CN106287901A - 二氧化碳热泵加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二氧化碳热泵加热装置。该二氧化碳热泵加热装置包括：容装有二氧化碳的热泵系统，其具有压缩机、利用热泵系统内的二氧化碳对水进行加热的换热器、第一回热器、节流装置和蒸发器以及第二回热器，且配置成使二氧化碳从压缩机流出后，依次流经换热器、第一回热器、节流装置、蒸发器、第一回热器和第二回热器，最后返回压缩机；以及容装有水的水路系统，其具有进水管、中间水管和出水管，且配置成使水从进水管流入后，依次流经第二回热器、中间水管和换热器，最后从出水管流出。本发明的二氧化碳热泵加热装置中能够防止压缩机因排气温度过高而停机，显著提高了二氧化碳热泵加热装置的工作效率，且可靠性高、节能。

Description

二氧化碳热泵加热装置

技术领域

本发明涉及热泵领域，特别是涉及一种二氧化碳热泵加热装置。

背景技术

热泵供暖装置一般性可包括外机、散热装置、水循环管路和循环泵，其中，外机主要由压缩机、利用外机内的冷媒对水进行加热的换热器、节流装置和蒸发器等几大部件组成，其工作原理是由压缩机工作产生高压高温的制冷剂气体进入换热器后被冷凝降温，然后到节流装置进行节流膨胀，后进入蒸发器吸收空气的热量蒸发成低压蒸汽，低压制冷剂蒸汽被吸入压缩机重新被压缩成高温高压气体。水循环管路可配置成将散热装置内的水引入换热器内，被换热器内的制冷剂加热后引流返回散热装置，以使散热装置向室内释放热量。然而，现有的热泵供暖装置在供暖时，热泵供暖装置的压缩机容易出现停机等现象，显著降低了外机的工作效率。

发明内容

本发明的一个目的旨在克服现有的热泵供暖装置的至少一个缺陷，提供一种二氧化碳热泵加热装置，其能够使压缩机稳定运转，提高工作效率。

本发明的一个进一步的目的是提高二氧化碳热泵加热装置的蒸发器的换热效率。

为了实现上述至少一个目的，本发明提供了一种二氧化碳热泵加热装置。该二氧化碳热泵加热装置包括：

容装有二氧化碳的热泵系统，其具有压缩机、利用所述热泵系统内的二氧化碳对水进行加热的换热器、第一回热器、节流装置和蒸发器以及第二回热器，且配置成使二氧化碳从所述压缩机流出后，依次流经所述换热器、所述第一回热器、所述节流装置、所述蒸发器、所述第一回热器和所述第二回热器，最后返回所述压缩机；以及

容装有水的水路系统，其具有进水管、中间水管和出水管，且配置成使水从所述进水管流入后，依次流经所述第二回热器、所述中间水管和所述换热器，最后从所述出水管流出。

可选地，所述水路系统还包括：散热装置，其出水口连通至所述进水管的进口，其进水口连通至所述出水管的出口。

可选地，所述散热装置为地板辐射采暖装置、墙体辐射采暖装置、暖气片或室内机。

可选地，所述水路系统还包括：储水水箱，所述进水管的进口连通至所述储水水箱的下部，所述出水管的出口连通至所述储水水箱的上部。

可选地，所述进水管的进口连通至自来水网。

可选地，所述进水管上还设置有水泵。

可选地，所述第二回热器包括：水流管路，其沿一直线延伸；和冷媒管，配置成使其内的二氧化碳与所述水流管路内的水热连接。

可选地，所述冷媒管的至少部分管段沿所述水流管路的轴线方向缠绕于所述水流管路；或

所述冷媒管的至少部分管段沿所述水流管路的轴线方向在所述水流管路内呈直线状延伸；或

所述冷媒管的至少部分管段沿所述水流管路的轴线方向在所述水流管路内呈螺旋状延伸。

可选地，所述第一回热器包括第一冷媒管和第二冷媒管，且所述第一冷媒管的至少部分管段与所述第二冷媒管的至少部分管段相互缠绕呈双螺旋状。

可选地，所述换热器包括：

外管，其两端分别具有供水流流入流出所述外管的进水口和出水口；和

在所述外管内延伸的多根内管，每根所述内管的两端分别具有供二氧化碳流入流出该内管的冷媒进口和冷媒出口，其中

所述多根内管的至少部分管段彼此相互缠绕呈螺旋状，且

每根所述内管的外壁与所述外管的内壁接触抵靠。

本发明的二氧化碳热泵加热装置中因为具有第一回热器和第二回热器，以及第一回热器、第二回热器和进水管相互之间的特殊位置关系，其能够防止压缩机因排气温度过高而停机，也可防止由于CO2进入蒸发器时温度过高而导致蒸发器的换热效果很差，显著提高了二氧化碳热泵加热装置的工作效率，且可靠性高、节能。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的二氧化碳热泵加热装置的示意性系统图。

具体实施方式

对于现有的热泵供暖装置在供暖时，热泵供暖装置的压缩机容易出现停机等现象，发明人经过研究分析，发现了引起压缩机容易停机的原因是：由于流出热泵供暖装置的散热装置的水的温度较高，该水在进入利用外机内的冷媒对水进行加热的换热器后，使换热器的效率降低，进而引起了压缩机的排气温度较高，引起了压缩机的停机；且不能够对换热器进行有效的冷却，使冷媒进入蒸发器的温度偏高，降低蒸发器的换热效率。因此，发明人提出了一种新的二氧化碳热泵加热装置100。

图1是根据本发明一个实施例的二氧化碳热泵加热装置100的示意性系统图。如图1所示，本发明实施例提供了一种二氧化碳热泵加热装置100。该二氧化碳热泵加热装置100可包括热泵系统20和水路系统30。热泵系统20内容装有二氧化碳，也就是说，该热泵系统20采用二氧化碳作为冷媒介质，以充分利用二氧化碳的加热温度高等优点。

该二氧化碳热泵加热装置100的热泵系统20可包括压缩机21、利用热泵系统20内的二氧化碳对水进行加热的换热器22、第一回热器23、节流装置24和蒸发器25以及第二回热器26。该热泵系统20可配置成使二氧化碳从压缩机21流出后，依次流经换热器22、第一回热器23、节流装置24、蒸发器25、第一回热器23和第二回热器26，最后返回压缩机21。具体地，压缩机21的冷媒出口与换热器22的冷媒进口相连通。节流装置24的冷媒出口与蒸发器25的冷媒进口相连通。特别地，第一回热器23的两个冷媒进口分别与换热器22的冷媒出口和蒸发器25的冷媒出口相连通，第一回热器23的两个冷媒出口分别与节流装置24的冷媒进口和第二回热器26的冷媒进口相连通，以使流出换热器22的二氧化碳与流出蒸发器25的二氧化碳进行热交换。第二回热器26的冷媒出口与压缩机21的冷媒进口相连通。

该二氧化碳热泵加热装置100的水路系统30可具有进水管31、中间水管32和出水管33。特别地，水路系统30可配置成使水从进水管31流入后，依次流经第二回热器26、中间水管32和换热器22，最后从出水管33流出。具体地，进水管31的出口连通至第二回热器26的进水口，中间水管32的两端分别连通至第二回热器26的出水口和换热器22的进水口，出水管33的进口连通至换热器22的出水口。

在本发明实施例中，进入进水管31的水首先被第二回热器26中的二氧化碳冷却，然后被换热器22中的二氧化碳加热，经出水管33流出以被使用。热泵系统20中的二氧化碳被压缩机21压缩后进入换热器22，冷却后进入第一回热器23被再冷却，通过节流装置24降温降压后进入蒸发器25吸热汽化，然后进入第一回热器23中吸热，吸热后的二氧化碳再进入第二回热器26中继续吸热，最后返回压缩机21后进行再次压缩。本发明实施例的二氧化碳热泵加热装置100可控制或调节换热器22的进水温度，以避免压缩机21无法工作；可控制进入节流装置24的二氧化碳状态，保证进入蒸发器25的二氧化碳状态和换热效果；可控制压缩机21吸气过热状态，防止压缩机21湿压缩及排气温度过高等；也可充分利用进水中的热能，显著提高了二氧化碳热泵加热装置100的工作效率。

此外，本发明的发明人在对现有的热泵供暖装置分析时，还提出了一些替代性技术方案。容装有冷媒的热泵系统20配置成使其内的冷媒从压缩机21流出后，依次流经换热器22、第一回热器23、节流装置24、蒸发器25、第二回热器26和第一回热器23，最后返回压缩机21。容装有水的水路系统30配置成使水从进水管31流入后，依次流经第二回热器26、中间水管32和换热器22，最后从出水管33流出。在该替代性方案中，流出蒸发器25的冷媒先吸收水中的热量之后，再去吸收流出换热器22的冷媒的热量，由于进水管31内的水的温度比较高，使第一回热器23内进行相互换热的冷媒的温度比较接近，从而使第一回热器23失去作用。进一步地，当第一回热器23失去作用之后，流出换热器22的冷媒没有足够的过冷度，同样会使该替代性方案的工作效率降低。同样地，本发明的发明人还提出了另一些替代性技术方案，方案中只有第二回热器26，而不设计第一回热器23，另一些替代性技术方案也不具有与本发明实施例所要保护的方案等同的技术效果。

在本发明的一些实施方式中，二氧化碳热泵加热装置100的水路系统30还可包括散热装置，其出水口连通至进水管31的进口，其进水口连通至出水管33的出口。例如，散热装置可为地板辐射采暖装置、墙体辐射采暖装置、暖气片或室内机。在本发明的另一些实施方式中，水路系统30可包括储水水箱，进水管31的进口连通至储水水箱的下部，出水管33的出口连通至储水水箱的上部。在本发明的又一些实施方式中，进水管31的进口连通至自来水网。出水管33的出口可连通至散热装置、储水水箱、浴池、洗浴喷头或水龙头等。进一步地，进水管31上还设置有水泵34。

在本发明的一些实施例中，为了提高换热效率，换热器22可包括外管、在外管内延伸的多根内管。外管的两端分别具有供水流流入流出外管的进水口和出水口。每根内管的两端分别具有供二氧化碳流入流出该内管的冷媒进口和冷媒出口。特别地，多根内管的至少部分管段彼此相互缠绕呈螺旋状，且每根内管的外壁与外管的内壁接触抵靠，可显著提高内管内的二氧化碳与外管内的水之间的进行热交换的换热面积，进而提高了两者之间的热交换系数。

第一回热器23包括第一冷媒管和第二冷媒管，且第一冷媒管的至少部分管段与第二冷媒管的至少部分管段相互缠绕呈双螺旋状，第一回热器23为双螺旋结构，其结构简单、尺寸小、成本低。

第二回热器26包括水流管路和冷媒管。水流管路沿一直线延伸，即水流管路为直管。冷媒管配置成使其内的二氧化碳与水流管路内的水热连接。具体地，在一些第二回热器26的结构中，冷媒管的至少部分管段沿水流管路的轴线方向缠绕于水流管路。在另一些第二回热器26的结构中，冷媒管的至少部分管段沿水流管路的轴线方向在水流管路内呈直线状延伸。在另一些第二回热器26的结构中，冷媒管的至少部分管段沿水流管路的轴线方向在水流管路内呈螺旋状延伸。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种二氧化碳热泵加热装置，其特征在于包括：

容装有二氧化碳的热泵系统，其具有压缩机、利用所述热泵系统内的二氧化碳对水进行加热的换热器、第一回热器、节流装置和蒸发器以及第二回热器，且配置成使二氧化碳从所述压缩机流出后，依次流经所述换热器、所述第一回热器、所述节流装置、所述蒸发器、所述第一回热器和所述第二回热器，最后返回所述压缩机；以及

容装有水的水路系统，其具有进水管、中间水管和出水管，且配置成使水从所述进水管流入后，依次流经所述第二回热器、所述中间水管和所述换热器，最后从所述出水管流出。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵加热装置，其特征在于，所述水路系统还包括：

散热装置，其出水口连通至所述进水管的进口，其进水口连通至所述出水管的出口。

3.根据权利要求2所述的二氧化碳热泵加热装置，其特征在于

所述散热装置为地板辐射采暖装置、墙体辐射采暖装置、暖气片或室内机。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵加热装置，其特征在于，所述水路系统还包括：

储水水箱，所述进水管的进口连通至所述储水水箱的下部，所述出水管的出口连通至所述储水水箱的上部。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵加热装置，其特征在于

所述进水管的进口连通至自来水网。

6.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵加热装置，其特征在于

所述进水管上还设置有水泵。

7.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵加热装置，其特征在于，所述第二回热器包括：

水流管路，其沿一直线延伸；和

冷媒管，配置成使其内的二氧化碳与所述水流管路内的水热连接。

8.根据权利要求7所述的二氧化碳热泵加热装置，其特征在于

所述冷媒管的至少部分管段沿所述水流管路的轴线方向缠绕于所述水流管路；或

所述冷媒管的至少部分管段沿所述水流管路的轴线方向在所述水流管路内呈直线状延伸；或

所述冷媒管的至少部分管段沿所述水流管路的轴线方向在所述水流管路内呈螺旋状延伸。

9.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵加热装置，其特征在于

所述第一回热器包括第一冷媒管和第二冷媒管，且所述第一冷媒管的至少部分管段与所述第二冷媒管的至少部分管段相互缠绕呈双螺旋状。

10.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵加热装置，其特征在于，所述换热器包括：

外管，其两端分别具有供水流流入流出所述外管的进水口和出水口；和

在所述外管内延伸的多根内管，每根所述内管的两端分别具有供二氧化碳流入流出该内管的冷媒进口和冷媒出口，其中

所述多根内管的至少部分管段彼此相互缠绕呈螺旋状，且

每根所述内管的外壁与所述外管的内壁接触抵靠。