為二氧化碳，所述第一循環(huán)回路101用于向供熱循環(huán)回路102供熱。所述第一循環(huán)回路101設置有第一壓縮機1、第一蒸發(fā)器4和第一節(jié)流機構3。所述第一換熱管路21連接在所述第一循環(huán)回路101中。所述第一壓縮機1的排氣口與所述第一換熱管路21的進口連接，所述第一節(jié)流機構3設置在氣體冷卻器2和第一蒸發(fā)器4之間。所述第一換熱管路21的出口通過第一節(jié)流機構3與所述第一蒸發(fā)器4的進口連接。所述第一節(jié)流機構3用于調節(jié)第一循環(huán)回路101中制冷劑的流量。所述第一蒸發(fā)器4的出口與所述第一壓縮機1的吸氣口連接，所述第一蒸發(fā)器4內流通的制冷劑能夠吸收外界的熱量。所述第一壓縮機1和第一蒸發(fā)器4均為采用變頻控制的設備。

所述供熱循環(huán)回路102內循環(huán)流通的介質為循環(huán)水，所述供熱循環(huán)回路102中設置有用于向供熱區(qū)域散熱的散熱單元11、三通閥門12、水箱9和水泵10。所述第二換熱管路22和第四換熱管路82分別連接在所述供熱循環(huán)回路102中。所述散熱單元11中具有供循環(huán)水經過的管路。本實施例中，所述散熱單元11為暖氣片或風機盤管。

所述供熱循環(huán)回路102通過三通閥門12與分流管路104的進口連接。具體地說，所述三通閥門12的三個閥口依次與散熱單元11內管路的出口、第四換熱管路82的進口以及第六換熱管路62的進口連接。本實施例中，所述三通閥門12為三通比例調節(jié)閥，所述三通閥門12用于調節(jié)進入第四換熱管路82和第六換熱管路62中的循環(huán)水的流量。

所述水箱9具有兩個進口和一個出口。所述水箱9的一個進口與所述第二換熱管路22的出口連接，另一個進口與所述第六換熱管路62的出口連接。所述水箱9的出口通過水泵10與散熱單元11內管路的進口連接。所述水泵10用于將水箱9內的循環(huán)水送入散熱單元11中。本實施例中，所述水泵10為通過變頻控制的變頻水泵。

所述第二循環(huán)回路103內循環(huán)流通的制冷劑為氟利昂。本實施例中，所述的氟利昂為r134a或r404a環(huán)保制冷劑。所述第二循環(huán)回路103用于調節(jié)供熱循環(huán)回路102中循環(huán)水的水溫。所述第二循環(huán)回路103設置有第二壓縮機5和第二節(jié)流機構7。所述第三換熱管路81和第五換熱管路61分別連接在所述第二循環(huán)回路103中。所述第二壓縮機5的排氣口與所述第五換熱管路61的進口連接。所述第二節(jié)流機構7設置在冷凝器6和第二蒸發(fā)器8之間。所述第五換熱管路61的出口通過第二節(jié)流機構7與所述第三換熱管路81的進口連接。所述第二節(jié)流機構7用于調節(jié)第二循環(huán)回路103中制冷劑的流量，所述第三換熱管路81的出口與所述第二壓縮機5的吸氣口連接。

所述氣體冷卻器2用于第一循環(huán)回路101中的二氧化碳和供熱循環(huán)回路102中的循環(huán)水之間的換熱。流經第一換熱管路21的二氧化碳放熱使流經第二換熱管路22的循環(huán)水升溫。所述第二換熱管路22中流出的循環(huán)水被送入散熱單元11中。所述第二蒸發(fā)器8用于第二循環(huán)回路103和供熱循環(huán)回路102之間的換熱。所述散熱單元11流出的循環(huán)水被送入第二換熱管路22中，流經第三換熱管路81的氟利昂吸熱使流經第二換熱管路22的循環(huán)水降溫。所述冷凝器6用于第二循環(huán)回路103和分流管路104之間的換熱。所述第六換熱管路62連接在分流管路104中，流經第五換熱管路61的氟利昂放熱使流經第六換熱管路62的循環(huán)水升溫。

所述供熱系統(tǒng)還包括設置在水箱9內的第一溫度傳感器（圖未示）和設置在供熱區(qū)域的第二溫度傳感器（圖未示）。所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器分別與所述控制單元連接，所述第一溫度傳感器反饋水箱9內的水溫給控制單元，所述第二溫度傳感器反饋供熱區(qū)域的溫度給控制單元。所述控制單元內設定有水溫控制值和供熱區(qū)域溫度控制值。當第一溫度傳感器檢測的水溫大于等于水溫控制值時，所述控制單元控制第一循環(huán)回路101和第二循環(huán)回路103停止工作。當第二溫度傳感器檢測的供熱區(qū)域溫度大于等于供熱區(qū)域溫度控制值，所述控制單元就會控制二氧化碳熱泵供熱系統(tǒng)停止工作。

本發(fā)明所述的二氧化碳熱泵供熱系統(tǒng)，通過第一循環(huán)回路101和第二循環(huán)回路103的配合調節(jié)供熱循環(huán)回路102內循環(huán)水的水溫進而對供熱區(qū)域供熱。第一循環(huán)回路101用二氧化碳作為制冷劑。二氧化碳具有無毒、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，同時其在低溫工況下下也能達到較高的能效比和熱水溫度。二氧化碳作為低溫級工質，能夠在超低溫環(huán)境下穩(wěn)定運行，制熱量衰減低，能效高。二氧化碳作為低溫級工質，單位容積制冷量遠高于常規(guī)氟利昂工質。

供熱循環(huán)回路102中循環(huán)水通過與第一循環(huán)回路101內的二氧化碳換熱升溫形成高溫的循環(huán)水從第二換熱管路22流出進入水箱9中。水箱9中的循環(huán)水通過水泵10送入散熱單元11，散熱單元11向供熱區(qū)域散熱使供熱區(qū)域的環(huán)境溫度上升。從散熱單元11流出的循環(huán)水在三通閥門12處分成兩路，一路作為第二循環(huán)回路103的第二蒸發(fā)器的水源熱源，進入第二蒸發(fā)器8的第四換熱管路82與第二循環(huán)回路103中的氟利昂換熱，循環(huán)水水溫下降后再進入第二換熱管路22的進口，如此循環(huán)往復。另一路在分流管路104中流動，經過冷凝器6中的第六換熱管路62與第二循環(huán)回路103中的氟利昂換熱，循環(huán)水水溫上升后再回到水箱9中，如此循環(huán)往復。

本發(fā)明提供的可用于烘干或供暖的二氧化碳熱泵供熱系統(tǒng)，通過第二循環(huán)回路103中的氟利昂高溫工質制冷劑回收散熱單元11散熱后的循環(huán)水的熱量，調整并降低第一循環(huán)回路101中氣體冷卻器2的進水溫度，即加大氣體冷卻器2的進出水溫差，提升第一循環(huán)回路101的跨臨界循環(huán)換熱效率，有效防止了循環(huán)水水溫度過高導致的第一壓縮機1排氣壓力、溫度過高負荷過大不能正常工作的情況出現。本發(fā)明能夠在較低的環(huán)境溫度下穩(wěn)定和高效地運行。制熱量衰減低，能效高。可以實現高溫供暖或烘干。

上述二氧化碳熱泵供熱系統(tǒng)中僅體現了主要的制冷部件，其他輔助部件，比如閥門件和壓力容器等未示出。

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進行不同的變化及實施。