[發明專利]高效的極低溫兩級壓縮跨臨界空氣源熱泵熱水器

在審

• 申請號: 201811281680.3
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109307364A
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 徐英杰;牟越;潘重宇
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F24H4/04
• 分類號: F24H4/04;F24H9/20
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種高效的極低溫兩級壓縮跨臨界空氣源熱泵熱水器，包括水箱、第一水泵、第二水泵和電加熱器等，所述水箱的第一出口與第一水泵的入口相連，第一水泵的出口與第一截止閥入口相連，第一截止閥的出口與第二截止閥的入口相連，第二截止閥的出口與氣冷器第一的入口相連，氣冷器的第一出口與水箱的第一入口相連；冷水進水口與第三截止閥的入口相連，第三截止閥的出口與第四截止閥的入口相連。本發明基于能量梯級利用的熱力學原理，采用兩級壓縮跨臨界熱泵系統，將循環加熱、直熱和電加熱三種模式巧妙結合，發揮不同梯級能量的優勢，降低低溫下氣冷器出口溫度，以此增加從空氣吸收的熱量，提升總體能效，系統可以在?40℃的極低溫下運行。

技術領域

本發明屬于熱水器，涉及一種熱泵熱水器。

背景技術

CO₂跨臨界熱泵循環采用清潔的工質，相比傳統的鹵代烴類(氟 利昂類)工質更環保，溫室效應極低，更易獲取。此外，由于其氣冷 器中工質處于超臨界的特性使得特別適合通過逆流換熱制取溫度較高 的熱水，較為節能。因此，跨臨界空氣源熱泵成為熱泵領域的重點研 究和發展對象。

但該種熱泵在使用中難免會出現熱水在水箱中靜止時導致溫度降 低需要循環加熱的情況，此時其效率就較低。更致命的是，隨著應用 面的擴大，當其用于低溫環境時，如中國北方冬季普遍可以降到-10℃ 乃至-20℃以下，該種熱泵的效率快速下降。原蒸發溫度10℃，北方 冬季蒸發溫度-20℃，伴隨著蒸發溫度降低，其吸氣壓力快速降低，由 于壓縮機的壓比變化有限，其排氣壓力也必然下降，例如從10MPa 下降為7MPa。產生熱水不變，例如溫度是65℃時，則65℃等溫線與 10MPa和7MPa等壓線交點分別為a和b，我們可以看到b點相比a 向右移動了很大的距離，這導致從a點和b點分別膨脹達到相應的蒸 發溫度后的c點與e點的位置相差較大，線段ef非常短，遠遠短于cd， 這意味著ef對應的過程蒸發器從空氣中吸收的熱量非常少，即系統的 能效很低，非常接近于1，考慮到壓縮機效率、漏熱損失、壓力損失 等，效率可能低于傳統電加熱。

發明內容

為了克服已有熱泵熱水器的能效較低、效率較低的不足，為了改善 上述問題，本發明基于能量梯級利用的熱力學原理，采用兩級壓縮跨 臨界熱泵系統，將循環加熱、直熱和電加熱三種模式巧妙結合，發揮 不同梯級能量的優勢，降低低溫下氣冷器出口溫度，以此增加從空氣 吸收的熱量，優化熱泵運行工況，提升總體能效，系統可以在-40℃的 極低溫下運行。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種高效的極低溫兩級壓縮跨臨界空氣源熱泵熱水器，包括水箱、 蒸發器、第一壓縮機、第二壓縮機、氣冷器、第一節流裝置、氣液分 離器、第二節流裝置、第一水泵、第二水泵和電加熱器，所述水箱的 第一出口與第一水泵的入口相連，第一水泵的出口與第一截止閥的入 口相連，第一截止閥的出口與第二截止閥的入口相連，第二截止閥的 出口與氣冷器的第一入口相連，氣冷器的第一出口與水箱的第一入口 相連；冷水進水口與第三截止閥的入口相連，第三截止閥的出口與第 四截止閥的入口相連，第四截止閥的出口同時與第一截止閥的出口和 第二截止閥的入口相連；第三截止閥的出口還與第五截止閥的入口相連，第五截止閥的出口與水箱的第三入口相連；水箱的第二出口與第 二水泵的入口相連，第二水泵的出口與電加熱器的入口相連，電加熱 器的出口與第六截止閥的入口相連，第六截止閥的出口與第七截止閥 的入口相連，第七截止閥的出口與水箱的第二入口相連；水箱的第三 出口與第八截止閥的入口相連，第八截止閥的出口與第九截止閥入口 相連，第九截止閥的出口與用戶相連；第六截止的出口還與第九截止 閥的入口相連；氣冷器的第二出口與第一節流裝置的入口相連，第一 節流裝置的出口與氣液分離器的入口相連，氣液分離器的第一出口與 第一壓縮機的入口相連，第一壓縮機的出口與氣冷器的第二入口相連；氣液分離器的第二出口與第二節流裝置的入口相連，第二節流裝置的 出口與蒸發器的入口相連，蒸發器的出口與第二壓縮機的入口相連， 第二壓縮機的出口與第一壓縮機的入口相連。