[发明专利]高效的极低温跨临界复叠式空气源热泵热水器

说明书

一种高效的极低温跨临界复叠式空气源热泵热水器，包括水箱、第一水泵、第二水泵和电加热器，水箱的第一出口与第一水泵的入口相连，第一水泵的出口与第一截止阀入口相连，第一截止阀的出口与第二截止阀的入口相连，第二截止阀的出口与气冷器第一的入口相连，气冷器的第一出口与水箱的第一入口相连；冷水进水口与第三截止阀的入口相连，第三截止阀的出口与第四截止阀的入口相连。本发明基于能量梯级利用的热力学原理，采用以亚临界循环为低温级，和以跨临界循环为高温级组成的复叠系统，将不同加热模式巧妙结合，发挥不同梯级能量的优势，降低低温下气冷器出口温度，以此增加从空气吸收的热量，提升总体能效，系统可以在‑40℃的极低温下运行。

技术领域

本发明属于热水器，涉及一种空气源热泵热水器。

背景技术

鉴于跨临界热泵循环的特性和优势，跨临界空气源热泵成为热泵 领域的重点研究和发展对象。跨临界空气源热泵可以采用CO₂工质， 相比传统的卤代烃类(氟利昂类)工质更环保，温室效应更低，更易 获取。此外，由于其气冷器中工质处于超临界的特性使得特别适合通 过逆流换热制取温度较高的热水，较为节能。

但该种热泵在使用中难免会出现热水在水箱中静止时导致温度降 低需要循环加热的情况，此时其效率就较低。更致命的是，随着应用 面的扩大，当其用于低温环境时，如中国北方冬季普遍可以降到-10℃ 乃至-20℃以下，该种热泵的效率快速下降。原蒸发温度10℃，北方 冬季蒸发温度-20℃，伴随着蒸发温度降低，其吸气压力快速降低，由 于压缩机的压比变化有限，其排气压力也必然下降，例如从10MPa 下降为7MPa。产生热水不变，例如温度是65℃时，则65℃等温线与 10MPa和7MPa等压线交点分别为a和b，我们可以看到b点相比a 向右移动了很大的距离，这导致从a点和b点分别膨胀达到相应的蒸 发温度后的c点与e点的位置相差较大，线段ef非常短，远远短于cd， 这意味着ef对应的过程蒸发器从空气中吸收的热量非常少，即系统的 能效很低，非常接近于1，考虑到压缩机效率、漏热损失、压力损失 等，效率可能低于传统电加热。

发明内容

为了克服已有跨临界空气源热泵的能效较低的不足，为了改善上 述问题，本发明基于能量梯级利用的热力学原理，采用以亚临界循环 为低温级和以跨临界循环为高温级组成的复叠系统，将循环加热、直 热和电加热三种模式巧妙结合，发挥不同梯级能量的优势，降低低温 下气冷器出口温度，以此增加从空气吸收的热量，优化热泵运行工况， 提升总体能效，系统可以在-40℃的极低温下运行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高效的极低温跨临界复叠式空气源热泵热水器，包括水箱、 蒸发器、第一压缩机、蒸发冷凝器、第一节流装置、第二压缩机、气 冷器、第二节流装置、第一水泵、第二水泵和电加热器，所述水箱的 第一出口与第一水泵的入口相连，第一水泵的出口与第一截止阀的入 口相连，第一截止阀的出口与第二截止阀的入口相连，第二截止阀的 出口与气冷器的第一入口相连，气冷器的第一出口与水箱的第一入口 相连；冷水进水口与第三截止阀的入口相连，第三截止阀的出口与第 四截止阀的入口相连，第四截止阀的出口同时与第一截止阀的出口和 第二截止阀的入口相连；第三截止阀的出口还与第五截止阀的入口相连，第五截止阀的出口与水箱的第三入口相连；水箱的第二出口与第 二水泵的入口相连，第二水泵的出口与电加热器的入口相连，电加热 器的出口与第六截止阀的入口相连，第六截止阀的出口与第七截止阀 的入口相连，第七截止阀的出口与水箱的第二入口相连；水箱的第三 出口与第八截止阀的入口相连，第八截止阀的出口与第九截止阀入口 相连，第九截止阀的出口与用户相连；第六截止阀的出口还与第九截 止阀的入口相连；蒸发器的出口与第一压缩机的入口相连，第一压缩 机的出口与蒸发冷凝器的第一入口相连，蒸发冷凝器的第一出口与第 一节流装置的入口相连，第一节流装置的出口与蒸发器的入口相连， 蒸发冷凝器的第二出口与第二压缩机的入口相连，第二压缩机的出口 与气冷器的第二入口相连，气冷器的第二出口与第二节流装置的入口 相连，第二节流装置的出口与蒸发冷凝器的第二入口相连。