CN101303143A - 变流增焓热泵供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变流增焓热泵供热系统，包括热泵循环系统，还包括热媒水循环系统，热媒水循环系统包括换热盘管、流量控制装置和感温探头，换热盘管分别与供水管和回水管连接，回水管上安装感温探头和流量控制装置，流量控制装置和感温探头分别通过导线与中央控制器连接，中央控制器通过导线与热泵循环系统的压缩机连接，热泵循环系统和热媒水循环系统之间安装换热器壳体，热泵循环系统的冷凝器和换热盘管位于换热器壳体。它可克服现有热泵系统的缺陷，可实现热泵快速启动和高效运转，并且，由于可大幅提高热泵系统的使用效率，因此，热泵系统只需安装普通的工频压缩机就可以发挥原有压缩机—热泵系统在宽阈范围的制热、供暖效果，从而达到节能增效的目的。

Description

变流增焓热泵供热系统

技术领域

本发明涉及一种变流增焓热泵供热系统。

背景技术

现有的热泵系统经长期使用发现存在以下缺陷：1、现有空气源-水环热泵系统在系统处于制热状态下，当冷凝换热器侧热媒温度较低时启动困难；2、现有空气源-水环热泵系统启动和运行过程中，当冷凝换热器侧热媒温度较低时，热泵系统效率较低，供热量下降明显，人们为能达到所需的供热量，要么所选用压缩机的功率往往是正常所需功率的几倍，要么使用电阻发热式的电辅助加热，致使能源严重浪费。

在热泵的启动和运行过程中，当冷凝器侧的过冷温度较低时，由于流过水侧换热器的水流量是固定的，其换热量和流过换热器的水温成反比关系，热泵启动时，流过水侧换热器的的水温比较低，因此换热器的换热能力大大增加，会造成冷凝器的过冷度过高，根据冷媒的热力性能，冷凝器中的冷媒的温度和压力是相关联的，当冷凝器的冷凝温度过低或者是说冷凝器的过冷度过高时，冷凝器中的冷凝压力会急剧下降，这时冷凝器的焓值就会下降，同时冷凝器相对于蒸发器的墒值就会降低，因此在截流装置流阻不变的情况下，冷媒流向蒸发器的趋势就会降低，这时会表现为，冷凝器中寄存大量的低温(低于20度)冷媒液体，由于冷凝器的压力较低，因此就无法将冷凝器中的液体冷媒驱动到蒸发器中去，再加之压缩机的周期吸气作用，蒸发器中的压力也会随之降低，当蒸发器的压力降低后，压缩机的吸入气量就会随之减少，而热泵的制热能力是由压缩机吸入的冷媒质量(我们可以看作冷媒的单位液化潜热是不变的)经压缩和冷凝液化而释放出的液化潜热决定的，简言之，就是由压缩机吸入的冷媒质量决定的，因为冷媒具有质量制热的特质，而普通的工频压缩机是定容式工作的，就是说压缩机每个循环吸入的气体容积是相同的，当蒸发器中的压力降低时，压缩机吸入地同容积的冷媒气体的质量会减少，因此系统的制热能力就会下降，因为冷凝器的压力降低，压缩机达不到满负荷运转，严重时系统会陷入瘫痪。由于蒸发器的压力较低，根据冷媒的热力性能，蒸发器就很容易结霜，当蒸发器结霜后，蒸发器就不能与环境(空气)换热。当结霜到一定程度后，系统就会进入只耗能不制热的除霜过程，这是就更加剧了热泵系统的启动和运行难度，如此几个循环后，热泵系统就会陷入瘫痪。这也就是行业中所说的，热泵在低温情况下无法启动的问题。

发明内容

本发明的目的，是提供了一种变流增焓热泵供热系统，它可克服现有热泵系统的缺陷，可实现热泵快速启动和高效运转，并且，由于可大幅提高热泵系统的使用效率，充分发挥热泵系统的潜力，因此，热泵系统只需安装普通的正常功率的工频压缩机就可以发挥原有压缩机-热泵系统在宽阈范围的制热、供暖效果，从而达到节能增效的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：变流增焓热泵供热系统，包括热泵循环系统，还包括热媒水循环系统，热媒水循环系统包括换热盘管、流量控制装置和感温探头，换热盘管分别与供水管和回水管连接，回水管上安装感温探头和流量控制装置，流量控制装置和感温探头分别通过导线与中央控制器连接，中央控制器通过导线与热泵循环系统的压缩机连接，热泵循环系统和热媒水循环系统之间安装换热器壳体，热泵循环系统的冷凝器和换热盘管位于换热器壳体，冷凝器、换热盘管和换热器壳体连接构成换热器。

为进一步实现本发明的目的，还可以采用以下技术方案实现：上述的流量控制装置由循环泵和调流速器连接构成，循环泵安装于回水管上，循环泵通过导线与调流速器连接，调流速器通过导线与中央控制器连接。上述的流量控制装置由电动阀和步进电机连接构成，电动阀安装于回水管上，电动阀通过导线与步进电机连接，步进电机通过导线与中央控制器连接。上述的热泵循环系统包括压缩机，压缩机与第一制冷剂管道的一端连接，第一制冷剂管道的另一端与四通换向阀的进液口连接，压缩机与第二制冷剂管道的一端连接，第二制冷剂管道的另一端与四通换向阀的回液口连接，四通换向阀的第二出液口与第二回液管的一端连接，第二回液管的另一端与蒸发器连接，蒸发器与第一回液管的一端连接，第一回液管的另一端与换热盘管连接，换热盘管与供液管的一端连接，供液管的另一端与四通换向阀的第一出液口连接，第一回液管上安装节流阀。上述的热泵循环系统包括压缩机，压缩机与第二回液管的一端连接，第二回液管的另一端与蒸发器连接，蒸发器与第一回液管的一端连接，第一回液管的另一端与换热盘管连接，换热盘管与供液管的一端连接，供液管的另一端与压缩机连接，第一回液管上安装节流阀。所述的调流速器是电子调压调速器。所述的调流速器是电子变频调速器。所述的中央控制器是单片机。蒸发器外周安装蒸发器壳体，蒸发器壳体内安装风扇。中央控制器与压缩机连接的导线上安装电子斩波调压启动装置，电子斩波调压启动装置与压缩机的电机连接。

本发明的积极效果在于：经过我们的长期实验观察，热泵低温下难以启动，并不是因为环境温度低的原因，而是因为环境温度低而引起的冷凝器侧的换热热媒(水)的温度过低造成的，经过试验，即使在外界环境处于-15度的情况下，冷凝器侧充以35度的温水，热泵仍然能顺利的启动运行。经过实验证明，热泵在冬季启动时，只要能保持冷凝器的焓值，也就是说，保证冷凝器中足够的冷凝压力，就可以顺利地解决热泵的低温启动问题。保证冷凝器的焓值，无非有两种办法：1、在冷凝器侧水流量不变时，加大热泵的主机(压缩机)功率，从而保证冷凝器的冷凝压力和温度，如现有技术中的数码涡旋技术(压缩机的机械变容技术)和压缩机的变频变容就是此种。但这两种技术存在的共同缺陷是造价昂贵。另外，这两种变容技术的增焓幅度有限；2、本发明所涉及的调节冷凝器侧的过冷流体(热媒循环水)的流量减小冷凝器的过冷度的增焓技术，这种方式现有技术完全可以实现，而且调焓范围宽，三相水泵通过变频器可以实现1-100％的流量调节，从而实现广阈的增焓调焓，单相水泵可以通过电动阀和调压调速技术的结合，也可以实现1-100％的变流增焓，另外这种方式可以充分发挥定频压缩机性能可靠、造价低廉的优势，通过使用软启动技术(可控硅斩波调压)克服了定频压缩机的启动能耗高和对电网的冲击大的缺陷。变流增焓技术就是在热泵系统启动时，根据冷凝器侧换热热媒(循环水)的温度，对换热热媒(循环水)进行恒换热量流量控制，使其保证热泵系统能进行最有效循环的冷凝器的焓值，从而保证冷凝器和蒸发器的之间的墒值，使热泵中的冷媒能在蒸发器-压缩机-冷凝器-蒸发器中进行有效的循环，从而使热泵在冬季制热时发挥出最大的效率以达到节约能源的目的；它可根据热媒循环水的实际温度，通过调整热媒循环系统内热媒循环水的流速，确保热泵系统满功率或近满功率运转，可充分发挥压缩机即热泵系统的潜能，具有启动速度快设备效率高、节能效果明显的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图中热泵系统中安装有四通换向阀；图2是本发明的另一结构示意图，图中热泵系统未安装四通换向阀。

图中标号：1压缩机2、四通换向阀3节流阀4蒸发器5换热器壳体6循环泵7蓄能储液罐8感温探头9中央控制器10调流速器11回水管12电动阀13步进电机14保温层15第一回液管16第二回液管17供液管18第一制冷剂管道19第二制冷剂管道20供水管21风扇22蒸发器壳体23换热盘管24冷凝器25电子斩波调压启动装置。

具体实施方式

本发明所述的变流增焓热泵供热系统，变流增焓热泵供热系统，包括热泵循环系统，还包括热媒水循环系统，热媒水循环系统包括换热盘管23、流量控制装置和感温探头8，换热盘管23分别与供水管20和回水管11连接，回水管11上安装感温探头8和流量控制装置，流量控制装置和感温探头8分别通过导线与中央控制器9连接，中央控制器9通过导线与热泵循环系统的压缩机1连接，热泵循环系统和热媒水循环系统之间安装换热器壳体5，热泵循环系统的冷凝器24和换热盘管23位于换热器壳体5，冷凝器24、换热盘管23和换热器壳体5连接构成换热器。上述的流量控制装置由循环泵6和调流速器10连接构成，循环泵6安装于回水管11上，循环泵6通过导线与调流速器10连接，调流速器10通过导线与中央控制器9连接；调流速器10也可以是电子斩波可控硅调压器，通过改变供电参数调整循环泵6的转速，从而，实现改变流速增加焓值的目的。

启动时，感温探头8将测得的热媒循环水水温的数据反馈给中央控制器9，中央控制器9处理数据后，通过控制调流速器10调整循环泵6的转速，以达到调整热媒水循环系统内水流流速的效果，起初热媒循环水温度较低，此时，中央控制器9通过调流速器10使循环泵6低速工作，热媒水循环系统内的水流速较慢，随着热媒循环水水温的不断升高，中央控制器9通过调流速器10控制循环泵6提升转速，从而，加快热媒循环水的水流速，加快循环，直至热媒循环水的水温达到设定值时，水流速恒定不变，热泵系统完成启动过程，进入正常工作阶段。

上述的流量控制装置还可以由电动阀12和步进电机13连接构成，电动阀12安装于回水管11上，电动阀12通过导线与步进电机13连接，步进电机13通过导线与中央控制器9连接，回水管11上可同时安装循环泵6。步进电机13可通过控制电动阀12的开启度，控制热媒循环水流速，当电动阀控制流速达不到增加或调解焓值的要求时，再通过调整循环泵6的转速进行精调。

上述的中央控制器9可以是单片机，也可以是可编程控制器，还可以是工控机。

为提高换热效果，可在蒸发器4外周安装蒸发器壳体22，蒸发器壳体22内安装风扇21，风扇21可强制蒸发器4周围的气流流动，对蒸发器4进行强制对流换热。

为使压缩机1的电动机可实现低压启动，以减小启动时对电网的影响，可在中央控制器9与压缩机1连接的导线上安装电子斩波调压启动装置25，电子斩波调压启动装置25与压缩机1的电机连接。

本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (10)

1、变流增焓热泵供热系统，包括热泵循环系统，其特征在于：还包括热媒水循环系统，热媒水循环系统包括换热盘管(23)、流量控制装置和感温探头(8)，换热盘管(23)分别与供水管(20)和回水管(11)连接，回水管(11)上安装感温探头(8)和流量控制装置，流量控制装置和感温探头(8)分别通过导线与中央控制器(9)连接，中央控制器(9)通过导线与热泵循环系统的压缩机(1)连接，热泵循环系统和热媒水循环系统之间安装换热器壳体(5)，热泵循环系统的冷凝器(24)和换热盘管(23)位于换热器壳体(5)，冷凝器(24)、换热盘管(23)和换热器壳体(5)连接构成换热器。

2、根据权利要求1所述的变流增焓热泵供热系统，其特征在于：上述的流量控制装置由循环泵(6)和调流速器(10)连接构成，循环泵(6)安装于回水管(11)上，循环泵(6)通过导线与调流速器(10)连接，调流速器(10)通过导线与中央控制器(9)连接。

3、根据权利要求1所述的变流增焓热泵供热系统，其特征在于：上述的流量控制装置由电动阀(12)和步进电机(13)连接构成，电动阀(12)安装于回水管(11)上，电动阀(12)通过导线与步进电机(13)连接，步进电机(13)通过导线与中央控制器(9)连接。

4、根据权利要求1、2或3中的任一项所述的变流增焓热泵供热系统，其特征在于：上述的热泵循环系统包括压缩机(1)，压缩机(1)与第一制冷剂管道(18)的一端连接，第一制冷剂管道(18)的另一端与四通换向阀(2)的进液口(2a)连接，压缩机(1)与第二制冷剂管道(19)的一端连接，第二制冷剂管道(19)的另一端与四通换向阀(2)的回液口(2c)连接，四通换向阀(2)的第二出液口(2d)与第二回液管(16)的一端连接，第二回液管(16)的另一端与蒸发器(4)连接，蒸发器(4)与第一回液管(15)的一端连接，第一回液管(15)的另一端与换热盘管(23)连接，换热盘管(23)与供液管(17)的一端连接，供液管(17)的另一端与四通换向阀(2)的第一出液口(2b)连接，第一回液管(15)上安装节流阀(3)。

5、根据权利要求1、2或3中的任一项所述的变流增焓热泵供热系统，其特征在于：上述的热泵循环系统包括压缩机(1)，压缩机(1)与第二回液管(16)的一端连接，第二回液管(16)的另一端与蒸发器(4)连接，蒸发器(4)与第一回液管(15)的一端连接，第一回液管(15)的另一端与换热盘管(23)连接，换热盘管(23)与供液管(17)的一端连接，供液管(17)的另一端与压缩机(1)连接，第一回液管(15)上安装节流阀(3)。

6、根据权利要求2所述的变流增焓热泵供热系统，其特征在于：所述的调流速器(10)是电子调压调速器。

7、根据权利要求2所述的变流增焓热泵供热系统，其特征在于：所述的调流速器(10)是电子变频调速器。

8、根据权利要求1所述的变流增焓热泵供热系统，其特征在于：所述的中央控制器(9)是单片机。

9、根据权利要求4所述的变流增焓热泵供热系统，其特征在于：蒸发器(4)外周安装蒸发器壳体(22)，蒸发器壳体(22)内安装风扇(21)。

10、根据权利要求1所述的变流增焓热泵供热系统，其特征在于：中央控制器(9)与压缩机(1)连接的导线上安装电子斩波调压启动装置(25)，电子斩波调压启动装置(25)与压缩机(1)的电机连接。

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