CN103388905A - 一种蒸发器流量可调节的热泵热水器系统 - Google Patents

Abstract

一种蒸发器流量可调节的热泵热水器系统，压缩机的排气管通过三通换向阀分别连通冷凝盘管或热气旁通管，冷凝盘管出口管通过膨胀阀和储液器第一进口管连通，蒸发器出口管接入储液器第二进口管，储液器第一出口管连接压缩机吸气侧，储液器第二出口管连接制冷剂的入口，冷剂泵出口通过连接管和蒸发器入口管连通，同时热气旁通管通过单向阀与蒸发器入口连通；储液器内的液态制冷剂通过制冷剂泵流经蒸发器；本发明通过采用蒸发器全液态供液，有效解决变工况运行循环流量与换热面积不匹配及冬季运行循环流量不足问题，能够适当提高蒸发温度，在流量提高的基础上，进一步减小换热器尺寸，改善热泵热水器的变工况运行特性，提高总体运行效率。

Description

一种蒸发器流量可调节的热泵热水器系统

技术领域

本发明涉及一种热泵热水器，具体涉及一种蒸发器流量可调节的热泵热水器系统。 

背景技术

工程领域中对热泵的一般定义是：可以在低温环境下吸取热量，并将其温度提高后向高温环境输出热量的机械或装置。空气源热泵热水器通过制冷剂不断蒸发、压缩、冷凝、节流以及在蒸发的热力循环过程，从空气中不断吸收热量输送给冷水，从而实现加热水的功能。 

热泵热水器的耗电量通常只有电热水器的四分之一，同时不存在漏电、干烧的安全隐患，不需要像太阳能热水器那样依赖阳光采热，使用起来十分安全环保，一般使用寿命可以达到15至20年。 

传统的热泵热水器，随着系统运行，冷凝器侧温度逐渐升高，使得蒸发温度与冷凝温度之间的温差加大，节流阀之后的制冷剂干度增大，进入蒸发器的气态制冷剂不能起到制冷作用而且比容较大，使得蒸发器换热面积利用率降低。空气中的水蒸气在温度-5℃～11.5℃，相对湿度65%～100%时，一旦低于露点温度极易结露进而结霜，因此空气源热泵热水器在冬季运行时，室外侧换热器表面易结霜，影响热水出水率。冬季运行蒸发温度低，系统制冷剂流量小，大部分制冷剂积存在冷凝器及储液器侧，蒸发器换热面积得不到充分利用，换热效率低，影响制热效果。 

综上，传统热泵热水器系统蒸发器侧流量调节能力低，变工况运行的适应能力差。在冬夏季运行时，存在制冷剂充注量及蒸发器换热面积不匹配的问题。在变工况运行中，存在蒸发器进口制冷剂干度过高的问题。上述两个问题的关键在于蒸发器面积得不到充分利用，蒸发器制冷剂流量调节不合理。 

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种蒸发器流量可调节的热泵热水器系统，有效解决冬季制热工况时的循环流量温度不足，能够适当提高蒸发温度，在流量提高的基础上，进一步减小换热器面积。 

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案： 

一种蒸发器流量可调节的热泵热水器系统，包括压缩机1，压缩机1的排气管2通过三通换向阀3分别连通水箱5内的冷凝盘管4或热气旁通管19，冷凝盘管4的冷凝盘管出口管6通过膨胀阀7和储液器9的储液器第一进口管8连通，通过膨胀阀7进行节流降压，蒸发器15的蒸发器出口管16接入储液器9的储液器第二进口管17，储液器9的储液器第一出口管18连接压缩机吸气侧，储液器第二出口管10连接制冷剂泵11的入口，冷剂泵11出口通过连接管12和蒸发器入口管14连通，同时热气旁通管19通过单向阀13与蒸发器入口管14连通；储液器9内的制冷剂通过制冷剂泵11流经蒸发器15，通过蒸发器出口管16和储液器第二进口管17进入储液器9内进行气液分离，分离出来的气态制冷剂经储液器第一出口管18进入压缩机1。 

所述制冷剂泵11为变频泵。 

所述蒸发器15为干式蒸发器，制冷剂在管内流动。 

所述蒸发器15的蒸发器入口管14的制冷剂为全液态，膨胀阀7之后的闪发气态制冷剂直接通过储液器第一出口管18进入压缩机吸气侧。 

本发明和现有技术相比，具体有如下优点： 

本发明通过在储液器与室外蒸发器之间加装制冷剂泵，使得蒸发器入口全部为液态制冷剂，提高蒸发器换热面积利用率；热水器系统能够根据季节内运行工况的改变灵活调节蒸发器内制冷剂的流量；有效解决冬季运行时循环流量不足问题，可以适当提高蒸发温度，在流量提高的基础上，进一步减小换热器尺寸，节约成本。 

附图说明

附图为本发明加装有制冷剂泵的热泵热水器系统的结构示意图。 

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。 

如附图所示，本发明一种蒸发器流量可调节的热泵热水器系统，包括压缩机1，压缩机1的排气管2通过三通换向阀3分别连通水箱5内的冷凝盘管4或热气旁通管19，冷凝盘管4的冷凝盘管出口管6通过膨胀阀7和储液器9的储液器第一进口管8连通，通过膨胀阀7进行节流降压，蒸发器15的蒸发器出口管16接入储液器9的储液器第二进口管17，储液器9的储液器第一出口管18连接压缩机吸气侧，储液器第二出口管10连接制冷剂泵11的入口，冷剂泵11出口通过连接管12和蒸发器入口管14连通，同时热气旁通管19通过单向阀13与蒸发器入口管14连通；储液器9内的制冷剂通过制冷剂泵11流经蒸发器15，通过蒸发器出口管16和储液器第二进口管17进入储液器9内进行气液分离，分离出来的气态制冷剂经储液器第一出口管18进入压缩机1，完成一个循环。图中冷水从冷水进水管20进入水箱5，热水通过热水出水管流出水箱5。 

作为本发明的优选实施方式，所述制冷剂泵11为变频泵。 

作为本发明的优选实施方式，所述蒸发器15为干式蒸发器，制冷剂在管内流动。 

三通换向阀3设置在压缩机1的排气管2、冷凝盘管4与热气旁通管19的连接处。在热泵热水器正常运行时，三通换向阀3连通压缩机1的排气管2与冷凝盘管4，膨胀阀7连通，单向阀13不通；当进行除霜时，三通换向阀3接通压缩机1的排气管2与热气旁通管路19，单向阀13由压缩机1的排气管2至蒸发器15入口单向连通，膨胀阀7关闭不通。 

附图所示的本发明的热泵热水器有效提高热水器的热水出水率及热水升温速率。夏季运行时，蒸发温度较高，室外侧蒸发器15吸收空气中的热量经压缩机1压缩进入冷凝盘管4放热，从而加热热水。传统热泵热水器随着运行的进行，冷凝侧的温度逐渐升高，蒸发温度与冷凝温度之间的温差增大，使得节流之后的汽液混合物干度越来越大。闪发的制冷剂气体在蒸发器内不能吸收热量，比容大，占用过多的蒸发器体积，蒸发器换热面积利用率较低，存在蒸发器设计尺寸与变工况运行不匹配的问题。本发明在蒸发器15入口放置变频制冷剂泵，制冷剂泵11将储液器9内的液态制冷剂泵送至蒸发器15内，使得蒸发器入口乃至整个蒸发器都是液态制冷剂，从而提高蒸发器的换热面积利用率，增大从空气中吸收的热量，生产更多的热水。而且，变频制冷剂泵可以随着冷凝侧温度的升高而提高泵频率，加大泵流量从而适当提高蒸发温度，减小两器之间的温差，提高整个系统的运行效率。 

冬季运行时，蒸发温度较低，压缩机1的吸气比容较大，使得压缩机排气量降低，系统的循环流量降低。由于冬季需求热水量更大，冷凝盘管4的换热能力不降反增，冷凝成液态的制冷剂经膨胀阀7节流之后进入储液器9。由于蒸发温度与冷凝温度间的大温差，使得系统循环流量较小。传统热泵热 水器无法调节蒸发器侧制冷剂流量，通过降低蒸发温度保证从空气中吸收热量。本发明加设蒸发器侧制冷剂泵，灵活调节蒸发器侧流量，可以适当调节蒸发温度，并能保证从空气中吸收足够的热量，从而提高吸气侧比容，提高系统循环流量，增大热水出水量。 

当蒸发器15表面温度低于空气中水蒸气的露点温度时，蒸发器15表面就会结霜，霜层的存在会增大换热热阻，降低传热系数，对系统运行的安全性与经济性存在不利影响。本发明采用热气旁通的方式进行除霜，三通换向阀3设置在压缩机1的排气管2、冷凝盘管4与热气旁通管19的连接处。当布置在蒸发器上的温度传感器测得温度过低时，切换三通换向阀3接通压缩机1的排气管2与热气旁通管路19，高温高压的制冷剂通过单向阀13进入蒸发器入口，与来自制冷剂泵的液态制冷剂混合进入蒸发器15，进行热气除霜。 

本发明的工作原理为： 

当热泵热水器连续运行时，冷凝温度与蒸发温度间的温差随着水箱内的水温升高而逐渐加大，膨胀阀后的制冷剂干度也越来越大，系统运行状态随着工况改变而变得恶劣，热泵热水器系统的运行效率降低。当热泵热水器在不同季节运行时，室外环境温度差异大，冬季室外温度较低，循环流量小，导致热水出水量少，不能及时满足热水供应需求，系统运行效率因季节工况变化而降低。综上，热泵热水器实际的工作状态为变工况运行，与标准设计工况存在差异，因此，在系统运行过程中经常出现换热面积与充注量等的不匹配现象，影响系统总体效率。 

如附图所示。当热泵热水器正常运行时，压缩机1的排气管2通过三通换向阀3分别连通水箱5内的冷凝盘管4或热气旁通管19，冷凝盘管4的冷凝盘管出口管6通过膨胀阀7和储液器9的储液器第一进口管8连通，通过 膨胀阀7进行节流降压，蒸发器15的蒸发器出口管16接入储液器9的储液器第二进口管17，储液器9的储液器第一出口管18连接压缩机吸气侧，储液器第二出口管10连接制冷剂泵11的入口，冷剂泵11出口通过连接管12和蒸发器入口管14连通，同时热气旁通管19通过单向阀13与蒸发器入口管14连通；储液器9内的制冷剂通过制冷剂泵11流经蒸发器15，通过蒸发器出口管16和储液器第二进口管17进入储液器9内进行气液分离，分离出来的气态制冷剂经储液器第一出口管18进入压缩机1，完成循环过程。当冬季运行需要除霜时，切换三通换向阀3接通压缩机1的排气管2与热气旁通管路19，高温高压的制冷剂通过单向阀13进入蒸发器入口，与来自制冷剂泵的液态制冷剂混合进入蒸发器15，进行热气除霜。 

传统热泵热水器蒸发器入口流量不可调节，经膨胀阀节流的制冷剂直接进入蒸发器内，其中的闪发制冷剂蒸汽无可利用潜热且比容较大，蒸发器的换热面积得不到充分利用。本发明在蒸发器入口侧设置储液器与变频制冷剂泵，使制冷剂泵入口与储液器底部连接，保证泵入口为完全的液态制冷剂，防止气蚀破坏制冷剂泵内部结构。在储液罐与制冷剂泵共同作用下，一是能够保证蒸发器入口的全液态状态，二是能够灵活调节蒸发器入口的液态制冷剂流量，从而提高换热器利用效率，减小换热器尺寸，改善热泵热水器的变工况运行特性，提高总体运行效率。 

Claims (4)

1.一种蒸发器流量可调节的热泵热水器系统，包括压缩机（1），其特征在于：压缩机（1）的排气管（2）通过三通换向阀（3）分别连通水箱（5）内的冷凝盘管（4）或热气旁通管（19），冷凝盘管（4）的冷凝盘管出口管（6）通过膨胀阀（7）和储液器（9）的储液器第一进口管（8）连通，通过膨胀阀（7）进行节流降压，蒸发器（15）的蒸发器出口管（16）接入储液器（9）的储液器第二进口管（17），储液器（9）的储液器第一出口管（18）连接压缩机吸气侧，储液器第二出口管（10）连接制冷剂泵（11）的入口，冷剂泵（11）出口通过连接管（12）和蒸发器入口管（14）连通，同时热气旁通管（19）通过单向阀（13）与蒸发器入口管（14）连通；储液器（9）内的液态制冷剂通过制冷剂泵（11）流经蒸发器（15），通过蒸发器出口管（16）和储液器第二进口管（17）进入储液器（9）内进行气液分离，分离出来的气态制冷剂经储液器第一出口管（18）进入压缩机（1）。

2.根据权利要求1所述的一种蒸发器流量可调节的热泵热水器系统，其特征在于：所述制冷剂泵（11）为变频泵。

3.根据权利要求1所述的一种蒸发器流量可调节的热泵热水器系统，其特征在于：所述蒸发器（15）为干式蒸发器，制冷剂在管内流动。

4.根据权利要求1所述的一种蒸发器流量可调节的热泵热水器系统，其特征在于：蒸发器入口管（14）处为全液态制冷剂，液态制冷剂循环利用，膨胀阀（7）之后的闪发气态制冷剂直接通过储液器第一出口管（18）进入压缩机吸气侧。

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