CN101949617A - 同时制取水和空气的高效空气源热泵装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时制取水和空气的高效空气源热泵装置及方法，它主要由一台压缩机、四通阀、一个室外换热器、两个室内换热器、膨胀装置，单向阀，电磁阀组成，所述压缩机分别与室外换热器、室内换热器连接，两个室内换热器并联，室外换热器经膨胀装置后与室内换热器连接。该系统采用单机，同时制取一种温度的水和一种温度的空气，具有结构简单，性能可靠，运行效率高，负荷可调，节能的特点，适用于需要同时供应一种温度的水和一种温度的空气的场合，特别是辐射末端暖通空调系统。

Description

同时制取水和空气的高效空气源热泵装置及方法

技术领域

本发明涉及一种同时制取水和空气的高效空气源热泵装置，尤其是一种暖通空调技术领域的空气源热泵系统。

背景技术

20世纪70年代石油危机的出现，首次使人类产生较深的能源意识，并且随着世界经济的发展和人民生活水平的提高，人类对能源的需求量越来越大，能源对经济发展的推动力越来越强，能源问题一直是世界各国正在努力解决却仍未彻底解决的全球问题。要从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，节能是关键的也是目前最直接有效的重要措施。

在生活、生产中离不开水和空气，不同的方式生产出不同温度的水和空气，用于各种相应的场合。值得考虑的是如何以最小的能源代价来满足相同的需求。

以辐射末端空调系统为例，低温辐射供暖和制冷系统的供水系统是将PB(聚丁烯)管预埋在混凝土楼板里，或是采用毛细管的形式铺设在天棚、墙体，冬季以30℃～32℃的低温循环水供暖，夏季以18℃～20℃的循环水制冷。它具有设备负荷小，室内温度均匀，无噪声和风感，室内舒适度高，节约空间、美化居室的特点。

辐射系统对送风状态有较高的要求，不能出现结露的现象。辐射系统在运行期间不允许开窗，防止出现结露现象。人长时间处于封闭的空间容易产生缺氧等状况，舒适度不高，因此需要供应新风。

在新型辐射末端的暖通技术中，同时需要新风供应系统，就制冷工况而言，新风机组需要冷冻水供应温度在7℃左右，以满足对空气的除湿要求；而为了避免表面结露，辐射末端需要的冷冻水为18℃～20℃左右。目前工程上所采取的措施为：1、针对新风和辐射术端采用分别安装两套不同机组的方法，来满足两种不同温度循环水的要求。这种方法存在造价高、两部分负荷比例不可调、COP(能效比)低等方面的缺陷。2、采用一套机组直接生产处理新风所需温度的循环水，本发明的目的是提供一种双功能空气源热泵系统，采用纯工质，实现一机同时生产一种温度的水和直接处理新风，解决现有技术存在的造价高、能量损失、新风和辐射负荷比例不可调、COP(能效比)低等方面的缺陷。温度要求。这种方法存在中间换热能量损失、COP(能效比)低等方面的缺陷。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种同时制取水和空气的高效空气源热泵装置，该装置采用纯工质，同时生产一种温度的水和直接处理新风，解决现有技术存在的造价高、能量损失、新风和辐射负荷比例不可调、COP(能效比)低等方面的缺陷。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明高效空气源热泵装置包括压缩机、四通阀、室外换热器、气液分离器、干燥器、储液罐、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第六单向阀、第七单向阀、第八单向阀、第一膨胀装置、第二膨胀装置、第三膨胀装置、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、并联设置的第一室内换热器和第二室内换热器；第一室内换热器和第二室内换热器分别用于直接生产所需温度的水和所需温度的空气；具体连接如下：

第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第八单向阀、第二电磁阀、第二膨胀装置、第六单向阀、第五单向阀、第四单向阀、第三电磁阀、第三膨胀装置、第一单向阀顺序连接形成一个环路；

储液罐、干燥器串联连接后，储液罐的输入端接第二单向阀与第三单向阀之间，干燥器的输出端接第四单向阀与第三电磁阀之间；

第七单向阀、第一电磁阀、第一膨胀装置顺序串联后，第七单向阀的另一端接第三单向阀与第八单向阀之间，第一膨胀装置的另一端接第五单向阀与第六单向阀之间；第三单向阀出口与第四单向阀的进口之间直接连通；

四通阀的第一输入端接第一室内换热器和第二室内换热器的共同输出端，第一室内换热器的另一端接第五单向阀与第六单向阀之间；第二室内换热器的另一端接第六单向阀与第二膨胀装置之间；四通阀的第一输出端、气液分离器、压缩机、第二输入端顺序连接形成第二个环路；四通阀的第二输出端接室外换热器的输入端，室外换热器的输出端接第一单向阀与第二单向阀之间。

本发明同时制取水和空气的高效空气源热泵装置制冷剂循环过程为：

制冷工况时：第一电磁阀和第二电磁阀开启，第三电磁阀关闭；从压缩机出来的制冷剂经过四通阀的第二输入端、第二输出端进入室外换热器(此工况下为冷凝器)；经过室外换热器冷凝后出来的制冷剂流经第一单向阀；由于第三单向阀的作用，制冷剂流经储液罐、干燥器；从干燥器出来的制冷剂流经第四单向阀；由于第五单向阀与第六单向阀的作用，流经第四单向阀的制冷剂分为两路：一路经第七单向阀、第一电磁阀和第一膨胀装置进入第一室内换热器，另一路经第八单向阀、第二电磁阀和第二膨胀装置进入第二室内换热器(此工况下室内换热器为蒸发器)；制冷剂在第一室内换热器和第二室内换热器中蒸发后汇合，流经四通阀的第一输入端、第一输出端进入气液分离器；气液分离器出来的制冷剂被吸进压缩机重新压缩。

制热工况时：第一电磁阀和第二电磁阀关闭，第三电磁阀开启；从压缩机出来的制冷剂经过四通阀的第二输入端，四通阀的第二输出端分为两路分别进入第一室内换热器和第二室内换热器此工况下室内换热器为冷凝器)；经第二室内换热器冷凝的制冷剂流经第六单向阀与从第一室内换热器出来的经过冷凝的制冷剂汇合，在第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀的共同作用下，从室内换热器出来的制冷剂流经第五单向阀、第三单向阀、储液罐、干燥器、第三电磁阀，第三膨胀装置和第一单向阀进入室外换热器(此工况下为蒸发器)；制冷剂蒸发后经四通阀的第一输入端、第一输出端进入气液分离器；输出端经第六单向阀与第一室内换热器的输出端相连；第一室内换热器的输出端经第五单向阀、第三单向阀与储液罐的输入端相连，储液罐的输出端连接干燥器的输入端，干燥器的输出端经过串联的第三电磁阀，第三膨胀装置和第一单向阀与第一室外换热器的输入端相连，第一室外换热器的输出端与四通阀的第一输入端相连，四通阀的第一输出端接气液分离器的输入端，气液分离器出来的制冷剂被吸进压缩机重新压缩。

压缩机采用变频压缩机和数码涡旋压缩机来实现负荷可调以及机组的连续运行。第一室内换热器和第二室内换热器使用板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器；第一膨胀装置、第二膨胀装置、第三膨胀装置使用热力膨胀阀、毛细管、手动膨胀阀或电子膨胀阀。

在负荷需求较大时，可以采用两个或多个如权利要求书1所述的双功能空气源热泵系统共同使用，形成双机头或多机头。实现方法是：水环路和空气环路中的水和空气分别分为两路或者多路进入各自的室内换热器，换热之后又各自汇合成一路用于处理室内负荷。

有益效果：

1、本发明使用两个室内换热器并联，用来制取一种温度的水和直接处理新风，相较于使用两套机组(一套生产末端循环水，另一套处理新风)，实现了两种功能的一体化。具有系统简单、造价低的特点，同时可以实现两部分的负荷比例可调，操作更为灵活。

2、本发明使用一个室内换热器直接处理新风，就制冷工况而言，相较于独立新风供应系统制取7℃左右的冷冻水对新风进行处理，明显提高了蒸发温度，使系统的能效比得到提高；就制热工况而言，相较于独立新风供应系统制取45℃左右的冷却水对新风进行处理，明显降低了冷凝温度，使系统的能效比得到提高。

3、本发明采用两个室内换热器并联，用于直接生产要求温度的水和直接处理新风，就制冷工况而言，相较于制取7℃左右的冷冻水，用其对新风进行处理和通过中间换热器换热得到需要的末端水温18℃，减少了能量损失，同时也提高了系统的效率；就制热工况而言，相较于制取45℃左右的冷却水，用其对新风进行处理和通过中间换热器换热得到需要的末端水温32℃，减少了中间换热的能量损失，同时也提高了系统的效率。

附图说明

图1为热泵系统循环原理图。其中有：压缩机1、室外换热器2、第一室内换热器3、第二室内换热器4、四通阀5、气液分离器6、储液罐7、干燥器8、第一单向阀9、第二单向阀10、第三单向阀11、第四单向阀12、第五单向阀13、第六单向阀14、第七单向阀15、第八单向阀16、第一膨胀装置17、第二膨胀装置18、第三膨胀装置19、第一电磁阀20、第二电磁阀21、第三电磁阀22。

具体实施方式

本发明提供的同时制取水和空气的高效空气源热泵装置包括压缩机、四通阀、一个室外换热器、两个室内换热器、膨胀装置，单向阀，气液分离器，干燥器，储液罐；四通阀实现制冷制热工况的切换；压缩机与室外换热器相连；室外换热器经单向阀、储液罐、干燥器与室内换热器相连；两个室内换热器并联，制冷剂分为两路分别进入两个室内换热器，分别用于直接制取一种温度的水和一种温度的空气。

本发明公开的同时制取水和空气的高效空气源热泵装置，就制冷工况而言，使用压缩机对制冷剂进行压缩，从压缩机出来的制冷剂进入室外换热器，制冷剂从室外换热器出来经过单向阀、储液罐、干燥器分为两路进入并联着的两个室内换热器，用于制取一种温度的冷冻水和直接处理新风。两个室内换热器采用同一蒸发温度，从室内换热器出来的两部分低温低压的制冷剂混合经气液分离器后进入压缩机被重新压缩，进行下一循环。就制热工况而言，使用压缩机对制冷剂进行压缩，产生的高温高压的制冷剂进入并联的两个室内换热器，两个室内换热器采用同一冷凝温度，用于制取一种温度的冷却水和直接处理新风。制冷剂从室内换热器出来经过单向阀、储液罐、干燥器进入室外换热器。从室外换热器出来的制冷剂经气液分离器后进入压缩机被重新压缩，进行下一循环。

本发明的特点还在于，可以采用变频压缩机和数码涡旋压缩机来实现负荷可调以及机组的连续运行；在负荷需求较大时，可以采用两个或多个如上所述的空气源双温度热泵系统并联使用，形成双机头或多机头。实现方法是：水环路和空气环路中的水和空气分别分为两路或者多路进入各自的室内换热器，换热之后又各自汇合成一路用于处理室内负荷。

本发明中，制冷剂-水室内换热器可以使用但不限于以下形式：板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器；膨胀装置可以使用但不限于以下形式：热力膨胀阀、毛细管、手动膨胀阀或电子膨胀阀。

本发明适用于需要得到一种温度的水和一种温度的空气的场合，尤其是辐射末端空调系统。

下面结合附图对本发明做进一步说明。

就制冷工况而言，制冷剂由压缩机1的输出端进入室外换热器2，在其中冷凝成液体，经过储液罐7、干燥器8和单向阀12后分为两路：一路经过第七单向阀15，第一电磁阀20和第一膨胀装置17进入室内换热器3，制取一种温度的水；另一路经过第八单向阀16，第二电磁阀21和第二膨胀装置18进入室内换热器4，用于直接处理新风。

第一室内换热器3和第二室内换热器4并联，第一室内换热器3和第二室内换热器4的输出端接四通阀5的第一输入端5a，四通阀5的第一输出端5b连接气液分离器6的输入端，气液分离器6的输出端连接压缩机1的输入端，压缩机1的输出端接四通阀5的第二输入端5d，四通阀5的第二输出端5c与室外换热器2的输入端相通。气相制冷剂经气液分离器6后进入压缩机1，被重新压缩后，流经四通阀5的第二输入端5d、第二输出端5c又进入室外换热器2。

制冷工况，两个蒸发器取相同的蒸发温度10℃左右，第一室内换热器3用于制取18℃的水；第二室内换热器4用于直接处理新风，制取15℃左右的空气送入室内。这样，有助于系统的简化，减少了初投资；同时，相较于制取7℃的冷冻水来处理新风和通过中间换热器换热的方法来制取18℃的水，提高了蒸发温度，减少了中间换热的能量损失，在冷凝温度一定的情况下提高了系统的效率30％左右。

就制热工况而言，压缩机1的输出端连接第一室内换热器3和第二室内换热器4(此工况下为冷凝器)的输入端，第一室内换热器3和第二室内换热器4并联，从压缩机1出来的制冷剂分为两路：一路进入第一室内换热器3，用于制取一种温度的水；另一路进入第二室内换热器4，用于直接处理新风；

第二室内换热器4的输出端经单向阀14与第一室内换热器3的输出端相连，制冷剂在第一室内换热器3和第二室内换热器4中冷凝，经第五单向阀13、和第三单向阀11、进入储液罐7，储液罐7的输出端连接干燥器8的输入端，制冷剂流经干燥器8经过电磁阀22，第三膨胀装置19和第一单向阀10进入室外换热器2(此工况下为蒸发器)，室外换热器2的输出端与四通阀5的第一输入端5c相连，四通阀5的第一输出端5b接气液分离器6的输入端，气液分离器6的输出端与压缩机1的输入端相通，压缩机1的输出端接四通阀5的第二输入端5d，四通阀5的第二输出端5a与第一室内换热器3、第二室内换热器4的共同输入端相通。

气相制冷剂经四通阀5的第一输入端5c、第一输出端5b和气液分离器6后进入压缩机1，被重新压缩后，流经四通阀5的第二输入端5d、第二输出端5a又进入第一室内换热器3和第二室内换热器4。

制热工况，两个冷凝器可以取相同的冷凝温度35℃左右，第一室内换热器3用于制取32℃的水；第二室内换热器4用于直接处理新风，制取20℃左右的空气送入室内。相较于制取45℃的水来处理新风和通过中间换热器换热的方法来制取32℃的水，降低了冷凝温度，减少了中间换热的能量损失，在蒸发温度一定的情况下提高了系统的效率40％左右。

Claims (6)

1.一种同时制取水和空气的空气源热泵装置，其特征在于，该装置包括压缩机(1)、四通阀(5)、室外换热器(2)、气液分离器(6)、干燥器(8)、储液罐(7)、第一单向阀(9)、第二单向阀(10)、第三单向阀(11)、第四单向阀(12)、第五单向阀(13)、第六单向阀(14)、第七单向阀(15)、第八单向阀(16)、第一膨胀装置(17)、第二膨胀装置(18)、第三膨胀装置(19)、第一电磁阀(20)、第二电磁阀(21)、第三电磁阀(22)、并联设置的第一室内换热器(3)和第二室内换热器(4)；第一室内换热器(3)和第二室内换热器(4)分别用于直接生产所需温度的水和所需温度的空气；具体连接如下：

第一单向阀(9)、第二单向阀(10)、第三单向阀(11)、第八单向阀(16)、第二电磁阀(21)、第二膨胀装置(18)、第六单向阀(14)、第五单向阀(13)、第四单向阀(12)、第三电磁阀(22)、第三膨胀装置(19)、第一单向阀(9)顺序连接形成一个环路；

储液罐(7)、干燥器(8)串联连接后，储液罐(7)的输入端接第二单向阀(10)与第三单向阀(11)之间，干燥器(8)的输出端接第四单向阀(12)与第三电磁阀(22)之间；

第七单向阀(15)、第一电磁阀(20)、第一膨胀装置(17)顺序串联后，第七单向阀(15)的另一端接第三单向阀(11)与第八单向阀(16)之间，第一膨胀装置(17)的另一端接第五单向阀(13)与第六单向阀(14)之间；

第三单向阀(11)出口与第四单向阀(12)的进口之间直接连通；

四通阀(5)的第一输入端(5a)接第一室内换热器(3)和第二室内换热器(4)的共同输出端，第一室内换热器(3)的另一端接第五单向阀(13)与第六单向阀(14)之间；第二室内换热器(4)的另一端接第六单向阀(14)与第二膨胀装置(18)之间；四通阀(5)的第一输出端(5b)、气液分离器(6)、压缩机(1)、第二输入端(5d)顺序连接形成第二个环路；四通阀(5)的第二输出端(5c)接室外换热器(2)的输入端，室外换热器(2)的输出端接第一单向阀(9)与第二单向阀(10)之间。

2.根据权利要求1所述的同时制取水和空气的高效空气源热泵装置，其特征在于：第一室内换热器(3)和第二室内换热器(4)使用板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器；

3.根据权利要求1所述的同时制取水和空气的高效空气源热泵装置，其特征在于：第一膨胀装置(17)、第二膨胀装置(18)、第三膨胀装置(19)使用热力膨胀阀、毛细管、手动膨胀阀或电子膨胀阀。

4.一种如权利要求1所述的高效空气源热泵装置的同时制取水和空气的方法，其制冷剂循环过程为：

制冷工况时：第一电磁阀(20)和第二电磁阀(21)开启，第三电磁阀(22)关闭；从压缩机(1)出来的制冷剂经过四通阀(5)的第二输入端(5d)、第二输出端(5c)进入室外换热器(2)(此工况下为冷凝器)；经过室外换热器(2)冷凝后出来的制冷剂流经第一单向阀(10)；由于第三单向阀(11)的作用，制冷剂流经储液罐(7)、干燥器(8)；从干燥器(8)出来的制冷剂流经第四单向阀(12)；由于第五单向阀(13)与第六单向阀(14)的作用，流经第四单向阀(12)的制冷剂分为两路：一路经第七单向阀(15)、第一电磁阀(20)和第一膨胀装置(17)进入第一室内换热器(3)，另一路经第八单向阀(16)、第二电磁阀(21)和第二膨胀装置(18)进入第二室内换热器(4)(此工况下室内换热器为蒸发器)；制冷剂在第一室内换热器(3)和第二室内换热器(4)中蒸发后汇合，流经四通阀(5)的第一输入端(5a)、第一输出端(5b)进入气液分离器(6)；气液分离器(6)出来的制冷剂被吸进压缩机(1)重新压缩。

制热工况时：第一电磁阀(20)和第二电磁阀(21)关闭，第三电磁阀(22)开启；从压缩机(1)出来的制冷剂经过四通阀(5)的第二输入端(5d)，四通阀(5)的第二输出端(5a)分为两路分别进入第一室内换热器(3)和第二室内换热器(4)(此工况下室内换热器为冷凝器)；经第二室内换热器(4)冷凝的制冷剂流经第六单向阀(14)与从第一室内换热器(3)出来的经过冷凝的制冷剂汇合，在第二单向阀(10)、第三单向阀(11)、第四单向阀(12)、第五单向阀(13)的共同作用下，从室内换热器出来的制冷剂流经第五单向阀(13)、第三单向阀(11)、储液罐(7)、干燥器(8)、第三电磁阀(22)，第三膨胀装置(19)和第一单向阀(9)进入室外换热器(2)(此工况下为蒸发器)；制冷剂蒸发后经四通阀(5)的第一输入端(5c)、、第一输出端(5b)进入气液分离器(6)；输出端经第六单向阀(14)与第一室内换热器(3)的输出端相连；第一室内换热器(3)的输出端经第五单向阀(13)、第三单向阀(11)与储液罐(7)的输入端相连，储液罐(7)的输出端连接干燥器(8)的输入端，干燥器(8)的输出端经过串联的第三电磁阀(22)，第三膨胀装置(19)和第一单向阀(9)与第一室外换热器(2)的输入端相连，第一室外换热器(2)的输出端与四通阀(5)的第一输入端(5c)相连，四通阀(5)的第一输出端(5b)接气液分离器(6)的输入端，气液分离器(6)出来的制冷剂被吸进压缩机(1)重新压缩。

5.根据权利要求4所述的空气源热泵装置的同时制取水和空气的方法，其特征在于：压缩机(1)采用变频压缩机和数码涡旋压缩机来实现负荷可调以及机组的连续运行。

6.根据权利要求4所述的空气源热泵装置的同时制取水和空气的方法，其特征在于：在负荷需求较大时，采用两个或多个如权利要求书1所述的空气源热泵装置共同使用，形成双机头或多机头，实现方法是：水环路和空气环路中的水和空气分别分为两路或者多路进入各自的室内换热器，换热之后又各自汇合成一路用于处理室内负荷。

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