本發(fā)明涉及熱泵技術領域，尤其是涉及一種用于極寒天氣具有制熱水、制冰等多種功能的CO₂熱泵。

背景技術：

空氣能熱水器，也稱“空氣源熱泵熱水器”。“空氣能熱水器”把空氣中的低溫熱量吸收進來，經過氟利昂介質氣化，然后通過壓縮機壓縮后增壓升溫，再通過換熱器轉化給水加熱，壓縮后的高溫熱能以此來加熱水溫?？諝饽軣崴骶哂懈咝Ч?jié)能的特點，制造相同的熱水量，是一般電熱水器的4－6倍，其年平均熱效比是電加熱的4倍，利用能效高。由此可見，空氣能熱水器起是運用熱泵工作原理制熱，利用上述熱量加熱水箱中的水，從而實現(xiàn)制熱水。

但是，現(xiàn)有的熱泵熱水器功能單一，不能高效的利用資源。眾所周知，氟利昂在使用時會對環(huán)境造成較大的污染，如果熱泵不能高效的利用其循環(huán)介質，會對環(huán)境產生巨大的傷害。此外，現(xiàn)有的熱泵難以在外界溫度較低的情況下使用。隨著外界溫度的降低，熱泵的負荷增加，會出現(xiàn)供熱不足、壓縮機比增大，系統(tǒng)性能系數(shù)急劇下降等問題?，F(xiàn)有熱泵在外界溫度為零下20攝氏度以下基本無法運行?；诖?，如何提供一種熱泵系統(tǒng)，使其在使用時充分利用介質，在一次循環(huán)中實現(xiàn)更多的功能，是本領域技術人員亟待解決的問題。

基于此，本發(fā)明提供了一種用于極寒天氣具有制熱水、制冰等多種功能的CO₂熱泵以解決上述的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的CO₂熱泵，以緩解現(xiàn)有技術中存在的熱泵熱水器功能單一，在極寒的天氣下供熱量不足，無法穩(wěn)定運行的技術問題。

本發(fā)明提供的用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的CO₂熱泵，包括氣液分離器、壓縮機、四通閥、冷凝器、單向閥組、回熱器、主毛細管和第一換熱器；

所述氣液分離器上設置有充注口，所述氣液分離器的出口與所述回熱器的第一入口連通，所述回熱器的第一出口與所述所述壓縮機的一端連通；

所述壓縮機的另一端與所述四通閥的第一接口連通，所述四通閥的第二接口連通和所述冷凝器的一端連通，所述四通閥的第三接口和所述氣液分離器連通；所述四通閥的第四接口和所述第一換熱器的一端連通；

所述冷凝器和所述第一換熱器之間設置有主管，所述主管上設置有單向閥組，所述單向閥組包括第一支管、第二支管和四個單向閥，所述第一支管和所述第二支管的一端均與所述冷凝器的另一端的主管連通，所述第一支管和所述第二支管的另一端均與所述第一換熱器一端的主管連接；所述第一支管上有兩個所述單向閥，所述第二支管上有兩個所述單向閥；所述回熱器的第二出口的管路連接在所述第一支管的兩個單向閥之間，所述主毛細管的第二端連接在所述第二支管的兩個單向閥之間；所述主毛細管的第一端和所述回熱器的第二出口連接；

還包括制冰循環(huán)，所述制冰循環(huán)連接在所述主毛細管的第二端所述單向閥組之間；所述制冰循環(huán)包括制冰機、第一制冰開關和第二制冰開關，所述主毛細管的第二端所述單向閥組之間設置有主管，所述第二制冰開關設置在所述主管上，所述制冰機的第二端和所述第一制冰開關的第一端分別與所述主管的兩端連通；

還包括制熱水循環(huán)，所述制熱水循環(huán)連接在所述壓縮機和所述四通閥的第一接口之間；所述制熱水循環(huán)包括熱水器、第一制熱水開關和第二制熱水開關，所述壓縮機和所述四通閥的第一接口之間設置有主管，所述第二制熱水開關在所述主管上；所述熱水器的第一端和所述第一制熱水開關的第二端串接，所述所述熱水器的第二端和所述第一制熱水開關的第一端分別與所述主管的兩端連通。

進一步的，還包括調壓支路，所述調壓支路連接在所述主毛細管的第一端和所述第二支管的兩個單向閥之間；所述調壓支路包括相互串接的減壓毛細管和第一調壓開關，所述第一調壓開關為常閉開關。

進一步的，還包括調壓閥組，所述調壓閥組連接在所述主毛細管的第二端和所述制冰循環(huán)之間；所述調壓閥組包括調壓閥組開關和相互并接的多個節(jié)流器，所述調壓閥組開關和所有所述節(jié)流器均并接。

進一步的，所述節(jié)流器設置有四個。

進一步的，所述節(jié)流器為相互串接的單向閥和毛細管，所述單向閥為常閉單向閥。

進一步的，還包括過濾器，所述過濾器設置在所述回熱器的第二出口和所述主毛細管的第一端之間。

進一步的，還包括過濾器，所述過濾器設置在所述回熱器的第二出口和所述減壓毛細管之間。

進一步的，所述冷凝器使用翅片換熱器。

進一步的，所述第一換熱器使用板式換熱器。

進一步的，制冷劑使用二氧化碳。

本發(fā)明提供的所述用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的CO₂熱泵，包括氣液分離器、壓縮機、冷凝器、單向閥組、回熱器、主毛細管和第一換熱器。氣液分離器連接在壓縮機的入口用于氣液分離，其內部裝有制冷劑，氣液分離器上設置有充注口，用于注入制冷劑。本申請所提供的熱泵系統(tǒng)，通過四通閥的換向切換制冷、制熱水、制冰工況和制熱、制熱水、制冰工況。

制冷、制熱水、制冰工況：氣液分離器內的制冷劑經回熱器，從回熱器的第一入口流入，第一出口流出。制冷劑經回熱器后進入壓縮機，流出的為高溫高壓的液體。此時，如果需要制熱水，可以開啟制熱水循環(huán)中的第一制熱水開關，上述高溫高壓的制冷劑流入熱水器，用以加熱水，實現(xiàn)制熱水功能。如果不需要制熱水，關閉第一制熱水開關，開啟第二制熱水開關，高溫高壓的制冷劑經四通閥流入冷凝器，此時冷凝器周圍輔以冷風，降低上述高溫高壓的制冷劑的溫度，完成制冷劑的第一次降溫。之后，制冷劑流入單向閥組，經第一支管上的臨近的單向閥流入回熱器的第二入口，由回熱器的第二出口流出后進入主毛細管內，經主毛細管降壓節(jié)流后流入制冰循環(huán)。經主毛細管降壓節(jié)流后的制冷劑進一步降溫。

在制冰循環(huán)中，如果需要制冰，可以開啟第一制冰開關，進一步降溫的制冷劑流入制冰機中，實現(xiàn)制冰的功能。如果不需要制冰，關閉第一制冰開關，開啟第二制冰開關，制冷劑經單向閥組的第二支管上的單向閥流入第一換熱器內，此時第一換熱器的入口流入的熱水被降溫成冷水，由第一換熱器的出口流出冷水，實現(xiàn)制冷的功能。

制熱、制熱水、制冰工況：氣液分離器內的制冷劑經回熱器后進入壓縮機，流出的為高溫高壓的液體。此時，如果需要制熱水，可以開啟制熱水循環(huán)中的第一制熱水開關，上述高溫高壓的制冷劑流入熱水器，用以加熱水，實現(xiàn)制熱水功能。如果不需要制熱水，關閉第一制熱水開關，開啟第二制熱水開關。此時，四通閥換向，高溫高壓的制冷劑經流入第一換熱器。第一換熱器的入口流進的冷水經第一換熱器加熱成熱水，實現(xiàn)制熱的功能。

需要說明的是，制熱的功能和制熱水功能不同。制熱的功能只要系統(tǒng)開啟，就一直制熱，更適用于采暖用水。制熱水功能的開啟和關閉可以控制，更適合提供生活用水。此外，采暖用水和生活用水分開提供，一方面，不會影響采暖循環(huán)的正常運行，在極寒天氣下也能保證采暖溫度和生活用水的溫度，另一方面，采暖用水和生活用水對水質的要求不同，生活用水的流出端可以根據(jù)需要配以過濾裝置。

經第一換熱器流出的制冷劑溫度下降，通過單向閥組的第一支管上的單向閥流入回熱器的第二入口，由回熱器的第二出口流出，隨后進入主毛細管，經主毛細管降壓節(jié)流后流入制冰循環(huán)。制冰過程和制冷、制熱水、制冰工況中相同。

本發(fā)明提供的所述用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的CO₂熱泵，在同一系統(tǒng)內同時實現(xiàn)制冷、制熱、制熱水、制冰功的能，并且在極寒的天氣條件下，不會影響采暖循環(huán)的正常運行，能保證采暖溫度和生活用水的溫度。

基于此，本發(fā)明較之原有技術，實現(xiàn)了能量的多級利用，具有功能多樣，能夠在極寒天氣下穩(wěn)定運行，且提供足夠的熱量的優(yōu)點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為實施例一提供的用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的二氧化碳熱泵的結構示意圖；

圖2為實施例二提供的用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的二氧化碳熱泵的結構示意圖；

圖3為圖2的制冷、制熱水、制冰工況流程圖；

圖4為圖2的制熱、制熱水、制冰工況流程圖。

標記：1－熱水器；2－第一制熱水開關；3－第二制熱水開關；4－四通閥；5－壓縮機；6－氣液分離器；7－第一換熱器；8－回熱器；9－冷凝器；10－單向閥組；11－過濾器；12－減壓毛細管；13－第一調壓開關；14－主毛細管；15－調壓閥組；16－第二制冰開關；17－第一制冰開關；18－制冰機。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

實施例一

如圖1所示，在本實施例中提供了一種用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的二氧化碳熱泵，所述用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的二氧化碳熱泵，包括氣液分離器6、壓縮機5、四通閥4、冷凝器9、單向閥組10、回熱器8、主毛細管14和第一換熱器7；

所述氣液分離器6上設置有充注口，所述氣液分離器6的出口與所述回熱器8的第一入口連通，所述回熱器8的第一出口與所述所述壓縮機5的一端連通；

所述壓縮機5的另一端與所述四通閥4的第一接口連通，所述四通閥4的第二接口連通和所述冷凝器9的一端連通，所述四通閥4的第三接口和所述氣液分離器6連通；所述四通閥4的第四接口和所述第一換熱器7的一端連通；

所述冷凝器9和所述第一換熱器7之間設置有主管，所述主管上設置有單向閥組10，所述單向閥組10包括第一支管、第二支管和四個單向閥，所述第一支管和所述第二支管的一端均與所述冷凝器9的另一端的主管連通，所述第一支管和所述第二支管的另一端均與所述第一換熱器7一端的主管連接；所述第一支管上有兩個所述單向閥，所述第二支管上有兩個所述單向閥；所述回熱器8的第二出口的管路連接在所述第一支管的兩個單向閥之間，所述主毛細管14的第二端連接在所述第二支管的兩個單向閥之間；所述主毛細管14的第一端和所述回熱器8的第二出口連接；

還包括制冰循環(huán)，所述制冰循環(huán)連接在所述主毛細管14的第二端所述單向閥組10之間；所述制冰循環(huán)包括制冰機18、第一制冰開關17和第二制冰開關16，所述主毛細管14的第二端所述單向閥組10之間設置有主管，所述第二制冰開關16設置在所述主管上，所述制冰機18的第二端和所述第一制冰開關17的第一端分別與所述主管的兩端連通；

還包括制熱水循環(huán)，所述制熱水循環(huán)連接在所述壓縮機5和所述四通閥4的第一接口之間；所述制熱水循環(huán)包括熱水器1、第一制熱水開關2和第二制熱水開關3，所述壓縮機5和所述四通閥4的第一接口之間設置有主管，所述第二制熱水開關3在所述主管上；所述熱水器1的第一端和所述第一制熱水開關2的第二端串接，所述所述熱水器1的第二端和所述第一制熱水開關2的第一端分別與所述主管的兩端連通。

本實施例的可選方案中，還包括過濾器11，所述過濾器11設置在所述回熱器8的第二出口和所述主毛細管14的第一端之間。

本實施例的可選方案中，所述冷凝器9使用翅片換熱器。

本實施例的可選方案中，所述第一換熱器7使用板式換熱器。

本實施例的可選方案中，制冷劑使用二氧化碳。

本發(fā)明提供的所述用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的二氧化碳熱泵，包括氣液分離器6、壓縮機5、冷凝器9、單向閥組10、回熱器8、主毛細管14和第一換熱器7。氣液分離器6連接在壓縮機5的入口用于氣液分離，其內部裝有制冷劑，氣液分離器6上設置有充注口，用于注入制冷劑。本申請所提供的熱泵系統(tǒng)，通過四通閥4的換向切換制冷、制熱水、制冰工況和制熱、制熱水、制冰工況。

如圖3所示，制冷、制熱水、制冰工況：氣液分離器6內的制冷劑經回熱器8，從回熱器8的第一入口流入，第一出口流出。制冷劑經回熱器8后進入壓縮機5，流出的為高溫高壓的液體。此時，如果需要制熱水，可以開啟制熱水循環(huán)中的第一制熱水開關2，上述高溫高壓的制冷劑流入熱水器1，用以加熱水，實現(xiàn)制熱水功能。如果不需要制熱水，關閉第一制熱水開關2，開啟第二制熱水開關3，高溫高壓的制冷劑經四通閥4流入冷凝器9，此時冷凝器9周圍輔以冷風，降低上述高溫高壓的制冷劑的溫度，完成制冷劑的第一次降溫。之后，制冷劑流入單向閥組10，經第一支管上的臨近的單向閥流入回熱器8的第二入口，由回熱器8的第二出口流出后進入主毛細管14內，經主毛細管14降壓節(jié)流后流入制冰循環(huán)。經主毛細管14降壓節(jié)流后的制冷劑進一步降溫。

在制冰循環(huán)中，如果需要制冰，可以開啟第一制冰開關17，進一步降溫的制冷劑流入制冰機18中，實現(xiàn)制冰的功能。如果不需要制冰，關閉第一制冰開關17，開啟第二制冰開關16，制冷劑經單向閥組10的第二支管上的單向閥流入第一換熱器7內，此時第一換熱器7的入口流入的熱水被降溫成冷水，由第一換熱器7的出口流出冷水，實現(xiàn)制冷的功能。

如圖4所示，制熱、制熱水、制冰工況：氣液分離器6內的制冷劑經回熱器8后進入壓縮機5，流出的為高溫高壓的液體。此時，如果需要制熱水，可以開啟制熱水循環(huán)中的第一制熱水開關2，上述高溫高壓的制冷劑流入熱水器1，用以加熱水，實現(xiàn)制熱水功能。如果不需要制熱水，關閉第一制熱水開關2，開啟第二制熱水開關3。此時，四通閥4換向，高溫高壓的制冷劑經流入第一換熱器7。第一換熱器7的入口流進的冷水經第一換熱器7加熱成熱水，實現(xiàn)制熱的功能。

需要說明的是，制熱的功能和制熱水功能不同。制熱的功能只要系統(tǒng)開啟，就一直制熱，更適用于采暖用水。制熱水功能的開啟和關閉可以控制，更適合提供生活用水。此外，采暖用水和生活用水分開提供，一方面，不會影響采暖循環(huán)的正常運行，在極寒天氣下也能保證采暖溫度和生活用水的溫度，另一方面，采暖用水和生活用水對水質的要求不同，生活用水的流出端可以根據(jù)需要配以過濾裝置。

經第一換熱器7流出的制冷劑溫度下降，通過單向閥組10的第一支管上的單向閥流入回熱器8的第二入口，由回熱器8的第二出口流出，隨后進入主毛細管14，經主毛細管14降壓節(jié)流后流入制冰循環(huán)。制冰過程和制冷、制熱水、制冰工況中相同。

本發(fā)明提供的所述用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的二氧化碳熱泵，在同一系統(tǒng)內同時實現(xiàn)制冷、制熱、制熱水、制冰功的能，并且在極寒的天氣條件下，不會影響采暖循環(huán)的正常運行，能保證采暖溫度和生活用水的溫度?，F(xiàn)有的熱泵在零下20攝氏度左右基本無法運行，經試驗，本申請至少在零下35攝氏度以上能夠提供足夠的熱量且穩(wěn)定運行。

基于此，本發(fā)明較之原有技術，實現(xiàn)了能量的多級利用，具有功能多樣，能夠在極寒天氣下穩(wěn)定運行，且提供足夠的熱量的優(yōu)點。本實施例的可選方案中，還包括過濾器11，所述過濾器11設置在所述回熱器8的第二出口和所述主毛細管14的第一端之間。

本實施例的可選方案中，還包括過濾器11，所述過濾器11設置在所述回熱器8的第二出口和所述調壓支路遠離所述單向閥組10的第四接口的一端的之間。

本實施例的可選方案中，所述冷凝器9使用翅片換熱器。

本實施例的可選方案中，所述第一換熱器7使用板式換熱器。

本實施例的可選方案中，制冷劑使用二氧化碳，使用二氧化碳將更加環(huán)保。此外，使用二氧化碳做制冷劑也有利于本申請在極寒的天氣下穩(wěn)定運行。

實施例二

如圖2所示，本實施例提供的所述用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的二氧化碳熱泵，是對實施例一提供的所述用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的二氧化碳熱泵的進一步改進，實施例一所描述的技術方案也屬于該實施例，實施例一已經描述的技術方案不再重復描述。

具體而言，如圖2所示，在本實施例中提供了一種用于極寒天氣具有制熱水制冰等多種功能的二氧化碳熱泵，還包括調壓支路，所述調壓支路連接在所述主毛細管14的第一端和所述第二支管的兩個單向閥之間；所述調壓支路包括相互串接的減壓毛細管12和第一調壓開關13，所述第一調壓開關13為常閉開關。

如圖2，本實施例的可選方案中，還包括調壓閥組15，所述調壓閥組15連接在所述主毛細管14的第二端和所述制冰循環(huán)之間；所述調壓閥組15包括調壓閥組15開關和相互并接的多個節(jié)流器，所述調壓閥組15開關和所有所述節(jié)流器均并接。

如圖2，本實施例的可選方案中，所述節(jié)流器設置有四個。

如圖2，本實施例的可選方案中，所述節(jié)流器為相互串接的單向閥和毛細管，所述單向閥為常閉單向閥。

如圖2所示，本實施例的可選方案中，還包括過濾器11，所述過濾器11設置在所述回熱器8的第二出口和所述減壓毛細管12之間。

基于熱泵系統(tǒng)的運行原理，當外界環(huán)境溫度變化時系統(tǒng)內部壓力也會相應的變化。例如，環(huán)境溫度為零上和零下的時候，系統(tǒng)內部壓力不同，環(huán)境溫度在零下1攝氏度和零下10攝氏度的時候，系統(tǒng)內部壓力也會出現(xiàn)變化。因此，為了保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，需要設置起調壓作用的結構。

由于熱泵在運行時容易超壓，尤其是制冷劑使用二氧化碳的時候。因此，系統(tǒng)壓力變化時，通過調節(jié)調壓閥組15中接入的節(jié)流器的個數(shù)調整系統(tǒng)內部壓力，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)壓運行。

當系統(tǒng)壓力超過一定數(shù)值時，開啟調壓支路的第一調壓開關13，以保證系統(tǒng)不會超壓運行。作為優(yōu)選，系統(tǒng)壓力超過9Mpa時，第一調壓開關13開啟，接入調壓支路。

最為優(yōu)選，第一調壓開關13使用電磁閥。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。