CN107763726B - 热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热泵系统，包括制热水子系统，所述制热水子系统包括水箱和热水换热部，所述热水换热部的第一端与所述水箱的底部连通，所述制热水子系统还包括与所述热水换热部的第二端相连接的第一控制阀，所述第一控制阀用于控制所述热水换热部择一地与所述水箱的中部或者水箱的顶部相连通。本申请中的热泵系统结构简单、安装方便、占地面积小，同时具有制取生活用热水和供暖管路用水的功能，用户使用生活用热水时，即开即出热水且出水水温恒定，能够极大满足用户的需求。

Description

热泵系统

技术领域

本发明涉及制热技术领域，具体涉及一种热泵系统。

背景技术

热泵技术被越来越多地用于制取生活热水和地暖采暖，可以利用热泵系统单独制取生活热水、单独作为供暖系统，也可以在制取生活热水的同时为地暖供暖。如图1所示，现有的既能够制取生活热水，同时还能够供给地暖供暖的热泵系统，在制取生活热水时采用外盘管水箱，冷凝器的换热管环绕在水箱的内胆外表面，换热管中的冷媒流经水箱将热量释放给水箱中的水，起到加热作用。使用图1中的热泵系统进行地暖供暖时，采用冷媒-水换热器进行换热，冷媒流经冷媒-水换热器，对供暖用水进行加热。图1所示的热泵系统通过控制电磁阀1和电磁阀2的开合闭对制取生活热水模式和地暖供暖模式进行切换，具体地，当制取生活热水时，关闭电磁阀1同时开启电磁阀2；当地暖供暖时，开启电磁阀1同时关闭电磁阀2。

图1所示的热泵系统将制取生活热水和地暖供暖划分为两个子模块，利用两个换热器分别实现制取生活热水和地暖供暖，因此系统中包含的各种控制阀较多，整个系统安装过程复杂，生产成本高。用户使用该热泵系统时，需要在室内安装水箱及地暖热水发生器，占用原本就拥挤的家庭空间，用户体验不好。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种出水水温更加稳定的热泵系统。

为达到上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种热泵系统，包括制热水子系统，所述制热水子系统包括水箱和热水换热部，所述热水换热部的第一端与所述水箱的底部连通，所述制热水子系统还包括与所述热水换热部的第二端相连接的第一控制阀，所述第一控制阀用于控制所述热水换热部择一地与所述水箱的中部或者水箱的顶部相连通。

优选地，所述第一控制阀为第一三通换向阀，所述热水换热部的第二端与所述第一三通换向阀的第一端相连，所述第一三通换向阀的第二端和第三端分别与所述水箱的中部和顶部相连通；或者，

所述第一控制阀包括第一截止阀和第二截止阀，所述第一截止阀设置在用于连通所述热水换热部的第二端与所述水箱的中部的管路上，所述第二截止阀设置在用于连通所述热水换热部的第二端与水箱的顶部的管路上。

优选地，还包括冷媒循环子系统和供暖子系统，所述冷媒循环子系统包括第一冷媒换热部，所述供暖子系统包括供暖换热部，所述热水换热部与所述供暖换热部共用所述第一冷媒换热部进行换热。

优选地，所述供暖子系统包括采暖管路和第二控制阀，所述采暖管路的出口能够与所述供暖换热部的第一端相连通，所述采暖管路的进口能够与所述供暖换热部的第二端相连通，所述第二控制阀用于控制所述采暖管路的出口择一地与所述供暖换热部的第一端或者所述采暖管路的进口相连通。

优选地，所述第二控制阀为第二三通换向阀，所述第二三通换向阀的第二端与所述采暖管路的出口相连，所述第二三通换向阀的第三端与所述供暖换热部的第一端相连，所述供暖换热部的第二端与所述采暖管路的进口并联后连接至所述第二三通换向阀的第一端；或者，

所述第二控制阀包括第三截止阀和第四截止阀，所述采暖管路的出口通过第一支路与所述供暖换热部的第一端相连通，所述采暖管路的进口通过第二支路与所述供暖换热部的第二端相连通，在所述第一支路和所述第二支路之间设置有第三支路，所述第三截止阀设置在所述第三支路上，所述第四截止阀设置在所述第一支路与第三支路的连接处和所述供暖换热部的第一端之间的第一支路上。

优选地，在所述采暖管路的进口或出口与所述第二控制阀之间设置有第二水泵。

优选地，所述水箱中设置有多个温度检测装置，所述多个温度检测装置至少对所述水箱的底部、中部和/或顶部的水温进行检测。

优选地，所述冷媒换热子系统还包括第二冷媒换热部、压缩机和四通换向阀，所述第一冷媒换热部的第二端与所述第二冷媒换热部的第一端相连；

所述四通换向阀的第一端、第二端、第三端、第四端分别与所述压缩机的出气口、所述第二冷媒换热部的第二端、所述压缩机的进气口、第一冷媒换热部的第一端相连。

优选地，所述热水换热部的第一端与所述水箱之间设置有第一水泵。

优选地，还包括第一换热器，所述热水换热部、第一冷媒换热部和供暖换热部均设置在所述第一换热器中。

优选地，所述第一换热器为三重管换热器、串联式套管换热器、串联式板式换热器或高效罐。

本申请中的热泵系统结构简单、安装方便、占地面积小，同时具有制取生活用热水和供暖管路用水的功能，用户使用生活用热水时，即开即出热水且出水水温恒定，能够极大满足用户的需求。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出现有技术中热泵系统的连接结构图；

图2示出本申请热泵系统的连接结构图。

图中：

1、水箱；2、第一三通换向阀；3、出水控制部件；4、热水出口；5、第一水泵；6、冷水进口；7、第一温度检测装置；8、第二温度检测装置；9、第三温度检测装置；10、热水换热部；11、采暖管路；12、第二水泵；13、第二三通换向阀；14、供暖换热部；15、第一冷媒换热部；16、节流部件；17、风扇；18、第二冷媒换热部；19、压缩机；20、出气口；21、进气口；22、气液分离器；23、四通换向阀。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

如图2所示，本申请提供的热泵系统包括制热水子系统、冷媒循环子系统和供暖子系统，能够实现单独制取生活用热水、单独制取供暖用水，还能够实现同时制取生活用热水和供暖用水。制热水子系统包括水箱1、第一控制阀、第一水泵5和热水换热部10，水箱1的底部与热水换热部10的第一端相连通，热水换热部10的第二端与第一控制阀相连接，第一控制阀用于控制热水换热部择一地与水箱的中部或者水箱的顶部相连通。优选的，第一控制阀为第一三通换向阀2，热水换热部10的第二端与第一三通换向阀2的第一端相连，第一三通换向阀2的第二端与水箱1的中部连通，第一三通换向阀2的第三端与水箱1的顶部连通，水箱1、热水换热部10、第一三通换向阀2共同构成制取生活用热水的水循环系统。在水箱1的底部与热水换热部10的第一端之间设置有第一水泵5，第一水泵5用于提供动力，使水箱1中的水能够循环至热水换热部10中进行换热。水箱1的顶部设置有热水出口4，热水出口4与花洒、水龙头等出水控制部件3相连接，水箱1的底部设置有冷水进口6，冷水从冷水进口6进入到水箱1中，在第一水泵5的作用下流动至热水换热部10进行换热，由冷水变为热水，经过第一三通换向阀2被输送至水箱1的顶部和/或水箱1的中部。由于水箱1中的水会根据自然分层原理自然进行分层，因此，冷水始终集中在水箱1的底部，热水始终集中在水箱1的顶部，将热水出口4设置在水箱1的顶部，冷水进口6设置在水箱1的底部，能够保证从热水出口4出去的水始终是热水，进入到第一水泵5中的水始终是冷水。优选地，在水箱1中设置有多个温度检测装置7、8、9，至少用于对水箱1的底部、中部和/或顶部的水温进行检测，以控制第一三通换向阀2进行换向，获得令用户最舒适的水温(用户设定的水温)。当然，可以理解的是，温度检测装置检测到的水箱1中水的温度不仅仅能够作为参数用来控制第一三通换向阀2的换向过程，还能够用于控制比如第一水泵5等热泵系统中其他的电气元件的工作过程。当然，可以理解的是，第一控制阀也可以包括第一截止阀和第二截止阀，第一截止阀设置在用于连通所述热水换热部10的第二端与所述水箱1的中部的管路上，所述第二截止阀设置在用于连通所述热水换热部的第二端与水箱的顶部的管路上。当需要将热水换热部10中的热水引至水箱1的中部时，控制第一截止阀开启，第二截止阀关闭；当需要将热水换热部10中的热水引至水箱1的顶部时，控制第一截止阀关闭，第二截止阀开启。

在一个具体的实施方式中，如图2所示，包括设置在水箱1顶部的第一温度检测装置7、设置在水箱中部的第二温度检测装置8和设置在水箱底部的第三温度检测装置9，分别用于检测水箱1顶部、中部和底部的温度，以更好地了解水箱1中各个部分的水温，以更好的控制热泵系统制取生活用热水。

本申请中的供暖子系统包括采暖管路11、第二控制阀和供暖换热部14，采暖管路11的出口能够与所述供暖换热部14的第一端相连通，所述采暖管路11的进口能够与所述供暖换热部14的第二端相连通，所述第二控制阀用于控制所述采暖管路的出口择一地与所述供暖换热部的第一端或者所述采暖管路的进口相连通。优选地，第二控制阀为第二三通换向阀13，第二三通换向阀13的第二端与采暖管路11的出口相连，采暖管路11的进口与供暖换热部14的第二端并联后连接至第二三通换向阀13的第一端，第二三通换向阀13的第三端与供暖换热部14的第一端相连。供暖换热部14、采暖管路11、第二三通换向阀13共同组成供暖管路用水的水循环回路。在第二三通换向阀13,与采暖管路11的进口或出口之间设置有第二水泵12，第二水泵12用于提供动力，使供暖子系统中用于供暖的水循环起来。优选地，采暖管路11的数量可以为多个，多个采暖管路11之间可以并联也可以串联。当然，可以理解的是，第二控制阀也可以包括第三截止阀和第四截止阀，所述采暖管路11的出口通过第一支路与所述供暖换热部14的第一端相连通，所述采暖管路11的进口通过第二支路与所述供暖换热部14的第二端相连通，在所述第一支路和所述第二支路之间设置有第三支路，所述第三截止阀设置在所述第三支路上，所述第四截止阀设置在所述第一支路与第三支路的连接处和所述供暖换热部14的第一端之间的第一支路上。当需要利用供暖换热部中的供暖用水进行供暖时，控制第三截止阀开启，第四截止阀关闭；当不需要对供暖用水进行加热时，控制第三截止阀关闭，第四截止阀开启。

本申请中的冷媒循环子系统包括第一冷媒换热部15、第二冷媒换热部18、压缩机19和四通换向阀23，第一冷媒换热部15的第一端与四通换向阀23的第四端C相连，四通换向阀23的第一端、第二端、第三端分别与压缩机19的出气口20、第二冷媒换热部18的第二端、压缩机19的进气口21相连，第二冷媒换热部18的第一端与第一冷媒换热部15的第二端相连，组成冷媒循环子系统的冷媒循环回路。在第一冷媒换热部15的第二端与第一冷媒换热部15的第一端之间设置有比如电子膨胀阀等节流部件16，以对冷媒循环子系统中的冷媒进行降压。在压缩机的进气口21与四通换向阀23的第三端之间设置有气液分离器22，用于对进入压缩机中的冷媒进行气液分离，提高压缩机19的使用可靠性。在第二冷媒换热部18位置处还设置有与其配合使用的风扇17，以增强换热效果。

如图2所示，热泵系统包括第一换热器，第一冷媒换热部15、供暖换热部14、热水换热部10均设置在第一换热器中，具体地，供暖换热部14和热水换热部10共同使用第一冷媒换热部15进行换热。优选地，第一换热器为三重管换热器、串联式套管换热器、串联式板式换热器或高效罐。由于供暖换热部14和热水换热部10在换热时，都是从第一冷媒换热部15中吸收热量，第一冷媒换热部15放热。因此，第一换热器在单独制取生活用热水、单独制取供暖用水、同时制取生活用热水和供暖用水时都作为冷凝器使用。热泵系统还包括第二换热器，第二冷媒换热部18和风扇17设置在第二换热器中，第二冷媒换热部18中的冷媒在单独制取生活用热水、单独制取供暖用水，还能够实现同时制取生活用热水和供暖用水过程中从外界空气中吸收热量，因此，第二换热器作为蒸发器使用。

单独制取生活用热水

在单独制取生活用热水时，第一水泵5开启，第二水泵12关闭，第二三通换向阀13的第一端和第二端连通。从压缩机19出气口20出来的呈高温高压状态的冷媒依次经过四通换向阀23的第一端D、第四端C进入到第一冷媒换热部15中，与热水换热部10进行换热。经过换热后的冷媒从第一冷媒换热部15的第二端流出后依次经过节流部件16、第二冷媒换热部18、四通换向阀23的第二端E、第三端S、气液分离器22从压缩机19的进气口21回到压缩机19中。

第一水泵5将水箱1底部的冷水输送至热水换热部10中，第一冷媒换热部15中的冷媒放热，热量传递给热水换热部10中的冷水，冷水被加热。在压缩机19刚刚启动运行阶段，从压缩机19中出来的冷媒的温度不高，经过换热后的热水换热部10中的水无法达到用户设定的温度，此时，将第一三通换向阀2的第一端和第二端连通，将该部分热水输送至水箱1的中部，从而保证水箱1顶部的水始终保持较热的状态，保证用户的用水需求。当压缩机19运行一段时间后，第一冷媒换热部15与热水换热部10换热后，热水换热部10中的水温能够达到用户设定的温度，此时，控制第一三通换向阀2的第一端与第三端连通，将该部分热水输送至水箱1的顶部。

单独制取供暖用水

在单独制取供暖用水时，第一水泵5停止工作，第二水泵12开启。第二三通换向阀13的第二端与第三端连通。从压缩机19出气口20出来的呈高温高压状态的冷媒依次经过四通换向阀23的第一端D、第四端C进入到第一冷媒换热部15中，与供暖换热部14进行换热。经过换热后的冷媒从第一冷媒换热部15的第二端流出后依次经过节流部件16、第二冷媒换热部18、四通换向阀23的第二端E、第三端S、气液分离器22从压缩机19的进气口21回到压缩机19中。

第二水泵12提供动力，让供暖用水在供暖子系统中循环起来，供暖用水从采暖管路11的出口依次经过第二三通换向阀13的第二端、第三端进入到供暖换热部14中与第一冷媒换热部15中的冷媒进行换热，换热完成后的供暖用水在第二水泵12的作用下回到采暖管路11中。

同时制取生活用热水和供暖用水

同时制取生活用热水和供暖用水时，第一水泵5开启、第二水泵12开启、第二三通换向阀13第二端和第三通相连通，第一冷媒换热部15与热水换热部10和供暖换热部14同时进行换热，同时对冷水和供暖用水进行加热。同时制取生活用热水和供暖用水时，冷媒的循环路径、生活用热水的循环路径、供暖用水的循环路径与单独制取生活用热水和单独制取供暖用水时一样，在此不再赘述。

当处于同时制取生活用热水和供暖用水时，当水箱1顶部的水温无法达到用于设定的温度时，或是用户在一端时间内用水量增大时，需要切换第二三通换向阀13使其第一端与第二端相连，暂时停止对供暖用水进行加热，待水箱1顶部的温度上升至用户设定的温度值以上或是用户用水结束时，再切换第二三通换向阀13使其第二端与第三端相连，恢复同时制取生活用热水和供暖用水状态。

优选地，本申请中的第一水泵2和第二水泵12为直流变频水泵，以确保水箱热水出口4处温度恒定，具体地，当压缩机19输出量大时，或者水箱1底部的冷水温度升高时，第一水泵5能够及时提高其水泵电机的转速，让水流动循环速度加快，保证水箱顶部出水温度恒定，提高用户使用舒适度。第一三通换向阀2、第二三通换向阀13、四通换向阀23均为电动换向阀，以保证快速准确的切换生活用热水、供暖用水的流向，保证用户用户需求和供暖需求。压缩机19为变频压缩机，以根据水箱中水箱1底部的冷水温度、用户设定的顶部热水出水温度，调整压缩机19的运行频率，保证压缩机19运行功率能够使冷媒与生活用热水换热后，生活用热水的温度能够满足用户的需求，并根据用户的用水量进行调整压缩机功率以增强或降低换热效果。本申请中的风扇17通过变频电机带动运转，能够配合压缩机的输出量变化调整电机运行转速，进而调整风扇转动速度，改变从外界环境中吸收的热量的多少。

本申请中的热泵系统，水箱可以设置在室内，第一换热器和冷媒循环子系统均可以作为室外机挂设在室外的墙壁上，因此大大减小了安装所需要的空间，安装也更加方便、简单、高效，由于整个热泵系统的结构简单，因此极大降低了生产成本。

另外，本申请中的热泵系统通过采用相应的控制方法，能够达到直接出热水且出水水温稳定的状态，能够最大限度的满足用户的需求。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理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 (8)

1.一种热泵系统，包括制热水子系统、冷媒循环子系统和供暖子系统，所述制热水子系统包括水箱和热水换热部，所述热水换热部的第一端与所述水箱的底部连通，其特征在于，所述制热水子系统还包括与所述热水换热部的第二端相连接的第一控制阀，所述第一控制阀用于控制所述热水换热部择一地与所述水箱的中部或者水箱的顶部相连通；

所述冷媒循环子系统包括第一冷媒换热部，所述供暖子系统包括供暖换热部，所述热水换热部与所述供暖换热部共用所述第一冷媒换热部进行换热；

所述供暖子系统包括采暖管路和第二控制阀，所述采暖管路的出口能够与所述供暖换热部的第一端相连通，所述采暖管路的进口能够与所述供暖换热部的第二端相连通，所述第二控制阀用于控制所述采暖管路的出口择一地与所述供暖换热部的第一端或者所述采暖管路的进口相连通；

所述第二控制阀为第二三通换向阀，所述第二三通换向阀的第二端与所述采暖管路的出口相连，所述第二三通换向阀的第三端与所述供暖换热部的第一端相连，所述供暖换热部的第二端与所述采暖管路的进口并联后连接至所述第二三通换向阀的第一端；

当处于同时制取生活用热水和供暖用水时，当水箱顶部的水温无法达到设定的温度时，需要切换第二三通换向阀使其第一端与第二端相连，暂时停止对供暖用水进行加热，待水箱顶部的温度上升至用户设定的温度值以上时，再切换第二三通换向阀使其第二端与第三端相连，恢复同时制取生活用热水和供暖用水状态。

2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述第一控制阀为第一三通换向阀，所述热水换热部的第二端与所述第一三通换向阀的第一端相连，所述第一三通换向阀的第二端和第三端分别与所述水箱的中部和顶部相连通；或者，

所述第一控制阀包括第一截止阀和第二截止阀，所述第一截止阀设置在用于连通所述热水换热部的第二端与所述水箱的中部的管路上，所述第二截止阀设置在用于连通所述热水换热部的第二端与水箱的顶部的管路上。

3.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，在所述采暖管路的进口或出口与所述第二控制阀之间设置有第二水泵。

4.根据权利要求1至3任一项所述的热泵系统，其特征在于，所述水箱中设置有多个温度检测装置，所述多个温度检测装置至少对所述水箱的底部、中部和/或顶部的水温进行检测。

5.根据权利要求1至3任一项所述的热泵系统，其特征在于，所述冷媒换热子系统还包括第二冷媒换热部、压缩机和四通换向阀，所述第一冷媒换热部的第二端与所述第二冷媒换热部的第一端相连；

所述四通换向阀的第一端、第二端、第三端、第四端分别与所述压缩机的出气口、所述第二冷媒换热部的第二端、所述压缩机的进气口、第一冷媒换热部的第一端相连。

6.根据权利要求1至3任一项所述的热泵系统，其特征在于，所述热水换热部的第一端与所述水箱之间设置有第一水泵。

7.根据权利要求1-3任一项所述的热泵系统，其特征在于，还包括第一换热器，所述热水换热部、第一冷媒换热部和供暖换热部均设置在所述第一换热器中。

8.根据权利要求7所述的热泵系统，其特征在于，所述第一换热器为三重管换热器、串联式套管换热器、串联式板式换热器或高效罐。