CN116007033A - 一种空气源热泵锅炉供热系统及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
一种空气源热泵锅炉供热系统及其操作方法，空气源热泵锅炉供热系统，包括热泵装置和锅炉装置，所述热泵装置包括在压缩机上设置有低压回气口、中压补气口和高压出气口，板式换热器上设置有主路通道和辅路通道；在热泵装置的水侧换热器的出水口处再串联一个水侧板式换热器，水侧换热器的用户供水端最高出水温度为55℃，利用锅炉的60～80℃高温出水，在水侧板式换热器进行换热，从而提高了用户供水端出水温度。本发明分区间进行控制，智能控制热泵装置的主动感知热泵侧除霜需求，智能控制开启燃气锅炉制热，从而保证出水温度的稳定，提高了用户使用的舒适度以及确保了空气源热泵锅炉供热系统的运行可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气源热泵锅炉供热系统及其操作方法。
背景技术
现有的空气源热泵，其具有热效率高、运行费用低且节能环保的特点，但是，其使用环境有限，当其使用在-30℃以下的环境温度中时，热泵产品大多数无法适用，其热效率比电加热热效率还低下。针对这种状况，有些厂商作了些改进，如中国专利文献号CN107894116 A于2018年04月10日公开了一种双动力空气源热泵装置，包括发动机、电机单元和空气源热泵；所述电机单元的两端均具有向外伸出的传动轴，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述空气源热泵包括压缩机、水侧换热器、表冷器、冷凝风机、节流阀和四通阀，水侧换热器输出冷水或热水；所述发动机、电机单元和压缩机的传动轴依次串联连接；所述发动机与电机单元的第一端外伸的传动轴通过前级连轴装置相连；电机单元的第二端外伸的传动轴通过后级连轴装置与压缩机的传动轴相连；其中前级连轴装置为连轴器或离合器；后级连接装置为连轴器或离合器。这种双动力空气源热泵装置在实际使用时，不够理想，有待改进。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种易操作的空气源热泵锅炉供热系统及其操作方法，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种空气源热泵锅炉供热系统，包括热泵装置和锅炉装置，其结构特征是所述热泵装置包括压缩机、气液分离器、主路电子膨胀阀、辅路电子膨胀阀、四通阀、板式换热器、风侧空气换热器和水侧换热器，压缩机上设置有低压回气口、中压补气口和高压出气口，板式换热器上设置有主路通道和辅路通道；压缩机的高压出气口与四通阀的第四接管口相连通，四通阀的第一接管口与水侧换热器的进氟口相连通，水侧换热器的出氟口分别与板式换热器的辅路通道的一端、主路通道的一端相连通，辅路通道的另一端通过辅路电子膨胀阀与压缩机的中压补气口相连通，主路通道的另一端通过主路电子膨胀阀与风侧空气换热器的进口相连通，风侧空气换热器的出口与四通阀的第三接管口相连通，四通阀的第二接管口与气液分离器的进口相连通，气液分离器的出口与压缩机的低压回气口相连通；所述锅炉装置包括锅炉、循环水泵、水侧板式换热器和水侧换热器，所述水侧板式换热器内设置有第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道的一端为与用户供水端相连通的第一出水口，第一换热通道的另一端为第一进水口，第二换热通道的一端第二进水口，第二换热通道的另一端为第二出水口，所述水侧换热器上设置有出水口和与用户回水端相连通的进水口，锅炉上分别设置有与其内部相连通的出水管和回水管；锅炉的出水管通过循环水泵与水侧板式换热器的第二进水口相连通，水侧板式换热器的第二出水口与锅炉的回水管相连通，水侧板式换热器的第一进水口与水侧换热器的出水口相连通。
进一步，所述锅炉的出水管上设置有补水口，锅炉的回水管上设置有泄水口。
进一步，所述水侧板式换热器的第二进水口位于水侧板式换热器的一侧上部，第二出水口位于水侧板式换热器的一侧下部，第一出水口位于水侧板式换热器的另一侧上部，第一进水口位于水侧板式换热器的另一侧下部。
进一步，所述锅炉为燃气锅炉或燃油锅炉。
一种空气源热泵锅炉供热系统的操作方法，其特征是包括以下步骤：
步骤一，空气源热泵锅炉供热系统通电启动，通过其上设置的环境温度传感器检测并将获得的环境温度Ta传递给空气源热泵锅炉供热系统的中控器，进入步骤二；
步骤二，中控器判断-20℃≤Ta≤45℃是否成立，当其为是时，进入步骤三，当其为否时，进入步骤十三；
步骤三，用户设定或者厂商预设空气源热泵锅炉供热系统的出水温度t，进入步骤四；
步骤四，中控器通过检测获得水侧换热器的进水温度tb；
步骤五，中控器判断t-tb≥3℃是否成立，当其为是时，进入步骤六，当其为否时，进入步骤三；
步骤六，热泵运行，进入步骤七；
步骤七，热泵运行时间tc之后，通过环境温度传感器检测并获得环境温度Ta，tc的取值范围为3min～120min；进入步骤八；
步骤八，中控器判断-10℃≤Ta≤10℃是否成立，当其为是时，进入步骤九，当其为否时，进入步骤六；
步骤九，中控器主动判断此时是否有除霜需求，当其为是时，进入步骤十，当其为否时，进入步骤六；
步骤十，中控器执行除霜指令进入除霜模式，此时，热泵开启且锅炉、循环水泵开始运行；进入步骤十一；
步骤十一，除霜模式的结束条件满足时，中控器控制结束除霜模式，此时，热泵开启且锅炉、循环水泵停止运行；进入步骤十二；
步骤十二，中控器通过环境温度传感器检测并获得环境温度Ta，进入步骤十三；
步骤十三，中控器判断-35℃≤Ta≤-20℃是否成立，当其为是时，进入步骤十四，当其为否时，进入步骤十六；
步骤十四，中控器控制热泵开启且锅炉、循环水泵开始运行，进入步骤十五；
步骤十五，中控器通过环境温度传感器检测并获得环境温度Ta，进入步骤十六；
步骤十六，中控器判断Ta＜-35℃是否成立，当其为是时，进入步骤十七，当其为否时，进入步骤二；
步骤十七，中控器控制热泵关闭且锅炉、循环水泵开始运行，进入步骤十八；
步骤十八，中控器判断此时是否有用户关机或预设关机指令，当其为是时，进入步骤十九，当其为否时，进入步骤二；
步骤十九，中控器控制热泵、锅炉和循环水泵均停止运行。
进一步，所述步骤八，当其为否时，保持当前工作模式继续工作2min～20min，进入步骤六。
进一步，所述步骤九，当其为否时，保持当前工作模式继续工作2min～20min，进入步骤六。
进一步，所述步骤十八，当其为否时，保持当前工作模式继续工作2min～20min，进入步骤二。
本发明在热泵装置的水侧换热器的出水口处再串联一个水侧板式换热器，水侧换热器的用户供水端最高出水温度为55℃，利用锅炉的60～80℃高温出水，在水侧板式换热器进行换热，从而提高了用户供水端出水温度。
本发明将环境温度分区间进行控制：1)在环境温度为-20℃～45℃时，智能控制热泵装置的运行，关闭锅炉；2)在环境温度为-35℃～-20℃时，智能控制热泵装置和锅炉的运行；3)在环境温度为-35℃以下，且制热设定出水温度60℃以上时，智能控制锅炉的制热运行、关闭热泵主机；4)在环境温度为-10℃～10℃时，智能控制热泵装置的主动感知热泵侧除霜需求，智能控制开启燃气锅炉制热，从而保证出水温度的稳定，提高了用户使用的舒适度以及确保了空气源热泵锅炉供热系统的运行可靠性。
综上所述，本发明具有易操作的特点。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图。
图2为本发明的控制流程图。
图中：1为锅炉，1.1为补水口，1.2为泄水口，2为循环水泵，3为水侧板式换热器，3.1为第一出水口，3.2为第一进水口，3.3为第二进水口，3.4为第二出水口，4为水侧换热器，5为四通阀，6为板式换热器，7为辅路电子膨胀阀，8为主路电子膨胀阀，9为压缩机，9.1为中压补气口，10为气液分离器，11为风侧空气换热器，C为第一接管口，S为第二接管口，E为第三接管口，D为第四接管口。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1-图2，一种空气源热泵锅炉供热系统，包括热泵装置和锅炉装置，所述热泵装置包括压缩机9、气液分离器10、主路电子膨胀阀8、辅路电子膨胀阀7、四通阀5、板式换热器6、风侧空气换热器11和水侧换热器4，压缩机9上设置有低压回气口、中压补气口和高压出气口，板式换热器6上设置有主路通道和辅路通道；压缩机9的高压出气口与四通阀5的第四接管口D相连通，四通阀5的第一接管口C与水侧换热器4的进氟口相连通，水侧换热器4的出氟口分别与板式换热器6的辅路通道的一端、主路通道的一端相连通，辅路通道的另一端通过辅路电子膨胀阀7与压缩机9的中压补气口9.1相连通，主路通道的另一端通过主路电子膨胀阀8与风侧空气换热器11的进口相连通，风侧空气换热器11的出口与四通阀5的第三接管口E相连通，四通阀5的第二接管口S与气液分离器10的进口相连通，气液分离器10的出口与压缩机9的低压回气口相连通；所述锅炉装置包括锅炉1、循环水泵2、水侧板式换热器3和水侧换热器4，所述水侧板式换热器3内设置有第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道的一端为与用户供水端相连通的第一出水口3.1，第一换热通道的另一端为第一进水口3.2，第二换热通道的一端第二进水口3.3，第二换热通道的另一端为第二出水口3.4，所述水侧换热器4上设置有出水口和与用户回水端相连通的进水口，锅炉1上分别设置有与其内部相连通的出水管和回水管；锅炉1的出水管通过循环水泵2与水侧板式换热器3的第二进水口3.3相连通，水侧板式换热器3的第二出水口3.4与锅炉1的回水管相连通，水侧板式换热器3的第一进水口3.2与水侧换热器4的出水口相连通。
在本实施例中，热泵装置是带有喷气增焓的热泵装置；其工作时，所述压缩机的高压出气口与四通阀的第四接管口D，也就是进气接口管相连通，经过四通阀切换后与第一接管口C相连通，高温高压的冷媒经水侧换热器4冷凝后放出热量，水侧换热器4内设置有两个相对独立的通道，辅路通道和主路通道，于是，从水侧换热器4出来的冷媒一分为二：一部分少量的冷媒进入板式换热器6进行热交换，然后直接回到压缩机的中压腔补气口；另一部分大量冷媒经过主路电子膨胀阀节流后进入风侧换热器吸热后流出，再经四通阀接口管E，换向接口管S，进入气液分离器，最后回到压缩机回气口；完成一个完整的制热循环。
所述锅炉1的出水管上设置有补水口1.1，锅炉1的回水管上设置有泄水口1.2。
所述水侧板式换热器3的第二进水口3.3位于水侧板式换热器3的一侧上部，第二出水口3.4位于水侧板式换热器3的一侧下部，第一出水口3.1位于水侧板式换热器3的另一侧上部，第一进水口3.2位于水侧板式换热器3的另一侧下部。
在本实施例中，所述锅炉1为燃气锅炉或燃油锅炉。
参见图1，用户的供回水从用户回水端进入水侧换热器4换热后经水侧换热器4的出水口再从水侧板式换热器3的第一进水口3.2进入，经水侧板式换热器3换热后，从第一出水口3.1出去回到用户供水端。
供回水从锅炉1的补水口1.1进入循环水泵2后流经水侧板式换热器3的第二进水口3.3，经水侧板式换热器3换热后，再从水侧板式换热器3的第二出水口3.4进入到燃气锅炉的进水口，完成密闭的水路循环，以此来提高用户供水端的出水温度。
一种空气源热泵锅炉供热系统的操作方法，包括以下步骤：
步骤一，空气源热泵锅炉供热系统通电启动，通过其上设置的环境温度传感器检测并将获得的环境温度Ta传递给空气源热泵锅炉供热系统的中控器，进入步骤二；
步骤二，中控器判断-20℃≤Ta≤45℃是否成立，当其为是时，进入步骤三，当其为否时，进入步骤十三；
在本实施例中，由于热泵装置在环境温度高于45℃时，是不工作的，因此，其工作的环境温度是Ta≤45℃。
步骤三，用户设定或者厂商预设空气源热泵锅炉供热系统的出水温度t，进入步骤四；
步骤四，中控器通过检测获得水侧换热器4的进水温度tb；
步骤五，中控器判断t-tb≥3℃是否成立，当其为是时，进入步骤六，当其为否时，进入步骤三；
步骤六，热泵运行，进入步骤七；
步骤七，热泵运行时间tc之后，通过环境温度传感器检测并获得环境温度Ta，tc的取值范围为3min～120min；进入步骤八；
步骤八，中控器判断-10℃≤Ta≤10℃是否成立，当其为是时，进入步骤九，当其为否时，进入步骤六；
步骤九，中控器主动判断此时是否有除霜需求，当其为是时，进入步骤十，当其为否时，进入步骤六；
首先通过检测并收集温度、功率等信息，然后通过中控器内预设的程序来确定是否需要对当前换热器进行除霜。
步骤十，中控器执行除霜指令进入除霜模式，此时，热泵开启且锅炉1、循环水泵2开始运行；进入步骤十一；
除霜模式是预设在中控器内，由于除霜模式为现有技术，此处就不再赘述。
步骤十一，除霜模式的结束条件满足时，中控器控制结束除霜模式，此时，热泵开启且锅炉1、循环水泵2停止运行；进入步骤十二；
步骤十二，中控器通过环境温度传感器检测并获得环境温度Ta，进入步骤十三；
步骤十三，中控器判断-35℃≤Ta≤-20℃是否成立，当其为是时，进入步骤十四，当其为否时，进入步骤十六；
步骤十四，中控器控制热泵开启且锅炉1、循环水泵2开始运行，进入步骤十五；
步骤十五，中控器通过环境温度传感器检测并获得环境温度Ta，进入步骤十六；
步骤十六，中控器判断Ta＜-35℃是否成立，当其为是时，进入步骤十七，当其为否时，进入步骤二；
步骤十七，中控器控制热泵关闭且锅炉1、循环水泵2开始运行，进入步骤十八；
步骤十八，中控器判断此时是否有用户关机或预设关机指令，当其为是时，进入步骤十九，当其为否时，进入步骤二；
步骤十九，中控器控制热泵、锅炉1和循环水泵2均停止运行。
所述步骤八，当其为否时，保持当前工作模式继续工作2min～20min，进入步骤六。
通过中控器发出指令，保持当前工作模式继续工作，直到进入下一步骤。
所述步骤九，当其为否时，保持当前工作模式继续工作2min～20min，进入步骤六。
所述步骤十八，当其为否时，保持当前工作模式继续工作2min～20min，进入步骤二。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种空气源热泵锅炉供热系统，包括热泵装置和锅炉装置，其特征是所述热泵装置包括压缩机(9)、气液分离器(10)、主路电子膨胀阀(8)、辅路电子膨胀阀(7)、四通阀(5)、板式换热器(6)、风侧空气换热器(11)和水侧换热器(4)，压缩机(9)上设置有低压回气口、中压补气口和高压出气口，板式换热器(6)上设置有主路通道和辅路通道；
压缩机(9)的高压出气口与四通阀(5)的第四接管口(D)相连通，四通阀(5)的第一接管口(C)与水侧换热器(4)的进氟口相连通，水侧换热器(4)的出氟口分别与板式换热器(6)的辅路通道的一端、主路通道的一端相连通，辅路通道的另一端通过辅路电子膨胀阀(7)与压缩机(9)的中压补气口(9.1)相连通，主路通道的另一端通过主路电子膨胀阀(8)与风侧空气换热器(11)的进口相连通，风侧空气换热器(11)的出口与四通阀(5)的第三接管口(E)相连通，四通阀(5)的第二接管口(S)与气液分离器(10)的进口相连通，气液分离器(10)的出口与压缩机(9)的低压回气口相连通；
所述锅炉装置包括锅炉(1)、循环水泵(2)、水侧板式换热器(3)和水侧换热器(4)，所述水侧板式换热器(3)内设置有第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道的一端为与用户供水端相连通的第一出水口(3.1)，第一换热通道的另一端为第一进水口(3.2)，第二换热通道的一端第二进水口(3.3)，第二换热通道的另一端为第二出水口(3.4)，所述水侧换热器(4)上设置有出水口和与用户回水端相连通的进水口，锅炉(1)上分别设置有与其内部相连通的出水管和回水管；
锅炉(1)的出水管通过循环水泵(2)与水侧板式换热器(3)的第二进水口(3.3)相连通，水侧板式换热器(3)的第二出水口(3.4)与锅炉(1)的回水管相连通，水侧板式换热器(3)的第一进水口(3.2)与水侧换热器(4)的出水口相连通。
2.根据权利要求1所述的空气源热泵锅炉供热系统，其特征是所述锅炉(1)的出水管上设置有补水口(1.1)，锅炉(1)的回水管上设置有泄水口(1.2)。
3.根据权利要求1所述的空气源热泵锅炉供热系统，其特征是所述水侧板式换热器(3)的第二进水口(3.3)位于水侧板式换热器(3)的一侧上部，第二出水口(3.4)位于水侧板式换热器(3)的一侧下部，第一出水口(3.1)位于水侧板式换热器(3)的另一侧上部，第一进水口(3.2)位于水侧板式换热器(3)的另一侧下部。
4.根据权利要求1所述的空气源热泵锅炉供热系统，其特征是所述锅炉(1)为燃气锅炉或燃油锅炉。
5.一种根据权利要求1所述的空气源热泵锅炉供热系统的操作方法，其特征是包括以下步骤：
步骤一，空气源热泵锅炉供热系统通电启动，通过其上设置的环境温度传感器检测并将获得的环境温度Ta传递给空气源热泵锅炉供热系统的中控器，进入步骤二；
步骤二，中控器判断-20℃≤Ta≤45℃是否成立，当其为是时，进入步骤三，当其为否时，进入步骤十三；
步骤三，用户设定或者厂商预设空气源热泵锅炉供热系统的出水温度t，进入步骤四；
步骤四，中控器通过检测获得水侧换热器(4)的进水温度tb；
步骤五，中控器判断t-tb≥3℃是否成立，当其为是时，进入步骤六，当其为否时，进入步骤三；
步骤六，热泵运行，进入步骤七；
步骤七，热泵运行时间tc之后，通过环境温度传感器检测并获得环境温度Ta，tc的取值范围为3min～120min；进入步骤八；
步骤八，中控器判断-10℃≤Ta≤10℃是否成立，当其为是时，进入步骤九，当其为否时，进入步骤六；
步骤九，中控器主动判断此时是否有除霜需求，当其为是时，进入步骤十，当其为否时，进入步骤六；
步骤十，中控器执行除霜指令进入除霜模式，此时，热泵开启且锅炉(1)、循环水泵(2)开始运行；进入步骤十一；
步骤十一，除霜模式的结束条件满足时，中控器控制结束除霜模式，此时，热泵开启且锅炉(1)、循环水泵(2)停止运行；进入步骤十二；
步骤十二，中控器通过环境温度传感器检测并获得环境温度Ta，进入步骤十三；
步骤十三，中控器判断-35℃≤Ta≤-20℃是否成立，当其为是时，进入步骤十四，当其为否时，进入步骤十六；
步骤十四，中控器控制热泵开启且锅炉(1)、循环水泵(2)开始运行，进入步骤十五；
步骤十五，中控器通过环境温度传感器检测并获得环境温度Ta，进入步骤十六；
步骤十六，中控器判断Ta＜-35℃是否成立，当其为是时，进入步骤十七，当其为否时，进入步骤二；
步骤十七，中控器控制热泵关闭且锅炉(1)、循环水泵(2)开始运行，进入步骤十八；
步骤十八，中控器判断此时是否有用户关机或预设关机指令，当其为是时，进入步骤十九，当其为否时，进入步骤二；
步骤十九，中控器控制热泵、锅炉(1)和循环水泵(2)均停止运行。
6.根据权利要求5所述的空气源热泵锅炉供热系统的操作方法，其特征是所述步骤八，当其为否时，保持当前工作模式继续工作2min～20min，进入步骤六。
7.根据权利要求5所述的空气源热泵锅炉供热系统的操作方法，其特征是所述步骤九，当其为否时，保持当前工作模式继续工作2min～20min，进入步骤六。
8.根据权利要求5所述的空气源热泵锅炉供热系统的操作方法，其特征是所述步骤十八，当其为否时，保持当前工作模式继续工作2min～20min，进入步骤二。
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2022
- 2022-09-27 CN CN202211197289.1A patent/CN116007033A/zh active Pending
Patent Citations (6)
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