CN102997499B - 一种可同时制取冷水与热水的空气源热泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可同时制取冷水与热水的空气源热泵装置，实现了一台空气源热泵装置同时用于制冷与制热并获取生活热水的功能。本装置主要由一台压缩机、一台位于室外的空气换热器、三台位于室内的水换热器、四通换向阀、节流装置、水泵、电磁阀、逆止阀等部件构成。其中，三台室内水换热器中的两台根据工作工况、四通阀的切换作为蒸发器或冷凝器，另外一台水换热器作为冷凝器可常年生产生活热水。本发明用途广泛，可以单独制冷热水、制冷同时制热水、制冷同时供暖、供暖同时制热水、供暖同时制冷以及供暖同时制热水与制冷，能够满足我们日常生活中的各种冷热需要。

Description

一种可同时制取冷水与热水的空气源热泵装置

技术领域

本发明涉及一种可同时制取冷水与热水的空气源热泵装置，具体是涉及一种空气源热泵装置利用多个换热器进行热量或冷量的回收，满足同时制取冷水与热水的需求。

背景技术

目前我国市场上的空气源热泵装置以节能、环保、安全等优点得到广泛应用，常见的空气源热泵冷热水机组由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流元件形成制冷循环回路，利用冷凝器所产生的热量来获取热水，利用蒸发器吸收热量来制取冷水。空气源热泵冷热水机组可以很好的替代传统的制冷机组加锅炉的常规制冷供暖系统，适用于我国长江中下游等大部分地区，但是一般的空气源热泵冷热水机组只能单一的制取冷水或者制取热水，利用空气作为冷源或热源，不能同时制取冷水和热水。

随着社会的进步和人民生活水平的不断提高，人们对生活的舒适性要求也不断的提高，出现很多需要室内机组同时制冷、制热和制热水的场合。例如，现代办公建筑一般气流密闭，且由于阳光辐射、电脑、照明以及其他办公设备的使用，即使在冬天，也有房间需要制冷，有些存放特殊物品的房间，需要常年制冷，同时，部分房间则需要正常供暖，并且需要提供生活热水；过渡季节由于人体舒适性的差异和背阴朝阳等建筑条件造成的室内环境的不同，部分房间需要制冷，也有房间需要供暖，这就要求空调系统在部分独立空间进行制冷，另一部分独立空间需要进行制热。

为了满足这种需求，空气源热泵冷热水机组在设计时应该考虑同时制取冷水与热水的能力。现在也有相关的热回收机组的专利，但是这些专利都不是专门的可用于同时制冷水与热水的空气源热泵冷热水机组，且它们的系统连接复杂，控制烦琐，需要开发出一种系统连接简单的可以同时制冷、制热和制热水的空气源热泵冷热水机组。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是提供一种能够满足常年可提供生活热水、夏天供冷同时可以选择供暖、冬天供暖同时可以选择供冷等多项需求的可同时制取冷水与热水的空气源热泵装置。

技术方案：本发明的一种可同时制取冷水与热水的空气源热泵装置中，由压缩机、水冷凝器、四通换向阀、空气换热器或第二室内换热器、储液器、干燥过滤器、单向膨胀阀、第一室内换热器、气液分离器形成制冷循环系统；

由压缩机、水冷凝器、四通换向阀、第一室内换热器、储液器、干燥过滤器、单向膨胀阀、第二室内蒸发器或空气换热器、气液分离器形成制热循环；

压缩机的排气管与水冷凝器的进气管连接，水冷凝器的出气管与四通换向阀的进气口3a连接，四通换向阀的一个出气口3b分别与第一电磁阀和第三电磁阀相连，第一电磁阀的另一端与空气换热器的进气管连接，空气换热器出液管与逆止阀相连接，第三电磁阀的另一端与第二室内换热器的进气管连接，第二室内换热器的出液管也与第一逆止阀相连接，相当于空气换热器与第二室内换热器并联，第一逆止阀与储液器的进口相连，储液器的出口与第二电磁阀连接，第二电磁阀另一端与干燥过滤器的进口连接，干燥过滤器的出口连接单向膨胀阀的入口，单向膨胀阀的出口与第二逆止阀相连，第二逆止阀的出口与第一室内换热器的进液管连接，第一室内换热器的出液管又与四通阀的一个进气口3d连接，四通阀3的一个接口3c与气液分离器的入口连接，气液分离器的出口与压缩机的回气管连接形成一个制冷系统的循环装置；热水水泵安装在热水管循环管路上，循环热水管路与热水系统相通；第一空调水泵安装在空调水系统循环管路上，空调水系统循环管路与空调系统末端相连接，第二空调水泵安装在另一冷热负荷相反的空调水循环管路上，空调水系统循环管路与相应空调系统末端相连接；

第一室内换热器、第二室内换热器、水冷凝器侧面设有进水口、出水口，进水口连接有进水管，出水口连接有出水管，形成水路循环，对应进水口管道上分别设置第一空调水泵、第二空调水泵、热水水泵，用以控制是否提供热水或冷水。

第一室内换热器，第二室内蒸发器，水冷凝器使用板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器。

采用第一逆止阀、第二逆止阀、第三逆止阀、第四逆止阀串联与并联使用，使该装置只需要一个节流装置，即单向膨胀阀；单向膨胀阀使用热力膨胀阀、毛细管、手动膨胀阀或电子膨胀阀。

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。

压缩机的吸气口与四通阀的出气口3c之间还设有气液分离器。

在负荷需求较大时，采用两个如权利要求1所述的空气源热泵装置共同使用，形成双机头，实现方法是：将室内换热器设置为两路制冷剂并联独立流动环路，水环路中的水分别与两路制冷剂进行换热，得到或失去热量。

制冷模式运行（不制取生活热水）时，制冷工质经压缩机压缩后经过水冷凝器（热水水泵关闭），然后进入四通换向阀（四通换向阀入口3a与3b相通，3c与3d相通）、空气换热器，再经过节流装置到第一室内换热器（第一空调水泵开启，开始把空调系统的水冷却，降低室内空气温度）中，经过气液分离器回到压缩机中；热水水泵不开启，不提供生活热水，第三电磁阀关闭，不供暖；空气换热器将全部冷凝热量排向室外空气。

制冷+热水模式工作时，制冷工质经压缩机压缩后，经过水冷凝器（热水水泵开启开始加热热水系统的水，将水从常温20度加温到55度），通过四通换向阀到空气换热器再次冷凝后，液态工质进入第一室内换热器（第一空调水泵开启开始把空调系统的水冷却，降低室内空气温度）。在水冷凝器的热量传递给水后，在进入空气换热器将热量传给室外空气，第二次冷凝可以提高制冷效益，最后再经过节流装置和蒸发器回到压缩机中，完成制冷循环。

制冷+供暖模式工作时，制冷工质经压缩机压缩后，经过水冷凝器，然后进入四通换向阀（四通换向阀入口3a与3b相通，3c与3d相通）、第二室内换热器（第二空调水泵开启开始把空调系统的水加热，给部分房间供暖），再经过节流装置到第一室内换热器（第一空调水泵开启开始把空调系统的水冷却，给部分房间提供冷量）中，经过气液分离器回到压缩机中；热水水泵根据是否需要提供生活热水选择性的开启或关闭。

制热模式工作（不提供生活热水）时，工质经压缩机压缩经水冷凝器（热水水泵停止状态）、四通换向阀（四通换向阀入口3a与3d相通，3b与3c相通）换向进入第一室内换热器（第一空调水泵开启）加热空调系统的水，提高房间温度，通过节流装置，液态低温低压冷媒工质进入空气换热器（换热器风机开机）吸收空气中的热量进行把工质气化回到压缩机，制冷工质蒸发所需的热量全部来自室外空气。

制热+热水模式工作时，制热工质经压缩机压缩经水冷凝器（热水水泵开启状态，当生活用水达到设定温度时空调水泵才会开启，进行供暖工作）、四通换向阀（四通换向阀入口3a与3d相通，3b与3c相通），进入第一室内换热器（第一空调水泵开启）加热空调系统的水，提高房间温度，通过节流装置，液态低温低压冷媒工质进入空气换热器（换热器风机开机）吸收空气中的热量进行把工质气化回到压缩机，制冷工质蒸发所需的热量全部来自室外空气。

热水+制热+制冷模式工作时，工质经压缩机压缩后经水冷凝器（加热水泵开启状态，当生活用水达到设定温度时第一空调水泵才会开启，进行供暖工作）、四通换向阀（四通换向阀入口3a与3d相通，3b与3c相通），进入第一室内换热器（第一空调水泵开启）加热空调系统的水，提高房间温度，通过节流装置，液体低温低压冷媒工质进入第二室内换热器（第二空调水泵开启，制取冷水用于制冷），把工质气化回到压缩机。

热水模式工作时，制热工质经压缩机压缩经水冷凝器（加热水泵开启循环加热生活用水）经四通换向阀换向（四通换向阀入口3a与3d相通，3b与3c相通）进入第一室内换热器（第一空调水泵停止状态），经过节流装置到空气换热器（换热器风机开机）吸收空气中的热量进行把工质气化回到压缩机中，热泵系统可根据水温需要加温到45度至60度。

有益效果：

1.本发明的制冷、制热效率高，适用范围广，用途更加广泛，可以实现制热水、制冷、供暖、热水+制冷、热水+供暖、热水+供暖+制冷、供暖+制冷的要求来满足我们的日常生活所需。

2.本发明采用空气换热器和一台室内换热器并联，可以在需要的情况下充分回收冷凝热或蒸发时的冷量，也能够将不需要的的热量或冷量排向室外空气，最大限度的合理利用热量与冷量。

3.本发明能够常年提供生活热水，可以在不同的工况下工作。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

图2为本发明工作于单独制冷模式或制冷+热水模式的原理示意图。

图3为本发明工作于制冷+制热模式（可提供生活热水）的原理示意图。

图4为本发明工作于制热模式（可提供生活热水）或单独制取生活热水模式的原理示意图。

图5为本发明工作于制热+制冷模式（可提供生活热水）的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图2所示本发明工作于制冷模式或制冷+热水模式时包括压缩机1，水冷凝器2，四通换向阀3，空气换热器5，第一电磁阀4、第二电磁阀8，第一逆止阀6，第二逆止阀11，储液器7，干燥过滤器9，单向膨胀阀10，第一室内换热器12，气液分离器13，空调水泵15，热水水泵14根据是否需要制取生活热水选择性工作。第一电磁阀4开启，第三电磁阀19关闭。由压缩机1，冷凝器2，四通换向阀3，空气换热器5，储液器7，干燥过滤器9，单向膨胀阀10，第一室内换热器12，气液分离器13形成制冷循环系统；第一室内换热器12、水冷凝器2侧面设有进水口、出水口；空调水泵15安装在空调水系统循环管路上，空调水系统循环管路与空调系统末端相连接；热水水泵14安装在热水系统循环管路上，根据是否需要提供生活热水，开启或关闭热水水泵14。

制冷工质经压缩机1压缩后经过水冷凝器2，然后进入四通换向阀3、空气换热器5，再经过节流装置到第一室内换热器12中，经过气液分离器13回到压缩机1中；在水冷凝器2的热量传递给水后，再进入空气换热器5吸收空气中的热量，第二次冷凝可以提高制冷效益，最后再经过节流装置和蒸发器回到压缩机中，完成制冷循环。

如图3所示本发明工作于制冷+制热模式（可提供生活热水）时包括压缩机1，水冷凝器2，四通换向阀3，第二电磁阀8，第三电磁阀19，第二室内换热器18，第一逆止阀6，第二逆止阀11，储液器7，干燥过滤器9，单向膨胀阀10，第一室内换热器12，气液分离器13，热水水泵14，空调水泵15，空调水泵20。第一电磁阀4关闭，第三电磁阀19开启。由压缩机1，水冷凝器2，四通换向阀3，第二室内换热器18，储液器7，干燥过滤器9，单向膨胀阀10，第一室内换热器12，气液分离器13形成制冷循环系统；水冷凝器2、第一室内换热器12、第二室内换热器18侧面设有进水口、出水口；热水水泵14安装在热水管循环管路上，根据是否需要提供生活热水，开启或关闭热水水泵14；第一空调水泵15、第二空调水泵20安装在相互独立的空调水系统循环管路上，空调水系统循环管路分别与独立的空调系统末端相连接。

制冷工质经压缩机压缩后，经过水冷凝器2（热水水泵14根据需求开启加热热水系统的水）从常温20度加温到55度的生活用水，通过四通换向阀3到第二室内换热器18（第二空调水泵20开启，加热独立空调系统的水为部分房间供暖）再次冷凝后，液态工质进入第一室内换热器12（第一空调水泵15开启冷却空调系统的水，降低部分房间室内空气温度），工质气化后通过气液分离器13回到压缩机1。

如图4所示本发明工作于制热模式（可提供生活热水）或单独制取生活热水模式时包括压缩机1，水冷凝器2，四通换向阀3，空气换热器5，第三逆止阀16、第四逆止阀17，储液器7，第一电磁阀4，第二电磁阀8，干燥过滤器9，单向膨胀阀10，第一室内换热器12，气液分离器13，热水水泵14，第一空调水泵15。第一电磁阀4开启，第三电磁阀19关闭。由压缩机1，水冷凝器2，四通换向阀3，第一室内换热器12，储液器7，干燥过滤器9，单向膨胀阀10，空气换热器5，气液分离器13形成制热循环系统；水冷凝器2、第一室内换热器12侧面设有进水口、出水口；第一空调水泵15安装在空调水系统循环管路上，空调水系统循环管路与空调系统末端相连接，单独制取生活热水时，第一空调水泵关闭；热水水泵14安装在热水系统循环管路上，根据是否需要提供生活热水，开启或关闭热水水泵14。

制热工质经压缩机1压缩经水冷凝器2（热水水泵14根据热水需求开启或停止）、四通换向阀3换向进入第一室内换热器12（第一空调水泵15开启）加热空调系统的水，提高房间温度，通过节流装置，液态低温低压冷媒工质进入空气换热器5（换热器风机开机）吸收空气中的热量进行把工质气化回到压缩机1。

如图5所示本发明工作于制热+制冷模式（可提供生活热水）模式时包括压缩机1，水冷凝器2，四通换向阀3，第三逆止阀16、第四逆止阀17，储液器7，第二电磁阀8，第三电磁阀19，干燥过滤器8，单向膨胀阀11，室内换热器12，气液分离器13，第二室内换热器18，热水水泵14，第一空调水泵15，第二空调水泵20。第一电磁阀4关闭，第三电磁阀19开启。由压缩机1，水冷凝器2，四通换向阀3，第一室内换热器12，储液器7，干燥过滤器9，单向膨胀阀10，第二室内换热器18，气液分离器13形成制热循环系统；第一室内换热器12、第二室内换热器18、水冷凝器2侧面设有进水口、出水口；热水水泵14安装在热水管循环管路上，循环热水管路与热水系统相通，根据是否需要提供生活热水，开启或关闭热水水泵14；第一空调水泵15、第二空调水泵20安装在相互独立的空调水系统循环管路上，空调水系统循环管路与分别与独立的空调系统末端相连接。

制热工质经压缩机1压缩经水冷凝器2（加热水泵14根据热水需求开启或停止）、四通换向阀3进入第一室内换热器12（第一空调水泵15开启）加热对应空调系统的水，提高部分房间温度，通过节流装置，液态低温低压冷媒工质进入第二室内换热器18（第二空调水泵20开启）降低对应的空调系统内的水温度，通过末端装置降低部分房间的温度，工质气化后经气液分离器13回到压缩机1。

Claims (3)

1.一种可同时制取冷水与热水的空气源热泵装置，其特征在于该装置中，由压缩机(1)、水冷凝器(2)、四通换向阀(3)、空气换热器(5)或第二室内换热器(18)、储液器(7)、干燥过滤器(9)、单向膨胀阀(10)、第一室内换热器(12)、气液分离器(13)形成制冷循环系统；

由压缩机(1)、水冷凝器(2)、四通换向阀(3)、第一室内换热器(12)、储液器(7)、干燥过滤器(9)、单向膨胀阀(10)、第二室内换热器(18)或空气换热器(5)、气液分离器(13)形成制热循环；

压缩机(1)的排气管与水冷凝器(2)的进气管连接，水冷凝器(2)的出气管与四通换向阀(3)的第一进气口(3a)连接，四通换向阀(3)的第一出气口(3b)分别与第一电磁阀(4)和第三电磁阀(19)相连，第一电磁阀(4)的另一端与空气换热器(5)的进气管连接，空气换热器(5)出液管与逆止阀(6)相连接，第三电磁阀(19)的另一端与第二室内换热器(18)的进气管连接，第二室内换热器(18)的出液管也与第一逆止阀(6)相连接，相当于空气换热器(5)与第二室内换热器(18)并联，第一逆止阀(6)与储液器(7)的进口相连，储液器(7)的出口与第二电磁阀(8)连接，第二电磁阀(8)另一端与干燥过滤器(9)的进口连接，干燥过滤器(9)的出口连接单向膨胀阀(10)的入口，单向膨胀阀(10)的出口与第二逆止阀(11)相连，第二逆止阀(11)的出口与第一室内换热器(12)的进液管连接，第一室内换热器(12)的出液管又与四通换向阀(3)的第二进气口(3d)连接，四通换向阀3的第二出气口(3c)与气液分离器(13)的入口连接，气液分离器(13)的出口与压缩机(1)的回气管连接形成一个制冷系统的循环装置；热水水泵(14)安装在热水管循环管路上，循环热水管路与热水系统相通；第一空调水泵(15)安装在空调水系统循环管路上，空调水系统循环管路与空调系统末端相连接，第二空调水泵(20)安装在另一冷热负荷相反的空调水循环管路上，空调水系统循环管路与相应空调系统末端相连接；

第一室内换热器(12)、第二室内换热器(18)、水冷凝器(2)侧面设有进水口、出水口，进水口连接有进水管，出水口连接有出水管，形成水路循环，对应进水口管道上分别设置第一空调水泵(15)、第二空调水泵(20)、热水水泵(14)，用以控制是否提供热水或冷水；

第一室内换热器(12)，第二室内换热器(18)，水冷凝器(2)可使用板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器；

采用第一逆止阀(6)、第二逆止阀(11)、第三逆止阀(16)、第四逆止阀(17)串联与并联使用，使该装置只需要一个节流装置，即单向膨胀阀(10)；单向膨胀阀(10)使用热力膨胀阀、毛细管、手动膨胀阀或电子膨胀阀。

2.根据权利要求1所述的可同时制取冷水与热水的空气源热泵装置，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。

3.根据权利要求1所述的可同时制取冷水与热水的空气源热泵装置，其特征在于：压缩机(1)的吸气口与四通换向阀(3)的第二出气口(3c)之间还设有气液分离器(13)。