一种基于二氧化碳热泵加热原理的杀毒防护设备的制作方法

1.本发明涉及高温消毒设备技术领域，特别涉及一种基于二氧化碳热泵加热原理的杀毒防护设备。


背景技术：

2.新冠状病毒（2019-ncov）具有怕热不怕冷的特性。按最新的研究表明，病毒完全暴露于空气中时，环境温度只要达到25℃，保持2-30分钟即可灭活，当病毒存留于飞沫、气溶胶中且载体处于空气中时，环境温度达到56℃，保持30分钟即可灭活。所以，可以通过加热空气的方式来消灭其中的冠状病毒。
3.传统的高温消毒室通常利用电加热或燃气加热的方式来供热，从而对高温消毒室内的空气及设备（例如医疗器具等）进行杀毒灭活，消灭其中的病毒，起到杀毒防护的作用。然而，电加热或燃气加热的热效率普遍较低，且耗能巨大。并且，基于电加热结构的高温杀毒室容易出现线路老化或损坏，造成电路危险，危害人身安全。基于燃气加热结构的高温杀毒室容易出现燃气泄漏等问题，造成周围的人畜等毒害，而且对环境也会造成污染。因此，以上两种加热结构的高温杀毒室均存在热效率不高，能耗巨大，安全可靠性低，不够环保等诸多问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种更加安全可靠、能耗更低、供热效率更高的基于二氧化碳热泵加热原理的杀毒防护设备。
5.为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：一种基于二氧化碳热泵加热原理的杀毒防护设备，包括：加热杀毒室；二氧化碳热泵加热系统，包括压缩机、气冷器、膨胀阀和蒸发器，所述的气冷器内部具有相互换热的第一管路和第二管路，所述的压缩机、第一管路、膨胀阀和蒸发器依次相连通并构成供制冷剂循环的供热回路；水路循环加热系统，包括缓冲水箱、供热盘管和水泵，所述的供热盘管设置在所述的加热杀毒室内部，所述的缓冲水箱、水泵、第二管路和供热盘管依次相连通并构成供水流循环的换热水路；蓄热换热器，位于所述气冷器的下游，所述的蓄热换热器内部具有相互换热的第三管路和第四管路，所述的第三管路与所述的供热回路并联设置，所述的第四管路与所述的换热水路并联设置；第一阀组件，被配置成将并联在所述供热回路上的第三管路导通或关闭；第二阀组件，被配置成将并联在所述换热水路上的第四管路导通或关闭。
6.上述技术方案中，优选的，还包括控制系统，所述的控制系统包括控制单元、第一测温元件和第二测温元件，所述的第一测温元件设置在所述第一管路的出口一侧，所述的
第二测温元件设置在所述的加热杀毒室内，所述的控制单元与所述的第一测温元件和第二测温元件分别信号连接，与所述的第一阀组件和第二发控制组件分别控制连接，所述的控制单元被配置成基于所述第一测温元件的温度反馈信号来控制所述的第一阀组件工作，基于所述第二测温元件的温度反馈信号来控制所述的第二阀组件工作。
7.上述技术方案中，优选的，所述的控制单元内预设有第一温度阈值，当所述第一测温元件的实测温度值小于所述的第一温度阈值时，所述的控制单元控制所述的第一阀组件关闭所述的第三管路，控制所述的第二阀组件关闭所述的第四管路；当所述的第一测温元件的实测温度值大于或等于所述的第一温度阈值时，所述的控制单元控制所述的第一阀组件导通所述的第三管路。
8.上述技术方案中，优选的，所述的控制单元内预设有第二温度阈值，当所述第二测温元件的实测温度值大于或等于所述的第二温度阈值时，所述的控制单元控制所述的压缩机停止工作，控制所述的第二阀组件导通所述的第四管路。
9.上述技术方案中，优选的，所述的压缩机为变频压缩机，所述的水泵为变频水泵。
10.上述技术方案中，优选的，所述的水路循环加热系统还包括蒸汽喷射管，所述的蒸汽喷射管设置在所述的加热杀毒室内且与所述的供热盘管并联设置。
11.上述技术方案中，优选的，所述的缓冲水箱上设置有补水口，所述的补水口与外部水源相连通。
12.上述技术方案中，优选的，所述的第一阀组件包括第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，所述的第二控制阀连接在所述第三管路的进口一侧，所述的第三控制阀连接在所述第三管路的出口一侧，所述的第一控制阀连接在所述的供热回路上且介于所述的第二控制阀与所述的第三控制阀之间。
13.上述技术方案中，优选的，所述的第二阀组件包括第四控制阀和第五控制阀，所述的第五控制阀连接在所述第四管路的进口一侧，所述的第四控制阀连接在所述第四管路的出口一侧。
14.本发明通过设置二氧化碳热泵加热系统、水路循环加热系统、蓄热换热器、第一阀组件以及第二阀组件，通过二氧化碳热泵加热系统将热量传递至水路循环供热系统供热的换热盘管，由换热盘管对高温杀毒室内的空气进行加热，能够达到较高的出水温度，满足杀毒灭活的高温需求；通过蓄热器存储二氧化碳热泵加热系统换热后的剩余热能，并通过第一阀组件和第二阀组件实现将剩余热能传递至水路循环供热系统的换热盘管，能够提高二氧化碳热泵加热系统的能效比，并节约整个杀毒防护设备的能耗，且该杀毒防护设备基于二氧化碳热泵加热原理，是环境友好型能源，比较环保。
附图说明
15.图1是本发明的结构原理示意图；其中：1、高温杀毒室；2、二氧化碳热泵加热系统；21、压缩机；22、气冷器；221、第一管路；222、第二管路；23、膨胀阀；24、蒸发器；25、供热回路；3、水路循环加热系统；31、缓冲水箱；311、补水口；32、供热盘管；33、水泵；34、换热水路；35、蒸汽喷射管；
4、蓄热换热器；41、第三管路；42、第四管路；5、第一阀组件；51、第一控制阀；52、第二控制阀；53、第三控制阀；6、第二阀组件；61、第四控制阀；62、第五控制阀。
具体实施方式
16.为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
17.本发明的杀毒防护设备主要是基于二氧化碳热泵加热原理，有着更加安全可靠、能耗更低、供热效率更高的优点，以下将结合图1具体说明本发明的结构组成及工作原理。
18.如图1所示，杀毒防护设备包括高温杀毒室1、二氧化碳热泵加热系统2、水路循环加热系统3、蓄热换热器4、第一阀组件5、第二阀组件6以及控制系统。
19.高温杀毒室1，主要用于对医疗器具、防护设备等进行杀毒灭菌灭活，对置于该室内的医疗器具、防护设备等提供高温环境，加热其中的空气，并对室内空气、医疗器具以及防护设备上的病毒病菌等进行灭活。本例中，高温杀毒室1的设计温度分为高温档和中温档。高温杀毒室1处于高温档的设计温度环境下时，其室内温度将稳定在50-60℃；高温杀毒室1处于中温档的设计温度环境下时，其室内温度将稳定在25-35℃。
20.二氧化碳热泵加热系统2，主要用于为高温杀毒室1提供热能所需，其包括压缩机21、气冷器22、膨胀阀23和蒸发器24，气冷器22内部具有相互换热的第一管路221和第二管路222，压缩机21、第一管路221、膨胀阀23和蒸发器24依次相连通并构成供制冷剂循环的供热回路25。
21.水路循环加热系统3，包括缓冲水箱31、供热盘管32、水泵33以及蒸汽喷射管35，供热盘管32和蒸汽喷射管35分别设置在高温杀毒室1内部，缓冲水箱31、水泵33、第二管路222和供热盘管32依次相连通并构成供水流循环的换热水路34。蒸汽喷射管35设置在高温杀毒室1内且与供热盘管32并联设置。缓冲水箱31上设置有补水口311，补水口311与外部水源相连通。
22.蓄热换热器4，位于气冷器22的下游，蓄热换热器4内部具有相互换热的第三管路41和第四管路42，第三管路41与供热回路25并联设置，第四管路42与换热水路34并联设置。
23.第一阀组件5，被配置成将并联在供热回路25上的第三管路41导通或关闭。第一阀组件5包括第一控制阀51、第二控制阀52和第三控制阀53，第二控制阀52连接在第三管路41的进口一侧，第三控制阀53连接在第三管路41的出口一侧，第一控制阀51连接在供热回路25上且介于第二控制阀52与第三控制阀53之间。
24.第二阀组件6，被配置成将并联在换热水路34上的第四管路42导通或关闭。第二阀组件6包括第四控制阀61和第五控制阀62，第五控制阀62连接在第四管路42的进口一侧，第四控制阀61连接在第四管路42的出口一侧。
25.控制系统，包括控制单元、第一测温元件和第二测温元件，第一测温元件设置在第一管路221的出口一侧，第二测温元件设置在高温杀毒室1内，控制单元与第一测温元件和第二测温元件分别信号连接，与第一阀组件5和第二发控制组件分别控制连接，控制单元被配置成基于第一测温元件的温度反馈信号来控制第一阀组件5工作，基于第二测温元件的温度反馈信号来控制第二阀组件6工作。
26.控制单元内预设有第一温度阈值，当第一测温元件的实测温度值小于第一温度阈值时，控制单元控制第一阀组件5关闭第三管路41，控制第二阀组件6关闭第四管路42；当第一测温元件的实测温度值大于或等于第一温度阈值时，控制单元控制第一阀组件5导通第三管路41。控制单元内预设有第二温度阈值，当第二测温元件的实测温度值大于或等于第二温度阈值时，控制单元控制压缩机21停止工作，控制第二阀组件6导通第四管路42。其中，本例中，为了实现变频控制，节约能耗，压缩机21为变频压缩机，水泵33为变频水泵。
27.本发明的工作原理是：杀毒防护设备开启工作后，二氧化碳热泵加热系统2、水路循环加热系统3以及控制系统将分别执行以下工作。
28.首先，在二氧化碳热泵加热系统2一侧：压缩机21从蒸发器24内吸入二氧化碳制冷剂，经过压缩做功后，变为高温高压的气态制冷剂，然后高温高压的气态制冷剂进入气冷器22的第一管路221内，此时第一管路221的进口温度大概在110-120℃，进入第一管路221内的制冷剂与第二管路222内的水流进行换热，并将大部分热量传递给第二管路222内的水流。对于二氧化碳热泵加热系统2而言，换热后重新返回压缩机21的制冷剂的温度不能太高，否则会影响热泵系统的能效比和正常的运行。
29.其次，在控制系统一侧：控制系统需要对第一管路221的出口温度进行判断，从而决定蓄热换热器4的第三管路41是否介入供热回路25，并进行蓄热，从而将气冷器22一侧换热后的制冷剂的剩余热能存储起来备用，节约热泵系统的能耗。第一测温元件将第一管路221的出口处的实测温度信号反馈至控制单元。具体的，当第一测温元件的实测温度值＜第一温度阈值40℃时，则控制单元控制第一阀组件5将并联在供热回路25上的蓄热器4的第三管路41关闭，即控制单元控制第一控制阀51打开，并且第二控制阀52和第三控制阀53分别关闭。从而制冷剂依次经气冷器22的第一管路221、第一控制阀51、膨胀阀23以及蒸发器24，最终返回至压缩机21内，以此循环。当第一测温元件的实测温度值≥第一温度阈值40℃时，则控制单元控制第一阀组件5将并联在供热回路25上的蓄热器4的第三管路41打开，即控制单元控制第一控制阀51关闭，并且第二控制阀52和第三控制阀53分别打开，与此同时，控制单元控制第二阀组件6将并联在换热水路34上的蓄热器4的第四管路42关闭，即控制单元控制第四控制阀61和第五控制阀62分别关闭，即蓄热换热器4的第四管路42暂不进行和水路循环加热系统3的换热水路34的换热，这样可以使得气冷器22的第一管路221的出口一侧的温度保持在30-40℃，确保压缩机21的吸气温度满足压缩机21的工作所需。如此，制冷剂依次经气冷器22的第一管路221、第二控制阀52、蓄热换热器4的第三管路41、膨胀阀23以及蒸发器24，最终返回至压缩机21内，以此循环。
30.最后，在水路循环加热系统3一侧：水泵33将缓冲水箱31内的水流泵出，并经气冷器22的第二管路222后到达供热盘管32，对高温杀毒室1内部进行高温加热。当需要时，换热水路34可以将水切换流入蒸汽喷射管35，喷出90-95℃的气液混合蒸汽，用于高温杀毒，同时在缓冲水箱31中及时补充水量，防止水路循环缺水。
31.当高温杀毒室1需要高温档进行加热时，则控制单元控制第二阀组件6将蓄热换热器4的第四管路42关闭，即控制单元控制第四控制阀61和第五控制阀62分别关闭。气冷器22的第二管路222出来的90℃左右的水对高温杀毒室1进行加热，使高温杀毒室1内的温度上升，并由第二测温元件检测，温度达到50-60℃，此时换热水路34的回水温度保持在60℃左右。
32.当高温杀毒室1需要中温档进行加热时，则关闭二氧化碳热泵加热系统2，即控制单元控制压缩机21停止工作，并控制第二阀组件6将蓄热换热器4的第四管路42打开，即控制单元控制第四控制阀61和第五控制阀62打开，利用蓄热气冷器4的第四管路42和换热水路34进行换热，对高温杀毒室1进行加热，并使高温杀毒室1的温度保持在25-35℃。
33.本例中，设备通过控制系统进行自动控制，压缩机21和水泵33均为可变频器件，可以进行无极调节，膨胀阀23可以进行细节开度调节，保证高温杀毒室1内的设置温度，以及气冷器22的第一管路221的出口温度、压缩机21的吸气温度、换热水路34的回水温度等温度的平衡。
34.本发明的优点在于充分利用气冷器换热后的剩余热量，并进行储存，在需要的时候对杀毒室进行中温加热，既起到节能作用，又可以长时间保持杀毒室较高温度杀毒的作用。
35.本设备使用二氧化碳热泵原理对空气进行加热，并消灭其中的病毒，起到杀毒防护的作用，基于二氧化碳作热泵原理进行加热具有以下的优点：1.高效节能优点，经测试表明，把9℃的水加热到60℃，二氧化碳热泵比电热水器和燃气热水器节能75%以上。
36.2.二氧化碳热泵加热时全封闭的过程，比起使用电直接加热或者使用燃气直接加热更加安全，具有安全可靠性。
37.3.利用二氧化碳热泵加热，压缩机的排气温度可以一次性达到较高的温度，满足杀死病毒的要求。
38.4.二氧化碳是一种天然的工质，作为制冷剂具有干净环保的优点，且如果泄漏，也不会对人体和环境造成影响。
39.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。