二氧化碳可变循环水源热泵及热水机组的制作方法

1.本发明涉及供热供暖设备技术领域，尤其是涉及二氧化碳可变循环水源热泵及热水机组。


背景技术：

2.现阶段的冬季供暖仍是以燃煤为主，但是燃煤会产生大量粉尘、氮氧化物以及二氧化硫等有害气体污染环境。热泵是一种充分利用低品位热能的高效节能装置，由于热泵的能效比高、环境友好，因此，其作为一种燃煤供暖的替代技术倍受重视。
3.常规热泵采用氟利昂类制冷剂，在气温较低时制热能力严重不足，热水温度偏低，无法满足室内热舒适性和生活用热水的需求。而二氧化碳是天然环保制冷剂，用于热泵具有较高的热效率和高出水温度。
4.但由于制热水工况的系统压比大，供暖工况的系统制热量大，而现有热泵系统功能较为单一，无法同时满足制热水工况和供暖工况，使得热水和供暖的制热量难以根据需求变化灵活调整。
5.综上所述，如何优化热泵系统结构，提升热泵系统的热效率，以更好地满足制热水和供暖需求，已经成为亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供二氧化碳可变循环水源热泵，包括吸热组件、连通件3、第一压缩机4、第二压缩机5和放热组件，其中，
7.所述吸热组件的出口端与所述连通件3的第一端相连通，所述连通件3的第二端与第一压缩机4的进口端相连通，所述连通件3的第三端与所述第二压缩机5的进口端相连通，所述放热组件的出口端与所述吸热组件相连通；
8.所述可变循环水源热泵流通的工质二氧化碳经过吸热组件蒸发吸热后流向连通件3，通过连通件3能够使二氧化碳分别流向第一压缩机4和第二压缩机5，二氧化碳通过第一压缩机4和第二压缩机5实现增温增压，由第一压缩机4和第二压缩机5流出的高温高压二氧化碳流向放热组件，通过放热组件将携带的热量释放，从而实现对热水及供暖的加热需求。
9.优选的，所述可变循环水源热泵还包括第一控制件8和第二控制件9，所述第一压缩机4的出口端分别与所述放热组件的进口端和所述第二压缩机5的进口端相连通，且所述第一压缩机4的出口端与所述第二压缩机5的进口端之间设有第一控制件8，所述第一压缩机4的出口端与所述放热组件的进口端之间设有所述第二控制件9，通过第一控制件8和第二控制件9的通断，实现第一压缩机4与第二压缩机5之间的串联或并联，从而实现对不同热水需求的调整，其中，第一压缩机4和第二压缩机5串联时，工质二氧化碳依次通过第一压缩机4与第二压缩机5以实现两次增温增压。
10.优选的，所述放热组件包括第一放热件6和第二放热件7，其中，所述第一压缩机4的出口端和所述第二压缩机5的出口端均与所述第一放热件6的进口端相连通，所述第一放热件6的出口端与所述第二放热件7的进口端相连通，所述第二放热件7的出口端与所述吸热组件相连通。
11.优选的，所述吸热组件包括第一吸热件1和第二吸热件2，其中，所述第一吸热件1的出口端与所述连通件3的进口端相连通，所述第二放热件7的出口端与所述第一吸热件1的进口端相连通；
12.所述第二吸热件2的出口端与所述第二压缩机5的进口端相连通，所述第一放热件6的出口端与所述第二吸热件2的进口端相连通；
13.通过设置的第一吸热件1和第二吸热件2，能够将所述可变循环水源热泵分为两个循环，分别为循环一和循环二，其中，
14.循环一包括第一吸热件1、第第一压缩机4、第二压缩机5、第一放热件6以及第二放热件7，二氧化碳工质由第一吸热件1流至连通件3，并分别流向第第一压缩机4和第二压缩机5，再由第第一压缩机4和第二压缩机5依次流向第一放热件6和第二放热件7，并最终流至第一吸热件1的进口端；
15.循环二包括循环二包括第二压缩机5、第一放热件6以及第二吸热件2，工质由第一放热件6的出口端流向第二吸热件2，经由第二吸热件2流向第二压缩机5，再由第二压缩机5流入第二吸热件2中。
16.优选的，所述可变循环水源热泵还包括第一膨胀阀10，所述第一膨胀阀10设置于所述第二放热件7的出口端和所述第一吸热件1的进口端之间。
17.优选的，所述可变循环水源热泵还包括第二膨胀阀11，所述第二膨胀阀11设置于所述第一放热件6的出口端与所述第二吸热件2的进口端之间，通过系统线路内设置的第第一膨胀阀10和第二膨胀阀11，能够实现工质的节流降压，从而改变工质的状态，进而为工质在第一吸热件1和第二吸热件2中的吸热提供条件。
18.优选的，所述可变循环水源热泵还包括第一分离器12，所述第一分离器12设置于所述连通件3的第二端与所述第一压缩机4之间。
19.优选的，所述可变循环水源热泵还包括第二分离器13，所述第二分离器13设置于所述连通件3的第三端和所述第二吸热件2的出口端与所述第二压缩机5的进口端之间；所述第一分离器12和第二分离器13均为气液分离器，通过第一分离器12和第二分离器13分离出由第一吸热件1和第二吸热件2流出的气态工质内的液态工质，从而在一定程度上保证进入第一压缩机4和第二压缩机5中的工质为纯气态工质，进而提升整体系统循环的稳定性。
20.优选的，所述第一控制件8和所述第二控制件9均为通断阀；
21.所述第一放热件6和所述第二放热件7为冷凝器或气冷器；
22.所述第一吸热件1和所述第二吸热件2为蒸发器。
23.本发明的目的还在于提供一种热水机组，包括一级用热单元14、二级用热单元15、换热单元以及所述可变循环水源热泵，其中，
24.所述一级用热单元14与所述第一放热件6对应设置，所述二级用热单元15与所述第二放热件7对应设置，通过循环二为一级用热单元14提供稳定的热量输出，从而配合循环一，能够进一步地提升对一级用热单元14的供热稳定性；
25.所述换热单元对应所述第一吸热件1和所述第二吸热件2设置。
26.与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
27.1)本发明提供了一种二氧化碳可变循环水源热泵，通过设置连通件、第一压缩机和第二压缩机，工质经过吸热组件蒸发吸热后流向连通件，通过连通件能够使工质分别流向第一压缩机和第二压缩机，通过第一压缩机和第二压缩机能够对工质增温增压；之后，由第一压缩机和第二压缩机流出的高温高压工质流向放热组件，通过放热组件将携带的热量释放，从而实现了对热水及供暖的加热需求；
28.2)本发明提供了一种二氧化碳可变循环水源热泵，通过在第一压缩机的出口端与第二压缩机的进口端设有第一控制件，在第一压缩机的出口端与放热组件之间设有第二控制件，通过第一控制件和第二控制件的通断，实现了第一压缩机与第二压缩机之间的串联或并联，从而实现了对不同热水需求的调整；
29.3)本发明提供了一种热水机组，该热水机组包括本发明的可变循环水源热泵，工质在吸热组件、连通件、第一压缩机、第二压缩机以及放热组件中循环，在循环过程中，工质通过吸热组件吸热，通过第一压缩机和第二压缩机对工质增温增压，由于通过第一控制件和第二控制件能够改变第一压缩机和第二压缩机的连通方式，因此，能够根据供热需求匹配相应的连通方式；
30.4)本发明提供了一种热水机组，一级用热单元对应第一放热件设置，二级用热单元对应第二放热件设置，且高温高压工质首先经过第一放热件，因此，通过第一放热件能够为一级用热单元提供高温热水，而经由第一放热件放热后的工质温度降低，流入第二放热件后能够为二级用热单元提供供暖热水。
附图说明
31.图1为本发明的优选实施例的整体结构示意图。
32.图中附图标记为：
33.1-第一吸热件；2-第二吸热件；3-连通件；4-第一压缩机；5-第二压缩机；6-第一放热件；7-第二放热件；8-第一控制件；9-第二控制件；10-第一膨胀阀；11-第二膨胀阀；12-第一分离器；13-第二分离器；14-一级用热单元；15-二级用热单元。
具体实施方式
34.为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
35.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
37.在本发明的一个宽泛实施例中，二氧化碳可变循环水源热泵，包括吸热组件、连通件3、第一压缩机4、第二压缩机5和放热组件，其中，
38.所述吸热组件的出口端与所述连通件3的第一端相连通，所述连通件3的第二端与第一压缩机4的进口端相连通，所述连通件3的第三端与所述第二压缩机5的进口端相连通，所述放热组件的出口端与所述吸热组件相连通；
39.所述可变循环水源热泵流通的工质二氧化碳经过吸热组件蒸发吸热后流向连通件3，通过连通件3能够使二氧化碳分别流向第一压缩机4和第二压缩机5，二氧化碳通过第一压缩机4和第二压缩机5实现增温增压，由第一压缩机4和第二压缩机5流出的高温高压二氧化碳流向放热组件，通过放热组件将携带的热量释放，从而实现对热水及供暖的加热需求。
40.优选的，所述可变循环水源热泵还包括第一控制件8和第二控制件9，所述第一压缩机4的出口端分别与所述放热组件的进口端和所述第二压缩机5的进口端相连通，且所述第一压缩机4的出口端与所述第二压缩机5的进口端之间设有第一控制件8，所述第一压缩机4的出口端与所述放热组件的进口端之间设有所述第二控制件9，通过第一控制件8和第二控制件9的通断，实现第一压缩机4与第二压缩机5之间的串联或并联，从而实现对不同热水需求的调整，其中，第一压缩机4和第二压缩机5串联时，工质二氧化碳依次通过第一压缩机4与第二压缩机5以实现两次增温增压。
41.优选的，所述放热组件包括第一放热件6和第二放热件7，其中，所述第一压缩机4的出口端和所述第二压缩机5的出口端均与所述第一放热件6的进口端相连通，所述第一放热件6的出口端与所述第二放热件7的进口端相连通，所述第二放热件7的出口端与所述吸热组件相连通。
42.优选的，所述吸热组件包括第一吸热件1和第二吸热件2，其中，所述第一吸热件1的出口端与所述连通件3的进口端相连通，所述第二放热件7的出口端与所述第一吸热件1的进口端相连通；
43.所述第二吸热件2的出口端与所述第二压缩机5的进口端相连通，所述第一放热件6的出口端与所述第二吸热件2的进口端相连通；
44.通过设置的第一吸热件1和第二吸热件2，能够将所述可变循环水源热泵分为两个循环，分别为循环一和循环二，其中，
45.循环一包括第一吸热件1、第第一压缩机4、第二压缩机5、第一放热件6以及第二放热件7，二氧化碳工质由第一吸热件1流至连通件3，并分别流向第第一压缩机4和第二压缩机5，再由第第一压缩机4和第二压缩机5依次流向第一放热件6和第二放热件7，并最终流至第一吸热件1的进口端；
46.循环二包括循环二包括第二压缩机5、第一放热件6以及第二吸热件2，工质由第一放热件6的出口端流向第二吸热件2，经由第二吸热件2流向第二压缩机5，再由第二压缩机5流入第二吸热件2中。
47.优选的，所述可变循环水源热泵还包括第一膨胀阀10，所述第一膨胀阀10设置于所述第二放热件7的出口端和所述第一吸热件1的进口端之间。
48.优选的，所述可变循环水源热泵还包括第二膨胀阀11，所述第二膨胀阀11设置于所述第一放热件6的出口端与所述第二吸热件2的进口端之间，通过系统线路内设置的第第一膨胀阀10和第二膨胀阀11，能够实现工质的节流降压，从而改变工质的状态，进而为工质在第一吸热件1和第二吸热件2中的吸热提供条件。
49.优选的，所述可变循环水源热泵还包括第一分离器12，所述第一分离器12设置于所述连通件3的第二端与所述第一压缩机4之间。
50.优选的，所述可变循环水源热泵还包括第二分离器13，所述第二分离器13设置于所述连通件3的第三端和所述第二吸热件2的出口端与所述第二压缩机5的进口端之间；所述第一分离器12和第二分离器13均为气液分离器，通过第一分离器12和第二分离器13分离出由第一吸热件1和第二吸热件2流出的气态工质内的液态工质，从而在一定程度上保证进入第一压缩机4和第二压缩机5中的工质为纯气态工质，进而提升整体系统循环的稳定性。
51.优选的，所述第一控制件8和所述第二控制件9均为通断阀；
52.所述第一放热件6和所述第二放热件7为冷凝器或气冷器；
53.所述第一吸热件1和所述第二吸热件2为蒸发器。
54.本发明的目的还在于提供一种热水机组，包括一级用热单元14、二级用热单元15、换热单元以及所述可变循环水源热泵，其中，
55.所述一级用热单元14与所述第一放热件6对应设置，所述二级用热单元15与所述第二放热件7对应设置，通过循环二为一级用热单元14提供稳定的热量输出，从而配合循环一，能够进一步地提升对一级用热单元14的供热稳定性；
56.所述换热单元对应所述第一吸热件1和所述第二吸热件2设置。
57.下面结合附图，列举本发明的优选实施例，对本发明作进一步的详细说明。
58.如图1所示，如图1所示，本发明提供一种二氧化碳可变循环水源热泵，包括吸热组件、连通件3、第一压缩机4、第二压缩机5、第一控制件8、第二控制件9以及放热组件；吸热组件的出口端与连通件3的第一端相连通，连通件3的第二端与第一压缩机4的进口端相连通，连通件3的第三端与第二压缩机5的进口端相连通；第一压缩机4的出口端分别与放热组件的进口端和第二压缩机5的进口端相连通，且第一压缩机4的出口端与第二压缩机5的进口端之间设有第一控制件8，第一压缩机4的出口端与放热组件的进口端之间设有第二控制件9；放热组件的出口端与吸热组件相连通。
59.相对于现有技术，本发明提供的二氧化碳可变循环水源热泵具有以下优势：
60.本发明提供的二氧化碳可变循环水源热泵，包括吸热组件、连通件3、第一压缩机4、第二压缩机5、第一控制件8、第二控制件9以及放热组件；吸热组件的出口端与连通件3的第一端相连通，连通件3的第二端与第一压缩机4的进口端相连通，连通件3的第三端与第二压缩机5的进口端相连通；第一压缩机4的出口端分别与放热组件的进口端和第二压缩机5的进口端相连通，且第一压缩机4的出口端与第二压缩机5的进口端之间设有第一控制件8，第一压缩机4的出口端与放热组件的进口端之间设有第二控制件9；放热组件的出口端与吸热组件相连通。
61.由此分析可知，工质经过吸热组件蒸发吸热后流向连通件3，通过连通件3能够使工质分别流向第一压缩机4和第二压缩机5，通过第一压缩机4和第二压缩机5能够对工质增温增压。之后，由第一压缩机4和第二压缩机5流出的高温高压工质流向放热组件，通过放热组件将携带的热量释放，从而实现对热水及供暖的加热需求。
62.由于本技术中第一压缩机4的出口端与第二压缩机5的进口端设有第一控制件8，第一压缩机4的出口端与放热组件之间设有第二控制件9，因此，通过第一控制件8和第二控制件9的通断，能够实现第一压缩机4与第二压缩机5之间的串联或并联，从而实现对不同热
水需求的调整。
63.此处需要补充说明的是，二氧化碳可变循环水源热泵内流通的工质为二氧化碳。
64.如图1所示，本技术中放热组件包括第一放热件6和第二放热件7；第一压缩机4的出口端和第二压缩机5的出口端均与第一放热件6的进口端相连通，第一放热件6的出口端与第二放热件7的进口端相连通，第二放热件7的出口端与吸热组件相连通。
65.由于串联的第一压缩机4和第二压缩机5相比于并联方式，能够进一步地对工质增温增压。因此，当需要对一级用热单元14供应高温热水，对二级用热单元15供应供暖热水时，使第二控制件9关闭，第一控制件8开启，工质由第一压缩机4的进口端进入，增温增压后由出口端流出。
66.由于第二控制件9关闭，因此，工质经由第一控制件8进入第二压缩机5中，并通过第二压缩机5对工质的进一步增温增压，流向第一放热件6中。
67.由于一级用热单元14对应第一放热件6设置，因此，流经第一放热件6的工质能够将流经第一放热件6的水加热至高温状态。经过第一放热件6放热后的工质流向第二放热件7，由于二级用热单元15对应第二放热件7设置，因此，流经第二放热件7的工质能够将流经第二放热件7的水加热至供暖温度。
68.由于一级用热单元14的热水需求温度较高，因此，当二氧化碳可变循环水源热泵仅对一级用热单元14进行供热时，仍需要使第一压缩机4和第二压缩机5保持串联的方式。
69.此处需要补充说明的是，通过第一放热件6能够将一级用热单元14的水加热至70℃-100℃。由于工质由第一放热件6流向第二放热件7的过程中仍存在热量损失，因此，第二放热件7能够将二级用热单元15的水加热至40-60度。
70.进一步优选地，如图1所示，本技术中的吸热组件包括第一吸热件1和第二吸热件2；第一吸热件1的出口端与连通件3的进口端相连通，第二放热件7的出口端与第一吸热件1的进口端相连通；第二吸热件2的出口端与第二压缩机5的进口端相连通，第一放热件6的出口端与第二吸热件2的进口端相连通。
71.通过设置的第一吸热件1和第二吸热件2，能够将二氧化碳可变循环水源热泵分为两个循环，循环一包括第一吸热件1、第一压缩机4、第二压缩机5、第一放热件6以及第二放热件7，工质由第一吸热件1流至连通件3，并分别流向第一压缩机4和第二压缩机5，再由第一压缩机4和第二压缩机5依次流向第一放热件6和第二放热件7，并最终流至第一吸热件1的进口端。
72.循环二包括第二压缩机5、第一放热件6以及第二吸热件2，工质由第一放热件6的出口端流向第二吸热件2，经由第二吸热件2流向第二压缩机5，再由第二压缩机5流入第二吸热件2中。
73.通过循环二能够为一级用热单元14提供稳定的热量输出，从而配合循环一，能够进一步地提升对一级用热单元14的供热稳定性。
74.此处需要补充说明的是，如图1所示，本发明提供的二氧化碳可变循环水源热泵，还包括第一膨胀阀10和第二膨胀阀11；第一膨胀阀10设置于第二放热件7的出口端和第一吸热件1的进口端之间；第二膨胀阀11设置于第一放热件6的出口端与第二吸热件2的进口端之间。
75.通过系统线路内设置的第一膨胀阀10和第二膨胀阀11，能够实现工质的节流降
压，从而改变工质的状态，进而为工质在第一吸热件1和第二吸热件2中的吸热提供条件。
76.如图1所示，本技术中的工质由第一压缩机4和第二压缩机5流出后为超临界态，并以超临界态依次进入第一放热件6和第二放热件7中。经过第一放热件6和第二放热件7换热后流出的工质仍保持在超临界态，通过第一膨胀阀10和第二膨胀阀11，能够对工质进行节流降压，从而使工质转变为气液两项态。气液两项态的工质进入第一吸热件1和第二吸热件2中蒸发吸热，从而由气液两项态转变为气态，并以气态循环进入第一压缩机4和第二压缩机5中。
77.由于气液两项态在第一吸热件1和第二吸热件2中蒸发吸热，因此，本系统也可以满足用户的制冷降温需求。
78.由于工质由第一吸热件1和第二吸热件2流出后转变为气态，但仍可能会夹带有未完全转变至气态的液态工质，因此，优选地，如图1所示，本技术提供的二氧化碳可变循环水源热泵还包括第一分离器12和第二分离器13；第一分离器12设置于连通件3的第二端与第一压缩机4之间；第二分离器13设置于连通件3的第三端和第二吸热件2的出口端与第二压缩机5的进口端之间。
79.此处需要补充说明的是，本技术中的第一分离器12和第二分离器13均为气液分离器，因此，通过第一分离器12和第二分离器13能够分离出由第一吸热件1和第二吸热件2流出的气态工质内的液态工质，从而能够在一定程度上保证进入第一压缩机4和第二压缩机5中的工质为纯气态工质，进而提升整体系统循环的稳定性。
80.优选地，如图1所示，本技术中的第一控制件8和第二控制件9均为通断阀，且通断阀可以为电磁阀或手阀等能自动或手动实现线路通断的阀体结构。
81.此处需要补充说明的是，本技术中的连通件3为三通换向阀，既能够实现工质分别向第一压缩机4和第二压缩机5的流动，也能够实现流量的控制，从而能够根据需求调节进入第一压缩机4和第二压缩机5的工质流量，使二氧化碳可变循环水源热泵能够更好地完成用热单元的供热需求。
82.此处需要进一步补充说明的是，本技术中第一放热件6和第二放热件7为冷凝器或气冷器；第一吸热件1和第二吸热件2为蒸发器。
83.此外，本发明还提供一种热水机组，包括一级用热单元14、二级用热单元15、换热单元以及上述的二氧化碳可变循环水源热泵；一级用热单元14与第一放热件6对应设置，二级用热单元15与第二放热件7对应设置；换热单元对应第一吸热件1和第二吸热件2设置。
84.由于本技术提供的热水机组中，一级用热单元14对应第一放热件6设置，二级用热单元15对应第二放热件7设置，且高温高压工质首先经过第一放热件6，因此，通过第一放热件6能够为一级用热单元14提供高温热水，而经由第一放热件6放热后的工质温度降低，流入第二放热件7后能够为二级用热单元15提供供暖热水。
85.最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。