CN208139623U - 一种气水双热源热泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气水双热源热泵，包括制热主循环系统、热气旁通融霜支路、热气旁通融冰脱冰支路、回液支路，采用空气源蒸发器和制冰蒸发器并联，热泵机组夏季可以制冰蓄冰为电网削峰填谷、冬季可以分别采用空气温差热和水冰相变潜热高效供暖，需水量少，极度扩大了热泵机组的适用范围，采用一套设备解决了高效洁净供暖、削峰填谷节能供冷、超低温环境下高效供暖的难题，气水双热源热泵经济、高效、节能、环保。

Description

一种气水双热源热泵

技术领域

本实用新型涉及暖通空调技术领域，尤其是一种气水双热源热泵。

背景技术

目前空调、供暖、热水已经是现代城市人们生活和工作中必不可少的刚性需求，已经占到建筑物能源消耗量的2/3左右，已经占到总能源消耗量的22%左右；中国目前主流技术采用燃煤供暖+空调供冷，供冷、供暖两套独立系统，双倍投资成本，而且燃煤供暖是雾霾形成的重要罪魁祸首，空调负荷则是夏季电网尖峰负荷形成的罪魁祸首，从我国国情结合发达国家的经验来看，理想的解决方案应该是冷暖联供之热泵供暖+蓄冰供冷。

空气源热泵的热源是空气，优点：1.热源取之不尽，用之不竭，处处都有，2. -5℃以上环境温度，制热高效，缺点：1.低温制热低能低效（-20℃环境COP低于2.0）；2.制冷低效高能耗（制冷EER3.0左右，耗电量几乎是冷水机组的2倍），3.低温环境下不能利用环境中较为丰富的水冰相变的潜热高效制热。适用于：-5℃以上环境制热；不适用于1.供冷，2.低温环境（-20℃以下）制热。

水源热泵的热源是10℃以上温水，优点：1.制冷高效；2.制热高效；缺点：1.温水资源极其有限，2.不能利用环境中水冰相变的潜热制热；适用于：温水资源特别丰富的特殊地区；不适用于普通地区大规模推广。

水冷冷水机组是高效节能的制冷装置，是大型建筑物的首选，因为建筑物的制冷负荷大，制冷机组配置需要满足夏季最大制冷负荷，配置功率大，投资大；而且因为没有低温热源，不能用于制热供暖，冬季则完全闲置。它的优点：制冷高效；缺点：1.必须使用昂贵峰电，2.造成电网高峰负荷，3.不能制热供暖，适用于：长期、大规模供冷。不适用于制热供暖。

专利申请201711360053.4提供的一种节能动态板冰热泵是一种高效节能的制冰制热热泵，夏季采用晚上低价谷电制冰蓄冰代替白天高价峰电供冷，冬季制热热源采用0℃以上未结冰的水；优点：1.能使用水冰相变潜热制热，热源来源较充足，可以使用城市污水中水，2.制热与环境温度无关， 即使-50℃环境温度下制热COP可达3.3左右，3.夏天高效制冰蓄冰供冷，可以大幅节省电费，同时为电网削峰填谷；缺点：1. 城市污水中水来源有一定限制，水量只能满足1/3左右的城市建筑同时供暖，2.副产冰砂量大需要统筹处理，3.高环境温度下也不能利用环境中的空气温差热制热；适用于：1. 长期、大规模节能供冷，2. 污水中水方便地区供冷、供暖，3.冰砂可以资源化利用的细分领域；不适用于缺水地区供暖。

故现有技术有待改进和发展。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种气水双热源热泵，机组的蒸发器通过采用翅片式蒸发器和制冰蒸发器并联，来达到在热泵机组空气源制热模式时能采用翅片式蒸发器吸收空气的温差热高效制热、在热泵机组制冰制热模式时能采用制冰蒸发器吸收水冰相变潜热高效制热的目的。

本实用新型的技术解决方案是： 一种气水双热源热泵，包括制热主循环系统、热气旁通融霜支路、热气旁通融冰脱冰支路、回液支路，它还包括系统内相连接的管道、阀门及检测控制系统，机组蒸发器采用空气源蒸发器和制冰蒸发器并联，空气源蒸发器采用翅片蒸发器组并联，制冰蒸发器采用吹胀式蒸发器组并联，采用阀门控制，可以分别构成制热主循环系统、热气旁通融霜支路、热气旁通融冰脱冰支路、回液支路。

其中，所述制热主循环系统包括依次连接并构成回路的蒸发器、三通阀、气液分离器、压缩机、冷凝器、储液器、膨胀阀、电磁阀、分液器、制热单向阀、蒸发器，在空气源制热模式和制冰制热模式时，制热主循环系统中的蒸发器及其阀门分别对应相应的翅片蒸发器组及其相应的连通阀门和吹胀式蒸发器组及其相应的连通阀门。

在空气源制热模式下，所述热气旁通融霜支路包括依次连接的压缩机、融霜旁通阀、融霜三通阀、翅片蒸发器组、融霜单向阀、节流阀；所述融霜旁通阀是压力控制阀，所述融霜旁通阀的压力控制源来自于所述融霜旁通阀的出口管路，所述融霜旁通阀控制融霜旁通阀出口管路直到节流阀的压力是恒定压力；所述融霜三通阀公共口连通所述翅片蒸发器组，分支口分别通过气液分离器连通所述压缩机进气口和通过所述融霜旁通阀连通所述压缩机排气口，通过融霜三通阀切换，控制所述翅片蒸发器组在空气源制热模式时与所述压缩机进气口连通，控制所述翅片蒸发器组在除霜状态时通过所述融霜旁通阀与所述压缩机排气口连通；所述除霜翅片蒸发器通过所述融霜单向阀、所述节流阀、空气源制热电磁阀连通空气源制热分液器进入另一组处于空气源制热模式的翅片蒸发器；所述节流阀可以采用毛细管替代；采用多组翅片蒸发器并联，采用阀门控制切换，在热泵机组空气源制热模式下，各组翅片蒸发器制热、除霜交替进行；一组翅片蒸发器处于除霜状态时，其他组翅片蒸发器还在连续制热；除霜翅片蒸发器组处于除霜状态时，所述除霜翅片蒸发器组的融霜三通阀连通压缩机排气口，所述除霜翅片蒸发器组的空气源制热单向阀自动关闭，所述除霜翅片蒸发器组的融霜单向阀自动打开，从所述压缩机排气口引出旁通高压热气，通过压力控制所述融霜旁通阀，使所述除霜翅片蒸发器组压力保持恒定，高压热气在所述除霜翅片蒸发器组中冷凝液化，除霜过程产生的液态制冷剂在恒定压力下，经所述节流阀，液态制冷剂能保持稳定流量自动流入制热主循环系统，与制热主循环系统中经过膨胀阀节流的制冷剂一起流入处于空气源制热模式的另一组翅片蒸发器蒸发，利于膨胀阀流量的稳定控制，减少除霜过程对空气源制热模式时制热主循环系统运行过程中制冷剂流量、温度和压力稳定性的影响。

在制冰制热模式下，所述热气旁通融冰脱冰支路包括依次连接的所述压缩机、融冰旁通阀、融冰三通阀、吹胀式蒸发器组、融冰单向阀、节流阀；所述回液支路包括依次连接的储液器、回液阀、融冰三通阀；所述融冰旁通阀是压力控制阀，所述融冰旁通阀的压力控制源来自于融冰旁通阀的出口管路，所述融冰旁通阀控制融冰旁通阀出口管路直到节流阀的管道内的制冷剂压力是恒定压力，所述融冰旁通阀的出口管路的设定压力范围为系统中制冷剂0-10℃饱和温度所对应的饱和压力，所述融冰旁通阀的出口管路的优化设定压力为制冷剂1℃饱和温度所对应的饱和压力；所述融冰三通阀公共口连通所述吹胀式蒸发器组，分支口分别通过气液分离器连通所述压缩机进气口和通过所述融冰旁通阀连通所述压缩机排气口，通过所述融冰三通阀切换，控制所述吹胀式蒸发器组在制冰制热模式时与所述压缩机进气口连通，控制所述吹胀式蒸发器组在融冰脱冰状态时通过所述融冰旁通阀与所述压缩机排气口连通；吹胀式蒸发器组通过所述节流阀连通所述制冰分液器；所述回液支路通过所述回液阀连通所述制热主循环系统和所述热气旁通融冰脱冰支路，所述回液阀与所述膨胀阀并联，所述回液阀是温度控制阀，温度控制源来自于所述融冰旁通阀和所述回液阀连通后的管路，所述融冰旁通阀和所述回液阀连通后的管路设定的温度范围0-10℃，所述融冰旁通阀和所述回液阀连通后的管路的优化设定温度为2℃；制冰蒸发器采用多组吹胀式蒸发器并联，采用阀门控制切换，各组吹胀式蒸发器制热、融冰脱冰状态交替进行；一组吹胀式蒸发器处于融冰脱冰状态时，其他组吹胀式蒸发器还处于连续制热状态；融冰脱冰状态时，从所述压缩机排气口引出旁通高压热气，与来自于所述回液阀的液态制冷剂混合蒸发降温到2℃，通过压力控制所述融冰旁通阀，使融冰脱冰吹胀式蒸发器组压力保持为制冷剂1℃饱和温度所对应的饱和压力，使制冰蒸发器整体表面保持1℃温度，只使蒸发器结冰面的冰少量均匀融化，冰板在重力作用下自动滑落,板冰再破碎为冰砂；气态制冷剂在融冰脱冰吹胀式蒸发器组中冷凝液化，融冰脱冰过程产生的冷凝液态制冷剂在恒定压力下，经所述节流阀，液态制冷剂能保持稳定流量自动流入制热主循环系统的吹胀式蒸发器中蒸发，利于膨胀阀流量的稳定控制，减少融冰脱冰过程对制冰制热模式时制热主循环系统运行过程中制冷剂流量、温度和压力稳定性的影响，还防止高温热气直接进入吹胀式蒸发器，使吹胀式蒸发器局部表面温度过高、局部融冰温差大、过度融冰、热量消耗大。

对于大型气水双热源热泵机组，可以采用高压氟泵取代节流阀，把机组融霜或融冰脱冰所冷凝的制冷剂液体加压送入膨胀阀之前的储液器，机组融霜或融冰脱冰所冷凝的制冷剂液体不会干扰膨胀阀对制热主循环系统的制冷剂流量的精确调节，整机运行过程更优。

冬天，热泵机组冷凝器所加热的热水，可以通过换热器用于供暖；-5℃以上环境温度下，优先运行空气源制热模式，既高效节能、又不耗水；-5℃以下环境温度下，优先运行制冰制热模式，热泵机组既保持高效节能、又能少耗水，能大幅减少热泵机组供暖季需水总量，而制冰制热模式副产冰砂可以外排或售卖或作跨季节蓄冰夏季供冷等资源化处理。

夏天，热泵机组可以采用谷电运行制冰制热模式，热泵机组制冰制热模式晚上生产的冰可以用于冰蓄冷空调系统节能供冷；冷凝器所加热的热水，则可以通过冷却塔向环境散热；而且热泵机组制冰制热模式还能当作冷水机组高效运行直接制冷供冷功能，制冰蒸发器进水12℃，水淋过制冰蒸发器后温度降低到7℃再去空调末端供冷，空调末端12℃回水又进制冰蒸发器冷却；冷凝器所加热的热水，则可以通过冷却塔向环境散热。

本技术方案还可应用于热水器、烘干机等。

本实用新型的有益效果是：提供一种采用翅片式蒸发器和制冰蒸发器并联，在热泵机组空气源制热模式时能采用翅片式蒸发器吸收空气的温差热制热、在热泵机组制冰制热模式时能采用制冰蒸发器吸收水冰相变潜热制热、在热泵机组制冰模式时能采用制冰蒸发器制冰的气水双热源热泵。制冰蓄冰、制冷、制热共用1套设备，夏季可以蓄冰供冷为电网削峰填谷、冬季既可以提取空气温差热又可以提取水冰相变潜热高效洁净供暖，需水总量少，极度扩大了热泵机组的适用范围，还能大幅提高供冷供暖综合效率和电网能源利用率，节省运行费用，提高设备利用率，大幅节省综合投资成本，尤其能够低成本高效解决洁净供暖、削峰填谷蓄冰供冷、超低温环境下的供暖。

附图说明

图1本实用新型结构示意图；

附图标记说明： 1.气液分离器；2.压缩机；3.融霜旁通阀； 4.融冰旁通阀；5.冷凝器；6.储液器；7.回液阀；8.融冰三通阀；9.膨胀阀；10.吹胀式蒸发器组；11.制冰制热单向阀；12.融冰单向阀；13.制冰分液器； 14.节流阀；15.制冰电磁阀；16.空气源制热电磁阀；17.空气源制热分液器；18.融霜单向阀；19.空气源制热单向阀；20.翅片蒸发器组；21.融霜三通阀；100.热气旁通融霜支路；200.热气旁通融冰脱冰支路；300.回液支路。

具体实施方式

实施例：参阅图1，一种气水双热源热泵，包括制热主循环系统、热气旁通融霜支路100、热气旁通融冰脱冰支路200、回液支路300，它还包括系统内相连接的管道、阀门及检测控制系统；机组蒸发器采用空气源蒸发器和制冰蒸发器并联，空气源蒸发器采用翅片蒸发器组20并联，制冰蒸发器采用吹胀式蒸发器组10并联，采用阀门控制，可以分别构成制热主循环系统、热气旁通融霜支路100、热气旁通融冰脱冰支路200、回液支路300。

其中，所述制热主循环系统包括依次连接并构成回路的蒸发器、三通阀、气液分离器1、压缩机2、冷凝器5、储液器6、膨胀阀9、电磁阀、分液器、制热单向阀、蒸发器，在空气源制热模式和制冰制热模式时，制热主循环系统中的蒸发器及其相应的连通阀门分别对应翅片蒸发器组20及其相应的连通阀门和吹胀式蒸发器组10及其相应的连通阀门。

空气源制热蒸发器采用多组翅片蒸发器并联，采用阀门控制切换，在热泵机组空气源制热模式下，各组翅片蒸发器制热、除霜交替进行；一组翅片蒸发器处于除霜状态时，其他组翅片蒸发器还在连续制热；在空气源制热模式下，制冰电磁阀15关闭，制热主循环系统包括依次连接并构成回路的翅片蒸发器组20、融霜三通阀21、气液分离器1、压缩机2、冷凝器5、储液器6、膨胀阀9、空气源制热电磁阀16、空气源制热分液器17、空气源制热单向阀19、翅片蒸发器组20。热气旁通融霜支路100包括依次连接的压缩机2、融霜旁通阀3、融霜三通阀21、翅片蒸发器组20、融霜单向阀18、节流阀14；所述融霜旁通阀3是压力控制阀，所述融霜旁通阀3采用热力旁通阀，所述融霜旁通阀3的压力控制源来自于所述融霜旁通阀3的出口管路，所述融霜旁通阀3控制融霜旁通阀3出口管路直到节流阀14的压力是恒定压力；所述融霜三通阀21采用三通热氟化霜阀，所述融霜三通阀3公共口连通所述翅片蒸发器组20，分支口分别通过气液分离器1连通所述压缩机2进气口和通过所述融霜旁通阀3连通所述压缩机2排气口，通过融霜三通阀21切换，控制所述翅片蒸发器组20在空气源制热模式时与所述压缩机2进气口连通，控制所述翅片蒸发器组20在除霜状态时通过所述融霜旁通阀3与所述压缩机2排气口连通；所述除霜翅片蒸发器组20通过所述节流阀14、空气源制热电磁阀16连通所述空气源制热分液器17进入另一组处于空气源制热模式的翅片蒸发器；除霜翅片蒸发器组20处于除霜状态时，所述除霜翅片蒸发器组20的融霜三通阀21连通压缩机2排气口，所述除霜翅片蒸发器组20的空气源制热单向阀19自动关闭，所述除霜翅片蒸发器组20的融霜单向阀18自动打开，从所述压缩机2排气口引出旁通高压热气，通过压力控制所述融霜旁通阀3，使所述除霜翅片蒸发器组20压力保持恒定，高压热气在所述除霜翅片蒸发器组20中冷凝液化，除霜过程产生的液态制冷剂在恒定压力下，经所述节流阀14，液态制冷剂能保持稳定流量自动流入制热主循环系统，与制热主循环系统中经过膨胀阀9节流的制冷剂一起流入处于空气源制热模式的另一组翅片蒸发器蒸发，这样利于膨胀阀9对制冷剂流量的稳定控制，减少除霜过程对空气源制热模式时制热主循环系统运行过程中制冷剂流量、温度和压力稳定性的影响。

制冰蒸发器采用多组吹胀式蒸发器并联，吹胀式蒸发器采用加厚铝制吹胀式换热器，换热效率高；采用阀门控制切换，各组吹胀式蒸发器制热、融冰脱冰状态交替变换；一组吹胀式蒸发器处于融冰脱冰状态时，其他组吹胀式蒸发器还处于连续制热状态；在制冰制热模式下，空气源制热电磁阀16关闭，所述制热主循环系统包括依次连接并构成回路的吹胀式蒸发器组10、融冰三通阀8、气液分离器1、压缩机2、冷凝器5、储液器6、膨胀阀9、制冰电磁阀15、制冰分液器13、制冰制热单向阀11、吹胀式蒸发器组10。热气旁通融冰脱冰支路100包括依次连接的压缩机2、融冰旁通阀4、融冰三通阀8、吹胀式蒸发器组10、融冰单向阀12、节流阀14；所述回液支路300包括依次连接的储液器6、回液阀7、融冰三通阀8，所述回液阀7采用热力膨胀阀；所述融冰旁通阀4是压力控制阀，所述融冰旁通阀4采用热力旁通阀，所述融冰旁通阀4的压力控制源来自于所述融冰旁通阀4的出口管路，所述融冰旁通阀4控制所述融冰旁通阀4出口管路直到节流阀14的管道内的制冷剂压力是恒定压力，所述融冰旁通阀4的出口管路的设定压力为制冷剂1℃饱和温度所对应的饱和压力；所述融冰三通阀8公共口连通所述吹胀式蒸发器组10，分支口分别通过气液分离器1连通所述压缩机2进气口和通过所述融冰旁通阀4连通所述压缩机2排气口，通过所述融冰三通阀4切换，控制所述吹胀式蒸发器组10在制冰制热模式时与所述压缩机2进气口连通，控制所述吹胀式蒸发器组10在融冰脱冰状态时通过所述融冰旁通阀4与所述压缩机2排气口连通；所述吹胀式蒸发器组10通过所述节流阀14连通所述制冰分液器15；回液支路300通过回液阀7连通制热主循环系统和所述热气旁通融冰脱冰支路200，所述回液阀7与所述膨胀阀9并联，所述回液阀7是温度控制阀，温度控制源来自于所述融冰旁通阀4和所述回液阀7连通后的管路，所述融冰旁通阀4和所述回液阀7连通后的管路设定的温度为2℃；融冰脱冰状态时，从所述压缩机2排气口引出旁通高压热气，与来自于所述回液阀7的液态制冷剂混合蒸发降温到2℃，通过压力控制所述融冰旁通阀4，使融冰脱冰吹胀式蒸发器组10压力保持为制冷剂1℃饱和温度所对应的饱和压力，使所述融冰脱冰吹胀式蒸发器组10整体表面保持1℃温度，只使所述融冰脱冰吹胀式蒸发器组10结冰面的冰少量均匀融化，冰板在重力作用下自动滑落；气态制冷剂在融冰脱冰吹胀式蒸发器组10中冷凝液化，融冰脱冰过程产生的冷凝液态制冷剂在恒定压力下，经所述节流阀14，液态制冷剂能保持稳定流量自动流入另外一组制热主循环系统的吹胀式蒸发器中蒸发，利于膨胀阀9对制冷剂流量的稳定控制，减少融冰脱冰过程对制冰制热模式时制热主循环系统运行过程中制冷剂流量、温度和压力稳定性的影响，还防止高温热气直接进入所述融冰脱冰吹胀式蒸发器组10，使所述融冰脱冰吹胀式蒸发器组10局部表面温度过高、局部热冲击大、局部融冰温差大、过度融冰、热量消耗大。

冬天，热泵机组冷凝器5所加热的热水，可以通过换热器用于供暖；-5℃以上环境温度下，热泵机组优先运行空气源制热模式，既高效节能、又不耗水；-5℃以下环境温度下，热泵机组优先运行制冰制热模式，热泵机组既保持高效节能、又能少耗水，能大幅减少热泵机组供暖季需水总量，而制冰制热模式副产冰砂可以外排或资源化处理。

夏天，热泵冰机组可以采用晚上谷电运行制冰制热模式，热泵机组制冰制热模式晚上生产的冰可以用于冰蓄冷空调系统节能供冷；冷凝器5所加热的热水，则可以通过冷却塔向环境散热；而且热泵机组制冰制热模式还可以当作冷水机组高效运行直接制冷供冷功能，所述吹胀式蒸发器组10进水12℃，水淋过所述吹胀式蒸发器组10后温度降低到7℃再去空调末端供冷，空调末端12℃回水又进所述吹胀式蒸发器组10冷却；冷凝器5所加热的热水，则可以通过冷却塔向环境散热。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种气水双热源热泵，包括制热主循环系统、热气旁通融霜支路、热气旁通融冰脱冰支路、回液支路，它还包括系统内相连接的管道、阀门及检测控制系统，其特征在于，机组蒸发器采用空气源蒸发器和制冰蒸发器并联。

2.根据权利要求1所述的一种气水双热源热泵，其特征在于，空气源蒸发器采用翅片蒸发器组并联，制冰蒸发器采用吹胀式蒸发器组并联。

3.根据权利要求1所述的一种气水双热源热泵，其特征在于，所述制热主循环系统包括依次连接并构成回路的蒸发器、三通阀、气液分离器、压缩机、冷凝器、储液器、膨胀阀、电磁阀、分液器、制热单向阀、蒸发器。

4.根据权利要求1所述的一种气水双热源热泵，其特征在于，所述热气旁通融霜支路包括依次连接的压缩机、融霜旁通阀、融霜三通阀、翅片蒸发器组、融霜单向阀、节流阀。

5.根据权利要求1所述的一种气水双热源热泵，其特征在于，所述热气旁通融冰脱冰支路包括依次连接的压缩机、融冰旁通阀、融冰三通阀、吹胀式蒸发器组、融冰单向阀、节流阀。

6.根据权利要求1所述的一种气水双热源热泵，其特征在于，所述回液支路包括依次连接的储液器、回液阀、融冰三通阀。