CN210740809U - 一种极简型制冰空气源热泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种采用制冰换热器代替室内侧换热器的极简型制冰空气源热泵，采用毛细管作双向节流装置，翅片式换热器与制冰换热器通过四通阀门控制，都能各自运行冷凝或蒸发工况，机组可以分别运行空气源制热、热气融霜、制冰蓄冷、融冰脱冰工况，无需配套冷却塔，无需配套额外的室内侧冷凝器，机组结构非常简单、生产工艺非常简单、制作很容易、成本很低，同时能有效降低机组配套功率，利用峰谷电价差减少用户电费。

Description

一种极简型制冰空气源热泵

技术领域

本实用新型涉及空气源热泵技术领域，尤其是一种极简型制冰空气源热泵。

背景技术

目前中国城市化发展很快，空调、供暖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；中国目前主流技术还是采用燃煤供暖+空调供冷，供冷、供暖两套系统，双倍投资，供冷供暖能耗都高，而且燃煤供暖是雾霾形成的重要原因，空调负荷则是夏季电网尖峰负荷形成的主要原因，从我国国情结合发达国家的经验以及新能源发展趋势来看，空气源热泵供暖+蓄冰供冷将是冷暖联供的主流解决方案。

空气源热泵的热源来自于空气，突出优点是空气作为热源取之不尽，用之不竭，采用电能蒸汽压缩制热，高效节能而且环保；缺点是空气源热泵夏季不能制冰、制冷必须使用昂贵峰电、白天高温时段制冷低效高能耗、机组功率配套大、投资成本高。

水冷冷水机组是高效节能的制冷装置，目前是大型建筑物供冷的首选，因为建筑物的制冷需求负荷大，制冷机组配置需要满足夏季最大制冷负荷，配置功率大，设备投资大；而且因为无法利用低温热源，不能用于制热供暖，冬季则完全闲置。它的优点是制冷高效；缺点是必须使用昂贵峰电，造成电网高峰负荷，配套冷却塔散热，不能利用空气源制热供暖。

常规冰蓄冷空调是水冷冷水机组节能升级产品，优点是可以使用低价谷电电代替昂贵峰电，为电网削峰填谷，节能减排，为用户节省电费；缺点是投资成本高、不能制热供暖。

专利申请CN107843039A提供了一种节能动态板冰热泵，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℃以上未结冰的水制冰制热；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，水源设施需要投资，2.副产冰砂量大需要处理，3.不适用于缺水地区供暖；适用于：1. 污水中水等水源方便地区供冷、供暖，2.冰砂可以资源化利用的细分领域。

专利申请CN108413648A提供了一种气水双热源热泵，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-5℃以上环境温度下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，运行制冰制热模式，热泵机组既保持高效节能、又能少耗水，减少热泵机组供暖季需水总量和冰处理总量；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.高环境温度和低环境温度制热都高效，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. 低温环境制冰制热还是需要水源，水源设施需要投资，也不适用于缺水地区供暖，2.副产冰砂还是需要外排处理，冰处理设施需要投资。适用于：1. 污水中水等水源方便地区供冷、供暖，2.冰砂可以资源化利用的细分领域。

专利申请CN109724290A提供了一种制冰空气源热泵，在空气源热泵上增加制冰换热器,可以形成多种回路,运行空气源制热、制冰制热、蓄热、制冰蓄冷、直接制冷等多种模式、多种工况,无需配套冷却塔,能全天候制冰制热却无需水源设施、无需冰处理设施,一套设备同时解决了冬季空气源制热供暖、夏季削峰填谷节能供冷，优点：1.冬季制热具有空气源热泵热源方便、高效节能的优点，2.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：制冷系统结构复杂、阀门多、生产工艺复杂、成本高。

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：提供一种极简型制冰空气源热泵，在空气源热泵机组基础上采用制冰换热器代替室内侧换热器，在所述极简型制冰空气源热泵的翅片式换热器与制冰换热器之间采用毛细管作双向节流装置，通过四通阀门控制，使极简型制冰空气源热泵的翅片式换热器和制冰换热器都能各自连通压缩机排气口或者压缩机进气口，都能运行冷凝或蒸发工况，能在极简型制冰空气源热泵制冰蓄冷模式时采用制冰换热器制冰同时能采用翅片式换热器作为冷凝器向空气中散发冷凝热从而无需配套冷却塔，能在极简型制冰空气源热泵空气源制热模式时采用翅片式换热器作为蒸发器吸收空气的温差热并采用制冰换热器冷凝制热，来达到极简型制冰空气源热泵供冷季制冰蓄冷供冷、无需配套冷却塔、无需配套额外室内侧换热器、供暖季能全天候空气源制热、制冰换热器既能蒸发制冰又能冷凝制热、同时制冷系统管路非常简单、阀门极少、生产工艺非常简单、成本很低的目的。

本实用新型的技术解决方案是：一种极简型制冰空气源热泵，包括压缩机、四通阀、翅片式换热器、制冰换热器、毛细管，它还包括系统内相连接的管道、气液缓冲装置及检测控制系统；在空气源热泵机组基础上采用制冰换热器代替室内侧换热器，在所述极简型制冰空气源热泵的翅片式换热器与制冰换热器之间采用毛细管作双向节流装置，通过四通阀门控制，使极简型制冰空气源热泵的翅片式换热器与制冰换热器都能各自连通压缩机排气口或者压缩机进气口，都能各自运行冷凝或蒸发工况；极简型制冰空气源热泵可以分别构成空气源制热循环回路、热气逆流融霜回路、制冰蓄冷循环回路、热气逆流融冰脱冰回路。极简型制冰空气源热泵的压缩机可以采用变频喷气增焓低温热泵压缩机及其配套系统，也可以根据用户工况需要采用定频低温热泵压缩机或者常温热泵压缩机；在压缩机排气口管路上也可以增加一个水冷冷凝器用作热水热回收器，副产热水可用于生活热水等；制冰换热器采用吹胀式蒸发器结构，材料可以采用不锈钢板或铝板，制冷剂在管内流动，立式安装，水从制冰换热器板外表面淋下；毛细管也可以采用双向电子膨胀阀代替或者其他组合式双向节流装置代替。

其中，所述空气源制热循环回路包括依次管路连接并构成回路的压缩机排气口、四通阀上右通道、制冰换热器、毛细管、翅片换热器、四通阀左下通道、压缩机进气口，翅片换热器用作蒸发器吸收空气温差热量，制冰换热器用作冷凝器制取热水。所述热气逆流融霜回路包括依次管路连接的压缩机排气口、四通阀上左通道、翅片换热器、毛细管、制冰换热器、四通阀右下通道、压缩机进气口。在空气源制热模式下，空气源制热循环回路循环运行；运行过程中翅片换热器结霜严重需要除霜时，热气逆流融霜回路连通。通过四通阀切换，控制翅片换热器在空气源制热模式时与压缩机进气口连通，控制翅片换热器在除霜状态时与压缩机排气口连通。翅片换热器处于除霜状态时，所述除霜翅片换热器的风机断电和空气停止流动，所述除霜翅片换热器的四通阀连通压缩机排气口，从压缩机排气口引出高压热气，高压热气在所述除霜翅片换热器中冷凝液化，冷凝热用于除霜，除霜过程产生的液态制冷剂通过毛细管流入制冰换热器，在制冰换热器中蒸发，再通过四通阀流入压缩机进气口。

其中，所述制冰蓄冷循环回路包括依次管路连接并构成回路的压缩机排气口、四通阀上左、翅片换热器、毛细管、制冰换热器、四通阀右下通道、压缩机进气口；制冰换热器用作蒸发器吸收水冰相变热量；翅片换热器用作冷凝器，向空气中散发冷凝热。所述热气逆流融冰脱冰回路包括依次管路连接的压缩机排气口、四通阀上右通道、制冰换热器、毛细管、翅片换热器、四通阀左下通道、压缩机进气口。在制冰蓄冷模式下运行过程中，制冰蓄冷循环回路循环运行，制冰换热器表面冰层到达设定厚度需要脱冰时，热气逆流融冰脱冰回路连通。通过四通阀切换，控制制冰换热器在制冰蓄冷模式时与所述压缩机进气口连通，控制制冰换热器在融冰脱冰状态时与压缩机排气口连通；融冰脱冰状态时，从压缩机排气口引出高压热气，使所述融冰脱冰制冰换热器表面的冰融化，冰板在重力作用下自动滑落,板冰再破碎为冰砂，落入蓄能槽；气态制冷剂在所述融冰脱冰制冰换热器管中冷凝液化，通过毛细管，流入翅片式换热器中蒸发，再通过四通阀流入压缩机进气口。

供冷季，极简型制冰空气源热泵可以在晚上空气温度低的时段降低冷凝温度，高效采用谷电运行制冰蓄冷模式制冰，冷凝热可以通过翅片换热器向环境散热，简单型制冰空气源热泵制冰蓄冷模式晚上生产的冰储存于蓄能槽可以在白天融冰用于冰蓄冷空调系统节能供冷；为优化极简型制冰空气源热泵配置，简单型制冰空气源热泵制冰蓄冷模式还能运行直接制冷供冷工况，制冰换热器下面采用接水盘，制冰换热器进水12℃，水淋过制冰换热器后温度降低到7℃再去空调末端供冷，空调末端12℃回水又进制冰换热器冷却，冷凝热可以通过翅片换热器向环境散热。

供暖季，极简型制冰空气源热泵可以运行空气源制热模式生产热水直接供暖，也可以采用谷电运行空气源制热模式生产较高温度热水将多余热量储存于蓄能槽替代峰电时段供暖。

本技术方案还可应用于制冰、恒温恒湿系统、工业冷暖冰供应系统等。

本实用新型的有益效果是：提供了一种采用制冰换热器替代空气源热泵室内侧换热器的极简型制冰空气源热泵，在极简型制冰空气源热泵制冰蓄冷模式时能采用制冰换热器作为蒸发器制冰同时能采用翅片式换热器作为冷凝器向空气中散发冷凝热从而无需配套冷却塔，在极简型制冰空气源热泵空气源制热模式时能采用翅片式换热器作为蒸发器吸收空气的温差热制热同时能采用制冰换热器作为冷凝器制取热水从而无需配套室内侧冷凝器，蒸发制冰、冷凝制热共用同一套制冰换热器，供冷季制冰蓄冷供冷、无需配套冷却塔，供暖季空气源制热、无需配套额外的室内侧冷凝器、无需水源设施、无需冰处理设施，同时制冷系统结构非常简单、生产工艺很简单、制作很容易、成本很低。

附图说明

图1本实用新型工艺流程示意图；

附图标记说明：1.压缩机、2.四通阀、3.制冰换热器、4.毛细管、5.翅片换热器。

具体实施方式

实施例：参阅图1，一种极简型制冰空气源热泵，包括压缩机1、四通阀2、翅片式换热器5、制冰换热器3、毛细管4，它还包括系统内相连接的管道、气液缓冲装置及检测控制系统；在空气源热泵机组基础上采用制冰换热器3代替室内侧换热器，在极简型制冰空气源热泵的翅片式换热器5与制冰换热器3之间采用毛细管4作双向节流装置，通过四通阀2控制，使极简型制冰空气源热泵的翅片式换热器5与制冰换热器3都能各自连通压缩机1排气口或者压缩机1进气口，都能各自运行冷凝或蒸发工况；极简型制冰空气源热泵可以分别构成空气源制热循环回路、热气逆流融霜回路、制冰蓄冷循环回路、热气逆流融冰脱冰回路。极简型制冰空气源热泵的压缩机1采用常温热泵压缩机；制冰换热器3采用吹胀式蒸发器结构，材料采用不锈钢板激光焊接再氮气吹胀，制冷剂在管内流动，立式安装，水从制冰换热器3板外表面淋下。

其中，所述空气源制热循环回路包括依次管路连接并构成回路的压缩机1排气口、四通阀2上右通道、制冰换热器3、毛细管4、翅片换热器5、四通阀2左下通道、压缩机1进气口，翅片换热器5用作蒸发器吸收空气温差热量，制冰换热器3用作冷凝器制取热水。所述热气逆流融霜回路包括依次管路连接的压缩机1排气口、四通阀2上左通道、翅片换热器5、毛细管4、制冰换热器3、四通阀2右上通道、压缩机1进气口。在空气源制热模式下，空气源制热循环回路循环运行；运行过程中翅片换热器5结霜严重需要除霜时，热气逆流融霜回路连通。通过四通阀2切换，控制翅片换热器5在空气源制热模式时与压缩机1进气口连通，控制翅片换热器5在除霜状态时与压缩机1排气口连通。翅片换热器5处于除霜状态时，所述除霜翅片换热器5的风机断电和空气停止流动，所述除霜翅片换热器5的四通阀2连通压缩机1排气口，从压缩机1排气口引出高压热气，高压热气在所述除霜翅片换热器5中冷凝液化，冷凝热用于除霜，除霜过程产生的液态制冷剂通过毛细管4流入制冰换热器3，在制冰换热器3中蒸发，再通过四通阀2流入压缩机1进气口。

其中，所述制冰蓄冷循环回路包括依次管路连接并构成回路的压缩机1排气口、四通阀2上左通道、翅片换热器5、毛细管4、制冰换热器3、四通阀2右下通道、压缩机进1气口；制冰换热器3用作蒸发器吸收水冰相变热量；翅片换热器5用作冷凝器，向空气中散发冷凝热。所述热气逆流融冰脱冰回路包括依次管路连接的压缩机1排气口、四通阀2上右通道、制冰换热器3、毛细管4、翅片换热器5、四通阀2左下通道、压缩机1进气口。在制冰蓄冷模式下运行过程中，制冰蓄冷循环回路循环运行，制冰换热器3表面冰层到达设定厚度需要脱冰时，热气逆流融冰脱冰回路连通。通过四通阀2切换，控制制冰换热器3在制冰蓄冷模式时与所述压缩机1进气口连通，控制制冰换热器3在融冰脱冰状态时与压缩机1排气口连通；融冰脱冰状态时，从压缩机1排气口引出高压热气，使所述融冰脱冰制冰换热器3表面的冰融化，冰板在重力作用下自动滑落,板冰再破碎为冰砂，落入蓄能槽；气态制冷剂在所述融冰脱冰制冰换热器3管中冷凝液化，通过毛细管4，流入翅片式换热器5中蒸发，再通过四通阀2流入压缩机1进气口。

供冷季，极简型制冰空气源热泵可以在晚上空气温度低的时段降低冷凝温度，高效采用谷电运行制冰蓄冷模式制冰，冷凝热可以通过翅片换热器5向环境散热，极简型制冰空气源热泵制冰蓄冷模式晚上生产的冰储存于蓄能槽可以在白天融冰用于冰蓄冷空调系统节能供冷；为优化极简型制冰空气源热泵配置，极简型制冰空气源热泵制冰蓄冷模式还能运行直接制冷供冷工况，制冰换热器3下面采用接水盘，制冰换热器3进水12℃，水淋过制冰换热器3后温度降低到7℃再去空调末端供冷，空调末端12℃回水又进制冰换热器3冷却，冷凝热可以通过翅片换热器5向环境散热。

供暖季，极简型制冰空气源热泵可以运行空气源制热模式生产热水直接供暖，也可以采用谷电运行空气源制热模式生产较高温度热水将多余热量储存于蓄能槽替代峰电时段供暖。

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)

1.一种极简型制冰空气源热泵，包括压缩机、四通阀、翅片式换热器、制冰换热器、毛细管，它还包括系统内相连接的管道、气液缓冲装置及检测控制系统，其特征在于，所述极简型制冰空气源热泵可以分别构成空气源制热循环回路、热气逆流融霜回路、制冰蓄冷循环回路、热气逆流融冰脱冰回路。

2.根据权利要求1所述的一种极简型制冰空气源热泵，其特征在于，所述空气源制热循环回路包括依次管路连接并构成回路的压缩机排气口、四通阀上右通道、制冰换热器、毛细管、翅片换热器、四通阀左下通道、压缩机进气口。

3.根据权利要求1所述的一种极简型制冰空气源热泵，其特征在于，所述热气逆流融霜回路包括依次管路连接的压缩机排气口、四通阀上左通道、翅片换热器、毛细管、制冰换热器、四通阀右下通道、压缩机进气口。

4.根据权利要求1所述的一种极简型制冰空气源热泵，其特征在于，所述制冰蓄冷循环回路包括依次管路连接并构成回路的压缩机排气口、四通阀上左通道、翅片换热器、毛细管、制冰换热器、四通阀右下通道、压缩机进气口。

5.根据权利要求1所述的一种极简型制冰空气源热泵，其特征在于，所述热气逆流融冰脱冰回路包括依次管路连接的压缩机排气口、四通阀上右通道、制冰换热器、毛细管、翅片换热器、四通阀左下通道、压缩机进气口。

6.根据权利要求1所述的一种极简型制冰空气源热泵，其特征在于，所述极简型制冰空气源热泵的翅片式换热器与制冰换热器之间采用毛细管。

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