CN111811166B - 一种带热回收的三联供热泵机组 - Google Patents

一种带热回收的三联供热泵机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带热回收的三联供热泵机组，包括三联供组件和热水组件，三联供组件包括第一压缩机、第一四通阀、热回收换热器、第一单向阀、第二单向阀、第二四通阀、空调换热器、第一储液器和翅片换热器；热水组件包括第二压缩机、第三四通阀和第二储液器。本发明的有益效果是，本三联供热泵机组占地面积小，安装方便，具有空调制冷、空调制热、制冷及热水、制热及热水、单热水、化霜等模式，可有效的解决冬季制热和热水需求，同时兼顾冬季的快速化霜问题，同时在过渡季节也能在满足热水需求下最大限度的提高节能效果。

Description

一种带热回收的三联供热泵机组
技术领域
本发明涉及空气源热泵系统技术领域，特别是一种带热回收的三联供热泵机组。
背景技术
传统空气源采暖热泵只能单一满足建筑的空调或采暖的要求，不能同时满足生活热水的需求。一般采用的方法就是热泵+热水机的综合解决方案，但此方案因需要二种设备，其初投资大，且设备占地面积大，家庭阳台或楼顶空间限制，难以满足设备正常安装使用。
中国专利“一种三联供空气源热泵系统”(申请号为201621200404.6)公开的三联供系统虽然可实现冷凝热全回收，具备同时制热、制冷、生活热水的功能需求。但此三联供存在技术不足之处，当空调制热与生活热水同时有需求时，且采暖及生活热水均满负荷使用时，由于生活热水进水温度逐渐降低，生活热水能力需求变高，其热回收难以满足热水需求，过热冷媒会逐渐进行相变换热，导致空调制热能力可能不足的现象。此外冬季有制热需求时，其蒸发器需要有较快的化霜效果才能确保制热能力不过度损耗，当生活热水有需求时，其热回收过程会导致其化霜能力下降，无法在最短的时间内化霜干净，最终影响其设备制热能力。
目前市场三联供系统通常以调节室内空气为主，以生活热水功能为辅。其设备选型以室内空气调节选配，热水负荷较小，在制热、热水过负荷使用时，其能效较低。在过渡季节，当其制冷需求少时，其工作大部分能力无法得到充分利用，导致出现大马拉小车现象，最终导致其运行费用与空调加空气源热泵热水机的组合方案相差不大。另外因生活热水需求温度较高，特别在制冷加热水功能下运行，会相应提高了设备的冷凝温度，增大了压缩比，不利于设备最终的运行寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供了一种带热回收的三联供热泵机组。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种带热回收的三联供热泵机组，包括三联供组件和热水组件，三联供组件包括第一压缩机、第一四通阀、热回收换热器、第一单向阀、第二单向阀、第二四通阀、空调换热器、第一储液器和翅片换热器；热水组件包括第二压缩机、第三四通阀和第二储液器；第一四通阀、第二四通阀和第三四通阀均设有入口和A出口、B出口、C出口；热回收换热器和翅片换热器均设有2个换热管路；
第一压缩机的出口端与第一四通阀的入口连接，第一四通阀的C出口经热回收换热器的第1个换热管路、第二单向阀并连接到第二四通阀的入口，第一四通阀的A出口经第一单向阀连接到第二四通阀的入口，第一四通阀的B出口与第一压缩机的入口端连接；
第二四通阀的C出口经空调换热器连接到第一储液器的一端，第一储液器的另一端经翅片换热器的第1个换热管路连接到第二四通阀的A出口，第二四通阀的B出口与第一压缩机的入口端连接；
第二压缩机的出口端与第三四通阀的入口连接，第三四通阀的A出口经热回收换热器的第2个换热管路并连接到第二储液器的一端，第二储液器的另一端经翅片换热器的第2个换热管路连接到第三四通阀的C出口，第三四通阀的B出口与第二压缩机的入口端连接。
上述技术方案中，三联供组件还包括节流装置，节流装置包括第一电子膨胀阀、毛细管和第三单向阀，第一电子膨胀阀连接在翅片换热器与第一储液器之间，毛细管与第三单向阀串联，第一电子膨胀阀与串联的毛细管、第三单向阀并联，第三单向阀向第一储液器单向导通。
上述技术方案中，热水组件还包括第二电子膨胀阀，第二电子膨胀阀连接在翅片换热器与第二储液器之间。
上述技术方案中，三联供组件还包括第一气液分离器，第一气液分离器的一端连接第一压缩机的入口端，第一气液分离器的另一端连接第一四通阀的B出口以及第二四通阀的B出口。
上述技术方案中，热水组件还包括第二气液分离器，第二气液分离器的一端连接第二压缩机的入口端，第二气液分离器的另一端连接第三四通阀的B出口。
上述技术方案中，第一压缩机为变频压缩机。
上述技术方案中，热回收换热器为高效罐高效罐或套管换热器。
带热回收的三联供热泵机组具有空调制冷模式、空调制热模式、制冷及热水模式、制热及热水模式、单热水模式、化霜模式；
空调制冷模式：第一压缩机启动，第一四通阀的入口与第一四通阀的A出口导通，第二四通阀的入口与第二四通阀的A出口导通，第二四通阀的B出口与第二四通阀的C出口导通，第一压缩机输出的高温高压冷媒流经翅片换热器换热冷凝成低温低压冷媒，低温低压冷媒在空调换热器换热以制取空调冷水，冷媒回到第一压缩机形成回路；
空调制热模式：第一压缩机启动，第一四通阀的入口与第一四通阀的A出口导通，第二四通阀的入口与第二四通阀的C出口导通，第二四通阀的A出口与第二四通阀的B出口导通，第一压缩机输出的高温高压冷媒流经空调换热器制取空调热水，冷媒经过第一储液器、翅片换热器回到第一压缩机形成回路；
制热及热水模式：第一压缩机启动，第一四通阀的入口与第一四通阀的C出口导通，第二四通阀的入口与第二四通阀的C出口导通，第二四通阀的A出口与第二四通阀的B出口导通，第一压缩机输出的高温高压冷媒流经热回收换热器制取热水，冷媒再经过空调换热器进行冷凝过冷，冷媒最后经翅片换热器换热吸取空气源热能并回到第一压缩机形成回路；
制冷及热水模式：第一压缩机启动，第一四通阀的入口与第一四通阀的C出口导通，第二四通阀的入口与第二四通阀的A出口导通，第二四通阀的B出口与第二四通阀的C出口导通，第一压缩机输出的高温高压冷媒流经热回收换热器制取热水，冷媒然后经过翅片换热器进行冷凝过冷，冷媒再经空调换热器换热制取空调冷水，冷媒最后回到第一压缩机形成回路；
单热水模式：第二压缩机启动，第三四通阀的入口与第三四通阀的A出口导通，第三四通阀的B出口与第三四通阀的C出口导通，第二压缩机输出的高温高压冷媒经热回收换热器制取热水，冷媒经第二储液器、翅片换热器回到第二压缩机形成回路；
化霜模式：第一压缩机启动，第一四通阀的入口与第一四通阀的A出口导通，第二四通阀的入口与第二四通阀的A出口导通，第二四通阀的B出口与第二四通阀的C出口导通，第一压缩机输出的高温高压冷媒直接流至结霜的翅片换热器进行换热化霜，然后经第一储液器、空调换热器回到第一压缩机形成回路，空调换热器和热回收换热器不启动。
优选地，制热及热水模式还可启动第二压缩机以进行辅助制取热水，第三四通阀的入口与第三四通阀的A出口导通，第三四通阀的B出口与第三四通阀的C出口导通，第二压缩机输出的高温高压冷媒经热回收换热器制取热水，冷媒经第二储液器、翅片换热器回到第二压缩机形成回路。
优选地，制冷及热水模式还可启动第二压缩机以进行辅助制取热水，第三四通阀的入口与第三四通阀的A出口导通，第三四通阀的B出口与第三四通阀的C出口导通，第二压缩机输出的高温高压冷媒经热回收换热器制取热水，冷媒经第二储液器、翅片换热器回到第二压缩机形成回路。
本发明的有益效果是：本三联供热泵机组占地面积小，安装方便，具有空调制冷、空调制热、制冷及热水、制热及热水、单热水、化霜等模式，可有效的解决冬季制热和热水需求，同时兼顾冬季的快速化霜问题，同时在过渡季节也能在满足热水需求下最大限度的提高节能效果。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的空调制冷模式的冷媒流动示意图。
图3是本发明的空调制热模式的冷媒流动示意图。
图4是本发明的制热及热水模式的冷媒流动示意图。
图5是本发明的制冷及热水模式的冷媒流动示意图。
图6是本发明的单热水模式的冷媒流动示意图。
图7是本发明的化霜模式的冷媒流动示意图。
图8是第一四通阀、第二四通阀和第三四通阀的出入口标记图。
附图标记
1、第一压缩机；2、第一四通阀；3、热回收换热器；4、第一单向阀；5、第二单向阀；6、第二四通阀；7、空调换热器；8、第一储液器；9、第一电子膨胀阀；10、毛细管；11、第三单向阀；12、翅片换热器；13、第一气液分离器；14、第二压缩机；15、第三四通阀；16、第二储液器；17、第二电子膨胀阀；18、第二气液分离器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种带热回收的三联供热泵机组，其主要包括三联供组件和热水组件，三联供组件包括有第一压缩机1、第一四通阀2、热回收换热器3、第一单向阀4、第二单向阀5、第二四通阀6、空调换热器7、第一储液器8、节流装置和翅片换热器12；热水组件包括第二压缩机14、第三四通阀15、第二储液器16和第二电子膨胀阀17。热回收换热器3设有2个换热管路，第1个换热管路与三联供组件连接进行换热，第2个换热管路与热水组件连接进行换热。同样的，翅片换热器12也设有2个换热管路，其第1个换热管路与三联供组件连接进行换热，第2个换热管路与热水组件连接进行换热。其中，如图8所示，第一四通阀2、第二四通阀6和第三四通阀15均设有入口（图示为D）和A出口、B出口、C出口；第一四通阀2、第二四通阀6和第三四通阀15的入口和3个出口的连接状态可以切换，一种状态为，入口与A出口导通，B出口与C出口导通；另一种状态为入口与C出口导通，A出口与B出口导通，通过切换第一四通阀2、第二四通阀6和第三四通阀15的导通状态以进行不同换热模式的切换。
如图1所示，具体说明三联供组件中各组成部件的连接关系。
第一压缩机1设有入口端和出口端，第一压缩机1的出口端与第一四通阀2的入口连接，第一四通阀2的C出口先连接热回收换热器3的第1个换热管路，然后串联第二单向阀5并连接到第二四通阀6的入口，第二单向阀5的导通方向是热回收换热器3向第二四通阀6的入口的方向。第一四通阀2的A出口串联第一单向阀4并连接到第二四通阀6的入口，第一单向阀4的导通方向是第一四通阀2的A出口向第二四通阀6的入口的方向，第一四通阀2的B出口与第一压缩机1的入口端连接。第二四通阀6的C出口先连接空调换热器7的换热管路，然后连接到第一储液器8的一端，第一储液器8的另一端经翅片换热器12的第1个换热管路连接到第二四通阀6的A出口，第二四通阀6的B出口与第一压缩机1的入口端连接。其中，节流装置连接在翅片换热器12与第一储液器8之间，为了保证三联供组件具有较好制冷效果的同时不会减弱低温制热的能力，节流装置采用了第一电子膨胀阀9、毛细管10和第三单向阀11。第一电子膨胀阀9直接串联在翅片换热器12与第一储液器8之间，毛细管10和第三单向阀11相串联，串联后的毛细管10和第三单向阀11与第一电子膨胀阀9并联，第三单向阀11的导通方向是翅片换热器12向第一储液器8方向。
优选地，三联供组件还包括第一气液分离器13，第一气液分离器13的一端连接第一压缩机1的入口端，第一气液分离器13的另一端连接第一四通阀2的B出口以及第二四通阀6的B出口。
优选地，第一压缩机1采用变频压缩机，能最大限度的适应制冷制热负荷的变化，变频压缩机能在过渡季节发挥相应的节能功能。
优选地，热回收换热器3为高效罐换热器或套管换热器。
如图1所示，具体说明热水组件中个组成部分的连接关系。
第二压缩机14设有入口端和出口端，第二压缩机14的出口端与第三四通阀15的入口连接，第三四通阀15的A出口连接热回收换热器3的第2个换热管路并连接到第二储液器16的一端，第二储液器16的另一端经翅片换热器12的第2个换热管路连接到第三四通阀15的C出口，第三四通阀15的B出口与第二压缩机14的入口端连接。
优选地，热水组件还包括第二气液分离器18，第二气液分离器18的一端连接第二压缩机14的入口端，第二气液分离器18的另一端连接第三四通阀15的B出口。
本发明的一种带热回收的三联供热泵机组具有空调制冷模式、空调制热模式、制冷及热水模式、制热及热水模式、单热水模式、化霜模式。
如图2所示，为本三联供热泵机组在空调制冷模式下的冷媒流动示意图。空调制冷模式下，第一压缩机1启动，第二压缩机14不启动，第一四通阀2的入口与第一四通阀2的A出口导通，第二四通阀6的入口与第二四通阀6的A出口导通，第二四通阀6的B出口与第二四通阀6的C出口导通，第一压缩机1输出的高温高压冷媒流经翅片换热器12换热冷凝成低温低压冷媒，低温低压冷媒经过第一电子膨胀阀9和毛细管10进行节流，然后在空调换热器7换热以制取空调冷水，冷媒回到第一压缩机1形成回路。
如图3所示，为本三联供热泵机组在空调制热模式下的冷媒流动示意图。空调制热模式下，第一压缩机1启动，第二压缩机14不启动，第一四通阀2的入口与第一四通阀2的A出口导通，第二四通阀6的入口与第二四通阀6的C出口导通，第二四通阀6的A出口与第二四通阀6的B出口导通，第一压缩机1输出的高温高压冷媒先流经空调换热器7制取空调热水，冷媒经过第一储液器8、第一电子膨胀阀9、翅片换热器12回到第一压缩机1形成回路。因制取空调热水时，一般机组运行在较低环境温度下，其蒸发温度较低，所需冷媒少，因此，第一储液器8用于储存多余的冷媒，冷媒在节流装置中只经过第一电子膨胀阀9，不经过毛细管10节流，可以有效的调节冷媒过冷度，从而保证机组的最佳制热能力。
如图4所示，为本三联供热泵机组在制热及热水模式下的冷媒流动示意图。在制热及热水模式下，第一压缩机1启动，第一四通阀2的入口与第一四通阀2的C出口导通，第二四通阀6的入口与第二四通阀6的C出口导通，第二四通阀6的A出口与第二四通阀6的B出口导通，第一压缩机1输出的高温高压冷媒先流经热回收换热器3制取热水，冷媒再经过空调换热器7进行冷凝过冷，冷媒最后经第一电子膨胀阀9节流，在翅片换热器12进行换热吸取空气源热能，并回到第一压缩机1形成回路。第二压缩机14可以启动以进行辅助制取热水，第三四通阀15的入口与第三四通阀15的A出口导通，第三四通阀15的B出口与第三四通阀15的C出口导通，第二压缩机14输出的高温高压冷媒先流经热回收换热器3制取热水，冷媒经第二储液器16、第二电子膨胀阀17、翅片换热器12回到第二压缩机14形成回路。
如图5所示为本三联供热泵机组在制冷及热水模式下的冷媒流动示意图。在制冷及热水模式下，第一压缩机1启动，第一四通阀2的入口与第一四通阀2的C出口导通，第二四通阀6的入口与第二四通阀6的A出口导通，第二四通阀6的B出口与第二四通阀6的C出口导通，第一压缩机1输出的高温高压冷媒先流经热回收换热器3制取热水，冷媒然后经过翅片换热器12进行冷凝过冷，冷媒经过第一电子膨胀阀9和毛细管10进行节流，然后在空调换热器7换热以制取空调冷水，冷媒回到第一压缩机1形成回路。第二压缩机14可以启动以进行辅助制取热水，第三四通阀15的入口与第三四通阀15的A出口导通，第三四通阀15的B出口与第三四通阀15的C出口导通，第二压缩机14输出的高温高压冷媒先流经热回收换热器3制取热水，冷媒经第二储液器16、第二电子膨胀阀17、翅片换热器12回到第二压缩机14形成回路。
如图6所示为本三联供热泵机组在单热水模式下的冷媒流动示意图。在单热水模式下，第一压缩机1不启动，第二压缩机14启动，第三四通阀15的入口与第三四通阀15的A出口导通，第三四通阀15的B出口与第三四通阀15的C出口导通，第二压缩机14输出的高温高压冷媒先流经热回收换热器3制取热水，冷媒经第二储液器16、第二电子膨胀阀17、翅片换热器12回到第二压缩机14形成回路。
如图7所示为本三联供热泵机组在化霜模式下的冷媒流动示意图。在化霜模式下，第一压缩机1启动，第一四通阀2的入口与第一四通阀2的A出口导通，第二四通阀6的入口与第二四通阀6的A出口导通，第二四通阀6的B出口与第二四通阀6的C出口导通，第一压缩机1输出的高温高压冷媒直接流至结霜的翅片换热器12进行换热化霜，然后经第一电子膨胀阀9和毛细管10、第一储液器8、空调换热器7回到第一压缩机1形成回路，空调换热器7和热回收换热器3不启动。
以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，故凡依本发明专利申请范围所述的方法所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (9)

1.一种带热回收的三联供热泵机组控制方法，其特征在于：带热回收的三联供热泵机组包括三联供组件和热水组件，所述三联供组件包括第一压缩机、第一四通阀、热回收换热器、第一单向阀、第二单向阀、第二四通阀、空调换热器、第一储液器和翅片换热器；所述热水组件包括第二压缩机、第三四通阀和第二储液器；
第一四通阀、第二四通阀和第三四通阀均设有入口和A出口、B出口、C出口；
热回收换热器和翅片换热器均设有2个换热管路；
第一压缩机的出口端与第一四通阀的入口连接，第一四通阀的C出口经热回收换热器的第1个换热管路、第二单向阀并连接到第二四通阀的入口，第一四通阀的A出口经第一单向阀连接到第二四通阀的入口，第一四通阀的B出口与第一压缩机的入口端连接；
第二四通阀的C出口经空调换热器连接到第一储液器的一端，第一储液器的另一端经翅片换热器的第1个换热管路连接到第二四通阀的A出口，第二四通阀的B出口与第一压缩机的入口端连接；
第二压缩机的出口端与第三四通阀的入口连接，第三四通阀的A出口经热回收换热器的第2个换热管路并连接到第二储液器的一端，第二储液器的另一端经翅片换热器的第2个换热管路连接到第三四通阀的C出口，第三四通阀的B出口与第二压缩机的入口端连接；
带热回收的三联供热泵机组具有空调制冷模式、空调制热模式、制冷及热水模式、制热及热水模式、单热水模式、化霜模式；
空调制冷模式：第一压缩机启动，第一四通阀的入口与第一四通阀的A出口导通，第二四通阀的入口与第二四通阀的A出口导通，第二四通阀的B出口与第二四通阀的C出口导通，第一压缩机输出的高温高压冷媒流经翅片换热器换热冷凝成低温低压冷媒，低温低压冷媒在空调换热器换热以制取空调冷水，冷媒回到第一压缩机形成回路；
空调制热模式：第一压缩机启动，第一四通阀的入口与第一四通阀的A出口导通，第二四通阀的入口与第二四通阀的C出口导通，第二四通阀的A出口与第二四通阀的B出口导通，第一压缩机输出的高温高压冷媒流经空调换热器制取空调热水，冷媒经过第一储液器、翅片换热器回到第一压缩机形成回路；
制热及热水模式：第一压缩机启动，第一四通阀的入口与第一四通阀的C出口导通，第二四通阀的入口与第二四通阀的C出口导通，第二四通阀的A出口与第二四通阀的B出口导通，第一压缩机输出的高温高压冷媒流经热回收换热器制取热水，冷媒再经过空调换热器进行冷凝过冷，冷媒最后经翅片换热器换热吸取空气源热能并回到第一压缩机形成回路；
制冷及热水模式：第一压缩机启动，第一四通阀的入口与第一四通阀的C出口导通，第二四通阀的入口与第二四通阀的A出口导通，第二四通阀的B出口与第二四通阀的C出口导通，第一压缩机输出的高温高压冷媒流经热回收换热器制取热水，冷媒然后经过翅片换热器进行冷凝过冷，冷媒再经空调换热器换热制取空调冷水，冷媒最后回到第一压缩机形成回路；
单热水模式：第二压缩机启动，第三四通阀的入口与第三四通阀的A出口导通，第三四通阀的B出口与第三四通阀的C出口导通，第二压缩机输出的高温高压冷媒经热回收换热器制取热水，冷媒经第二储液器、翅片换热器回到第二压缩机形成回路；
化霜模式：第一压缩机启动，第一四通阀的入口与第一四通阀的A出口导通，第二四通阀的入口与第二四通阀的A出口导通，第二四通阀的B出口与第二四通阀的C出口导通，第一压缩机输出的高温高压冷媒直接流至结霜的翅片换热器进行换热化霜，然后经第一储液器、空调换热器回到第一压缩机形成回路，空调换热器和热回收换热器不启动。
2.根据权利要求1所述的一种带热回收的三联供热泵机组控制方法，其特征在于：所述三联供组件还包括节流装置，节流装置包括第一电子膨胀阀、毛细管和第三单向阀，第一电子膨胀阀连接在翅片换热器与第一储液器之间，毛细管与第三单向阀串联，第一电子膨胀阀与串联的毛细管、第三单向阀并联，第三单向阀向第一储液器单向导通。
3.根据权利要求1所述的一种带热回收的三联供热泵机组控制方法，其特征在于：所述热水组件还包括第二电子膨胀阀，第二电子膨胀阀连接在翅片换热器与第二储液器之间。
4.根据权利要求1所述的一种带热回收的三联供热泵机组控制方法，其特征在于：所述三联供组件还包括第一气液分离器，第一气液分离器的一端连接第一压缩机的入口端，第一气液分离器的另一端连接第一四通阀的B出口以及第二四通阀的B出口。
5.根据权利要求1所述的一种带热回收的三联供热泵机组控制方法，其特征在于：所述热水组件还包括第二气液分离器，第二气液分离器的一端连接第二压缩机的入口端，第二气液分离器的另一端连接第三四通阀的B出口。
6.根据权利要求1所述的一种带热回收的三联供热泵机组控制方法，其特征在于：所述第一压缩机为变频压缩机。
7.根据权利要求1所述的一种带热回收的三联供热泵机组控制方法，其特征在于：所述热回收换热器为高效罐或套管换热器。
8.根据权利要求1所述的一种带热回收的三联供热泵机组控制方法，其特征在于：所述制热及热水模式还可启动第二压缩机以进行辅助制取热水，第三四通阀的入口与第三四通阀的A出口导通，第三四通阀的B出口与第三四通阀的C出口导通，第二压缩机输出的高温高压冷媒经热回收换热器制取热水，冷媒经第二储液器、翅片换热器回到第二压缩机形成回路。
9.根据权利要求1所述的一种带热回收的三联供热泵机组控制方法，其特征在于：所述制冷及热水模式还可启动第二压缩机以进行辅助制取热水，第三四通阀的入口与第三四通阀的A出口导通，第三四通阀的B出口与第三四通阀的C出口导通，第二压缩机输出的高温高压冷媒经热回收换热器制取热水，冷媒经第二储液器、翅片换热器回到第二压缩机形成回路。
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