專(zhuān)利名稱(chēng)：跨臨界二氧化碳熱泵供暖熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱泵熱水器領(lǐng)域，特別涉及一種利用跨臨界二氧化碳熱泵來(lái)供熱水和供暖的熱 水器裝置。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高，熱水器作為一種家用電器已經(jīng)得到普及，并且人們對(duì)熱水的需 求越來(lái)越大，熱水器的能耗越來(lái)越高。目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)的熱水器有三大類(lèi)燃料熱水器、電 熱水器和太陽(yáng)能熱水器。燃料熱水器主要以燃?xì)鉃橹?，這類(lèi)熱水器在使用時(shí)要排出大量的廢 氣，廢氣中除了二氧化碳以外，還有不完全燃燒的產(chǎn)物一氧化碳，容易發(fā)生中毒事故。電熱 水器對(duì)電能浪費(fèi)較大，雖然電熱水器上裝有漏電保護(hù)，但使用電熱水器時(shí)發(fā)生的觸電事故也 時(shí)有發(fā)生。太陽(yáng)能熱水器屬于環(huán)保、節(jié)能產(chǎn)品，但受到天氣的影響較大，使用的區(qū)域和時(shí)間
受到很大的限制。此外，市場(chǎng)上也有了熱泵熱水器，但這些熱泵熱水器的工質(zhì)一般為R22、R410A 等傳統(tǒng)工質(zhì)，不僅會(huì)破壞臭氧層而且還會(huì)帶來(lái)溫室效益，且這些工質(zhì)要生產(chǎn)60 'C以上的熱水 會(huì)使壓縮機(jī)排氣壓力過(guò)高、熱泵能效比(EER)過(guò)低，因此水溫受到限制。
人們冬天對(duì)供暖的需求逐漸增大，特別是在長(zhǎng)江中下游不集中采暖的地區(qū)，空調(diào)采暖、地 板采暖已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)。
與這些熱水器相比，跨臨界二氧化碳熱泵熱水器主要有以下優(yōu)點(diǎn)(l)節(jié)能，利用熱泵循 環(huán)原理，其實(shí)質(zhì)是熱量的轉(zhuǎn)移而不是產(chǎn)生，因此加熱等量的熱水，其能耗僅為電加熱熱水器 和燃?xì)鉄崴鞯?/4; (2)環(huán)保，跨臨界二氧化碳熱泵熱水器并不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等廢氣，而 恰恰是利用了二氧化碳，即使二氧化碳發(fā)生泄露，作為一種天然工質(zhì)，相對(duì)于其他熱泵工質(zhì) 對(duì)環(huán)境的影響也是很小的；(3)制取熱水的能力較強(qiáng)，由于采用了跨臨界循環(huán)，它可以制取 9(TC高溫?zé)崴?，而傳統(tǒng)熱泵熱水器一般制取熱水不超過(guò)6(TC; (4)跨臨界二氧化碳熱水器為冬 天采暖系統(tǒng)的熱源，利用其超強(qiáng)的熱水制取能力，采用熱水地板采暖的方式，能夠滿(mǎn)足人們 對(duì)冬天供暖的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種二氧化碳熱泵供暖熱水器。 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
3一種跨臨界二氧化碳熱泵供暖熱水器，包括跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)、熱水供應(yīng)系統(tǒng) 和供暖循環(huán)系統(tǒng)；
其中，所述跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)包括依次位于第一循環(huán)管路上的壓縮機(jī)、第一氣冷 器、第二氣冷器、回?zé)崞鳌⑴蛎涢y、蒸發(fā)器、回?zé)崞鳎?br> 其中，所述熱水供應(yīng)系統(tǒng)包括水箱、第一水泵、熱水出水閥，所述水箱上設(shè)有進(jìn)水管，所
述水箱包括高溫區(qū)A、中溫區(qū)B和低溫區(qū)C，所述水箱低溫區(qū)C、第一水泵、第一氣冷器、水
箱高溫區(qū)A依次通過(guò)管路相連接;所述熱水出水閥分別通過(guò)三管路分別與所述水箱的高溫區(qū)A、
中溫區(qū)B和進(jìn)水管9相連接；
其中，所述供暖循環(huán)系統(tǒng)包括位于第二循環(huán)管路上的第二氣冷器、第二水泵和末端設(shè)備。 進(jìn)一步地，所述末端設(shè)備為地板采暖管路。 進(jìn)一步地，所述水箱上還設(shè)有排水管。
進(jìn)一步地，所述第一氣冷器和第二氣冷器的換熱器形式為殼套管式。 進(jìn)一步地，所述蒸發(fā)器為板翅式換熱器。
本發(fā)明提供的跨臨界二氧化碳熱泵供暖熱水器，其回?zé)崞魇且粋€(gè)小型換熱器使氣冷器的出 口和壓縮機(jī)的入口的二氧化碳進(jìn)行換熱，進(jìn)一步降低膨脹閥入口二氧化碳的溫度和提高壓縮 機(jī)入口二氧化碳的過(guò)熱度，提高了熱泵循環(huán)的EER，并且其水箱分三個(gè)溫度層區(qū)具有兩點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 一、保證從水箱進(jìn)入氣冷器的水具有較低的溫度，降低第一氣冷器的溫度從而提高熱泵系統(tǒng) 的效率(C0P)。 二、可以根據(jù)用戶(hù)的需求提供高溫水或是中溫水。


圖1本發(fā)明跨臨界二氧化碳熱泵供暖熱水器系統(tǒng)實(shí)施例示意圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明
1壓縮機(jī) 21第一氣冷器 22 第二氣冷器 3回?zé)崞?br> 5蒸發(fā)器 6水箱 7 第一水泵 8排水管
10熱水出水闊11第二水泵 12地板采暖管路
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1所示， 一種跨臨界二氧化碳熱泵供暖熱水器，包括跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)、熱 水供應(yīng)系統(tǒng)和供暖循環(huán)系統(tǒng)三部分。
4膨脹闊 9進(jìn)水管其中，所述跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)從外界吸收熱量提供給熱水供應(yīng)系統(tǒng)和供暖系統(tǒng)， 其包括依次位于第一循環(huán)管路上的壓縮機(jī)1、第一氣冷器21、第二氣冷器22、回?zé)崞?、膨 脹閥4、蒸發(fā)器5、回?zé)崞?;
其中，第一氣冷器21、第二氣冷器22的換熱器形式采用殼套管式，蒸發(fā)器3則采用板翅
式換熱器，并且通過(guò)風(fēng)扇強(qiáng)化蒸發(fā)器5的換熱；
所述跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)采用的工質(zhì)為二氧化碳，由于二氧化碳臨界點(diǎn)較低，很容
易達(dá)到超臨界狀態(tài)，從而系統(tǒng)放熱溫度較高，且存在一個(gè)相當(dāng)大的溫度滑移(約80 100'C)， 非常適合對(duì)水的加熱，可提供9(TC的熱水。本發(fā)明中的回?zé)崞?是一個(gè)小型換熱器使氣冷器 的出口和壓縮機(jī)的入口的二氧化碳進(jìn)行換熱，進(jìn)一步降低膨脹閥入口二氧化碳的溫度和提高 壓縮機(jī)入口二氧化碳的過(guò)熱度，這對(duì)于提高熱泵循環(huán)的EER都是具有很大的好處的。
圖1虛線框所示為熱水器的室外機(jī)部分，其它的為室內(nèi)機(jī)部分。室外機(jī)主要是熱泵系統(tǒng)， 二氧化碳在壓縮機(jī)1里被壓縮成高壓高溫的氣體，經(jīng)過(guò)氣冷器2和回?zé)崞?后發(fā)出熱量變?yōu)?低溫高壓的氣體，再經(jīng)過(guò)膨脹閥4膨脹后，二氧化碳變成低壓低溫的液體，在蒸發(fā)器5蒸發(fā) 吸收室外空氣的熱量，并在回?zé)崞?里進(jìn)一步吸熱，最后回到壓縮機(jī)l完成循環(huán)。
其中，所述熱水供應(yīng)系統(tǒng)包括水箱6、第一水泵7、熱水出水閥IO，所述水箱6上設(shè)有進(jìn) 水管9，所述水箱6包括高溫區(qū)A (90°C-70°C)、中溫區(qū)B (70°C-35°C)和低溫區(qū)C (35。C以 下)，所述水箱6低溫區(qū)C、第一水泵7、第一氣冷器21、水箱6高溫區(qū)A依次通過(guò)管路相連 接；所述熱水出水閥10分別通過(guò)三管路分別與所述水箱6的高溫區(qū)A、中溫區(qū)B和進(jìn)水管9 相連接。
水箱6分三個(gè)溫度層區(qū)具有兩點(diǎn)好處: 一、保證從水箱6進(jìn)入氣冷器的水具有較低的溫度， 降低第一氣冷器21的溫度從而提高熱泵系統(tǒng)的效率(COP)。 二、可以根據(jù)用戶(hù)的需求提供高 溫水或是中溫水，這可由熱水出水閥io實(shí)現(xiàn)。
在熱水供應(yīng)系統(tǒng)中，水箱6下部低溫區(qū)C的水通過(guò)第一水泵7流動(dòng)到第一氣冷器21與二 氧化碳發(fā)生換熱，被加熱后回到水箱6的上部高溫區(qū)A。在甩水側(cè)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了三根管和一 個(gè)闊門(mén)10，三根管分別提供高溫水、中溫水和低溫水，通過(guò)熱水出水閥10調(diào)節(jié)各水管的流量 以達(dá)到用戶(hù)的要求。如在用戶(hù)要求溫水時(shí)，可關(guān)閉高溫和低溫的閥門(mén)，直接從水箱的中溫區(qū)B 取水。若出水溫過(guò)低時(shí)則可加大高溫區(qū)A出水的流量來(lái)提高水溫。
其中，所述供暖循環(huán)系統(tǒng)包括位于第二循環(huán)管路上的第二氣冷器22、第二水泵ll和末端 設(shè)備12。其中，所述末端設(shè)備12為地板采暖管路或采用散熱器等其他散熱設(shè)備。
在供暖循環(huán)系統(tǒng)中，管路中的水通過(guò)第二水泵11進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)，吸收氣冷器二 22中二氧化碳的熱量，在系統(tǒng)末端的散熱裝置中將熱傳遞給室內(nèi)空氣，從而對(duì)室內(nèi)進(jìn)行供暖。
其中，所述水箱6上設(shè)有進(jìn)水管9，進(jìn)水管9與外部自來(lái)水網(wǎng)相連，當(dāng)水箱6內(nèi)水量減少 到設(shè)定值時(shí)由進(jìn)水管進(jìn)行補(bǔ)給。所述水箱6上還設(shè)有排水管8，在系統(tǒng)遇到故障進(jìn)行檢修時(shí)排 水使用。
權(quán)利要求
1、一種跨臨界二氧化碳熱泵供暖熱水器，其特征在于包括跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)和供暖循環(huán)系統(tǒng)；其中，所述跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)包括依次位于第一循環(huán)管路上的壓縮機(jī)(1)、第一氣冷器(21)、第二氣冷器(22)、回?zé)崞?3)、膨脹閥(4)、蒸發(fā)器(5)、回?zé)崞?3)；其中，所述熱水供應(yīng)系統(tǒng)包括水箱(6)、第一水泵(7)、熱水出水閥(10)，所述水箱(6)上設(shè)有進(jìn)水管(9)，所述水箱(6)包括高溫區(qū)A、中溫區(qū)B和低溫區(qū)C，所述水箱(6)低溫區(qū)C、第一水泵(7)、第一氣冷器(21)、水箱(6)高溫區(qū)A依次通過(guò)管路相連接；所述熱水出水閥(10)分別通過(guò)三管路分別與所述水箱(6)的高溫區(qū)A、中溫區(qū)B和進(jìn)水管(9)相連接，；其中，所述供暖循環(huán)系統(tǒng)包括位于第二循環(huán)管路上的第二氣冷器(22)、第二水泵(11)和末端設(shè)備(12)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨臨界二氧化碳熱泵供暖熱水器，其特征在于所述末端設(shè)備 (12)為地板采暖管路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的跨臨界二氧化碳熱泵供暖熱水器，其特征在于 所述水箱(6)上還設(shè)有排水管(8)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的跨臨界二氧化碳熱泵供暖熱水器，其特征在于-所述第一氣冷器(21)和第二氣冷器(22)的換熱器形式為殼套管式。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的跨臨界二氧化碳熱泵供暖熱水器，其特征在于 所述蒸發(fā)器(3)為板翅式換熱器。
全文摘要
跨臨界二氧化碳熱泵供暖熱水器，包括跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)和供暖循環(huán)系統(tǒng)；所述跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)包括依次位于第一循環(huán)管路上的壓縮機(jī)、第一氣冷器、第二氣冷器、回?zé)崞?、膨脹閥、蒸發(fā)器、回?zé)崞鳎凰鰺崴?yīng)系統(tǒng)包括水箱、第一水泵、熱水出水閥，所述水箱包括高溫區(qū)A、中溫區(qū)B和低溫區(qū)C，所述供暖循環(huán)系統(tǒng)包括位于第二循環(huán)管路上的第二氣冷器、第二水泵和末端設(shè)備。本發(fā)明降低了膨脹閥入口二氧化碳的溫度和提高壓縮機(jī)入口二氧化碳的過(guò)熱度，提高了熱泵循環(huán)的EER，并且保證從水箱進(jìn)入氣冷器的水具有較低的溫度，降低了第一氣冷器的溫度從而提高熱泵系統(tǒng)的效率，可以根據(jù)用戶(hù)的需求提供高溫水或是中溫水。
文檔編號(hào)F24D3/08GK101576283SQ20091005287
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者于國(guó)清, 何哲彬, 靜 呂, 楊大章, 黃秀芝 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)