一种多功能跨临界二氧化碳直接冷凝式热泵型洗衣机.pdf

本发明公开了一种多功能跨临界直接凝结式二氧化碳热泵型洗衣机。本发明由热水供应系统、烘干热风系统、直接式凝结系统、二氧化碳跨临界热泵系统组成。本发明利用跨临界二氧化碳热泵系统的优势，加热自来水的水温达到洗涤的最佳温度，使洗衣机在工作过程中的水温处于30.0～45.0℃之间，提高洗衣粉或洗衣液的洗涤效果；采用跨临界二氧化碳热泵对烘干过程进行加热，替代传统的电加热，热泵系统能源利用系数在3.0左右，大大提高能源利用效率；采用跨临界二氧化碳热泵系统蒸发器直接式凝结系统方式，解决自动烘干过程中开启自来水来冷却冷表面方式优质水浪费，节约水资源。

权利要求书
1.  一种多功能跨临界二氧化碳直接凝结式热泵型洗衣机，其特征在于，由热水供应系统、烘干热风系统、凝结系统和二氧化碳跨临界热泵系统组成；
所述热水供应系统，由自来水管路和二氧化碳-水用换热器(2)组成，自来水管路与二氧化碳-水用换热器(2)水侧入口连接，所述二氧化碳二氧化碳-水用换热器(2)水侧出口与洗衣桶(8)注水入口连接；
所述烘干热风系统，由风冷式气体冷却器(3)和均匀循环送风管道(7)组成，风冷式气体冷却器(3)布置于洗衣桶(8)内，所述风冷式气体冷却器(3)风侧出口与均匀循环送风管道(7)入口连接，所述均匀送风管道(7)出口布置于洗衣桶(8内)，所述风冷式气体冷却器(3)风侧入口与洗衣桶(8)连接；
所述直接式凝结系统，由二氧化碳-空气换热器(6)和接水盘(10)组成，所述二氧化碳-空气换热器(6)制冷剂入口与电磁阀三(13)出口连接，二氧化碳-空气换热器(6)下方设置接水盘(10)；
所述二氧化碳跨临界热泵系统包括二氧化碳压缩机(1)、电磁阀一(11)、电磁阀二(12)、节流装置(4)、辅助风冷式换热器(5)、和电磁阀三(13)组成；所述二氧化碳压缩机(1)出口分别与电磁阀一(11)入口和电磁阀二(12)入口连接，所述电磁阀一(11)出口与二氧化碳-水用换热器(2)制冷剂侧入口连接，所述电磁阀二(12)出口与风冷式气体冷却器(3)制冷剂侧入口连接，二氧化碳-水用换热器(2)制冷剂侧出口和风冷式气体冷却器(3)制冷剂侧出口分别与节流装置(4)入口连接；所述节流装置(4)出口分别与电磁阀三(13)入口和辅助风冷式换热器(5)入口连接，电磁阀三(13)出口与二氧化碳-空气换热器(6)制冷剂入口连接，二氧化碳-空气换热器(6)制冷剂侧出口和辅助风冷式换热器(5)出口分别与二氧化碳压缩机(1)入口连接。

2.  根据权利要求1所述的多功能跨临界二氧化碳直接凝结式热泵型洗衣机，其特征在于，所述制冷剂采用二氧化碳制冷剂。

3.  根据权利要求1或权利要求2所述的多功能跨临界二氧化碳直接凝结式热泵型洗衣机，其特征在于，所述的二氧化碳-水用换热器和二氧化碳-空气换热器的换热器形式是套管式换热器、板式换热器或风冷式换热器。

说明书一种多功能跨临界二氧化碳直接冷凝式热泵型洗衣机
技术领域
本发明涉及制冷热泵技术领域，特别是涉及一种集热水供应和高温烘干功能于一体的多功能跨临界二氧化碳直接凝结式热泵型洗衣机。
背景技术
洗衣机的最基本功能是对洗涤物进行清洗，而生活品质的提高使人对洗衣机提出了更高的要求。例如，现在市场上的洗衣机大多具有洗涤、甩干、烘干等功能。
经设计人员调查发现，虽然白色家电市场的产品技术，尤其是洗衣机等产品的设计、生产和制造工艺有了很大的提高，但仍存在诸多问题。其中最突出的有三个问题。首先，洗衣机在工作过程中使用的自来水，其水温大多在10-25℃之间，并不是洗涤用水的最佳温度。研究结果表明：在30.0～45.0℃温度中，洗衣粉溶液的浓度达到0.05～0.10％时，衣物将达到最佳洗涤效果，能满足当今生活的需求[魏江,汪昭,李嘉亮.洗衣粉溶液的实验研究[J].大学物理实验,2013,26(2):57-59.]。其次，洗衣机烘干系统采用的是电加热系统对洗涤品进行烘干，消耗大量能量，能源利用系数低。最后，在开启洗衣机自动烘干模式的过程中，洗衣机的供水管路必须相应的开启，冷却冷表面，以保证高温烘干过程中的水分能够在冷表面凝结，排除水分。在烘干的全过程中，自来水管一直开启，造成优质水资源的浪费。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中存在的三大技术缺陷，改善洗涤效果，提高能源综合利用率，提供一种集热水供应和高温烘干功能于一体的多功能跨临界二氧化碳直接凝结式热泵型洗衣机。
一种多功能跨临界二氧化碳直接凝结式热泵型洗衣机由热水供应系统、烘干热风系统、凝结系统、二氧化碳跨临界热泵系统组成，利用跨临界二氧化碳热泵系统的优势，加热自来水的水温达到洗涤的最佳温度，使洗衣机在工作过程中的水温处于30.0～45.0℃之间，提高洗衣粉或洗衣液的洗涤效果；采用跨临界二氧化碳热泵对烘干过程进行加热，替代传统的电加热，热泵系 统能源利用系数在3.0左右，大大提高能源利用效率；采用跨临界二氧化碳热泵系统蒸发器直接式凝结系统方式，解决自动烘干过程中开启自来水来冷却冷表面方式优质水浪费，节约水资源。
为实现发明的目的所采用的技术方案是：
一种多功能跨临界二氧化碳热泵型洗衣机由热水供应系统、烘干热风系统、直接式凝结系统、二氧化碳跨临界热泵系统组成；
所述热水供应系统，由自来水管路和二氧化碳-水用换热器2组成，自来水管路(低温自来水10～25℃)与二氧化碳-水用换热器2水侧入口连接，所述二氧化碳二氧化碳-水用换热器2水侧出口与洗衣桶8注水入口连接；经二氧化碳-水用换热器2加热后，水的温度由10～25℃提升高30.0～45.0℃。当系统开启注水程序后，热泵系统开始工作，二氧化碳压缩机排气进入二氧化碳-水用换热器2进行换热，直至注水过程结束；
所述烘干热风系统，由风冷式气体冷却器3、均匀循环送风管道7组成，风冷式气体冷却器3布置于洗衣桶8内，所述风冷式气体冷却器3风侧出口与均匀循环送风管道7入口连接，所述均匀送风管道7出口布置于洗衣桶8内，实现洗衣桶8内均匀送风。所述风冷式气体冷却器3风侧入口与洗衣桶8连接；风冷式气体冷却器3的热量来自二氧化碳跨临界热泵系统，高温二氧化碳气体在风冷气体冷却器3中降温；
所述直接式凝结系统，由二氧化碳-水换热器6、接水盘10组成，所述二氧化碳-空气换热器6制冷剂入口与电磁阀三13出口连接，二氧化碳-空气换热器6制冷剂出口与二氧化碳压缩机1入口和辅助风冷式换热器5出口连接，二氧化碳-空气换热器6下方设置接水盘10；经节流装置后的低温二氧化碳制冷剂经电磁阀三13与进入二氧化碳-空气换热器6进行换热，高温高湿气体在二氧化碳-空气换热器6的冷表面进行凝结，析出水分，水分析出后在接水盘10聚集，并经排水管排出至洗衣机外；
所述二氧化碳跨临界热泵系统，包括二氧化碳压缩机1、电磁阀一11、电磁阀二12、节流装置4、辅助风冷式换热器5和电磁阀三13组成；所述二氧化碳压缩机1出口分别于电磁阀一11入口和电磁阀二12入口连接，所述电磁阀一11出口与二氧化碳-水用换热器2制冷剂侧入口连接，所述电磁阀二12出口与风冷式气体冷却器3制冷剂侧入口连接，二氧化碳-水用换热器2制冷剂侧出口和风冷式气体冷却器3制冷剂侧出口分别与节流装置4入口连 接；所述节流装置4出口分别与电磁阀三13入口和辅助风冷式换热器5入口连接，电磁阀三13出口与二氧化碳-空气换热器6制冷剂入口连接，二氧化碳-空气换热器6制冷剂侧出口和辅助风冷式换热器5出口分别与二氧化碳压缩机1入口连接。
所述制冷剂采用二氧化碳制冷剂。
所述的二氧化碳-水用换热器和二氧化碳-空气换热器的换热器形式是套管式换热器、板式换热器或风冷式换热器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、利用跨临界二氧化碳热泵系统的优势，加热自来水的水温达到洗涤的最佳温度，使洗衣机在工作过程中的水温处于30.0～45.0℃之间，提高洗衣粉或洗衣液的洗涤效果；
2、采用跨临界二氧化碳热泵对烘干过程进行加热，替代传统的电加热，热泵系统能源利用系数在3.0左右，大大提高能源利用效率；
3、采用跨临界二氧化碳热泵系统蒸发器直接式凝结系统方式，解决自动烘干过程中开启自来水来冷却冷表面方式优质水浪费，节约水资源。
附图说明
图1所示为本发明的一种多功能跨临界二氧化碳直接凝结式热泵型洗衣机原理图。
图中：1、二氧化碳压缩机；2、二氧化碳-水用换热器；3、风冷式气体冷却器；4、节流装置；5、辅助风冷式换热器；6、二氧化碳-空气换热器；7、均匀循环送风管道；8、洗衣桶；9、波轮/滚筒；10、接水盘；11、电磁阀一；12、电磁阀二；13、电磁阀三。 
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种多功能跨临界二氧化碳直接凝结式热泵型洗衣机由热水供应系统、烘干热风系统、直接式凝结系统、二氧化碳跨临界热泵系统组成。
所述热水供应系统，由自来水管路和二氧化碳-水用换热器2组成，低温自来水(10～25℃)与二氧化碳-水用换热器2水侧入口连接，所述二氧化碳二氧化碳-水用换热器2水侧出口与洗衣桶8注水入口连接。经二氧化碳-水用换热器2加热后，水的温度由10～25℃提升高30.0～45.0℃。当系统开启 注水程序后，热泵系统开始工作，二氧化碳压缩机排气进入二氧化碳-水用换热器2进行换热，直至注水过程结束。
所述烘干热风系统，由风冷式气体冷却器3、均匀循环送风管道7组成，风冷式气体冷却器3布置于洗衣桶8内，所述风冷式气体冷却器3风侧出口与均匀循环送风管道7入口连接，所述均匀送风管道7出口布置于洗衣桶8内，实现洗衣桶8内均匀送风。所述风冷式气体冷却器3风侧入口与洗衣桶8连接。风冷式气体冷却器3的热量来自二氧化碳跨临界热泵系统，高温二氧化碳气体在风冷气体冷却器3中降温。
所述直接式凝结系统，由二氧化碳-水换热器6、接水盘10组成，所述二氧化碳-空气换热器6制冷剂入口与电磁阀三13出口连接，二氧化碳-空气换热器6制冷剂出口与二氧化碳压缩机1入口和辅助风冷式换热器5出口连接。经节流后的低温二氧化碳制冷剂经电磁阀三13与进入二氧化碳-空气换热器6进行换热，高温高湿气体在二氧化碳-空气换热器6的冷表面进行凝结，析出水分，水分析出后在接水盘10聚集，并经排水管排出至洗衣机外。
所述二氧化碳跨临界热泵系统，由二氧化碳压缩机1、电磁阀11、电磁阀12、二氧化碳-水换热器2、风冷式气体冷却器3、节流装置4、辅助风冷式换热器5、二氧化碳-空气换热器6和电磁阀三13组成；所述二氧化碳压缩机1出口分别于电磁阀一11入口和电磁阀二12入口连接，所述电磁阀一11出口与二氧化碳-水用换热器2制冷剂侧入口连接，所述电磁阀二12出口与风冷式气体冷却器3制冷剂侧入口连接，二氧化碳-水用换热器2制冷剂侧出口和风冷式气体冷却器3制冷剂侧出口分别与节流装置4入口连接；所述节流装置4出口分别与电磁阀三13入口和辅助风冷式换热器5入口连接，电磁阀三13出口与二氧化碳-空气换热器6制冷剂入口连接，二氧化碳-空气换热器6制冷剂侧出口和辅助风冷式换热器5出口分别与二氧化碳压缩机1入口连接。
二氧化碳跨临界热泵系统主要功能是洗衣机开机注水过程中的自来水加热、洗涤物的烘干和洗涤物烘干过程中水分的凝结。
当设置洗衣机控制系统处于启动注水状态时，启动二氧化碳跨临界热泵系统，开启电磁阀一11，关闭电磁阀二12和电磁阀三13，经二氧化碳压缩机1压缩后的高温高压气体二氧化碳制冷剂经电磁阀11进入二氧化碳-水换热器2与自来水进行热量交换，冷却为低温高压气态二氧化碳制冷剂，经节 流装置4节流降压变为低温低压二氧化碳气液混合物进入辅助风冷式换热器5，在辅助风冷式换热器5中，低温低压液态二氧化碳制冷剂蒸发吸热变为气态制冷剂，回到压缩机，完成注水过程中的自来水加热过程。
当设置洗衣机控制系统处于干燥状态时，启动二氧化碳跨临界热泵系统，开启电磁阀二12和电磁阀三13，关闭电磁阀11，经二氧化碳压缩机1压缩后的高温高压气体二氧化碳制冷剂经电磁阀二12进入风冷式气体冷却器3进行冷却放热，热量经均匀循环送风管道7送入洗衣桶8，经风冷式气体冷却器3放热后的二氧化碳变为低温高压二氧化碳气体，经节流装置4节流降压后，一路经电磁阀三13进入二氧化碳-空气换热器6吸收热量，用于凝结洗衣桶8内的水分，另一路进入辅助风冷式换热器5吸收外界热量，补充能量输入。
由热水供应系统、烘干热风系统、凝结系统、二氧化碳跨临界热泵系统组成的多功能跨临界二氧化碳直接凝结式热泵型洗衣机的优势在于使洗衣机在工作过程中的水温处于30.0～45.0℃之间，提高洗衣粉或洗衣液的洗涤效果；采用热泵加热系统替代传统的电加热，提高能源利用效率；采用跨临界二氧化碳热泵系统蒸发器直接式凝结系统方式，解决自动烘干过程中开启自来水来冷却冷表面方式优质水浪费，节约水资源。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。