CN102748892A - 用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于向空间局部特定区域供暖/冷的可移动式热泵装置。需供暖时，该装置将空间内的中温空气抽至热泵冷凝器端加热，之后向特定区域定向排出所需暖风；同时，从空间抽取中温空气至主蒸发器，吸收其中的热量后排向空间的更远处。该装置还设有次蒸发器，用于低温制冷，如制冰。由于热泵的供热COP值大于1，在相同供热量的条件下，与电加热器相比，显著降低了电能消耗。当开启次蒸发器功能进行制冰时，该装置更可有效利用次蒸发器端的冷量，在供暖的同时制冷或制冰，提高了能源和设备的利用率。需要供冷时，直接将蒸发器端风口朝向供冷区域送出冷风，并起一定除湿作用。该装置不需要换向阀，是一种新概念的供暖/冷装置，节电、运行成本低。

Description

用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置
技术领域
本发明涉及一种热泵装置，具体涉及一种用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置。
背景技术
普通的电暖器单纯地将电能直接转换为热能以采暖，而集中式的热水供暖方式在漫长的管路上消耗了大量的热能，而且水温完全由供暖公司控制，不能按个人需要进行调节。与之相比，热泵是一种能效比大于1的供暖装置，具有显著的节能效果。另外，该装置根据需要可以增加制冰功能，充分利用蒸发器端的冷量，大大提高了能源利用率。夏天时，直接将蒸发器端风口朝向供冷区域送出冷风，省去了换向阀装置，并具有一定除湿作用。
采用直流变频技术对电机进行无极调速以精确控温，压缩机根据负荷的变化平稳变速运行，大大降低了噪声，也节约了电能。相比较于交流变频，直流变频不需要逆变器，进一步降低了电能的损耗。风速也是通过同样的方法进行调节，以满足舒适度的要求。
电磁阀取代毛细管，正反转步进电机取代继电器，由控制模块输出指令自动控制阀门开合，以调节制冷剂流量和膨胀比，配合压缩机调速以进一步精确调温。
对于室内供热来说，实际的情况往往是：并非所有房间都需要同样程度的供热。例如对于多居室的住宅，在夜间往往只有卧室需要有效供热，而书房等房间则可能不需要过多的供热。供冷也是一样。
常用供暖方式——集中式供暖不论室内是否有人都一直运行，这也是毫无必要的。热水需要经过漫长的管路，启动过程需要很长的时间，温度控制的过程也是相当的滞后，而且温度的控制是掌握在供暖公司的手里。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置，其只对区域特定范围送风供暖，同时还能制冰。夏天时还可以用来供冷，而且不需要换向阀进行切换，并具有一定的除湿功能。
本发明的目的通过以下技术方案来实现。本发明的用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置，其包括：压缩机模块，其包括直流式压缩机、无刷直流电机、第一温度传感器、第二温度传感器；冷凝器模块，其包括冷凝器、第一风机、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器；电磁阀模块，其包括电磁阀、正反转步进电机；主蒸发器模块，其包括第一蒸发器、第二风机、第六温度传感器、第一阀门、第二继电器，第一阀门控制主蒸发器模块的通断；次蒸发器模块，其包括第二蒸发器、第七温度传感器、第八温度传感器、第二阀门、第二继电器、绝热箱，第二阀门控制次蒸发器模块的通断；所述压缩机模块、冷凝器模块、电磁阀模块、主蒸发器模块通过管线连接成一个回路，次蒸发器模块与主蒸发器模块并联，制冷剂在管线中循环；功率模块将市电转换成三相交变矩形波并供给各部件；控制模块控制电磁阀开度、压缩机和风机转速以及主、次蒸发器模块之间的切换。
根据本发明的一个实施例，所述制冷回路采用液汽相变制冷剂作为制冷工质。
根据本发明的一个实施例，所述压缩机模块包括：直流压缩机、无刷直流电机、第一温度传感器、第二温度传感器，直流压缩机连接在所述制冷剂回路上；市电被转换成三相交变矩形波供给无刷直流电机，带动直流压缩机工作，压缩制冷剂使其增压升温；第一温度传感器测压缩机进口温度，第二温度传感器测压缩机出口温度，各传感器将信号传递给控制模块，控制模块改变矩形波平均电压以控制压缩机转速。
根据本发明的一个实施例，所述冷凝器模块包括：冷凝器、第一风机、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器，冷凝器采用管翅式结构，连接在所述制冷剂循环回路上，用于使其中的制冷剂与空气进行热交换，制冷剂在管内冷凝，空气在管外被加热并由直流风机送出，供暖时被送至供暖区域，供冷时则被排至远处；送风量由第一风机控制，以满足换热和舒适度的要求；各传感器将信号传递给控制模块，交由直流风机执行。
根据本发明的一个实施例，所述电磁阀模块包括：电磁阀、正反转步进电机，电磁阀连接在所述制冷剂循环回路上，用于制冷剂膨胀以降压至蒸发压力，并调节制冷剂流量以达到合适的制热/冷量；正反转步进电机控制电磁阀的开度，用于调节膨胀比和制冷剂流量。
根据本发明的一个实施例，所述主蒸发器模块包括：第一蒸发器、第二风机、第六温度传感器、第一阀门、第一继电器，第一蒸发器采用管翅式结构，连接在所述制冷剂循环回路上，用于使其中的制冷剂与空气进行热交换，制冷剂在管内蒸发，空气在管外被冷却并由直流风机送出，供暖时冷风被排至远离供暖区域的地方，供冷时则送至供冷区域，风量由直流风机控制，以满足换热和舒适度的要求；第六温度传感器测制冷剂进口温度，并将信号传递给控制模块。
根据本发明的一个实施例，所述次蒸发器模块包括：第二蒸发器、第三风机、第七温度传感器、第八温度传感器、第二阀门、第二继电器、绝热箱，次蒸发器模块与主蒸发器模块并联，用于使其中的制冷剂与外侧的空气进行热交换，制冷剂在管内蒸发，空气在管外冷却。
其中，第二蒸发器、第三风机、第七温度传感器、第八温度传感器置于绝热箱中，第三风机驱动绝热箱内的空气循环流动，使整个箱体内部冷却；当需要制冰时，将制冰盒置于绝热箱中，制冰完成后取出制冰盒即可；第七温度传感器测制冷剂进口温度，第八温度传感器测空气侧进口温度，各传感器将信号传递给控制模块。
根据本发明的一个实施例，所述功率模块与制冷回路各模块之间通过控制模块连接，由市电供电，所述功率模块将交流电转换成三相交变矩形波。
根据本发明的一个实施例，所述控制模块通过其中的微电脑接收并综合处理各传感器信号，输出合适的指令，交由制冷回路各模块中的电机和继电器执行。
本发明的有益效果主要体现在：
本发明的用于局部供暖/冷的热泵装置采用一体式，结构紧凑，占用体积小。由于没有室外机，可以按供暖对象的需要在室内任意移动。供暖和供冷之间的切换不需要换向阀，供暖时将冷凝器端送风口朝向供暖区域，供冷时将蒸发器端送风口朝向供冷区域。
相对于普通的电暖器，本发明的用于局部供暖/冷的热泵装置具有COP值大于1的优点，1kWh的电能即可产生3kWh以上的热量。由于热泵的冷源在室内，从能量守恒的角度来看，电能的输入最终变成了房间中的热量，对于整个房间来说，供热COP值不会超过1，其效果与普通电暖器并无二致。但不同点就在于：本发明是定位在房间内的局部供暖，并不需要将整个房间同等加热，而只是针对该小区域内个人或少量人的供暖需求。对该区域供暖，热泵的供暖COP值就是大于1的。这也是其相比较于普通热泵式空调的优势，因为对于在房间内活动区域较为固定的用户，对用户之外空间的供暖/冷就是一种浪费。因此，本发明的热泵装置，工作热负荷低，节能效果十分明显，而且体现了一种合理按需供暖/冷的新理念。
再者，另一种常用供暖方式——集中式供暖不论室内是否有人都一直运行，这也是毫无必要的。另外，热水需要经过漫长的管路，启动过程需要很长的时间，温度控制的过程也是相当的滞后，而且温度的控制是掌握在供暖公司的手里。与之相比，本发明的用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置可以自主调节温度，采用的直流变频技术比交流变频更加节能，控制过程平滑精确，运行平稳，弥补了室内一体机噪声大的缺陷。
另外，对于采用集中式供暖但室温仍不能达标的用户，该装置也可以作为一个补充的升温装置，只需消耗很少的电能。
本发明的另一大特色在于，可以在供暖的同时进行制冰。当需要制冰时，将制冷剂的通路从主蒸发器模块切换至次蒸发器模块，同时，控制模块可以自动调节压缩机转速、蒸发压力、冷凝压力以及制冷剂流量等参数。此时，冷凝器的放热量和蒸发器的吸热量都得到了利用，COP值进一步增大，能源利用率大大提高。
附图说明
图1是本发明的一个具体实施方式的结构示意图。
图2是本发明的一个具体实施方式的供暖运行示意图。
图3是本发明的一个具体实施方式的供冷运行示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式具体说明本发明的技术方案。
供暖时，本发明的用于局部供暖/冷的热泵装置从房间内的中温空气提取热能供给所需的供暖区域，同时冷风被排至远处，冷风和暖风在供暖区域外围附近混合，制造出中温环境，如图2所示。
供冷时，本发明的用于局部供暖/冷的热泵装置从中温空气吸收热量送出冷风至供冷区域，并将热风排至远处，冷风和暖风在供冷区域外围附近混合，制造出中温环境，如图3所示。
由市电供给压缩机工作，使该过程持续进行。该装置还设有次蒸发器模块，可在供暖的同时用于制冰。
如图1所示，根据本发明的一个具体实施例包括：压缩机模块A、冷凝器模块B、电磁阀模块C、主蒸发器模块D、次蒸发器模块E、控制模块F、功率模块G。在图1所示的实施例中，主蒸发器模块D与次蒸发器模块E并联，并联的主蒸发器模块D与次蒸发器模块E再与压缩机模块A、冷凝器模块B、电磁阀模块C以管线连接成一个回路，制冷剂在该回路中循环；功率模块G先通过控制模块F再连接到回路上的各模块。
如图1所示，根据本发明的一个具体实施方式，压缩机模块A包括直流压缩机1、连接到直流压缩机1的轴上的无刷直流电机2、安装在压缩机进口管路上的温度传感器3和出口管路上的温度传感器4。
冷凝器模块B包括冷凝器5、空气侧的风机6、安装在冷凝器制冷剂侧出口管路上的温度传感器9、分别安装在进风和送风口上的温度传感器7和温度传感器8。
电磁阀模块C包括电磁阀10、正反转步进电机11。
主蒸发器模块D包括蒸发器12、空气侧的风机13、安装在蒸发器制冷剂侧进口管路上的阀门14、继电器15和温度传感器16。
次蒸发器模块E包括蒸发器17、安装在蒸发器制冷剂侧进口管路上的阀门19、继电器20和温度传感器21、安装蒸发器进风口的温度传感器22。
直流压缩机1在无刷直流电机2的带动下工作，吸入制冷剂蒸气使其升温升压，升压的结果是蒸气的冷凝温度升高。蒸气进入冷凝器5，被风机6抽来的中温空气冷却，在较高温度下冷凝成液体，同时放出热量加热中温空气。供暖时，加热后的空气由风机6排出送到供暖区域；供冷时，热风被排至远处。制冷剂液体在电磁阀10中膨胀降压，并进一步降温。减压降温后的制冷剂液体进入主蒸发器模块D，在蒸发器12中被管外的中温空气加热蒸发成气态，同时中温空气被冷却，供暖时由风机13排至远处，供冷时则被送至供冷区域。制冷剂蒸气又被吸入直流压缩机1，完成一个循环。
当需要制冰时，关闭主蒸发器模块D中的阀门14，开启次蒸发器模块E中的阀门19，绝热箱17内的空气在风机18的驱动下循环流经蒸发器17并被冷却，直至整个箱体内的温度降至冰点以下，控制模块接收温度传感器22的信号后自动切换至主蒸发器模块D。
启动过程，压缩机1以较高速运行，作为供暖用时，尽快加热冷凝器5的送风以提高供暖区域的温度；作为供冷用时，尽快冷却第一蒸发器12的送风以降低供冷区域的温度。当温度传感器7测得的温度值接近设定值时，压缩机平滑地减速，直到进风和送风温度相差很小，压缩机低速运行，仅用来弥补冷、热空气混合造成的温降/升。与此同时，电磁阀也在不断变化着开度，配合压缩机的变速，共同调节制热/冷量。
压缩机平滑调速的实现在于控制模块所采用的直流变频技术，通过脉宽调制的方法改变矩形波的占空比，进而改变平均电压。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置，其特征在于包括：
压缩机模块(A)，
冷凝器模块(B)，
电磁阀模块(C)，
主蒸发器模块(D)，
次蒸发器模块(E)。
2.根据权利要求1的用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置，其特征在于：
所述压缩机模块(A)包括直流压缩机(1)、无刷直流电机(2)、第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)；
所述冷凝器模块(B)包括冷凝器(5)、第一风机(6)、第三温度传感器(7)、第四温度传感器(8)、第五温度传感器(9)；
电磁阀模块(C)包括电磁阀(10)、正反转步进电机(11)；
主蒸发器模块(D)包括第一蒸发器(12)、第二风机(13)、第一阀门(14)、第一继电器(15)、第六温度传感器(16)；
次蒸发器模块(E)包括第二蒸发器(17)、第三风机(18)、第二阀门(19)、第二继电器(20)、第七温度传感器(21)、第八温度传感器(22)、绝热箱(23)。
3.根据权利要求1的用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置，其特征在于进一步包括：
控制模块(F)，控制各继电器、电机、风机的运行；
功率模块(G)，由市电供电，将交流电转换成三相交变矩形波；
其中所述压缩机模块(A)、冷凝器模块(B)、电磁阀模块(C)、主蒸发器模块(D)通过管线连接成一个回路，次蒸发器模块(E)与主蒸发器模块(D)并联，制冷剂在管线中循环；功率模块(F)将交流电转换成三相交变矩形波供给各部件；控制模块(G)控制电磁阀的开度、压缩机的转速、风机的转速以及各阀门的开合。
4.根据权利要求2所述的用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置，其特征在于，无刷直流电机(2)带动直流压缩机(1)工作；第一温度传感器(3)、第二温度传感器(4)分别用于测量直流压缩机(1)进出口温度值，并将信号传递给控制模块(F)。
5.根据权利要求2所述的用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置，其特征在于，供暖时，第一风机(6)抽取较远处的中温空气经由冷凝器(5)加热送出暖风至供冷区域，供冷时则将其排至远处；所述冷凝器(5)采用管翅式结构；第三温度传感器(7)测冷凝器(5)空气侧进风温度，第四温度传感器(8)测冷凝器(5)空气侧送风温度，第五温度传感器(9)测冷凝器(5)制冷剂侧出口温度，各传感器将温度信号传递给控制模块(F)。
6.根据权利要求2所述的用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置，其特征在于，电磁阀(10)由正反转步进电机(11)驱动，可以调节其开度，进而调节制冷剂流量和膨胀比。
7.根据权利要求2所述的用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置，其特征在于，第一蒸发器(12)采用管翅式结构；中温空气流经第一蒸发器(12)被冷却，供暖时由第二风机(13)排至远处，供冷时送至供冷区域；第六温度传感器(16)测第一蒸发器(12)制冷剂侧进口温度，并将信号传递给控制模块(F)。
8.根据权利要求2所述的用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置，其特征在于，第二蒸发器(17)、第三风机(18)、第七温度传感器(21)、第八温度传感器(22)置于绝热箱(23)中；第三风机(18)驱动空气流经第二蒸发器(17)，使空气冷却并在绝热箱(23)中循环；第二蒸发器(17)采用管翅式结构；第七温度传感器(21)测第二蒸发器(17)制冷剂侧进口温度，第八温度传感器(22)测第二温度传感器(17)空气侧进口温度，各传感器将信号传递给控制模块(F)。
9.根据权利要求2所述的用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置，其特征在于，第一阀门(14)和第二阀门(19)用于切换主蒸发器模块(D)和次蒸发器模块(E)；两个阀门的开合分别由第一继电器(15)和第二继电器(20)控制；两个蒸发器模块之间的切换可手动或自动控制，当有制冰需求时，将制冰盒置于绝热箱中，手动开通次蒸发器模块(E)并关闭主蒸发器模块(D)，当第八温度传感器(22)测得的温度值达到制冰所需温度时，系统会自动切换到主蒸发器模块(D)；制冰盒可以随意更换。
10.根据权利要求2所述的用于局部供暖/冷的可移动式热泵装置，其特征在于，功率模块(G)将市电转换成三相交变矩形波，经由控制模块(F)供给直流压缩机(1)、第一风机(6)、第二风机(13)、第三风机(18)、正反转步进电机(11)；控制模块(F)通过脉宽调制手段改变交变矩形波平均电压以调节压缩机和风机的转速以及电磁阀的开度，实现精确控温；此外，根据用户的制冰需要切换主、次蒸发器模块。
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