一种冷暖一体化二氧化碳热泵装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种冷暖一体化二氧化碳热泵装置，包括冷媒循环系统和热水循环系统，冷媒循环系统主要由二氧化碳压缩机、四通换向阀、室外风机、室外换热器、电子膨胀阀、室内机、电磁阀和水?冷媒换热器等构成；热水循环系统主要由循环水泵、承压水箱、膨胀水箱、水?水换热器和暖气片/地暖盘管等构成。本实用新型针对春夏秋冬不同天气条件，可采用热水+采暖、热水、采暖、热水＋制冷、空调制热、空调制冷六种运行模式，实现热水、供冷和供热三联供。此外，由于采用二氧化碳作为热泵工质，在较低的环境温度下，依然能维持较高的制热能力和较高的能效，所以本热泵装置具有高效、节能环保、结构紧凑、低成本运行的优点。
【专利说明】
一种冷暖一体化二氧化碳热泵装置
技术领域
[0001]本实用新型应用于边防哨所、补给站等无法集中制冷、供暖的边远地区，涉及一种既可高温环境下制冷、又可低温环境下制取生活热水与房间采暖的新型一体化二氧化碳 (C〇2)热栗装置。【背景技术】
[0002]目前国内使用的热栗装置产品采用的是非二氧化碳工质，大多采用单台单相旋转式压缩机或涡旋式压缩机。大部分热栗装置采用循环加热方式，配置辅助电加热系统，在环境温度低于〇°C后，启动辅助电加热，满足用户需求，但能效优势就不复存在，而且，在环境温度低于_7°C时，热栗系统禁止使用，如同单独的电热水器，基本无法满足用户的需求。
[0003]也有使用变频系统或是数码涡旋系统的，也只是让产品使用的环境温度再低一些，而在低温环境温度_12°C以下，能效和制热能力大幅衰减，不能正常使用。
[0004]而一些专门设计的热栗装置在夏季可制取不超过60°C的热水，当环境温度越低时，常规热栗装置的加热量越小，加热时间延长，能效比也会越低。从空气中的吸热量很少， 已经无法靠热栗装置来制取热水。因此，常规热栗装置适宜于长江以南地区使用，而寒冷地区的冬季则无法使用，使用环境受到极大的限制。并且使用热栗型空调，在冬季环境温度低于-7°C，制取热水温度不超过45°C。
[0005]本实用新型提出了一种夏季制冷、冬季采暖和制取生活热水的一体化二氧化碳 (C02)热栗装置。该热栗装置针对春夏秋冬不同天气条件，可采用热水+采暖、热水、采暖、热水+制冷、空调制热、空调制冷六种运行模式，实现热水、供冷和供热三联供。此外，由于采用二氧化碳作为热栗(制冷)工质，在较低的环境温度下，依然能维持较高的制热能力和较高的能效，所以本热栗装置具有高效、节能环保、结构紧凑、低成本运行的优点。【实用新型内容】
[0006]发明目的:针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种冷暖一体化二氧化碳热栗装置，具有安全可靠、节能环保的设计理念，机组内部既有压缩制冷/制热循环系统，又有热水循环系统，使得压缩制冷、热水制热空调一体化，不占用摆放空间，室内温度控制更精确，且冬季制热运行成本降至最低。
[0007]技术方案:为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0008]—种冷暖一体化二氧化碳热栗装置，包括冷媒循环系统和热水循环系统，所述冷媒循环系统包括二氧化碳压缩机、四通换向阀、室外风机、室外换热器、第一电子膨胀阀、室内机、第二电子膨胀阀、电磁阀和水_冷媒换热器;所述二氧化碳压缩机的低压管口与四通换向阀的第一端口相连，高压管口分别与四通换向阀的第二端口以及水-冷媒换热器相连， 四通换向阀的第三端口与室外换热器相连，第四端口分别与室外换热器以及室内机相连； 二氧化碳压缩机、水-冷媒换热器、电磁阀、第一电子膨胀阀和室外换热器构成第一冷媒循环系统;二氧化碳压缩机、水-冷媒换热器、电磁阀、第二电子膨胀阀和室内机构成第二冷媒循环系统;二氧化碳压缩机、室外换热器、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀和室内机构成第三冷媒循环系统；
[0009]所述热水循环系统包括第一循环水栗、承压水箱、膨胀水箱、第二循环水栗、水-水换热器、第三循环水栗和暖气片/地暖盘管;承压水箱、第一循环水栗、水-冷媒换热器构成第一水循环系统;承压水箱、水-水换热器和第二循环水栗构成第二水循环系统;水-水换热器、暖气片/地暖盘管和第三循环水栗构成第三水循环系统。
[0010]作为优选，二氧化碳压缩机的高压管口与水-冷媒换热器相连的管路上设有第一电磁阀，四通换向阀的第三端口与室外换热器相连的管路上设有第二电磁阀，四通换向阀的第四端口与室内机相连的管路上设有第三电磁阀，四通换向阀的第四端口与室外换热器相连的管路上设有第四电磁阀；电磁阀与第一电子膨胀阀相连的支路上设有第五电磁阀， 与第二电子膨胀阀相连的支路上设有第六电磁阀。通过控制各电磁阀关闭和打开，实现热栗装置不同工作模式的切换。
[0011]作为优选，水-冷媒换热器与电磁阀间的连接管路上设有视液镜、干燥过滤器、检修阀和截止阀。通过视液镜可观察冷媒系统运行时的状态，并根据视液镜状态判断系统管路中的冷媒量及冷媒洁净度。干燥过滤器可有效去除系统管路中冷媒中的水分及杂质。通过关闭截止阀，实现干燥过滤器的更换。
[0012]作为优选，水-冷媒换热器的出水口管路上设有流量调节阀和球阀，进水口管路上设有球阀、闸阀、止回阀、第一循环水栗和过滤器。流量调节阀根据冷媒系统管路压力自动比例调节水流量，实现冷媒系统持续稳定运行。在进水管路上设置球阀、闸阀、止回阀、第一循环水栗和过滤器，实现承压水箱中的水通过水栗循环至水_冷媒换热器进行热交换后回到承压水箱中，形成闭路循环。通过过滤器实现对水中所含杂质的过滤，尽量避免水箱内的杂质通过水栗循环粘附在水_冷媒换热器内，以降低换热效率的衰减，并可通过关闭闸阀， 实现对过滤器的更换。
[0013]作为优选，所述承压水箱底部设有冷水进口，顶部设有安全阀。当承压水箱内工作压力超过允许压力数值时，安全阀自动打开向外排放水，随着水箱内压力的降低，安全阀将重新关闭，从而防止管道和设备的超压危险。
[0014]作为优选，所述承压水箱在上部设有第一出水口，中部设有第二出水口，下部设有第三出水口，第一出水口与水-水换热器相连，第二出水口和第三出水口通过管路与混水阀相连，通过混水阀连接至生活热水管道，以满足生活热水的需求。
[0015]作为优选，冷媒循环系统中的二氧化碳压缩机、室外换热器、室外风机、水-冷媒换热器、系统管路及制冷部件、淋水盘以及电气箱集成在室外机框架内。
[0016]工作原理:本实用新型的二氧化碳热栗装置巧妙地将二氧化碳直流变频压缩机、 四通换向阀、室外换热器、室外风机、室内机通过管路和阀件组合起来，可实现热水+采暖、 热水、采暖、热水+制冷、空调制热、空调制冷六种运行模式，实现热水、供冷和供热三联供。 用于热水/热水+采暖/采暖时:通过室外机吸收环境空气中的热量，压缩制冷循环，将热量传送至承压水箱中的热水，通过水-水换热器循环作采暖用或直接将水箱内的热水与冷水混合作为沐浴、厨房等生活热水使用。用于空调制冷时:通过室内机吸收室内的热量，压缩制冷循环，将热量通过室外风机将室外换热器的热量前置对流散发到环境中，以降低室内的温度，达到制冷效果。用于热水+制冷时:通过室内机吸收室内的热量，压缩制冷循环，将热量通过水-冷媒换热器传送至承压水箱中的热水，不仅可以降低室内的温度，同时可提高水箱内的热水温度，以便生活热水使用。用于空调制热时:通过室外换热器经过室外风机强制对流吸收环境的热量，压缩制冷循环，将热量通过室内机散发到室内，以升高室内的温度，达到制热效果。
[0017]有益效果:与现有技术相比，本实用新型具有如下优点:
[0018](1)采用C02作为制冷工质，C02是一种不破坏大气臭氧层(0DP = 0)和全球气候变暖指数很小(GWP=1)的天然制冷剂。它安全，无毒，不燃烧，与润滑油和金属、非金属材料不起反应，高温下也不会分解成有害气体。可以减少全球温室效应，来源广泛，勿需回收，可以大大降低制冷剂替代成本，节约能源，从根本上解决化合物对环境的污染问题，具有良好的经济性。并且，C02黏度小，0°C时C02饱和液体的运动黏度只是NH3的5.2 %、R12的23.8%，流体的流动阻力小，传热性能比CFC类制冷剂更好，可以改善全封闭制冷压缩机的散热。C02分子量小，制冷能力大，〇°C的单位制冷量比常规制冷剂高5?8倍，因而对于相同冷负荷的制冷系统，压缩机的尺寸可以明显减小，重量减轻，整个系统非常紧凑;润滑条件容易满足，对制冷系统常见材料无腐蚀，可以改善开启式压缩机的密封性能，减少泄漏。
[0019](2)本实用新型的二氧化碳热栗装置可采用热水+采暖、热水、采暖、热水+制冷、空调制热、空调制冷六种运行模式，实现热水、供冷和供热三联供，具有结构紧凑、功能全面的优越性。可根据用户需求，同时满足厨房、卫生间淋浴及浴盆(可循环供热水)用热水、热地板循环/暖气片供暖(冬天)、室内制冷(夏天)等需求。并且，针对不同用途用热水的特征，同时考虑水箱多温层的分布，可实现不同用途、不同时间、不同用水要求的智能混水控制策略，达到最大限度的节能需求目的。
[0020](3)本实用新型的二氧化碳热栗装置制取的热水温度最高可达90°C，即使在-20°c 的低温环境下，也可制取65°C的高温热水，且能效比COP大于2.0,不仅满足寒冷地区冬季的制热需求和热水需求，而且具有良好的节能效果。【附图说明】
[0021]图1为本实用新型实施例的系统原理图。
[0022]图中:1-二氧化碳压缩机，2-高压开关，3-低压开关，4-旋锁阀，5-四通换向阀，6-第一电磁阀，7-第二电磁阀，8-第三电磁阀，9-第四电磁阀，13-第五电磁阀，16-第六电磁阀，10-室外风机，11-室外换热器，12第一电子膨胀阀，15-第二电子膨胀阀，14-室内机，17-电磁阀，18-视液镜，19-干燥过滤器，20-检修阀，21-截止阀，22-水-冷媒换热器，23-流量调节阀，24-球阀，25-闸阀，26-止回阀，27-第一循环水栗，28-过滤器，29-承压水箱，30-安全阀，31-膨胀水箱，32-混水阀，33-第二循环水栗，34-水-水换热器，35-第二循环水栗，36-地暖盘管/暖气片。
[0023]图2为本实用新型实施例中冷媒系统的结构图。
[0024]图中:a-框架，b-电气箱，c-淋水盘，d-室外换热器，e-室外风机，f-系统管路及制冷部件，g_二氧化碳压缩机，h_水-冷媒换热器。[〇〇25]图3为本实用新型实施例用于热水+采暖/热水/采暖的原理示意图。[〇〇26]图4为本实用新型实施例用于热水+制冷的原理示意图。[〇〇27]图5为本实用新型实施例用于空调制冷的原理示意图。
[0028]图6为本实用新型实施例用于空调制热的原理示意图。【具体实施方式】[〇〇29]下面结合具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0030]如图1所示，本实用新型实施例公开的一种冷暖一体化二氧化碳热栗装置，包括冷媒循环系统和热水循环系统两大部分，其中冷媒循环系统主要由二氧化碳直流变频压缩机1、水-冷媒换热器22、电磁阀17、电子膨胀阀12/15、室外换热器11、室外风机10、室内机14、 四通换向阀5、电磁阀6/7/8/9/13/16、循环管路等主要零部件和相应的排气温度传感器、 高、低压力传感器、保护器、除霜电磁阀、换热器检测温度传感器、控制器件(图未示出)等组成。热水循环系统主要由承压水箱29、水-水换热器34、循环水栗27/33/35、暖气片/地暖盘管36、混水阀32、水管及各种阀门等部件及相关水侧温度传感器组成。
[0031]二氧化碳压缩机1的低压管口经低压开关3、旋锁阀4连接至四通换向阀5的第一端口(第一、二、三和四端口分别对应图中的右、左中、左下和左上端口)，高压管口经高压开关2、旋锁阀4连接至四通换向阀5的第二端口以及水-冷媒换热器22，与水-冷媒换热器22相连的管路上设有电磁阀6,四通换向阀5的第三端口与室外换热器11相连，管路上设有电磁阀 7,第四端口分别与室外换热器11以及室内机14相连，管路上分别设电磁阀9和电磁阀8。电磁阀6、9、13、17打开，电磁阀7、8、16关闭时，二氧化碳压缩机1、水-冷媒换热器22、电磁阀 17、电子膨胀阀12和室外换热器11构成第一冷媒循环系统，可实现低温环境下获取热水和采暖。电磁阀7、9、13关闭，电磁阀6、8、16、17打开时，二氧化碳压缩机1、水-冷媒换热器22、 电磁阀17、电子膨胀阀15和室内机14构成第二冷媒循环系统，可实现在室内制冷时获取热水。电磁阀6、9、17关闭，电磁阀7、8、13、16打开时，关闭热水循环系统中的各循环水栗，二氧化碳压缩机1、室外换热器11、电子膨胀阀12、15和室内机14构成第三冷媒循环系统，可实现室内空调制冷与制热。
[0032]如图2所示，本实施例的冷媒循环系统的主要部件构成的热栗机组可集成在室外机框架中，淋水盘c位于框架a中间，淋水盘c上方中间安装室外风机e，周边布置室外换热器 d。二氧化碳压缩机g和水-冷媒换热器h位于淋水盘c下方，二氧化碳压缩机g置于水-冷媒换热器h内部。电气箱b位于框架下部一侧，系统管路及制冷部件f沿框架另一侧布置。整体结构紧凑，安装方便，不占室内空间。
[0033]下面结合图3-图6,对本实用新型实施例工作在不同模式下的原理进行说明。[0〇34] 热水+米暖/热水/米暖:
[0035]如图3所示，本实施例用于热水+采暖(暖气片/地暖)/热水/采暖时，冷媒循环系统中的电磁阀7、8、16关闭，室内机14关闭，电磁阀6、9、13、17打开，二氧化碳热栗机组利用室外换热器11通过室外风机10强制对流吸收环境空气中的热量，经过二氧化碳压缩机1压缩制冷循环，将热量通过水-冷媒换热器22传送至承压水箱29中的热水。承压水箱29中的热水与地暖/暖气片36中的水分别通过水栗33、35各自循环，并在水-水换热器34进行热量交换， 达到室内采暖的目的。另外，承压水箱29中的上层热水和下层温水通过混水阀32混合，以满足生活热水的需求。使得该热栗机组寒冷地区低温条件下即可制取生活热水，又可采暖的双重需求。
[0036]热水+制冷:
[0037]如图4所示，本实施例用于热水+制冷时，冷媒循环系统中的电磁阀7、9、13关闭，电磁阀6、8、16、17打开，室外风机10停止运行，冷媒不经过室外换热器11循环，而通过空调室内机14吸收室内的热量，经过二氧化碳压缩机1压缩制冷循环，将热量通过水-冷媒换热器 22传送至承压水箱29中的热水，承压水箱29中的上层热水和下层温水通过混水阀32混合， 以满足生活热水的需求。使得即可以利用室内换热器吸收热量以降低室内温度达到制冷效果，又可以将热量输送到承压水箱中的热水，作为生活热水使用。
[0038]空调制冷:
[0039]如图5所示，本实施例用于空调制冷时，冷媒循环系统中的电磁阀6、9、17关闭，电磁阀7、8、13、16打开，热水循环系统中的水栗27、33、35全部关闭，流量调节阀23关闭。冷媒经过空调室内机14吸收室内的热量，经过四通换向阀5(第四端口进，第一端口出)，进入二氧化碳压缩机1压缩制冷循环，高温高压的二氧化碳气体经过四通换向阀5(第二端口进，第三端口出)，流进室外换热器11，空气经过室外风机10的强制对流，将经过室外换热器11的制冷剂热量散发至室外环境。室内的热量随着室内机的吸收会逐渐减小，室内温度也会逐渐降低，达到室内制冷效果。
[0040]空调制热:[0041 ]如图6所示，本实施例用于空调制热时，冷媒循环系统中的电磁阀6、9、17关闭，电磁阀7、8、13、16打开，热水循环系统中的水栗27、33、35全部关闭，流量调节阀23关闭。冷媒经过室外换热器14,通过室外风机10强制对流吸收环境中的热量，经过四通换向阀5(第三端口进，第一端口出)，进入二氧化碳压缩机1压缩制冷循环，高温高压的二氧化碳气体经过四通换向阀5(第二端口进，第四端口出)，流进空调室内机14,经过与室内空气的换热，将热量散发至室内，室内温度也会逐渐升高，达到室内空调制热效果。
【主权项】
1.一种冷暖一体化二氧化碳热栗装置，包括冷媒循环系统和热水循环系统，其特征在 于，所述冷媒循环系统包括二氧化碳压缩机(1)、四通换向阀(5)、室外风机(10)、室外换热 器(11)、第一电子膨胀阀(12)、室内机(14)、第二电子膨胀阀(15)、电磁阀(17)和水-冷媒换 热器(22);所述二氧化碳压缩机(1)的低压管口与四通换向阀(5)的第一端口相连，高压管口分别 与四通换向阀(5)的第二端口以及水-冷媒换热器(22)相连，四通换向阀(5)的第三端口与 室外换热器(11)相连，第四端口分别与室外换热器(11)以及室内机(14)相连；二氧化碳压缩机(1)、水-冷媒换热器(22)、电磁阀(17)、第一电子膨胀阀(12)和室外换 热器(11)构成第一冷媒循环系统;二氧化碳压缩机(1)、水-冷媒换热器(22)、电磁阀(17)、 第二电子膨胀阀(15)和室内机(14)构成第二冷媒循环系统;二氧化碳压缩机(1)、室外换热 器(11)、第一电子膨胀阀(12)、第二电子膨胀阀(15)和室内机(14)构成第三冷媒循环系统；所述热水循环系统包括第一循环水栗(27)、承压水箱(29)、膨胀水箱(31)、第二循环水 栗(33)、水-水换热器(34)、第三循环水栗(35)和暖气片/地暖盘管(36);承压水箱(29)、第 一循环水栗(27)、水-冷媒换热器(22)构成第一水循环系统；承压水箱(29)、水-水换热器 (34)和第二循环水栗(33)构成第二水循环系统；水-水换热器(34)、暖气片/地暖盘管(36) 和第三循环水栗(35)构成第三水循环系统。2.根据权利要求1所述的冷暖一体化二氧化碳热栗装置，其特征在于，二氧化碳压缩机(1)的高压管口与水-冷媒换热器(22)相连的管路上设有第一电磁阀 (6)，四通换向阀(5)的第三端口与室外换热器(11)相连的管路上设有第二电磁阀(7)，四通 换向阀(5)的第四端口与室内机(14)相连的管路上设有第三电磁阀(8)，四通换向阀(5)的 第四端口与室外换热器(11)相连的管路上设有第四电磁阀(9);电磁阀(17)与第一电子膨胀阀(12)相连的支路上设有第五电磁阀(13)，与第二电子膨 胀阀(15)相连的支路上设有第六电磁阀(16)。3.根据权利要求1所述的冷暖一体化二氧化碳热栗装置，其特征在于，水-冷媒换热器 (22)与电磁阀(17)间的连接管路上设有视液镜(18)、干燥过滤器(19)、检修阀(20)和截止 阀(21)〇4.根据权利要求1所述的冷暖一体化二氧化碳热栗装置，其特征在于，水-冷媒换热器 (22)的出水口管路上设有流量调节阀(23 )和球阀(24 )，进水口管路上设有球阀(24 )、闸阀 (25)、止回阀(26)、第一循环水栗(27)和过滤器(28)。5.根据权利要求1所述的冷暖一体化二氧化碳热栗装置，其特征在于，所述承压水箱 (29)底部设有冷水进口，顶部设有安全阀(30)。6.根据权利要求5所述的冷暖一体化二氧化碳热栗装置，其特征在于，所述承压水箱 (29)在上部设有第一出水口，中部设有第二出水口，下部设有第三出水口，第一出水口与 水-水换热器(34 )相连，第二出水口和第三出水口通过管路与混水阀(32 )相连，通过混水阀 (32)连接至生活热水管道。7.根据权利要求1所述的冷暖一体化二氧化碳热栗装置，其特征在于，冷媒循环系统中 的二氧化碳压缩机、室外换热器、室外风机、水-冷媒换热器、系统管路及制冷部件、淋水盘 以及电气箱集成在室外机框架内。
【文档编号】F25B41/04GK205606946SQ201620411657
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】杨静, 袁祎, 孙明迪
【申请人】南京佳力图机房环境技术股份有限公司