专利名称：跨临界二氧化碳热泵供暖热水器的制作方法
技术领域：
本发明属于热泵热水器领域，特别涉及一种利用跨临界二氧化碳热泵来供热水和供暖的热 水器装置。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，热水器作为一种家用电器已经得到普及，并且人们对热水的需 求越来越大，热水器的能耗越来越高。目前市场上传统的热水器有三大类燃料热水器、电 热水器和太阳能热水器。燃料热水器主要以燃气为主，这类热水器在使用时要排出大量的废 气，废气中除了二氧化碳以外，还有不完全燃烧的产物一氧化碳，容易发生中毒事故。电热 水器对电能浪费较大，虽然电热水器上装有漏电保护，但使用电热水器时发生的触电事故也 时有发生。太阳能热水器属于环保、节能产品，但受到天气的影响较大，使用的区域和时间
受到很大的限制。此外，市场上也有了热泵热水器，但这些热泵热水器的工质一般为R22、R410A 等传统工质，不仅会破坏臭氧层而且还会带来温室效益，且这些工质要生产60 'C以上的热水 会使压縮机排气压力过高、热泵能效比(EER)过低，因此水温受到限制。
人们冬天对供暖的需求逐渐增大，特别是在长江中下游不集中采暖的地区，空调采暖、地 板采暖已经成为一个热点。
与这些热水器相比，跨临界二氧化碳热泵热水器主要有以下优点(l)节能，利用热泵循 环原理，其实质是热量的转移而不是产生，因此加热等量的热水，其能耗仅为电加热热水器 和燃气热水器的1/4; (2)环保，跨临界二氧化碳热泵热水器并不会产生二氧化碳等废气，而 恰恰是利用了二氧化碳，即使二氧化碳发生泄露，作为一种天然工质，相对于其他热泵工质 对环境的影响也是很小的；(3)制取热水的能力较强，由于采用了跨临界循环，它可以制取 9(TC高温热水，而传统热泵热水器一般制取热水不超过6(TC; (4)跨临界二氧化碳热水器为冬 天采暖系统的热源，利用其超强的热水制取能力，采用热水地板采暖的方式，能够满足人们 对冬天供暖的需要。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种二氧化碳热泵供暖热水器。 本发明采用如下技术方案
3一种跨临界二氧化碳热泵供暖热水器，包括跨临界二氧化碳热泵系统、热水供应系统 和供暖循环系统；
其中，所述跨临界二氧化碳热泵系统包括依次位于第一循环管路上的压縮机、第一气冷 器、第二气冷器、回热器、膨胀阀、蒸发器、回热器；
其中，所述热水供应系统包括水箱、第一水泵、热水出水阀，所述水箱上设有进水管，所
述水箱包括高温区A、中温区B和低温区C，所述水箱低温区C、第一水泵、第一气冷器、水
箱高温区A依次通过管路相连接;所述热水出水阀分别通过三管路分别与所述水箱的高温区A、
中温区B和进水管9相连接；
其中，所述供暖循环系统包括位于第二循环管路上的第二气冷器、第二水泵和末端设备。 进一步地，所述末端设备为地板采暖管路。 进一步地，所述水箱上还设有排水管。
进一步地，所述第一气冷器和第二气冷器的换热器形式为壳套管式。 进一步地，所述蒸发器为板翅式换热器。
本发明提供的跨临界二氧化碳热泵供暖热水器，其回热器是一个小型换热器使气冷器的出 口和压縮机的入口的二氧化碳进行换热，进一步降低膨胀阀入口二氧化碳的温度和提高压縮 机入口二氧化碳的过热度，提高了热泵循环的EER，并且其水箱分三个温度层区具有两点优点 一、保证从水箱进入气冷器的水具有较低的温度，降低第一气冷器的温度从而提高热泵系统 的效率(C0P)。 二、可以根据用户的需求提供高温水或是中温水。
图1本发明跨临界二氧化碳热泵供暖热水器系统实施例示意图。
标号说明
1压缩机 21第一气冷器 22 第二气冷器 3回热器
5蒸发器 6水箱 7 第一水泵 8排水管
10热水出水阔11第二水泵 12地板采暖管路
具体实施例方式
下面结合附图1对本发明进行进一步的说明。
如图1所示， 一种跨临界二氧化碳热泵供暖热水器，包括跨临界二氧化碳热泵系统、热 水供应系统和供暖循环系统三部分。
4膨胀阔 9进水管其中，所述跨临界二氧化碳热泵系统从外界吸收热量提供给热水供应系统和供暖系统， 其包括依次位于第一循环管路上的压缩机1、第一气冷器21、第二气冷器22、回热器3、膨 胀阀4、蒸发器5、回热器3;
其中，第一气冷器21、第二气冷器22的换热器形式采用壳套管式，蒸发器3则采用板翅
式换热器，并且通过风扇强化蒸发器5的换热；
所述跨临界二氧化碳热泵系统采用的工质为二氧化碳，由于二氧化碳临界点较低，很容
易达到超临界状态，从而系统放热温度较高，且存在一个相当大的温度滑移(约80 100'C)， 非常适合对水的加热，可提供9(TC的热水。本发明中的回热器3是一个小型换热器使气冷器 的出口和压縮机的入口的二氧化碳进行换热，进一步降低膨胀阀入口二氧化碳的温度和提高 压縮机入口二氧化碳的过热度，这对于提高热泵循环的EER都是具有很大的好处的。
图1虚线框所示为热水器的室外机部分，其它的为室内机部分。室外机主要是热泵系统， 二氧化碳在压縮机1里被压縮成高压高温的气体，经过气冷器2和回热器3后发出热量变为 低温高压的气体，再经过膨胀阀4膨胀后，二氧化碳变成低压低温的液体，在蒸发器5蒸发 吸收室外空气的热量，并在回热器3里进一步吸热，最后回到压縮机l完成循环。
其中，所述热水供应系统包括水箱6、第一水泵7、热水出水阀IO，所述水箱6上设有进 水管9，所述水箱6包括高温区A (90°C-70°C)、中温区B (70°C-35°C)和低温区C (35。C以 下)，所述水箱6低温区C、第一水泵7、第一气冷器21、水箱6高温区A依次通过管路相连 接；所述热水出水阀10分别通过三管路分别与所述水箱6的高温区A、中温区B和进水管9 相连接。
水箱6分三个温度层区具有两点好处: 一、保证从水箱6进入气冷器的水具有较低的温度， 降低第一气冷器21的温度从而提高热泵系统的效率(COP)。 二、可以根据用户的需求提供高 温水或是中温水，这可由热水出水阀io实现。
在热水供应系统中，水箱6下部低温区C的水通过第一水泵7流动到第一气冷器21与二 氧化碳发生换热，被加热后回到水箱6的上部高温区A。在甩水侧，本发明设计了三根管和一 个阔门10，三根管分别提供高温水、中温水和低温水，通过热水出水阀10调节各水管的流量 以达到用户的要求。如在用户要求温水时，可关闭高温和低温的阀门，直接从水箱的中温区B 取水。若出水温过低时则可加大高温区A出水的流量来提高水温。
其中，所述供暖循环系统包括位于第二循环管路上的第二气冷器22、第二水泵ll和末端 设备12。其中，所述末端设备12为地板采暖管路或采用散热器等其他散热设备。
在供暖循环系统中，管路中的水通过第二水泵11进行循环流动，吸收气冷器二 22中二氧化碳的热量，在系统末端的散热装置中将热传递给室内空气，从而对室内进行供暖。
其中，所述水箱6上设有进水管9，进水管9与外部自来水网相连，当水箱6内水量减少 到设定值时由进水管进行补给。所述水箱6上还设有排水管8，在系统遇到故障进行检修时排 水使用。
权利要求
1、一种跨临界二氧化碳热泵供暖热水器，其特征在于包括跨临界二氧化碳热泵系统、热水供应系统和供暖循环系统；其中，所述跨临界二氧化碳热泵系统包括依次位于第一循环管路上的压缩机(1)、第一气冷器(21)、第二气冷器(22)、回热器(3)、膨胀阀(4)、蒸发器(5)、回热器(3)；其中，所述热水供应系统包括水箱(6)、第一水泵(7)、热水出水阀(10)，所述水箱(6)上设有进水管(9)，所述水箱(6)包括高温区A、中温区B和低温区C，所述水箱(6)低温区C、第一水泵(7)、第一气冷器(21)、水箱(6)高温区A依次通过管路相连接；所述热水出水阀(10)分别通过三管路分别与所述水箱(6)的高温区A、中温区B和进水管(9)相连接，；其中，所述供暖循环系统包括位于第二循环管路上的第二气冷器(22)、第二水泵(11)和末端设备(12)。
2、 根据权利要求1所述的跨临界二氧化碳热泵供暖热水器，其特征在于所述末端设备 (12)为地板采暖管路。
3、 根据权利要求2所述的跨临界二氧化碳热泵供暖热水器，其特征在于 所述水箱(6)上还设有排水管(8)。
4、 根据权利要求3所述的跨临界二氧化碳热泵供暖热水器，其特征在于-所述第一气冷器(21)和第二气冷器(22)的换热器形式为壳套管式。
5、 根据权利要求4所述的跨临界二氧化碳热泵供暖热水器，其特征在于 所述蒸发器(3)为板翅式换热器。
全文摘要
跨临界二氧化碳热泵供暖热水器，包括跨临界二氧化碳热泵系统、热水供应系统和供暖循环系统；所述跨临界二氧化碳热泵系统包括依次位于第一循环管路上的压缩机、第一气冷器、第二气冷器、回热器、膨胀阀、蒸发器、回热器；所述热水供应系统包括水箱、第一水泵、热水出水阀，所述水箱包括高温区A、中温区B和低温区C，所述供暖循环系统包括位于第二循环管路上的第二气冷器、第二水泵和末端设备。本发明降低了膨胀阀入口二氧化碳的温度和提高压缩机入口二氧化碳的过热度，提高了热泵循环的EER，并且保证从水箱进入气冷器的水具有较低的温度，降低了第一气冷器的温度从而提高热泵系统的效率，可以根据用户的需求提供高温水或是中温水。
文档编号F24D3/08GK101576283SQ20091005287
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月11日 优先权日2009年6月11日
发明者于国清, 何哲彬, 静 吕, 杨大章, 黄秀芝 申请人:上海理工大学