CN101240942A - 低温性能优异的高效节能热泵空调热水器 - Google Patents

Abstract

低温性能优异的高效节能热泵空调热水器，属热泵应用技术领域，主要由压缩机、选通换向装置、水冷凝器、室内换热器、节流装置和室外换热器等制冷剂通道连接成制冷剂闭合循环系统并由电控装置控制，特点是该系统中至少还接有一个低温换热器，该低温换热器至少具有两路互不相通但相互间却导热良好的制冷剂通路，其中一路通有相对高温的制冷剂，另一路通过一控流节流机构的控制可通有相对低温的制冷剂，由于两者热交换，相对高温的制冷剂流入蒸发器前得到更多冷却，相对低温的制冷剂吸热蒸发后可相对快速地回到压缩机。本发明可高效供应空调和热水，减少结霜、防止压缩机缺油及液击，热水速度快，使用寿命长，适用区域范围广。

Description

低温性能优异的高效节能热泵空调热水器

所属技术领域

本发明涉及热泵热水空调系统，尤其是一种低温性能优异的高效节能热泵空调热水器，属于热泵应用技术领域。

背景技术

现有的热泵空调器其夏天制冷工作时向室外排放热气，既浪费了大量的热能，又影响了外界环境造成了城市的热岛效应，并且其制冷效率较低，在严寒气候时，其制热效果往往也比较差、故障率较高；热泵热水器具有热效率高、节能、安全和环保等优异性能，作为节能降耗的新一代热水设备，已经逐渐被人们认识并推广使用。但是，现有技术的热泵热水器其工作原理是：制冷剂被压缩机压缩成高温高压的气体进入到水冷凝器后被水吸收热量并冷凝为中温中压的制冷剂液体，然后经节流装置减压后流入蒸发器吸收热能，最后回到压缩机完成循环。在气温低、环境较寒冷的情况下，进入到蒸发器的低温制冷剂难以吸收到外界环境的热量，造成蒸发不充分、回气温度低、回液较多、结霜除霜频繁，以至于严重影响了热泵热水装置正常性能的发挥，特别是当冷却水水温较低或较高时，压缩机的寿命将受到极大衰减，因此，虽然热泵热水装置其优点很多，但是，由于它还具有上述致命的缺点，其实际使用效果和实际使用寿命不能充分令人满意，这也大大地限制了这种新一代节能环保型产品的推广应用。再者现有技术的空调器和热泵热水器功能单一，当人们既需要空调又需要热水时需重复配置两套热泵装置，成倍地增加用户投资成本和能源使用成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种低温性能优异的高效节能热泵空调热水器。

本发明的目的是这样实现的：低温性能优异的高效节能热泵空调热水器，主要有压缩机、选通换向装置、水冷凝器、室内换热器、节流装置和室外换热器构成，并由相应的制冷剂通道连接成制冷剂闭合循环系统，该系统由电控装置控制工作，其技术特征在于上述制冷剂闭合循环系统中至少还接有一个低温换热器，该低温换热器至少具有两路互不相通但相互间却导热良好的制冷剂流通通路，其中至少有一路制冷剂流通通路串接在水冷凝器制冷剂出口之后至室内换热器高温高压制冷剂入口之前或节流装置之前的制冷剂通道中；与所述的串接在水冷凝器制冷剂出口之后至室内换热器高温高压制冷剂入口之前或节流装置之前制冷剂通道中的制冷剂流通通路互不相通但相互间却导热良好的至少另一路制冷剂流通通路的出口并接在室外换热器低温低压制冷剂流出部分至压缩机吸气口之间的制冷剂通道上；所述的出口并接在室外换热器低温低压制冷剂流出部分至压缩机吸气口之间制冷剂通道上的制冷剂流通通路的入口通过串接控流节流机构后并接到压缩机排气口之后沿水冷凝器及节流装置至室外换热器低温低压制冷剂流入部分之间的制冷剂通道上。

本发明与现有技术的热泵空调器及热泵热水器相比获得了相当可观的性能提升和积极效果：

水冷凝器可以加热水以供应热水，室内换热器可以供应空调制冷或制热，达到了一机两用的效果，并且夏季空调制冷使用时可以免费制热水，机组综合能效比得以显著提升，同时减少了热能排放，降低了城市热岛效应；

再者由于本发明设有低温换热器，该低温换热器至少具有两路互不相通但相互间却导热良好的制冷剂流通通路，这样在控流节流机构导通时，该两路互不相通但相互间却导热良好的制冷剂流通通路中均有制冷剂流过，其中通过控流节流机构流入低温换热器制冷剂流通通路的是相对低温低压的制冷剂，而另一制冷剂流通通路中流入的是相对高温高压的制冷剂，两个通路中的制冷剂可以进行良好的热交换，即可以使得相对高温高压的制冷剂在流过该低温换热器时得以冷凝甚至过冷，以提升流过蒸发器的制冷剂吸热能力，使得蒸发压力和回气温度得以提升，性能系数得以提高，而相对低温低压的制冷剂送入低温换热器可以吸收相对高温高压制冷剂的热量蒸发并流入压缩机吸气端，以至于更加地提高了压缩机吸气端制冷剂回气量和回气压力，同时保证了压缩机回油量；

进一步的由于所述的出口并接在室外换热器低温低压制冷剂流出部分至压缩机吸气口之间的制冷剂通道上的制冷剂流通通路的入口是通过串接控流节流机构后并接到压缩机排气口之后沿水冷凝器及节流装置至室外换热器低温低压制冷剂流入部分之间的制冷剂通道上，致使在利用室外换热器吸收外界热量时通过控流节流机构流入低温换热器的制冷剂可以不通过或不完全通过室外换热器而相对短程快速地流入压缩机吸气端，如此尤其是在低温寒冷的气候环境中改善了结霜问题，提升了制热能力，加快了热水速度并保证了压缩机不至缺油、液击及高温高压损坏，大大地增加了本发明空调热水器的使用寿命和使用泛围。

附图说明

附图1是本发明实施例一的结构示意图

附图2是本发明实施例二的结构示意图

附图3是本发明实施例三的结构示意图

具体实施方式

实施例一：一种低温性能优异的高效节能热泵空调热水器，主要有压缩机(1)、选通换向装置(2)、水冷凝器(3)、室内换热器(4)、节流装置(5)、室外换热器(6)构成，并由适量的铜管等配件依次连接成制冷剂闭合循环通路系统，其中水冷凝器(3)与室内换热器(4)、室外换热器(6)之间通过选通换向装置(2)的连接和转换构成串联工作结构，该系统由电控装置(7)控制工作，特别的是在上述系统中还接有一个低温换热器(8)，该低温换热器(8)可以是套管式换热器，该套管式换热器具有两路互不相通但相互间却导热良好的制冷剂通路，其中一路制冷剂通路串接在水冷凝器(3)制冷剂出口之后至选通换向装置(2)高中压入口之前，另一路制冷剂通路的入口通过串接控流节流机构(9)之后并接到前一路制冷剂通路之后至选通换向装置(2)高中压入口之前，而该路制冷剂通路的出口并接在选通换向装置(2)低压出气口之后至压缩机(1)吸气口之间，为防止水冷凝器(3)中的制冷剂倒流，影响空调工作状况时的系统工作稳定性和工作效率，水冷凝器(3)的制冷剂出口至低温换热器(8)之间还串接有截止阀(10)。截止阀(10)可以用单向阀，也可以是电磁阀等其它阀件，还可以是单向阀、电磁阀等其它阀件的组合体；低温换热器(8)也可以是板式换热器、壳管式换热器等流体换热器，还可以是风冷式换热器等；水冷凝器(3)可以用设有制冷剂通道的水箱，也可以是板式换热器、套管式换热器等液体冷却换热器，水冷凝器(3)具有进、出水口；选通换向装置(2)是至少具有一个高压进气口、一个高中压入口、一个低压出气口和三个选通口的电磁阀组，可以是一体式也可以是分散组合式，其中高压进气口经选通可以和三个选通口的任意一口相通，低压出气口经选通至少可以和两个选通口的任意一口相通，高中压入口经选通也至少可以和两个选通口的任意一口相通，并且高压进气口和低压出气口互不相通，在此选择两个四通换向阀焊接组合而成；室内换热器(4)和室外换热器(6)可以是风机旁管式换热器，室内换热器(4)也可以是水冷换热器，此时可通过循环泵与外接水箱、风机旁管循环换热，风机旁管可以是多路，受相应的环境温控器控制换热工作，以此形成中央空调系统，而室外换热器(6)也可以是风机旁管式换热器和太阳能集热换热器及适当数量的阀件的结合体；节流装置(5)可以选用电子膨胀阀，控流节流机构(9)可以是电磁阀和毛细管的串接体，需要时节流装置(5)和控流节流机构(9)也可以是由毛细管、电磁阀、电子膨胀阀、热力膨胀阀、手调阀、单向阀、卸荷阀和压力调整阀等具有节流或控流配件中的一种或多种构成。

在水冷凝器(3)中的水温不足而需要加热水的过程当中，受电控装置(7)的控制，高温高压的制冷剂由压缩机(1)压出经选通换向装置(2)的选择引入到水冷凝器(3)与其中的水进行热交换，冷凝形成的中温中压液态制冷剂流过截止阀(10)和低温换热器(8)，通过选通换向装置(2)选择再在室内换热器(4)或室外换热器(6)中换热并经过节流装置(5)节流减压后进入室外换热器(6)或室内换热器(4)吸收外界环境的热量，然后经选通换向装置(2)低压出气口回到压缩机(1)。与此同时，当中温中压液态制冷剂流过室内换热器(4)时还可以提供少量热量以供取暖，并使得中温中压液态制冷剂可以进一步冷凝甚至过冷，在不需要取暖时也可以关闭室内换热器(4)的换热功能而单独制热水；当中温中压液态制冷剂流过室外换热器(6)时，也可以进一步冷凝甚至过冷，使得室内换热器(4)可以高效地提供大量冷量以供制冷。如此达到单独制热水或热水、空调同时供应的目的。需要时，如利用室外换热器(6)吸收外界热量且外界气温-5℃以下或水温达到40℃时，控流节流机构(9)能够开启并将一部分中温中压液态制冷剂节流减压成低温低压制冷剂后送入低温换热器(8)，并与流过低温换热器(8)中的中温中压液态制冷剂热交换吸收中温中压液态制冷剂的热量后回到压缩机(1)，而中温中压液态制冷剂在低温换热器(8)中进一步放热冷凝后形成中低温中压液态制冷剂，使得流入室内换热器(4)中的制冷剂能量较低，以至于增加了室外换热器(6)中的制冷剂吸热能力，上述措施保证了回气回油量、加快了热水速度，改善了结霜问题，提高了制热效率，减少了高低压差，特别是加强了低温环境下制热的性能稳定性，延长了整机寿命。

当热水达到设定温度还需要空调时，受电控装置(7)的控制，经选通换向装置(2)的选择，高温高压的制冷剂由压缩机(1)压出可以旁通不经过水冷凝器(3)而流入低温换热器(8)，通过选通换向装置(2)的选择再在室内换热器(4)或室外换热器(6)中换热并经过节流装置(5)节流减压后进入室外换热器(6)或室内换热器(4)吸收外界环境的热量，然后经选通换向装置(2)低压出气口回到压缩机(1)。当高温高压制冷剂流过室内换热器(4)时可以提供大量热量以供取暖；当高温高压制冷剂流过室外换热器(6)时，室内换热器(4)可以提供大量冷量以供制冷。如此达到冷暖空调分别供应的目的。需要时，如外界气温低于-5℃时，控流节流机构(9)也能够开启将一部分制冷剂节流降压降温后送入低温换热器(8)，并与流过低温换热器(8)中的高温高压制冷剂热交换吸收高温高压制冷剂的热量后回到压缩机(1)，保证了回气回油量，减少了高低压差，改善了结霜问题，提高了制热效率，尤其是加强了低温环境下制热的性能稳定性，延长了整机寿命。

本发明的热泵空调热水器由于具有两个制冷剂低压回气通路并且其中经过控流节流机构(9)的制冷剂低压回气通路相对行程较短，在需要时接通可以相对快速地回气以保证充分的回气量和回气压力，而另一个制冷剂低压回气通路由于中温中压制冷剂在低温换热器(8)中可以相对充分地热交换冷凝或过冷后在室内换热器(4)或室外换热器(6)中进一步换热并经节流装置(5)进入室外换热器(6)或室内换热器(4)吸收外界环境的热量，可以保证相对更高的吸热量和回气温度。以上技术特点使整机提升了制热制冷能力及性能系数，尤其是在低温寒冷的气候条件下，改善了结霜问题，加快了热水速度并保证了压缩机不至缺油、液击或高温高压损坏，大大地增加了本热泵空调热水器的使用寿命。本热泵空调热水器的热水温度可以超出常规热泵热水器的60℃上限而提高到75℃以上，在同样的洗浴条件下可减小储热水箱的容积以降低整机成本，其适用的外界环境气温可以低于-15℃，并且在热水和空调制冷同时供应的季节，整机综合能效比可以高达7--9。

实施例二：一种低温性能优异的高效节能热泵空调热水器，主要有压缩机(1)、选通换向装置(2)、水冷凝器(3)、室内换热器(4)、节流装置(5)、室外换热器(6)构成，并由适量的铜管等配件依次连接成制冷剂闭合循环通路系统，其中水冷凝器(3)与室内换热器(4)、室外换热器(6)之间通过选通换向装置(2)的连接和转换构成并联工作结构，该系统由电控装置(7)控制工作，特别的是在上述系统中还接有一个低温换热器(8)，该低温换热器(8)可以是套管式换热器，该套管式换热器具有两路互不相通但相互间却导热良好的制冷剂通路，其中一路制冷剂通路串接在水冷凝器(3)制冷剂出口之后至节流装置(5)之前，另一路制冷剂通路的入口通过串接控流节流机构(9)之后并接到前一路制冷剂通路之后至节流装置(5)之前，而该路制冷剂通路的出口并接在选通换向装置(2)低压出气口之后至压缩机(1)吸气口之间，为防止水冷凝器(3)中的制冷剂倒流，影响空调工作状况时的系统工作稳定性和工作效率，低温换热器(8)至节流装置(5)之间还串接有截止阀(10)。截止阀(10)可以是单向阀，也可以是电磁阀等其它阀件，还可以是单向阀、电磁阀等其它阀件的组合体；低温换热器(8)也可以是板式换热器、壳管式换热器等流体换热器，还可以是风冷式换热器等；水冷凝器(3)可以是设有制冷剂通道的水箱，也可以是板式换热器、套管式换热器等液体冷却换热器，还可以通过循环泵与外接水箱循环换热，水冷凝器(3)具有进、出水口；选通换向装置(2)是至少具有一个高压进气口、一个低压出气口和三个选通口的电磁阀组，可以是一体式也可以是分散组合式，其中高压进气口和低压出气口经选通可以分别和三个选通口的任意一口相通，并且高压进气口和低压出气口互不相通，在此选择两个四通换向阀焊接组合而成；室内换热器(4)和室外换热器(6)可以是风机旁管式换热器，室内换热器(4)也可以是水冷换热器，而室外换热器(6)也可以是风机旁管式换热器和太阳能集热换热器及适当数量的阀件的结合体；节流装置(5)可以选用具有三个通口的毛细管与单向阀的组合，控流节流机构(9)可以是电磁阀和毛细管的串接体，需要时节流装置(5)和控流节流机构(9)也可以是由毛细管、电磁阀、电子膨胀阀、热力膨胀阀、手调阀、单向阀、卸荷阀和压力调整阀等具有节流或控流配件中的一种或多种构成。

在水冷凝器(3)中的水温不足而需要加热水的过程当中，受电控装置(7)的控制，高温高压的制冷剂由压缩机(1)压出经选通换向装置(2)的选择引入到水冷凝器(3)与其中的水进行热交换，冷凝形成的中温中压液态制冷剂流过低温换热器(8)和截止阀(10)，经节流装置(5)节流成低温低压的制冷剂后进入室外换热器(6)和/或室内换热器(4)吸收外界环境的热量，然后经选通换向装置(2)低压出气口回到压缩机(1)。与此同时，当低温低压的制冷剂流过室内换热器(4)时可以提供一定的冷量以供制冷，在不需要制冷时也可以关闭室内换热器(4)的换热功能而单独制热水。如此达到单独制热水或热水、冷气同时供应的目的。需要时，如水温达到40℃时，控流节流机构(9)能够开启并将一部分中温中压液态制冷剂节流减压成低温低压制冷剂后送入低温换热器(8)，并与流过低温换热器(8)中的中温中压液态制冷剂热交换吸收中温中压液态制冷剂的热量后回到压缩机(1)，而中温中压液态制冷剂在低温换热器(8)中进一步放热冷凝后形成中低温中压液态制冷剂，使得流入室内换热器(4)和/或室外换热器(6)中的制冷剂能量较低，以至于增加了制冷剂吸热能力，上述措施保证了回气回油量、加快了热水速度，改善了结霜问题，提高了制热效率，特别是加强了低温环境下制热的性能稳定性，延长了整机寿命。

当热水达到设定温度还需要空调时，受电控装置(7)的控制，经选通换向装置(2)的选择，高温高压的制冷剂由压缩机(1)压入室内换热器(4)或室外换热器(6)中换热并经过节流装置(5)节流减压后进入室外换热器(6)或室内换热器(4)吸收外界环境的热量，然后经选通换向装置(2)低压出气口回到压缩机(1)。当高温高压制冷剂流过室内换热器(4)时可以提供大量热量以供取暖；当高温高压制冷剂流过室外换热器(6)时，室内换热器(4)可以提供大量冷量以供制冷。如此达到普通冷暖空调的正常功能。

实施例三：本实施例与实施例二相似，可选用近似同样的连接及结构、材料，其中水冷凝器(3)与室内换热器(4)和室外换热器(6)之间通过选通换向装置(2)的连接和转换也是构成并联工作结构，只是两者的选通换向装置(2)的三个选通口与水冷凝器(3)、室内换热器(4)和室外换热器(6)的接法不同，本实施例工作原理与实施例二也相似，只是制热水工作时，经过节流装置(5)节流减压后的低温低压制冷剂是受选通换向装置(2)的控制分别流经室内换热器(4)或室外换热器(6)，以致本实施例中当热水、冷气同时供应的时候相比实施例二冷气更强劲。

以上仅是本发明的几种典型实施例，在需要时，本发明还可以做各种常规零配件的增减变换或常规技术以及控制方式、参数数据的调整、搭配，以使得本发明获得各种需求领域的最佳使用效果。

Claims (3)

1. 低温性能优异的高效节能热泵空调热水器，主要有压缩机、选通换向装置、水冷凝器、室内换热器、节流装置和室外换热器构成，并由相应的制冷剂通道连接成制冷剂闭合循环系统，该系统由电控装置控制工作，其特征在于上述制冷剂闭合循环系统中至少还接有一个低温换热器，该低温换热器至少具有两路互不相通但相互间却导热良好的制冷剂流通通路，其中至少有一路制冷剂流通通路串接在水冷凝器制冷剂出口之后至室内换热器高温高压制冷剂入口之前或节流装置之前的制冷剂通道中。

2. 根据权利要求1所述的低温性能优异的高效节能热泵空调热水器，其特征在于与所述的串接在水冷凝器制冷剂出口之后至室内换热器高温高压制冷剂入口之前或节流装置之前制冷剂通道中的制冷剂流通通路互不相通但相互间却导热良好的至少另一路制冷剂流通通路的出口并接在室外换热器低温低压制冷剂流出部分至压缩机吸气口之间的制冷剂通道上。

3. 根据权利要求2所述的低温性能优异的高效节能热泵空调热水器，其特征在于所述的出口并接在室外换热器低温低压制冷剂流出部分至压缩机吸气口之间制冷剂通道上的制冷剂流通通路的入口通过串接控流节流机构后并接到压缩机排气口之后沿水冷凝器及节流装置至室外换热器低温低压制冷剂流入部分之间的制冷剂通道上。