CN101464058B - 大型蓄能式空气源热泵热水机组 - Google Patents
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Abstract
大型蓄能式空气源热泵热水机组，它涉及一种热泵热水机组。本发明为解决现有热水供应热泵系统只能实现单一供热水功能，除霜热量来自于室外空气，除霜时室外空气温度很低，取热量有限，需要较长的运行时间，除霜效果差，耗用的电能高的问题。四通换向阀的四个阀口分别与压缩机、板式换热器、气液分离器和室外换热器连接，蓄热罐内的换热盘管的两端分别与板式换热器内的换热管的两端连接，壳管式换热器内的蒸发管的一端通过第五接管与第一接管连接，壳管式换热器内的蒸发管的另一端通过第六接管与第二接管连接，蓄冷罐内的冷水管的两端分别与壳管式换热器连接。本发明可以实现只供热水、供热水同时供冷水、蓄热蓄冷、夜间蓄热、蓄热除霜等模式运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种热泵热水机组，尤其涉及一种蓄能式空气源热泵热水机组。
背景技术
目前，带热水供应的热泵空调系统均是以空调运行为主，热水供应仅是为了回收空调系统的冷凝热，空调运行时，必须设置辅助的电加热器，当冷凝热不够时直接采用电加热，而当空调停止运行和冬季、过渡季时其热水供应完全由电加热来实现，节能性并不明显，同时现有的热水供应的热泵空调系统不具有蓄能功能。中国专利号为ZL200620101358.4、公开日为2007年3月21日的实用新型专利公开了一种空气源热泵热水器，该专利的核心是：主机由翅片管式蒸发器、辅助化霜换热器、汽液分离器、压缩机、套管换热器、储液器、电子膨胀阀、换向阀、电磁阀、单向阀及相关制冷配件以极为紧凑的结构形式组合起来，套管换热器分别与制冷剂管路、热水循环管路进行连接，使制冷剂与水进行热交换；采用外置循环水泵提供热水回路的循环动力；蓄热保温水箱采用非承压结构，进水管通过进水电磁阀与自来水管网连接；蓄热保温水箱上、下分别设有循环热水管，并与套管换热器和循环水泵连接，从而形成闭合的热水循环回路。该专利虽然实现了全天候供热水，但该专利也存在不足之处：该专利只能实现单一的供热水功能，在夏季没有回收热泵系统散发的冷量，不能为用户空调提供冷水供应，造成能量的浪费；此外该专利的除霜是利用辅助化霜换热器，除霜的热量来自于室外空气，但除霜时室外空气温度很低，取热量有限，因此需要较长的运行时间，除霜效果差，而且耗用的电能高。
发明内容
本发明的目的是为解决现有热水供应热泵系统只能实现单一供热水功能而不具备供冷水功能和蓄冷功能，且除霜热量来自于室外空气，除霜时室外空气温度很低，取热量有限，需要较长的运行时间，除霜效果差，而且耗用的电能高的问题，提供一种大型蓄能式空气源热泵热水机组。
本发明包括压缩机、四通换向阀、板式换热器、干燥过滤器、电子膨胀阀、毛细管、第一单向阀、第二单向阀、第一电磁阀、第二电磁阀、室外换热器、气液分离器、第一接管、第二接管、第三接管、第四接管、蓄热罐、热水循环泵、热水供水泵和第四电磁阀、第五电磁阀、壳管式换热器、蓄冷罐、冷水循环泵、第五接管、第六接管和冷水回水泵，四通换向阀的四个阀口分别与压缩机、板式换热器、气液分离器和第一接管连接，室外换热器的一端通过第三接管与第一接管连接，室外换热器的另一端通过第四接管与第二接管连接，第二接管与毛细管连接，毛细管与电子膨胀阀连接，电子膨胀阀与干燥过滤器连接，干燥过滤器与板式换热器连接，第一单向阀并联在电子膨胀阀上，第二单向阀并联在毛细管上，气液分离器与压缩机连接，第一电磁阀设置在第四接管上，第二电磁阀设置在第三接管上，蓄热罐内的换热盘管的两端分别与板式换热器内的换热管的两端连接，热水循环泵设置在蓄热罐与板式换热器之间的管路上，热水供水泵设置在蓄热罐的输出端上，壳管式换热器内的蒸发管的一端通过第五接管与第一接管连接，壳管式换热器内的蒸发管的另一端通过第六接管与第二接管连接，蓄冷罐内的冷水管的两端分别与壳管式换热器连接，冷水循环泵设置在蓄冷罐与壳管式换热器之间的管路上，冷水回水泵设置在蓄冷罐的输入端上，第四电磁阀设置在第五接管上，第五电磁阀设置在第六接管上。
本发明的有益效果是：一、本发明以提供卫生热水为主，可以实现多种运行模式：直接供热水运行、夜间蓄热运行和冬季蓄热除霜运行，该机组实现的效能相对于电热水器和电锅炉节省70％的电能。二、本发明机组运行时本身没有CO2、NOx、SOx等污染物的排放，达到了环保的目的。三、本发明可以在夏热冬冷、夏热冬暖和黄河流域地区全天候、高效、节能的运行，为宾馆、饭店、办公楼和医院等大型公共建筑和大型热水用户提供卫生热水供应。
附图说明
图1是本发明空气源热泵热水机组的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式包括压缩机1、四通换向阀2、板式换热器3、干燥过滤器4、电子膨胀阀5、毛细管6、第一单向阀7、第二单向阀8、第一电磁阀9、第二电磁阀10、室外换热器12、气液分离器15、第一接管22、第二接管23、第三接管24、第四接管25、蓄热罐16、热水循环泵17和热水供水泵21，四通换向阀2的四个阀口分别通过管路与压缩机1、板式换热器3、气液分离器15和第一接管22连接，室外换热器12的一端通过第三接管24与第一接管22连接，室外换热器12的另一端通过第四接管25与第二接管23连接，第二接管23与毛细管6连接，毛细管6通过管路与电子膨胀阀5连接，电子膨胀阀5通过管路与干燥过滤器4连接，干燥过滤器4通过管路与板式换热器3连接，第一单向阀7通过管路并联在电子膨胀阀5上，第二单向阀8通过管路并联在毛细管6上，气液分离器15通过管路与压缩机1连接，第一电磁阀9设置在第四接管25上，第二电磁阀10设置在第三接管24上，蓄热罐16内的换热盘管16-1的两端分别通过管路与板式换热器3内的换热管3-1的两端连接，热水循环泵17设置在蓄热罐16与板式换热器3之间的管路上，热水供水泵21设置在蓄热罐16的输出端上。该机组利用热水循环泵17和室外换热器12从空气中提取大量的低位热量作为卫生热水的加热量；该机组在夜间(低谷电)时运行蓄存热量，在白天用电高峰时，通过蓄存的热量进行热水供应，这样不仅缓解了白天的用电紧张局面，而且可以充分利用夜间的低价电运行机组，从而降低了运行费用。常规除霜方式的最大缺陷是除霜耗用大量的电能，除霜增加的能耗占总运行能耗的10％以上，本发明采用逆循环蓄热除霜方式，通过四通换向阀2的转向，融霜时室外换热器12起到冷凝器的作用，融霜的热量来自于蓄热罐16热水的热能，该热能实质上是由热泵机组制备，仅仅耗用较少的电能，采用逆循环蓄热除霜方式较热气除霜和电热除霜节省50％以上的电能。
这样设计可实现如下运行模式：
1、直接供热水运行：当机组在冬季白天运行时，打开第一电磁阀9和第二电磁阀10，关闭第四电磁阀13和第五电磁阀14，高温高压的制冷剂从压缩机1中流出通过管路流入四通换向阀2中，然后通过管路流入板式换热器3中，高温高压的制冷剂在板式换热器3中放出热量变成低温高压的制冷剂，低温高压的制冷剂从板式换热器3中流出后流入干燥过滤器4中干燥除去其中含有的水分，然后进入电子膨胀阀5(不经过单向阀7)，在电子膨胀阀5中低温高压的制冷剂由于节流膨胀变成了低温低压的制冷剂，从电子膨胀阀5中流出的低温低压的制冷剂经过第二单向阀8(不经过毛细管6)流入室外换热器12中，并在室外换热器12中与室外空气进行换热，这样电子膨胀阀5中流出的低温低压的制冷剂由于在室外换热器12中吸收热量就变成气态的制冷剂，从室外换热器12中流出气态制冷剂经第三接管24、第一接管22进入四通换向阀2中，然后再通过管路进入气液分离器15中把其中的液态制冷剂分离出来后，最后流入压缩机1中，完成一个循环。从蓄热罐16中的换热盘管16-1内流出的温度较低的循环水经热水循环泵17加压后流入板式换热器13中的换热管3-1内，并在换热管3-1中吸收热量，变成温度较高的热水，从换热管3-1中流出的温度较高的热水经过管路流入蓄热罐16中的换热盘管16-1中，并在换热盘管16-1中放出热量，换热盘管16-1中温度降低后的循环水再次从换热盘管16-1中流出，完成一个循环。同时不断有自来水经管路流入蓄热罐16中被加热，温度升高后从蓄热罐16中流出，再经热水供水泵加压后供应给用户使用。
2、夜间蓄热运行：当机组在冬季不需要热水时，打开第一电磁阀9和第二电磁阀10，关闭第四电磁阀13和第五电磁阀14，从压缩机1中流出的高温高压的制冷剂通过管路流入四通换向阀2中，然后通过管路流入板式换热器3中，高温高压的制冷剂在板式换热器3中放出热量变成低温高压的制冷剂，低温高压的制冷剂从板式换热器3中流出后通过管路流入干燥过滤器4中干燥除去其中含有的水分，然后通过管路进入电子膨胀阀5(不经过单向阀7)，在电子膨胀阀5中低温高压的制冷剂节流膨胀变成了低温低压的制冷剂，从电子膨胀阀5中流出的低温低压的制冷剂经过第二单向阀8(不经过毛细管6)流入室外换热器12中，并在室外换热器12中与室外空气进行换热，这样从电子膨胀阀5中流出的低温低压的制冷剂由于在室外换热器12中吸收热量就变成气态的制冷剂，从室外换热器12中流出气态制冷剂经管路进入四通换向阀2中，然后再通过管路进入气液分离器15中把其中的液态制冷剂分离出来后，最后流入压缩机1中，完成一个循环。从蓄热罐16中的换热盘管16-1中流出的温度较低的循环水通过热水循环泵17加压后经管路流入板式换热器3中的换热管3-1中，并在换热管3-1中吸收热量，变成温度较高的热水，从换热管3-1中流出的温度较高的热水经过管路流入蓄热罐16中的换热盘管16-1中，并在换热盘管16-1中放出热量，温度降低后的循环水再次从蓄热罐16中流出，完成一个循环。由于用户此时不使用热水，经加热后的自来水在蓄热罐16中不断吸收热量，温度不断升高，并存储在蓄热罐16中，供需要热水供应时使用。
3、当机组在冬季除霜时：机组在冬季运行时，室外换热器12表面会结霜，影响换热效果，因此需要对室外换热器12表面定期除霜，该机组可通过调节四通换向阀2实现机组内制冷介质的逆向循环，从压缩机1中流出的高温高压的制冷剂通过管路流入四通换向阀2中，然后通过管路流入室外换热器12中，并在室外换热器12中放出热量从而使室外换热器12表面的霜融化，而高温高压的制冷剂本身由于放出热量变成低温高压的制冷剂，低温高压的制冷剂从室外换热器12中流出后通过管路流入毛细管6(不经过单向阀8)中，在毛细管6中低温高压的制冷剂节流膨胀变成了低温低压的制冷剂，从毛细管6中流出的低温低压的制冷剂经过第一单向阀7(不经过电子膨胀阀5)和干燥过滤器4，通过管路流入板式换热器3中，并在板式换热器3中吸收热量，这样从干燥过滤器4中流出的低温低压的制冷剂由于在板式换热器3中吸收热量就变成气态的制冷剂，从板式换热器3中流出气态制冷剂经管路进入四通换向阀2中，然后再通过管路进入气液分离器15中把其中的液态制冷剂分离出来后，最后流入压缩机1中，完成一个循环。当室外换热器12表面的霜融化完时，再通过四通换向阀2，使制冷剂正向循环，继续进行制热模式的运行。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：它还增加有第四电磁阀13、第五电磁阀14、壳管式换热器18、蓄冷罐19、冷水循环泵20、第五接管26、第六接管27和冷水回水泵28，壳管式换热器18内的蒸发管18-1的一端通过第五接管26与第一接管22连接，壳管式换热器18内的蒸发管18-1的另一端通过第六接管27与第二接管23连接，蓄冷罐19内的冷水管19-1的两端分别通过管路与壳管式换热器18连接，冷水循环泵20设置在蓄冷罐19与壳管式换热器18之间的管路上，冷水回水泵28设置在蓄冷罐19的输入端上，第四电磁阀13设置在第五接管26上，第五电磁阀14设置在第六接管27上。在夏季或者过渡季时，建筑本身有供冷的需求，这时机组通过管路的调节，可以在制备热水的同时，实现免费供冷，一机多用，而且还可进行蓄冷运行，平衡供热水和供冷负荷的时间差，最大限度的节省运行费用。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
这样设计可实现如下运行模式：
1、直接供热水和免费供冷运行：在夏季或过渡季节，当用户既需要热水又需要冷水时，打开第四电磁阀13和第五电磁阀14，关闭第一电磁阀9和第二电磁阀10，从压缩机1中流出的高温高压的制冷剂通过管路流入四通换向阀2中，然后通过管路流入板式换热器3中，高温高压的制冷剂在板式换热器3中放出热量变成低温高压的制冷剂，低温高压的制冷剂从板式换热器3中流出后通过管路流入干燥过滤器4中干燥除去其中含有的水分，然后通过管路进入电子膨胀阀5(不经过单向阀7)，在电子膨胀阀5中低温高压的制冷剂由于节流膨胀变成了低温低压的制冷剂，从电子膨胀阀5中流出的低温低压的制冷剂经过第二单向阀8(不经过毛细管6)流入壳管式换热器18中，并在壳管式换热器18中吸收热量，这样从电子膨胀阀5中流出的低温低压的制冷剂由于在壳管式换热器18中吸收热量就变成气态的制冷剂，从壳管式换热器18流出气态制冷剂经管路进入四通换向阀2中，然后再通过管路进入气液分离器15中把其中的液态制冷剂分离出来后，最后再次流入压缩机1中，完成一个循环。从蓄热罐16中的换热盘管16-1中流出的温度较低的循环水通过热水循环泵17加压后经管路流入板式换热器3中的换热管3-1中，并在换热管3-1中吸收热量，变成温度较高的热水，从换热管3-1中流出的温度较高的热水经过管路流入蓄热罐16中的换热盘管16-1中，并在换热盘管16-1中放出热量，温度降低后的循环水再次从蓄热罐16中流出，完成一个循环。同时不断有自来水经管路流入蓄热罐16中被加热，温度升高后从蓄热罐16中流出，再经热水供水泵加压后供应给用户使用。在蓄冷罐19一侧，从蓄冷罐19中的换热盘管19-1中流出的温度较高的循环水通过冷水循环泵20加压后经管路流入壳管式换热器18中，并在壳管式换热器18中放出热量，变成温度较低的冷水，从壳管式换热器18流出的温度较低的冷水经过管路流入蓄冷罐19中的换热盘管19-1中，并在换热盘管19-1中吸收热量，温度升高后的循环水再次从蓄冷罐19中流出，完成一个循环。同时不断有冷水回水经冷水回水泵28流入蓄冷罐19中被冷却，温度降低后从蓄冷罐19中流出，供应给用户使用。
2、蓄热蓄冷运行：在夏季或过渡季节，当用户不需要热水和冷水供应时，打开第四电磁阀13和第五电磁阀14，关闭第一电磁阀9和第二电磁阀10，从压缩机1中流出的高温高压的制冷剂通过管路流入四通换向阀2中，然后通过管路流入板式换热器3中，高温高压的制冷剂在板式换热器3中由于放出热量变成低温高压的制冷剂，低温高压的制冷剂从板式换热器3中流出后通过管路流入干燥过滤器4中干燥除去其中含有的水分，然后通过管路进入电子膨胀阀5(不经过单向阀7)，在电子膨胀阀5中低温高压的制冷剂由于节流膨胀变成了低温低压的制冷剂，从电子膨胀阀5中流出的低温低压的制冷剂经过第二单向阀8(不经过毛细管6)流入壳管式换热器18中，并在壳管式换热器18中吸收热量，这样从毛细管6中流出的低温低压的制冷剂由于在壳管式换热器18中吸收热量就变成气态的制冷剂，从壳管式换热器18流出气态制冷剂经管路进入四通换向阀2中，然后再通过管路进入气液分离器15中把其中的液态制冷剂分离出来后，最后再次流入压缩机1中，完成一个循环。从蓄热罐16中的换热盘管16-1中流出的温度较低的循环水通过热水循环泵17加压后经管路流入板式换热器3中的换热管3-1中，并在换热管3-1中吸收热量，变成温度较高的热水，从换热管3-1中流出的温度较高的热水经过管路流入蓄热罐16中的换热盘管16-1中，并在换热盘管16-1中放出热量，温度降低后的循环水再次从蓄热罐16中流出，完成一个循环。由于用户此时不使用热水，经加热后的自来水在蓄热罐16中不断吸收热量，温度不断升高，并存储在蓄热罐16中，等需要热水供应时使用。在蓄冷罐19一侧，从蓄冷罐19中的换热盘管19-1中流出的温度较高的循环水通过冷水循环泵20加压后经管路流入壳管式换热器18中，并在壳管式换热器18中放出热量，变成温度较低的冷水，从壳管式换热器18流出的温度较低的冷水经过管路流入蓄冷罐19中的换热盘管19-1中，并在换热盘管19-1中吸收热量，温度升高后的循环水再次从蓄冷罐19中流出，完成一个循环。由于用户此时不使用冷水供应，冷水回水经冷水回水泵28流入蓄冷罐19中不断被冷却，温度降低后存储在蓄冷罐19中，等需要冷水供应时使用。
Claims (1)
1.一种大型蓄能式空气源热泵热水机组，它包括压缩机(1)、四通换向阀(2)、板式换热器(3)、干燥过滤器(4)、电子膨胀阀(5)、毛细管(6)、第一单向阀(7)、第二单向阀(8)、第一电磁阀(9)、第二电磁阀(10)、室外换热器(12)、气液分离器(15)、第一接管(22)、第二接管(23)、第三接管(24)和第四接管(25)，四通换向阀(2)的四个阀口分别与压缩机(1)、板式换热器(3)、气液分离器(15)和第一接管(22)连接，室外换热器(12)的一端通过第三接管(24)与第一接管(22)连接，室外换热器(12)的另一端通过第四接管(25)与第二接管(23)连接，第二接管(23)与毛细管(6)连接，毛细管(6)与电子膨胀阀(5)连接，电子膨胀阀(5)与干燥过滤器(4)连接，干燥过滤器(4)与板式换热器(3)连接，第一单向阀(7)并联在电子膨胀阀(5)上，第二单向阀(8)并联在毛细管(6)上，气液分离器(15)与压缩机(1)连接，第一电磁阀(9)设置在第四接管(25)上，第二电磁阀(10)设置在第三接管(24)上，其特征在于：它还包括蓄热罐(16)、热水循环泵(17)、热水供水泵(21)和第四电磁阀(13)、第五电磁阀(14)、壳管式换热器(18)、蓄冷罐(19)、冷水循环泵(20)、第五接管(26)、第六接管(27)和冷水回水泵(28)，蓄热罐(16)内的换热盘管(16-1)的两端分别与板式换热器(3)内的换热管(3-1)的两端连接，热水循环泵(17)设置在蓄热罐(16)与板式换热器(3)之间的管路上，热水供水泵(21)设置在蓄热罐(16)的输出端上，壳管式换热器(18)内的蒸发管(18-1)的一端通过第五接管(26)与第一接管(22)连接，壳管式换热器(18)内的蒸发管(18-1)的另一端通过第六接管(27)与第二接管(23)连接，蓄冷罐(19)内的冷水管(19-1)的两端分别与壳管式换热器(18)连接，冷水循环泵(20)设置在蓄冷罐(19)与壳管式换热器(18)之间的管路上，冷水回水泵(28)设置在蓄冷罐(19)的输入端上，第四电磁阀(13)设置在第五接管(26)上，第五电磁阀(14)设置在第六接管(27)上。
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