[发明专利]高效的超低温跨临界空气源热泵热水器

说明书

一种高效的超低温跨临界空气源热泵热水器，包括水箱、第一水泵、第二水泵和电加热器，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，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。本发明基于能量梯级利用的热力学原理，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。

技术领域

本发明属于热水器，涉及一种热泵热水器。

背景技术

近年来，CO₂跨临界空气源热泵成为热泵领域的重点研究和发展对象。这是由于一方面，CO₂工质相比传统的卤代烃类(氟利昂类)工质更环保，更易获取；另一方面，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。原因如图1所示(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，例如图1中所示从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

为了克服已有热泵热水器的能效较低、效率较低的不足，为了改善上述问题，本发明提供一种高效的超低温跨临界空气源热泵热水器，基于能量梯级利用的热力学原理，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。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高效的超低温跨临界空气源热泵热水器，包括水箱、蒸发器、压缩机、气冷器、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；气冷器的第二出口与节流装置的入口相连，节流装置的出口与蒸发器的入口相连，蒸发器的出口与压缩机的入口相连，压缩机的出口与气冷器的第二入口相连。

进一步，所述水箱的第一出口位于水箱底部，水箱第二出口位于水箱顶部，水箱第三出口位于水箱中部。

再进一步，所述热水器还包括控制器，所述第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀、第六截止阀、第七截止阀、第八截止阀、第九截止阀均与所述控制器连接。