CN104006575A - 一种风水双源热泵冷热水机组及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风水双源热泵冷热水机组及其控制方法。风水双源热泵冷热水机组包括四通阀，四通阀的其中一个接口连接壳管换热器以及经济器，四通阀的其余三个接口分别连接气液分离器、翅片换热器、板式换热器，气液分离器连接压缩机的进口，压缩机的出口连接板式换热器，壳管换热器连接经济器，经济器连接翅片换热器、壳管换热器以及压缩机，板式换热器连接外接水源，壳管换热器连接外接水源，翅片换热器连接有风机。本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：通过本发明所述的风水双源热泵冷热水机组，可实现随时可以利用空气源和水源满足用户冷热水需求，即可根据冷热水需求实现空气源热泵模式、风冷冷水模式水源热泵模式三种模式的自动切换，把三台不同功能机组集成为一台多功能，全年实现随时根据用户冷热需求可以利用空气源和水源进行制冷、制热。

Description

一种风水双源热泵冷热水机组及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种风水双源热泵冷热水机组及其控制方法。

背景技术

目前市面上的热泵分为水源式热泵、单热风冷式热泵以及夏季制冷冬季制热的风冷式热泵。这三种热泵各自均不能高效满足工业生产工艺对冷和热的不断变化要求，而在传统的表面处理行业，需要制冷的时候就需要投入使用单冷式风冷或水冷冷水机组，需要出大于85度热水的时候就需要投入使用空气源或水源式热泵机组，因此需要同时具备两种机组才能满足生产的需求，因此提高了生产成本和维护费用。

在表面处理行业中，表面处理包括型材氧化、硬质氧化、电泳、镀锌、镀酸铜、镀锡、镀硬铬、镀装饰铬、阳极氧化等表面处理。这些处理工艺都需要提供高温水源，现有的热泵机组提供的出热水温度基本上为55℃左右，根本达不到表面处理行业高温热水的要求，并且出水的水温不稳定，容易导致氧化品质不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，可以实现随时可以利用空气源和水源实现制冷和制热功能的风水双源热泵冷热水机组及其控制方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种风水双源热泵冷热水机组，其特征在于：包括四通阀，四通阀的其中一个接口连接壳管换热器以及经济器，四通阀的其余三个接口分别连接气液分离器、翅片换热器、板式换热器，气液分离器连接压缩机的进口，压缩机的出口连接板式换热器，壳管换热器连接经济器，经济器连接翅片换热器、壳管换热器以及压缩机，板式换热器连接外接水源，壳管换热器连接外接水源，翅片换热器连接有风机。

作为优选，四通阀通过电子膨胀阀连接至经济器，电子膨胀阀可以根据风水双源热泵冷热水机组的温度和压力传感器反馈自动控制制冷剂流量，使高温高压制冷剂液体节流降温降压成低温低压的制冷剂液体进入蒸发器进行制冷换热。

一种风水双源热泵冷热水机组的控制方法，其特征在于：风水双源热泵冷热水机组根据冷热水需求在以下三种工作模式中进行切换，

1)用户仅有热水需求时，启动空气源热泵模式，此模式下翅片换热器作为蒸发器功能，板式换热器作为冷凝器功能，壳管换热器成关闭状态，高温高压的制冷剂气体从压缩机排出后进入板式换热器，由板式换热器与外界的水置换，这时板式换热器出来的水为热水，制冷剂经过板式换热器后，流向四通阀，再流向经济器，制冷剂变成低温低压的液体流向翅片换热器，风机开启，再经过四通阀流向气液分离器，最后回到压缩机，完成空气源热泵模式的制热循环；

2)用户仅有冷水需求时，启动风冷冷水模式，此模式下翅片换热器作为冷凝器功能，壳管换热器作为蒸发器功能，板式换热器成关闭状态，高温高压的制冷剂气体从压缩机排出后由四通阀换进入翅片换热器，风机开启，由翅片换热器与外界的空气置换，制冷剂经过翅片换热器冷凝器后，流向经济器，制冷剂变成低温低压的液体流向壳管式蒸发器，壳管换热器与外界的水置换，置换出来的为冷水，制冷剂再经过四通阀流向气液分离器，最后回到压缩机，完成风冷冷水模式的制冷循环；

3)用户冷热水均有需求时，启动水源热泵模式，此模式下壳管换热器作为蒸发器功能，板式换热器作为冷凝器功能，翅片换热器成关闭状态，高温高压的制冷剂气体从压缩机排出后进入板式换热器，由板式换热器与外界的水置换，这时板式换热器8出来的水为热水，制冷剂经过板式换热器冷凝器后，流向四通阀，流经翅片换热器，这时翅片换热器以及风机呈关闭状态，再流向经济器，制冷剂变成低温低压的液体流向壳管式蒸发器，再经过四通阀流向气液分离器，最后回到压缩机，完成水源热泵模式的制冷循环。

作为优选，空气源热泵模式下，根据负荷需求，采用的控制方式如下

1)当实际温度≧+10℃时，压缩机升频，增大系统流量，提高制冷能力，快速响应用户需求；

2)当+2℃≦实际温度≦10℃时，采用节能控制，提高蒸发温度，通过打开电子膨胀阀提高蒸发温度；同时风机升频，扩大散热面积，降低高压压力，从而降低压缩机功率。

3)当实际温度≦+2℃时，降低压缩机频率，使水温保持恒定，同时避免压缩机频繁启停。

作为优选，空气源热泵模式模式下，根据负荷需求，采用的控制方式如下：

1)当实际温度≦-10℃时，压缩机升频，增大系统流量，提高制热能力，快速响应用户需求；

2)当-10℃≦实际温度≦-2℃时，降低风机功率达到节能控制；

3)当实际温度≦-2℃时，降低压缩机频率，使水温保持恒定，同时避免压缩机频繁启停。

作为优选，水源热泵模式模式下，自动计算用户冷热需求，调节风机使系统最大程度工作在该模式下，达到节能的目的，冷热需求计算方式如下：

冷水需求：L＝T2/T1，热水需求R＝T4/T3，

冷水需求L自动记录最近3次，取其平均值，

热水需求R自动记录最近3次，取其平均值，

当冷水需求L的平均值≦热水需求R的平均值，机组以热水模式为主，此时关闭风机使系统提高制热能力，

当冷水需求L的平均值≧热水需求R的平均值，机组以冷水模式为主，此时开启风机使系统提高制冷能力，

其中T1为冷水制冷时间，T2为冷水停机时间；T3为热水制热时间，T4为热水停机时间。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：通过本发明所述的风水双源热泵冷热水机组，可实现随时可以利用空气源和水源满足用户冷热水需求，即可根据冷热水需求实现空气源热泵模式、风冷冷水模式水源热泵模式三种模式的自动切换，把三台不同功能机组集成为一台多功能，全年实现随时根据用户冷热需求可以利用空气源和水源进行制冷、制热。减少了设备投入成本，经检测该风水双源热泵机组可提供出高温热水温度达85℃的高温热水，达到了表面处理行业的水温要求，并且每种模式都可以很定设定有恒温功能，从而使冷水、热水水温保持恒定，模式转换时压缩机不停机，避免了压缩机的频繁启停，照成压缩机烧毁。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图中以下三种箭头：

分别标示空气源热泵模式、风冷冷水模式、水源热泵模式下的制冷剂运动方向。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1，本实施例风水双源热泵冷热水机组，包括四通阀9，四通阀9的其中一个接口连接壳管换热器6，四通阀9通过电子膨胀阀10连接至经济器7。四通阀9的其余三个接口分别连接气液分离器5、翅片换热器3、板式换热器8，气液分离器5连接压缩机4的进口，压缩机4的出口连接板式换热器8，壳管换热器8连接经济器7，经济器7连接翅片换热器3、壳管换热器6以及压缩机4，板式换热器8连接外接水源，壳管换热器6连接外接水源，翅片换热器3连接有风机2。

本实施例风水双源热泵冷热水机组的控制方法，风水双源热泵冷热水机组根据热水需求在以下三种工作模式中进行切换，

1)用户仅有热水需求时，启动空气源热泵模式，此模式下翅片换热器3作为蒸发器功能，板式换热器8作为冷凝器功能，壳管换热器6成关闭状态，高温高压的制冷剂气体从压缩机4排出后进入板式换热器8，由板式换热器8与外界的水置换，这时板式换热器8出来的水为热水，制冷剂经过板式换热器8后，流向四通阀9，再流向经济器7，制冷剂变成低温低压的液体流向翅片换热器3，风机2开启，再经过四通阀9流向气液分离器5，最后回到压缩机4，完成空气源热泵模式的制热循环；

2)用户仅有冷水需求时，启动风冷冷水模式，此模式下翅片换热器3作为冷凝器功能，壳管换热器6作为蒸发器功能，板式换热器8成关闭状态，高温高压的制冷剂气体从压缩机4排出后由四通阀9换进入翅片换热器3，风机2开启，由翅片换热器3与外界的空气置换，制冷剂经过翅片换热器3冷凝器后，流向经济器7，制冷剂变成低温低压的液体流向壳管式蒸发器6，壳管换热器6与外界的水置换，置换出来的为冷水，制冷剂再经过四通阀9流向气液分离器5，最后回到压缩机4，完成风冷冷水模式的制冷循环；

3)用户冷热水均有需求时，启动水源热泵模式，此模式下壳管换热器6作为蒸发器功能，板式换热器8作为冷凝器功能，翅片换热器3成关闭状态，高温高压的制冷剂气体从压缩机4排出后进入板式换热器8，由板式换热器8与外界的水置换，这时板式换热器8出来的水为热水，制冷剂经过板式换热器8冷凝器后，流向四通阀9，流经翅片换热器3，这时翅片换热器3以及风机2呈关闭状态，再流向7经济器，制冷剂变成低温低压的液体流向壳管式蒸发器6，再经过四通阀流9向气液分离器5，最后回到压缩机4，完成水源热泵模式的制冷循环。

本实施例中，空气源热泵模式下，根据负荷需求，采用的控制方式如下

1)当实际温度≧+10℃时，压缩机升频，增大系统流量，提高制冷能力，快速响应用户需求；

2)当+2℃≦实际温度≦10℃时，采用节能控制，提高蒸发温度，通过打开电子膨胀阀提高蒸发温度；同时风机升频，扩大散热面积，降低高压压力，从而降低压缩机功率。

3)当实际温度≦+2℃时，降低压缩机频率，使水温保持恒定，同时避免压缩机频繁启停。

本实施例中，空气源热泵模式模式下，根据负荷需求，采用的控制方式如下：

1)当实际温度≦-10℃时，压缩机升频，增大系统流量，提高制热能力，快速响应用户需求；

2)当-10℃≦实际温度≦-2℃时，降低风机功率达到节能控制；

3)当实际温度≦-2℃时，降低压缩机频率，使水温保持恒定，同时避免压缩机频繁启停。

本实施例中，水源热泵模式模式下，自动计算用户冷热需求，调节风机使系统最大程度工作在该模式下，达到节能的目的，冷热需求计算方式如下：

冷水需求：L＝T2/T1，热水需求R＝T4/T3，

冷水需求L自动记录最近3次，取其平均值，

热水需求R自动记录最近3次，取其平均值，

当冷水需求L的平均值≦热水需求R的平均值，机组以热水模式为主，此时关闭风机使系统提高制热能力，

当冷水需求L的平均值≧热水需求R的平均值，机组以冷水模式为主，此时开启风机使系统提高制冷能力，

其中T1为冷水制冷时间，T2为冷水停机时间；T3为热水制热时间，T4为热水停机时间。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种风水双源热泵冷热水机组，其特征在于：包括四通阀(9)，四通阀(9)的其中一个接口连接壳管换热器(6)以及经济器(7)，四通阀(9)的其余三个接口分别连接气液分离器(5)、翅片换热器(3)、板式换热器(8)，气液分离器(5)连接压缩机(4)的进口，压缩机(4)的出口连接板式换热器(8)，壳管换热器(8)连接经济器(7)，经济器(7)连接翅片换热器(3)、壳管换热器(6)以及压缩机(4)，板式换热器(8)连接外接水源，壳管换热器(6)连接外接水源，翅片换热器(3)连接有风机(2)。

2.根据权利要求1所述的风水双源热泵冷热水机组，其特征在于：四通阀(9)通过电子膨胀阀(10)连接至经济器(7)。

3.一种风水双源热泵冷热水机组的控制方法，其特征在于：风水双源热泵冷热水机组根据冷热水需求在以下三种工作模式中进行切换，

1)用户仅有热水需求时，启动空气源热泵模式，此模式下翅片换热器(3)作为蒸发器功能，板式换热器(8)作为冷凝器功能，壳管换热器(6)成关闭状态，高温高压的制冷剂气体从压缩机(4)排出后进入板式换热器(8)，由板式换热器(8)与外界的水置换，这时板式换热器(8)出来的水为热水，制冷剂经过板式换热器(8)后，流向四通阀(9)，再流向经济器(7)，制冷剂变成低温低压的液体流向翅片换热器(3)，风机(2)开启，再经过四通阀(9)流向气液分离器(5)，最后回到压缩机(4)，完成空气源热泵模式的制热循环；

2)用户仅有冷水需求时，启动风冷冷水模式，此模式下翅片换热器(3)作为冷凝器功能，壳管换热器(6)作为蒸发器功能，板式换热器(8)成关闭状态，高温高压的制冷剂气体从压缩机(4)排出后由四通阀(9)换进入翅片换热器(3)，风机(2)开启，由翅片换热器(3)与外界的空气置换，制冷剂经过翅片换热器(3)冷凝器后，流向经济器(7)，制冷剂变成低温低压的液体流向壳管式蒸发器(6)，壳管换热器(6)与外界的水置换，置换出来的为冷水，制冷剂再经过四通阀(9)流向气液分离器(5)，最后回到压缩机(4)，完成风冷冷水模式的制冷循环；

3)用户冷热水均有需求时，启动水源热泵模式，此模式下壳管换热器(6)作为蒸发器功能，板式换热器(8)作为冷凝器功能，翅片换热器(3)成关闭状态，高温高压的制冷剂气体从压缩机(4)排出后进入板式换热器(8)，由板式换热器(8)与外界的水置换，这时板式换热器(8)出来的水为热水，制冷剂经过板式换热器(8)冷凝器后，流向四通阀(9)，流经翅片换热器(3)，这时翅片换热器(3)以及风机(2)呈关闭状态，再流向经济器(7)，制冷剂变成低温低压的液体流向壳管式蒸发器(6)，再经过四通阀流(9)向气液分离器(5)，最后回到压缩机(4)，完成水源热泵模式的制冷循环。

4.根据权利要求3所述的风水双源热泵冷热水机组的控制方法，其特征在于：空气源热泵模式下，根据负荷需求，采用的控制方式如下

1)当实际温度≧+10℃时，压缩机升频，增大系统流量，提高制冷能力，快速响应用户需求；

2)当+2℃≦实际温度≦10℃时，采用节能控制，提高蒸发温度，通过打开电子膨胀阀提高蒸发温度，同时风机(2)升频，扩大散热面积，降低高压压力，从而降低压缩机(4)功率。

3)当实际温度≦+2℃时，降低压缩机(4)频率，使水温保持恒定，同时避免压缩机(4)频繁启停。

5.根据权利要求3所述的风水双源热泵冷热水机组的控制方法，其特征在于：空气源热泵模式模式下，根据负荷需求，采用的控制方式如下：

1)当实际温度≦-10℃时，压缩机(4)升频，增大系统流量，提高制热能力，快速响应用户需求；

2)当-10℃≦实际温度≦-2℃时，降低风机(2)功率达到节能控制；

3)当实际温度≦-2℃时，降低压缩机(4)频率，使水温保持恒定，同时避免压缩机(4)频繁启停。

6.根据权利要求3所述的风水双源热泵冷热水机组的控制方法，其特征在于：水源热泵模式模式下，自动计算用户冷热需求，调节风机使系统最大程度工作在该模式下，达到节能的目的，冷热需求计算方式如下：

冷水需求：L＝T2/T1，热水需求R＝T4/T3，

冷水需求L自动记录最近2-10次，取平均值，

热水需求R自动记录最近2-10次，取平均值，

当冷水需求L的平均值≦热水需求R的平均值，机组以热水模式为主，此时关闭风机(2)使系统提高制热能力，

当冷水需求L的平均值≧热水需求R的平均值，机组以冷水模式为主，此时开启风机(2)使系统提高制冷能力，

其中T1为冷水制冷时间，T2为冷水停机时间；T3为热水制热时间，T4为热水停机时间。