CN101957061A - 带经济器的准二级压缩超低温空气源热泵热水机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带经济器的准二级压缩超低温空气源热泵热水机，主要由补气增焓压缩机、风冷蒸发器、水侧换热器、气液分离器、经济器、四通阀、电子膨胀阀、干燥过滤器、储液器、电磁阀、热力膨胀阀和单向阀构成，其特征在于：采用准二级压缩技术；优化蒸发器结构；扩大蒸发器翅片间距；采用反向除霜技术。系统性能测试试验以及工程实践表明，本发明在0℃环境温度下能将能效比提高10%，在-5℃环境温度下能提高15%，在-10℃环境温度下能提高近30%，而且在-15℃的超低温环境下亦能正常运转制取热水。在环境温度为2℃～-2℃容易结霜的温度范围内，系统除霜迅速、均匀、彻底，可有效解决南方湿冷地区冬季结霜问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种节能采暖设备，尤其涉及一种带经济器的准二级压缩超低温空气源热泵热水机。
背景技术
空气源热泵热水机以空气作为热源，以制冷剂为冷媒，主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀、四通阀、风冷蒸发器、气液分离器等部件组成，压缩机从风冷蒸发器中吸入低温低压气态制冷剂，通过做功将其压缩成高温高压气态制冷剂，再进入冷凝器与水进行热交换后被冷凝成低温液态制冷剂，水吸收释放出的热量而温度不断上升。被冷凝的高压低温液体经膨胀阀节流降压后，在风冷蒸发器中通过风机的作用吸收周围空气热量从而蒸发成低压气体后被吸入压缩机中压缩，如此经过反复循环持续制取热水。
热泵采暖是一种非常节能的技术，尤其是空气源热泵技术，它可从大气环境中汲取丰富的低品位能量而且其使用起来非常便利，因此空气源热泵成为了热泵诸多形式中应用最为广泛的一种。但是在低温环境下，传统的空气源热泵系统存在以下技术难点：
（1）传统空气源热泵系统的制热量随着室外环境温度的下降而迅速下降，而使用者的需热量却随着室外环境温度的下降而迅速上升。当室外温度很低时，系统的制热量将小到无法满足这些地区的冬季采暖需求，甚至系统无法正常运转。
（2）随着室外环境温度的降低，压缩机的压力比会越来越大，将导致机组制热COP急剧下降，制热效果不理想。
（3）压缩机排气温度不断升高，压缩机功耗增大，影响压缩机的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种带经济器的准二级压缩超低温空气源热泵系统，相对于传统的空气源热泵热水机，本发明可以使系统制热量增大，性能系数大大提高。
本发明的技术方案是以下述方法实现的，
一种带经济器的准二级压缩超低温空气源热泵热水机，主要由压缩机、风冷蒸发器、水侧换热器、气液分离器、四通阀、电子膨胀阀、干燥过滤器、储液器、电磁阀、热力膨胀阀和单向阀构成，其特征在于：热水机中设有经济器，压缩机为补气增焓压缩机。
进一步，风冷蒸发器设计为V型，风冷蒸发器排管数量为三排管。
进一步，风冷蒸发器的翅片选用亲水铝铂。
进一步，采用旁通反向除霜技术，当翅片结霜时系统自动将压缩机排出的高温冷媒旁通至风冷蒸发器中，实现自动除霜，可有效解决南方湿冷地区的冬季结霜问题。
通过扩大风冷蒸发器面积、加大翅片间距、增大风量等措施来降低结霜量、减少除霜时间，确保系统在湿冷环境中高效运行。
所述热水机采用准二级压缩技术，增设了经济器，以此提高制冷剂过冷度，增加了系统吸收空气中低品位热量的能力；压缩机选用补气增焓压缩机，当环境温度低于0℃时系统自动进入补气增焓工况，增加冷凝侧冷媒流量，使其能在低温、超低温环境中正常运转制热。
风冷蒸发器为V型，风冷蒸发器排管至少为三排，风冷蒸发器换热面积比传统的增大至少20%，这减少了风冷蒸发器侧空气换热温差，降低了冬季制热时对蒸发温度的要求，从而强化了蒸发换热效果。
风冷蒸发器的翅片选用亲水铝铂，保证翅片总换热面积不减少的同时加大翅片间隔宽度，使系统在同等室外温度及湿度条件下不会结霜或减少结霜量，因而减少了除霜次数与除霜时间，提高了系统抗结霜的能力。
采用旁通反向除霜技术，当翅片结霜时系统自动将压缩机排出的高温冷媒旁通至风冷蒸发器中，实现自动除霜，可有效解决南方湿冷地区的冬季结霜问题。
本发明技术方案的积极效果是：
系统性能测试试验以及工程实践表明，相比于未采用准二级压缩技术的空气源热泵热水机，可以保证在冬季寒冷环境中（-10℃左右）正常运转制热，而且可以在南方易结霜的湿冷地区实现良好除霜并保证制热效果的空气源热泵热水机。本发明在0℃环境温度下能将能效比提高10%，在-5℃环境温度下能提高15%，在-10℃环境温度下能提高近30%，而且在-15℃的超低温环境下亦能正常运转制取热水。此外，在环境温度为2℃～-2℃容易结霜的温度范围内，系统除霜迅速、均匀、彻底，可有效解决南方湿冷地区的冬季结霜问题。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
由图1可以看出，本带经济器的准二级压缩超低温空气源热泵热水机，主要由压缩机1、风冷蒸发器2、水侧换热器3、气液分离器4、经济器5、四通阀6、电子膨胀阀7、干燥过滤器8、储液器9、电磁阀10、热力膨胀阀11和单向阀12构成，利用制冷剂作冷媒，消耗少量高品位电能吸收空气中低品位热能制取生活热水，具体连接方式为：根据制冷剂的流向，压缩机1的排气管与水侧套管换热器 3相接，后接储液器9，储液器9的出液管接干燥过滤器8，后接四通阀6。四通阀6后系统分成主回路和辅回路。其中主回路的连接方式为：四通阀6的第一接管与单向阀12连接，后接电子膨胀阀7，风冷蒸发器2的出口与气液分离器4的入口相接，气液分离器4的出口与压缩机1的吸气口相接形成循环主回路。辅回路的连接方式为：四通阀6的第二接管后分为两条支路，其中一条支路直接接入经济器5，从经济器5同侧出口出来后接单向阀，并在主回路的单向阀12与电子膨胀阀7间回到主回路。另一条支路，四通阀6的第二接管后接热力膨胀阀11，再接入经济器5，从经济器同侧出口出来后直接回到压缩机补气口1。旁通回路的连接方式为：在压缩机1的排气口与水侧套管换热器3之间引出旁通回路，该回路直接与风冷蒸发器2进口相连，风冷蒸发器2的出口接上气液分离器4的入口，而气液分离器4的出口与压缩机1的吸气口相连形成旁通回路。整个系统各部件之间用铜管连接。
由图1还可以看出，所述热水机采用准二级压缩技术。热泵系统中增设了经济器5，以此提高制冷剂过冷度，增加了系统吸收空气中低品位热量的能力；压缩机1选用补气增焓压缩机，当环境温度低于0℃时系统自动进入补气增焓工况，增加冷凝侧冷媒流量，使其能在低温、超低温环境中正常运转制热。
由图1还可以看出，风冷蒸发器2为V型，增大轴流风机并增加风冷蒸发器2的排管数量，由传统的两排管改为三排管，风冷蒸发器2换热面积比传统的增大20%，这减少了风冷蒸发器2侧空气换热温差，降低了冬季制热时对蒸发温度的要求，从而强化了蒸发换热效果。
由图1还可以看出，选用亲水铝铂，保证翅片总换热面积不减少的同时加大翅片间隔宽度，使系统在同等室外温度及湿度条件下不会结霜或减少结霜量，因而减少了除霜次数与除霜时间，提高了系统抗结霜的能力。
由图1还可以看出，本带经济器的准二级压缩超低温空气源热泵热水机采用旁通反向除霜技术，当翅片结霜时系统自动将压缩机排出的高温冷媒旁通至风冷蒸发器2中，实现自动除霜，可有效解决南方湿冷地区的冬季结霜问题。
（1）普通制热工况冷媒流程
系统正常制取热水时电磁阀10关闭，冷媒的流程为：压缩机1的吸气口吸入来自气液分离器4内的低温低压气态制冷剂，并将其压缩成高温高压气态制冷剂后，由压缩机排气口送入水侧换热器3内与需要加热的水进行热交换，换热后制冷剂液化进入储液器9内，经干燥过滤器8的干燥过滤后，制冷剂先后进入四通阀6、单向阀12，再经电子膨胀阀7节流降压后进入风冷蒸发器2内吸收翅片外空气的热量蒸发成制冷剂蒸汽，进入气液分离器4内进行气液分离后由压缩机吸入口进入，再进行下一阶段的循环。
（2）补气增焓工况冷媒流程
当环境温度低于0℃时，系统进入补气增焓工况，冷媒的流程为：压缩机1的吸气口吸入来自气液分离器4内的低温低压气态制冷剂，并将其压缩成高温高压气态制冷剂后，由压缩机排气口送入水侧换热器3内与需要加热的水进行热交换，换热后制冷剂液化进入储液器9内，经干燥过滤器8的干燥过滤后，进入四通阀6，从四通阀6出来的制冷剂液体分为两部分:大部分制冷剂按照普通制热工况的冷媒流程流动；另有少部分制冷剂（总制冷剂量的5%～10%）从四通阀6出来后再分成两部分：一部分直接进入经济器5内，另一部分经热力膨胀阀11节流到中间某一压力后进入经济器5。这两部分制冷剂在经济器5中进行热交换，前一部分制冷剂得到进一步过冷后回到电子膨胀阀7最终被压缩机吸气口吸入；后一部分制冷剂在经济器5内换热汽化后被压缩机补气口吸入。
（3）旁通化霜工况冷媒流程
当蒸发器表面翅片开始结霜时电磁阀10打开，系统进入旁通化霜工况，冷媒的流程为:压缩机1的吸气口吸入来自气液分离器4内的低温低压气态制冷剂，并将其压缩成高温高压气态制冷剂从排气口压出后分成两路：大部分高温制冷剂经过电磁阀10进入风冷蒸发器2内进行化霜，换热降压后的制冷剂蒸汽在气液分离器4内进行气液分离后由压缩机吸入口进入压缩机1内；另一部分少量制冷剂则根据系统设置可按照普通制热工况的冷媒流程流动，也可按照补气增焓工况冷媒的流程流动。
Claims (4)
1.一种带经济器的准二级压缩超低温空气源热泵热水机，主要由压缩机、风冷蒸发器、水侧换热器、气液分离器、四通阀、电子膨胀阀、干燥过滤器、储液器、电磁阀、热力膨胀阀和单向阀构成，其特征在于：热水机中设有经济器，压缩机为补气增焓压缩机。
2.根据权利要求1所述的带经济器的准二级压缩超低温空气源热泵热水机，其特征在于：风冷蒸发器为V型，风冷蒸发器排管数量为三排管。
3.根据权利要求1所述的带经济器的准二级压缩超低温空气源热泵热水机，其特征在于：风冷蒸发器的翅片选用亲水铝铂。
4.根据权利要求1所述的带经济器的准二级压缩超低温空气源热泵热水机，其特征在于：采用旁通反向除霜技术，当翅片结霜时系统自动将压缩机排出的高温冷媒旁通至风冷蒸发器中，实现自动除霜，可有效解决南方湿冷地区的冬季结霜问题。
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