CN102095233A - 同时制取水和空气的空气源热泵装置 - Google Patents

Abstract

一种同时制取水和空气的空气源热泵装置，包括新风制冷剂循环回路，该回路包括通过管路依次连接的第一压缩机、第一四通阀、第一室外换热器、第一制冷剂流向控制装置、第一电磁阀、第二电磁阀、新风换热器、第三电磁阀；还包括辐射制冷剂循环回路，该回路包括通过管路依次连接的第二压缩机、第二四通阀、第二室外换热器、第二制冷剂流量控制装置、第二制冷剂流量调节器、第九电磁阀、辐射载冷剂换热器、第一制冷剂流量调节器、第六电磁阀。本发明可同时制取一种温度的水和一种温度的空气，可以根据空气负荷和湿度负荷的变化，及时调整制冷剂在两个环路中的流量，实现负荷可调，特别适用于辐射末端暖通空调系统。

Description

同时制取水和空气的空气源热泵装置

技术领域

本发明涉及一种暖通空调技术的空气源热泵系统技术领域，特别是一种同时制取水和空气的空气源热泵装置。

背景技术

人体与周围冷或热表面之间的辐射换热是影响人体冷热感觉的重要因素之一，在夏季适当提高室内空气温度和降低壁面平均辐射温度、在冬季适当降低室内空气温度和提高壁面平均辐射温度，可以使人有比较满意的热感觉，并且可以取得一定的节能效果。目前，辐射末端制冷(采暖)配合新风处理的空调系统正逐渐得到研究和应用。

辐射末端只能承担室内显热负荷，需要新风供应系统来承担室内湿负荷以及保证室内空气品质。就制冷工况而言，新风机组需要冷冻水供应温度在5℃～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16℃～18℃左右。为满足用户对这两种温度的需求，目前工程上采取的办法有：一是安装两套热泵机组分别承担辐射和新风负荷，但此方法造价高昂、机组之间相互独立运行、不能协调处理两个不同负荷，两台机组也难以实现集成控制。二是采用一套机组首先制取一种温度的冷媒水，然后再用冷媒水制取所需温度的空气和循环水，这种方法虽然可以根据新风和辐射的负荷进行调节，但存在二次换热，增大了能量的损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时制取水和空气的空气源热泵装置，该装置可利用制冷剂在不同压力下蒸发或者冷凝，来直接制取所需温度的水和空气，可在制取一种温度的水的同时直接处理新风，且新风和辐射负荷比例可以调节，从而降低能量损失。

本发明所述同时制取水和空气的空气源热泵装置包括：

新风制冷剂循环回路，包括通过管路依次连接的第一压缩机、第一四通阀、第一室外换热器、第一制冷剂流向控制装置、第一电磁阀、第二电磁阀、新风换热器、第三电磁阀；第一四通阀的4个接口分别连接第一压缩机的出口、第一压缩机的入口、第一室外换热器和新风换热器；前述第一电磁阀与新风换热器之间还设有与第二电磁阀并联的第一减压装置；

辐射制冷剂循环回路，包括通过管路依次连接的第二压缩机、第二四通阀、第二室外换热器、第二制冷剂流量控制装置、第二制冷剂流量调节器、第九电磁阀、辐射载冷剂换热器、第一制冷剂流量调节器、第六电磁阀，第二四通阀的4个接口分别连接第二压缩机的出口、第二压缩机的入口、辐射载冷剂换热器和第二室外换热器；前述第二压缩机与第一制冷剂流量调节器之间设有与第六电磁阀并联的第二减压装置，该第二减压装置同时通过管路与新风制冷剂循环回路中的新风换热器相连通；前述第二冷剂流向控制装置与辐射载冷剂换热器之间接有与第二制冷剂流量调节器及第九电磁阀并联的第三减压装置；前述新风制冷剂循环回路中的第二制冷剂流量调节器还通过管路与新风制冷剂循环回路中第一减压装置相连通。

上述第一制冷剂流向控制装置由顺次连接的第一制冷剂流向控制器、第一储液器、第一膨胀器和第二制冷剂流向控制器组成；第一制冷剂流向控制器有两个进口，分别与第一室外换热器和第一电磁阀相连通；第二制冷剂流向控制器有两个出口，分别与第一室外换热器和第一电磁阀相连通。

上述第二制冷剂流向控制装置由顺次连接的第三制冷剂流向控制器、第二储液器、第二膨胀器和第四制冷剂流向控制器组成；第三制冷剂流向控制器有两个进口，一个与第二室外换热器相连通，另一个同时与第二制冷剂流量调节器及第二减压装置相连通；第四制冷剂流向控制器有两个出口，一个与第二室外换热器相连通，另一个同时与第二制冷剂流量调节器及第二减压装置相连通。

上述第一减压装置由第四电磁阀、第五电磁阀及第一减压器依次串接而成；第二制冷剂流量调节器通过管路与第一减压装置相连通的位置设在第四电磁阀和第五电磁阀之间。

上述第二减压装置由第七电磁阀、第二减压器及第八电磁阀依次串接而成；新风制冷剂循环回路中的新风换热器通过管路与第二减压装置相连通的位置设在第二减压器及第八电磁阀之间。

上述第三减压装置由第三减压器及第十电磁阀依次串接而成。

本发明的新风制冷剂循环回路和辐射制冷剂循环回路采用相同的制冷剂。

辐射制冷剂循环回路采用的辐射载冷剂换热器为板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器中的一种。

第一制冷剂流向控制装置所采用的第一膨胀器和第二制冷剂流向控制装置所采用的第一膨胀器选自热力膨胀阀、毛细管、手动膨胀阀或电子膨胀阀中的一种。

本发明的有益效果如下：

1、本发明采用制冷剂在不同压力下蒸发或者冷凝，来直接制取所需温度的水和空气，与使用两套机组分别制取水和空气的方法相比，本发明实现了两种功能的一体化。具有造价低、便于集成控制、可靠性高等特点。

2、本发明使用新风换热器来直接处理新风，用辐射载冷剂换热器直接制取所需温度的循环水，与制取冷媒水后进行二次换热来获取所需温度的水和空气的方法相比，避免了二次换热所造成的能量损失。就制冷工况而言，在新风换热器中直接制取10℃左右的空气送入室内，在辐射载冷剂换热器内直接制取18℃的水；与制取5℃～7℃的冷冻水来获取所需温度的新风和水的方式相比，提高了蒸发温度，减少了中间换热的能量损失。就制热工况而言，在新风换热器中直接制取21℃左右的空气，在辐射载冷剂换热器内直接制取32℃左右的水；与制取45℃的水来获取所需温度的新风和水的方式相比，降低了冷凝温度，减少了中间换热的能量损失。

3、本发明的新风制冷剂循环回路和辐射制冷剂循环回路通过三个减压装置相连通，实现了能量可调，提高了系统运行的可靠性。当空气负荷增大时，制冷模式下通过调节第二制冷剂流量调节器、制热模式下通过调节第一制冷剂流量调节器，来增大新风换热器内制冷剂的流量，以达到满足新风负荷的要求，实现负荷可调。

4、本发明在第一压缩机不能运行或房间负荷较小时，可只运行第二压缩机来满足或者部分满足用户需求，增大系统的可靠性。同时也增大了新风的最大制冷负荷，能够最大程度的避免房间内因湿度过大而发生结露的现象。

5、构成本发明的所有部件如减压器、制冷剂流通调节器等均为现有技术中的成熟技术，易于实施。

附图说明

图1为本发明的结构示意框图；

图2为本发明在正常工作状态的制冷剂流向示意图。

图3为本发明在制冷工况下新风负荷较大、辐射负荷较小时的制冷剂流向示意图。

图4为本发明在制热工况下新风负荷较大、辐射负荷较小时的制冷剂流向示意图。

图5为本发明在制冷工况下第一压缩机(1)不运行时的制冷剂流向示意图。

图6为本发明在制热工况下第一压缩机(1)不运行时的制冷剂流向示意图。

图2至图6上中，→表示制冷工况下的制冷剂流向；表示制热工况下的制冷剂流向。

具体实施方式

如图1所示，本发明之新风制冷剂循环回路包括通过管路依次连接的第一压缩机1、第一四通阀2、第一室外换热器3、第一制冷剂流向控制装置、第一电磁阀8、第二电磁阀9、新风换热器10、第三电磁阀11。第一四通阀2的接口a连接第一压缩机1的出口、接口b连接第一室外换热器3、接口c连接第一压缩机1的入口、接口d连接第三电磁阀11。

上述第一制冷剂流向控制装置由顺次连接的第一制冷剂流向控制器4、第一储液器5、第一膨胀器6和第二制冷剂流向控制器7组成；第一制冷剂流向控制器4的进口k和m分别与第一室外换热器3和第一电磁阀8相连通，其出口h与第一膨胀器6的进口相连；第二制冷剂流向控制器7的出口e和f分别与第一室外换热器3和第一电磁阀8相连通，其进口g与第一膨胀器6的出口相连。

上述第一电磁阀8与新风换热器10之间还设有与第二电磁阀9并联的由第四电磁阀12、第五电磁阀13及第一减压器14依次串接而成第一减压装置。

本发明之辐射制冷剂循环回路包括通过管路依次连接的第二压缩机15、第二四通阀16、第二室外换热器31、第二制冷剂流量控制装置、第二制冷剂流量调节器24、第九电磁阀23、辐射载冷剂换热器22、第一制冷剂流量调节器18、第六电磁阀17。第二四通阀16的接口a’连接第二压缩机的出口、接口b’连接第二室外换热器、接口c’连接第二压缩机的入口、接口d’连接第六电磁阀17。

上述第二压缩机15与第一制冷剂流量调节器18之间设有与第六电磁阀17并联的第二减压装置，该第二减压装置由第七电磁阀19、第二减压器20及第八电磁阀21依次串接而成，前述第二减压器20及第八电磁阀21之间引出管路与新风制冷剂循环回路中的新风换热器10相连通。

上述第二冷剂流量控制装置与辐射载冷剂换热器22之间接有与第二制冷剂流量调节器24及第九电磁阀23并联的第三减压装置，该第三减压装置由第三减压器25及第十电磁阀26依次串接而成。

上述第二制冷剂流向控制装置由顺次连接的第三制冷剂流向控制器27、第二储液器28、第二膨胀器29和第四制冷剂流向控制器30组成；第三制冷剂流向控制器27的进口k’和和m’分别与第二室外换热器31相连通和第二制冷剂流量调节器24及第二减压装置相连通，其出口h’与第二膨胀装置29的进口相连；第四制冷剂流向控制器30的出口e’和f’分别与第二室外换热器31相连通，另一个同时与第二制冷剂流量调节器24及第三减压装置的第十电磁阀26相连通。

前述新风制冷剂循环回路中的第二制冷剂流量调节器24还通过管路接在新风制冷剂循环回路中第一减压装置的第四电磁阀12和第五电磁阀13之间。

下面结合附图2至6详细描述本发明的工作原理和过程

参见图2，本发明在正常工作状态时第一压缩机1出来的制冷剂承担新风负荷，从第二压缩机15出来的制冷剂承担辐射负荷。在正常工作状态下，第四电磁阀12、第五电磁阀13、第七电磁阀19、第八电磁阀21、第十电磁阀26关闭，其他电磁阀均开启。

在制冷工况下：启动制冷设定，第一四通阀2的进口a与出口b导通，进口d与出口c导通；从第一压缩机1出来的制冷剂，依次流经第一四通阀2的进口a、出口b、第一室外换热器3(此工况下为冷凝器)、第一制冷剂流向控制器4的进口k、出口h、第一储液器5、第一膨胀器6、第二制冷剂流向控制器7的进口g、出口f、第一电磁阀8、第二电磁阀9、新风换热器10、第三电磁阀11，最终经第一四通阀2的进口d、出口c流回第一压缩机1重新进行压缩。

此时第二四通阀16的进口a’与出口b’导通，进口d’与出口c’导通；从第二压缩机15出来的制冷剂，依次流经第二四通阀16的进口a’、出口b’、第二室外换热器31、第三制冷剂流向控制器27进口k’、出口h’、第二储液器28、第二膨胀装置29、第四制冷剂流向控制装置30的进口g’、出口f’、第二制冷剂流量调节装置24的n’端、p’端、第九电磁阀23、辐射载冷剂换热器22、第一制冷剂流量调节装置18、第六电磁阀17，最终经第二四通阀16的进口d’、出口c’流回压缩机重新进行压缩。此过程中，新风换热器10内的制冷剂在较低压力下蒸发，用来制14℃左右的空气；辐射载冷剂换热器22内的制冷剂在较高温度下蒸发，用来制取18℃左右的负载水。

在制热工况下：启动制热设定，第一四通阀2的进口a与出口d导通，进口b与出口c导通；从第一压缩机1出来的制冷剂，依次流过第一四通阀的进口a、出口b、第三电磁阀11、新风换热器10、第二电磁阀9、第一电磁阀8、第一制冷剂流向控制器4的进口m、出口h、第一储液器5、第一膨胀器6、第二制冷剂流向控制装置7的进口g、出口e、第一室外换热器3，最终经第一四通阀的进口b、出口c流回第一压缩机1重新进行压缩。

此时，第二四通阀16的进口a’与出口d’导通，进口b’与出口c’导通；从第二压缩机15出来的制冷剂，依次流经第二四通阀16的进口a’、出口d’、第六电磁阀17、第一制冷剂流量调节器18的进口r、出口t、辐射载冷剂换热器22、第九电磁阀23、第二制冷剂流量调节器24的进口p、出口n、第三制冷剂流向控制器27的进口m’、出口h’、第二储液器28、第二膨胀器29、第四制冷剂流向控制器的进口g’、出口c’、第二室外换热器31，最终经第二四通阀16的进口b’、出口c’流回第二压缩机15进行重新压缩。

此过程中，新风换热器10内的制冷剂在相对较低的压力下冷凝，用来制取20℃左右的空气；辐射载冷剂换热器22内的制冷剂在较高压力下冷凝，用来制取32℃左右的负载水。

参见图3，制冷工况下，当新风负荷较大、辐射负荷较小时，从第二压缩机15出来的制冷剂既承担辐射负荷，同时也承担部分新风负荷

在这种工况下，需关闭第四电磁阀12、第六电磁阀17、第十电磁阀26，其他电磁阀均开启，通过调节第二制冷剂流量调节器24来增大新风制冷剂循环回路中新风换热器10的制冷剂流量，以满足负荷要求。

由于此时第五电磁阀13出于导通状态，辐射制冷剂循环回路中从第二压缩机15出来的制冷剂经过制冷剂流量调节器24后分成两路，一路通过第五电磁阀13、减压器14进入新风制冷剂循环回路中，为新风换热器10补充制冷剂，从辐射制冷剂循环回路补充的制冷剂通过第八电磁阀21回流到第二压缩机中；另一路按原循环路径进入第一流量调节器18后，由于第六电磁阀17已关闭，制冷剂经第七电磁19、再第二减压器20减压后，与从新风制冷剂循环回路回流的制冷剂汇合流回第二压缩机15。

由于辐射制冷剂循环回路的运行压力高于新风制冷剂循环回路运行压力，因此从辐射制冷剂循环回路补入新风制冷剂循环回路中的制冷剂需经减压器14减压(减至与新风制冷剂循环回路中第二电磁阀9出口处制冷剂的压力相同)后再进入新风换热器10，基于同样的原因，为保证补入新风制冷剂循环回路中的制冷剂能顺利的回流到第二压缩机15中，按原循环路径在辐射制冷剂循环回路中工作的制冷剂需第二减压器20减压(减至与第三电磁阀11进口处制冷剂的压力相等)后再与从新风制冷剂循环回路中回流的制冷剂汇合。

以下所有制冷剂需减压的原因均与上述原因相同。

参见图4，在制热工况下，当新风负荷较大、辐射负荷较小时，从第二压缩机15出来的制冷剂既承担辐射负荷，同时也承担部分新风负荷。

在这种工况下，关闭第四电磁阀13、第八电磁阀21、第九电磁阀23，其他电磁阀均开启，通过调节第一制冷剂流量调节器18来增大流过新风换热器10内制冷剂的流量，以满足负荷要求。

此时，在辐射制冷剂循环回路中，制冷剂从第一流量调节器18流出后分为两路，一路经第七电磁阀19、再经第二减压器20减压(减至与第三电磁阀11出口处压力相等)后进入新风制冷剂循环回路中，为新风换热器10补充制冷剂，从辐射制冷剂循环回路补充的制冷剂通过第四电磁12、第二制冷剂流量调节器的入口q回流到辐射制冷剂循环回路中；同于此时电磁阀23已关闭，因此另一路按原循环路径从辐射载冷剂换热器22流出后先经第三减压器25减压(减至与第二流量调节器24出口n端的压力相等)，再经过第十电磁阀26，和从新风制冷剂循环回路中回流的制冷剂汇合后再按原循环路径流回第二压缩机15。

参见图5，在制冷工况下，当总负荷较小或者第一压缩机无法运行时，从第二压缩机15出来的制冷剂承担全部负荷。

在这种工况下，需关闭第一电磁阀8、第二电磁阀9、第三电磁阀11、第四电磁阀12、第六电磁阀17、第十电磁阀26，其他电磁阀开启，只运行第二压缩机。通过第二制冷剂流量控制装置24来调节新风换热器10和辐射载冷剂换热器22内制冷剂的流量，以满足新风及辐射末端全部或部分负荷需求，同时也增加了系统运行的可靠性。

此时，在辐射制冷剂循环回路中，制冷剂从第二制冷剂调节器24流出后分为两路，一路通过第五电磁阀13、减压器14进入新风制冷剂循环回路中，为新风换热器10补充制冷剂，从辐射制冷剂循环回路补充的制冷剂通过第八电磁阀21回流到第二压缩机中；另一路按原循环路径进入第一流量调节器18后，由于第六电磁阀17已关闭，制冷剂经第七电磁19、再第二减压器20减压后，与从新风制冷剂循环回路回流的制冷剂汇合流回第二压缩机15。

参见图6，在制热工况下，当总负荷较小或者第一压缩机无法运行时，从第二压缩机15出来的制冷剂承担全部负荷。

在这种工况下，需关闭第一电磁阀8、第三电磁阀11、第五电磁阀13、第九电磁阀23，其他电磁阀开启，根据新风及辐射末端负荷的变化，通过第一制冷剂流量控制装置19来调节新风换热器10和辐射载冷剂换热器22内制冷剂的流量，以满足新风及辐射末端全部或部分负荷需求，同时也增加了系统运行的可靠性。

此时，在辐射制冷剂循环回路中，制冷剂从第一流量调节器18流出后分为两路，一路经第七电磁阀19、再经第二减压器20减压后进入新风制冷剂循环回路中，为新风换热器10补充制冷剂，从辐射制冷剂循环回路补充的制冷剂通过第四电磁12、第二制冷剂流量调节器24的入口q回流到辐射制冷剂循环回路中；同于此时电磁阀23已关闭，因此另一路按原循环路径从辐射载冷剂换热器22流出后先经第三减压器25减压，再经过第十电磁阀26，和从新风制冷剂循环回路中回流的制冷剂汇合后再按原循环路径流回第二压缩机15。

Claims (9)

1.一种同时制取水和空气的空气源热泵装置，其特征在于包括：

新风制冷剂循环回路，包括通过管路依次连接的第一压缩机(1)、第一四通阀(2)、第一室外换热器(3)、第一制冷剂流向控制装置、第一电磁阀(8)、第二电磁阀(9)、新风换热器(10)、第三电磁阀(11)；第一四通阀的4个接口分别连接第一压缩机的出口、第一压缩机的入口、第一室外换热器和新风换热器；前述第一电磁阀(8)与新风换热器(10)之间还设有与第二电磁阀(9)并联的第一减压装置；

辐射制冷剂循环回路，包括通过管路依次连接的第二压缩机(15)、第二四通阀(16)、第二室外换热器(31)、第二制冷剂流量控制装置、第二制冷剂流量调节器(24)、第九电磁阀(23)、辐射载冷剂换热器(22)、第一制冷剂流量调节器(18)、第六电磁阀(17)；第二四通阀(16)的4个接口分别连接第二压缩机的出口、第二压缩机的入口、辐射载冷剂换热器和第二室外换热器；前述第二压缩机与第一制冷剂流量调节器(18)之间设有与第六电磁阀(17)并联的第二减压装置，该第二减压装置同时通过管路与新风制冷剂循环回路中的新风换热器(10)相连通；前述第二制冷剂流向控制装置与辐射载冷剂换热器(22)之间接有与第二制冷剂流量调节器(24)及第九电磁阀(23)并联的第三减压装置；前述新风制冷剂循环回路中的第二制冷剂流量调节器(24)还通过管路与新风制冷剂循环回路中有第一减压装置相连通。

2.根据权利要求1所述同时制取水和空气的空气源热泵装置，其特征在于所述第一制冷剂流向控制装置由顺次连接的第一制冷剂流向控制器(4)、第一储液器(5)、第一膨胀器(6)和第二制冷剂流向控制器(7)组成；第一制冷剂流向控制器(4)有两个进口，分别与第一室外换热器(3)和第一电磁阀(8)相连通；第二制冷剂流向控制器(7)有两个出口，分别与第一室外换热器(3)和第一电磁阀(8)相连通。

3.根据权利要求1所述同时制取水和空气的空气源热泵装置，其特征在于所述第二制冷剂流向控制装置由顺次连接的第三制冷剂流向控制器(27)、第二储液器(28)、第二膨胀器(29)和第四制冷剂流向控制器(30)组成；第三制冷剂流向控制器(27)有两个进口，一个与第二室外换热器(31)相连通，另一个同时与第二制冷剂流量调节器(24)及第三减压装置相连通；第四制冷剂流向控制器(30)有两个出口，一个与第二室外换热器(31)相连通，另一个同时与第二制冷剂流量调节器(24)及第三减压装置相连通。

4.根据权利要求1所述同时制取水和空气的空气源热泵装置，其特征在于所述第一减压装置由第四电磁阀(12)、第五电磁阀(13)及第一减压器(14)依次串接而成；第二制冷剂流量调节器(24)通过管路与第一减压装置相连通的位置设在第四电磁阀(12)和第五电磁阀(13)之间。

5.根据权利要求1所述同时制取水和空气的空气源热泵装置，其特征在于所述第二减压装置由第七电磁阀(19)、第二减压器(20)及第八电磁阀(21)依次串接而成；新风制冷剂循环回路中的新风换热器(10)通过管路与第二减压装置相连通的位置设在第二减压器(20)及第八电磁阀(21)之间。

6.根据权利要求1所述同时制取水和空气的空气源热泵装置，其特征在于所述第三减压装置由第三减压器(25)及第十电磁阀(26)依次串接而成。

7.根据权利要求1至6任意一项所述同时制取水和空气的空气源热泵装置，其特征在于新风制冷剂循环回路和辐射制冷剂循环回路采用相同的制冷剂。

8.根据权利要求1至6任意一项所述同时制取水和空气的空气源热泵装置，其特征在于辐射制冷剂循环回路采用的辐射载冷剂换热器(22)为板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器中的一种。

9.根据权利要求1至6任意一项所述同时制取水和空气的空气源热泵装置，其特征第一制冷剂流向控制装置所采用的第一膨胀器(6)和第二制冷剂流向控制装置所采用的第一膨胀器(29)选自热力膨胀阀、毛细管、手动膨胀阀或电子膨胀阀中的一种。

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