CN202868983U - 一种节能型多源二氧化碳热泵热水机组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种节能型多源二氧化碳热泵热水机组，其包括热水系统及多源系统、二氧化碳热泵系统、热管系统；多源系统包括相并联的多个热源支路，每条热源支路上设置有热源、阀门和第一液泵；二氧化碳热泵系统包括压缩机，压缩机的出气口经气体冷却器、回热器、节流机构、空气源换热器与气液分离器的进口相连接，气液分离器的出口经过回热器与压缩机的进气口相连接；热管系统包括相串联的第二液泵、冷凝器、电磁阀；热管系统、二氧化碳热泵系统在低位热源共用蒸发器中与多源系统换热；热水系统经过冷凝器与热管系统换热、经过气体冷却器与二氧化碳热泵系统换热。该机组可最大化利用天然热源，提高换热效率，具有节能、环保、适用性强等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种二氧化碳热泵系统，尤其是涉及一种能够最大化利用自然资源的热管、热泵复合型热水机组。
背景技术
节能环保已成为当今社会的热门话题。在制冷领域，由于CFCs制冷剂对臭氧层和大气变暖的重要影响，二氧化碳这一自然物质已普遍受到重视。二氧化碳具有无毒、不燃、成本低廉、ODP值为0、温室效应很低等优点；且其跨临界循环的放热过程伴随有较大温度滑移，与水加热时的温升相匹配。同时二氧化碳的单位容积制冷量高。种种迹象表明，二氧化碳是一种理想制冷剂。对于热泵机组而言，国内外已相继研制出二氧化碳热泵机组，并得到广泛使用，尤其是欧美和日本。
另一方面，太阳能、土壤源、海水等是一种自然能源，能够提供大量的热能，国内外学者已提出利用太阳能、土壤源等辅助制取热水。但太阳能热泵机组易受到天气、季节等因素影响；土壤源热泵的换热性能受土壤的热物性参数的影响较大，若单独使用，会受到环境和地区因素的影响。此外，二氧化碳热泵循环的临界压力和临界温度很高，使得气体冷却器中的换热温差大，不可逆损失也大，降低了换热性能。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种利用多种天然能源、节能环保、换热性能高的热泵热水机组。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种节能型多源二氧化碳热泵热水机组，其包括热水系统及多源系统、二氧化碳热泵系统、热管系统；
所述的多源系统包括相并联的多个热源支路，每条所述的热源支路上设置有热源、控制该热源支路的开闭及循环的阀门和第一液泵；
所述的二氧化碳热泵系统包括压缩机，所述的压缩机的出气口经过气体冷却器、回热器、节流机构、空气源换热器与气液分离器的进口相连接，所述的气液分离器的出口经过所述的回热器与所述的压缩机的进气口相连接；所述的二氧化碳热泵系统中的循环工质为二氧化碳；
所述的热管系统包括相串联的第二液泵、冷凝器、电磁阀；
所述的热管系统、所述的二氧化碳热泵系统在低位热源共用蒸发器中与所述的多源系统换热；所述的热水系统经过冷凝器与所述的热管系统换热、经过所述的气体冷却器与所述的二氧化碳热泵系统换热。
优选的，所述的多源系统中的热源包括太阳能、土壤源、水源中的一种或几种。
优选的，所述的空气源换热器侧设置有蒸发风机。
优选的，所述的多源系统与所述的低位热源共用蒸发器相连接的进口处设置有低位热源温度传感器；所述的热水系统的进水处设置有进水温度传感器。
优选的，所述的空气源换热器为翅片管式蒸发器。
优选的，所述的回热器、所述的气体冷却器、所述的低位热源共用蒸发器、所述的冷凝器为板式换热器或套管式换热器。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
1、本实用新型采用多种热源提供低位热源，最大化利用自然能源，能够适应不同地区、不同环境的要求制取热水，适用性广，节能环保；
2、本实用新型采用多种天然可再生热源，结合二氧化碳热泵系统，具有优越的环保、经济性等特点，符合环境的可持续发展的要求；
3、本实用新型采用热管系统与热泵系统复合制取热水，根据进水温度和低位热源温度的状况来切换系统模式运行，解决了热负荷小时扔使用热泵系统造成能源浪费的问题，节能高效；
4、本实用新型采用热管系统与热泵系统复合制取热水，当热管系统辅助热泵系统运行时，热管系统对进水预热，可以有效地降低气体冷却器内的换热温差，减少不可逆热损失，提高换热效率。
附图说明
附图1为本实用新型的一种节能型多源二氧化碳热泵热水机组的示意图。
以上附图中：1、压缩机；2、气体冷却器；3、回热器；4、节流机构；5、空气源换热器；6、低位热源共用蒸发器；7、气液分离器；8、蒸发风机；9、冷凝器；10、第二液泵；11、进水口；12、出水口；13、电磁阀；14、阀门；15、阀门；16、阀门；17、低位热源温度传感器；18、进水温度传感器；19、太阳能用液泵；20、土壤源用液泵；21、水源用液泵。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。
实施例一：参见附图1所示。
一种节能型多源二氧化碳热泵热水机组，其包括热水系统及多源系统、二氧化碳热泵系统、热管系统。
多源系统包括相并联的多个热源支路，每条热源支路上设置有热源、控制该热源支路的开闭及循环的阀门14、15、16和第一液泵。例如设置三条热源支路，第一条热源支路上的热源采用太阳能，且该支路上的第一液泵为太阳能用液泵19；第二条热源支路上的热源采用土壤源，且该支路上的第一液泵为土壤源用液泵20；第三条热源支路上的热源采用水源，且该支路上的第一液泵为水源用液泵21，水源系统可为地下水、海水、生活污水、工业废水等。多源系统可单独运行提供低位热源，也可相互辅助。各支路阀门14、15、16根据不同地区不同环境进行切换，根据当地气候、地形、环境等因素的不同，通过切换相应热源支路的阀门14、15、16，来控制采用不同的热源提供低位热能。
二氧化碳热泵系统包括压缩机1、气体冷却器2、回热器3、节流机构4、空气源换热器5、设置于空气源换热器5侧的蒸发风机8、气液分离器7。二氧化碳热泵系统中的循环工质为二氧化碳。
压缩机1的出气口与气体冷却器2的进口相连接，气体冷却器2的出口经回热器3和节流机构4与空气源换热器5的进口相连接，空气源换热器5的出口与气液分离器7的进口相连接，气液分离器7的出口经过回热器3与压缩机1的进气口相连接。空气源换热器5为翅片管式蒸发器。
热管系统包括相串联的第二液泵10、冷凝器9、电磁阀13。热管系统中的制冷剂可为R134a、混合工质等。
热管系统、二氧化碳热泵系统在低位热源共用蒸发器6中与多源系统换热。多源系统与低位热源共用蒸发器6相连接的进口处设置有测量低温热源温度的低位热源温度传感器17。
热水系统的进水口11处设置有测量进水温度的进水温度传感器18，热水系统由进水口11经过冷凝器9与热管系统换热、经过气体冷却器9与二氧化碳热泵系统换热后在出水口12获得热水。
回热器3、气体冷却器2、低位热源共用蒸发器6、冷凝器9为板式换热器或套管式换热器。
二氧化碳热泵系统与普通的二氧化碳热泵系统相似，其回路依次经过压缩机1、气体冷却器2、回热器3、节流机构4、空气源换热器5、低位热源共用蒸发器6、气液分离器7。气体冷却器2的出口与低位热源共用蒸发器6的出口经过回热器3进行逆向热交换，使液体过冷，气体过热，可以有效降低不可逆热损失，提高换热效率。
热管系统由第二液泵10驱动。冷凝器9位于热水系统的进水口11处，与进水进行热交换。低位热源共用蒸发器6由太阳能、水源、土壤源提供低位热能，低位热源共用蒸发器6向二氧化碳热泵系统和热管系统提供低位热能。
当阳光充足且足以给系统提供足够的低位热源时，仅利用以太阳能为热源的热源支路向系统供热，只开启该支路上的阀门14和太阳能用液泵19，而利用水源和土壤源的热源支路上的阀门15、16关闭，蒸发风机8不启动。当阳光不够充足，特别是冬季季节，可以利用水源、土壤源、太阳能支路同时工作，而蒸发风机8不启动。其中利用水源提供低位热源时，可视地区而定，如靠海地区可以利用海水热能，也可使用地下水等。当遇到阴雨天气时，利用空气源、土壤源、水源提供热能，其余支路关闭。该多源系统能够根据环境和地理位置的不同，最大化利用自然能源满足供热需求，节能效果好。
在本实施例中，安装有进水温度传感器18和低位热源温度传感器17，分别测量进水温度和低位热源的温度。求二者测得的温度的差值T，且在系统控制器中预设有理论值T 0 。通过比较T和T 0 两者的大小，控制热泵系统和热管系统的运行。当T> T 0 ，且T值较大而需求热负荷不太大时，热管系统能够提供足够的热量，这时压缩机1停止启动，第二液泵10打开，热管系统单独运行；当T> T 0 ，需求热负荷较大时，压缩机1启动，第二液泵10同时打开，热管系统辅助热泵系统运行，热管系统可以为进水提供预热，一定程度上减小气体冷却器2中的换热温差，降低不可逆热损失，提高换热效率；当进水温度上升到一定值时，热管系统已无法满足系统要求，第二液泵10关闭，热泵系统继续运行；当T< T 0 时，压缩机1启动，第二液泵10关闭，这时热泵系统单独运行。通过热泵系统与热管系统复合运行，可以有效的降低能耗，提高换热效率。
本实施例中的T 0 值根据具体情况而定，可由生产厂商设定，也可由用户自行设定。
上述节能型多源热泵热水机组，利用多源系统提供低位热能，并且可根据地区环境变化，通过阀门14、15、16控制各支路的运行，最大化利用天然能源，起到节能的效果；此外，利用热管系统和热泵系统复合运行，提高换热性能。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种节能型多源二氧化碳热泵热水机组，其特征在于：其包括热水系统及多源系统、二氧化碳热泵系统、热管系统；
所述的多源系统包括相并联的多个热源支路，每条所述的热源支路上设置有热源、控制该热源支路的开闭及循环的阀门和第一液泵；
所述的二氧化碳热泵系统包括压缩机，所述的压缩机的出气口经过气体冷却器、回热器、节流机构、空气源换热器与气液分离器的进口相连接，所述的气液分离器的出口经过所述的回热器与所述的压缩机的进气口相连接；所述的二氧化碳热泵系统中的循环工质为二氧化碳；
所述的热管系统包括相串联的第二液泵、冷凝器、电磁阀；
所述的热管系统、所述的二氧化碳热泵系统在低位热源共用蒸发器中与所述的多源系统换热；所述的热水系统经过冷凝器与所述的热管系统换热、经过所述的气体冷却器与所述的二氧化碳热泵系统换热。
2.根据权利要求1所述的一种节能型多源二氧化碳热泵热水机组，其特征在于：所述的多源系统中的热源包括太阳能、土壤源、水源中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种节能型多源二氧化碳热泵热水机组，其特征在于：所述的空气源换热器侧设置有蒸发风机。
4.根据权利要求1所述的一种节能型多源二氧化碳热泵热水机组，其特征在于：所述的多源系统与所述的低位热源共用蒸发器相连接的进口处设置有低位热源温度传感器；所述的热水系统的进水处设置有进水温度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种节能型多源二氧化碳热泵热水机组，其特征在于：所述的空气源换热器为翅片管式蒸发器。
6.根据权利要求1所述的一种节能型多源二氧化碳热泵热水机组，其特征在于：所述的回热器、所述的气体冷却器、所述的低位热源共用蒸发器、所述的冷凝器为板式换热器或套管式换热器。
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