CN104833087A - 复叠式中高温空气源热泵热水机组 - Google Patents

复叠式中高温空气源热泵热水机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复叠式中高温空气源热泵热水机组,包括第一压缩机、四通换向阀、三通道式冷凝蒸发器、第一节流阀、第一气液分离器、第二压缩机、冷凝器、第二气液分离器、第一电磁阀、第二电磁阀、双通道式蒸发器和节流机构。本发明的热泵机组不仅可以复叠运行,还可以第一级、第二级热泵循环分别单独运行,低温环境下保证制热能力和较高出水温度;通过运行模式的切换适应较宽的环境温度和水箱温度变化区间,使热泵机组节能运行。

Description

复叠式中高温空气源热泵热水机组
技术领域
[0001] 本发明属于热泵热水器领域,特别是一种复叠式中高温空气源热泵热水机组。
背景技术
[0002] 常规空气源热泵装置都采用单级压缩的方式,其制热能力和能效比均随室外温度的降低和水箱水温的升高(也就是冷凝温度和蒸发温度之差增大)而降低。一般的,环境温度越低对热量的需求越大,而单级压缩热泵在环境温度低时制热量衰减严重,压缩机排气温度升高,导致热泵装置不能正常运行,在环境温度低至_20°C时甚至不能正常启动;对单级压缩热泵而言,提高热水温度会导致冷凝压力升高、压缩比增大、压缩机容积效率降低、制热量减小、制热性能系数降低等不利影响。过高的冷凝温度还会导致排气温度过高,润滑油失效和排气压力过高等问题,严重影响机组安全正常的运行。常规空气源热泵系统最高只能生产的50°C热水,这不能满足日益广泛的高温用热需求。
[0003] 空气源热泵技术目前常见的增大冷凝器和蒸发器之间温差的循环方式有带有中间冷却器的多级压缩制冷循环和复叠循环,这不仅降低了压缩机的排气温度,还可以减小过热损失,减小压缩机的总耗功量。高低压差越大,换言之,蒸发温度越低或冷凝温度越高(冷凝器和蒸发器之间温差越大),节能效果越明显。但是,常规的空气源热泵系统夏季制冷冬季制热运行,蒸发器和冷凝器运行工况温度变化范围很小,而空气源热泵热水器常年制热运行,蒸发器所处的环境温度全年变化范围宽,冷凝器入水温度(水箱温度)也随着加热的进行变化较大。而普通的复叠循环和多级压缩循环在蒸发温度高或者冷凝温度低(冷凝器和蒸发器之间温差减小)时,效率不高。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种复叠式中高温空气源热泵热水机组,以解决现有技术的低温适应性差、加热温度不高、冷凝器和蒸发器之间温差较小、系统结构复杂和设备利用率低的问题。
[0005] 实现本发明目的的技术方案为:一种复叠式中高温空气源热泵热水机组,包括第一压缩机、四通换向阀、三通道式冷凝蒸发器、第一节流阀、第一气液分离器、第二压缩机、冷凝器、第二气液分离器、第一电磁阀和第二电磁阀,还包括双通道式蒸发器和节流机构;
[0006] 所述三通道式冷凝蒸发器包括冷凝蒸发器第一通道、冷凝蒸发器第二通道和冷凝蒸发器第三通道;所述双通道式蒸发器包括蒸发器第一通道和蒸发器第二通道;所述冷凝器包括冷凝器第一通道和冷凝器第二通道;
[0007] 所述第一压缩机、四通换向阀、冷凝蒸发器第一通道、第一节流阀、蒸发器第一通道、四通换向阀和第一气液分离器顺序连接构成第一级热泵循环;
[0008] 所述第二压缩机的出口与冷凝器第一通道的入口连接,冷凝器第一通道的出口与节流机构的入口连接,节流机构的出口分别与冷凝蒸发器第二通道和蒸发器第二通道的入口连接,冷凝蒸发器第二通道和蒸发器第二通道的出口同时与第二气液分离器的入口连接,第二气液分离器的出口与第二压缩机的入口连接;第二压缩机、冷凝器第一通道、节流机构、冷凝蒸发器第二通道、蒸发器第二通道和第二气液分离器构成第二级热泵循环;
[0009] 所述冷凝器第二通道和冷凝蒸发器第三通道的入口分别通过第一电磁阀和第二电磁阀与水泵出口连接,冷凝器第二通道和冷凝蒸发器第三通道的出口与水箱入口连接。
[0010] 本发明和现有技术相比,其显著效果为:(I)本发明采用双通道式蒸发器替代现有技术的单通道蒸发器,可以实现第一级热泵循环和第二级热泵循环分别单级运行;(2)本发明根据水箱温度和环境温度,打开闭合节流机构中电磁阀,切换不同运行模式,使机组可以适应冷凝器和蒸发器在较宽温度范围内的变化,实现低温环境下正常制取高温热水;
(3)本发明通过四种模式的切换可以实现不同温度范围内的制热量或制热性能最优化运行;(4)本发明将第一级热泵循环与第二级热泵循环蒸发器合并,采用双通道翅片管的形式,这样第一级热泵循环和第二级热泵循环可以公用一个风机,节省设备成本,由于不同通道换热管间隔布置,单级运行和复叠运行时相当于还间接增大了蒸发器面积,提高系统能效;(5)在合适的温度区间内,第一级热泵循环与第二级热泵循环可以交替运行,互为备用,增大设备利用率,增长设备寿命。
[0011] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
[0012] 图1为本发明的复叠式中高温空气源热泵热水机组实施例1的原理图。
[0013] 图2为本发明的复叠式中高温空气源热泵热水机组实施例2的原理图。
具体实施方式
[0014] 如图1所示,一种复叠式中高温空气源热泵热水机组,包括第一压缩机1、四通换向阀2、三通道式冷凝蒸发器3、第一节流阀4、双通道式蒸发器5、第一气液分离器6、第二压缩机7、冷凝器8、第二气液分离器11、第一电磁阀14、第二电磁阀15和节流机构19 ;
[0015] 三通道式冷凝蒸发器3包括冷凝蒸发器第一通道3-1、冷凝蒸发器第二通道3-2和冷凝蒸发器第三通道3-3 ;所述双通道式蒸发器5为翅片管换热器,包括蒸发器第一通道5-1和蒸发器第二通道5-2,两通道换热管间隔布置,采用单根换热管管交叉间隔布置或每通道换热管单排间隔布置;所述冷凝器8包括冷凝器第一通道8-1和冷凝器第二通道8-2 ;
[0016] 第一压缩机1、四通换向阀2、冷凝蒸发器第一通道3-1、第一节流阀4、蒸发器第一通道5-1、四通换向阀2和第一气液分离器6顺序连接构成第一级热泵循环;
[0017] 第二压缩机7的出口与冷凝器第一通道8-1的入口连接,冷凝器第一通道8-1的出口与节流机构19的入口连接,节流机构19的出口分别与冷凝蒸发器第二通道3-2和蒸发器第二通道5-2的入口连接,冷凝蒸发器第二通道3-2和蒸发器第二通道5-2的出口同时与第二气液分离器11的入口连接,第二气液分离器11的出口与第二压缩机7的入口连接;第二压缩机7、冷凝器第一通道8-1、节流机构19、冷凝蒸发器第二通道3-2、蒸发器第二通道5-2和第二气液分离器11构成第二级热泵循环;
[0018] 第一级热泵循环内充注中高压制冷剂,第二级热泵循环内充注中低压制冷剂;
[0019] 冷凝器第二通道8-2和冷凝蒸发器第三通道3-3的入口分别通过第一电磁阀14和第二电磁阀15与水泵出口连接,冷凝器第二通道8-2和冷凝蒸发器第三通道3-3的出口与水箱入口连接。
[0020] 节流机构19包括第三电磁阀9、第四电磁阀12、第二节流阀10和第三节流阀13,所述第三电磁阀9的入口与冷凝器第一通道8-1的出口连接,第三电磁阀9的出口与第二节流阀10的入口连接,第二节流阀10的出口与冷凝蒸发器第二通道3-2的入口连接;所述第四电磁阀12的入口与冷凝器第一通道8-1的出口连接,第四电磁阀12的出口与第三节流阀13的入口连接,第三节流阀13的出口与蒸发器第二通道5-2的入口连接。
[0021] 或者,如图2所示,节流机构19包括第五电磁阀16、第六电磁阀17和第四节流阀18,所述第四节流阀18的入口与冷凝器第一通道8-1的出口连接,第四节流阀18的出口同时与第五电磁阀16和第六电磁阀17的入口连接,第五电磁阀16和第六电磁阀17的出口分别与冷凝蒸发器第二通道3-2和蒸发器第二通道5-2的入口连接。
[0022] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0023] 实施例1
[0024] 如图1所示,一种复叠式中高温空气源热泵热水机组,包括第一压缩机1、四通换向阀2、三通道式冷凝蒸发器3、第一节流阀4、双通道式蒸发器5、第一气液分离器6、第二压缩机7、冷凝器8、第二气液分离器11、第一电磁阀14、第二电磁阀15和节流机构19 ;节流机构19包括第三电磁阀9、第四电磁阀12、第二节流阀10和第三节流阀13 ;
[0025] 三通道式冷凝蒸发器3包括冷凝蒸发器第一通道3-1、冷凝蒸发器第二通道3-2和冷凝蒸发器第三通道3-3 ;所述双通道式蒸发器5为翅片管换热器,包括蒸发器第一通道5-1和蒸发器第二通道5-2,两通道换热管间隔布置;所述冷凝器8包括冷凝器第一通道8-1和冷凝器第二通道8-2 ;
[0026] 第一气液分离器6的出口与第一压缩机I的吸气口连接,第一压缩机I的排气口与四通换向阀2的进气口连接,四通换向阀2的回气口与第一气液分离器6入口连接,四通换向阀2的另外两个接口分别和蒸发器第一通道5-1出口及冷凝蒸发器第一通道3-1入口连接,冷凝蒸发器第一通道3-1出口和第一节流阀4入口相连,第一节流阀4出口和蒸发器第一通道5-1入口相连。
[0027] 第二压缩机7的排气口和冷凝器第一通道8-1入口相连,冷凝器第一通道8-1出口和第三电磁阀9入口及第四电磁阀12入口连接,第三电磁阀9出口和第二节流阀10入口连接,第四电磁阀12出口和第三节流阀13入口连接,第二节流阀10出口和冷凝蒸发器第二通道3-2入口连接,第三节流阀13出口和蒸发器第二通道5-2入口连接。冷凝蒸发器第二通道3-2出口及蒸发器第二通道5-2出口和第二气液分离器11入口连接,第二气液分离器11出口和第二压缩机7的吸气口连接。水泵出口与第一电磁阀14及第二电磁阀15入口连接,第一电磁阀14出口和冷凝器第二通道8-2入口连接,第二电磁阀15出口和冷凝蒸发器第三通道3-3入口连接,冷凝器第二通道8-2出口及冷凝蒸发器第三通道3-3出口和水箱入口连接。
[0028] 复叠式中高温空气源热泵热水机组根据室外温度和水箱温度的不同将第三电磁阀9、第一电磁阀14、第二电磁阀15和第四电磁阀12的不同开闭及切换可实现第一级热泵循环单级运行、第二级热泵循环单级运行、第一级/第二级复叠运行、第一级/第二级并联运行四种制热运行模式;通过四通换向阀2的切换实现除霜运行;各运行模式如下:
[0029] (a)第一级热泵循环单级运行
[0030] 当水箱温度低于tl时,第三电磁阀9、第一电磁阀14和第四电磁阀12断电,第二电磁阀15通电,第一压缩机I运行,第二压缩机7停机。
[0031] (b)第二级热泵循环单级运行
[0032] 当水箱温度高于tl、环境温度高于t2,第三电磁阀9和第二电磁阀15断电,第一电磁阀14和第四电磁阀12通电,第一压缩机I停机,第二压缩机7运行。
[0033] (c)第一级/第二级复叠运行
[0034] 当水箱温度高于tl、环境温度低于t2,第四电磁阀12和第二电磁阀15断电,第三电磁阀9和第一电磁阀14通电,第一压缩机I运行,第二压缩机7运行。
[0035] (d)第一级/第二级并联运行
[0036] 当水箱温度低于tl、环境温度高于t2,第三电磁阀9断电,第一电磁阀14、第二电磁阀15和第四电磁阀12通电,第一压缩机I运行,第二压缩机7运行。
[0037] (e)除霜运行模式
[0038] 当需要除霜时,第三电磁阀9、第一电磁阀14和第四电磁阀12断电,第二电磁阀15通电,第一压缩机I运行,第二压缩机7停机,四通换向阀2换向。
[0039] 实施例2
[0040] 结合图2,本发明的另一种复叠式中高温空气源热泵热水机组,包括第一压缩机1、四通换向阀2、三通道式冷凝蒸发器3、第一节流阀4、双通道式蒸发器5、第一气液分离器
6、第二压缩机7、冷凝器8、第二气液分离器11、第一电磁阀14、第二电磁阀15和节流机构19 ;节流机构19包括第五电磁阀16、第六电磁阀17和第四节流阀18 ;
[0041] 第一气液分离器6的出口与第一压缩机I的吸气口连接,第一压缩机I的排气口与四通换向阀2的进气口连接,四通换向阀2的回气口与第一气液分离器6入口连接,四通换向阀2的另外两个接口分别和蒸发器第一通道5-1出口及冷凝蒸发器第一通道3-1入口连接,冷凝蒸发器第一通道3-1出口和第一节流阀4入口相连,第一节流阀4出口和蒸发器第一通道5-1入口相连。
[0042] 第二压缩机7的排气口和冷凝器第一通道8-1入口相连,冷凝器第一通道8-1出口和第四节流阀18入口连接,第四节流阀18出口和第五电磁阀16入口及第六电磁阀17入口连接,第五电磁阀16出口和冷凝蒸发器第二通道3-2入口连接,第六电磁阀17出口和蒸发器第二通道5-2入口连接。冷凝蒸发器第二通道3-2出口及蒸发器第二通道5-2出口和第二气液分离器11入口连接,第二气液分离器11出口和第二压缩机7的吸气口连接。水泵出口与第一电磁阀14及第二电磁阀15入口连接,第一电磁阀14出口和冷凝器第二通道8-2入口连接,第二电磁阀15出口和冷凝蒸发器第三通道3-3入口连接,冷凝器第二通道8-2出口及冷凝蒸发器第三通道3-3出口和水箱入口连接。
[0043] 与实施例1相同,复叠式中高温空气源热泵热水机组根据室外温度和水箱温度的不同将第五电磁阀16、第一电磁阀14、第二电磁阀15和第六电磁阀17的不同开闭及切换可实现第一级热泵循环单级运行、第二级热泵循环单级运行、第一级/第二级复叠运行、第一级/第二级并联运行四种制热运行模式;通过四通换向阀2的切换实现除霜运行,各运行模式如下:
[0044] (a)第一级热泵循环单级运行
[0045] 当水箱温度低于tl时,第五电磁阀16、第一电磁阀14和第六电磁阀17断电,第二电磁阀15通电,第一压缩机I运行,第二压缩机7停机。
[0046] (b)第二级热泵循环单级运行
[0047] 当水箱温度高于tl、环境温度高于t2,第五电磁阀16和第二电磁阀15断电,第一电磁阀14和第六电磁阀17通电,第一压缩机I停机,第二压缩机7运行。
[0048] (c)第一级/第二级复叠运行
[0049] 当水箱温度高于tl、环境温度低于t2,第六电磁阀17和第二电磁阀15断电,第五电磁阀16和第一电磁阀14通电,第一压缩机I运行,第二压缩机7运行。
[0050] (d)第一级/第二级并联运行
[0051 ] 当水箱温度低于11、环境温度高于t2,第五电磁阀16断电,第一电磁阀14、第二电磁阀15和第六电磁阀17通电,第一压缩机I运行,第二压缩机7运行。
[0052] (e)除霜运行模式
[0053] 当需要除霜时,第五电磁阀16、第一电磁阀14和第六电磁阀17断电,第二电磁阀15通电,第一压缩机I运行,第二压缩机7停机,四通换向阀2换向。
[0054] 本发明的热泵机组不仅可以复叠运行,还可以第一级、第二级热泵循环分别单独运行,低温环境下保证制热能力和较高出水温度;通过运行模式的切换适应较宽的环境温度和水箱温度变化区间,使热泵机组节能运行。

Claims (6)

1.一种复叠式中高温空气源热泵热水机组,包括第一压缩机(I)、四通换向阀(2)、三通道式冷凝蒸发器(3)、第一节流阀(4)、第一气液分离器(6)、第二压缩机(7)、冷凝器(8)、第二气液分离器(11)、第一电磁阀(14)和第二电磁阀(15),其特征在于,还包括双通道式蒸发器(5)和节流机构(19); 所述三通道式冷凝蒸发器(3)包括冷凝蒸发器第一通道(3-1)、冷凝蒸发器第二通道(3-2)和冷凝蒸发器第三通道(3-3);所述双通道式蒸发器(5)包括蒸发器第一通道(5-1)和蒸发器第二通道(5-2);所述冷凝器(8)包括冷凝器第一通道(8-1)和冷凝器第二通道(8-2); 所述第一压缩机(I)、四通换向阀(2)、冷凝蒸发器第一通道(3-1)、第一节流阀(4)、蒸发器第一通道(5-1)、四通换向阀(2)和第一气液分离器(6)顺序连接构成第一级热泵循环; 所述第二压缩机(7)的出口与冷凝器第一通道(8-1)的入口连接,冷凝器第一通道(8-1)的出口与节流机构(19)的入口连接,节流机构(19)的出口分别与冷凝蒸发器第二通道(3-2)和蒸发器第二通道(5-2)的入口连接,冷凝蒸发器第二通道(3-2)和蒸发器第二通道(5-2)的出口同时与第二气液分离器(11)的入口连接,第二气液分离器(11)的出口与第二压缩机(7)的入口连接;第二压缩机(7)、冷凝器第一通道(8-1)、节流机构(19)、冷凝蒸发器第二通道(3-2)、蒸发器第二通道(5-2)和第二气液分离器(11)构成第二级热泵循环; 所述冷凝器第二通道(8-2)和冷凝蒸发器第三通道(3-3)的入口分别通过第一电磁阀(14)和第二电磁阀(15)与水泵出口连接,冷凝器第二通道(8-2)和冷凝蒸发器第三通道(3-3)的出口与水箱入口连接。
2.根据权利要求1所述的复叠式中高温空气源热泵热水机组,其特征在于,所述的节流机构(19)包括第三电磁阀(9)、第四电磁阀(12)、第二节流阀(10)和第三节流阀(13),所述第三电磁阀(9)的入口与冷凝器第一通道(8-1)的出口连接,第三电磁阀(9)的出口与第二节流阀(10)的入口连接,第二节流阀(10)的出口与冷凝蒸发器第二通道(3-2)的入口连接;所述第四电磁阀(12)的入口与冷凝器第一通道(8-1)的出口连接,第四电磁阀(12)的出口与第三节流阀(13)的入口连接,第三节流阀(13)的出口与蒸发器第二通道(5-2)的入口连接。
3.根据权利要求1所述的复叠式中高温空气源热泵热水机组,其特征在于,所述节流机构(19)包括第五电磁阀(16)、第六电磁阀(17)和第四节流阀(18),所述第四节流阀(18)的入口与冷凝器第一通道(8-1)的出口连接,第四节流阀(18)的出口同时与第五电磁阀(16)和第六电磁阀(17)的入口连接,第五电磁阀(16)和第六电磁阀(17)的出口分别与冷凝蒸发器第二通道(3-2)和蒸发器第二通道(5-2)的入口连接。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的复叠式中高温空气源热泵热水机组,其特征在于,所述的双通道式蒸发器(5)为翅片管换热器,两通道换热管采用间隔布置的方式。
5.根据权利要求4所述的复叠式中高温空气源热泵热水机组,其特征在于,所述的两通道换热管采用单根换热管管交叉间隔布置或每通道换热管单排间隔布置。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的复叠式中高温空气源热泵热水机组,其特征在于,第一级热泵循环内充注中高压制冷剂,第二级热泵循环内充注中低压制冷剂。
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