二氧化碳热泵辅助太阳能热水器制造技术

本实用新型专利技术涉及利用太阳能进行加热的热水器技术领域。本实用新型专利技术所述的二氧化碳热泵辅助太阳能热水器，由相互连接，并形成环路的跨临界二氧化碳热泵系统、热水循环系统、太阳能加热系统组成。本实用新型专利技术把二氧化碳热泵热水器与太阳能热水器结合起来，能提供四种制取热水模式，可以满足不同气候区域的热水供应需要。同时，本实用新型专利技术充分利用跨临界二氧化碳热泵热水器的优点，即使在严寒地区，也可以制取５０℃～９０℃的热水。并且由于采用自然工质二氧化碳以及太阳能可以达到节能、环保的效果。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于主要利用太阳能进行加热的热水器

技术介绍
由于受到能源与环保的限制，传统热水器都存在某些不足。目前市场上传统 的热水器有三大类燃煤、油、气热水器，电热水器，太阳能热水器。燃煤热水锅炉，由于煤的燃烧不充分及严重污染大气的问题，在很多大、中 城市已经被国家明令禁止使用了 。燃气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，其加热效率约为80%。电热水器，其加热效率大约为95%，电能浪费大。虽然电热水器上装有漏电 保护，但在使用电热水器时容易发生触电事故。太阳能热水器，属于环保、节能产品，但受天气的影响较大，使用的区域和 时间受到很大限制。此外，市场上也有热泵热水器，但这些热泵热水器的工质一般为R22、 R410A 等传统工质，不仅会产生温室效应和破坏臭氧层，且这些工质要生产60。C以上的 热水会使压缩机排气压力过高、EER过低，因此供热水的温度受到限制。另外在 寒冷地区，环境温度很低时，热泵蒸发器容易结霜，出水温度不能满足要求，热 泵效率低，甚至不能工作，因此热泵热水器使用的地域范围受到很大限制。二氧化碳作为天然工质，优点在于ODP为零，GWP值远远小于CFCS和HFCS，符合环保要求；绝热指数大，压縮机排气温度较高，满足制取较高温度热水的要 求；具有优良的经济性，且无回收问题；良好的安全性和化学稳定性，安全无毒， 不可燃，在高温下也不分解产生有害气体；此外由于C02具有良好的流动和传热 特性，可显著减小压縮机与系统的尺寸，使整个系统非常紧凑。与传统热水器相比，跨临界二氧化碳热泵热水器主要有以下优点-1、 加热一定量的热水，能耗仅是电加热热水器和燃气热水器的1/4;2、 可以制取90。C高温热水，而传统热泵热水器一般制取热水不超过6(TC;3、 在寒冷地区，C02热泵系统在低温环境下能够维持较高的供热量，大大节 约辅助加热设备所耗费的能量，而传统热泵在低温环境下的使用受到很大限制。跨临界二氧化碳循环是指二氧化碳在低于临界压力的条件下在蒸发器中吸 热，在高于临界压力的条件下在气体冷却器内放热的循环。另一方面，太阳能作为一种洁净的能源，既是一次能源，又是可再生能源， 有着矿物质能源无可比拟的优掛性。太阳能加热是指利用乙二醇溶液在太阳能集 热器内吸收太阳能热量，在盘管换热器B和盘管换热器C中放热的系统。
技术实现思路
本技术的目的就是结合跨临界二氧化碳热泵和太阳能加热各自的优势， 提供一种二氧化碳热泵辅助太阳能热水器。本技术的专利技术人针对目前使用的各种热水器存在的优缺点，考虑到将二 氧化碳热泵技术和太阳能技术两者结合起来，发现既能克服传统热水器的缺点， 又能发挥其节能、环保的优势，增强了热水器的实用性，提高了系统的稳定性。为达上述目的，本技术采取的具体技术方案如下一种二氧化碳热泵辅助太阳能热水器，由相互连接，并形成环路的跨临界二 氧化碳热泵系统、热水循环系统、太阳能加热系统组成。上述的二氧化碳热泵辅助太阳能热水器，其中跨临界二氧化碳热泵系统包 括用管道依次连接的节流阀1、蒸发器2、压縮机3和气体冷却器4。优选的 方案是，蒸发器上还装有电加热融霜装置。跨临界二氧化碳热泵系统内循环的工 质为二氧化碳。上述的二氧化碳热泵辅助太阳能热水器，其中热水循环系统包括用管道依 次连接的热水箱5、泵A6、止回阀A7、盘管换热器A8，及进水三通阀A9和出水 截止阀10。上述的二氧化碳热泵辅助太阳能热水器，其中太阳能加热系统包括用管道依次连接的泵Bll、止回阀B12、太阳能集热器13、三通阀B14、盘管换热器B15、 三通阀C16，及与盘管换热器B15并联的盘管换热器C17。太阳能加热系统内循 环的工质为乙二醇。优选的方案是，在太阳能集热器的进出口处还安装有温差控 制器，在太阳能集热器的出口处安装有温度控制器。上述的二氧化碳热泵辅助太阳能热水器，跨临界二氧化碳热泵系统通过蒸发 器2与太阳能加热系统的盘管换热器C17相连接；跨临界二氧化碳热泵系统通过 气体冷却器4与热水循环系统的盘管换热器A8相连接；热水循环系统通过热水 箱5与太阳能加热系统的盘管换热器B15相连接。本技术的有益效果本技术把二氧化碳热泵热水器与太阳能热水器结合起来，提供四种制取热水模式太阳能加热系统单独制取热水、太阳能加热系统与跨临界二氧化碳热泵系统同时制取热水、跨临界二氧化碳热泵系统单独制取热水、太阳能或电加热辅助加热蒸发器跨临界二氧化碳热泵系统制取热水，可以满足各种不同的气候区 全年有效的工作。另外，本技术充分利用跨临界二氧化碳热泵热水器的优点，即使在严寒地区，也可以制取5(TC 9(TC的热水。最后，本技术采用自然工质二氧化碳 以及可再生能源太阳能可以达到节能、环保的效果。例如，在阳光充足、太阳辐射强度很大的时段，太阳能加热系统单独制取热 水即可满足需求；在阳光充足、太阳辐射强度不是很大的时段，'可启动跨临界二 氧化碳热泵系统作为太阳能加热系统的辅助，两系统同时制取热水；在阳光不充 足及没有阳光的时段，太阳能系统无法有效工作，跨临界二氧化碳热泵系统单独 运行制取热水；在寒冷的冬季，运行跨临界二氧化碳热泵系统，有充足阳光时， 利用太阳能加热系统加热蒸发器；阳光不充足时，利用电加热器加热蒸发器，从 而防止了蒸发器在低温条件下结霜的问题。特别是严寒地区，可以利用太阳能加 热系统加热跨临界二氧化碳热泵系统的蒸发器，达到有效融霜的目的，保证了跨 临界二氧化碳热泵系统在低温下的稳定运行。同时，本技术还可以通过检测太阳能集热器进出口处乙二醇溶液的温差 At、出口处乙二醇溶液的温度t。ut，来判断三通阀B、三通阀C的开启方向及跨临界二氧化碳热泵系统、太阳能加热系统的启停情况，使系统可以在各种制热模 式中自动转换。附图说明图1为二氧化碳热泵辅助太阳能热水器的系统原理图。图1中各个部件名称分别为l-节流阀；2-蒸发器；3-压縮机；4-气体冷却器；5-热水箱；6、 11-泵A和泵B; 7、 12-止回阀A和止回阀B; 8、 15、 17-盘管换热器A、盘管换热器B、盘管换热器C; 9、 14、 16-三通阀A、三通阀B、三通阀C; 10-出水截止阀；13-太阳能集热器。具体实施方式如图1所示，本技术所述的二氧化碳热泵辅助太阳能热水器，由相互连 接，并形成环路的跨临界二氧化碳热泵系统、热水循环系统、太阳能加热系统组成。跨临界二氧化碳热泵系统包括用管道依次连接的节流阀1、蒸发器2、压 縮机3和气体冷却器4;热水循环系统包括用管道依次连接的热水箱5、泵A6、 止回阀A7、盘管换热器A8，及进水三通阀A9和出水截止阀10;太阳能加热系 统包括用管道依次连接的泵Bll、止回阀B12、太阳能集热器13、三通阀B14、 盘管换热器B15、三通阀C16，及与盘管换热器B15并联的盘管换热器C17。跨临界二氧化碳热泵系统通过蒸发器2与太阳能加热系统的盘管换热器C17 相连接，跨临界二氧化碳热泵系统通过气体冷却器4与热水循环系统的盘管换热 器A8相连接，热水循环系统通过热水箱5与太阳能加热系统的盘管换热器B15 相连接。跨临界二氧化碳热泵系统内循环的工质为二氧化碳，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化碳热泵辅助太阳能热水器，由相互连接，并形成环路的跨临界二氧化碳热泵系统、热水循环系统、太阳能加热系统组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕静，王伟峰，杨大章，周传煜，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]