二氧化碳冷媒空气能循环空调系统及其制冷和制热方法技术方案

本发明专利技术公开了一种二氧化碳冷媒空气能循环空调系统及其制冷和制热方法，该系统包括贮液罐、气体压缩机、四通阀、换热器和空气能换热器；气体压缩机高压侧经空调换热器、空气能换热器连接至气体压缩机的低压侧，以将冷媒增压为高温高压冷媒输送至空调换热器完成载冷剂的制热；以及通过四通阀切换冷媒流向，气体压缩机的高压侧经空气能换热器、空调换热器连接气体压缩机的低压侧，以将冷媒流转换为中压低温冷媒后输送至空调换热器完成载冷剂的制冷。本发明专利技术以二氧化碳为冷媒，利用室外空气与二氧化碳冷媒的热量交换，完成冷媒的第一次焓变，再通过冷媒与流过换热器表面的载冷剂交换热量，完成冷媒的第二次焓变，继而实现载冷剂制冷或制热的目的。冷或制热的目的。冷或制热的目的。

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳冷媒空气能循环空调系统及其制冷和制热方法


[0001]本专利技术涉及空调制冷及制热
，尤其涉及一种二氧化碳冷媒空气能循环空调系统及其制冷和制热方法。

技术介绍

[0002]在制冷技术中，广泛利用冷媒的焓值变化来制取冷量。制冷过程需要的是冷媒可循环使用的一个过程，冷媒吸热是制冷过程，冷媒向载冷剂释放热量是制热过程，在实现冷媒的焓值变化同时冷媒可循环使用是制冷的基本过程，在循环过程中冷媒压缩机的轴功率与冷媒焓值变化所获的冷量是制冷系统的COP，COP值的大小决定了制冷系统的能耗。
[0003]二氧化碳是一种新兴的自然工质。液态二氧化碳蒸发点是温度为
‑
56.6C，压力为520kPa。二氧化碳作为制冷工质有许多独特的优势：从对环境的影响来看，除水和空气以外，二氧化碳是与环境最为友善的制冷工质。二氧化碳具备有良好的安全性和化学稳定性，二氧化碳安全无毒，即便在高温下也不产生有害气体，具有与制冷循环和设备相适应的热物理性质，单位容积制冷量相当高，运动黏度低。因此，将二氧化碳通过调整循环的排气压力，可使气体在冷凝器中液化放热过程较好地适应外部热源的温度和温升需要。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中的上述缺陷，提出一种二氧化碳冷媒空气能循环空调系统及其制冷和制热方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术的第一个方面是提供一种二氧化碳冷媒空气能循环空调系统，包括贮液罐、气体压缩机、四通阀、空调换热器和空气能换热器，其中：
[0007]所述贮液罐通过管道分别连接所述气体压缩机的高压侧和低压侧以及所述四通阀，所述气体压缩机的高压侧通过四通阀连接至所述空调换热器，所述空气能换热器通过四通阀连接至气体压缩机的低压侧，以将经所述空气能换热器蒸发气化后的冷媒经所述气体压缩机增压成为高温高压的二氧化碳冷媒直接输送至所述空调换热器完成载冷剂的制热；以及
[0008]通过所述四通阀切换冷媒流向，所述气体压缩机的高压侧通过四通阀连接所述空气能换热器，所述空调换热器通过所述四通阀连接所述气体压缩机的低压侧，以将在所述空调换热器内完成制冷换热的二氧化碳冷媒经所述气体压缩机增压成为高温高压的二氧化碳冷媒，高温高压的二氧化碳冷媒流经所述空气能换热器成为高压常温二氧化碳冷媒，然后再通过第四电子膨胀阀转换为中压低温二氧化碳冷媒后直接输送至所述空调换热器完成载冷剂的制冷。
[0009]进一步地，所述贮液罐通过第一电子膨胀阀连接所述气体压缩机的低压侧入口，通过电子膨胀阀连接所述气体压缩机的高压侧入口，其中：
[0010]在启动或运行过程中，当所述气体压缩机低压侧的压力低于设定压力时，则由所
述贮液罐通过所述第一电子膨胀阀向所述气体压缩机的低压侧补充冷媒；
[0011]在运行过程中，当所述气体压缩机高压侧的压力高于设定压力时，则通过所述电子膨胀阀向所述贮液罐流入冷媒从而保持所述气体压缩机高压侧的压力稳定；以及
[0012]在停机或停电时，通过所述电子膨胀阀向所述贮液罐流入冷媒，使系统的高压侧泄压，维持系统内压力平衡。
[0013]进一步地，所述气体压缩机的高压侧和低压侧均连接所述四通阀，所述四通阀根据载冷剂制冷或制热要求进行换向，其中：
[0014]当所述四通阀连接位置为所述气体压缩机的高压侧出口与空调换热器连接时为制热；以及
[0015]当所述四通阀连接位置为所述气体压缩机的高压侧出口与所述空气能换热器连接时为制冷。
[0016]进一步地，所述空调换热器至少为一组并联布置，其为密封结构，内部设置有至少一组耐高压的冷媒冷凝器，载冷剂通过所述冷媒冷凝器的外表面完成与二氧化碳冷媒的热交换。
[0017]进一步地，所述空气能换热器包括室外机、热敏电阻、至少一组冷媒蒸发器和至少一组风机，二氧化碳冷媒通过所述冷媒蒸发器的外表面完成与室外空气的热交换。
[0018]进一步地，所述空调换热器在制冷时，所述空调换热器的冷媒出口通过所述四通阀连接所述气体压缩机的低压侧入口，其中：
[0019]从所述空调换热器的冷媒出口排出的二氧化碳冷媒通过所述四通阀流至所述气体压缩机的低压侧入口，经所述气体压缩机增压后从其高压侧流经所述空气能换热器，高压高温冷媒通过所述空气能换热器降温成为高压常温冷媒，然后通过第四电子膨胀阀由于JT效应转换为中压低温气态冷媒；
[0020]中压低温气态冷媒流入所述空调换热器，冷媒在所述空调换热器内吸收载冷剂热量升温的同时完成载冷剂的制冷，升温后冷媒从所述空调换热器的出口流出至所述气体压缩机的低压侧入口，实现冷媒的制冷过程和冷媒的循环利用。
[0021]进一步地，所述空调换热器在制热时，所述空调换热器的冷媒入口通过所述四通阀连接所述气体压缩机的高压侧出口，其中：
[0022]从所述气体压缩机高压侧流出的高压高温冷媒进入所述空调换热器，高压高温冷媒在所述空调换热器内降温的同时液化，冷媒降温及液化释放的热量由流经所述空调换热器管壳外表面的载冷剂吸收，载冷剂吸热后升温完成制热；
[0023]同时，降温液化后的冷媒流出所述空调换热器至所述空气能换热器，冷媒在所述空气能换热器内吸收空气热量后气化及升温，气化后的气态冷媒进入所述气体压缩机的低压侧入口，实现冷媒的制热过程和冷媒的循环利用。
[0024]进一步地，所述空调换热器上设置有热敏电阻，所述热敏电阻测量载冷剂的温度，并通过第三电子膨胀阀调节冷媒流量从而控制换热量来使载冷剂温度在设定范围内。
[0025]进一步地，所述空调换热器的外部设置有二氧化碳浓度检测仪，用于检测室内空气中的二氧化碳浓度，其中：
[0026]当室内二氧化碳浓度超出设定值时，加大载冷剂流量稀释室内空气中的二氧化碳浓度，以及当室内二氧化碳浓度达到极限值时报警。
[0027]本专利技术的第二个方面是提供一种如所述空调系统的二氧化碳冷媒空气能循环制冷和制热方法，包括步骤：
[0028](一)制冷程序：
[0029]S11，启动气体压缩机，同时当气体压缩机低压侧的压力低于设定值时，贮液罐内预贮存的冷媒经第一电子膨胀阀进入气体压缩机的低压侧，并保持压缩机低压侧压力在设定范围内；
[0030]S12，冷媒经压缩机增压成为高温高压冷媒，高温高压冷媒流出气体压缩机高压侧后经四通阀流向空气能换热器，高温高压冷媒在空气能换热器管内与流经蒸发器外表面的空气换热而降温成为常温高压二氧化碳冷媒流出空气能换热器；
[0031]S13，流出空气能换热器的常温高压二氧化碳冷媒在电子膨胀阀作用下通过JT效应成为中压低温气态冷媒后输送至空调换热器，中压低温气态冷媒在空调换热器内通过换热器管壳外表面完成与载冷剂的热交换，载冷剂向冷媒释放热量降温实现载冷剂的制冷；
[0032]S14，空调换热器流出的气态二氧化碳冷媒经四通阀进入气体压缩机低压侧入口，并经气体压缩机压缩转换为高温高压二氧化碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.二氧化碳冷媒空气能循环空调系统，其特征在于，包括贮液罐(1)、气体压缩机(4)、四通阀(6)、空调换热器(11)和空气能换热器(16)，其中：所述贮液罐(1)通过管道分别连接所述气体压缩机(4)的高压侧和低压侧，所述气体压缩机(4)的高压侧通过四通阀(6)连接至所述空调换热器(11)，所述空气能换热器(16)通过四通阀(6)连接至气体压缩机(4)的低压侧，以将经所述空气能换热器(16)蒸发气化后的冷媒经所述气体压缩机(4)增压成为高温高压的二氧化碳冷媒直接输送至所述空调换热器(11)完成载冷剂的制热；以及通过所述四通阀(6)切换冷媒流向，所述气体压缩机(4)的高压侧通过四通阀(6)连接所述空气能换热器(16)，所述空调换热器(11)通过所述四通阀(6)连接所述气体压缩机(4)的低压侧，以将在所述空调换热器(11)内完成制冷换热的二氧化碳冷媒经所述气体压缩机(4)增压成为高温高压的二氧化碳冷媒，高温高压的二氧化碳冷媒流经所述空气能换热器(16)成为高压常温二氧化碳冷媒，然后再通过第四电子膨胀阀(15)转换为中压低温二氧化碳冷媒后直接输送至所述空调换热器(11)完成载冷剂的制冷。2.根据权利要求1所述的二氧化碳冷媒空气能循环空调系统，其特征在于，所述贮液罐(1)通过第一电子膨胀阀(3)连接所述气体压缩机(4)的低压侧入口，通过第二电子膨胀阀(8)连接所述气体压缩机(4)的高压侧入口，其中：在启动或运行过程中，当所述气体压缩机(4)低压侧的压力低于设定压力时，则由所述贮液罐(1)通过所述第一电子膨胀阀(3)向所述气体压缩机(4)的低压侧补充冷媒；在运行过程中，当所述气体压缩机(4)高压侧的压力高于设定压力时，则通过所述第二电子膨胀阀(8)向所述贮液罐(1)流入冷媒从而保持所述气体压缩机(4)高压侧的压力稳定；以及在停机或停电时，通过所述第二电子膨胀阀(8)向所述贮液罐(1)流入冷媒，使系统的高压侧泄压，维持系统内压力平衡。3.根据权利要求1所述的二氧化碳冷媒空气能循环空调系统，其特征在于，所述气体压缩机(4)的高压侧和低压侧均连接所述四通阀(6)，所述四通阀(6)根据载冷剂制冷或制热要求进行换向，其中：当所述四通阀(6)连接位置为所述气体压缩机(4)的高压侧出口与空调换热器(11)连接时为制热；以及当所述四通阀(6)连接位置为所述气体压缩机(4)的高压侧出口与所述空气能换热器(16)连接时为制冷。4.根据权利要求1所述的二氧化碳冷媒空气能循环空调系统，其特征在于，所述空调换热器(11)至少为一组并联布置，其为密封结构，内部设置有至少一组耐高压的冷媒冷凝器，载冷剂通过所述冷媒冷凝器的外表面完成与二氧化碳冷媒的热交换。5.根据权利要求1所述的二氧化碳冷媒空气能循环空调系统，其特征在于，所述空气能换热器(16)包括室外机、第三热敏电阻(17)、至少一组冷媒蒸发器和至少一组风机(19)，二氧化碳冷媒通过所述冷媒蒸发器的外表面完成与室外空气的热交换。6.根据权利要求1所述的二氧化碳冷媒空气能循环空调系统，其特征在于，所述空调换热器(11)在制冷时，所述空调换热器(11)的冷媒出口通过所述四通阀(6)连接所述气体压缩机(4)的低压侧入口，其中：
从所述空调换热器(11)的冷媒出口排出的二氧化碳冷媒通过所述四通阀(6)流至所述气体压缩机(4)的低压侧入口，经所述气体压缩机(4)增压后从其高压侧流经所述空气能换热器(16)，高压高温冷媒通过所述空气能换热器(16)降温成为高压常温冷媒，然后通过第四电子膨胀阀(15)由于JT效应转换为中压低温气态冷媒；中压低温气态冷媒流入所述空调换热器(11)，冷媒在所述空调换热器(11)内吸收载冷剂热量升温的同时完成载冷剂的制冷，升温后冷媒从所述空调换热器(11)的出口流出至所述气体压缩机(4)的低压侧入口，实现冷媒的制冷过程和冷媒的循环利用。7.根据权利要求1所述的二氧化碳冷媒空气能循环空调系统，其特征在于，所述空调换热器(11)在制热时，所述空调换热器(11)的冷媒入口通过所述四通阀(6)连接所述气体压缩机(4)的高压侧出口，其中：从所述气体压缩机(4)高压侧流出的高压高温冷媒进入所述空调换热器(11)，高压高温冷媒在所述空调换热器(11)内降温的同时液化，冷媒降温及液化释放的热量由流经所述空调换热器(11)管壳外表面的载冷剂吸收，载冷剂吸热后升温完成制热；同时，降温液化后的冷媒流出所述空调换热器(11)至所述空气能换热器(16)，冷媒在所述空气能换热器(16)内吸收空气热量后气化及升温，气化后的气态冷媒进入所述气体压缩机(4)的低压侧入口，实现冷媒的制热过程和冷媒的循环利用。8.根据权利要求1所述的二氧化碳冷媒空气能循环空调系统，其特征在于，所述空调换热器(11)上设置有第二热敏电阻(12)，所述第二热敏电阻(12)测量载冷剂的温度，并通过第三电子膨胀阀(9)调节冷媒流量从而控制换热量来使载冷剂温度在设定范围内。9.根据权利要求1所述的二氧化碳冷媒空气能循环空调系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨景峰，
申请(专利权)人：杨景峰，
类型：发明
国别省市：