專利名稱：一種高溫型二氧化碳熱泵熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱水器，尤其是以二氧化碳為工質(zhì)、能夠提供開水或熱水的 二氧化碳熱泵熱水器，屬加熱裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱泵熱水器能夠利用低溫?zé)嵩醇訜崴哂辛己玫慕?jīng)濟(jì)性，該技術(shù)正在迅速發(fā)展 并逐步被人們所認(rèn)識(shí)。目前市場(chǎng)上常見的熱泵熱水器均采用常規(guī)氟利昂工質(zhì)，存在的問題 是除了會(huì)引起臭氧層破壞與溫室效應(yīng)外，供水溫度也較低，在需要提供高溫水或開水的場(chǎng) 合，采用常規(guī)工質(zhì)的熱力循環(huán)性能降低很快，部分工質(zhì)由于臨界溫度的限制，熱泵熱水器的 出水溫度很難達(dá)到要求的溫度，并且當(dāng)蒸發(fā)器所處的環(huán)境溫度過低時(shí)，機(jī)組的效率大幅下 降，熱水器的出水溫度更達(dá)不到要求。為了保證較高的出水溫度和較大的性能系數(shù)，需采用 雙級(jí)壓縮或多級(jí)壓縮，工作流程比較復(fù)雜，運(yùn)行調(diào)節(jié)不便，產(chǎn)品成本增加?；诔粞鯇悠茐暮蜏厥倚?yīng)的影響，用自然工質(zhì)替代合成工質(zhì)越來越受到國內(nèi)外 制冷界的重視。自然工質(zhì)二氧化碳作為制冷工質(zhì)有很多優(yōu)點(diǎn)它的ODP = 0，⑶P = 1 ；使用 安全，無毒；物理化學(xué)穩(wěn)定性好；單位容積制冷量大，有利于減少裝置體積；在超臨界條件 下，它的流動(dòng)傳熱性能好；此外，二氧化碳容易獲取，價(jià)格低廉，不需要回收。二氧化碳的臨 界溫度只有31°C，處于常溫范圍，所以通常采用跨臨界循環(huán)。在二氧化碳跨臨界循環(huán)中，壓 縮機(jī)的排氣溫度比較高，一般會(huì)在80°C以上，并且二氧化碳的放熱過程是在超臨界壓力下 進(jìn)行的，因此有較大的溫度滑移，這個(gè)溫度特別適合提供高溫?zé)崴Ｅc采用常規(guī)制冷劑的熱 泵熱水器相比，目前二氧化碳熱泵熱水器的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)的性能系數(shù)較低，這主要是因 為二氧化碳熱泵在跨臨界條件下運(yùn)行，高壓部分會(huì)達(dá)到9MPa或更高，高壓二氧化碳?xì)怏w經(jīng) 過節(jié)流裝置壓降很高，節(jié)流損失很大，采用膨脹機(jī)代替膨脹閥雖然提高了系統(tǒng)的效率，但是 膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本很高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種以二氧化碳為工質(zhì)、采用渦流管利 用壓差提高換熱溫差制取熱水或開水的高溫型二氧化碳熱泵熱水器。本實(shí)用新型所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的一種高溫型二氧化碳熱泵熱水器，它以二氧化碳作為制冷工質(zhì)，它包括壓縮機(jī)、渦 流管、熱交換器、蒸發(fā)器、膨脹閥和閥門，所述壓縮機(jī)出口分為兩個(gè)支路，分別由第一支路連 通熱交換器入口、第二支路連通渦流管入口，第一、第二支路上分別設(shè)置第一閥門和第二閥 門，所述渦流管的熱端支路連通熱交換器入口，渦流管的冷端支路與熱交換器管路的中部 位置連通，所述熱交換器出口支路連通蒸發(fā)器的入口，熱交換器出口支路上設(shè)置膨脹閥，蒸 發(fā)器出口支路連通壓縮機(jī)的入口 ；熱交換器內(nèi)通有被加熱的水。上述高溫型二氧化碳熱泵熱水器，它還包括回?zé)崞?，回?zé)崞髟O(shè)置在蒸發(fā)器出口支 路和熱交換器出口支路中。
3[0008]上述高溫型二氧化碳熱泵熱水器，所述渦流管冷端支路與熱交換器管路連接處的 位置是指冷端支路中的氣體溫度與熱交換器管路連接處的氣體溫度相同的位置。上述高溫型二氧化碳熱泵熱水器，所述渦流管熱端支路上設(shè)置第三閥門，所述渦 流管冷端支路上設(shè)置第四閥門。本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有熱泵熱水器出水溫度難以提高的問題進(jìn)行了改進(jìn)，主要特點(diǎn) 如下1.采用自然工質(zhì)二氧化碳作為制冷劑，安全環(huán)保、來源廣泛、價(jià)格低廉，并且二氧化 碳的放熱過程有較大的溫度滑移，適合提供高溫?zé)崴?.利用渦流管效應(yīng)得到更高溫度的 二氧化碳?xì)怏w，提高了二氧化碳?xì)怏w與水的換熱溫差，經(jīng)過渦流管后的高壓二氧化碳?xì)怏w 壓力變低，膨脹閥的壓降變小，從而減小了節(jié)流損失，提高了循環(huán)效率，節(jié)約能耗；3.可以 根據(jù)需要通過閥門轉(zhuǎn)換控制高溫水和開水的制取，操作靈活，使用方便。基于上述特點(diǎn)，本 實(shí)用新型廣泛適用于賓館、公共浴室、醫(yī)院、療養(yǎng)院、學(xué)校、健身中心等熱水或開水需要量大 的場(chǎng)所。

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)含義如下1.壓縮機(jī)、2.第一支路、3.第一閥門、4.第二支路、5.第 二閥門、6.渦流管、7.渦流管冷端支路、8.第四閥門、9.渦流管熱端支路、10.第三閥門、 11.熱交換器、12.來水管、13.熱水管、14.熱交換器出口支路、15.回?zé)崞鳌?6.膨脹閥、 17.蒸發(fā)器、18.蒸發(fā)器出口支路。
具體實(shí)施方式
參看圖1，本實(shí)用新型包括壓縮機(jī)1、渦流管6、熱交換器11、回?zé)崞?5、膨脹閥16、 風(fēng)冷式蒸發(fā)器17和閥門。從壓縮機(jī)1出口排出的高溫高壓二氧化碳?xì)怏w分成兩個(gè)支路，第 一支路2經(jīng)過第一閥門3進(jìn)入熱交換器11，二氧化碳工質(zhì)被冷卻后進(jìn)入回?zé)崞?5進(jìn)一步降 溫，然后在膨脹閥16處膨脹進(jìn)入蒸發(fā)器17吸收空氣熱量，再經(jīng)回?zé)崞?5升溫后進(jìn)入壓縮 機(jī)1 ；第二支路4經(jīng)過第二閥門5后進(jìn)入渦流管6，二氧化碳?xì)怏w經(jīng)渦流管膨脹后分成冷熱 兩股氣流，熱氣流經(jīng)過渦流管熱端支路9、第三閥門10從熱交換器11入口送入熱交換器中； 冷氣流經(jīng)過渦流管冷端支路7、第四閥門8與熱交換器11管路的中部位置送入。在設(shè)計(jì)中， 送入位置應(yīng)考慮與降溫后熱端氣流的溫度相同或接近，二氧化碳?xì)怏w在熱交換器中進(jìn)行熱 交換后進(jìn)入回?zé)崞?5，并進(jìn)一步降溫，然后經(jīng)膨脹閥16膨脹進(jìn)入蒸發(fā)器17吸收空氣熱量， 變成氣態(tài)，再經(jīng)回?zé)崞鬟M(jìn)一步升溫后送入壓縮機(jī)1，完成一個(gè)循環(huán)。上述兩個(gè)支路根據(jù)運(yùn)行 工況靠切換閥門的啟閉控制，不同時(shí)使用。所述熱交換器11為逆流式換熱器，換熱表面一 邊是二氧化碳工質(zhì)，一邊是被加熱的水，換熱器外表面包裹保溫材料。本實(shí)用新型所用渦流管6是通過內(nèi)部器件來控制和達(dá)到所需要的溫度和流量的 部件。高壓氣體由渦流管入口進(jìn)入噴嘴，膨脹降壓后沿切線方向進(jìn)入渦流室，形成自由流， 經(jīng)動(dòng)能交換分離成溫度不等的兩部分，中心部分為冷氣流，邊緣部分為熱氣流，分別從渦流 管的冷、熱兩端流出，冷熱氣流的比例可以調(diào)節(jié)。在同樣的壓力降下，經(jīng)過渦流管后冷熱流 混合后溫度與通過節(jié)流閥節(jié)流后氣流溫度相同。因此采用渦流管作為二氧化碳熱泵系統(tǒng)的 節(jié)流部件，不但可以利用其熱端出口高溫氣流放出熱量加熱來水，放熱后與冷端氣流混合后溫度比同壓差通過節(jié)流閥節(jié)流后溫度要低，也就是說不但可以對(duì)外加熱，還可以提高節(jié) 流效果。仍參看圖1，本實(shí)用新型工作過程如下當(dāng)需要提供高溫水時(shí)，第一閥門3開啟，第 二閥門5、第三閥門10、第四閥門8關(guān)閉。經(jīng)壓縮機(jī)1壓縮后的高溫高壓二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過 第一閥門3進(jìn)入熱交換器11，高溫高壓二氧化碳?xì)怏w在熱交換器中與來水管12的來水換 熱，高溫高壓二氧化碳?xì)怏w放熱溫度降低，來水吸熱后變?yōu)楦邷厮瑹崴?3提供高溫?zé)?水。溫度降低的二氧化碳?xì)怏w從熱交換器11排出后進(jìn)入回?zé)崞?5，在回?zé)崞髦斜挥烧舭l(fā) 器17來的低溫二氧化碳?xì)怏w進(jìn)一步冷卻。被進(jìn)一步冷卻的二氧化碳?xì)怏w從回?zé)崞髋懦龊?經(jīng)過膨脹閥16節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器17，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)為氣體，吸收空氣中的熱量，再經(jīng)過 回?zé)崞?5與來自熱交換器的二氧化碳?xì)怏w換熱后進(jìn)入壓縮機(jī)1壓縮成高溫高壓氣體，從而 完成一個(gè)循環(huán)。仍參看圖1，當(dāng)需要提供開水時(shí)，第二閥門5、第三閥門10、第四閥門8開啟，第一閥 門3關(guān)閉。經(jīng)壓縮機(jī)1壓縮后的高溫高壓二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過第二閥門5后進(jìn)入渦流管6， 高溫高壓二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過渦流管膨脹后，一部分變?yōu)橄鄬?duì)低溫二氧化碳?xì)怏w從渦流管冷 端支路7排出，一部分變?yōu)橄鄬?duì)高溫二氧化碳?xì)怏w從渦流管熱端支路9排出。渦流管冷端 支路排出的相對(duì)低溫二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過第四閥門8從與降溫后熱端氣流溫度相同的位置 通入熱交換器11，與熱交換器入口來的二氧化碳?xì)怏w混合后與來水換熱。渦流管熱端支路 9排出的相對(duì)高溫二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過第三閥門10進(jìn)入熱交換器11，相對(duì)高溫二氧化碳?xì)怏w 將來水管12的來水加熱成開水后，與進(jìn)入熱交換器中部位置的相對(duì)低溫二氧化碳?xì)怏w混 合與來水換熱。來水吸熱后變?yōu)楦邷亻_水，熱水管13提供高溫開水?；旌虾蟮亩趸?xì)?體與來水換熱后從熱交換器11排出后進(jìn)入回?zé)崞?5，在回?zé)崞髦信c被蒸發(fā)器來的低溫二 氧化碳?xì)怏w進(jìn)一步冷卻。被進(jìn)一步冷卻的二氧化碳?xì)怏w從回?zé)崞髋懦龊蠼?jīng)過膨脹閥16節(jié) 流后進(jìn)入蒸發(fā)器17，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)為氣體，吸收空氣中的熱量，再經(jīng)過回?zé)崞?5與來自 熱交換器的二氧化碳?xì)怏w換熱后進(jìn)入壓縮機(jī)1壓縮成高溫高壓氣體，從而完成一個(gè)循環(huán)。
權(quán)利要求一種高溫型二氧化碳熱泵熱水器，其特征在于它以二氧化碳作為制冷工質(zhì)，它包括壓縮機(jī)(1)、渦流管(6)、熱交換器(11)、蒸發(fā)器(17)、膨脹閥(16)和閥門，所述壓縮機(jī)出口分為兩個(gè)支路，分別由第一支路(2)連通熱交換器入口、第二支路(4)連通渦流管入口，第一、第二支路上分別設(shè)置第一閥門(3)和第二閥門(5)，所述渦流管(6)的熱端支路(9)連通熱交換器(11)入口，渦流管的冷端支路(7)與熱交換器管路的中部位置連通，所述熱交換器出口支路(14)連通蒸發(fā)器(17)的入口，熱交換器出口支路(14)上設(shè)置膨脹閥(16)，蒸發(fā)器出口支路(18)連通壓縮機(jī)(1)的入口；熱交換器內(nèi)通有被加熱的水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫型二氧化碳熱泵熱水器，其特征在于它還包括回?zé)崞?(15)，回?zé)崞髟O(shè)置在蒸發(fā)器出口支路(18)和熱交換器出口支路(14)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫型二氧化碳熱泵熱水器，其特征在于所述渦流管 冷端支路與熱交換器管路連接處的位置是指冷端支路中的氣體溫度與熱交換器管路連接 處的氣體溫度相同或接近的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫型二氧化碳熱泵熱水器，其特征在于所述渦流管熱端 支路(9)上設(shè)置第三閥門(10)，所述渦流管冷端支路(7)上設(shè)置第四閥門(8)。
專利摘要一種高溫型二氧化碳熱泵熱水器，它包括壓縮機(jī)、渦流管、熱交換器、蒸發(fā)器、膨脹閥和閥門，壓縮機(jī)出口分別由第一支路連通熱交換器入口、第二支路連通渦流管入口，第一、第二支路上分別設(shè)置第一閥門和第二閥門，渦流管的熱端支路連通熱交換器入口，渦流管的冷端支路與熱交換器中部連通，熱交換器出口支路連通蒸發(fā)器的入口，熱交換器出口支路上設(shè)置膨脹閥，蒸發(fā)器出口支路連通壓縮機(jī)的入口。本實(shí)用新型以二氧化碳為工質(zhì)、利用渦流管效應(yīng)得到更高溫度的二氧化碳?xì)怏w，提高了二氧化碳?xì)怏w與水的換熱溫差，可以根據(jù)需要得到熱水和開水，操作靈活，使用方便。
文檔編號(hào)F25B41/06GK201680581SQ201020208270
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者劉迎福, 楊先亮, 論立勇, 謝英柏 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)