CN218993492U - 二氧化碳热泵供热机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及二氧化碳热泵供热机组，包括：二氧化碳热泵，开设有热泵入水口与热泵出水口；蓄热水箱，包括换热管并开设有热源侧入水口、热源侧出水口、采暖侧入水口与采暖侧出水口，热源侧入水口、热源侧出水口、采暖侧入水口、采暖侧出水口均接通蓄热水室，换热管至少部分位于蓄热水室内并具有从箱体对外露出的换热管入水口与换热管出水口，蓄热水室内配置有至少一个温度计；热泵出水口与热泵入水口分别流体连通热源侧入水口与热源侧出水口；采暖端入水口与采暖端出水口分别流体连通采暖侧出水口与采暖侧入水口；换热管入水口经由一水流开关接入来水，换热管出水口流体连通用水端入水口；相变蓄热介质，填充于蓄热水箱内并包围至少部分换热管。

Description

二氧化碳热泵供热机组

技术领域

本实用新型涉及供热机组技术领域，尤其是一种二氧化碳供热机组。

背景技术

二氧化碳热泵因其具有环保高效、低GWP值、高能量密度的特点，日益广泛地应用于各类冷热系统中。相较于常规热泵系统，二氧化碳热泵具有较高的出水温度，其一次性出水温度可达80℃，能够有效的杀灭水中的细菌和病毒；同时，该热泵在零下20℃的环境中依然可以保证70℃以上的出水温度，可应用于环境温度较低的场所。

二氧化碳热泵可为用水负荷端提供给生活热水和采暖负荷端提供采暖用水。然而，生活热水和采暖用水的需求多呈高频而断续的特点。二氧化碳热泵单次输出热量较大，频繁地启动也会额外损耗能源。因而，二氧化碳热泵供热机组时常存在热量供给与热量需求不协调的工况。

实用新型内容

针对上述的二氧化碳热泵供热机组时常存在热量供给与热量需求不协调的工况的相关技术问题，本实用新型的目的是提一种新型的二氧化碳供热机组，该机组可利用相变传热介质协调二氧化碳热泵系统的热量供给与热量需求。

为了达到上述的目的，本实用新型提供以下技术方案：一种二氧化碳热泵供热机组，可为用水负荷端提供生活热水和采暖负荷端提供采暖用水，所述的用水负荷端具有一用水端入水口，所述的采暖负荷端具有采暖端入水口与采暖端出水口，所述的二氧化碳热泵供热机组包括：二氧化碳热泵，开设有热泵入水口与热泵出水口；蓄热水箱，包括箱体、固定设置于所述箱体的换热管与由所述箱体所限定的蓄热水室，所述的箱体开设有热源侧入水口、热源侧出水口、采暖侧入水口与采暖侧出水口，所述的热源侧入水口、热源侧出水口、采暖侧入水口、采暖侧出水口均接通所述的蓄热水室，所述的换热管至少部分位于所述的蓄热水室内并具有从所述箱体对外露出的换热管入水口与换热管出水口，所述的蓄热水室内配置有至少一个温度计；所述的热泵出水口与所述的热泵入水口分别流体连通所述的热源侧入水口与所述的热源侧出水口；所述采暖负荷端的采暖端入水口与采暖端出水口分别流体连通所述蓄热水箱的采暖侧出水口与采暖侧入水口；所述的换热管入水口经由一水流开关接入来水，所述的换热管出水口流体连通所述的用水端入水口；相变蓄热介质，填充于所述的蓄热水箱内并包围至少部分所述的换热管；第一循环水泵，配置于所述二氧化碳热泵与所述蓄热水箱之间的流体路径上；流量比例阀，配置于所述二氧化碳热泵与所述蓄热水箱之间的流体路径上；第二循环水泵，配置于所述蓄热水箱与所述采暖负荷端之间的流体路径上；以及控制器，同时信号连接所述的至少一个温度计、第一循环水泵、第二循环水泵、水流开关以及流量比例阀，所述的控制器被构造成可基于所述至少一个温度计的信号选择性地启停所述的第一循环水泵、第二循环水泵与流量比例阀。

在上述的技术方案中，优选地，所述的蓄热水箱配置有横向延伸的分隔板，所述的分隔板开设有中部开口并将所述的蓄热水室分隔成上水室与下水室；所述的相变蓄热介质填充于所述的上水室内，所述的热源侧入水口、采暖侧入水口、采暖侧出水口与所述的换热管出水口均位于所述的上水室处，所述的热源侧出水口与所述的换热管入水口均位于所述的下水室处。

在上述的优选方案中，进一步优选地，所述的至少一个温度计包括位于所述上水室内的第一温度计与位于所述下水室内的第二温度计，所述的第一温度计与第二温度计均信号连接所述的控制器。

在上述的优选方案中，进一步优选地，所述上水室的容积占所述蓄热水箱总容积的60-80%。

在上述的技术方案中，优选地，所述的第二循环水泵配置于所述采暖端出水口于所述负荷侧入水口之间的流体路径上。还可以进一步优选地，所述的二氧化碳热泵供热机组还包括配置于负荷侧出水与所述采暖端入水口之间的流体路径上的三通阀，所述的三通阀具有阀门入水口、可独立控制开度的第一阀门出水口以及可独立控制开度的第二阀门出水口，所述的采暖侧出水口、所述的阀门入水口、所述的第一阀门出水口以及所述的采暖端入水口依次流体连通，所述的第二阀门出水口、所述的第二循环水泵以及所述的采暖侧入水口依次流体连通；所述的控制器同时信号连接所述的水流开关与所述的三通阀。

在上述的技术方案中，优选地，所述的第一循环水泵配置于所述热源侧出水口与所述热泵入水口之间的流体路径上。

在上述的技术方案中，优选地，所述的第一循环水泵与所述的第二循环水泵均为变频泵。

在上述的技术方案中，优选地，所述的换热管以螺旋状姿态在所述的蓄热水箱内延伸。

本实用新型所提供的二氧化碳热泵供热机组可通过蓄热水箱内的相变蓄热介质存储二氧化碳热泵所提供的热量，相变蓄热介质具有蓄热密度高与温度恒定的特点，可有效地协调二氧化碳热泵的热量供给与热量需求之间，从而提高该机组的能源利用效率。

附图说明

图1为本实用新型所提供的二氧化碳供热机组的系统图；其中，图中箭头表示传热用水、采暖用水与生活热水的流动方向；

图2为图1所示二氧化碳供热机组的信号连接示意图。

图中标注：

100、二氧化碳供热机组；10、用水负荷端；20、采暖负荷端；30、总控系统；

1、二氧化碳热泵；11、热泵入水口；12、热泵出水口；

2、蓄热水箱；21、箱体；22、热源侧入水口；23、热源侧出水口；24、采暖侧入水口；25、采暖侧出水口；

26、换热管；261、换热管入水口；262、换热管出水口；27、分隔板；

3、控制器；31、第一温度计；32、第二温度计；

4、相变蓄热介质；5、第一循环水泵；6、流量比例阀；7、水流开关；8、第二循环水泵；9、三通阀。

实施方式

为详细说明本申请的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描。

本申请中，诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、 “下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语，由此来描述如附图中示出的一个元件与另一(其它)元件的关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被 定位为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包括上方和下方两种方位。此外，设备可以被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应 地解释在此使用的空间相对描述语。

图1示出了本实用新型所提供的二氧化碳热泵供热机组100（以下简称供热机组100），其可为用水负荷端10提供生活热水以及为采暖负荷端20提供采暖用水。其中，用水负荷端10具有一供生活热水流入的用水端入水口（图中未示出），采暖负荷端20具有分别供采暖用水流入与流出的采暖端入水口（图中未示出）与采暖端出水口（图中未示出）。

结合图2，该供热机组100包括作为主要热源的二氧化碳热泵1、用于蓄热的蓄热水箱2以及作为控制中枢的控制器3。

二氧化碳热泵1可对外输出高达80℃的传热用水并可在较低的环境温度下使用（如-20℃），因而适于为全季节的生活热水供热以及为温度较低时期（如冬季）的采暖用水供热。二氧化碳热泵1内置有蒸发器（图中未示出）、压缩机（图中未示出）、冷凝器（图中未示出）以及节流阀（图中未示出）并开设有分别供传热用水流入与流出二氧化碳热泵1的热泵入水口11与热泵出水口12，蒸发器、压缩机、冷凝器以及节流阀依次流体连通并构成一条共二氧化碳流体流动的内循环回路。其中，蒸发器供二氧化碳流体与环境空气或外部水源进行热交换，以吸收来自外部的热量；压缩机可将二氧化碳流体压缩成高压流体并向冷凝器输送；热泵入水口11、冷凝器以及热泵出水口12依次流体连通，冷凝器供二氧化碳流体与传热用水进行热交换，以将加热传热用水。

蓄热水箱2包括箱体21与由箱体21所限定的蓄热水室（图中未标注出），箱体21上开设有热源侧入水口22、热源侧出水口23、采暖侧入水口24与采暖侧出水口25。箱体21的内部配置有横向延伸的分隔板27，分隔板27具有一中部开口（图中未标注出）并将蓄热水室分隔成上水室（图中未标注出）与位于上水室下侧的下水室（图中未标注出），上、下水室经由分隔板27的中部开口流体连通。其中，箱体21被保温材质所包裹，以减小蓄热水箱2的热量损失。

上水室占蓄热水箱总容量的60-80％，其内填充有相变蓄热介质4。相变蓄热介质4因其具有较大的相变潜热，可起到热量供给与热量需求的协调作用。具体地，一方面，该相变蓄热介质4可避免二氧化碳热泵1与第一循环水泵5（见下文）因热量需求的变化而频繁启动，从而提高供热机组100的稳定性与能源利用率；另一方面，相变蓄热介质4在热交换过程中温度较为稳定，从而可保证生活热水和采暖热水的出水温度稳定（详见下文）。

其中，相变材料的相变点按照实际需求的生活热水和采暖用水的温度来确定。在本热泵系统100工作时，二氧化碳热泵1的出水温度一般设定为80℃，因而，本实施例所采用相变材料相变点在72—78℃这一范围内。

蓄热水箱2的热源侧入水口22与热源侧出水口23分别接通上水室与下水室，二氧化碳热泵1的热泵出水口12与热泵进水口11分别流体连通蓄热水箱2的热源侧入水口22与热源侧出水口23。二氧化碳热泵1与蓄热水箱2之间构成一条供传热用水依次流经蒸发器、上水室、下水室的循环回路，以将二氧化碳热泵1从环境空气所吸收的热量转移至蓄热水箱2内。

供热机组100配置有位于二氧化碳热泵1与蓄热水箱2之间的流体路径上的第一循环水泵5与流量比例阀6，第一循环水泵5用于为该流体路径上的传热用水提供流动动力，流量比例阀6用于调节该流体路径上的传热用水的流量。进一步地，本实施例所提供的第一循环水泵5为一变频泵，该变频泵可在一定程度上调节传热用水的流量，以使得流量比例阀6维持于较大开度（流量比例阀6开度较小时将使得传热用水的局部损失增大）。再进一步地，该第一循环水泵5配置于热泵入水口11与热源侧出水口23之间的流体路径上，该处传热用水温度较低，可降低第一循环水泵5发生汽蚀的可能性。

为明确地二氧化碳热泵1的开启时机，该供热机组100配置有分别位于上水室与下水室的第一温度计31与第二温度计32。第一、第二温度计均信号连接控制器3，以向控制器3提供相应处的温度。控制器3同时信号连接二氧化碳热泵1、流量比例阀6与第一循环水泵5，以选择性地启动二氧化碳热泵1。具体地，在第一温度计31所测得温度低于相变蓄热介质4的相变点时（即说明相变蓄热介质4的相变储热已接近消耗完毕），控制器3开启流量比例阀6、第一循环水泵5以及二氧化碳热泵1，以向蓄热水箱2提供热量；在第二温度计32所测得温度高于相变蓄热介质4的相变点时（即说明相变蓄热介质4的相变储热已接近上限），控制器3关闭流量比例阀6、第一循环水泵5以及二氧化碳热泵1。通过第一、第二温度计的设置，即可向相变蓄热介质4及时且有效率地供热。在其它实施例中，也可仅配置第一温度计或第二温度计，但可能使二氧化碳热泵、第一循环水泵以及流量比例阀启停较为频繁。

蓄热水箱2内还配置有一换热管26，该换热管26主体部分呈螺旋状姿态地在蓄热水室内延伸且具有从箱体21对外露出的换热管入水口261与换热管出水口262，换热管入水口261经由一水流开关7接入来水，换热管出水口262与用水负荷端10的用水端入水口接通，以为用水负荷端10提供生活热水。可以理解地，位于上水室内的换热管26被相变蓄热介质所包围。

进一步地，换热管入水口261与换热管出水口262分别位于下水室与上水室处，该布置方式可一方面使得换热管出水口262的出水温度较为稳定，另一方面使得换热管26内的生活热水与蓄热水箱2内的传热介质（即传热用水与相变蓄热介质4）形成逆流换热，从而减小换热温差与换热过程中的不可逆损失。

蓄热水箱2的采暖侧入水口24与采暖侧出水口24均位于上水室处，采暖侧入水口24与采暖侧出水口25分别流体连通采暖负荷端20的采暖端出水口与采暖段入水口，以向采暖负荷端20提供采暖用水（本供热机组100的采暖用水与传热用水通用）。供热机组100还配置有位于蓄热水箱2与采暖负荷端20之间的流体路径上的第二循环水泵8，以为该流体路径上的采暖用水提供流动动力。同理地，该第二循环水泵8还可优选为变频泵且配置于采暖端出水口与采暖侧入水口24之间。

进一步地，供热机组100还配置有位于采暖侧出水口25与采暖端入水口之间的三通阀9，该三通阀9具有阀门入水口（图中未标注出）、可独立控制开度的第一阀门出水口（图中未标注出）与可独立控制的第二阀门出水口（图中未标注出）。阀门入水口、第一阀门出水口与第二阀门出水口分别流体连通采暖侧出水口25、采暖端入水口与第二循环泵8的流体入口。控制器3同时信号连接水流开关7与三通阀9，在进入换热管26的来水温度较低且二氧化碳热泵1与采暖负荷端20均停运时，控制器3可打开三通阀9的第二阀门出水口、关闭第一阀门出水口并启动第二循环水泵8（即上水室、三通阀9以及第二循环水泵8形成一个循环回路），从而使得上水室内的传热用水产生扰流，增加传热用水与换热管26内的来水的换热效果。

本实用新型所提供的供热机组100可借助相变蓄热介质有效地协调二氧化碳热泵1的热量供给与热量需求之间，从而提高该供热机组100的能源利用率。在实际应用中，该供热机组100的控制器4还可接入相应场所的总控系统30（如智能家居的总控制端、移动端控制软件、服务器的云控制台等），以提高该供热机组100的自动化程度。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种二氧化碳热泵供热机组，可为用水负荷端提供生活热水和采暖负荷端提供采暖用水，所述的用水负荷端具有一用水端入水口，所述的采暖负荷端具有采暖端入水口与采暖出端水口，其特征在于，所述的二氧化碳热泵供热机组包括：

二氧化碳热泵，开设有热泵入水口与热泵出水口；

蓄热水箱，包括箱体、固定设置于所述箱体的换热管与由所述箱体限定的蓄热水室，所述的箱体开设有热源侧入水口、热源侧出水口、采暖侧入水口与采暖侧出水口，所述的热源侧入水口、热源侧出水口、采暖侧入水口、采暖侧出水口均接通所述的蓄热水室，所述的换热管至少部分位于所述的蓄热水室内并具有从所述箱体对外露出的换热管入水口与换热管出水口，所述的蓄热水室内配置有至少一个温度计；所述的热泵出水口与所述的热泵入水口分别流体连通所述的热源侧入水口与所述的热源侧出水口；所述采暖负荷端的采暖端入水口与采暖端出水口分别流体连通所述蓄热水箱的采暖侧出水口与采暖侧入水口；所述的换热管入水口经由一水流开关接入来水，所述的换热管出水口流体连通所述的用水端入水口；

相变蓄热介质，填充于所述的蓄热水箱内并包围至少部分所述的换热管；

第一循环水泵，配置于所述二氧化碳热泵与所述蓄热水箱之间的流体路径上；

流量比例阀，配置于所述二氧化碳热泵与所述蓄热水箱之间的流体路径上；

第二循环水泵，配置于所述蓄热水箱与所述采暖负荷端之间的流体路径上；以及

控制器，同时信号连接所述的至少一个温度计、第一循环水泵、第二循环水泵以及流量比例阀，所述的控制器被构造成可基于所述至少一个温度计的信号选择性地启停所述的第一循环水泵、第二循环水泵与流量比例阀。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵供热机组，其特征在于，所述的蓄热水箱配置有横向延伸的分隔板，所述的分隔板开设有中部开口并将所述的蓄热水室分隔成上水室与下水室；所述的相变蓄热介质填充于所述的上水室内，所述的热源侧入水口、采暖侧入水口、采暖侧出水口与所述的换热管出水口均位于所述的上水室处，所述的热源侧出水口与所述的换热管入水口均位于所述的下水室处。

3.根据权利要求2所述的二氧化碳热泵供热机组，其特征在于，所述的至少一个温度计包括位于所述上水室内的第一温度计与位于所述下水室内的第二温度计，所述的第一温度计与第二温度计均信号连接所述的控制器。

4.根据权利要求2所述的二氧化碳热泵供热机组，其特征在于，所述上水室的容积占所述蓄热水箱总容积的60-80%。

5.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵供热机组，其特征在于，所述的第二循环水泵配置于所述采暖端出水口于所述负荷侧入水口之间的流体路径上。

6.根据权利要求5所述的二氧化碳热泵供热机组，其特征在于，还包括配置于负荷侧出水与所述采暖端入水口之间的流体路径上的三通阀，所述的三通阀具有阀门入水口、可独立控制开度的第一阀门出水口以及可独立控制开度的第二阀门出水口，所述的负荷侧出水口、所述的阀门入水口、所述的第一阀门出水口以及所述的采暖端入水口依次流体连通，所述的第二阀门出水口、所述的第二循环水泵以及所述的采暖侧入水口依次流体连通；所述的控制器同时信号连接所述的水流开关与所述的三通阀。

7.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵供热机组，其特征在于，所述的第一循环水泵配置于所述热源侧出水口与所述热泵入水口之间的流体路径上。

8.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵供热机组，其特征在于，所述的第一循环水泵与所述的第二循环水泵均为变频泵。

9.根据权利要求1所述的二氧化碳热泵供热机组，其特征在于，所述的换热管以螺旋状姿态在所述的蓄热水箱内延伸。

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