CN1621764A - 应用热泵的冷、暖气系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用具备两个热交换机和调节水温用3向阀的热泵的冷、暖气系统。基于此目的的本发明特点是包括：通过对蓄热槽下方的源水供给线供应的水进行第1次加热的第1冷凝器；从第1冷凝器排出的水生成一定的热水后排出到蓄热槽的第2冷凝器；压缩高温、高压气体并输送到上述第1、第2冷凝器的压缩机；经过上述第1、第2冷凝器液化的制冷液体通过膨胀阀流入的蒸发器；通过由测量上述第2冷凝器排出水温度的温度传感器、和由此温度传感器启动且将上述第1冷凝器和第2冷凝器排出的水部分混合后使上述第2冷凝器产生一定温度水的3向阀、以及循环水的循环泵组成的热水循环装置，来产生蓄热槽的热水。

Description

应用热泵的冷、暖气系统

【技术领域】

本发明涉及具备作为2个热交换机的第1、第2冷凝器和调节水温用3向阀的水蓄热热泵系统，以往为利用第1冷凝器产生一定温度以上的热水，减少热水循环量，使热交换能力下降，出现装置超负荷现象，消耗大量能源，同时根据冷凝器入口温度变化，出口水温也会变化，使负载部分无法使用，需要其它热源，本发明涉及为解决这些缺点而开发的热泵的冷、暖气系统。

【背景技术】

通常情况下，热泵是从低温处向高温处传递热量，逆向使用导热机械，是兼有冷气和暖气作用的装置。这种热泵用于热交换机或生产热水的锅炉等，产生高温水供给到热水槽中，以压缩机、冷凝器和蒸发器为主要部件。

图9是以往热泵系统示意图，用于流入供给水且排出热水的热水槽1通过热水泵(P1)与第1冷凝器3入口相连，再与出口相连，第1冷凝器3上端设置了压缩机2，下端设置了蒸发器(evaporator)4，上述压缩机2连接到蒸发器4，第1冷凝器3通过膨胀阀6与蒸发器4相连。上述蒸发器4经过空气调节器5后通过冷水泵(P2)返回。

如上所述结构的热泵系统，从热水槽1通过热水泵(P1)将32℃的水供给到第1冷凝器3被冷凝，37℃的水再供给到热水槽1上端，在上述第1冷凝器3被冷凝的高压制冷液体通过膨胀阀6，使低温的制冷液体在蒸发器4中蒸发。同时，与从空气调节器5经过冷水泵(P2)流入到蒸发器4中的12℃冷水进行热交换，产生7℃冷水后供给到空气调节器5。

这种已知的产生热水方法，是使用1个冷凝器3产生热水的方法，一般使用的热水温度必须高于50℃，为使冷凝器3出口温度适合50℃以上，要减少排出热水的流量，或者提高冷凝器3入口的温度。这样会使冷凝压力升高，使压力差变大，降低压缩效率，造成制冷能力的下降，能量消耗增加。

【发明内容】

本发明涉及的冷、暖气系统，目的是解决如上所述的以往热泵系统的缺点，实现利用第1、第2冷凝器在蓄热槽内提高热水生产效率，可以稳定地供应热水。

此外，本发明涉及的冷、暖气系统，另一个目的是通过在蓄热槽内产生一定温度的冷水，利用制冷槽内水的密度差异形成分层，能够针对负载处空气调节器的负载，提供冷水。

为达到上述目的，本发明特点是包括：对蓄热槽1下方的源水供给线供应的水进行第1次加热的第1冷凝器3；从第1冷凝器3排出的水生成一定的热水后排出到蓄热槽1的第2冷凝器3a；压缩高温、高压气体输送到上述第1、第2冷凝器3，3a的压缩机2；经过上述第1、第2冷凝器3，3a液化的制冷液体通过膨胀阀6流入的蒸发器4；由测量上述第2冷凝器3a排出水温度的温度传感器71、和由此温度传感器71启动且将上述第1冷凝器3和第2冷凝器3a排出的水部分混合使上述第2冷凝器3a产生一定温度水的3向阀73组成的热水循环装置；由测量上述蒸发器4排出的水的温度的温度传感器82、和由此温度传感器82启动且将上述蒸发器4和制冷槽10上端排出的水混合供给到所述蒸发器4的制冷用3向阀83组成的制冷装置；由测量经空气调节器5升温后返回到制冷槽10的水温的温度传感器91、和由此温度传感器91启动且将上述蒸发器4排出的部分水和制冷槽10下端排出的水混合后再与供给到制冷槽10上端的部分水混合供给到上述空气调节器的冷水用3向阀92组成的冷水循环装置。

【附图说明】

图1是本发明一个实施方式涉及的应用热泵的冷、暖气系统的结构示意图。

图2是本发明另一个实施方式涉及的应用热泵的冷、暖气系统的结构示意图。

图3至图6是分别表示本发明涉及的应用热泵的冷、暖气系统的工作状态的工作流程图。

图7至图8是说明本发明涉及的应用热泵的冷、暖气系统的水蓄热槽特性曲线。

图9是以往热泵系统的结构示意图。

【附图主要符号说明】

1：热水槽                 10：冷水槽

2：压缩机                 3：第1冷凝器

3a：第2冷凝器             4：蒸发器

6：膨胀阀                 5：空气调节器

71：温度传感器            73：热水用3向阀

82：温度传感器            83：制冷用3向阀

91：温度传感器            92：冷水用3向阀

【具体实施方式】

参照附图，对本发明的组成详细说明如下。

图1是本发明一个实施方式涉及的应用热泵的冷、暖气系统结构示意图。通过上方扩散体(diffusor)1a和下方扩散体1b分别向蓄热槽1供应55℃和20℃的水。20℃供给水分别供给到上述蓄热槽1和第1冷凝器3入口，所述第1冷凝器3的出口通过热水用3向阀73分别与热水泵72第2冷凝器3a的出口相连，上述热水泵72连接到第2冷凝器3a的入口。对于热水循环装置，设置在上述第2冷凝器3a出口处的温度传感器71，将启动上述热水用3向阀73，将上述第1、第2冷凝器3，3a的出口热水相混合。

上述第1冷凝器3和第2冷凝器3a作为2个热交换机分别设置在上方的压缩机2和下方的蒸发器4，上述压缩机2与蒸发器4相连，第1冷凝器3通过膨胀阀6与蒸发器4相连。上述蒸发器4通过排管的温度传感器82分别与制冷用3向阀83、制冷槽10的下方扩散体10b、冷水用3向阀92相连。

通过上方扩散体10a和下方扩散体10b分别向上述制冷槽10供给15℃和5℃的冷水。对于冷水循环装置，冷水用3向阀92通过冷水循环泵93与空气调节器5相连，再与出口相连，同时通过温度传感器91与制冷槽10的上方扩散体10a和制冷用3向阀83相连。

对于制冷装置，设置在上述空气调节器5出口处的温度传感器91启动上述冷水用3向阀92，将空气调节器5出口处的水和蒸发器4出口处的水相混合。上述制冷用3向阀83通过温度传感器82和温度传感器91分别与排管相连，并将通过上述温度传感器82启动来混合的冷水利用冷水泵81供给蒸发器4。

本发明结构如上所述，如果蓄热槽1的上方扩散体1a使用的热水量少于热泵产生的热水量，多余部分将储藏于蓄热槽1上部，如果热水使用量多于热泵产生的热水量，将从蓄热槽1下方扩散体1b向第1冷凝器3流入冷水。由于流入到第1冷凝器3的水温度较低，可以控制制冷循环的冷凝温度，从而控制高压。由于液化的制冷液体温度较低，通过膨胀阀6供给蒸发器4，提高制冷能力，减少能量消耗，更加经济。

另外，为了解决由于流入到第1冷凝器3的水温不固定，而难以控制出口温度的问题，通过温度传感器71启动热水用3向阀73，将第1冷凝器3出口的水和第2冷凝器3a出口的水混合后，再次供给到第2冷凝器3a，产生一定温度的水。此时，为了防止第2冷凝器3a的冷凝能力下降，维持热水泵72的循环量，以免减小第2冷凝器3a的冷凝效率。

与蓄热槽1、第1及第2冷凝器3，3a关联的热水循环装置是由测量第2冷凝器3a排除水温度的温度传感器71、和由上述温度传感器71启动且将第1冷凝器3排除的水和第2冷凝器3a排除的部分水混合后供给到上述第2冷凝器3a进行冷凝的热水用3向阀73组成。

与制冷槽10和蒸发器4相关联的制冷装置是由测量上述蒸发器4排除的水温度的温度传感器82、和由上述温度传感器82启动且将上述蒸发器4排出的部分水和制冷槽10上部排除的水混合后供给到上述蒸发器4的制冷用3向阀83组成。

与空气调节器5和制冷槽10相关联的冷水循环装置是由测量经上述空气调节器5冷却供给到制冷槽10的水温度的温度传感器91、和由上述温度传感器91启动且将上述蒸发器4排出的部分水和制冷槽10的下部供给的水混合后再与供给到制冷槽10上部的部分水混合供给到上述空气调节器5的冷水用3向阀92组成。

即、通过上述第2冷凝器3a和热水循环装置，使第2冷凝器3a出口和入口的温度差最小，产生高温的热水，供给到蓄热槽1的同时供应热水。作为2个热交换机，将与第2冷凝器3a连接的第1冷凝器3温度控制在以往的低温，使工作效率提高，同时在第2冷凝器3a产生的热水温度稳定，所以可以直接供应产生的热水。

此外，以往的热泵系统在初期流入到第1冷凝器3的水的温度较低的情况下，高压控制的比较低，造成制冷循环中制冷剂循环量减少，制冷能力下降，使第1冷凝器3有受损之虑。但根据本发明，当水温较低时，第1冷凝器3的循环水量将会减少，形成足够的压力，不会发生类似情况。

对于制冷装置，维持一定的第2冷凝器3a出口温度，使第1冷凝器3在一定负载下工作，产生一定的热水并供给到制冷槽10，使槽内水形成分层，提高蓄热效率，减少能源消耗。

对于冷水循环装置，维持返回到制冷槽10的水温一定，提高了冷气效率，针对空气调节器5的负载对冷冻机本身容量进行ON/OFF控制，进行负载调节，与以往制冷方式需要很多不必要的装置启动、启动效率及工作效率低下造成过多的能源消耗不同，根据本发明，第1冷凝器3根据制冷槽10制冷状态进行工作，负载处的容量控制可通过温度传感器91方便地对供给温度进行调节，完成负载处的容量控制，消除了不必要的装置启动，通过制冷机提高了蒸发器的效率，减少了能量消耗，节省了运转费用。

此外，为了能够根据不同温度的密度差将槽内的水有效地分离为上下两部分，上述蓄热槽1及制冷槽10中分别设置了上、下扩散体1a，1b：10a，10b，这种实施方式将成为趋势。

图2是本发明另一个实施方式涉及的应用热泵的冷、暖气系统的结构示意图，图3至图6是本发明涉及的应用热泵的冷、暖气系统工作流程图。

本发明涉及的应用热泵的冷、暖气系统是一种水蓄热热泵系统，是由第1及第2冷凝器、压缩机及蒸发器组成的热泵20实现分层的水蓄热槽，分别设置有制冷槽30和蓄热槽40，制冷槽30和蓄热槽40中设置有冷气空气调节器50和暖气空气调节器50′。上述热泵20、制冷槽30和蓄热槽40、空气调节器50，50′之间分别设置了有2个入口和一个出口的3向阀。

上述热泵20和制冷槽30的上/下方扩散体之间分别通过排管设置了由温度传感器21启动的冷水3向阀22和制冷泵23。上述热泵20和蓄热槽40的上/下方扩散体之间分别通过排管设置了由温度传感器33启动的热水3向阀31和蓄热泵32。

上述制冷槽30的上/下方扩散体和空气调节器50之间分别通过排管设置了由温度传感器26启动的冷水3向阀24和冷气泵25。上述蓄热槽40的上/下方扩散体和空气调节器50′之间分别通过排管设置了由温度传感器36启动的冷水3向阀34和热水泵35。

上述水蓄热槽，当容量为100ton，水温为9.5℃时，槽具有的热量为100,000L×9.5＝950,000Kcal，由分层的制冷槽30形成了上方扩散体和下方扩散体。另外，分离为4℃和15℃，所以为4×50,000L+15×50,000L＝950,000Kcal，虽然制冷槽30内的总热量与一般槽内的热量相同，利用上方/下方扩散体形成分层，可以在一个制冷槽30内分离储存不同温度的水。

上述蓄热槽40也由上方扩散体和下方扩散体组成，形成了分层，这时分离为40℃和55℃，虽然蓄热槽40内的总热量与一般槽内的热量相同，利用上方/下方扩散体形成分层，可以在一个蓄热槽40内分离储存不同温度的水。

对于上述热泵20的二重热交换机，一般制冷机的冷凝器(热交换机)用于冷却蒸发器(热交换机)和压缩剂。即使将上述冷凝器(热交换机)用于生产热水，也是沿用了以前冷凝器的形态。但是将冷凝器(热交换机)的结构改为由二重热交换机组成，利用第2冷凝器的热交换机提高热水温度，第1冷凝器的热交换机执行以往冷凝器的功能，保障稳定的工作。

由出口处温度传感器21启动的冷水3向阀22设定所需的冷水温度(4℃)储存于制冷槽30中。将上述制冷槽30上部的15℃水和制冷机出口的4℃水混合供给到制冷机入口，将制冷机出口温度维持在4℃，一部分流入到制冷机入口，另一部分储存在水制冷槽20下方。

由出口处温度传感器33启动的热水3向阀31设定所需的冷水温度(55℃)储存于蓄热槽40中。上述蓄热槽40下方的40℃水经过第1热交换机温度上升，在流入第2热交换机之前，设置了3向阀31，为了将从第1热交换机流入的水和第2热交换机出口处水维持在设定温度(55℃)，将出口处水混合供给到第2热交换机的入口。

由出口处温度传感器26，36启动的冷气、热水3向阀24，34设定供给到室内空气调节器50，50′的冷、热水温度且进行供给，并在室内侧空气调节器50，50′中使用，将返回到水蓄热槽的水和蓄热槽中没有使用的冷、热水混合，根据室内负载调节供给到室内的水温度，方便地实现内部容量控制，起到将水蓄热槽效率最大化的作用。

图3所示的制冷过程是指以设定温度(4℃)从水蓄热槽40下方开始制冷，使冷水温度达到上方温度(4℃)的冷水储存过程。为利用冷水3向阀22保持设定温度(4℃)，发明了水蓄热热泵系统并维持系统稳定。但是，以前的方式是将15℃水流入到制冷机内，当制冷机制冷范围为Δ5℃时，制冷机出口温度为10℃，当槽的整体温度到达10℃后，制冷机流入温度重新达到10℃时，由于制冷机制冷范围为Δ5℃，制冷机出口温度为5℃，槽内达到所需温度。所以，用以前的储存方式储存所需温度水时，由于储存水的相互混合，不容易储存所需温度的水。

本发明涉及的热泵系统可以使冷水侧蒸发器的入口维持一定温度，具有热泵20内制冷机的工作维持稳定，提高工作效率的优点。4℃冷水通过扩散体供给到制冷槽30下方，制冷槽30内可以很好地形成分层，制冷槽30上部也可以以较低温度制冷。上述3向阀22设置了可以感应设定温度的温度传感器21，同时设置了循环水的制冷泵23。

图4所示的冷气工作过程，是将室内空气调节器50返回的水温设定为15℃，根据室内负载调节室内供给温度从而调节负载的方法，制冷槽30下方的冷水和返回的15℃冷水供给到3向阀24，使流入到制冷槽30上方的冷水维持一定温度，控制负载处的容量，是最大限度利用制冷槽30内冷水的工作方法。

为利用冷水3向阀24，使返回水维持一定温度(15℃)，发明了水蓄热热泵系统，并维持系统稳定。但是，以前的方法是将12℃水流入到制冷机，内，当制冷机制冷范围为Δ5℃时，制冷机出口温度为7℃，所以供给到室内的冷水不能有效利用，当以低温流入制冷机时，制冷机进行容量控制，不能将制冷机效率最大发挥。

本发明涉及的水蓄热热泵系统可以自由设定供给到室内的水的温度。以前的方法在返回的水温发生变化时，制冷机出口温度会发生变化，使用者无法选择供给到室内的温度。但是本发明涉及的水蓄热热泵系统可以根据使用者的选择调节供给温度。上述3向阀24中设置了可以感应设定温度的温度传感器26，同时设置了循环水的冷气泵25。

图5所示的蓄热过程是指以设定温度(55℃)从水蓄热槽40上方开始蓄热，使下方温度(40℃)也达到设定温度(55℃)的热水储存过程。为利用热水3向阀31保持设定温度(55℃)，发明了水蓄热热泵系统并维持系统稳定。但是，以前的方式是将40℃水流入到冷凝器内，当制冷机制冷范围为Δ5℃时，冷凝器出口温度为45℃，当槽的整体温度到达45℃后，利用辅助热源，升温到使用者选择的温度。如果流入的温度不到40℃，制冷机出口温度将不到45℃，对使用带来不便。

本发明将热水设定温度维持在55℃，抑制可能的辅助热源，用其它方法设计了热泵20，利用设置的第2热交换机来提高热水出口温度，保证上述热泵20内制冷机稳定工作。以前的热泵方式，当热水出口温度上升时，由于高压引起制冷机频繁的ON/OFF，导致效率降低和装置寿命缩短。上述3向阀31中设置了可以感应设定温度的温度传感器33，同时设置了循环水的蓄热泵32。

图6所示的暖气工作过程是指，设定室内供给温度(50℃)，从水蓄热槽40上方向3向阀34供给热水开始暖气工作过程，工作过程中返回到负载处空气调节器50′的水流入到3向阀34，最大限度利用水蓄热槽40热水的工作方法。

利用上述3向阀34，为维持供给温度(50℃)，发明了本发明涉及的热泵系统，并维持系统稳定。并能自由选择供给到室内的水温。冷气工作过程中也不会向室外放出热量，储存55℃的热水。

上述3向阀34中设置了可以感应设定温度的温度传感器36，同时设置了循环水的热水泵35。其它工作方法与冷气工作过程相同，所以略去详细说明。

图7及图8是用于说明本发明涉及的应用热泵的冷、暖气系统的水蓄热槽内的特性曲线。图7表示本发明涉及的水蓄热热泵系统的蓄热瞬间制冷——3温度分布，图8表示本发明涉及的水蓄热热泵系统的蓄热瞬间冷气——3温度分布。特性曲线的XY坐标表示工作时间和温度，表示蓄热槽内部1-蓄热槽内部10及其内部平均。

如上所述，本发明通过作为热交换机具备了两个冷凝器，提高了热水生产效率，实现了稳定的热水供应，节约了运转费用，提高了效率。

本发明具备了制冷槽，使其维持一定的温度，可以稳定的供给一定温度的冷水。本发明通过各自的温度传感器进行供给水的温度调节，提高了制冷效率，具有针对负载方便进行容量控制的效果。

虽然对本发明涉及的应用热泵的冷、暖气系统的技术思想，参照附图进行了说明，但这只不过是对本发明最理想的实施方式进行了说明，并不是限定本发明的权利要求范围。任何具有相关技术领域知识背景的人都可以在不脱离本发明技术思想的范畴内进行多样的变形和模仿。

Claims (6)

1、一种应用热泵的冷、暖气系统，其特征在于，通过对蓄热槽下方的源水供给线供应的水进行第1次加热的第1冷凝器；从第1冷凝器排出的水生成一定的热水后排出到蓄热槽的第2冷凝器；压缩高温、高压气体并输送到上述第1、第2冷凝器的压缩机；经过上述第1、第2冷凝器液化的制冷液体通过膨胀阀流入的蒸发器；通过由测量上述第2冷凝器排出水温度的温度传感器、和由此温度传感器启动且将上述第1冷凝器和第2冷凝器排出的水部分混合后使上述第2冷凝器产生一定温度水的3向阀、以及循环水的循环泵组成的热水循环装置，来产生蓄热槽的热水。

2、如权利要求1所述的应用热泵的冷、暖气系统，其特征在于，通过由测量上述蒸发器排出的水温度的温度传感器、和由此温度传感器启动且将上述蒸发器和制冷槽上端排出的水混合供给到蒸发器的制冷用3向阀组成的制冷装置；以及由测量经空气调节器升温后返回到制冷槽的水温的温度传感器、和由此温度传感器启动且将上述蒸发器排出的部分水和制冷槽下端排出的水混合后再与供给到制冷槽上端的部分水混合供给到上述空气调节器的冷水用3向阀组成的冷水循环装置；来使用空气调节器和制冷槽。

3、一种应用热泵的冷、暖气系统，其特征在于，包括：对蓄热槽下方的源水供给线供应的水进行第1次加热的第1冷凝器；从第1冷凝器排出的水生成一定的热水后排出到蓄热槽的第2冷凝器；压缩高温、高压气体并输送到上述第1、第2冷凝器的压缩机；经过上述第1、第2冷凝器液化的制冷液体通过膨胀阀流入的蒸发器；由测量上述第2冷凝器排出水温度的温度传感器、和由此温度传感器启动且将上述第1冷凝器和第2冷凝器排出的水部分混合后使上述第2冷凝器产生一定温度水的3向阀组成的热水循环装置；由测量上述蒸发器排出的水温度的温度传感器、和由此温度传感器启动且将上述蒸发器和制冷槽上端排出的水混合供给到蒸发器的制冷用3向阀组成的制冷装置；由测量经空气调节器升温后返回到制冷槽的水温的温度传感器、和由此温度传感器启动且将上述蒸发器排出的部分水和制冷槽下端排出的水混合后再与供给到制冷槽上端的部分水混合供给到上述空气调节器的冷水用3向阀组成的冷水循环装置。

4、一种应用热泵的冷、暖气系统，其特征在于，由第1及第2冷凝器、压缩机及蒸发器组成的热泵为载体形成分层的水蓄热槽分别设置有制冷槽和蓄热槽，所述制冷槽和蓄热槽中分别设置有用于冷气控制的空气调节器和用于暖气控制的空气调节器，上述热泵的制冷槽和蓄热槽及空气调节器之间分别设置具有2个入口和1个出口的3向阀，通过排管设置用于启动所述3向阀的温度传感器和循环水泵。

5、如权利要求4所述的应用热泵的冷、暖气系统，其特征在于，上述制冷槽和蓄热槽具有上方扩散体和下方扩散体，形成分层。

6、如权利要求4所述的应用热泵的冷、暖气系统，其特征在于，对于上述热泵，由双重热交换机组成冷凝器，通过第2冷凝器提高热水温度，第1冷凝器起到浓缩机的作用，并行进行制冷机的稳定操纵。

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