CN218600034U - 空气源热泵冷热水机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种空气源热泵冷热水机组，包括管路连接形成冷媒主循环的压缩机、室外侧换热器、节流元件、水侧换热器、流路切换阀，其中，所述流路切换阀的通路切换能够使所述空气源热泵冷热水机组在制冷模式与制热模式之间切换，还包括可控通断的旁通换热管路、旁通换热器，所述旁通换热管路能够将所述压缩机排出的冷媒引导至所述旁通换热器内后再引导返回到所述冷媒主循环内，所述水侧换热器的冷媒入口管路内的冷媒能够在所述旁通换热器内与所述旁通换热管路内的冷媒换热。本实用新型有效杜绝了在机组高负荷制冷运行或者化霜过程中水侧换热器水温过低导致水侧换热器冻结冻裂的现象发生。

Description

空气源热泵冷热水机组

技术领域

本实用新型属于空气调节技术领域，具体涉及一种空气源热泵冷热水机组。

背景技术

目前市场上的空气源热泵冷热水机组在超低温或低温环境下运行时，经常会出现水侧换热器冻坏的情况，其原因大多源于两种情况，一方面是机组运行时异常停机或是长时间未运行导致水侧换热器内长时间无法进行水循环，且未排空换热器内的水，待水温低于冰点之后就易造成冻结；另一方面是机组在高负荷制冷过程中水温降低较快，导致水侧换热器3内温度过低导致套管冻坏，或是在低温工况下制热运行过程中，室外机结霜导致机组换热能力下降，此时就需要控制机组进行逆循环来除霜，此时若水系统流量有波动或水流存积，随着水温的逐渐降低，水侧换热器就容易被冻裂，进而导致机组无法正常运行，故而需要有一种可靠的控制系统来防止此种情况的发生。

实用新型内容

因此，本实用新型提供一种空气源热泵冷热水机组，能够解决现有技术中空气源热泵冷热水机组的水侧换热器在高负荷制冷运行或者化霜过程中水温过低导致水侧换热器冻结冻裂的技术问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种空气源热泵冷热水机组，包括管路连接形成冷媒主循环的压缩机、室外侧换热器、节流元件、水侧换热器、流路切换阀，其中，所述流路切换阀的通路切换能够使所述空气源热泵冷热水机组在制冷模式与制热模式之间切换，还包括可控通断的旁通换热管路、旁通换热器，所述旁通换热管路能够将所述压缩机排出的冷媒引导至所述旁通换热器内后再引导返回到所述冷媒主循环内，所述水侧换热器的冷媒入口管路内的冷媒能够在所述旁通换热器内与所述旁通换热管路内的冷媒换热。

在一些实施方式中，所述旁通换热管路上具有旁通电磁阀，所述旁通电磁阀的开度可调。

在一些实施方式中，所述空气源热泵冷热水机组还包括闪蒸器，所述压缩机为补气增焓压缩机，所述闪蒸器连接于所述水侧换热器与所述室外侧换热器之间，且所述闪蒸器的补气管与所述压缩机的补气口连通，所述节流元件包括第一节流元件、第二节流元件，所述第一节流元件、第二节流元件分别处于所述闪蒸器与所述水侧换热器的连接管路上及所述闪蒸器与所述室外侧换热器的连接管路上。

在一些实施方式中，所述旁通换热管路的冷媒流出段的流出口与所述闪蒸器连通；和/或，所述闪蒸器与所述压缩机之间的补气管路上具有补气电磁阀。

在一些实施方式中，所述冷媒流出段上连接有单向阀。

在一些实施方式中，所述空气源热泵冷热水机组还包括回热器，所述压缩机的吸气管路内的冷媒与所述冷媒流出段内的冷媒能够在所述回热器内形成热交换。

在一些实施方式中，所述旁通换热管路的冷媒流入口连接于所述流路切换阀与所述室外侧换热器之间的冷媒管路上。

本实用新型提供的一种空气源热泵冷热水机组，在水侧换热器被检测到存在冻结风险时，控制旁通换热管路导通，从而将压缩机排出的高温高压的冷媒部分引导至旁通换热器处对进入水侧换热器的冷媒加热升温，从而有效杜绝了在机组高负荷制冷运行或者化霜过程中水侧换热器水温过低导致水侧换热器冻结冻裂的现象发生。

附图说明

图1为本实用新型实施例的空气源热泵冷热水机组的系统原理图，图中的箭头示出了冷媒在机组运行制冷模式下的流向。

附图标记表示为：

1、压缩机；2、室外侧换热器；3、水侧换热器；4、流路切换阀；5、闪蒸器；51、补气电磁阀；61、第一节流元件；62、第二节流元件；7、回热器；8、气液分离器；100、旁通换热管路；101、旁通换热器；102、旁通电磁阀；103、单向阀。

具体实施方式

参见图1所示，根据本实用新型的实施例，提供一种空气源热泵冷热水机组，包括管路连接形成冷媒主循环的压缩机1、室外侧换热器2、节流元件、水侧换热器3、流路切换阀4，其中，水侧换热器3内机组水路与冷媒主循环内的冷媒实现热交换，该水侧换热器3可以理解为室内侧换热器，流路切换阀4的通路切换能够使空气源热泵冷热水机组在制冷模式与制热模式之间切换，具体而言，流路切换阀4可以为四通换向阀，空气源热泵冷热水机组还包括可控通断的旁通换热管路100、旁通换热器101，旁通换热管路100能够将压缩机1排出的冷媒引导至旁通换热器101内后再引导返回到冷媒主循环内，水侧换热器3的冷媒入口管路内的冷媒能够在旁通换热器101内与旁通换热管路100内的冷媒换热。该技术方案中，在水侧换热器3被检测到存在冻结风险时，控制旁通换热管路100导通，从而将压缩机1排出的高温高压的冷媒部分引导至旁通换热器101处对进入水侧换热器3的冷媒加热升温，从而有效杜绝了在机组高负荷制冷运行或者化霜过程(客观上此时的机组运行的也是制冷模式)中水侧换热器水温过低导致水侧换热器冻结冻裂的现象发生。

在一些实施方式中，旁通换热管路100上具有旁通电磁阀102，旁通电磁阀102的开度可调，具体而言，该旁通电磁阀102的开度可以根据水侧换热器3的冻结风险大小可控调节，例如，在水侧换热器3的冷媒入口管内的冷媒温度过低时，此时控制旁通电磁阀102的开度较大，高温高压的冷媒被引导至旁通换热器101内的冷媒量较大，能够更加快速地升温，而反之，在水侧换热器3的冷媒入口管内的冷媒温度相对不太低时，此时控制旁通电磁阀102的开度较小，仅引导较少量的高温高压冷媒至水侧换热器3内，维持在一个相对安全(也即无冻结风险)的状态下即可，而当水侧换热器3的冷媒入口管内的冷媒温度相对偏高时，此时显然不存在冻结冻裂的风险，此时可以将旁通电磁阀102的开度降低至零，也即截断该旁通换热管路100即可。

在一些实施方式中，空气源热泵冷热水机组还包括闪蒸器5，压缩机1为补气增焓压缩机，压缩机1的吸气口处连接有气液分离器8，闪蒸器5连接于水侧换热器3与室外侧换热器2之间，且闪蒸器5的补气管与压缩机1的补气口连通，节流元件包括第一节流元件61、第二节流元件62，第一节流元件61、第二节流元件62分别处于闪蒸器5与水侧换热器3的连接管路上及闪蒸器5与室外侧换热器2的连接管路上，压缩机1采用补气增焓压缩机，同时在冷媒主循环管路中增加闪蒸器5以及相应的补气管，使本实用新型的机组能够在低温环境下具有更高的能效，闪蒸器5与压缩机1之间的补气管路上具有补气电磁阀51，通过补气电磁阀51的通断控制压缩机1是否补气增焓。

前述的旁通换热管路100的冷媒流出段的流出口在一个实施例中，其可以被引导至冷媒主循环中的储液器中，而当具有前述的闪蒸器5时，旁通换热管路100的冷媒流出段的流出口与闪蒸器5连通，也即采用闪蒸器5实现了前述储液器的功能，精简了系统结构。冷媒流出段上连接有单向阀103，该单向阀103仅运行冷媒向闪蒸器5内的流动而不能反向流动。

在一些实施方式中，空气源热泵冷热水机组还包括回热器7，压缩机1的吸气管路内的冷媒与冷媒流出段内的冷媒能够在回热器7内形成热交换，从而能够提升压缩机1的吸气过热度，有效防止压缩机1的吸气带液可能带来的液击问题发生。

在一个优选的实施例中，旁通换热管路100的冷媒流入口连接于流路切换阀4与室外侧换热器2之间的冷媒管路上，也即，旁通换热管路100的冷媒由流路切换阀4流出后的冷媒中引出部分。需要说明的是，压缩机1排气口到流路切换阀4之间通常会增加回油装置(图中未示出)，直接从压缩机1排气口引出，会导致润滑油进入支路从而到系统其他流路中，压缩机1无法有效回油；另外，直接从排气口引出，流经流路切换阀4的压差会产生变化，制冷过程中会对机组性能造成一定影响。

根据本实用新型的实施例，还提供一种如上述的空气源热泵冷热水机组的控制方法，包括：获取水侧换热器3的冷媒入口管路内的冷媒的实时温度T1；判断冷媒实时温度T1与防冻温度设定值T0的差值△T与防冻预设差值a的大小关系，其中，T1、T0及a为大于0的常数，一般而言，T0一般设定为3℃～5℃，△T根据实际需求合理选择设定值；根据前述的大小关系控制旁通换热管路100通断。具体而言，根据大小关系控制旁通换热管路100通断包括：当△T≤a时，此时的T1与T0的温度较为接近，具有低温冻结的风险，因此控制旁通换热管路100导通，从而将压缩机1排出的高温高压的冷媒中的部分引导至旁通换热器101处与进入水侧换热器3的冷媒换热使该部分冷媒升温，进而对水侧换热器3的进水进行加热，有效防止在水流量波动的情况下或温度骤降过程中水侧换热器3冻结冻裂；当△T＞a时，说明T1与T0之间的温差较大，水温较高不存在冻结风险，控制旁通换热管路100断开。需要说明的是，前述的△T与a大小关系的判定应该以预设时间段持续状态为判断基准，例如在10秒内持续检测到△T≤a或者△T＞a，以防止控制的来回跳动。

在一个优选的实施例中，在旁通换热管路100导通后，控制调节旁通换热管路100上的旁通电磁阀102的开度，且旁通电磁阀102的开度与△T的大小负相关，也即△T越大此时对应的旁通电磁阀102的开度越小直至调节为0，反之，△T越小此时对应的旁通电磁阀102的开度越大。该技术方案中，通过△T的大小对旁通电磁阀102的开度进行调节，能够保证防冻效果的同时防止引出的高温冷媒对空调系统的不利影响，保证机组的制热制冷性能。旁通电磁阀102的开度K的大小与△T具有相关性，例如K＝λ*(T1-T0)，其中的λ为设定系数，可根据实验数据拟合得到。

在一些实施方式中，当旁通换热管路100的冷媒流入口连接于流路切换阀4与室外侧换热器2之间的冷媒管路上时，在获取水侧换热器3的冷媒入口管路内的冷媒的实时温度T1之前还包括，获取空气源热泵冷热水机组的运行模式，当运行模式为制冷模式时，再获取水侧换热器3的冷媒入口管路内的冷媒的实时温度T1，由于防冻需求产生于高负荷制冷工况或者化霜工况下，因此，本实用新型的前述控制方法最好能够在确认机组运行制冷模式时再进行后续的控制逻辑，如此能够简化机组的控制难度。

需要说明的是，夏季机组制冷时，由于水流量不稳定、低压压力较低或者机组在高负荷运行时，出水水温下降的快，当水温过低时便会引起机组保护停机甚至冻坏水侧换热器3，冬季机组长时间制热循环过程中，室外侧换热器2结霜后换热能力逐渐下降，此时需要对室外换热器2进行除霜，除霜过程采用逆循环，此时水侧换热器3为蒸发器，在低温情况下极易造成水侧换热器3冻坏；在这两种运行情况下，水侧换热器3的冷媒进入管上的温度传感器检测进入水侧换热器3的入管温度T1(也即前文的冷媒的实时温度T1，下同)，若在某时间段内(例如10秒内)持续检测到T1-T0≤a，则旁通电磁阀102打开，其开度K的大小与a具有K＝f(T1-T0)关系(例如K＝λ*(T1-T0)，其中λ为设定系数，可根据实验数据拟合得到)；从压缩机1出来的高温气态冷媒流入旁通支路(也即前述的旁通换热管路100，下同)的部分，首先经过旁通换热器101与节流后的冷媒进行换热，从而提高水侧换热器3进口处冷媒温度，防止在水流量波动的情况下或温度骤降过程中水侧换热器3冻裂；再进入回热器7中与进压缩机1的冷媒进行换热，使其进口处的冷媒进一步进行过热；最后经过回热器7的冷媒经过单向阀103后进入闪蒸器5中，随着主路冷媒进行循环；若在某时间段内(例如10秒内)持续检测到T1-T0>a，则旁通电磁阀102关闭，系统进行正常主路冷媒循环，没有冷媒流经旁通支路。

需要指出的，本实用新型的空气源热泵冷热水机组减少了化霜过程冷媒从水侧吸热量，防止室内温度波动大；避免了由于水流波动导致机组防冻检测不精确的问题。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各方式的有利技术特征可以自由地组合、叠加。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种空气源热泵冷热水机组，包括管路连接形成冷媒主循环的压缩机(1)、室外侧换热器(2)、节流元件、水侧换热器(3)、流路切换阀(4)，其中，所述流路切换阀(4)的通路切换能够使所述空气源热泵冷热水机组在制冷模式与制热模式之间切换，其特征在于，还包括可控通断的旁通换热管路(100)、旁通换热器(101)，所述旁通换热管路(100)能够将所述压缩机(1)排出的冷媒引导至所述旁通换热器(101)内后再引导返回到所述冷媒主循环内，所述水侧换热器(3)的冷媒入口管路内的冷媒能够在所述旁通换热器(101)内与所述旁通换热管路(100)内的冷媒换热。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵冷热水机组，其特征在于，所述旁通换热管路(100)上具有旁通电磁阀(102)，所述旁通电磁阀(102)的开度可调。

3.根据权利要求1所述的空气源热泵冷热水机组，其特征在于，还包括闪蒸器(5)，所述压缩机(1)为补气增焓压缩机，所述闪蒸器(5)连接于所述水侧换热器(3)与所述室外侧换热器(2)之间，且所述闪蒸器(5)的补气管与所述压缩机(1)的补气口连通，所述节流元件包括第一节流元件(61)、第二节流元件(62)，所述第一节流元件(61)、第二节流元件(62)分别处于所述闪蒸器(5)与所述水侧换热器(3)的连接管路上及所述闪蒸器(5)与所述室外侧换热器(2)的连接管路上。

4.根据权利要求3所述的空气源热泵冷热水机组，其特征在于，所述旁通换热管路(100)的冷媒流出段的流出口与所述闪蒸器(5)连通；和/或，所述闪蒸器(5)与所述压缩机(1)之间的补气管路上具有补气电磁阀(51)。

5.根据权利要求4所述的空气源热泵冷热水机组，其特征在于，所述冷媒流出段上连接有单向阀(103)。

6.根据权利要求4所述的空气源热泵冷热水机组，其特征在于，还包括回热器(7)，所述压缩机(1)的吸气管路内的冷媒与所述冷媒流出段内的冷媒能够在所述回热器(7)内形成热交换。

7.根据权利要求1所述的空气源热泵冷热水机组，其特征在于，所述旁通换热管路(100)的冷媒流入口连接于所述流路切换阀(4)与所述室外侧换热器(2)之间的冷媒管路上。

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