CN104501459A - 一种节能防霜空气源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能防霜空气源热泵系统，包括蒸发器和储热水箱及太阳能集热器，还包括水泵和节温器总成，蒸发器内设有流通制冷剂的第一流道和用于流通热水的第二流道；储热水箱、水泵、太阳能集热器、节温器总成、第二流道、储热水箱依次通过水管相连通构成大循环回路；储热水箱、水泵、太阳能集热器、节温器总成、储热水箱依次通过水管相连通构成小循环回路；节温器总成可根据太阳能集热器出水口温度自动调节大循环回路和小循环回路水量。本发明解决在低温环境下易结霜的问题，使压缩机工作在最佳温度范围内，提高热泵制热性能，减少压缩机功耗。

Description

一种节能防霜空气源热泵系统

技术领域

本发明涉及热泵热水器领域，特别涉及一种节能防霜空气源热泵系统。

背景技术

空气源热水器，又称热泵热水器，也称空气能热水器，是采用制冷原理从空气中吸收热量来造热水的热量搬运装置。由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、压缩机依次通过管路相连构成循环回路。管路中流通有制冷剂。通过让制冷剂不断完成蒸发（蒸发器吸取环境中的热量）-压缩-冷凝（冷凝器放出热量）--节流（通过膨胀阀进行节流）—再蒸发（蒸发器吸取环境中的热量）的热力循环过程，从而将环境中的热量带到水中。具有高效节能的特点、其节能效果（在一定的环境温度范围内）是电热水器的4倍，是燃气热水器的3倍，是太阳能的2倍。但现在市场上的空气源热泵在环境温度0下7度以下时、易结霜、而降霜是行业病、时间长、功耗大、有的热泵虽能免强工作但根本谈不上节能。

由于环境温度低、吸气比容增大、压缩机理论吸气量是恒定不变的，这样进入压缩制冷剂的体积流量减少，相应单位制冷剂热量减少，随之热性能下降、经济性降低。此时压缩机压比增大，导致输气系数下降，压缩机制冷剂的循环流量减少，压缩机的功耗增大，热量降低，性能系数降低。

如果蒸发温度过高，超出压缩机本身允许工作温度范围，导致压缩机频繁起停、无法正常工作（严重时会烧毁压缩机）。热泵热水器是因为受季节环境气候影响一直不能得到广泛推广和深度利用。

空气源热泵的蒸发器合理工作温度在20度至40度左右，如果过高会造成蒸发温度过高导致压缩机频繁起停、无法正常工作（严重时会烧毁压缩机），如果过低容易结霜，随之热性能下降、经济性降低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种节能防霜空气源热泵系统，以解决热性能低和经济性低的问题。

一方面，本发明提供了一种节能防霜空气源热泵系统，包括蒸发器和储热水箱及太阳能集热器，还包括水泵和节温器总成，蒸发器内设有流通制冷剂的第一流道和用于流通热水的第二流道；储热水箱、水泵、太阳能集热器、节温器总成、第二流道、储热水箱依次通过水管相连通构成大循环回路；储热水箱、水泵、太阳能集热器、节温器总成、储热水箱依次通过水管相连通构成小循环回路；节温器总成可根据太阳能集热器出水口温度自动调节大循环回路和小循环回路水量。

进一步地，节温器总成包括腔体和节温器，腔体上设置有进水管和大循环出水管及小循环出水管，大循环出水管与第二流道相连，小循环出水管与储热水箱相连；节温器安装在腔体内，节温器包括壳体和感温组件，感温组件包括本体、用于开闭进水管与大循环出水管通断的第一阀门、用于开闭进水管与小循环出水管通断的第二阀门、推杆、热膨胀材料、胶管；胶管安装在本体的内，热膨胀材料填充在胶管与本体之间，第一阀门和第二阀门安装在本体上，推杆一端抵靠在壳体上，另一端位于胶管内。

进一步地，感温组件包括第一弹簧和第二弹簧，第一弹簧抵靠在第一阀门与本体之间，第二弹簧抵靠在壳体与第二阀门之间。

进一步地，蒸发器还设置有空气对流风扇。

进一步地，包括冷凝器，冷凝器安装在储热水箱内。

进一步地，在储热水箱的进出水管路中均设置有单向阀。

进一步地，还包括压缩机、储液罐、过滤器、膨胀阀；压缩机、冷凝器、储液罐、过滤器、膨胀阀、蒸发器、压缩机依次通过管路相连构成制热循环回路。

本发明提供的节能防霜空气源热泵系统，包括大循环回路和小循环回路，在一般情况，第一阀门打开，第二阀门关闭，进水管与大循环出水管相通。节能防霜空气源热泵系统的热水进入大循环回路，储热水箱和太阳能集热器中的热水进行蒸发器的第二流道中，热水的热量不断传递给蒸发器的第一流道，使系统制冷剂得到最佳蒸发气化、平衡系统工作压力，携带最大热能，在冷凝器中最大化的放出热量。从而解决在低温环境下易结霜的问题，使压缩机工作在最佳温度范围内，提高热泵制热性能，减少压缩机功耗。

当太阳能集热器出水口温度达到30至40度左右时，节温器中的热膨胀材料受热膨胀推动推杆，因推杆一端固定，本体在推杆的反作用力下移动，第一阀门逐渐关闭，第二阀门逐渐开启。热水一部分向大循环回路中流动，另一部分向小循环回路中流动。太阳能集热器出水口温度逐渐升高，向大循环回中流动的热水量逐渐减少，向小循环回路中流动的热水量逐渐增大。从而达到调节大循环回路和小循环回路热水流量。

当太阳能集热器出水口温度高于40时，第一阀门关闭，第二阀门开启，进水管与小循环出水管相通。节能防霜空气源热泵系统的热水进入小循环回路。防止蒸发温度过高，超出压缩机本身允许工作温度范围，导致压缩机频繁起停、无法正常工作（严重时会烧毁压缩机）。

节温器的第一阀门和第二阀门的开启温度可以根据实际情况设定，并不限定为了40度。

在大循环回路中，太阳能集热器收集的热能不断向蒸发器和储热水箱传递，储热水箱中的热能不断向太阳能集热器和储热水箱传递。在小循环回路中，太阳能集热器收集的热能不断传递给储热水箱。在储热水箱的进出水管路中均设置有单向阀，可以防止热水逆流，使蒸发器的温度超出压缩机本身允许工作温度范围。冷凝器安装在储热水箱内，可以提高冷凝器的放热效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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。在附图中：

图1为本发明节能防霜空气源热泵系统结构示意图；

图2为图1的节温器总成第一阀门打开、第二阀门关闭状态示意图；

图3为图1的节温器总成第一阀门关闭、第二阀门打开状态示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明优选的一种节能防霜空气源热泵系统，包括压缩机1、储液罐5、过滤器4、膨胀阀3、蒸发器2、空气对流风扇11、储热水箱7、太阳能集热器10。太阳集热器10是用于采集太阳能热量生成热水的装置。蒸发器2内设有流通制冷剂的第一流道20和用于流通热水的第二流道21。

压缩机1、冷凝器6、储液罐5、过滤器4、膨胀阀3、蒸发器2、压缩机1依次通过管路相连构成制热循环回路，制冷剂在该循环回路中吸热和放热。压缩机1排出的高压制冷剂蒸汽，经冷凝器6，制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热，将储热水箱7中的水进行加热，产生热水的，冷凝后的液态制冷剂，依次流过储液罐5、过滤器4、膨胀阀3进入蒸发器的第一流道20，吸收第二流道21和空气中的热量而蒸发，蒸发后的蒸汽被压缩机1吸入，完成制热循环。

由于天气季节温度的变化，防止蒸发器2结霜，热性能低和经济性低的问题。节能防霜空气源热泵系统包括水泵8和节温器总成9。热水循环包括大循环回路和小循环回路，节温器总成9可根据太阳能集热器10出水口温度自动调节大循环回路和小循环回路水量。储热水箱7、水泵8、太阳能集热器10、节温器总成9、第二流道21、储热水箱7依次通过水管相连通构成大循环回路；储热水箱7、水泵8、太阳能集热器10、节温器总成9、储热水箱7依次通过水管相连通构成小循环回路。在大循环回路中，储热水箱7的热水在水泵8的作用下，流向太阳能集热器10、节温器总成9、第二流道21，最后回流至储热水箱7。在小循环回路中，储热水箱7的热水在水泵8的作用下，流向太阳能集热器10、节温器总成9、最后回流至储热水箱7。

如图2和图3所示，节温器总成9包括腔体90和节温器91，腔体90上设置有进水管901和大循环出水管902及小循环出水管903，大循环出水管902与第二流道21相连，小循环出水管903与储热水箱7相连；节温器91安装在腔体90内，节温器91包括壳体910和感温组件，感温组件包括本体916、用于开闭进水管901与大循环出水管902通断的第一阀门918、用于开闭进水管901与小循环出水管903通断的第二阀门911、推杆913、热膨胀材料915、胶管914、第一弹簧917、第二弹簧912。

胶管914安装在本体916的内，热膨胀材料915填充在胶管914与本体916之间，热膨胀材料915是受热量体积膨胀材料，例如：带强化玻璃纤维的聚酰胺尼龙材料或者石蜡材料或者硅油材料。第一阀门918和第二阀门911安装在本体916上，推杆913一端抵靠在壳体910上，另一端位于胶管914内。第一弹簧917抵靠在第一阀门918与本体916之间，第二弹簧912抵靠在壳体910与第二阀门911之间。

如图2所示，在一般情况，在第二弹簧912的作用下，第二阀门911回位，第二阀门911关闭，第一阀门918打开，进水管901与大循环出水管902相通。

如图3所示，当太阳能集热器10出水口温度达到30至40度左右时，节温器91中的热膨胀材料915受热体积膨胀推动推杆913，因推杆913一端固定，本体916在推杆913的反作用力下移动，克服第二弹簧912的弹力，第一阀门918逐渐关闭，第二阀门911逐渐开启。热水一部分向大循环回路中流动，另一部分向小循环回路中流动。太阳能集热器10出水口温度逐渐升高，向大循环回中流动的热水量逐渐减少，向小循环回路中流动的热水量逐渐增大。从而达到调节大循环回路和小循环回路热水流量。

当太阳能集热器10出水口温度高于40时，第一阀门918关闭，第二阀门911开启，进水管901与小循环出水管903相通。节能防霜空气源热泵系统的热水进入小循环回路。

节温器91的第一阀门918和第二阀门911的开启温度可以根据实际情况设定，并不限定为了40度。

本发明优选的一种节能防霜空气源热泵系统工作过程如下：

1、当太阳能集热器10出水口温度低于30度时，第一阀门918打开，第二阀门911关闭，进水管901与大循环出水管902相通。节能防霜空气源热泵系统的热水进入大循环回路，储热水箱7和太阳能集热器10中的热水进行蒸发器的第二流道21中，热水的热量不断传递给蒸发器的第一流道20，使系统制冷剂得到最佳蒸发气化、平衡系统工作压力，携带最大热能，在冷凝器6中最大化的放出热量。从而解决在低温环境下易结霜的问题，使压缩机1工作在最佳温度范围内，提高热泵制热性能，减少压缩机1功耗。

在冬天，太阳能集热器10集热温度和环境温度低于20度，低于压缩机1工作在最佳温度范围。太阳能集热器10的采集的热量也非常小，太阳能集热器10出水口温度，就是储热水箱7中的热水温度。储热水箱7热水的热量流向蒸发器的第二流道21，蒸发器的第一流道20中的制冷剂吸收第二流道21热水而蒸发，在这种情况下，蒸发器的第一流道20中的制冷剂吸收储热水箱7的热水的热量，使压缩机1工作在最佳温度范围，防止蒸发器2结霜。

如果在春天和秋天，太阳能集热器10集热温度和环境温度逐渐升高，蒸发器的第一流道20中的制冷剂吸收储热水箱7的热水的热量和太阳能集热器10中热量及空气热量，使压缩机1工作在最佳温度范围。提高了热泵的热性能和经济性能。

2、当太阳能集热器10出水口温度达到30至40度左右时，第一阀门918逐渐关闭，第二阀门911逐渐开启，热水一部分向大循环回路中流动，另一部分向小循环回路中流动。太阳能集热器10出水口温度逐渐升高，向大循环回中流动的热水量逐渐减少，向小循环回路中流动的热水量逐渐增大。从而达到调节大循环回路和小循环回路热水流量。

3、当太阳能集热器10出水口温度高于40时，第一阀门918关闭，第二阀门911开启，进水管901与小循环出水管903相通。节能防霜空气源热泵系统的热水进入小循环回路。防止蒸发温度过高，超出压缩机1本身允许工作温度范围，导致压缩机1频繁起停、无法正常工作（严重时会烧毁压缩机1）。

如果在夏天，太阳能集热器10出水口温度高于40时，进入小循环回路。在这种情况下，因为没有热水流向蒸发器的第二流道21，在空气对流风扇11的作用下，蒸发器的第一流道20中的制冷剂吸收只有空气热量。太阳能集热器10收集的热能不断传递给储热水箱7，提高了热泵的热性能和经济性能。

为了防止热水逆流，使蒸发器2的温度超出压缩机1本身允许工作温度范围，在储热水箱7的进出水管路中均设置有单向阀12、13。冷凝器6安装在储热水箱7内，可以提高冷凝器6的放热效率，水泵8还可以加快储热水箱7中的热水流动，促使冷凝器6的放热效率升高，热水吸热量增大。

本发明优选的一种节能防霜空气源热泵系统，不论在任何环境温度下，压缩机1工作在最佳温度范围内，均能产生60度左右的热水，可以防止蒸发器2结霜，提高热泵的热性能和经济性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种节能防霜空气源热泵系统，包括蒸发器（2）和储热水箱（7）及太阳能集热器（10），其特征在于，还包括水泵（8）和节温器总成（9），蒸发器（2）内设有流通制冷剂的第一流道（20）和用于流通热水的第二流道（21）；储热水箱（7）、水泵（8）、太阳能集热器（10）、节温器总成（9）、第二流道（21）依次通过水管相连通构成大循环回路；储热水箱（7）、水泵（8）、太阳能集热器（10）、节温器总成（9）依次通过水管相连通构成小循环回路；节温器总成（9）可根据太阳能集热器（10）出水口温度自动调节大循环回路和小循环回路水量。

2.根据权利要求1所述的节能防霜空气源热泵系统，其特征在于，节温器总成（9）包括腔体（90）和节温器（91），腔体（90）上设置有进水管（901）和大循环出水管（902）及小循环出水管（903），大循环出水管（902）与第二流道（21）相连，小循环出水管（903）与储热水箱（7）相连；节温器（91）安装在腔体（90）内，节温器（91）包括壳体（910）和感温组件，感温组件包括本体（916）、用于开闭进水管（901）与大循环出水管（902）通断的第一阀门（918）、用于开闭进水管（901）与小循环出水管（903）通断的第二阀门（911）、推杆（913）、热膨胀材料（915）、胶管（914）；胶管（914）安装在本体（916）的内，热膨胀材料（915）填充在胶管（914）与本体（916）之间，第一阀门（918）和第二阀门（911）安装在本体（916）上，推杆（913）一端抵靠在壳体（910）上，另一端位于胶管（914）内。

3.根据权利要求2所述的节能防霜空气源热泵系统，其特征在于，感温组件包括第一弹簧（917）和第二弹簧（912），第一弹簧（917）抵靠在第一阀门（918）与本体（916）之间，第二弹簧（912）抵靠在壳体（910）与第二阀门（911）之间。

4.根据权利要求1所述的节能防霜空气源热泵系统，其特征在于，蒸发器（2）还设置有空气对流风扇（11）。

5.根据权利要求1所述的节能防霜空气源热泵系统，其特征在于，包括冷凝器（6），冷凝器（6）安装在储热水箱（7）内。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的节能防霜空气源热泵系统，其特征在于，在储热水箱（7）的进出水管路中均设置有单向阀（12、13）。

7.根据权利要求1所述的节能防霜空气源热泵系统，其特征在于，还包括压缩机（1）、储液罐（5）、过滤器（4）、膨胀阀（3）；压缩机（1）、冷凝器（6）、储液罐（5）、过滤器（4）、膨胀阀（3）、蒸发器（2）、压缩机（1）依次通过管路相连构成制热循环回路。