[发明专利]二氧化碳热泵热水系统和具有其的二氧化碳热泵热水装置

说明书

本发明公开了一种二氧化碳热泵热水系统和具有其的二氧化碳热泵热水装置，二氧化碳热泵热水系统包括：具有依次相连的蒸发器、压缩机、第一气体冷却器、第二气体冷却器和节流装置的二氧化碳热泵回路，二氧化碳在第一气体冷却器内被冷却至准临界温度区，第一气体冷却器具有第一进水口和第一出水口，第二气体冷却器具有第二进水口和第二出水口；包括第一水路和第二水路的水路，第一水路的进水端和第二水路的进水端分别与第二出水口连通，第一水路的出水端与第一进水口连通；设在水路上以控制第一进水口和第二水路的出水端分别与第二出水口的通断的控制水阀。根据本发明实施例的二氧化碳热泵热水系统可以保证热水产出量、产出温度以及高热泵系数。

技术领域

本发明涉及热水装置技术领域，更具体地，涉及一种二氧化碳热泵热水系统和具有其的二氧化碳热泵热水装置。

背景技术

相关技术的CO₂热泵热水器中存在着CO₂冷却温度和出水温度之间的矛盾，具体而言，在高水流量下，CO₂可被冷却到预定的温度，系统的热泵系数能够保证，但热水的出水温度较低，达不到要求的出水温度；在较低水流量下，热水能够达到出水温度，但是CO₂冷不下来，达不到预定的冷却温度，从而导致热泵系数不高，降低了CO₂热泵热水器的市场竞争力。因此，CO₂热泵热水器有待进一步改进。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

CO₂热泵热水器(又称二氧化碳热泵热水器)是运行在跨临界区的热力系统，来自压缩机的高温高压CO₂(即二氧化碳)进入气体冷却器中与冷水进行热量交换，CO₂被冷却，水被加热。其从环境吸热的过程一般位于亚临界区，而加热热水的过程则发生在超临界区。超临界区的CO₂冷却放热过程是一个近似等压的变温过程。在此热交换过程中，CO₂的比热容会随着温度的变化发生极大的变化，尤其是在准临界点附近，比热容的变化非常剧烈。

在气体冷却器内，当CO₂与水进行热量交换时，最小传热温差会出现在换热器内部，即出现夹点。夹点的出现使得基于传统的端部温差法按照能量和质量平衡设计的换热目标难以达到，从而出现了上述矛盾。

也就是说，在CO₂与冷水进行热量交换的过程中，出现的热水热不上去或CO₂冷不下来的主要原因是高温CO₂的比热容在一定压力下随着温度降低而升高，在准临界点附近急剧升高，到达临界点时达到最大，然后急剧降低。比热容的这种变化趋势使得准临界点附近的单位质量的CO₂每降低1度可使单位质量的水温度升高7度(以8MPa的CO₂为例)，而在高温区(CO₂离开压缩机进入CO₂气体冷却器的初期)的CO₂的比热容较少，单位质量的CO₂的温度降低1度，只能使单位质量的水温度升高0.4度。因此，在冷热两股流体质量不变的情况下，出现了背景技术中所说的流量高时热水温度上不去而流量少时CO₂冷不下来的情况。

有鉴于此，本申请的发明人根据CO₂在一定压力下比热容随温度变化的特点，创造性地设计了分段加热的分流调节法。具体地，将气体冷却器分成两个，第一段用于将CO₂冷却到准临界点温度附近，而水被加热到温度不太高的某一合适的温度范围内(基于CO₂在第一段被冷却到的温度以及需要的传热温差确定)，然后温水被分成两股，一股作为温水而输出，一股继续进入下一级加热器继续被CO₂加热而达到要求的热水温度，而CO₂也放出热量被冷却。