一种包含CO2压缩式热泵的供热系统的制作方法

一种包含co2压缩式热泵的供热系统
技术领域
1.本发明涉及供热技术领域，尤其涉及一种包含co2压缩式热泵的供热系统。


背景技术：

2.目前我国供热主要依赖于化石能源，如燃煤锅炉、燃气锅炉以及燃煤或燃气的热电联产，其能耗巨大，是二氧化碳的主要排放来源之一。为了实现碳中和目标，需要大幅度消减化石能源的使用和消耗。由于热泵能够充分利用各种可再生能源，是一种典型的、实用的、低碳的新能源技术，将成为替代化石燃料锅炉的首选。
3.co2压缩式热泵利用其跨临界循环的特性，低温低压的co2被压缩机压缩后进入超临界区，在冷却器内与外部介质发生类显热放热，冷却后的高压co2进入膨胀阀节流至低温低压两相状态，之后进入蒸发器吸收热量并蒸发后重新进入压缩机，这便是最基本的co2跨临界循环。但现有技术中限制其替代锅炉用于供热的关键性问题在于co2压缩式热泵在供热过程中气水热交换不充分，一方面导致供水温度不足，另一方面导致co2压缩式热泵的管道内温度过高，从而影响压缩机工作性能。
4.基于上述问题，现有技术中仍然存在对包含co2压缩式热泵的供热系统的改进需求。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例提出了一种包含co2压缩式热泵的供热系统，包含：
6.co2压缩式热泵，所述co2压缩式热泵包含压缩机、多段式冷却器、膨胀阀、以及蒸发器，所述压缩机、多段式冷却器、膨胀阀、以及蒸发器由第一管路顺次连接形成第一回路，所述多段式冷却器包含第一冷却器、第二冷却器、第三冷却器；
7.吸收式热泵，所述吸收式热泵包含发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器；
8.所述第一冷却器和所述发生器由第二管路连接并形成第二回路；
9.所述第二冷却器、所述吸收器和所述冷凝器由采暖管路依次连接并形成采暖回路；以及
10.所述第三冷却器和所述蒸发器由第三管路连接并形成第三回路。
11.在一些实施例中，所述第一回路与所述第二回路在所述第一冷却器处进行第一热交换，所述第一热交换为所述第一回路中的co2释放热量进行第一次冷却，所述第二回路中的水吸收所述co2释放的热量。
12.在一些实施例中，所述采暖回路为外循环水路回路，所述采暖回路的进水端连接采暖回水管，所述采暖回路的出水端连接采暖供水管。
13.在一些实施例中，所述第一回路与所述采暖回路在所述第二冷却器处进行第二热交换，所述第一回路中的co2释放热量进行第二次冷却，所述采暖回路的水吸收所述co2释放的热量进行第一次升温。
14.在一些实施例中，所述第一回路与所述第三回路在所述第三冷却器处进行第三次
热交换，所述第三次热交换为所述第一回路中的co2释放热量进行第三次冷却，所述第三回路的水吸收所述co2释放的热量。
15.在一些实施例中，co2在所述第三冷却器的出口处温度达到40℃及以下。
16.在一些实施例中，所述采暖回路与所述吸收式热泵的所述吸收器和所述冷凝器进行第四热交换，所述第四热交换为所述吸收器和所述冷凝器释放热量，所述采暖回路的水吸收所述热量进行第二次升温。
17.在一些实施例中，所述采暖回路的水在出水端温度达到70℃及以上。
18.在一些实施例中，所述蒸发器为水-水热交换器，所述水-水热交换器的低温热源包含地下水、污水、再生水。
19.在一些实施例中，所述蒸发器为空气-水热交换器，所述空气-水热交换器的低温热源为空气。
20.采取上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：
21.本发明主要解决了热泵供暖温度不足以及热泵系统内气体温度过高的问题，通过在co2压缩式热泵中设置多段式冷却器，即第一冷却器、第二冷却器、第三冷却器，高温的co2通过该模块时充分释放热量，达到逐级冷却降温的效果，解决了co2在冷却器出口温度过高的问题。同时，通过多段式冷却器配合吸收式热泵，实现了对高温气体释放的热量的充分利用，不仅可以通过热量驱动吸收式热泵，还可以对供暖水再次加热，使得供暖水在出口端的温度达到70℃及以上，保证了供热效果。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为根据本发明实施例提供的一种包含co2压缩式热泵的供热系统装置示意图。
24.图中：1、压缩机；2、第一冷却器；3、第二冷却器；4、第三冷却器；5、膨胀阀；6、蒸发器；7、第一管路；8、发生器；9、吸收器；10、冷凝器；11、蒸发器；12、第二管路；13、采暖管路；14、第三管路。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
26.需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”、“第二”和“第三”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”“第三”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
27.在本实施例中，如图1所示为本发明供热系统的实施例的示意图，其中co2压缩式热泵包含压缩机1、第一冷却器2、第二冷却器3、第三冷却器4、膨胀阀5、以及蒸发器6，其中，压缩机1、第一冷却器2、第二冷却器3、第三冷却器4、膨胀阀5、以及蒸发器6由第一管路7顺次连接形成第一回路，其中，第一冷却器2、第二冷却器3、第三冷却器4形成的冷却部分在本
发明的实施例中被称为多段式冷却器。
28.在本实施例中，吸收式热泵包含四个模块，分别为发生器8、吸收器9、冷凝器10、蒸发器11。其中，发生器和蒸发器持续的吸收外部热源供给的热量，发生器吸收的热量通过工质传递至吸收器，例如，工质为溴化锂溶液，而蒸发器吸收的热量传递至冷凝器，吸收器与冷凝器持续的产生热效应，对流经吸收式热泵的水进行加热。
29.在本发明的一个实施例中，供热系统的第一冷却器2和发生器8由第二管路12连接并形成第二回路，第二冷却器3、吸收器9和冷凝器10由采暖管路12依次连接并形成采暖回路，第三冷却器4和蒸发器11由第三管路14连接并形成第三回路。
30.结合附图1，在本发明的一个实施例中，第一回路的循环以及热交换过程中，低温低压的co2进入压缩机1，在压缩机1中被压缩后的co2进入超临界区，随后co2通过第一管路7进入多段式冷却器。第一回路的co2与第二回路的水在第一冷却器2处进行第一次热交换，第一回路的co2通过释放热量完成第一次降温，第二回路的水吸收热量后与吸收式热泵的发生器10内的介质发生类显热放热，从而启动吸收式热泵。
31.co2通过第一管路7进入第二冷却器3，第一回路的co2与采暖回路的水在第二冷却器3处发生第二次热交换。采暖回路为外循环式水路，采暖管路13的进水端连接采暖回水管，采暖管路13的出水端连接采暖供水管。第一回路内的co2在第二冷却器3处再次释放热量完成第二次降温，经由采暖管路13进水端进入的供暖回水在第二冷却器3处通过吸收热量完成第一次升温，升温后的水经由采暖管路12进入到吸收式热泵内，在吸收式热泵的吸收器9与冷凝器10处完成第二次升温，升温后的水通过采暖管路13的出水端进入外部采暖供水管中，采暖回水经过两次升温后，于采暖管路13的出水端出水，出水温度达到70℃及以上，从而使出水温度能够满足供热管路的水温需求。
32.在本发明的一个实施例中，co2通过第一管路7进入第三冷却器4，第一管路7内的co2在第三冷却器4处与第三管路14发生第三热交换，第一管路7内的co2通过释放热量完成第三次降温。
33.co2通过三次降温后在多段式冷却器的出口温度小于等于40℃，此时低温高压的co2经由管道进入膨胀阀5节流至低温低压两相状态，随后经由管道进入蒸发器6，低温低压的co2吸收低温热源的热量后蒸发并经由管道进入压缩机1，此为一个循环，可以理解的是，上述循环可以按照冷却或供热需求多次重复。
34.本发明实施例通过在co2压缩式热泵中设置多段式冷却器，即第一冷却器、第二冷却器、第三冷却器，高温的co2通过该模块时充分释放热量，达到逐级冷却的降温效果，解决了co2在冷却器出口温度过高的问题。同时，通过多段式冷却器配合吸收式热泵，实现了对高温气体释放的热量的充分利用，不仅可以通过热量驱动吸收式热泵，还可以对供暖水再次加热，使得供暖水在出口端的温度达到70℃及以上，保证了供热效果。
35.在本发明的一些实施例中，采暖管路的供暖回水可以先进入吸收式热泵的吸收器9、冷凝器10进行加热，再进入到第二冷却器3中加热升温，加热顺序可以根据需要进行调整而不受上述实施例中描述的顺序的限制。
36.在本发明的一些实施例中，co2主循环管道优选为承压管道，其承压性能高于一般常规热泵系统。
37.在本发明的一些实施例中，蒸发器6可以是水-水热交换气，例如，低温热源是地下
水、地下土壤、污水、再生水以及各种余热。
38.在本发明的一些实施例中，蒸发器6可以是空气-水热交换气，例如，低温热源是空气，即空气源热泵。
39.在本技术中，反意连接词的使用旨在包括连接词。定或不定冠词的使用并不旨在指示基数。具体而言，对“该”对象或“一”和“一个”对象的引用旨在表示多个这样对象中可能的一个。此外，可以使用连接词“或”来传达同时存在的特征，而不是互斥方案。换句话说，连接词“或”应理解为包括“和/或”。术语“包括”是包容性的并且具有与“包含”相同的范围。上述实施例是本发明的实施方式的可能示例，并且仅是为了使本领域技术人员清楚地理解本发明的原理而给出。
40.本领域技术人员应当理解：以上针对任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的整体构思下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以彼此进行组合，并产生如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在具体实施方式中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明所要求的保护范围之内。