CN209197136U - Co2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置，属于热泵热水机制造技术领域。它解决了现有技术中的热泵热水装置运行效率低的问题。本CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置包括由用于输送CO2的制冷剂输送总管依次连接压缩机、气冷器等。本CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置的优点在于：压缩机为变频压缩机的设置代替传统的定频或者活塞压缩机，保证制冷系统始终处于跨临界工作状态，提高热水出水温度和系统效率，回热交换器的设置替代了现有技术中的经济器和汽液分离器，节省了生产成本，降低了因为经济器在过冷时会导致压缩机中间压力波动较大、从而影响工作效率的情况的出现机率。

Description

CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置

技术领域

本实用新型属于热泵热水机制造技术领域，尤其是涉及一种CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置。

背景技术

近年来，我国大气污染严重，特别是北方的冬季，干燥气候引发PM2.5等颗粒物聚集，煤炭烧锅炉供暖进一步恶化空气质量，为绿化环境，节能减排，我国启动了煤改电项目，采用空调热泵制热水代替传统的供暖方式。传统的空调热泵热水机采用R22、R410A或者R134A作为制冷剂，破坏臭氧层和产生温室效应，低温制热水能力衰减厉害。《蒙特利尔协议》将淘汰 HCFCs 类制冷剂，《京都议定书》又使HFCs 类制冷剂成为过渡性产品。CO2制冷剂的GWP=1，ODP=0，作为一种对环境无害的自然工质在热泵热水机的使用渐渐被更多的人认可，CO2制冷剂的临界温度点比较低，为31.1℃，与环境温度接近，对其进行压缩制热，冷凝散热温度处于跨临界区，即CO2制冷剂冷凝散热存在一个很大的温度滑移区间，可以制造高温热水，最高可达95℃，同时CO2蒸发压力高，在低温环境下，制热水能力衰减较少，但目前CO2制冷剂热泵热水装置普片存在以下一些问题， 1、采用定频压缩机或者活塞式压缩机，无法保证系统始终处于高效制冷状态；2、采用经济器过冷，压缩机中间压力波动较大，影响效率；3、采用经济器过冷，可能存在中间喷液损坏压缩机风险；4、传统的四通换向阀除霜或者电磁阀除霜存在切换不正常或者除霜效率低；5、系统采用汽液分离器成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，解决了CO2制冷剂在热泵热水装置中运行时效率低的问题的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本实用新型的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置，包括由用于输送CO2的制冷剂输送总管依次连接压缩机、气冷器、电子膨胀阀和蒸发器组成的一个循环系统，气冷器上连接有供待加热的冷水通过的水管，其特征在于：压缩机为变频压缩机；气冷器上的制冷剂输出端与电子膨胀阀的输入端分别与回热交换器上的热源输入端和热源输出端一一连接、蒸发器上的制冷剂输出端与压缩机的制冷剂输入端分别与回热交换器上的冷源输入端和冷源输出端一一连接，本热泵热水装置还包括控制器，控制器分别与压缩机、电子膨胀阀电连接。压缩机为变频压缩机的设置代替传统的定频或者活塞压缩机，保证制冷系统始终处于跨临界工作状态，提高热水出水温度和系统效率，回热交换器的设置替代了现有技术中的经济器和汽液分离器，节省了生产成本，方便安装、维护，降低了因为经济器在过冷时会导致压缩机中间压力波动较大、从而影响工作效率的情况的出现机率，同时减少了因采用经济器过冷而可能存在的中间喷液损坏压缩机的风险机率，另外降低了回气带液机率。

在上述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置中，制冷剂输送总管上的位于压缩机上的制冷剂输出端和气冷器上的制冷剂输入端之间的部位设有油分离器，制冷剂输送总管上的连接压缩机上的制冷剂输入端的部位和油分离器上的制冷剂输入端之间设有第一制冷剂输送支管，第一制冷剂输送支管上设有回油电磁阀，回油电磁阀与控制器电连接。用于将压缩机排出的气体中混杂的润滑油分离后重新通过第一制冷剂输送支管送回压缩机内。

在上述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置中，制冷剂输送总管上的位于油分离器和气冷器之间的部位与制冷剂输送总管上的位于电子膨胀阀和蒸发器之间的部位之间设有第二制冷剂输送支管，第二制冷剂输送支管上设有用于融去位于蒸发器上的霜的融霜电动球阀, 融霜电动球阀与控制器电连接。采用融霜电动球阀除霜替代现有技术中的电磁阀或者四通换向阀除霜，解决了电磁阀流量偏小除霜周期长，四通换向阀切换过程复杂、不满足新国标除霜能效要求。

在上述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置中，制冷剂输送总管上的自连接第二制冷剂输送支管一端的部位至连接气冷器的制冷剂输入端之间的部位设有高压开关阀，高压开关阀与控制器电连接。高压开关阀的设置提高了对流出压缩机的高温高压的CO2制冷剂流量的控制。

在上述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置中，制冷剂输送总管上的位于连接电子膨胀阀的输入端和回热交换器的热源输出端之间的部位设有干燥过滤器；制冷剂输送总管上的位于连接电子膨胀阀的输出端和蒸发器的制冷剂输入端之间的部位设有视液镜。干燥过滤器的减少了流入电子膨胀阀的气体中混入的液体含量，提高了运行效率，视液镜的设置便于操作人员观测、实时了解从电子膨胀阀流出的低温低压CO2液体的流动情况，便于操作和维护。

在上述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置中，制冷剂输送总管上设有温度检测组件，温度检测组件与控制器电连接，温度检测组件包括设于制冷剂输送总管上的位于连接压缩机上的制冷剂输出端和气冷器上的制冷剂输入端之间的部位的排气温度传感器，设于制冷剂输送总管上的位于连接电子膨胀阀的输入端和回热交换器上的热源输出端之间的部位的膨胀阀前温度传感器，设于制冷剂输送总管上的位于连接回热交换器上的冷源输出端和压缩机上的制冷剂输入端之间的部位的吸气温度传感器，设于蒸发器上的环境温度传感器，设于水管上的位于与气冷器上的热水出口端连接的部位上的热水出口温度传感器。与控制器电连接的温度检测组件的设置便于及时了解运行中的热泵热水装置各关键部位的温度参数。

在上述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置中，制冷剂输送总管上还设有压力检测组件，压力检测组件与控制器电连接，压力检测组件包括设于制冷剂输送总管上的位于高压开关阀和气冷器上的制冷剂输入端之间的部位的排气压力传感器，设于制冷剂输送总管上的位于回热交换器上的冷源输出端和压缩机上的制冷剂输入端之间的部位的吸气压力传感器。与控制器电连接的压力检测组件的设置便于及时了解运行中的热泵热水装置各关键部位的压力参数。

在上述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置中，蒸发器与蒸发风机相连，蒸发风机与控制器电连接；制冷剂输送总管上的位于回热交换器上的冷源输出端和压缩机上的制冷剂输入端之间的部位设有汽液分离器；气冷器和回热交换器都位套管式结构。蒸发风机的通过旋转产生流动空气提高了热交换效果，便于CO2制冷剂更好地吸热，汽液分离器的设置为从回热交换器上的冷源输出端出来的已经过汽液分离的CO2制冷剂气体中可能混杂的液体进行进一步的汽液分离，保证只有气体进入压缩机。

与现有技术相比，本CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置的优点在于：采用变频压缩机代替传统的定频或者活塞压缩机，保证制冷系统始终处于跨临界工作状态，提高热水出水温度和系统效率；回热交换器替代传统的板式经济器和汽液分离器，且降低了回气带液机率；采用融霜电动球阀除霜替代电磁阀或者四通换向阀除霜，电磁阀流量偏小除霜周期长，四通换向阀切换过程复杂，不满足新国标除霜能效要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1提供了本实用新型实施例中的结构示意图。

图中，制冷剂输送总管a、第一制冷剂输送支管a1、第二制冷剂输送支管a2、水管b、压缩机1、油分离器2、高压开关阀3、排气压力传感器4、排气温度传感器5、气冷器6、回热交换器7、膨胀阀前温度传感器8、干燥过滤器9、电子膨胀阀10、视液镜11、蒸发器12、吸气压力传感器13、吸气温度传感器14、汽液分离器15、蒸发风机16、环境温度传感器17、融霜电动球阀18、回油电磁阀19、热水出口温度传感器20、控制器21。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

如图1所示，本CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置，包括由用于输送CO2的制冷剂输送总管a依次连接压缩机1、气冷器6、电子膨胀阀10和蒸发器12组成的一个循环系统，气冷器6上连接有供待加热的冷水通过的水管b，其特征在于：压缩机1为变频压缩机，气冷器6上的制冷剂输出端与电子膨胀阀10的输入端分别与回热交换器7上的热源输入端和热源输出端一一连接、蒸发器12上的制冷剂输出端与压缩机1的制冷剂输入端分别与回热交换器7上的冷源输入端和冷源输出端一一连接，本热泵热水装置还包括控制器21，控制器21分别与压缩机1、电子膨胀阀10电连接，压缩机1为变频压缩机的设置代替传统的定频或者活塞压缩机，保证制冷系统始终处于跨临界工作状态，提高热水出水温度和系统效率，回热交换器7的设置替代了现有技术中的经济器和汽液分离器，节省了生产成本，方便安装、维护，降低了因为经济器在过冷时会导致压缩机中间压力波动较大、从而影响工作效率的情况的出现机率，同时减少了因采用经济器过冷而可能存在的中间喷液损坏压缩机的风险机率，另外降低了回气带液机率。

具体地，这里的制冷剂输送总管a上的位于压缩机1上的制冷剂输出端和气冷器6上的制冷剂输入端之间的部位设有油分离器2，制冷剂输送总管a上的连接压缩机1上的制冷剂输入端的部位和油分离器2上的制冷剂输入端之间设有第一制冷剂输送支管a1，第一制冷剂输送支管a1上设有回油电磁阀19，回油电磁阀19与控制器21电连接，用于将压缩机1排出的气体中混杂的润滑油分离后重新通过第一制冷剂输送支管a1送回压缩机1内；这里的制冷剂输送总管a上的位于油分离器2和气冷器6之间的部位与制冷剂输送总管a上的位于电子膨胀阀10和蒸发器12之间的部位之间设有第二制冷剂输送支管a2，第二制冷剂输送支管a2上设有用于融去位于蒸发器12上的霜的融霜电动球阀18, 融霜电动球阀18与控制器21电连接，采用融霜电动球阀18除霜替代现有技术中的电磁阀或者四通换向阀除霜，解决了电磁阀流量偏小除霜周期长，四通换向阀切换过程复杂、不满足新国标除霜能效要求；这里的制冷剂输送总管a上的自连接第二制冷剂输送支管a2一端的部位至连接气冷器6的制冷剂输入端之间的部位设有高压开关阀3，高压开关阀3与控制器21电连接，高压开关阀3的设置提高了对流出压缩机1的高温高压的CO2制冷剂流量的控制；这里的制冷剂输送总管a上的位于连接电子膨胀阀10的输入端和回热交换器7的热源输出端之间的部位设有干燥过滤器9，制冷剂输送总管a上的位于连接电子膨胀阀10的输出端和蒸发器12的制冷剂输入端之间的部位设有视液镜11，干燥过滤器9的减少了流入电子膨胀阀10的气体中混入的液体含量，提高了运行效率，视液镜11的设置便于操作人员观测、实时了解从电子膨胀阀10流出的低温低压CO2液体的流动情况，便于操作和维护。

进一步地，这里的制冷剂输送总管a上设有温度检测组件，温度检测组件与控制器21电连接，温度检测组件包括设于制冷剂输送总管a上的位于连接压缩机1上的制冷剂输出端和气冷器6上的制冷剂输入端之间的部位的排气温度传感器5，设于制冷剂输送总管a上的位于连接电子膨胀阀10的输入端和回热交换器7上的热源输出端之间的部位的膨胀阀前温度传感器8，设于制冷剂输送总管a上的位于连接回热交换器7上的冷源输出端和压缩机1上的制冷剂输入端之间的部位的吸气温度传感器14，设于蒸发器12上的环境温度传感器17，设于水管b上的位于与气冷器6上的热水出口端连接的部位上的热水出口温度传感器20，与控制器21电连接的温度检测组件的设置便于及时了解运行中的热泵热水装置各关键部位的温度参数；这里的制冷剂输送总管a上还设有压力检测组件，压力检测组件与控制器21电连接，压力检测组件包括设于制冷剂输送总管a上的位于高压开关阀3和气冷器6上的制冷剂输入端之间的部位的排气压力传感器4，设于制冷剂输送总管a上的位于回热交换器7上的冷源输出端和压缩机1上的制冷剂输入端之间的部位的吸气压力传感器13，与控制器21电连接的压力检测组件的设置便于及时了解运行中的热泵热水装置各关键部位的压力参数；这里的蒸发器12与蒸发风机16相连，蒸发风机16与控制器21电连接，制冷剂输送总管a上的位于回热交换器7上的冷源输出端和压缩机1上的制冷剂输入端之间的部位设有汽液分离器15，气冷器6和回热交换器7都位套管式结构，蒸发风机16的通过旋转产生流动空气提高了热交换效果，便于CO2制冷剂更好地吸热，汽液分离器15的设置为从回热交换器7上的冷源输出端出来的已经过汽液分离的CO2制冷剂气体中可能混杂的液体进行进一步的汽液分离，保证只有气体进入压缩机。

工作原理：本实用新型可以根据产水量选择不同型号硬件型号配置：其中压缩机1是提供CO2制冷剂气体跨临界压缩切换的动力部件；油分离器2用于通过离心力的作用将排气中的润滑油分离后送回压缩机1；气冷器6用于将高温高压CO2气体与低温冷水温差作用下在气冷器中发生热交换，产生高温热水和低温高压CO2气体；回热交换器7用于将气冷器6出来的低温高压CO2气体与蒸发器12出来的CO2气体发生热交换，进一步降低高压CO2的温度，另一侧低压气体升温后流回压缩机1；电子膨胀阀10用于将回热交换器7出来的低温高压CO2气体降压转换成低温低压的CO2制冷剂液体；蒸发风机16通过旋转产生流动空气，蒸发器12内部流动的CO2制冷剂液体与空气发生对流换热，CO2制冷剂液体吸热气化为气体；汽液分离器15用于将回热器出来的已经汽液分离的CO2制冷剂气体中可能的残余的液体进一步分离气化，保证过热气体进入压缩机1；融霜电动球阀18，当融霜电动球阀18通电时，高温CO2气体经过结霜的蒸发器12发生热交换，瞬时融化蒸发器2霜层；控制器22利用采集到的压力、温度数据按内置控制逻辑发出指令，控制压缩机1、蒸发风机12和融霜电动球阀17的动作；排气温度传感器5、膨胀阀前温度传感器8、吸气温度传感器14检测相应位置的温度并将相关数据反馈给控制器21；排气压力传感器4和吸气压力传感器13检测相应位置的压力并将相关数据反馈给控制器21。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了制冷剂输送总管a、第一制冷剂输送支管a1、第二制冷剂输送支管a2、水管b、压缩机1、油分离器2、高压开关阀3、排气压力传感器4、排气温度传感器5、气冷器6、回热交换器7、膨胀阀前温度传感器8、干燥过滤器9、电子膨胀阀10、视液镜11、蒸发器12、吸气压力传感器13、吸气温度传感器14、汽液分离器15、蒸发风机16、环境温度传感器17、融霜电动球阀18、回油电磁阀19、热水出口温度传感器20、控制器21等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (8)

1.一种CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置，包括由用于输送CO2的制冷剂输送总管（a）依次连接压缩机（1）、气冷器（6）、电子膨胀阀（10）和蒸发器（12）组成的一个循环系统，所述的气冷器（6）上连接有供待加热的冷水通过的水管（b），其特征在于：所述的压缩机（1）为变频压缩机；所述的气冷器（6）上的制冷剂输出端与电子膨胀阀（10）的输入端分别与回热交换器（7）上的热源输入端和热源输出端一一连接、所述的蒸发器（12）上的制冷剂输出端与压缩机（1）的制冷剂输入端分别与回热交换器（7）上的冷源输入端和冷源输出端一一连接，本热泵热水装置还包括控制器（21），所述的控制器（21）分别与压缩机（1）、电子膨胀阀（10）电连接。

2.根据权利要求1所述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置，其特征在于，所述的制冷剂输送总管（a）上的位于压缩机（1）上的制冷剂输出端和气冷器（6）上的制冷剂输入端之间的部位设有油分离器（2），所述的制冷剂输送总管（a）上的连接压缩机（1）上的制冷剂输入端的部位和油分离器（2）上的制冷剂输入端之间设有第一制冷剂输送支管（a1），所述的第一制冷剂输送支管（a1）上设有回油电磁阀（19），所述的回油电磁阀（19）与控制器（21）电连接。

3.根据权利要求2所述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置，其特征在于，所述的制冷剂输送总管（a）上的位于油分离器（2）和气冷器（6）之间的部位与所述的制冷剂输送总管（a）上的位于电子膨胀阀（10）和蒸发器（12）之间的部位之间设有第二制冷剂输送支管（a2），所述的第二制冷剂输送支管（a2）上设有用于融去位于蒸发器（12）上的霜的融霜电动球阀（18）, 所述的融霜电动球阀（18）与控制器（21）电连接。

4.根据权利要求3所述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置，其特征在于，所述的制冷剂输送总管（a）上的自连接第二制冷剂输送支管（a2）一端的部位至连接气冷器（6）的制冷剂输入端之间的部位设有高压开关阀（3），所述的高压开关阀（3）与控制器（21）电连接。

5.根据权利要求2所述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置，其特征在于，所述的制冷剂输送总管（a）上的位于连接电子膨胀阀（10）的输入端和回热交换器（7）的热源输出端之间的部位设有干燥过滤器（9）；所述的制冷剂输送总管（a）上的位于连接电子膨胀阀（10）的输出端和蒸发器（12）的制冷剂输入端之间的部位设有视液镜（11）。

6.根据权利要求2所述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置，其特征在于，所述的制冷剂输送总管（a）上设有温度检测组件，所述的温度检测组件与控制器（21）电连接，所述的温度检测组件包括设于制冷剂输送总管（a）上的位于连接压缩机（1）上的制冷剂输出端和气冷器（6）上的制冷剂输入端之间的部位的排气温度传感器（5），设于制冷剂输送总管（a）上的位于连接电子膨胀阀（10）的输入端和回热交换器（7）上的热源输出端之间的部位的膨胀阀前温度传感器（8），设于制冷剂输送总管（a）上的位于连接回热交换器（7）上的冷源输出端和压缩机（1）上的制冷剂输入端之间的部位的吸气温度传感器（14），设于蒸发器（12）上的环境温度传感器（17），设于水管（b）上的位于与气冷器（6）上的热水出口端连接的部位上的热水出口温度传感器（20）。

7.根据权利要求6所述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置，其特征在于，所述的制冷剂输送总管（a）上还设有压力检测组件，所述的压力检测组件与控制器（21）电连接，所述的压力检测组件包括设于制冷剂输送总管（a）上的位于高压开关阀（3）和气冷器（6）上的制冷剂输入端之间的部位的排气压力传感器（4），设于制冷剂输送总管（a）上的位于回热交换器（7）上的冷源输出端和压缩机（1）上的制冷剂输入端之间的部位的吸气压力传感器（13）。

8.根据权利要求1所述的CO2制冷剂跨临界运行的热泵热水装置，其特征在于，所述的蒸发器（12）与蒸发风机（16）相连，所述的蒸发风机（16）与控制器（21）电连接；所述的制冷剂输送总管（a）上的位于回热交换器（7）上的冷源输出端和压缩机（1）上的制冷剂输入端之间的部位设有汽液分离器（15）；所述的气冷器（6）和回热交换器（7）都位套管式结构。