一種冷暖一體化二氧化碳熱泵裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種冷暖一體化二氧化碳熱泵裝置，包括冷媒循環系統和熱水循環系統，冷媒循環系統主要由二氧化碳壓縮機、四通換向閥、室外風機、室外換熱器、電子膨脹閥、室內機、電磁閥和水?冷媒換熱器等構成；熱水循環系統主要由循環水泵、承壓水箱、膨脹水箱、水?水換熱器和暖氣片/地暖盤管等構成。本實用新型針對春夏秋冬不同天氣條件，可采用熱水+采暖、熱水、采暖、熱水＋制冷、空調制熱、空調制冷六種運行模式，實現熱水、供冷和供熱三聯供。此外，由于采用二氧化碳作為熱泵工質，在較低的環境溫度下，依然能維持較高的制熱能力和較高的能效，所以本熱泵裝置具有高效、節能環保、結構緊湊、低成本運行的優點。
【專利說明】
一種冷暖一體化二氧化碳熱泵裝置
技術領域
[0001]本實用新型應用于邊防哨所、補給站等無法集中制冷、供暖的邊遠地區，涉及一種既可高溫環境下制冷、又可低溫環境下制取生活熱水與房間采暖的新型一體化二氧化碳 (C〇2)熱栗裝置。【背景技術】
[0002]目前國內使用的熱栗裝置產品采用的是非二氧化碳工質，大多采用單臺單相旋轉式壓縮機或渦旋式壓縮機。大部分熱栗裝置采用循環加熱方式，配置輔助電加熱系統，在環境溫度低于〇°C后，啟動輔助電加熱，滿足用戶需求，但能效優勢就不復存在，而且，在環境溫度低于_7°C時，熱栗系統禁止使用，如同單獨的電熱水器，基本無法滿足用戶的需求。
[0003]也有使用變頻系統或是數碼渦旋系統的，也只是讓產品使用的環境溫度再低一些，而在低溫環境溫度_12°C以下，能效和制熱能力大幅衰減，不能正常使用。
[0004]而一些專門設計的熱栗裝置在夏季可制取不超過60°C的熱水，當環境溫度越低時，常規熱栗裝置的加熱量越小，加熱時間延長，能效比也會越低。從空氣中的吸熱量很少， 已經無法靠熱栗裝置來制取熱水。因此，常規熱栗裝置適宜于長江以南地區使用，而寒冷地區的冬季則無法使用，使用環境受到極大的限制。并且使用熱栗型空調，在冬季環境溫度低于-7°C，制取熱水溫度不超過45°C。
[0005]本實用新型提出了一種夏季制冷、冬季采暖和制取生活熱水的一體化二氧化碳 (C02)熱栗裝置。該熱栗裝置針對春夏秋冬不同天氣條件，可采用熱水+采暖、熱水、采暖、熱水+制冷、空調制熱、空調制冷六種運行模式，實現熱水、供冷和供熱三聯供。此外，由于采用二氧化碳作為熱栗(制冷)工質，在較低的環境溫度下，依然能維持較高的制熱能力和較高的能效，所以本熱栗裝置具有高效、節能環保、結構緊湊、低成本運行的優點。【實用新型內容】
[0006]發明目的:針對現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種冷暖一體化二氧化碳熱栗裝置，具有安全可靠、節能環保的設計理念，機組內部既有壓縮制冷/制熱循環系統，又有熱水循環系統，使得壓縮制冷、熱水制熱空調一體化，不占用擺放空間，室內溫度控制更精確，且冬季制熱運行成本降至最低。
[0007]技術方案:為實現上述發明目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0008]—種冷暖一體化二氧化碳熱栗裝置，包括冷媒循環系統和熱水循環系統，所述冷媒循環系統包括二氧化碳壓縮機、四通換向閥、室外風機、室外換熱器、第一電子膨脹閥、室內機、第二電子膨脹閥、電磁閥和水_冷媒換熱器;所述二氧化碳壓縮機的低壓管口與四通換向閥的第一端口相連，高壓管口分別與四通換向閥的第二端口以及水-冷媒換熱器相連， 四通換向閥的第三端口與室外換熱器相連，第四端口分別與室外換熱器以及室內機相連； 二氧化碳壓縮機、水-冷媒換熱器、電磁閥、第一電子膨脹閥和室外換熱器構成第一冷媒循環系統;二氧化碳壓縮機、水-冷媒換熱器、電磁閥、第二電子膨脹閥和室內機構成第二冷媒循環系統;二氧化碳壓縮機、室外換熱器、第一電子膨脹閥、第二電子膨脹閥和室內機構成第三冷媒循環系統；
[0009]所述熱水循環系統包括第一循環水栗、承壓水箱、膨脹水箱、第二循環水栗、水-水換熱器、第三循環水栗和暖氣片/地暖盤管;承壓水箱、第一循環水栗、水-冷媒換熱器構成第一水循環系統;承壓水箱、水-水換熱器和第二循環水栗構成第二水循環系統;水-水換熱器、暖氣片/地暖盤管和第三循環水栗構成第三水循環系統。
[0010]作為優選，二氧化碳壓縮機的高壓管口與水-冷媒換熱器相連的管路上設有第一電磁閥，四通換向閥的第三端口與室外換熱器相連的管路上設有第二電磁閥，四通換向閥的第四端口與室內機相連的管路上設有第三電磁閥，四通換向閥的第四端口與室外換熱器相連的管路上設有第四電磁閥；電磁閥與第一電子膨脹閥相連的支路上設有第五電磁閥， 與第二電子膨脹閥相連的支路上設有第六電磁閥。通過控制各電磁閥關閉和打開，實現熱栗裝置不同工作模式的切換。
[0011]作為優選，水-冷媒換熱器與電磁閥間的連接管路上設有視液鏡、干燥過濾器、檢修閥和截止閥。通過視液鏡可觀察冷媒系統運行時的狀態，并根據視液鏡狀態判斷系統管路中的冷媒量及冷媒潔凈度。干燥過濾器可有效去除系統管路中冷媒中的水分及雜質。通過關閉截止閥，實現干燥過濾器的更換。
[0012]作為優選，水-冷媒換熱器的出水口管路上設有流量調節閥和球閥，進水口管路上設有球閥、閘閥、止回閥、第一循環水栗和過濾器。流量調節閥根據冷媒系統管路壓力自動比例調節水流量，實現冷媒系統持續穩定運行。在進水管路上設置球閥、閘閥、止回閥、第一循環水栗和過濾器，實現承壓水箱中的水通過水栗循環至水_冷媒換熱器進行熱交換后回到承壓水箱中，形成閉路循環。通過過濾器實現對水中所含雜質的過濾，盡量避免水箱內的雜質通過水栗循環粘附在水_冷媒換熱器內，以降低換熱效率的衰減，并可通過關閉閘閥， 實現對過濾器的更換。
[0013]作為優選，所述承壓水箱底部設有冷水進口，頂部設有安全閥。當承壓水箱內工作壓力超過允許壓力數值時，安全閥自動打開向外排放水，隨著水箱內壓力的降低，安全閥將重新關閉，從而防止管道和設備的超壓危險。
[0014]作為優選，所述承壓水箱在上部設有第一出水口，中部設有第二出水口，下部設有第三出水口，第一出水口與水-水換熱器相連，第二出水口和第三出水口通過管路與混水閥相連，通過混水閥連接至生活熱水管道，以滿足生活熱水的需求。
[0015]作為優選，冷媒循環系統中的二氧化碳壓縮機、室外換熱器、室外風機、水-冷媒換熱器、系統管路及制冷部件、淋水盤以及電氣箱集成在室外機框架內。
[0016]工作原理:本實用新型的二氧化碳熱栗裝置巧妙地將二氧化碳直流變頻壓縮機、 四通換向閥、室外換熱器、室外風機、室內機通過管路和閥件組合起來，可實現熱水+采暖、 熱水、采暖、熱水+制冷、空調制熱、空調制冷六種運行模式，實現熱水、供冷和供熱三聯供。 用于熱水/熱水+采暖/采暖時:通過室外機吸收環境空氣中的熱量，壓縮制冷循環，將熱量傳送至承壓水箱中的熱水，通過水-水換熱器循環作采暖用或直接將水箱內的熱水與冷水混合作為沐浴、廚房等生活熱水使用。用于空調制冷時:通過室內機吸收室內的熱量，壓縮制冷循環，將熱量通過室外風機將室外換熱器的熱量前置對流散發到環境中，以降低室內的溫度，達到制冷效果。用于熱水+制冷時:通過室內機吸收室內的熱量，壓縮制冷循環，將熱量通過水-冷媒換熱器傳送至承壓水箱中的熱水，不僅可以降低室內的溫度，同時可提高水箱內的熱水溫度，以便生活熱水使用。用于空調制熱時:通過室外換熱器經過室外風機強制對流吸收環境的熱量，壓縮制冷循環，將熱量通過室內機散發到室內，以升高室內的溫度，達到制熱效果。
[0017]有益效果:與現有技術相比，本實用新型具有如下優點:
[0018](1)采用C02作為制冷工質，C02是一種不破壞大氣臭氧層(0DP = 0)和全球氣候變暖指數很小(GWP=1)的天然制冷劑。它安全，無毒，不燃燒，與潤滑油和金屬、非金屬材料不起反應，高溫下也不會分解成有害氣體。可以減少全球溫室效應，來源廣泛，勿需回收，可以大大降低制冷劑替代成本，節約能源，從根本上解決化合物對環境的污染問題，具有良好的經濟性。并且，C02黏度小，0°C時C02飽和液體的運動黏度只是NH3的5.2 %、R12的23.8%，流體的流動阻力小，傳熱性能比CFC類制冷劑更好，可以改善全封閉制冷壓縮機的散熱。C02分子量小，制冷能力大，〇°C的單位制冷量比常規制冷劑高5?8倍，因而對于相同冷負荷的制冷系統，壓縮機的尺寸可以明顯減小，重量減輕，整個系統非常緊湊;潤滑條件容易滿足，對制冷系統常見材料無腐蝕，可以改善開啟式壓縮機的密封性能，減少泄漏。
[0019](2)本實用新型的二氧化碳熱栗裝置可采用熱水+采暖、熱水、采暖、熱水+制冷、空調制熱、空調制冷六種運行模式，實現熱水、供冷和供熱三聯供，具有結構緊湊、功能全面的優越性。可根據用戶需求，同時滿足廚房、衛生間淋浴及浴盆(可循環供熱水)用熱水、熱地板循環/暖氣片供暖(冬天)、室內制冷(夏天)等需求。并且，針對不同用途用熱水的特征，同時考慮水箱多溫層的分布，可實現不同用途、不同時間、不同用水要求的智能混水控制策略，達到最大限度的節能需求目的。
[0020](3)本實用新型的二氧化碳熱栗裝置制取的熱水溫度最高可達90°C，即使在-20°c 的低溫環境下，也可制取65°C的高溫熱水，且能效比COP大于2.0,不僅滿足寒冷地區冬季的制熱需求和熱水需求，而且具有良好的節能效果。【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型實施例的系統原理圖。
[0022]圖中:1-二氧化碳壓縮機，2-高壓開關，3-低壓開關，4-旋鎖閥，5-四通換向閥，6-第一電磁閥，7-第二電磁閥，8-第三電磁閥，9-第四電磁閥，13-第五電磁閥，16-第六電磁閥，10-室外風機，11-室外換熱器，12第一電子膨脹閥，15-第二電子膨脹閥，14-室內機，17-電磁閥，18-視液鏡，19-干燥過濾器，20-檢修閥，21-截止閥，22-水-冷媒換熱器，23-流量調節閥，24-球閥，25-閘閥，26-止回閥，27-第一循環水栗，28-過濾器，29-承壓水箱，30-安全閥，31-膨脹水箱，32-混水閥，33-第二循環水栗，34-水-水換熱器，35-第二循環水栗，36-地暖盤管/暖氣片。
[0023]圖2為本實用新型實施例中冷媒系統的結構圖。
[0024]圖中:a-框架，b-電氣箱，c-淋水盤，d-室外換熱器，e-室外風機，f-系統管路及制冷部件，g_二氧化碳壓縮機，h_水-冷媒換熱器。[〇〇25]圖3為本實用新型實施例用于熱水+采暖/熱水/采暖的原理示意圖。[〇〇26]圖4為本實用新型實施例用于熱水+制冷的原理示意圖。[〇〇27]圖5為本實用新型實施例用于空調制冷的原理示意圖。
[0028]圖6為本實用新型實施例用于空調制熱的原理示意圖。【具體實施方式】[〇〇29]下面結合具體實施例，進一步闡明本實用新型，應理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領域技術人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0030]如圖1所示，本實用新型實施例公開的一種冷暖一體化二氧化碳熱栗裝置，包括冷媒循環系統和熱水循環系統兩大部分，其中冷媒循環系統主要由二氧化碳直流變頻壓縮機1、水-冷媒換熱器22、電磁閥17、電子膨脹閥12/15、室外換熱器11、室外風機10、室內機14、 四通換向閥5、電磁閥6/7/8/9/13/16、循環管路等主要零部件和相應的排氣溫度傳感器、 高、低壓力傳感器、保護器、除霜電磁閥、換熱器檢測溫度傳感器、控制器件(圖未示出)等組成。熱水循環系統主要由承壓水箱29、水-水換熱器34、循環水栗27/33/35、暖氣片/地暖盤管36、混水閥32、水管及各種閥門等部件及相關水側溫度傳感器組成。
[0031]二氧化碳壓縮機1的低壓管口經低壓開關3、旋鎖閥4連接至四通換向閥5的第一端口(第一、二、三和四端口分別對應圖中的右、左中、左下和左上端口)，高壓管口經高壓開關2、旋鎖閥4連接至四通換向閥5的第二端口以及水-冷媒換熱器22，與水-冷媒換熱器22相連的管路上設有電磁閥6,四通換向閥5的第三端口與室外換熱器11相連，管路上設有電磁閥 7,第四端口分別與室外換熱器11以及室內機14相連，管路上分別設電磁閥9和電磁閥8。電磁閥6、9、13、17打開，電磁閥7、8、16關閉時，二氧化碳壓縮機1、水-冷媒換熱器22、電磁閥 17、電子膨脹閥12和室外換熱器11構成第一冷媒循環系統，可實現低溫環境下獲取熱水和采暖。電磁閥7、9、13關閉，電磁閥6、8、16、17打開時，二氧化碳壓縮機1、水-冷媒換熱器22、 電磁閥17、電子膨脹閥15和室內機14構成第二冷媒循環系統，可實現在室內制冷時獲取熱水。電磁閥6、9、17關閉，電磁閥7、8、13、16打開時，關閉熱水循環系統中的各循環水栗，二氧化碳壓縮機1、室外換熱器11、電子膨脹閥12、15和室內機14構成第三冷媒循環系統，可實現室內空調制冷與制熱。
[0032]如圖2所示，本實施例的冷媒循環系統的主要部件構成的熱栗機組可集成在室外機框架中，淋水盤c位于框架a中間，淋水盤c上方中間安裝室外風機e，周邊布置室外換熱器 d。二氧化碳壓縮機g和水-冷媒換熱器h位于淋水盤c下方，二氧化碳壓縮機g置于水-冷媒換熱器h內部。電氣箱b位于框架下部一側，系統管路及制冷部件f沿框架另一側布置。整體結構緊湊，安裝方便，不占室內空間。
[0033]下面結合圖3-圖6,對本實用新型實施例工作在不同模式下的原理進行說明。[0〇34] 熱水+米暖/熱水/米暖:
[0035]如圖3所示，本實施例用于熱水+采暖(暖氣片/地暖)/熱水/采暖時，冷媒循環系統中的電磁閥7、8、16關閉，室內機14關閉，電磁閥6、9、13、17打開，二氧化碳熱栗機組利用室外換熱器11通過室外風機10強制對流吸收環境空氣中的熱量，經過二氧化碳壓縮機1壓縮制冷循環，將熱量通過水-冷媒換熱器22傳送至承壓水箱29中的熱水。承壓水箱29中的熱水與地暖/暖氣片36中的水分別通過水栗33、35各自循環，并在水-水換熱器34進行熱量交換， 達到室內采暖的目的。另外，承壓水箱29中的上層熱水和下層溫水通過混水閥32混合，以滿足生活熱水的需求。使得該熱栗機組寒冷地區低溫條件下即可制取生活熱水，又可采暖的雙重需求。
[0036]熱水+制冷:
[0037]如圖4所示，本實施例用于熱水+制冷時，冷媒循環系統中的電磁閥7、9、13關閉，電磁閥6、8、16、17打開，室外風機10停止運行，冷媒不經過室外換熱器11循環，而通過空調室內機14吸收室內的熱量，經過二氧化碳壓縮機1壓縮制冷循環，將熱量通過水-冷媒換熱器 22傳送至承壓水箱29中的熱水，承壓水箱29中的上層熱水和下層溫水通過混水閥32混合， 以滿足生活熱水的需求。使得即可以利用室內換熱器吸收熱量以降低室內溫度達到制冷效果，又可以將熱量輸送到承壓水箱中的熱水，作為生活熱水使用。
[0038]空調制冷:
[0039]如圖5所示，本實施例用于空調制冷時，冷媒循環系統中的電磁閥6、9、17關閉，電磁閥7、8、13、16打開，熱水循環系統中的水栗27、33、35全部關閉，流量調節閥23關閉。冷媒經過空調室內機14吸收室內的熱量，經過四通換向閥5(第四端口進，第一端口出)，進入二氧化碳壓縮機1壓縮制冷循環，高溫高壓的二氧化碳氣體經過四通換向閥5(第二端口進，第三端口出)，流進室外換熱器11，空氣經過室外風機10的強制對流，將經過室外換熱器11的制冷劑熱量散發至室外環境。室內的熱量隨著室內機的吸收會逐漸減小，室內溫度也會逐漸降低，達到室內制冷效果。
[0040]空調制熱:[0041 ]如圖6所示，本實施例用于空調制熱時，冷媒循環系統中的電磁閥6、9、17關閉，電磁閥7、8、13、16打開，熱水循環系統中的水栗27、33、35全部關閉，流量調節閥23關閉。冷媒經過室外換熱器14,通過室外風機10強制對流吸收環境中的熱量，經過四通換向閥5(第三端口進，第一端口出)，進入二氧化碳壓縮機1壓縮制冷循環，高溫高壓的二氧化碳氣體經過四通換向閥5(第二端口進，第四端口出)，流進空調室內機14,經過與室內空氣的換熱，將熱量散發至室內，室內溫度也會逐漸升高，達到室內空調制熱效果。
【主權項】
1.一種冷暖一體化二氧化碳熱栗裝置，包括冷媒循環系統和熱水循環系統，其特征在 于，所述冷媒循環系統包括二氧化碳壓縮機(1)、四通換向閥(5)、室外風機(10)、室外換熱 器(11)、第一電子膨脹閥(12)、室內機(14)、第二電子膨脹閥(15)、電磁閥(17)和水-冷媒換 熱器(22);所述二氧化碳壓縮機(1)的低壓管口與四通換向閥(5)的第一端口相連，高壓管口分別 與四通換向閥(5)的第二端口以及水-冷媒換熱器(22)相連，四通換向閥(5)的第三端口與 室外換熱器(11)相連，第四端口分別與室外換熱器(11)以及室內機(14)相連；二氧化碳壓縮機(1)、水-冷媒換熱器(22)、電磁閥(17)、第一電子膨脹閥(12)和室外換 熱器(11)構成第一冷媒循環系統;二氧化碳壓縮機(1)、水-冷媒換熱器(22)、電磁閥(17)、 第二電子膨脹閥(15)和室內機(14)構成第二冷媒循環系統;二氧化碳壓縮機(1)、室外換熱 器(11)、第一電子膨脹閥(12)、第二電子膨脹閥(15)和室內機(14)構成第三冷媒循環系統；所述熱水循環系統包括第一循環水栗(27)、承壓水箱(29)、膨脹水箱(31)、第二循環水 栗(33)、水-水換熱器(34)、第三循環水栗(35)和暖氣片/地暖盤管(36);承壓水箱(29)、第 一循環水栗(27)、水-冷媒換熱器(22)構成第一水循環系統；承壓水箱(29)、水-水換熱器 (34)和第二循環水栗(33)構成第二水循環系統；水-水換熱器(34)、暖氣片/地暖盤管(36) 和第三循環水栗(35)構成第三水循環系統。2.根據權利要求1所述的冷暖一體化二氧化碳熱栗裝置，其特征在于，二氧化碳壓縮機(1)的高壓管口與水-冷媒換熱器(22)相連的管路上設有第一電磁閥 (6)，四通換向閥(5)的第三端口與室外換熱器(11)相連的管路上設有第二電磁閥(7)，四通 換向閥(5)的第四端口與室內機(14)相連的管路上設有第三電磁閥(8)，四通換向閥(5)的 第四端口與室外換熱器(11)相連的管路上設有第四電磁閥(9);電磁閥(17)與第一電子膨脹閥(12)相連的支路上設有第五電磁閥(13)，與第二電子膨 脹閥(15)相連的支路上設有第六電磁閥(16)。3.根據權利要求1所述的冷暖一體化二氧化碳熱栗裝置，其特征在于，水-冷媒換熱器 (22)與電磁閥(17)間的連接管路上設有視液鏡(18)、干燥過濾器(19)、檢修閥(20)和截止 閥(21)〇4.根據權利要求1所述的冷暖一體化二氧化碳熱栗裝置，其特征在于，水-冷媒換熱器 (22)的出水口管路上設有流量調節閥(23 )和球閥(24 )，進水口管路上設有球閥(24 )、閘閥 (25)、止回閥(26)、第一循環水栗(27)和過濾器(28)。5.根據權利要求1所述的冷暖一體化二氧化碳熱栗裝置，其特征在于，所述承壓水箱 (29)底部設有冷水進口，頂部設有安全閥(30)。6.根據權利要求5所述的冷暖一體化二氧化碳熱栗裝置，其特征在于，所述承壓水箱 (29)在上部設有第一出水口，中部設有第二出水口，下部設有第三出水口，第一出水口與 水-水換熱器(34 )相連，第二出水口和第三出水口通過管路與混水閥(32 )相連，通過混水閥 (32)連接至生活熱水管道。7.根據權利要求1所述的冷暖一體化二氧化碳熱栗裝置，其特征在于，冷媒循環系統中 的二氧化碳壓縮機、室外換熱器、室外風機、水-冷媒換熱器、系統管路及制冷部件、淋水盤 以及電氣箱集成在室外機框架內。
【文檔編號】F25B41/04GK205606946SQ201620411657
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】楊靜, 袁祎, 孫明迪
【申請人】南京佳力圖機房環境技術股份有限公司