CN113432172A - 热泵机组室内单元和热泵机组 - Google Patents

Abstract

热泵机组室内单元包括：复叠换热器，其包括：连接低温级循环管路且有第一制冷剂的第一换热部；连接高温级循环管路且有第二制冷剂的第二换热部；终端换热器组件，其包括：连接用水终端的终端换热部；连接低温级循环管路的第三换热部；和连接高温级循环管路的第四换热部；第一阀元件，其设置在第一换热部与低温级循环管路之间并配置为调节进入第一换热部中第一制冷剂的流量；第二阀元件，其设置在第二换热部与第四换热部之间并配置为调节进入第二换热部和第四换热部中第二制冷剂的流量；和第三阀元件，其设置在第三换热部与低温级循环管路之间并配置为调节进入第三换热部中第一制冷剂的流量。还提供热泵机组，本发明具有功能灵活的优点。

Description

热泵机组室内单元和热泵机组

技术领域

本发明属于制冷设备技术领域，尤其涉及一种热泵机组室内单元，以及具备该室内单元的热泵机组。

背景技术

清洁、安全、高效能源的利用是暖通空调技术领域的一个重点研发方向。空气源热泵系统以电能为驱动力，将室外环境空气作为热源，向被调节对象提供热量，是国家着力推广的环保高效能源供给方式之一。目前在空气源热泵中广泛应用的制冷剂为R410A和R22，其中R22的化学成分为氯二氟甲烷（CHCIF2）属于臭氧物质HCFC，现已被HFC制冷剂R410a逐渐取代。R410a由R32（二氟甲烷CH2F2）和R125（五氟乙烷CF3CHF2）按质量分数各50%的比例组成。

现有的R410A或R22热泵系统直接加热热水，往往受限于压缩机的压力比以及制冷剂物理性质，无法制取55℃以上的热水，并且在室外温度降低时，所制取的水温也会有明显衰减。为解决这一问题，现有技术中设计了复叠式热泵系统，复叠式热泵系统的灵活性较差，如果设定水温较低，也必须同时启动两级系统，导致高温级不能产生足够的压力差，压力比偏离正常运行范围，不利于高温级系统的可靠运行。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明的一个方面针对现有技术中复叠式热泵系统灵活性较差，在设定水温较低时也必须同时启动两级系统，可能导致高温级系统不能产生足够的压力差，压力比偏离正常运行范围，不利于高温级系统可靠运行的问题，设计并提供一种热泵机组室内单元。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

热泵机组室内单元，包括：复叠换热器，所述复叠换热器包括：第一换热部，所述第一换热部连接低温级循环管路，所述低温级循环管路中有第一制冷剂；和第二换热部，所述第二换热部连接高温级循环管路，所述高温级循环管路中有第二制冷剂；终端换热器组件，所述终端换热器组件包括：终端换热部，所述终端换热部连接用水终端；第三换热部，所述第三换热部连接所述低温级循环管路；和第四换热部，所述第四换热部连接所述高温级循环管路；第一阀元件，所述第一阀元件设置在所述第一换热部与所述低温级循环管路之间，所述第一阀元件配置为调节进入第一换热部中第一制冷剂的流量；第二阀元件，所述第二阀元件设置在所述第二换热部与所述第四换热部之间，所述第二阀元件配置为调节进入第二换热部和第四换热部中第二制冷剂的流量；和第三阀元件，所述第三阀元件设置在所述第三换热部与所述低温级循环管路之间，所述第三阀元件配置为调节进入第三换热部中第一制冷剂的流量。

本发明的第二个方面提供一种热泵机组，包括室外机，还包括热泵机组室内单元，包括：复叠换热器，所述复叠换热器包括：第一换热部，所述第一换热部连接低温级循环管路，所述低温级循环管路中有第一制冷剂；和第二换热部，所述第二换热部连接高温级循环管路，所述高温级循环管路中有第二制冷剂；终端换热器组件，所述终端换热器组件包括：终端换热部，所述终端换热部连接用水终端；第三换热部，所述第三换热部连接所述低温级循环管路；和第四换热部，所述第四换热部连接所述高温级循环管路；第一阀元件，所述第一阀元件设置在所述第一换热部与所述低温级循环管路之间，所述第一阀元件配置为调节进入第一换热部中第一制冷剂的流量；第二阀元件，所述第二阀元件设置在所述第二换热部与所述第四换热部之间，所述第二阀元件配置为调节进入第二换热部和第四换热部中第二制冷剂的流量；和第三阀元件，所述第三阀元件设置在所述第三换热部与所述低温级循环管路之间，所述第三阀元件配置为调节进入第三换热部中第一制冷剂的流量。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明所提出的热泵机组室内单元中，终端换热部可以单独与连接低温级循环管路的第三换热部选择性的进行换热，满足设定水温较低的使用场景，同时避免启动高温级系统，避免高温级系统不能产生足够压力差的问题。终端换热部还可以与连接低温级循环管路的第三换热部以及与连接高温级循环管路的第四换热部换热，满足设定水温较高的使用场景，使用灵活稳定。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一个方面所提供的热泵机组室内单元的管路连接示意图；

图2为本发明第二个方面所提供的热泵机组室内单元的管路连接示意图；

图3为如图1所示的热泵机组室内单元低温制热模式的制冷剂循环示意图；

图4为如图1所示的热泵机组室内单元快速制热模式的制冷剂循环示意图；

图5为如图1所示的热泵机组室内单元逆循环除霜模式的制冷剂循环示意图；

图6为如图1所示的热泵机组室内单元高温制热模式的制冷剂循环示意图；

图7为本发明第三个方面所提供的热泵机组的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

针对现有技术中复叠式热泵系统灵活性较差，在设定水温较低时也必须启动两级系统，可能导致高温级系统不能产生足够的压力差，压力比偏离正常运行范围，不利于高温级系统可靠运行的问题，一种新设计的热泵机组室内单元如图1所示。这种热泵机组室内单元10可以与传统的热泵机组室外机1匹配。从制冷（热）循环设计上看，低温级系统主要设置在热泵机组室外机1中。低温级系统包括低温级循环管路13，低温级循环管路13中有第一制冷剂，例如R410A。在正常的制热运行时，室外换热器32中的第一制冷剂R410A从室外环境或者其它外部介质中吸热，蒸发后进入低温级压缩机30中压缩。以热泵机组室内单元10作为参照系定义进出方向，高温高压的气态第一制冷剂自进气端进入热泵机组室内单元10的相应管路中。

在热泵机组室内单元10中设置有复叠换热器11。复叠换热器11包括第一换热部12和第二换热部14。第一换热部12连接低温级循环管路13，更具体地说，通过进气端连接低温级循环管路13。热泵机组室内单元10中设置有高温级系统，高温级系统包括高温级循环管路15，高温级循环管路15中有第二制冷剂，例如R134a。第二换热部14则连接高温级循环管路15。与传统的复叠式热泵机组不同，在如图1所示的热泵机组室内单元10中还特别设计有终端换热器组件。终端换热器组件可以如图1所示，由一个终端换热器16，例如氟-水-氟换热器实现，还可以由两个终端换热器，例如氟-水换热器实现（这种情况将在下文中详细介绍）。具体来说，终端换热器组件主要由三个部分组成。其中终端换热部17连接用水终端，终端换热部17中通入待加热的介质，待加热的介质主要为水。用户终端可以是地暖、暖气片或者热水器等等。终端换热器组件中的第三换热部18连接低温级循环管路13，第四换热部19则连接高温级循环管路15。

热泵机组室内单元10可以根据实际的使用需求配置复叠换热器11或者终端换热器组件中的不同换热部之间进行换热，其主要通过三个阀元件进行组合切换。其中，第一阀元件22设置在第一换热部12与低温级循环管路13之间，第一阀元件22配置为调节进入第一换热部12中第一制冷剂的流量。第一阀元件22优选为可在全开和全闭之间调节开度的电子膨胀阀。第二阀元件23则设置在第二换热部14与第四换热部19之间，第二阀元件23配置为调节进入第二换热部14和第四换热部19中第二制冷剂的流量，第二阀元件23优选为可在全开和全闭之间调节开度的电子膨胀阀。第三阀元件24设置在第三换热部18与低温级循环管路13之间，第三阀元件24配置为调节进入第三换热部18中第一制冷剂的流量。第三阀元件24优选为可在全开和全闭之间调节开度的电子膨胀阀。

在本发明如图1所提出的热泵机组室内单元10中，终端换热部17可以单独与连接低温级循环管路13的第三换热部18选择性的进行换热，满足设定水温较低的使用场景，同时避免启动高温级系统，避免高温级系统不能产生足够压力差的问题。终端换热部17还可以与连接低温级循环管路13的第三换热部18以及与连接高温级循环管路15的第四换热部19换热，满足设定水温较高的使用场景，使用灵活稳定。

以下参照图3介绍热泵机组室内单元10的低温制热模式，低温制热模式下设定水温（用户所需水温）较低，通常低于50℃。热泵机组室内单元10中设置有高温级压缩机33。如图3所示，热泵机组室内单元10配置为工作在低温制热模式，高温级压缩机33停机。第一阀元件22配置为工作在关断状态，第一阀元件22关断第一换热部12与低温级循环管路13之间的通路。第三阀元件24配置为工作在打开状态，第三阀元件24连通第三换热部18与低温级循环管路13之间的制冷剂通路。室外换热器32中的第一制冷剂R410A从室外环境或者其它外部介质中吸热，蒸发后进入低温级压缩机30中压缩，高温高压的气态第一制冷剂自进气端进入热泵机组室内单元10的相应管路中，由于第一阀元件22关断第一换热部12与低温级循环管路13之间的制冷剂通路，高温高压的气态第一制冷剂不能通过复叠换热器11中的第一换热部12循环，而是进入终端换热器16的第三换热部18中与水介质热交换，第一制冷剂放热冷凝，同时使得水介质加热到设定温度，即一个较低的水温。自第三换热部18流出的第一制冷剂流过处于打开状态的第三阀元件24，进一步自回液端（同样以热泵机组室内单元10为参考系定义进出）回到室外机1中，经过设置在室外机1中的节流装置节流降压回到低温低压的状态。低温制热模式下第一制冷剂的流动路径如图3中F1所示。

以下参照图4介绍热泵机组室内单元10的快速制热模式，快速制热模式下需要机组在短时间内加热到一个较高的目标温度。为实现这一功能，热泵机组室内单元10中同样设置有高温级压缩机33。如图4所示，热泵机组室内单元10配置为工作在高温制热模式，高温级压缩机33运行。第一阀元件22配置为工作在打开或调节状态，第一阀元件22连通第一换热部12与低温级循环管路13之间的通路。第二阀元件23工作在节流状态，连通第二换热部14与第四换热部19之间的通路。第三阀元件24配置为工作在打开状态，第三阀元件24连通第三换热部18与低温级循环管路13之间的制冷剂通路。一方面，室外换热器32中的第一制冷剂从室外环境或者其它外部介质中吸热，蒸发后进入低温级压缩机30中压缩，高温高压的气态第一制冷剂一路流入复叠换热器11中的第一换热部12中。复叠换热器11中的第一换热部12工作在冷凝状态，第二换热部14工作在蒸发状态。第二换热部14中的第二制冷剂吸热，蒸发后进入高温级压缩机33中压缩，压缩后的、高温高压的气态第二制冷剂进入第四换热部19中与终端换热部17中的水介质热交换，实现对水介质的加热。另一路高温高压的气态第一制冷剂流入终端换热器16的第三换热部18中，并与终端换热部17中的水介质热交换。即同时利用高温级系统和低温级系统并联进行水介质加热，达到快速制热的目的。快速制热模式下第一制冷剂的流动路径如图4中F1所示，快速制热模式下第二制冷剂的流动路径如图4中F2所示。

结霜除霜问题是热泵机组的关键技术问题，对其制热性能和舒适性影响显著，低温高湿工况下尤其需要保证除霜可靠性。在本实施例中，优选周期性除霜。如图5所示，热泵机组室内单元10配置为工作在逆循环除霜模式。逆循环除霜模式优选在水温较高的状态下执行，即当配置为检测终端换热部17中的水介质温度处于设定温度区间时，例如大于等于8℃时，热泵机组室内单元10配置为工作在逆循环除霜模式，从水介质中吸收热量实现除霜。执行逆循环除霜模式时，高温级压缩机33停机，第一阀元件22配置为工作在关断状态，关断第一换热部12与低温级循环管路13之间的通路，第三阀元件24配置为工作在节流状态。低温级系统中的四通阀31换向。第三换热部18中的第一制冷剂与终端换热部17中的水介质热交换，吸收热量后蒸发。由于第一阀元件22关断第一换热部12与低温级循环管路13之间的制冷剂通路，吸收热量后的第一制冷剂无法通过复叠换热器11进入低温级循环管路13，吸收热量后的第一制冷剂在低温级压缩机30中压缩后流入室外换热器32中放热除霜，然后再经过节流状态的第三阀元件24回到终端换热器16中。

在室内单元和室外机1的连接管路处还优选设置相应的截止阀（27、28）以及纳子（25、26）。终端换热部17也可以对应设置有控制水路连接的阀（20、21）或者纳子。

如图2所示，终端换热器组件还可以选用两个水氟换热器实现，例如第一终端换热器34和第二终端换热器35。第一终端换热器34中设置有第一终端换热部36，第一终端换热部36中的水介质与第三换热部18中的第一制冷剂热交换；在另一个水氟换热器中，即第二终端换热器35中设置有第二终端换热部37，第二终端换热部37中的水介质与第四换热部19中的第二制冷剂热交换。采用此种架构，热泵机组室内单元10也可以分别工作在低温制热模式以及逆循环除霜模式。

采用此种架构，如图6所示，热泵机组室内单元10还可以制备高温用水，例如高于55℃的用水。为实现这一功能，热泵机组室内单元10中同样设置有高温级压缩机33。第一终端换热部36与第二终端换热部37串联连通。具体来说，热泵机组室内单元10配置为工作在高温制热模式，高温级压缩机33运行，第一阀元件22配置为工作在打开或连通状态，连通第一换热部12与低温级循环管路之间的通路，第二阀元件23工作在节流状态，连通第二换热部14与第四换热部19之间的通路，第三阀元件24配置为工作在关闭状态，关闭第三换热部18与低温级循环管路之间的通路。室外换热器32中的第一制冷剂从室外环境或者其它外部介质中吸热，蒸发后进入低温级压缩机30中压缩，高温高压的气态第一制冷剂自进气端进入热泵机组室内单元10的相应管路中，由于第一阀元件22配置为工作在打开或连通状态，第一阀元件22连通第一换热部12与低温级循环管路之间的通路。第一制冷剂流入第一换热部12中（第一制冷剂的流动路径如图6中F4所示）。在复叠换热器11中，第二换热部14工作在蒸发状态，第二换热部14中的第二制冷剂与第一换热部12中的第一制冷剂热交换，第二制冷剂吸热蒸发，蒸发后进入高温级压缩机33中压缩，高温高压的气态第二制冷剂进入第二终端换热器35中的第四换热部19中，与第二终端换热部37中的水介质，即自第一终端换热部36流出的水介质热交换，将水介质加热到55℃以上，第二制冷剂的流动路径如图6中F5所示。

本发明的另一个方面提供一种热泵机组，热泵机组包括室外机1，还包括至少一个热泵机组室内单元10。热泵机组室内单元10的具体结构参见上述实施例和说明书附图的详细记载，在此不再赘述。设置有上述热泵机组室内单元10的热泵机组可以实现同样的技术效果。

热泵机组室内单元10的数量可以是一个，即组成一拖一热泵系统。也可以是多个，即组成一拖多热泵系统。如图7所示，在热泵机组中还可以设置至少一台风冷室内单元2，形成灵活的配套模式。

本发明所提供的热泵机组，可以根据设定水温自动判定采用低温级系统、高温级系统或者两个系统同时进行加热，快速提高水温；热泵机组室内单元10可以与室外机1一拖一连接，也可以一拖多连接，还可以由多个热泵机组室内单元10与风冷室内单元组合形成多联方案。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.热泵机组室内单元，其特征在于：包括：

复叠换热器，所述复叠换热器包括：

第一换热部，所述第一换热部连接低温级循环管路，所述低温级循环管路中有第一制冷剂；和

第二换热部，所述第二换热部连接高温级循环管路，所述高温级循环管路中有第二制冷剂；

终端换热器组件，所述终端换热器组件包括：

终端换热部，所述终端换热部连接用水终端；

第三换热部，所述第三换热部连接所述低温级循环管路；和

第四换热部，所述第四换热部连接所述高温级循环管路；

第一阀元件，所述第一阀元件设置在所述第一换热部与所述低温级循环管路之间，所述第一阀元件配置为调节进入第一换热部中第一制冷剂的流量；

第二阀元件，所述第二阀元件设置在所述第二换热部与所述第四换热部之间，所述第二阀元件配置为调节进入第二换热部和第四换热部中第二制冷剂的流量；和

第三阀元件，所述第三阀元件设置在所述第三换热部与所述低温级循环管路之间，所述第三阀元件配置为调节进入第三换热部中第一制冷剂的流量。

2.根据权利要求1所述的热泵机组室内单元，其特征在于：

所述终端换热器组件包括：

第一终端换热器，所述第一终端换热器中设置有第一终端换热部，所述第一终端换热部中的介质与所述第三换热部中的第一制冷剂热交换；和

第二终端换热器，所述第二终端换热器中设置有第二终端换热部，所述第二终端换热部中的介质与所述第四换热部中的第二制冷剂热交换。

3.根据权利要求2所述的热泵机组室内单元，其特征在于：

所述热泵机组室内单元还设置有高温级压缩机，所述第一终端换热部与所述第二终端换热部串联连通；

所述热泵机组室内单元配置为工作在高温制热模式，所述高温级压缩机运行；所述第一阀元件配置为工作在打开或连通状态，连通所述第一换热部与所述低温级循环管路之间的通路；所述第二阀元件工作在节流状态，连通所述第二换热部与所述第四换热部之间的通路；所述第三阀元件配置为工作在关闭状态，关断所述第三换热部与所述低温级循环管路之间的通路。

4.根据权利要求1或2所述的热泵机组室内单元，其特征在于：

所述热泵机组室内单元还设置有高温级压缩机；

所述热泵机组室内单元配置为工作在低温制热模式，所述高温级压缩机停机；所述第一阀元件配置为工作在关断状态，关断所述第一换热部与所述低温级循环管路之间的通路；所述第三阀元件配置为工作在打开状态，连通所述第三换热部与所述低温级循环管路之间的通路；所述终端换热部中的介质与所述第三换热部中的第一制冷剂热交换。

5.根据权利要求1或2所述的热泵机组室内单元，其特征在于：

所述热泵机组室内单元还设置有高温级压缩机；

所述热泵机组室内单元配置为工作在快速制热模式，所述高温级压缩机运行；所述第一阀元件配置为工作在打开或节流状态，连通所述第一换热部与所述低温级循环管路之间的通路；所述第二阀元件配置为工作在节流状态，连通所述第二换热部与所述第四换热部之间的通路；所述第三阀元件配置为工作在打开或调节状态，连通所述第三换热部与所述低温级循环管路之间的通路；所述终端换热部中的介质分别与所述第三换热部和第四换热部中的第一制冷剂和第二制冷剂热交换。

6.根据权利要求1或2所述的热泵机组室内单元，其特征在于：

所述热泵机组室内单元还设置有高温级压缩机；

所述热泵机组室内单元配置为工作在逆循环除霜模式：所述高温级压缩机停机；所述第一阀元件配置为工作在关断状态，关断所述第一换热部与所述低温级循环管路之间的通路；所述第三阀元件配置为工作在节流状态；所述终端换热部的介质与所述第三换热部中的第一制冷剂热交换后，所述第一制冷剂流入室外换热器除霜。

7.根据权利要求6所述的热泵机组室内单元，其特征在于：

所述热泵机组室内单元还包括：

温度传感器，所述温度传感器配置为检测所述终端换热部中的介质温度；

当所述介质温度处于设定温度区间时，所述热泵机组室内单元配置为工作在逆循环除霜模式。

8.根据权利要求7所述的热泵机组室内单元，其特征在于：

所述设定温度区间为所述介质温度大于等于8℃。

9.一种热泵机组，包括室外机，其特征在于，还包括如权利要求1至8任一项所述的热泵机组室内单元。

10.根据权利要求9所述的热泵机组，其特征在于，还包括至少一台风冷室内单元。

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