專利名稱：一種多溫區二氧化碳熱泵熱水機組的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用于工業或商業領域中的熱水機組，尤其是一種可以提供多溫區的熱水的二氧化碳熱泵熱水系統。
背景技術：
在一些需要大量使用熱水的工廠或者單位，制取單一溫區的熱水，往往不能滿足用戶的多元化需求。而通過高溫水與常溫水混合獲取不同溫區熱水的方法，會造成很多不可逆的熱損失，對熱源也是一種極大浪費，熱泵系統性能的評估因此也受到一定程度的影響。另一方面，針對傳統的二氧化碳熱泵，由于二氧化碳本身的物理化學性質，在獲取高能效的系統性能的同時，也會產生一些系統上的不穩定因素，例如，壓縮機的潤滑油由于壓縮機的溫度過高，容易碳化，繼而影響壓縮機的正常工作。
發明內容本實用新型的目的是提供一種避免熱損失、運行穩定、能夠提供多溫區熱水的二氧化碳熱泵熱水系統。為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是:一種多溫區二氧化碳熱泵熱水機組，其包括相串聯的熱泵系統和多溫區加熱系統；所述的熱泵系統和所述的多溫區加熱系統中的制冷工質為二氧化碳；所述的熱泵系統包括壓縮機、回熱器、膨脹閥、蒸發器、油溫冷卻器；所述的壓縮機的排氣口與所述的多溫區加熱系統的進氣端相連接，所述的多溫區加熱系統的出氣端經所述的回熱器和所述的膨脹閥與所述的蒸發器的進氣端相連接，所述的蒸發器的出氣端依次經所述的回熱器和所述的油溫冷卻器與所述的壓縮機的進氣口相連接，所述的壓縮機的旁路與所述的油溫冷卻器相連接構成油溫冷卻系統；所述的多溫區加熱系統包括η路相并聯的氣體冷卻支路以及η個蓄水箱，每個所述的氣體冷卻支路上分別設置有氣冷器；前(11-1)路所述的氣體冷卻支路上均設置有第一三通閥，所述的第一三通閥具有第一端口、第二端口和第三端口，第一路所述的氣體冷卻支路上的所述的第一三通閥的第一端口與所述的壓縮機的出氣口相連接，其余所述的氣體冷卻支路上的所述的第一三通閥的第一端口與前一路所述的氣體冷卻支路上的第一三通閥的第二端口相連接；第η路所述的氣體冷卻支路上設置有閥門，所述的閥門的進氣端口與前一路所述的氣體冷卻支路上的所述的第一三通閥的第二端口相連接；前(11-1)路所述的氣體冷卻支路上的所述的第一三通閥的第三端口和所述的第η路所述的氣體冷卻支路上的所述的閥門的出氣口分別經過其所在的氣體冷卻支路上的所述的氣冷器與所述的回熱器相連接；每個所述的蓄水箱與一路所述的氣體冷卻支路對應相連接，所述的蓄水箱具有進水口和出水口，所述的進水口與水源相連接，所述的出水口上連接有出水支路；所述的蓄水箱上連接有加熱通路；所述的加熱通路由所述的蓄水箱引出后經所述的氣冷器后回到所述的蓄水箱中；相鄰兩個所述的蓄水箱所連接的所述的出水支路通過第二三通閥相連接且分別連接于所述的第二三通閥的第一端口和第二端口，所述的第二三通閥的第三端口為所述的多溫區加熱系統的出水端。優選的，所述的蒸發器的出氣端與所述的回熱器之間連接有氣液分離器。優選的，所述的蒸發器側相對的設置有蒸發風機。優選的，所述的多溫區加熱系統包括三路所述的氣體冷卻支路及三個所述的蓄水箱，所述的蓄水箱包括與第一路所述的氣體冷卻支路相連接的高溫蓄水箱、與第二路所述的氣體冷卻支路相連接的中溫蓄水箱、與第三路所述的氣體冷卻支路相連接的低溫蓄水箱；第一路所述的氣體冷卻支路上設置有第一氣冷器，第二路所述的氣體冷卻支路上設置有第二氣冷器，第三路所述的氣體冷卻支路上設置有第三氣冷器。優選的，所述的出水支路由所述的加熱通路上引出。優選的，所述的膨脹閥為電子膨脹閥。優選的，所述的回熱器為殼套管式回熱器。優選的，所述的油溫冷卻器為殼套管式油溫冷卻器。本實用新型工作原理是:二氧化碳作為制冷工質經過壓縮機的壓縮后進入多溫區加熱系統中。經過三通閥的控制，將不同流量的二氧化碳分別分配至各個氣體冷卻支路中，并在氣冷器中與蓄水箱中的水換熱以達到加熱水的目的。且由于各個氣體冷卻支路所分配的制冷工質的量不同，因而可以獲得不同溫度的熱水。而經過換熱后的二氧化碳流經回熱器和膨脹閥后進入蒸發器中吸收熱量，然后二氧化碳再經過回熱器與經過多溫區加熱系統的二氧化碳換熱，再進入油溫冷卻器中。壓縮機中高溫的潤滑油經由旁路進入油溫冷卻器與二氧化碳發生熱交換。與潤滑油換熱后的二氧化碳最終再進入壓縮機中壓縮。而蓄水箱中的水經由加熱通路進入氣冷器中與二氧化碳換熱而實現加熱。而蓄水箱的出水經由出水支路上的三通閥的控制，可以獲得多個溫區的熱水以供不同需求使用。由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點:1、本實用新型設置有不同溫區的多個蓄水箱，由三通閥連接并結合相應的控制方法，可以獲得多個不同溫區的熱水，可以同時滿足不同的需求；2、本實用新型直接制取所需溫區的熱水，避免了傳統意義上制取目標多溫區熱水時，由于幾個水源溫差太大，在混合時產生過多的熱損耗。使得蓄熱水箱的熱量得到了最大程度的利用，最大限度的提高能源的利用率；3、本實用新型設置有油溫冷卻系統，通過壓縮機的高溫潤滑油與回熱器出口的低溫氣體的熱交換，可以有效地降低潤滑油的溫度，提高壓縮機的工作性能。
附圖1為本實用新型的多溫區二氧化碳熱泵熱水機組的實施例一的示意圖。以上附圖中:1、壓縮機；2、第一三通閥；3、第一三通閥；4、閥門；5、第一氣冷器；
6、高溫蓄水箱；7、第二氣冷器；8、中溫蓄水箱；9、第三氣冷器；10、低溫蓄水箱；11、第二三通閥；12、第二三通閥；13、回熱器；14、電子膨脹閥；15、蒸發風機；16、蒸發器；17、氣液分離器；18、油溫冷卻器；19、多溫區加熱系統。
具體實施方式
以下結合附圖所示的實施例對本實用新型作進一步描述。實施例一:參見附圖1所示。一種多溫區二氧化碳熱泵熱水機組，其包括相串聯的熱泵系統和多溫區加熱系統
19。熱泵系統和多溫區加熱系統19中的制冷工質為二氧化碳。熱泵系統包括壓縮機1、回熱器13、電子膨脹閥14、蒸發器16、相對蒸發器16設置的蒸發風機15、氣液分離器17、油溫冷卻器18。壓縮機I的排氣口與多溫區加熱系統19的進氣端相連接。多溫區加熱系統19的出氣端經回熱器13和電子膨脹閥14與蒸發器16的進氣端相連接，蒸發器16的出氣端先經氣液分離器17后再依次經過回熱器13和油溫冷卻器18與壓縮機I的進氣口相連接。壓縮機I的旁路與油溫冷卻器18相連接構成油溫冷卻系統。其中，回熱器13為殼套管式回熱器，油溫冷卻器18為殼套管式油溫冷卻器。多溫區加熱系統19包括η路相并聯的氣體冷卻支路以及η個蓄水箱，每個氣體冷卻支路上分別設置有氣冷器。前(η-1)路氣體冷卻支路上均設置有第一三通閥，第一三通閥具有第一端口 a、第二端口 b和第三端口 c,第一路氣體冷卻支路上的第一三通閥的第一端口 a與壓縮機I的出氣口相連接，其余氣體冷卻支路上的第一三通閥的第一端口 a與前一路氣體冷卻支路上的第一三通閥的第二端口 b相連接。第η路氣體冷卻支路上設置有閥門4，閥門4的進氣端口與前一路氣體冷卻支路上的第一三通閥的第二端口 b相連接。前(η-1)路氣體冷卻支路上的第一三通閥的第三端口 c和第η路氣體冷卻支路上的閥門4的出氣口分別經過其所在的氣體冷卻支路上的氣冷器與回熱器13相連接。每個蓄水箱與一路氣體冷卻支路對應相連接。蓄水箱具有進水口和出水口，進水口與水源相連接，出水口上連接有出水支路。蓄水箱上連接有加熱通路。加熱通路由蓄水箱引出后經氣冷器后回到蓄水箱中。相鄰兩個蓄水箱所連接的出水支路通過第二三通閥相連接且分別連接于第二三通閥的第一端口 a和第二端口 b，第二三通閥的第三端口 c為多溫區加熱系統19的出水端。在本實施例中，該機組以包括三路并聯的氣體冷卻支路及三個蓄水箱為例。三路氣體冷卻支路分別為第一路氣體冷卻支路、第二路氣體冷卻支路、第三路氣體冷卻支路。第一路氣體冷卻支路上設置有第一氣冷器5，第二路氣體冷卻支路上設置有第二氣冷器7，第三路氣體冷卻支路上設置有第三氣冷器9。而三個蓄水箱分別為與第一路氣體冷卻支路相對應連接的高溫蓄水箱6、與第二路氣體冷卻支路相對應連接的中溫蓄水箱8、與第三路氣體冷卻支路相對應連接的低溫蓄水箱10。第一爐氣體冷卻之路和第二路氣體冷卻支路上均設置有第一三通閥2、3。第一路氣體冷卻支路上的第一三通閥2的第一端口 a與壓縮機I的出氣口相連接，第二路氣體冷卻支路上的第一三通閥3的第一端口 a與第一路氣體冷卻支路上的第一三通閥2的第二端口 b相連接。第三路氣體冷卻支路上設置有閥門4，閥門4的進氣端口與第二路氣體冷卻支路上的第一三通閥3的第二端口 b相連接。第一路氣體冷卻支路和第二路氣體冷卻支路上的第一三通閥2、3的第三端口 c和第三路氣體冷卻支路上的閥門4的出氣口分別經過第一氣冷器5、第二氣冷器7、第三氣冷器后9與回熱器13相連接。高溫蓄水箱6、中溫蓄水箱8、低溫蓄水箱10均具有進水口和出水口。進水口與水源相連接(如直接與自來水相連)；而出水口上連接有出水支路。每個蓄水箱上均連接有加熱通路，通過循環加熱的方式制取熱水。高溫蓄水箱6上所連接的加熱通路由高溫蓄水箱6引出后經第一氣冷器5后回到高溫蓄水箱6中；中溫蓄水箱8上所連接的加熱通路由中溫蓄水箱8引出后經第二氣冷器7后回到中溫蓄水箱8中；低溫蓄水箱10上所連接的加熱通路由低溫蓄水箱10引出后經第三氣冷器9后回到低溫蓄水箱10中。出水支路由加熱通路上引出，高溫蓄水箱6的出水支路和中溫蓄水箱8的出水支路之間、中溫蓄水箱8的出水支路和低溫蓄水箱10的出水支路之間分別通過第二三通閥11、12相連接，且分別連接于第二三通閥11、12的第一端口 a和第二端口 b，第二三通閥11、12的第三端口 c為多溫區加熱系統19的出水端。上述具有三路氣體冷卻支路的多溫區二氧化碳熱泵熱水機組的工作原理如下:經壓縮機I壓縮的高溫的二氧化碳工質進入多溫區加熱系統19中，通過第一三通閥2、3和閥門4的控制分別以不同的流量進入三路氣體冷卻支路中。在第一氣冷器5中，二氧化碳與高溫蓄水箱6中的水進行熱交換，在第二氣冷器7中，二氧化碳與中溫蓄水箱8中的水進行熱交換，在第三氣冷器9中，二氧化碳與低溫蓄水箱10中的水進行熱交換，最終達到加熱水的目的。然后二氧化碳工質經過回熱器13后，再經過電子膨脹閥14進入蒸發器16中吸收熱量。出蒸發器16的二氧化碳經過氣液分離器17進入回熱器13中與出各個氣冷器的低溫二氧化碳進行熱交換，然后再進入油溫冷卻器18中與壓縮機I中的高溫的潤滑油進行熱交換，最后送入壓縮機I中壓縮，完成一個循環。由于二氧化碳本身的物理化學性質，整個系統中，壓縮機I在工作時的溫度和壓力非常高，如果不及時冷卻降溫，壓縮機I潤滑油容易碳化，影響壓縮機I的工作性能。因此，壓縮機I旁通設置了抑制高溫的油溫冷卻回路，回路中的高溫潤滑油與回熱器13出口的低溫氣體在油溫冷卻器18發生熱交換，一方面防止壓縮機I因自身溫度過高影響正常工作，另一方面可以進一步提升換熱效率。通過設置壓縮機I的油溫冷卻系統，降低潤滑油溫度，可以保證壓縮機I的正常工作，提升整個系統性能。而在獲取熱水時，通過第二三通閥11、12的控制可以獲得五個不同溫區的熱水。(I)連接于第一路氣體冷卻支路和第二路氣體冷卻支路之間的第二三通閥11的第一端口 a和第三端口 c開啟，第二端口 b關閉，可在該第二三通閥11的第三端口 c獲取高溫熱水；(2)連接于第一路氣體冷卻支路和第二路氣體冷卻支路之間的第二三通閥11的第一端口 a、第二端口 b和第三端口 c全部開啟，連接于第二路氣體冷卻支路和第三路氣體冷卻支路之間的第二三通閥12關閉，可在連接于第一路氣體冷卻支路和第二路氣體冷卻支路之間的第二三通閥11的第三端口 c獲取中高溫熱水；或:連接于第一路氣體冷卻支路和第二路氣體冷卻支路之間的第二三通閥11的第一端口 a和第二端口 b開啟而第三端口 c關閉，連接于第二路氣體冷卻支路和第三路氣體冷卻支路之間的第二三通閥12的第一端口 a和第三端口 c開啟而第二端口 b關閉，亦可在連接于第二路氣體冷卻支路和第三路氣體冷卻支路之間的第二三通閥12的第三端口 c獲取中聞溫熱水；(3)連接于第一路氣體冷卻支路和第二路氣體冷卻支路之間的第二三通閥11的第一端口 a關閉而第二端口 b和第三端口 c開啟，可在該第二三通閥11的第三端口 c獲取中溫熱水；[0040]或:連接于第二路氣體冷卻支路和第三路氣體冷卻支路之間的第二三通閥12的第一端口 a和第三端口 c開啟而第二端口 b關閉，可在該第二三通閥12的第三端口 c獲取中溫熱水；(4)連接于第一路氣體冷卻支路和第二路氣體冷卻支路之間的第二三通閥11關閉，連接于第二路氣體冷卻支路和第三路氣體冷卻支路之間的第二三通閥12的三端口均開啟，可在連接于第二路氣體冷卻支路和第三路氣體冷卻支路之間的第二三通閥12的第三端口 c獲取中低溫熱水；(5)連接于第二路氣體冷卻支路和第三路氣體冷卻支路之間的第二三通閥12的第一端口 a關閉而開啟第二端口 b和第三端口 C，可在該第二三通閥12的第三端口 c獲取低溫熱水。上述多溫區二氧化碳熱泵熱水機組設置了多溫區蓄水箱合理分配熱能，用于儲存不同溫度的熱能，直接針對使用需求制取相應溫區的熱水，而不是通過高溫水與常溫水混合獲取不同溫度的熱水，從某種程度上不僅考慮到用戶的用水需求，并且提高了熱泵系統的熱效率，也使得整個熱泵系統更加節能高效。該機組加熱速度快，針對客戶不同的需求制取相應溫區熱水，且無污染，結構設計合理，優化組合，節能效果好。上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種多溫區二氧化碳熱泵熱水機組，其特征在于:其包括相串聯的熱泵系統和多溫區加熱系統；所述的熱泵系統和所述的多溫區加熱系統中的制冷工質為二氧化碳； 所述的熱泵系統包括壓縮機、回熱器、膨脹閥、蒸發器、油溫冷卻器；所述的壓縮機的排氣口與所述的多溫區加熱系統的進氣端相連接，所述的多溫區加熱系統的出氣端經所述的回熱器和所述的膨脹閥與所述的蒸發器的進氣端相連接，所述的蒸發器的出氣端依次經所述的回熱器和所述的油溫冷卻器與所述的壓縮機的進氣口相連接，所述的壓縮機的旁路與所述的油溫冷卻器相連接構成油溫冷卻系統； 所述的多溫區加熱系統包括η路相并聯的氣體冷卻支路以及η個蓄水箱，每個所述的氣體冷卻支路上分別設置有氣冷器；前(11-1)路所述的氣體冷卻支路上均設置有第一三通閥，所述的第一三通閥具有第一端口、第二端口和第三端口，第一路所述的氣體冷卻支路上的所述的第一三通閥的第一端口與所述的壓縮機的出氣口相連接，其余所述的氣體冷卻支路上的所述的第一三通閥的第一端口與前一路所述的氣體冷卻支路上的第一三通閥的第二端口相連接；第η路所述的氣體冷卻支路上設置有閥門，所述的閥門的進氣端口與前一路所述的氣體冷卻支路上的所述的第一三通閥的第二端口相連接；前(11-1)路所述的氣體冷卻支路上的所述的第一三通閥的第三端口和所述的第η路所述的氣體冷卻支路上的所述的閥門的出氣口分別經過其所在的氣體冷卻支路上的所述的氣冷器與所述的回熱器相連接； 每個所述的蓄水箱與一路所述的氣體冷卻支路對應相連接，所述的蓄水箱具有進水口和出水口，所述的進水口與水源相連接，所述的出水口上連接有出水支路；所述的蓄水箱上連接有加熱通路；所述的加熱通路由所述的蓄水箱引出后經所述的氣冷器后回到所述的蓄水箱中；相鄰兩個所述的蓄水箱所連接的所述的出水支路通過第二三通閥相連接且分別連接于所述的第二三通閥的第一端口和第二端口，所述的第二三通閥的第三端口為所述的多溫區加熱系統的出水端。
2.根據權利要求1所述的一種多溫區二氧化碳熱泵熱水機組，其特征在于:所述的蒸發器的出 氣端與所述的回熱器之間連接有氣液分離器。
3.根據權利要求1所述的一種多溫區二氧化碳熱泵熱水機組，其特征在于:所述的蒸發器側相對的設置有蒸發風機。
4.根據權利要求1所述的一種多溫區二氧化碳熱泵熱水機組，其特征在于:所述的多溫區加熱系統包括三路所述的氣體冷卻支路及三個所述的蓄水箱，所述的蓄水箱包括與第一路所述的氣體冷卻支路相連接的高溫蓄水箱、與第二路所述的氣體冷卻支路相連接的中溫蓄水箱、與第三路所述的氣體冷卻支路相連接的低溫蓄水箱；第一路所述的氣體冷卻支路上設置有第一氣冷器，第二路所述的氣體冷卻支路上設置有第二氣冷器，第三路所述的氣體冷卻支路上設置有第三氣冷器。
5.根據權利要求1所述的一種多溫區二氧化碳熱泵熱水機組，其特征在于:所述的出水支路由所述的加熱通路上引出。
6.根據權利要求1所述的一種多溫區二氧化碳熱泵熱水機組，其特征在于:所述的膨脹閥為電子膨脹閥。
7.根據權利要求1所述的一種多溫區二氧化碳熱泵熱水機組，其特征在于:所述的回熱器為殼套管式回熱器。
8.根據權利要求1所述的一種多溫區二氧化碳熱泵熱水機組，其特征在于:所述的油溫冷卻器為殼套 管式油溫冷卻器。
專利摘要本實用新型涉及一種多溫區二氧化碳熱泵熱水機組，包括依次串聯的壓縮機、多溫區加熱系統、回熱器、電子膨脹閥、蒸發器、氣液分離器、油溫冷卻器。其中多溫區加熱系統包括n個并聯的氣冷器，每個氣冷器有相應的循環換熱的蓄水箱；通過三通閥和閥門的控制，向各氣冷器分配制冷劑以獲取多溫區熱水本實用新型的有益效果包括加熱速度快，針對客戶不同的需求制取相應溫區熱水，且無污染，結構設計合理，優化組合，節能效果好。
文檔編號F24H4/02GK202928089SQ20122053215
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月18日 優先權日2012年10月18日
發明者熊丹, 湯曉亮, 萬康 申請人:江蘇蘇凈集團有限公司