CN101078575A - 适合宽温度环境高效运行的热泵式空调与热水装置 - Google Patents

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Abstract

一种适合宽温度环境高效运行的热泵空调与热水装置，它具有室内、外空气换热器和能量耦合换热器，由低温压缩机、耦合换热器的一次端、膨胀阀和室外换热器组成冬季特低温空气源热泵；由中高温压缩机、四通换向阀、室内换热器、膨胀阀和耦合换热器的二次端组成由特低温空气源热泵供热的人工源高温热泵；由低温压缩机、室内换热器、膨胀阀和室外换热器组成单压缩机冬季低温环境制热空气源热泵；由中高温压缩机、四通换向阀、室外换热器、膨胀阀和室内换热器组成单压缩机夏季制冷空气源热泵；由配置于空调系统中的浴室换热器和热水器构成浴室采暖与热水加热热泵。本发明适用于－45℃至45℃环境温度高效制热与制冷，并同时提供卫生热水和浴室采暖。

Description

适合宽温度环境高效运行的热泵式空调与热水装置
技术领域
本发明涉及热泵式空调与热水装置，具体涉及一种适合宽温度环境高效运行的热泵式空调与热水装置。
背景技术
空气源热泵式空调，相对于水源热泵空调、地源热泵空调，具有结构简单，配置方便的特点。而热泵式热水器与电热管式热水器相比较，则具有能耗低，效率高的特点。但目前的空气源热泵式空调与空气源热泵式热水器在0℃以下的低温环境中的制热效果差，并且其制热能效比随环境温度的下降大幅度降低，特别是当环境温度接近-5℃时，若不增加辅助电加热装置，无法进行有效的采暖运行与热水加热运行，并且在室外温度高于30℃时，由于冷凝温度相对较高，其热泵空调的制冷效率也很低，难以进行高效的制冷运行。另外，由于其空调与热水器各自独立设置，单一功能的空调和单一功能的热水器，其性价比不高，限制了热泵性能的充分发挥，并使用户的配置和使用热泵空调与热泵热水器的总体成本难以得到有效的降低。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种适合宽温度环境高效运行的热泵空调与热水装置。其通过合理的热泵结构配置及选择合理的压缩机类型，并使空调系统与卫生热水系统有机的组合，而实现利用空气源热泵进行从室外-45℃至-20℃的特低温环境、-20℃至0℃的低温环境和高于30℃的高温环境下高效采暖与制冷及卫生热水的加热运行，以充分发挥热泵的高效能，拓宽空气源热泵空调与热水器的环境温度适用范围，有效降低空气源热泵空调及热水器的配置和使用成本。
实现上述目的的技术方案是：一种适合宽温度环境高效运行的热泵式空调与热水装置，它具有室外空气换热器、能量耦合换热器和室内空气换热器，其室外空气换热器由箱体和置于箱体内的风机、换热盘管及配置的水喷淋装置和水位控制补水装置组成；由配置阀门的制冷剂管连接低回压型低温压缩机、能量耦合换热器的一次端、膨胀阀和室外空气换热器组成冬季特低温空气源热泵；由配置阀门的制冷剂管连接中、高回压型中高温压缩机、四通换向阀、室内空气换热器、膨胀阀和能量耦合换热器的二次端组成由特低温空气源热泵供热的人工源高温热泵；经配置阀门的制冷剂管将低温压缩机、膨胀阀与室内空气换热器相连接构成由低温压缩机、室内空气换热器、膨胀阀和室外空气换热器组成的单压缩机冬季低温环境制热空气源热泵；经配置阀门的制冷剂管将四通换向阀、膨胀阀与室外空气换热器相连接构成由中高温压缩机、四通换向阀、室外空气换热器、膨胀阀和室内空气换热器组成的单压缩机夏季制冷空气源热泵；经配置阀门的制冷剂管将浴室换热器与制冷剂管加热热水器连接并接于空气源热泵与人工源高温热泵组合空调系统、单压缩机制热和单压缩机制冷空调系统构成浴室采暖与热水器水加热热泵。
本发明与现有技术相比较，具有如下特点：
1、适用于-45℃至-20℃的特低温环境、-20℃至0℃的低温环境和高于30℃的高温环境下高效采暖与制冷运行及高效提供热水。
2、将热泵式空调与热泵式热水器有机结合，实现一机多功能，可大幅度降低设备配置成本，提高设备配置的性价比。
3、方便提供浴室采暖，替代高能耗的电热式浴室采暖设备。
附图说明
附图是适合宽温度环境高效运行的热泵式空调与热水装置结构示意图。
具体实施方式
如附图，本发明具有室外空气换热器5、室内空气换热器4和能量耦合换热器28，其室外空气换热器5由箱体6和置于箱体内的风机7、换热盘管8及配置的水喷淋装置9和水位控制补水装置10组成。室内空气换热器4采用空气表冷式换热器或采用制冷剂水式换热器。能量耦合换热器28可以是钎焊板式、壳盘管式、壳螺旋管式、套管式、螺旋板式或者壳管式等多种以制冷剂为介质的换热器。由配置阀门23、15的制冷剂管连接低回压型低温压缩机27、能量耦合换热器28的一次端、膨胀阀26和室外空气换热器5组成冬季特低温空气源热泵；由配置阀门16、18的制冷剂管连接中、高回压型中高温压缩机1、四通换向阀2、室内空气换热器4和膨胀阀3、能量耦合换热器28的二次端组成由特低温空气源热泵供热的人工源高温热泵；经配置阀门23、21、17、14、20、24的制冷剂管将低温压缩机27、室内空气换热器4、膨胀阀26和室外空气换热器相连接组成单压缩机冬季低温环境制热空气源热泵；经配阀门22、25、16的制冷剂管将压缩机1、四通换向阀2、室外空气换热器5、膨胀阀3和室内空气换热器4相连接组成单压缩机夏季制冷空气源热泵；经配置阀门13、19、29、30的制冷剂管将浴室换热器11与制冷剂管加热热水器12相连接并接于由空气源热泵与人工源高温热泵组合空调系统、单压缩机制热和单压缩机制冷空调系统构成浴室采暖与热水器水加热热泵。
本发明的浴室换热器11可采用表冷式换热器。热水器12可以采用制冷剂管加热式的多种以制冷剂为介质的换热器式热水器。
本发明系统中的阀门宜采用电动阀门，膨胀阀宜采用电子膨胀阀，各压缩机宜采用变频或增卸载控制。
本发明的工作原理说明如下：
1、当室外气温在10℃以上时，单独由压缩机1制冷运行。其由压缩机1排出的高温气态制冷剂经四通换向阀2虚线通路通过转换阀门13至浴室采暖换热器11、转换阀门29、热水器12冷凝放热，其液态制冷剂经转换阀门14及30至膨胀阀3节流后至转换阀门25经室外喷淋式蒸发、冷凝换热器5内的盘管8蒸发吸收室外空气中的热量后，气态制冷剂经转换阀门22至四通换向阀2的另一虚线通路至压缩机1吸气端，被重复压缩循环。
2、当室外气温在10℃至-20℃时，单独由压缩机27制热运行。其压缩机27排出的高温气态制冷剂经转换阀门21至室内浴室采暖换热器11、转换阀门29和热水器12，用冷凝热对水加热，冷凝放热后的液态制冷剂经转换阀门20、24至膨胀阀26节流后，至室外喷淋式蒸发、冷凝换热器5内的盘管8蒸发吸收空气中的低温热量，气态制冷剂经转换阀门23回至压缩机27重新压缩循环。对水加热的同时或当热水器水温达到设定值时，阀门17开启后，经延时阀门29关闭，通过换热器4和换热器11向室内采暖或浴室采暖。其气态制冷剂经换热器4向室内冷凝放热后的液态制冷剂经阀门30、14、20、24至膨胀阀26节流后至室外换热器5的盘管8蒸发吸收室外空气热量后气态制冷剂经阀门23回至压缩机27吸入后继续循环。
3、当室外气温达到-20℃至-45℃时，压缩机27和压缩机1同时工作。其压缩机27排出的气态制冷剂经阀门15至能量耦合换热器28的一次回路至膨胀阀26节流后至室外换热器5的盘管8蒸发吸收室外空气中低温热量后，气态制冷剂经阀门23回至压缩机27，继续压缩循环，将空气中的低温热量通过能量耦合换热器28的二次端送入人工源热泵。人工源热泵压缩机1排出的高温气态制冷剂经四通换向阀2的虚线通路至阀门13经浴室采暖换热器11对浴室采暖并经阀门29经热水器12的冷凝管对水加热，其液态制冷剂经阀门30、14至膨胀阀3节流后经能量耦合换热器28的二次回路蒸发吸收空气源热泵送来的空气中热量后，气态制冷剂经阀门18至四通换向阀2的另一虚线通路回至压缩机1的吸气端，被重新压缩继续制冷循环。同时也可以用阀门16、17配合转换实现对室内采暖运行。
4、当夏季时，压缩机1排出的气态制冷剂经四通换向阀2的实线通路经阀门22至室外喷淋式蒸发、冷凝换热器5的盘管8，由风机配合盘管8非喷淋段预先作空气冷却，将气态制冷剂温度降低后再送入盘管8喷淋段，经水喷淋冷却，预先冷却的目的是减小或防止盘管8结垢。冷凝后的液态制冷剂经阀门25至膨胀阀3节流经换热器4蒸发吸收室内空气中热量，向室内制冷，蒸发后的气态制冷剂经阀门16至四通换向阀2的另一实线通路至压缩机1的吸气端被重新压缩继续制冷循环。夏季制冷，需要对水加热时，阀门19打开，压缩机1排出的气态制冷剂经阀门19至浴室采暖换热器11至阀门29经热水器12冷凝管加热卫生热水，冷凝后液态制冷剂经阀门20至膨胀阀3节流后经换热器4蒸发吸收室内空气中热量，吹冷风向室内制冷，其气态制冷剂经阀门16回至四通换向阀2的另一实线通路至压缩机1的吸气端被重新压缩实现制冷循环。

Claims (1)

1、一种适合宽温度环境高效运行的热泵式空调与热水装置，包括有室内空气换热器(4)和能量耦合换热器(28)，其特征是：它具有室外空气换热器(5)，其室外空气换热器(5)由箱体(6)和置于箱体内的风机(7)、换热盘管(8)及配置的水喷淋装置(9)和水位控制补水装置(10)组成；由配置阀门的制冷剂管连接低回压型低温压缩机(27)、能量耦合换热器(28)的一次端、膨胀阀(26)和室外空气换热器(5)组成冬季特低温空气源热泵；由配置阀门的制冷剂管连接中、高回压型中高温压缩机(1)、四通换向阀(2)、室内空气换热器(4)、膨胀阀(3)和能量耦合换热器(28)的二次端组成由特低温空气源热泵供热的人工源高温热泵；经配置阀门的制冷剂管将低温压缩机(27)、膨胀阀(26)与室内空气换热器(4)相连接而构成由低温压缩机(27)、室内换热器(4)、膨胀阀(26)和室外空气换热器(5)组成的单压缩机冬季低温环境制热空气源热泵；经配置阀门的制冷剂管将四通换向阀(2)、膨胀阀(3)与室外空气换热器(5)相连接构成由压缩机(1)、四通换向阀(2)、室外空气换热器(5)、膨胀阀(3)和室内空气源换热器(4)组成的单压缩机夏季制冷空气源热泵；经配置阀门的制冷剂管将浴室换热器(11)与制冷剂管加热热水器(12)相连并接于空气源热泵与人工源高温热泵组合空调系统、单压缩机制热和单压缩机制冷空调系统构成浴室采暖与热水器水加热热泵。
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