CN109357403A - 二氧化碳空气源热水器 - Google Patents

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张少龙
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Abstract

本发明涉及一种二氧化碳空气源热水器，其包括压缩机、气体冷却器、回热器、第一膨胀阀、蒸发器、经济器、第二膨胀阀，压缩机为喷气增焓双级压缩机，压缩机上设置有压缩机第一进口、压缩机第二进口、压缩机出口，压缩机、气体冷却器、经济器、回热器、第一膨胀阀、蒸发器依次连接在一起，构成了二氧化碳空气源热水器回热循环利用***，本发明的二氧化碳空气源热水器通过经济器、回热器等部件的合理搭配和布置，提高了整个循环的***效率和可靠性，提高了设备的使用稳定性。

Description

二氧化碳空气源热水器
技术领域
本发明涉及热水器技术领域，尤其是一种二氧化碳空气源热水器。
背景技术
由于二氧化碳易于采集、温室效应低、无毒不燃、价格低廉、以及二氧化碳跨临界循环的放热过程可以和变温热源相匹配，更接近劳仑兹循环，可获得较高的用能效率，二氧化碳空气源热水器就是通过二氧化碳作为传热的介质，所以越来受到人们的欢迎。
目前，二氧化碳空气源热水器包括压缩机、气体冷却器、回热器、膨胀阀、蒸发器，压缩机与气体冷却器相连接，气体冷却器与回热器相连接，回热器与膨胀阀相连接后与蒸发器连接，蒸发器的出口再通过管道与回热器连接后再与压缩机相连接。以上部件构成了二氧化碳空气源热水器回热循环利用***，该***的具体工作流程为：低温低压的气液两相二氧化碳从蒸发器的进口进入，在蒸发器中同外部环境进行热交换后形成有一定温度的低压的二氧化碳气体，一定温度的低压的二氧化碳气体在回热器中初步加热后进入压缩机中，经过压缩机加压后的高温高压二氧化碳气体进入气体冷却器中，气体冷却器中通过热交换后，将冷水加热成热水供用户使用，经过交换后的二氧化碳气体再进入回热器中同蒸发器中出来的二氧化碳气体进行热交换，二氧化碳再通过膨胀阀降温后，进入蒸发器中，完成热水器的循环使用。虽然这样设置可以使资源得到一定的充分使用，由于经过气体冷却器的二氧化碳温度还较高，直接进入回热器中在同蒸发器中出来的二氧化碳气体热交换时，造成进入压缩机的二氧化碳气体温度较高，压缩机的出气温度也显著增高，严重影响压缩机的可靠运行。同时，整个***中，经过气体冷却器的二氧化碳只经过回热器和膨胀阀将温度降至外部环境以下，每次降温的幅度较大，增大了热量的不可逆损失，对回热器和膨胀阀的要求较高，也影响两者的使用，降低了整个热水器的使用温度性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种使用稳定性高的二氧化碳空气源热水器。
本发明解决其技术问题所采用的二氧化碳空气源热水器，包括压缩机、气体冷却器、回热器、第一膨胀阀、蒸发器，气体冷却器上设置有冷却器第一进口、冷却器第二进口、冷却器第一出口、冷却器第二出口，冷却器第一进口与冷却器第一出口相互连通，冷却器第二进口与冷却器第二出口相互连通；
回热器上设置有回热器第一进口、回热器第二进口、回热器第一出口、回热器第二出口，回热器第一进口与回热器第一出口相互连通，回热器第二进口与回热器第二出口相互连通；
第一膨胀阀上设置有第一膨胀阀进口、第一膨胀阀出口；
蒸发器上设置有蒸发器进口、蒸发器出口，回热器第一出口与第一膨胀阀进口通过管道相连接，第一膨胀阀出口与蒸发器进口通过管道相连接，蒸发器出口与回热器第二进口通过管道相连接，还包括经济器、第二膨胀阀，压缩机为喷气增焓双级压缩机，压缩机上设置有压缩机第一进口、压缩机第二进口、压缩机出口；
经济器上设置有经济器第一进口、经济器第二进口、经济器第一出口、经济器第二出口，经济器第一进口与经济器第一出口相互连通，经济器第二进口与经济器第二出口相互连通；
第二膨胀阀上设置有第二膨胀阀进口、第二膨胀阀出口；
回热器第一出口与第一膨胀阀进口之间的管道上设置有三通阀，三通阀上设置有三通阀第一接口、三通阀第二接口、三通阀第三接口，回热器第一出口与三通阀第一接口通过管道相连接，第一膨胀阀进口与三通阀第二接口通过管道相连接；
冷却器第一出口与经济器第一进口通过管道相连接，经济器第一出口与回热器第一进口通过管道相连接；
第二膨胀阀进口与三通阀第三接口通过管道相连接，第二膨胀阀出口与经济器第二进口通过管道相连接，经济器第二出口与压缩机第二进口通过管道相连接；
回热器第二出口与压缩机第一进口通过管道相连接，压缩机出口与冷却器第一进口通过管道相连接。
进一步的是，第一膨胀阀为可调节开度的电子膨胀阀。
进一步的是，第二膨胀阀为可调节开度的电子膨胀阀。
进一步的是，回热器第二出口与压缩机第一进口之间的管道上设置有第一气液分离器。
进一步的是，经济器第二出口与压缩机第二进口之间的管道上设置有第二气液分离器。
本发明的有益效果是：本发明通过设置经济器，二氧化碳气体从气体冷却器的第一出口出来后，依次通过经济器、回热器的换热冷却后，再通过第一膨胀阀的节流降温降压至外部环境温度以下，降低了每次降温的幅度，降低了对设备的要求，特别是第一膨胀阀的节流降温，降低了节流的热量损失，提高了设备的使用稳定性。由于先经过经济器的换热冷却，在经过回热器的换热冷却，在回热器的换热过程中，使进入压缩机第一进口的二氧化碳温升不至于过高，降低了进入压缩机的二氧化碳的气体温度，也降低了压缩机出口的温度，也即是压缩机的温度，提高了压缩机的使用稳定性。
本发明的压缩机为喷气增焓双级压缩机，该喷气增焓双级压缩机是将低温低压的二氧化碳气体经过两次压缩后得到高温高压的二氧化碳气体，第一压缩将低温低压的二氧化碳压缩成中温中压的二氧化碳，第二压缩将中温中压的二氧化碳压缩成高温高压的气体，本发明喷气增焓双级压缩机包括压缩机第一进口、压缩机第二进口，压缩机第二进口设置在压缩机第一次压缩之后，第二次压缩之前，从压缩机第二进口进入的二氧化碳气体与第一压缩后的二氧化碳气体混合后再一起进行第二次压缩，而进入压缩机第二进口的二氧化碳是经过经济器、回热器的换热冷却后，通过第二膨胀阀的的节流降温降压，再经过经济器的换热升温，温升也不是很高，进入压缩机第二进口的二氧化碳温度低于压缩机第一次压缩之后二氧化碳温度，再与第一次压缩之后二氧化碳混合后，降低了压缩机内的二氧化碳温度，进一步降低了压缩机出口的温度，也即是压缩机的温度，更进一步提高了压缩机的使用稳定性。
综上所述，本发明的二氧化碳空气源热水器通过经济器、回热器等部件的合理搭配和布置，提高了整个循环的***效率和可靠性，提高了设备的使用稳定性。
附图说明
图1是本发明框架原理图；
图中零部件、部位及编号：压缩机1、压缩机第一进口11、压缩机第二进口12、压缩机出口13、气体冷却器2、冷却器第一进口21、冷却器第二进口22、冷却器第一出口23、冷却器第二出口24、回热器3、回热器第一进口31、回热器第二进口32、回热器第一出口33、回热器第二出口34、第一膨胀阀4、第一膨胀阀进口41、第一膨胀阀出口42、蒸发器5、蒸发器进口51、蒸发器出口52、经济器6、经济器第一进口61、经济器第二进口62、经济器第一出口63、经济器第二出口64、第二膨胀阀7、第二膨胀阀进口71、第二膨胀阀出口72第一气液分离器8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明二氧化碳空气源热水器，包括压缩机1、气体冷却器2、回热器3、第一膨胀阀4、蒸发器5，气体冷却器2上设置有冷却器第一进口21、冷却器第二进口22、冷却器第一出口23、冷却器第二出口24，冷却器第一进口21与冷却器第一出口23相互连通，冷却器第二进口22与冷却器第二出口24相互连通；
回热器3上设置有回热器第一进口31、回热器第二进口32、回热器第一出口33、回热器第二出口34，回热器第一进口31与回热器第一出口33相互连通，回热器第二进口32与回热器第二出口34相互连通；
第一膨胀阀4上设置有第一膨胀阀进口41、第一膨胀阀出口42；
蒸发器5上设置有蒸发器进口51、蒸发器出口52，回热器第一出口33与第一膨胀阀进口41通过管道相连接，第一膨胀阀出口42与蒸发器进口51通过管道相连接，蒸发器出口52与回热器第二进口32通过管道相连接，还包括经济器6、第二膨胀阀7，压缩机1为喷气增焓双级压缩机，压缩机1上设置有压缩机第一进口11、压缩机第二进口12、压缩机出口13；
经济器6上设置有经济器第一进口61、经济器第二进口62、经济器第一出口63、经济器第二出口64，经济器第一进口61与经济器第一出口63相互连通，经济器第二进口62与经济器第二出口64相互连通；
第二膨胀阀7上设置有第二膨胀阀进口71、第二膨胀阀出口72；
回热器第一出口33与第一膨胀阀进口41之间的管道上设置有三通阀，三通阀上设置有三通阀第一接口、三通阀第二接口、三通阀第三接口，回热器第一出口33与三通阀第一接口通过管道相连接，第一膨胀阀进口41与三通阀第二接口通过管道相连接；
冷却器第一出口23与经济器第一进口61通过管道相连接，经济器第一出口63与回热器第一进口31通过管道相连接；
第二膨胀阀进口71与三通阀第三接口通过管道相连接，第二膨胀阀出口72与经济器第二进口62通过管道相连接，经济器第二出口64与压缩机第二进口12通过管道相连接；
回热器第二出口34与压缩机第一进口11通过管道相连接，压缩机出口13与冷却器第一进口21通过管道相连接。
气体冷却器2、回热器3、经济器6都是热交换装置。本发明的二氧化碳空气源热水器回热循环利用***工作流程为：低温低压的二氧化碳从蒸发器进口51中进入蒸发器5中，蒸发器5中一定温度的低压的二氧化碳先通过回热器3后进入压缩机1中，压缩机1出来的二氧化碳依次进入气体冷却器2、经济器6、回热器3后，部分二氧化碳进入第一膨胀阀4进入蒸发器5中，另外一部分经过第二膨胀阀7、经济器6后进入压缩机1中，完成热水器的循环使用，二氧化碳的流向如图1中箭头所示。
本发明通过设置经济器6，二氧化碳气体从气体冷却器2的冷却器第一出口23出来后，依次通过经济器6、回热器3的换热冷却后，再通过第一膨胀阀4的节流降温降压至外部环境温度以下，降低了每次降温的幅度，降低了对设备的要求，特别是第一膨胀阀4的节流降温，降低了节流的热量损失，提高了设备的使用稳定性。由于先经过经济器6的换热冷却，在经过回热器3的换热冷却，在回热器3的换热过程中，使进入压缩机第一进口11的二氧化碳温升不至于过高，降低了进入压缩机1的二氧化碳的气体温度，也降低了压缩机出口13的温度，也即是压缩机1的温度，提高了压缩机1的使用稳定性。
本发明的压缩机1为喷气增焓双级压缩机，该喷气增焓双级压缩机是将低温低压的二氧化碳气体经过两次压缩后得到高温高压的二氧化碳气体，第一压缩将低温低压的二氧化碳压缩成中温中压的二氧化碳，第二压缩将中温中压的二氧化碳压缩成高温高压的气体，本发明喷气增焓双级压缩机包括压缩机第一进口11、压缩机第二进口12，压缩机第二进口12设置在压缩机1第一次压缩之后，第二次压缩之前，从压缩机第二进口12进入的二氧化碳气体与第一压缩后的二氧化碳气体混合后再一起进行第二次压缩，而进入压缩机第二进12口的二氧化碳是经过经济器6、回热器3的换热冷却后，通过第二膨胀阀7的的节流降温降压，再经过经济器6的换热升温，温升也不是很高，使进入压缩机第二进口12的二氧化碳温度低于压缩机1第一次压缩之后二氧化碳温度，再与第一次压缩之后二氧化碳混合后，降低了压缩机1内的二氧化碳温度，进一步降低了压缩机出口13的温度，也即是压缩机1的温度，更进一步提高了压缩机1的使用稳定性。
综上所述，本发明的二氧化碳空气源热水器通过经济器6、回热器3等部件的合理搭配和布置，提高了整个循环的***效率和可靠性，提高了设备的使用稳定性。
具体的，为了实现压缩机出口13温度可调，第一膨胀阀4为可调节开度的电子膨胀阀。同理，第二膨胀阀7为可调节开度的电子膨胀阀，压缩机出口13温度也同样通过第二膨胀阀7来调节。
为了保证进入压缩机1的二氧化碳为气体，本发明在回热器第二出口34与压缩机第一进口11之间的管道上设置有第一气液分离8。同理，经济器第二出口64与压缩机第二进口12之间的管道上设置有第二气液分离器。

Claims (5)

1.二氧化碳空气源热水器，包括压缩机(1)、气体冷却器(2)、回热器(3)、第一膨胀阀(4)、蒸发器(5)，气体冷却器(2)上设置有冷却器第一进口(21)、冷却器第二进口(22)、冷却器第一出口(23)、冷却器第二出口(24)，冷却器第一进口(21)与冷却器第一出口(23)相互连通，冷却器第二进口(22)与冷却器第二出口(24)相互连通；
回热器(3)上设置有回热器第一进口(31)、回热器第二进口(32)、回热器第一出口(33)、回热器第二出口(34)，回热器第一进口(31)与回热器第一出口(33)相互连通，回热器第二进口(32)与回热器第二出口(34)相互连通；
第一膨胀阀(4)上设置有第一膨胀阀进口(41)、第一膨胀阀出口(42)；
蒸发器(5)上设置有蒸发器进口(51)、蒸发器出口(52)，回热器第一出口(33)与第一膨胀阀进口(41)通过管道相连接，第一膨胀阀出口(42)与蒸发器进口(51)通过管道相连接，蒸发器出口(52)与回热器第二进口(32)通过管道相连接，其特征在于：还包括经济器(6)、第二膨胀阀(7)，压缩机(1)为喷气增焓双级压缩机，压缩机(1)上设置有压缩机第一进口(11)、压缩机第二进口(12)、压缩机出口(13)；
经济器(6)上设置有经济器第一进口(61)、经济器第二进口(62)、经济器第一出口(63)、经济器第二出口(64)，经济器第一进口(61)与经济器第一出口(63)相互连通，经济器第二进口(62)与经济器第二出口(64)相互连通；
第二膨胀阀(7)上设置有第二膨胀阀进口(71)、第二膨胀阀出口(72)；
回热器第一出口(33)与第一膨胀阀进口(41)之间的管道上设置有三通阀，三通阀上设置有三通阀第一接口、三通阀第二接口、三通阀第三接口，回热器第一出口(33)与三通阀第一接口通过管道相连接，第一膨胀阀进口(41)与三通阀第二接口通过管道相连接；
冷却器第一出口(23)与经济器第一进口(61)通过管道相连接，经济器第一出口(63)与回热器第一进口(31)通过管道相连接；
第二膨胀阀进口(71)与三通阀第三接口通过管道相连接，第二膨胀阀出口(72)与经济器第二进口(62)通过管道相连接，经济器第二出口(64)与压缩机第二进口(12)通过管道相连接；
回热器第二出口(34)与压缩机第一进口(11)通过管道相连接，压缩机出口(13)与冷却器第一进口(21)通过管道相连接。
2.如权利要求1所述的二氧化碳空气源热水器，其特征在于：第一膨胀阀(4)为可调节开度的电子膨胀阀。
3.如权利要求1所述的二氧化碳空气源热水器，其特征在于：第二膨胀阀(7)为可调节开度的电子膨胀阀。
4.如权利要求1所述的二氧化碳空气源热水器，其特征在于：回热器第二出口(34)与压缩机第一进口(11)之间的管道上设置有第一气液分离器(8)。
5.如权利要求1至4任意一项所述的二氧化碳空气源热水器，其特征在于：经济器第二出口(64)与压缩机第二进口(12)之间的管道上设置有第二气液分离器。
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