CN103776114A

CN103776114A - 直接膨胀式热泵型综合用能系统及其控制方法

Info

Publication number: CN103776114A
Application number: CN201410022593.1A
Authority: CN
Inventors: 郭永辉; 方永梅; 侯根富; 高兰周; 李祎彧; 戴贵龙
Original assignee: Fujian University of Technology
Current assignee: Fujian University of Technology
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-17
Also published as: CN103776114B

Abstract

本发明公开了一种直接膨胀式热泵型综合用能系统，包括一直接膨胀式管路系统，直接膨胀式管路系统包括顺序连接形成水环路的空调冷水箱、压缩机、热水箱、节流膨胀阀，空调冷水箱对应安装有蒸发器，热水箱对应安装有冷凝器；分别添加节流毛细管与蒸发器串联管路系统2组，一端为毛细管的入口，通过管道连接节流膨胀阀的出口,另一端为蒸发器的出口，与压缩机的吸气口连接，形成两组与直接膨胀式管路系统中的节流膨胀阀、蒸发器并联的冷藏室管路系统以及冷冻室管路系统；本发明还提供了上述的直接膨胀式热泵型综合用能系统的控制方法，本发明的控制装置以及方法可靠，能够保障系统正常高效工作；操作简单，安装施工简单，安装调试后运行成本低。

Description

直接膨胀式热泵型综合用能系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及节能技术综合应用技术领域，具体的说，本发明涉及一种直接膨胀式热泵型制热、制冷、热水综合用能系统及其控制方法。

背景技术

在家庭生活、美容美发沙龙以及便利店内，广泛的存在供热与供冷的空调、热水、食品冷藏等实际需求。为满足实际的需求，不得不配置空调、热水器、冰箱冰柜等电器。虽然满足了生产生活需求，但也存在一些问题:

1）各个设备原理相同，主要组成部件类似，但功能单一，只能满足其中的某一项或者两项需求。比如：家用热泵冷暖空调与冰箱冰柜相比，均采用了蒸汽压缩制冷循环，其原理均来自卡诺循环和逆卡诺循环，它们的主要组成部分均由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器这四大件加以必要的控制与安全部件组成。空调仅仅满足了冷热需求，而冰箱冰柜仅仅满足了食品冷藏需求。

2）每个设备单独构成，独立运行，占用空间。为满足实际的需求，不得不配置空调、热水器、冰箱冰柜等电器，分布在建筑内的不同空间。

3)）每个设备独立运行，综合效率低，甚至发生冷热抵消，造成设备容量加大，增加初投资。以夏季时家庭生活为例，建筑内需要空调，而食品保鲜需要冰箱冰柜。冰箱冰柜是把维持食品保鲜需要排出的热量加上本身压缩机消耗的功均以热量的形式排放在建筑内，而这部分热量却恰恰是空调需要解决的热负荷之一，空调需要提供冷量来抵消冰箱冰柜释放出来的热量。又比如，夏季空调使用时，把建筑内的热负荷白白的排到室外，与此同时又消耗电能使用热水器产生热水，满足生活需求。

目前解决上述问题的主要办法是把空调需求与热水需求，甚至加以太阳能的利用，这几部分结合起来统一解决。而对家庭生活以及便利店内比较重要的食品保鲜等制冷需求却很少顾及。

发明内容

本发明要解决的技术问题是把空调、热水器、冰箱冰柜等电器的功能需求统一，利用一套直接膨胀式热泵系统同时实现了供热、供冷、供热水的功能。

本发明提供的技术方案是：一种直接膨胀式热泵型综合用能系统，包括一直接膨胀式管路系统，直接膨胀式管路系统包括顺序连接形成水环路的空调冷水箱、压缩机、热水箱、节流膨胀阀，空调冷水箱对应安装有蒸发器，热水箱对应安装有冷凝器；分别添加节流毛细管与蒸发器串联管路系统2组，一端为毛细管的入口，通过管道连接节流膨胀阀的出口,另一端为蒸发器的出口，与压缩机的吸气口连接，形成两组与直接膨胀式管路系统中的节流膨胀阀、蒸发器并联的冷藏室管路系统以及冷冻室管路系统；冷藏室管路系统包括通过管路连接的节流毛细管、蒸发器、控制器、第一阀门；冷冻室管路系统包括通过管路连接的节流毛细管、蒸发器、控制器、第二阀门；节流毛细管通过第三阀门与节流膨胀阀相连；冷冻室管路系统以及冷藏室管路系统通过第四阀门连接至压缩机吸气口的管道上；温度传感器分别与冷冻室、冷藏室相连；空调冷水箱与热水箱通过第五阀门外接供排水组成空调制冷制热的水环路系统；控制器分别与第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门相连。

所述的空调冷水箱上部连接有管道风机，且顶部开口；夏季工况为空调冷水箱，实现水与蒸发器交换热量；冬季工况为风冷兼水冷箱，实现室外空气与水共同与蒸发器交换热量。

所述第一阀门、第二阀门、第三阀门以及第五阀门为电磁阀或截止阀，第四阀门为止回阀。

所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门的联动为电动或液压传动。

本发明还提供了上述的直接膨胀式热泵型综合用能系统的控制方法，步骤如下：

步骤10），设定直接膨胀式热泵型综合用能系统的冷冻室与冷藏室内启动温度T_d1～T_d2，T_c1～T_c2；设定综合用能系统的空调制冷工况与制热工况；

步骤20），温度传感器连续检测冷藏室温度T_c，当T_c小于T_c1时，温度传感器给控制器一信号指令，控制器关闭第一阀门，经直接膨胀式管路系统节流膨胀阀后的制冷剂低压液体不再流经冷藏室管路系统的节流毛细管、蒸发器；当T_c大于T_c2时，温度传感器给控制器一信号指令，控制器开启第一阀门，经直接膨胀式管路系统节流膨胀阀后的制冷剂低压液体重新流经冷藏室管路系统系统中的节流毛细管、蒸发器再回到压缩机吸气口管道，重复循环；

步骤30），温度传感器连续检测冷藏室温度T_d，当T_d小于T_d1时，温度传感器给控制器一信号指令，控制器关闭第二阀门，经直接膨胀式管路系统节流膨胀阀后的制冷剂低压液体不再流经冷冻室管路系统中的节流毛细管、蒸发器；当T_d大于T_d2时，温度传感器给控制器一信号指令，控制器开启第二阀门，经直接膨胀式管路系统节流膨胀阀后的制冷剂低压液体重新流经冷冻室管路系统系统中的节流毛细管、蒸发器再回到压缩机吸气口管道。

步骤40），当直接膨胀式热泵型综合用能系统处于空调制冷时，控制器控制第五阀门（14、16）关闭，以及第五阀门（15、17）开启，自来水进入热水箱受热后供应生活热水；空调回水经阀门（15）则进入空调冷水箱冷冻后，再经阀门（17）供应空调冷冻水；制冷剂则在压缩机受压后，进入热水箱，经节流膨胀阀后，一部分或者全部进入空调用冷水箱，再回到压缩机；另有一部分经冷藏室管路系统以及冷冻室管路系统后，再回到压缩机；上述步骤重复循环。

还包括步骤50）当直接膨胀式热泵型综合用能系统处于空调制热时，控制器控制第五阀门（14、16）开启，以及第五阀门（15、17）关闭；一部分自来水进入热水箱受热后供应生活热水；空调回水经阀门（14）则进入热水箱加热后，再经阀门（16）供应空调热水；制冷剂则在压缩机受压后，进入热水箱，经节流膨胀阀后，一部分或者全部进入空调用冷水箱，在管道风机（20）开启后于室外空气换热后，再回到压缩机；另有一部分经冷藏室管路系统以及冷冻室管路系统后，再回到压缩机；上述步骤重复循环。

本发明具有如下优点：

1、本发明的控制装置以及方法可靠，能够保障系统正常高效工作；

2、操作简单，根据冷冻室以及冷藏室温度大小改变，以及冬夏季运行工况的设定，通过联动调节阀门的开关实现切换相应的管路系统；

3、安装施工简单，安装调试后运行成本低；

4、本发明的一种直接膨胀式热泵型制热、制冷、热水综合用能系统控制装置可以手动控制，又可以自动控制，适用性强。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明直接膨胀式热泵型制热、制冷、热水综合用能系统控制装置结构示意图；

图2为本发明实施例的保护方法流程图；

图中：1压缩机 2热水箱 3膨胀阀 4空调冷水箱 5冷藏室 6冷冻室 7、8、9，13，14、15、16、17阀门 10、11、12止回阀 18温度传感器 19控制器 20管道风机 21泄水阀 22、23毛细管 24、25感温探头。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参阅图1，本发明直接膨胀式热泵型综合用能系统，包括一压缩机1、一热水箱2、一膨胀阀3、一空调冷水箱4以及一冷藏室管路系统5，一冷冻室管路系统6；压缩机1与热水箱2相连，热水箱2、膨胀阀3、空调冷水箱4以及压缩机1依次连接；冷藏室管路系统5包括一节流毛细管22、一蒸发器5、一控制器19、一第一阀门8；冷冻室管路系统系统包括一节流毛细管23、一蒸发器6、一控制器18、一第二阀门9；节流毛细管22，23通过第三阀门7与节流膨胀阀3相连；冷冻室管路系统以及冷藏室管路系统通过第四阀门10，11，12连接至压缩机吸气口的管道上；温度传感器18分别与冷冻室6以及冷藏室5相连；空调冷水箱4与热水箱2通过第五阀门14，15，16，17组成空调制冷制热的水环路系统。控制器分别与第一阀门8、第二阀门9、第三阀门7、以及第五阀门14、15、16、17相连。

实施例1：

参阅图1和图2，以制冷量5kW，制热量4.5kW的直接膨胀式热泵型制热、制冷、热水综合用能系统为具体实例。制冷剂采用R12，热水箱200升，空调冷水箱为150升。冷凝器与蒸发器均采用单U铜管群。经计算压缩机选用谷轮ZB系列冷冻涡旋压缩机ZB21KQEP。

直接膨胀式热泵型制热、制冷、热水综合用能系统控制方法的具体操作步骤如下：

步骤S1：在蒸发温度为2℃，冷凝温度为55℃，吸气温度为10℃，过冷度为2℃的制冷工况下，预先设定冷藏温度范围Tc在0～5℃，冷冻温度范围Td在-7～0℃。

步骤S2：开机运行进入空调制冷工况；

步骤S3：进入正常运行状态，温度传感器18开始连续检测冷藏室温度Tc，当Tc小于0℃时，温度传感器给控制器19一信号指令，控制器19关闭第一阀门8，经直接膨胀式热泵系统节流膨胀阀3后的制冷剂低压液体不再流经冷藏室管路系统5的一节流毛细管22、一蒸发器5；当Tc大于5℃时，温度传感器给控制器19一信号指令，控制器开启第一阀门8，经直接膨胀式热泵系统节流膨胀阀3后的制冷剂低压液体重新流经冷藏室管路系统系统5中的一节流毛细管22、一蒸发器5再回到压缩机1吸气口管道，重复循环。

步骤S4：温度传感器连续检测冷藏室温度Td，当Td小于-7℃时，温度传感器给控制器19一信号指令，控制器关闭第二阀门9，经直接膨胀式热泵系统节流膨胀阀3后的制冷剂低压液体不再流经冷冻室管路系统6中的一节流毛细管23、一蒸发器6；当Td大于0℃时，温度传感器给控制器19一信号指令，控制器开启第二阀门9，经直接膨胀式热泵系统节流膨胀阀3后的制冷剂低压液体重新流经冷冻室管路系统系统6中的一节流毛细管23、一蒸发器6再回到压缩机1吸气口管道。

步骤S5：控制器19控制第五阀门14、16关闭，以及第五阀门15、17开启。自来水进入热水箱2受热后供应生活热水；空调回水经阀门15则进入空调冷水箱4冷冻后，再经阀门17，供应空调冷冻水。而制冷剂则在压缩机1受压后，进入热水箱2，经节流膨胀阀3后，一部分或者全部进入空调用冷水箱4，再回到压缩机；另有一部分经冷藏室管路系统5以及冷冻室管路系统6后，再回到压缩机。上述步骤重复循环；

步骤S6：开机运行进入空调制热工况；

步骤S7：进入正常运行状态，温度传感器18开始连续检测冷藏室温度Tc，当Tc小于0℃时，温度传感器给控制器19一信号指令，控制器19关闭第一阀门8，经直接膨胀式热泵系统节流膨胀阀3后的制冷剂低压液体不再流经冷藏室管路系统5的一节流毛细管22、一蒸发器5；当Tc大于5℃时，温度传感器给控制器19一信号指令，控制器开启第一阀门8，经直接膨胀式热泵系统节流膨胀阀3后的制冷剂低压液体重新流经冷藏室管路系统系统5中的一节流毛细管22、一蒸发器5再回到压缩机1吸气口管道，重复循环。

步骤S8：温度传感器连续检测冷藏室温度Td，当Td小于-7℃时，温度传感器给控制器19一信号指令，控制器关闭第二阀门9，经直接膨胀式热泵系统节流膨胀阀3后的制冷剂低压液体不再流经冷冻室管路系统6中的一节流毛细管23、一蒸发器6；当Td大于0℃时，温度传感器给控制器19一信号指令，控制器开启第二阀门9，经直接膨胀式热泵系统节流膨胀阀3后的制冷剂低压液体重新流经冷冻室管路系统系统6中的一节流毛细管23、一蒸发器6再回到压缩机1吸气口管道。

步骤S9：控制器19控制第五阀门14、16开启，以及第五阀门15、17关闭。一部分自来水进入热水箱2受热后供应生活热水；空调回水经阀门14则进入热水箱2加热后，再经阀门16，供应空调热水。而制冷剂则在压缩机1受压后，进入热水箱2，经节流膨胀阀3后，一部分或者全部进入空调用冷水箱4，在管道风机20开启后与室外空气换热后（此时蒸发器由夏季水冷变成冬季的风冷），再回到压缩机1；另有一部分经冷藏室管路系统5以及冷冻室管路系统6后，再回到压缩机。上述步骤重复循环；

以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种直接膨胀式热泵型综合用能系统，其特征在于，包括一直接膨胀式管路系统，直接膨胀式管路系统包括顺序连接形成水环路的空调冷水箱、压缩机、热水箱、节流膨胀阀，空调冷水箱对应安装有蒸发器，热水箱对应安装有冷凝器；

分别添加节流毛细管与蒸发器串联管路系统2组，一端为毛细管的入口，通过管道连接节流膨胀阀的出口,另一端为蒸发器的出口，与压缩机的吸气口连接，形成两组与直接膨胀式管路系统中的节流膨胀阀、蒸发器并联的冷藏室管路系统以及冷冻室管路系统；

冷藏室管路系统包括通过管路连接的节流毛细管、蒸发器、控制器、第一阀门（8）；

冷冻室管路系统包括通过管路连接的节流毛细管、蒸发器、控制器、第二阀门（9）；

节流毛细管通过第三阀门（7）与节流膨胀阀相连；

冷冻室管路系统以及冷藏室管路系统通过第四阀门（10，11，12）连接至压缩机吸气口的管道上；

温度传感器分别与冷冻室、冷藏室相连；

空调冷水箱与热水箱通过第五阀门（14，15，16，17）外接供排水组成空调制冷制热的水环路系统；

控制器分别与第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门相连。

2.根据权利要求1所述的一种直接膨胀式热泵型综合用能系统，其特征在于，所述的空调冷水箱上部连接有管道风机，且顶部开口；夏季工况为空调冷水箱，实现水与蒸发器交换热量；冬季工况为风冷兼水冷箱，实现室外空气与水共同与蒸发器交换热量。

3.根据权利要求1所述的一种直接膨胀式热泵型综合用能系统，其特征在于，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门以及第五阀门为电磁阀或截止阀，第四阀门为止回阀。

4.根据权利要求1所述的一种直接膨胀式热泵型综合用能系统，其特征在于，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门的联动为电动或液压传动。

5.一种权利要求1所述的直接膨胀式热泵型综合用能系统的控制方法，其特征在于：步骤如下：

步骤20），温度传感器连续检测冷藏室温度T_c，当T_c小于T_c1时，温度传感器给控制器一信号指令，控制器关闭第一阀门，经直接膨胀式管路系统节流膨胀阀后的制冷剂低压液体不再流经冷藏室管路系统的节流毛细管、蒸发器；当T_c大于T_c2时，温度传感器给控制器一信号指令，控制器开启第一阀门，经直接膨胀式管路系统节流膨胀阀后的制冷剂低压液体重新流经冷藏室管路系统系统中的节流毛细管、蒸发器再回到压缩机吸气口管道，重复循环；步骤30），温度传感器连续检测冷藏室温度T_d，当T_d小于T_d1时，温度传感器给控制器一信号指令，控制器关闭第二阀门，经直接膨胀式管路系统节流膨胀阀后的制冷剂低压液体不再流经冷冻室管路系统中的节流毛细管、蒸发器；当T_d大于T_d2时，温度传感器给控制器一信号指令，控制器开启第二阀门，经直接膨胀式管路系统节流膨胀阀后的制冷剂低压液体重新流经冷冻室管路系统系统中的节流毛细管、蒸发器再回到压缩机吸气口管道。

6.根据权利要求5所述的直接膨胀式热泵型综合用能系统的控制方法，其特征在于：还包括步骤40），当直接膨胀式热泵型综合用能系统处于空调制冷时，控制器控制第五阀门（14、16）关闭，以及第五阀门（15、17）开启，自来水进入热水箱受热后供应生活热水；空调回水经阀门（15）则进入空调冷水箱冷冻后，再经阀门（17）供应空调冷冻水；制冷剂则在压缩机受压后，进入热水箱，经节流膨胀阀后，一部分或者全部进入空调用冷水箱，再回到压缩机；另有一部分经冷藏室管路系统以及冷冻室管路系统后，再回到压缩机；上述步骤重复循环。

7.根据权利要求5所述的直接膨胀式热泵型综合用能系统的控制方法，其特征在于：还包括步骤50）当直接膨胀式热泵型综合用能系统处于空调制热时，控制器控制第五阀门（14、16）开启，以及第五阀门（15、17）关闭；一部分自来水进入热水箱受热后供应生活热水；空调回水经阀门（14）则进入热水箱加热后，再经阀门（16）供应空调热水；制冷剂则在压缩机受压后，进入热水箱，经节流膨胀阀后，一部分或者全部进入空调用冷水箱，在管道风机（20）开启后于室外空气换热后，再回到压缩机；另有一部分经冷藏室管路系统以及冷冻室管路系统后，再回到压缩机；上述步骤重复循环。