CN103292465A

CN103292465A - 跨临界二氧化碳热泵热水器

Info

Publication number: CN103292465A
Application number: CN2013102180042A
Authority: CN
Inventors: 漆鹏程; 何雅玲
Original assignee: Jiangsu Baixue Electric Appliances Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Baixue Electric Appliances Co Ltd
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: CN103292465B

Abstract

本发明公开一种跨临界二氧化碳热泵热水器，包括控制***、压缩机、气冷器、过滤器、电子膨胀阀、带有风机的蒸发器、水泵，气冷器的排气口处设置有温度传感器、压缩机的出气口出设置有压力传感器，温度传感器与压力传感器能够将测得的温度t_gc,o、p及时传输给控制***，控制***内能够根据接收到的t_gc,o、p值判断其是否符合p=131.3-8.39t_gc,o+0.31t² _gc,o-27.6×10^-4t³ _gc,o，如果符合，则继续运行；如果不符合，控制***将控制调节电子膨胀阀、蒸发器的风机、水泵中至少一个部件使得压缩机排气口处二氧化碳压力p符合上述关系。该二氧化碳热泵热水器在工作中，一直能够具有较高性能系数。

Description

跨临界二氧化碳热泵热水器

技术领域

本发明涉及一种跨临界二氧化碳热泵热水器。

背景技术

现有技术中，二氧化碳热泵由于采用二氧化碳作为制冷介质，其无毒、不易燃，对环境的副作用小且价格低廉，然而，采用二氧化碳通常效率较低，应用于热泵领域的技术难点多，效率远远不及常见的制冷介质的设备。二氧化碳热泵热水器的主要部件有：压缩机、气冷器、过滤器、电子膨胀阀、带有风机的蒸发器、储液罐。二氧化碳工质进入压缩机，被压缩成高温高压的二氧化碳气体进入气冷器，并被冷却，其释放的热量使通过该冷却器的冷水被加热，经过气冷器之后，二氧化碳进入过滤器而后再经过电子膨胀阀节流降温并部分气化，湿蒸汽进入蒸发器后变成气液混合物，而后进入储液罐后再次进入压缩机完成一个循环。在该循环中，压缩机排气口处的二氧化碳压力具有一个最佳排气压力，此最佳排气压力使得整个二氧化碳热泵热水器的制热能效比COP达到最佳，现有技术中可知，气冷器排气口处二氧化碳温度t_gc,o对压缩机排气口处的二氧化碳压力有重大影响，如何使得压缩机排气口处的二氧化碳压力为最佳排气压力一直是二氧化碳热泵行业的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高制热能效比COP的跨临界二氧化碳热泵热水器。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种跨临界二氧化碳热泵热水器，包括二氧化碳热泵***、热水供应***以及控制***，所述的二氧化碳热泵***包括依次设置的压缩机、气冷器、过滤器、电子膨胀阀、带有风机的蒸发器、储液罐，所述的气冷器内部具有气通路和水通路，所述的热水供应***包括供水管路，所述的供水管路具有冷水入口、水泵、热水出口，所述的冷水入口和热水出口分别与所述的气冷器的水通路的两端相连接，所述的气冷器的气通路的进气口与所述的压缩器的排气口相连通、气通路的排气口与电子膨胀阀的入口相连通，所述的过滤器位于所述的气冷器的气通路排气口与电子膨胀阀入口之间，所述的供水管路中的水在所述的气冷器中与进入气冷器的气通路内的二氧化碳进行热交换，所述的电子膨胀阀、蒸发器的风机、水泵均匀所述的控制***相控制连接，所述的气冷器的排气口处设置有用于检测气冷器排气口处二氧化碳温度t_gc,o的温度传感器，所述的压缩机的排气口处设置有用于检测此排气口处二氧化碳压力p的压力传感器，所述的温度传感器、压力传感器分别与所述的控制***相信号连接，所述的温度传感器与压力传感器能够将测得的温度t_gc,o、p及时传输给所述的控制***，所述的控制***能够根据接收到的所述的t_gc,o、p值判断其是否符合p=131.3-8.39t_gc,o +0.31t² _gc,o-27.6×10^-4 t³ _gc,o，如果符合，则继续运行；如果不符合，所述的控制***将控制调节所述的电子膨胀阀、蒸发器的风机、水泵中至少一个部件的工作参数使得所述的压缩机排气口处二氧化碳压力p符合上述关系。

上述技术方案中，优选地，所述的压缩机为半封闭往复式压缩机。

上述技术方案中，优选地，所述的压缩机的进口处设置有低压控制器、出口处设置有高压控制器。

上述技术方案中，优选地，与所述的电子膨胀阀相并列设置有截止阀。

本发明的有益效果在于：通过根据温度传感器测得的气冷器排气口处二氧化碳温度实时调节压缩机排气口处的二氧化碳压力，使其达到最佳排气压力，从而使得二氧化碳热泵热水器在工作过程中，一直能够具有较高的制热能效比。

附图说明

附图1为本发明的超临界二氧化碳热泵热水器的原理图；

附图2为本发明的超临界二氧化碳热泵热水器的运行过程图；

附图3为本发明的压缩机出气口的控制图；

附图4为本发明的跨临界二氧化碳热泵热水器的COP的实验数值和理论值的对比图；

附图中：1、二氧化碳热泵***；11、压缩机；12、气冷器；13、过滤器；14、电子膨胀阀；15、风机；16、蒸发器；17、储液罐；18、低压控制器；19、高压控制器；110、截止阀；111、电磁阀；2、热水供应***；21、供水管路；22、冷水入口；23、水泵；24、热水出口；112、二氧化碳旁路。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述：

如图1所示的超临界二氧化碳热泵热水器，其采用二氧化碳为工质，其主要由二氧化碳热泵***1、热水供应***2以及控制***（图中未示出）。二氧化碳热泵***1包括依次设置的压缩机11、气冷器12、过滤器13、电子膨胀阀14、带有风机15的蒸发器16、储液罐17。热水供应***2包括供水管路21，供水管路21具有冷水入口22、水泵23、热水出口24。气冷器12内部具有供二氧化碳流通的气通路和供水流通的水通路，冷水入口22和热水出口24分别与气冷器12的水通路的入口端和出口端相连接。压缩机11的出口的气冷器12的气通路的进气口相连通，气冷器12的气通路的排气口与电子膨胀阀14的入口端相通，过滤器13设置在气冷器12的气通路的排气口与电子膨胀阀14的入口端之间。供水管路21中的水在气冷器12的水通路流动过程中与在气通路中流动的二氧化碳进行热交换。电子膨胀阀14处相并列设置有截止阀110，截止阀110能对流入电子膨胀阀14内部的二氧化碳流量进行调节。电子膨胀阀14的出口端与蒸发器16的入口端相连，蒸发器16的出口端连接至储液罐17的入口端，储液罐17的出口端连接至压缩机11的入口处。另外，从压缩器11的出口处还设置有一条连通到电子膨胀阀与蒸发器连通路径上的二氧化碳旁路112，为了调节二氧化碳旁路113中的二氧化碳流量，在此旁路中还设置有一电磁阀111。

电子膨胀阀14、蒸发器16的风机15、水泵23均与控制***相控制连接。其中，压缩机11为半封闭往复式压缩机。压缩机11的进口处设置有低压控制器18、出口处设置有高压控制器19。

为了监测气冷器的二氧化碳排气口温度，在气冷器12的气通路的出口处设置有用户检测气冷器排气口处二氧化碳温度t_gc,o的温度传感器（图中未示出），另外，在压缩机11的排气口处设置有用于检测压缩机排气口处二氧化碳压力p的压力传感器，温度传感器、压力传感器分别与控制***相信号连接，温度传感器与压力传感器能够将测得的温度t_gc,o、p及时传输给所述的控制***。

该热泵热水器的工作流程如下：储液罐17内的二氧化碳气体进入压缩机11，经过压缩机11的压缩之后变为高温高压的二氧化碳气体，高温高压的二氧化碳气体随后进入气冷器12的气通路，与气冷器12内水通路流过的水进行热交换，水吸收热量被加热而后由热水出口24流出，高温高压的二氧化碳气体被冷却从排气口排除，而后经过过滤器13过滤后进入电子膨胀阀14节流降温并部分气化变成湿蒸汽，湿蒸汽进入蒸发器16与空气换热变成气液混合物，经储液罐17回收后再次转变呈低温低压的二氧化碳气体进入压缩机11。其中，可通过调节水泵23的流量、电子膨胀阀14的开度、蒸发器16的风机15的速度来调节压缩机11的出气口压力。

如图2所示的压缩机出气口的控制图：

第一步，热水器开启工作；

第二步、控制***接收到温度传感器发给控制***的温度t_gc,o，此时控制***按照公式p=131.3-8.39t_gc,o +0.31t² _gc,o-27.6×10^-4 t³ _gc,o计算出压缩机的出气口处的最佳压力，再与控制***接收到的压力传感器实时传输的当前压缩机排气口处二氧化碳压力是否一致，如果一致，则说明此时热泵热水器中各个部件参数能使得热泵热水器的制热能效比COP达到最佳，如果不一致，则按照附图3所示的方法调节电子膨胀阀、蒸发器的风机、水供给***中的水泵中的至少一个部件使得压缩机排气口处二氧化碳压力p符合上述关系。如图3所示，在调节二氧化碳压力P时，优先调节电子膨胀阀的开度，随后是蒸发器的风机速度，最后是水泵流量的调节。

如图4所示，此为该二氧化碳热泵热水器在不同环境温度下工作，其实际的COP值与理论最佳COP值之间的偏差。由此图可知，本发明的二氧化碳热泵热水器其工作过程中的COP值与理论上预计的最佳COP值几乎无偏差，而现有技术中二氧化碳热泵热水器的COP都低于理论上预计的最佳COP值。

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

Claims

1.一种跨临界二氧化碳热泵热水器，包括二氧化碳热泵***、热水供应***以及控制***，所述的二氧化碳热泵***包括依次设置的压缩机、气冷器、过滤器、电子膨胀阀、带有风机的蒸发器、储液罐，所述的气冷器内部具有气通路和水通路，所述的热水供应***包括供水管路，所述的供水管路具有冷水入口、水泵、热水出口，所述的冷水入口和热水出口分别与所述的气冷器的水通路的两端相连接，所述的气冷器的气通路的进气口与所述的压缩器的排气口相连通、气通路的排气口与电子膨胀阀的入口相连通，所述的过滤器位于所述的气冷器的气通路排气口与电子膨胀阀入口之间，所述的供水管路中的水在所述的气冷器中与进入气冷器的气通路内的二氧化碳进行热交换，所述的电子膨胀阀、蒸发器的风机、水泵均匀所述的控制***相控制连接，其特征在于：所述的气冷器的排气口处设置有用于检测气冷器排气口处二氧化碳温度t_gc,o的温度传感器，所述的压缩机的排气口处设置有用于检测此排气口处二氧化碳压力p的压力传感器，所述的温度传感器、压力传感器分别与所述的控制***相信号连接，所述的温度传感器与压力传感器能够将测得的温度t_gc,o、p及时传输给所述的控制***，所述的控制***能够根据接收到的所述的t_gc,o、p值判断其是否符合p=131.3-8.39t_gc,o +0.31t² _gc,o-27.6×10^-4 t³ _gc,o，如果符合，则继续运行；如果不符合，所述的控制***将控制调节所述的电子膨胀阀、蒸发器的风机、水泵中至少一个部件的工作参数使得所述的压缩机排气口处二氧化碳压力p符合上述关系。

2.根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳热泵热水器，其特征在于：所述的压缩机为半封闭往复式压缩机。

3.根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳热泵热水器，其特征在于：所述的压缩机的进口处设置有低压控制器、出口处设置有高压控制器。

4.根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳热泵热水器，其特征在于：与所述的电子膨胀阀相并列设置有截止阀。