二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)和具有其的二氧化碳熱泵熱水裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)和具有其的二氧化碳熱泵熱水裝置，二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)包括：具有依次相連的蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、第一氣體冷卻器、第二氣體冷卻器和節(jié)流裝置的二氧化碳熱泵回路，二氧化碳在第一氣體冷卻器內(nèi)被冷卻至準(zhǔn)臨界溫度區(qū)，第一氣體冷卻器具有第一進(jìn)水口和第一出水口，第二氣體冷卻器具有第二進(jìn)水口和第二出水口；包括第一水路和第二水路的水路，第一水路的進(jìn)水端和第二水路的進(jìn)水端分別與第二出水口連通，第一水路的出水端與第一進(jìn)水口連通；設(shè)在水路上以控制第一進(jìn)水口和第二水路的出水端分別與第二出水口的通斷的控制水閥。根據(jù)本發(fā)明專利技術(shù)實施例的二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)可以保證熱水產(chǎn)出量、產(chǎn)出溫度以及高熱泵系數(shù)。

Carbon dioxide heat pump hot water system and carbon dioxide heat pump water heater having the same

The invention discloses a carbon dioxide heat pump hot water system and the heat pump water heater with carbon dioxide, including carbon dioxide heat pump hot water system has connected the first evaporator, compressor, gas cooler, second gas cooler and a throttling device of two carbon dioxide in the first loop heat pump, carbon dioxide in the gas cooler is cooled to the pseudocritical temperature zone first, the gas cooler has a first inlet and a first outlet, second gas cooler has second water inlet and second outlet; including first and second waterway waterway waterway, the water inlet end of the water inlet end of the first and second water are respectively communicated with the second end of the first water outlet, outlet communicated with a first water inlet; the outlet located in the waterway to control the first second water inlet and water outlet are respectively connected with the second On-off water control valve. The carbon dioxide heat pump hot water system according to the embodiment of the invention can guarantee the output of hot water, the output temperature and the coefficient of high heat pump.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及熱水裝置
，更具體地，涉及一種二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)和具有其的二氧化碳熱泵熱水裝置。
技術(shù)介紹
相關(guān)技術(shù)的CO2熱泵熱水器中存在著CO2冷卻溫度和出水溫度之間的矛盾，具體而言，在高水流量下，CO2可被冷卻到預(yù)定的溫度，系統(tǒng)的熱泵系數(shù)能夠保證，但熱水的出水溫度較低，達(dá)不到要求的出水溫度；在較低水流量下，熱水能夠達(dá)到出水溫度，但是CO2冷不下來，達(dá)不到預(yù)定的冷卻溫度，從而導(dǎo)致熱泵系數(shù)不高，降低了CO2熱泵熱水器的市場競爭力。因此，CO2熱泵熱水器有待進(jìn)一步改進(jìn)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本申請是基于專利技術(shù)人對以下事實和問題的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識作出的：CO2熱泵熱水器(又稱二氧化碳熱泵熱水器)是運(yùn)行在跨臨界區(qū)的熱力系統(tǒng)，來自壓縮機(jī)的高溫高壓CO2(即二氧化碳)進(jìn)入氣體冷卻器中與冷水進(jìn)行熱量交換，CO2被冷卻，水被加熱。其從環(huán)境吸熱的過程一般位于亞臨界區(qū)，而加熱熱水的過程則發(fā)生在超臨界區(qū)。超臨界區(qū)的CO2冷卻放熱過程是一個近似等壓的變溫過程。在此熱交換過程中，CO2的比熱容會隨著溫度的變化發(fā)生極大的變化，尤其是在準(zhǔn)臨界點(diǎn)附近，比熱容的變化非常劇烈。在氣體冷卻器內(nèi)，當(dāng)CO2與水進(jìn)行熱量交換時，最小傳熱溫差會出現(xiàn)在換熱器內(nèi)部，即出現(xiàn)夾點(diǎn)。夾點(diǎn)的出現(xiàn)使得基于傳統(tǒng)的端部溫差法按照能量和質(zhì)量平衡設(shè)計的換熱目標(biāo)難以達(dá)到，從而出現(xiàn)了上述矛盾。也就是說，在CO2與冷水進(jìn)行熱量交換的過程中，出現(xiàn)的熱水熱不上去或CO2冷不下來的主要原因是高溫CO2的比熱容在一定壓力下隨著溫度降低而升高，在準(zhǔn)臨界點(diǎn)附近急劇升高，到達(dá)臨界點(diǎn)時達(dá)到最大，然后急劇降低。比熱容的這種變化趨勢使得準(zhǔn)臨界點(diǎn)附近的單位質(zhì)量的CO2每降低1度可使單位質(zhì)量的水溫度升高7度(以8MPa的CO2為例)，而在高溫區(qū)(CO2離開壓縮機(jī)進(jìn)入CO2氣體冷卻器的初期)的CO2的比熱容較少，單位質(zhì)量的CO2的溫度降低1度，只能使單位質(zhì)量的水溫度升高0.4度。因此，在冷熱兩股流體質(zhì)量不變的情況下，出現(xiàn)了
技術(shù)介紹
中所說的流量高時熱水溫度上不去而流量少時CO2冷不下來的情況。有鑒于此，本申請的專利技術(shù)人根據(jù)CO2在一定壓力下比熱容隨溫度變化的特點(diǎn)，創(chuàng)造性地設(shè)計了分段加熱的分流調(diào)節(jié)法。具體地，將氣體冷卻器分成兩個，第一段用于將CO2冷卻到準(zhǔn)臨界點(diǎn)溫度附近，而水被加熱到溫度不太高的某一合適的溫度范圍內(nèi)(基于CO2在第一段被冷卻到的溫度以及需要的傳熱溫差確定)，然后溫水被分成兩股，一股作為溫水而輸出，一股繼續(xù)進(jìn)入下一級加熱器繼續(xù)被CO2加熱而達(dá)到要求的熱水溫度，而CO2也放出熱量被冷卻。通過此法可以使氣體冷卻器中的兩股流體的熱容在一定程度下達(dá)到匹配，減少了氣體冷卻器內(nèi)的平均傳熱溫差，將CO2充分冷卻下來，在保證熱水產(chǎn)出量及產(chǎn)出溫度的情況下，還能夠副產(chǎn)出一定量的溫水，同時保證了CO2熱泵熱水器的熱泵系數(shù)，保證了節(jié)能性。本專利技術(shù)旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本專利技術(shù)提出一種可以保證熱水產(chǎn)出量、產(chǎn)出溫度以及高熱泵系數(shù)的具有雙氣體冷卻器的分水流的二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)。本專利技術(shù)還提出了一種具有上述二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)的二氧化碳熱泵熱水裝置。根據(jù)本專利技術(shù)實施例的二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)，包括：二氧化碳熱泵回路，所述二氧化碳熱泵回路包括依次相連的蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、第一氣體冷卻器、第二氣體冷卻器和節(jié)流裝置，二氧化碳在第一氣體冷卻器內(nèi)被冷卻至準(zhǔn)臨界溫度區(qū)，所述第一氣體冷卻器具有第一進(jìn)水口和第一出水口，所述第二氣體冷卻器具有第二進(jìn)水口和第二出水口，所述第二進(jìn)水口適于與供水裝置連通；水路，所述水路包括第一水路和第二水路，所述第一水路的進(jìn)水端和第二水路的進(jìn)水端分別與所述第二出水口連通，所述第一水路的出水端與所述第一進(jìn)水口連通；控制水閥，所述控制水閥設(shè)在所述水路上以控制所述第一進(jìn)水口和所述第二水路的出水端分別與所述第二出水口的通斷。根據(jù)本專利技術(shù)實施例的二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)具有保證熱水產(chǎn)出量、產(chǎn)出溫度以及高熱泵系數(shù)、節(jié)能和易于實施等優(yōu)點(diǎn)。另外，根據(jù)本專利技術(shù)實施例的二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：根據(jù)本專利技術(shù)的一些實施例，所述控制水閥形成為調(diào)節(jié)所述第一水路和所述第二水路的水流量大小的流量調(diào)節(jié)閥。根據(jù)本專利技術(shù)的一些實施例，所述控制水閥包括：第一水閥，所述第一水閥設(shè)在所述第一水路上以控制所述第一水路的水流；第二水閥，所述第二水閥設(shè)在所述第二水路上以控制所述第二水路的水流。根據(jù)本專利技術(shù)的一些實施例，二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)還包括：第一儲水箱，所述第一儲水箱與所述第一出水口連通。根據(jù)本專利技術(shù)的一些實施例，所述第一儲水箱通過第三水路與所述第一出水口相連。根據(jù)本專利技術(shù)的一些實施例，二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)還包括：第二儲水箱，所述第二儲水箱與所述第二水路的出水端連通。根據(jù)本專利技術(shù)的一些實施例，所述第二氣體冷卻器、所述第一水路和所述第二水路通過三通管相連。根據(jù)本專利技術(shù)的一些實施例，二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)還包括：供水水路，所述供水水路的進(jìn)口端適于與供水裝置相連，所述供水水路的出水端與所述第二進(jìn)水口相連。根據(jù)本專利技術(shù)第二方面實施例的二氧化碳熱泵熱水裝置，包括根據(jù)本專利技術(shù)實施例的二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)。本專利技術(shù)的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術(shù)的實踐了解到。附圖說明圖1是根據(jù)本專利技術(shù)實施例的二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記：二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)100；二氧化碳熱泵回路10；蒸發(fā)器11；壓縮機(jī)12；第一氣體冷卻器13；第二氣體冷卻器14；節(jié)流裝置15；第一進(jìn)水口131；第一出水口132；第二進(jìn)水口141；第二出水口142；水路20；第一水路21；第二水路22；第三水路23；供水水路24；控制水閥30；第一水閥31；第二水閥32；第一儲水箱41；第二儲水箱42；環(huán)境介質(zhì)A；冷水C；溫水W；熱水H；二氧化碳E。具體實施方式下面詳細(xì)描述本專利技術(shù)的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本專利技術(shù)，而不能理解為對本專利技術(shù)的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本專利技術(shù)的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本專利技術(shù)實施例的二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)。參照圖1所示，根據(jù)本專利技術(shù)實施例的二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)100可包括：二氧化碳熱泵回路10、水路20和控制水閥30。具體而言，二氧化碳熱泵回路10可包括依次相連的蒸發(fā)器11、壓縮機(jī)12、第一氣體冷卻器13、第二氣體冷卻器14和節(jié)流裝置15。第一氣體冷卻器13和第二氣體冷卻器14串聯(lián)相連并且設(shè)置在壓縮機(jī)12和節(jié)流裝置15之間，第一氣體冷卻器13與壓縮機(jī)12相連，可作為高溫氣體冷卻器，第二氣體冷卻器14與節(jié)流裝置15相連，可作為低溫氣體冷卻器，二氧化碳以相同流量依次流過第一氣體冷卻器13和第二氣體冷卻器14，實現(xiàn)二次冷卻。CO2熱泵熱水器加熱水的過程發(fā)生在超臨界壓力下，CO2的臨界壓力為7.37MPa，在給定的超臨界壓力下，二氧化碳的比熱隨溫度的變化規(guī)律為：先升高而后下降，在某個溫度存在最大值。在給定壓力下，二氧化碳的比熱達(dá)到最大值時所對應(yīng)的溫度為即為準(zhǔn)臨界溫度，不同超臨界壓力所對應(yīng)的準(zhǔn)臨界溫度是不同的。在本專利技術(shù)中，二氧化碳在第一氣體冷卻器13可冷卻至冷卻壓力對應(yīng)下的準(zhǔn)臨界溫度區(qū)。這里，準(zhǔn)臨界溫度區(qū)即為在本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于，包括：二氧化碳熱泵回路，所述二氧化碳熱泵回路包括依次相連的蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、第一氣體冷卻器、第二氣體冷卻器和節(jié)流裝置，二氧化碳在第一氣體冷卻器內(nèi)被冷卻至準(zhǔn)臨界溫度區(qū)，所述第一氣體冷卻器具有第一進(jìn)水口和第一出水口，所述第二氣體冷卻器具有第二進(jìn)水口和第二出水口，所述第二進(jìn)水口適于與供水裝置連通；水路，所述水路包括第一水路和第二水路，所述第一水路的進(jìn)水端和第二水路的進(jìn)水端分別與所述第二出水口連通，所述第一水路的出水端與所述第一進(jìn)水口連通；控制水閥，所述控制水閥設(shè)在所述水路上以控制所述第一進(jìn)水口和所述第二水路的出水端分別與所述第二出水口的通斷。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于，包括：二氧化碳熱泵回路，所述二氧化碳熱泵回路包括依次相連的蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、第一氣體冷卻器、第二氣體冷卻器和節(jié)流裝置，二氧化碳在第一氣體冷卻器內(nèi)被冷卻至準(zhǔn)臨界溫度區(qū)，所述第一氣體冷卻器具有第一進(jìn)水口和第一出水口，所述第二氣體冷卻器具有第二進(jìn)水口和第二出水口，所述第二進(jìn)水口適于與供水裝置連通；水路，所述水路包括第一水路和第二水路，所述第一水路的進(jìn)水端和第二水路的進(jìn)水端分別與所述第二出水口連通，所述第一水路的出水端與所述第一進(jìn)水口連通；控制水閥，所述控制水閥設(shè)在所述水路上以控制所述第一進(jìn)水口和所述第二水路的出水端分別與所述第二出水口的通斷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于，所述控制水閥形成為調(diào)節(jié)所述第一水路和所述第二水路的水流量大小的流量調(diào)節(jié)閥。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二氧化碳熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于，所述控制水閥包括：第一水閥，所述第一水閥設(shè)在...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姜培學(xué)，張富珍，胥蕊娜，祝銀海，
申請(專利權(quán))人：清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11