CN101799223B - 全年候空气源热泵三用机组及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以满足建筑物不同季节对空调制冷、供热采暖的动态需求，同时满足全年不同时段的热水动态需求的全年候空气源热泵三用机组及其在不同季节的运行方法。该机组包括压缩机(15)、翅片换热器(2)、干式蒸发器(3)、过热冷媒热交换器(11)以及膨胀阀(9)，所述过热冷媒热交换器(11)的一端连通压缩机(15)的出口端，另一端分为两路，一路连接至膨胀阀(9)前端的贮液器(4)并且其上设置有第一电磁阀(13)，另路连接有一四通阀(10)并且其上设置有第二电磁阀(12)，通过控制第一电磁阀(13)和第二电磁阀(12)的开关以及四通阀(10)的换向来形成适应不同季节的循环模式。

Description

全年候空气源热泵三用机组及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种全年候空气源热泵三用机组及其运行方法。

背景技术

现市场上使用的空气源热泵热水机的工作原理是：在轴流风机的作用下空气通过机组翅片蒸发器，其热量被蒸发器内流动的低温液态冷媒吸收，同时冷媒蒸发并由液态相变为低压过热气态状态，通过压缩机做功，这种状态冷媒被压缩成高压过热气态状态，在机组水冷式冷凝器中，这种高压过热的气态冷媒冷凝成高压过冷液态冷媒，释放热量加热与冷媒进行热交换的水或其它介质。这种把空气中低温热量通过制冷热力循环提升为高温热量的方式今天广泛用于酒店生产卫生热水或其它方面所需用低温热水。但这种空气源热泵热水机的缺点是：机组在生产热水的同时空气的冷量没有利用，这对于同时需要热水和空调的场所，这种冷量浪费导致机组效率不佳。

而市场上的另一种回收部分热量用于生产低温热水的空调制冷机组——余热回收空调机组，其工作原理是：在常规空调制冷机组基础上再多加一个水冷式冷凝器(过热冷媒热交换器)，这个冷凝器回收制冷系统的部分冷凝热量加热水或其它介质。这种热回收的空调制冷机组通常使用在酒店或其它需要空调制冷同时也需要热水的场所，在夏季空调制冷季节可以得到免费热水，这种生产热水可以降低40％的酒店热水运行成本。但它的缺点是：只有在空调制冷机组运行时才能生产热水，当建筑物空调负荷不足，或当热水使用高峰期与空调时间不同步时，回收的热水量有时不够，为了保证客人用热水，需要启动其它加热装置，补充加热，因此这种产热水的空调制冷机组是一种被动式的热回收空调机组。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可以满足建筑物不同季节对空调制冷、供热采暖的动态需求，同时满足全年不同时段的热水动态需求的全年候空气源热泵三用机组及其在不同季节的运行方法。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括压缩机、与外界空气产生热交换的翅片换热器、冷媒蒸发与空调冷冻水进行换热的干式蒸发器以及连接于所述翅片换热器和干式蒸发器之间的膨胀阀，所述全年候空气源热泵三用机组还包括一过热冷媒热交换器，所述过热冷媒热交换器的一端连通压缩机的出口端，另一端分为两路，一路连接至一贮液器并且其管路上设置有第一电磁阀，所述贮液器设置在所述膨胀阀入口前端，所述贮液器、翅片换热器、干式蒸发器以及膨胀阀出口之间相互连接关系是通过由4个单向导流的单向阀和4个三通管组成的管路系统来实现，其具体连接方式为：膨胀阀的出口、第三单向阀和第四单向阀的进口分别与第三三通管的三个管口相连通，第三单向阀出口、第一单向阀入口、所述干式蒸发器的出口分别与第二三通管的三个管口相连通，第四单向阀的出口、第二单向阀的入口、所述翅片换热器的出口分别与第四三通管的三个管口相连通，第一单向阀的出口、第二单向阀的出口、所述贮液器的入口分别与第一三通管的三个管口相连通；另一路连接有一四通阀并且其管路上设置有第二电磁阀，所述四通阀的另外三路分别连通至压缩机的吸气端、翅片换热器和干式蒸发器。

在所述贮液器和膨胀阀之间设置有干燥过滤器。

在所述压缩机的入口前端安装有汽液分离器，所述汽液分离器的入口连通所述四通阀。

在所述翅片换热器上设置有轴流风机。

本发明所述的全年候空气源热泵三用机组在不同时段的运行方法如下：所述全年候空气源热泵三用机组包括压缩机、与外界空气产生热交换的翅片换热器、冷媒蒸发与空调冷冻水进行换热的干式蒸发器以及连接于所述翅片换热器和干式蒸发器之间的膨胀阀，所述全年候空气源热泵三用机组还包括一过热冷媒热交换器，所述过热冷媒热交换器的一端连通压缩机的出口端，另一端分为两路，一路连接至一贮液器并且其管路上设置有第一电磁阀，所述贮液器设置在所述膨胀阀入口前端，所述贮液器、翅片换热器、干式蒸发器以及膨胀阀出口之间相互连接关系是通过4个单向导流的单向阀和4个三通管组成的管路系统来实现，其具体连接方式为：膨胀阀的出口、第三单向阀和第四单向阀的进口分别与第三三通管的三个管口相连通，第三单向阀出口、第一单向阀入口、所述干式蒸发器的出口分别与第二三通管的三个管口相连通，第四单向阀的出口、第二单向阀的入口、所述翅片换热器的出口分别与第四三通管的三个管口相连通，第一单向阀的出口、第二二单向阀的出口、所述贮液器的入口分别与第一三通管的三个管口相连通；另一路连接有一四通阀并且其管路上设置有第二电磁阀，所述四通阀的另外三路分别连通至压缩机的吸气端、翅片换热器和干式蒸发器，

a在夏天空调季节，机组制冷的同时利用建筑物的热量生产热水，同时根据热水量需求量可进行部分热量回收和全部热量回收；

当进行部分热量回收时，第二电磁阀开启，第一电磁阀关闭，四通阀换向，使过热冷媒热交换器与翅片换热器之间导通，压缩机与干式蒸发器之间导通；当进行全部热量回收时，第二电磁阀关闭，第一电磁阀开启，四通阀换向，使压缩机与干式蒸发器之间导通；

b：在过渡季节，机组生产热水的同时根据建筑物冷负荷的需求提供空调冷量，当建筑物无需冷量只需求热水时，机组自动切换为单制热水模式，第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，四通阀换向，使压缩机与翅片换热器之间导通；

c：在冬季，机组向建筑物供热采暖的同时生产热水，第一电磁阀关闭，第二电磁阀开启，调节四通阀使压缩机与翅片换热器之间导通，干式蒸发器与过热冷媒热交换器之间导通。

本发明的有益效果是：全年候空气源热泵三用机组的发明克服了现有技术的不足和缺点，在热水和空调都是需要场所如酒店，机组的产生的冷量、热量都最大利用化，实现了在实际使用中相互匹配，与上述常规的空气源热泵热水机和余热回收空调制冷机组相比的具体不同之处有：

1、在夏季空调季节，机组制冷的同时利用建筑物的热量作为低温热源生产50℃-60℃热水，机组产生的冷量和热量全部得到利用，其综合能效最高，同时根据热水量需求量可进行部分热回收和全部热量回收，这种功能是常规空气源热泵热水机所不具备的；

2、在过渡季节(建筑物空调低负荷阶段)机组生产50℃-60℃热水的同时根据建筑物冷负荷的需求提供空调冷量，当建筑物无需冷量，只需求热水时，机组自动切换为空气源热泵生产制热水模式，无需其它辅助加热设备，这种功能是常规的空气源热泵热水机和余热回收空调制冷机组都不具备的；

3、在冬季向建筑物供热采暖的同时生产50℃-60℃热水，并根据建筑物供暖负荷和热水用量自动调节它们之间比例关系，满足建筑物供热采暖和热水的需求，这种功能是常规的空气源热泵热水机和余热回收空调制冷机组都不具备的。

附图说明

图1是本发明的循环系统结构图，其中

1、轴流风机；2、翅片换热器；3、干式蒸发器；4、贮液器；5、单向阀，其中A为第一单向阀、B为第二单向阀、C为第三单向阀、D为第四单向阀；6、给液电磁阀；7、干燥过滤器；8、球阀；9、膨胀阀；10、四通阀；11、过热冷媒热交换器；12、第二电磁阀；13、第一电磁阀；14、汽液分离器；15、压缩机；

图2是本发明实施例一的循环示意图；

图3是本发明实施例二的循环示意图；

图4是本发明实施例三的循环示意图；

图5是本发明实施例四的循环示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1的系统结构图和图2的循环流程图所示，本发明包括压缩机15、与外界空气产生热交换的翅片换热器2、对冷媒热交换介质进行换热的干式蒸发器3、过热冷媒热交换器11以及连接于所述翅片换热器2和干式蒸发器3之间的膨胀阀9，所述膨胀阀9的出口分别与翅片换热器2、干式蒸发器3二者相连通，并设置有指向二者的单向阀，分别为第四单向阀D和第三单向阀C。所述过热冷媒热交换器11即为水冷式冷凝器，它的一端连通压缩机15的出口端，另一端分为两路，一路连接至膨胀阀9前端的贮液器4并且其上设置有第一电磁阀13，另一路连接有一四通阀10并且其上设置有第二电磁阀12，所述四通阀10的另外三路分别连通至压缩机15的入口端、翅片换热器2和干式蒸发器3，在压缩机15的入口前端安装有汽液分离器14，所述汽液分离器14的入口连通所述四通阀10。在贮液器4和膨胀阀9之间设置有干燥过滤器7，所述贮液器4、翅片换热器2、干式蒸发器3以及膨胀阀9出口之间的相互连接关系是通过由4个单向导流的单向阀和4个三通管组成的管路系统来实现，其具体连接方式为：膨胀阀9的出口、第三单向阀C和第四单向阀D的进口分别与第三三通管c的三个管口相连通，第三单向阀C出口、第一单向阀A入口、所述干式蒸发器3的出口分别与第二三通管b的三个管口相连通，第四单向阀D的出口、第二单向阀B的入口、所述翅片换热器2的出口分别与第四三通管d的三个管口相连通，第一单向阀A的出口、第二单向阀B的出口、所述贮液器4的入口分别与第一三通管a的三个管口相连通。

本实施例是应用在夏天空调季节的制冷、余热回收模式，第二电磁阀12开启，第一电磁阀13关闭，四通阀10换向，使过热冷媒热交换器11与翅片换热器2之间导通，压缩机15与干式蒸发器3之间导通，系统回路中的液体冷媒经过干式蒸发器3时，吸收空调机组水的热量(比如使水的进口温度12℃冷却为出口7℃)变为气态冷媒，进入压缩机15做功，输出的高压过热气态冷媒进入过热冷媒热交换器11内与水进行热交换(比如进口水温50℃出口温度55℃)来制得热水，余下的热量由翅片换热器2散发到外界空气中，经翅片换热器2冷却的过冷液态冷媒经过膨胀阀9减压后进入干式蒸发器3进行蒸发吸热循环。

实施例二：

如图1和图3，本实施例的循环结构与实施例一相同，不同之处在于，本实施例为制冷、全热回收模式(图3)，此时第二电磁阀12关闭，第一电磁阀13开启，四通阀10换向使压缩机15与干式蒸发器3之间导通，翅片换热器2不参与循环，冷媒在干式蒸发器3内吸收的空调机组冷冻水的热量全部在过热冷媒热交换器11内得到释放，用来制得温度更高的热水。

实施例三：

见图4，本实施例是在过渡季节(不需要空调和采暖的环境下)单独制热水模式，此时第一电磁阀13开启，第二电磁阀12关闭，节四通阀10换向使压缩机15与翅片换热器2之间导通，干式蒸发器3不参与循环，从压缩机15出来的高压过热冷媒进入过热冷媒热交换器11内释放热量，在单向阀的作用下，依次经过贮液器4、球阀8、干燥过滤器7、给液电磁阀6，通过膨胀阀9泄压后进入翅片换热器2，吸收外界空气的热量后流经汽液分离器14后进入压缩机15形成该模式热力循环回路。

实施例四：

见图5，本实施例是在冬季时的采暖、制热水模式，此时第一电磁阀13关闭，第二电磁阀12开启，四通阀10换向使压缩机15与翅片换热器2之间导通，干式蒸发器3与过热冷媒热交换器11之间导通，机组通过翅片换热器2吸收外界空气的热量，其中一部分热量通过过热冷媒热交换器11来制得50℃-60℃的热水，一部分热量通过干式蒸发器3向建筑物供热采暖，并根据建筑物供暖负荷和热水用量自动调节它们之间比例关系。

通过上述实施例的四种不同模式可以看出，一台全年候空气源热泵三用机组可以满足建筑物(如酒店)不同季节对空调制冷、供热采暖的动态需求，同时满足全年不同时段的热水动态需求，相比现有的空气源热泵热水机与余热回收空调制冷机组具有以下优点：

I、建筑物的空调制冷、供热采暖、全年热水实现动态调节，运行费用最低；

II、一台全年候空气源热泵三用机组实现空气源热泵热水机与余热回收空调制冷机组两种机组的组合功能，因此这种机组的初投资小、安装空间小、工程费用低、智能化程度高、管理便捷；

III、机组使用在酒店、医院、学校、洗浴中心，取代燃油/燃气锅炉，节能减排，运行费用仅为燃油/燃气锅炉的20％，是空气源热水机和余热回收空调制冷机组运行费用的50％。

Claims (5)

1.一种全年候空气源热泵三用机组，包括压缩机(15)、与外界空气产生热交换的翅片换热器(2)、冷媒蒸发与空调冷冻水进行换热的干式蒸发器(3)以及连接于所述翅片换热器(2)和干式蒸发器(3)之间的膨胀阀(9)，其特征在于：所述全年候空气源热泵三用机组还包括一过热冷媒热交换器(11)，所述过热冷媒热交换器(11)的一端连通压缩机(15)的出口端，另一端分为两路，一路连接至一贮液器(4)并且其管路上设置有第一电磁阀(13)，所述贮液器(4)设置在所述膨胀阀(9)入口前端，所述贮液器(4)、翅片换热器(2)、干式蒸发器(3)以及膨胀阀(9)出口之间的相互连接关系是通过由4个单向导流的单向阀和4个三通管组成的管路系统来实现，其具体连接方式为：膨胀阀(9)的出口、第三单向阀(C)和第四单向阀(D)的进口分别与第三三通管(c)的三个管口相连通，第三单向阀(C)出口、第一单向阀(A)入口、所述干式蒸发器(3)的出口分别与第二三通管(b)的三个管口相连通，第四单向阀(D)的出口、第二单向阀(B)的入口、所述翅片换热器(2)的出口分别与第四三通管(d)的三个管口相连通，第一单向阀(A)的出口、第二单向阀(B)的出口、所述贮液器(4)的入口分别与第一三通管(a)的三个管口相连通；另一路连接有一四通阀(10)并且其管路上设置有第二电磁阀(12)，所述四通阀(10)的另外三路分别连通至压缩机(15)的吸气端、翅片换热器(2)和干式蒸发器(3)。

2.根据权利要求1所述的全年候空气源热泵三用机组，其特征在于：在所述贮液器(4)和膨胀阀(9)之间设置有干燥过滤器(7)。

3.根据权利要求1所述的全年候空气源热泵三用机组，其特征在于：在所述压缩机(15)的吸气端安装有汽液分离器(14)，所述汽液分离器(14)的入口连通所述四通阀(10)。

4.根据权利要求1所述的全年候空气源热泵三用机组，其特征在于：在所述翅片换热器(2)上设置有轴流风机(1)。

5.一种全年候空气源热泵三用机组的运行方法，其特征在于：所述全年候空气源热泵三用机组包括压缩机(15)、与外界空气产生热交换的翅片换热器(2)、冷媒蒸发与空调冷冻水进行换热的干式蒸发器(3)以及连接于所述翅片换热器(2)和干式蒸发器(3)之间的膨胀阀(9)，其特征在于：所述全年候空气源热泵三用机组还包括一过热冷媒热交换器(11)，所述过热冷媒热交换器(11)的一端连通压缩机(15)的出口端，另一端分为两路，一路连接至一贮液器(4)并且其管路上设置有第一电磁阀(13)，所述贮液器(4)设置在所述膨胀阀(9)入口前端，所述贮液器(4)、翅片换热器(2)、干式蒸发器(3)以及膨胀阀(9)出口之间的相互连接关系是通过由4个单向导流的单向阀和4个三通管组成的管路系统来实现，其具体连接方式为：膨胀阀(9)的出口、第三单向阀(C)和第四单向阀(D)的进口分别与第三三通管(c)的三个管口相连通，第三单向阀(C)出口、第一单向阀(A)入口、所述干式蒸发器(3)的出口分别与第二三通管(b)的三个管口相连通，第四单向阀(D)的出口、第二单向阀(B)的入口、所述翅片换热器(2)的出口分别与第四三通管(d)的三个管口相连通，第一单向阀(A)的出口、第二单向阀(B)的出口、所述贮液器(4)的入口分别与第一三通管(a)的三个管口相连通；另一路连接有一四通阀(10)并且其管路上设置有第二电磁阀(12)，所述四通阀(10)的另外三路分别连通至压缩机(15)的吸气端、翅片换热器(2)和干式蒸发器(3)，

a：在夏天空调季节，机组制冷的同时利用建筑物的热量生产热水，同时根据热水量需求量可进行部分热量回收和全部热量回收；当进行部分热量回收时，第二电磁阀(12)开启，第一电磁阀(13)关闭，四通阀(10)换向，使过热冷媒热交换器(11)与翅片换热器(2)之间导通，压缩机(15)与干式蒸发器(3)之间导通；当进行全部热量回收时，第二电磁阀(12)关闭，第一电磁阀(13)开启，调节四通阀(10)使压缩机(15)与干式蒸发器(3)之间导通；

b：在过渡季节，机组生产热水的同时根据建筑物冷负荷的需求提供空调冷量，当建筑物无需冷量只需求热水时，机组自动切换为单制热水模式，第一电磁阀(13)开启，第二电磁阀(12)关闭，四通阀(10)换向，使压缩机(15)与翅片换热器(2)之间导通；

c：在冬季，机组向建筑物供热采暖的同时生产热水，第一电磁阀(13)关闭，第二电磁阀(12)开启，四通阀(10)换向，使压缩机(15)与翅片换热器(2)之间导通，干式蒸发器(3)与过热冷媒热交换器(11)之间导通。

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