CN2766183Y - 容量可调的空气源热泵热水系统 - Google Patents

Abstract

一种容量可调的空气源热泵热水系统，包括蒸发盘管、压缩机、板式换热器和布置在保温水箱上的控制器，采用两个按照冬季和夏季工况进行设计的热力膨胀阀并联组成热力膨胀阀组，并采用电磁阀加以通断控制，控制器以分别设置在蒸发盘管两端的温度传感器以及设置在室外的温度传感器的检测信号作为输入量，通过采集蒸发盘管进出口温度和环境温度，实现供热/除霜流程切换，可使蒸发器在任何季节工况下都能达到最佳工作性能。本实用新型具有高效节能、安全可靠、使用寿命长、操作简单等优点，具有商品化应用前景。

Description

容量可调的空气源热泵热水系统

技术领域

本实用新型涉及一种中大型空气源热泵热水系统，尤其涉及一种具有自动容量调节功能的空气源热泵热水系统，属于能源类供热及空调技术领域。

背景技术

目前我国应用于宾馆、餐厅等场所的热水系统产品为电热水系统、燃气热水系统和太阳能热水系统等。其中，电热水系统以消耗大量昂贵的电力为代价，不利于能源的合理利用；燃气热水系统在使用中则存在严重的安全隐患；常规的太阳能热水系统在阴雨天是不能生产热水的，只能依靠电加热来弥补太阳能的不足，从而也存在能源的浪费现象，特别是在一些阴雨天比较多的南方地区使用这种热水系统并不十分经济。于是，一种新型的基于热泵循环原理的热水系统开始在热水器市场上崭露头角，它是利用蒸发器从周围环境中吸收热能(太阳能、空气或水等)，并通过冷凝器将热能释放到水箱中去，从而实现热水的生产。热泵热水系统具有高效节能、可全天候使用、安全可靠等优点，而且实现了能源的低级利用，在宾馆、餐厅等场所具有广阔的发展和应用前景。

目前国内生产和销售的绝大多数中、大型空气源热泵热水系统都是按冬季工况进行设计和加工的。这些热泵热水系统在夏季工况下运行时，制冷剂蒸发温度(压力)会随着室外空气温度的升高而升高，毛细管或热力膨胀阀两端的压差随之减小，导致流入热泵蒸发器的制冷剂质量流量减少，压缩机吸气过热度增大，进而影响压缩机的容积效率和电机效率，甚至造成压缩机无法正常工作。由此可见，按冬季工况设计的热力膨胀阀并不能完全满足全年运行工况的需要，不仅使得空气源热泵热水系统的全年平均供热性能系数难以提高，而且对压缩机的安全、稳定运行以及实际使用寿命产生不良影响。迄今为止尚未检索到涉及此类问题解决方法的相关专利材料。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有自动容量调节功能的高效热泵热水系统，可以有效解决热泵热水系统全年运行中的系统匹配及容量调节问题，提高系统的季节能效比(EER)和经济性能。

为了实现这样的目的，在本实用新型的技术方案中，采用两个热力膨胀阀并联组成热力膨胀阀组，来代替常规的热泵热水系统所采用单一长度的毛细管或热力膨胀阀。各个热力膨胀阀分别按照冬季和夏季工况进行选型，并采用电磁阀加以通断控制。此外，可根据环境温度和蒸发盘管温度多点检测，实现供热/除霜流程自动切换功能，使蒸发器在任何季节工况下都能达到最佳工作性能。

本实用新型包括制冷剂回路和热水回路，由压缩机、气液分离器、储液器、干燥过滤器、四通换向阀、板式换热器、保温水箱、循环热泵、热力膨胀阀组、风冷换热器、毛细管、单向阀、电磁阀、供水阀、连接管路、保温水箱、温度传感器、水位传感器以及控制器等部件组成。本实用新型的技术特征主要在于制冷剂回路，采用由两个电磁阀分别控制的两个热力膨胀阀并联构成热力膨胀阀组，蒸发盘管的一端连到四通换向阀的一个端口，四通换向阀的高低压固定端口分别与压缩机的排气口和吸气口连接，其第四个端口连到板式换热器工质内管的一端，板式换热器工质内管另一端并联两路，一路经一个单向阀与毛细管一端连接，另一路经一个单向阀依次与储液器和干燥过滤器相连，干燥过滤器出口与毛细管另一端相连，同时再经一个单向阀与热力膨胀阀组相连，热力膨胀阀组的另一端与蒸发盘管的另一端相连，蒸发盘管该端经单向阀和储液器的进口相连，蒸发盘管两端分别设置一个温度传感器。热水回路由保温水箱、循环水泵、板式换热器以及连接水管组成，并通过板式换热器与制冷剂回路进行热交换。

在加热生活用水时，制冷剂自压缩机排气口依次经过四通换向阀，板式换热器，储液器，干燥过滤器，热力膨胀阀组和蒸发盘管，再经四通换向阀，气液分离器回到压缩机吸气口，从而形成制冷剂的闭合循环通路。在除霜时，四通换向阀换向，制冷剂自压缩机排气口依次经过四通换向阀，蒸发盘管，储液器，干燥过滤器，毛细管和板式换热器，再经四通换向阀，气液分离器回到压缩机吸气口，从而形成制冷剂的闭合循环通路。

本实用新型的压缩机采用半封闭旋转式压缩机，在压缩机吸气侧设有气液分离器以防止压缩机产生湿压缩。热力膨胀阀组由两条支路并联而成，各条支路串联一个电磁阀与一个热力膨胀阀，热力膨胀阀的感温包安置在蒸发盘管出口侧。在热力膨胀阀组上游管路上设有干燥过滤器，以避免制冷剂中的水分或杂质造成管路的堵塞。风冷换热器由蒸发盘管和轴流风扇组成，蒸发盘管为翅片管式结构，蒸发盘管进出口装有温度传感器，用于检测蒸发盘管结霜状况。板式冷凝器与制冷剂管路和热水管路均采用紧密的螺纹连接，便于在安装现场进行连接。水箱内胆由不锈钢板焊制而成，内胆与外壳之间填充聚氨脂发泡保温材料。水箱内部装有一只铠装的温度传感器，用于测量箱内热水温度。用户可通过控制器在35～60℃范围内任意设热水温度，当水箱内热水温度低于启机温度(为了防止压缩机的频繁启停，控制器自动生成一个低于设定温度3℃的启机温度)时，控制器将自动启动压缩机，直到热水温度达到设定温度时，压缩机自动停机。

本实用新型采用多个热力膨胀阀并联组成热力膨胀阀组，采用制冷电磁阀进行切换控制，分别应用于冬季、夏季和春秋季节，可极大地改善空气源热泵热水系统的季节能效比及全年运行的经济性能。此外，化霜控制采用多点检测技术，通过采集蒸发盘管不同区域温度和环境温度，实现对蒸发盘管结霜状况的精确监测。本实用新型有效解决了热泵热水系统全年运行中的系统匹配及容量调节问题，具有高效节能、安全可靠、使用寿命长、操作简单等优点，极具商品化发展和应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图1中，1.压缩机，2.单向阀，3.单向阀，4.毛细管，5.储液器，6.干燥过滤器，7.单向阀，8.电磁阀，9.热力膨胀阀，10.轴流风扇，11.单向阀，12.感温包，13.温度传感器，14.蒸发盘管，15.温度传感器，16.气液分离器，17.四通换向阀，18.温度传感器，19.连接管路，20.温度传感器，21.板式换热器，22.循环水泵，23.进水管，24.供水阀，25.出水管，26.保温水箱，27.水位传感器，28.控制器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步描述。

本实用新型的整体结构如图1所示，主要由压缩机1，由两个电磁阀8与两个热力膨胀阀9构成的并联的热力膨胀阀组，蒸发盘管14，温度传感器15，板式换热器21，布置在保温水箱26上的控制器28等部件组成。蒸发盘管14的E端连到四通换向阀17的A口，四通换向阀17的高压固定端口D口和低压固定端口B口分别与压缩机1的排气口和吸气口连接，四通换向阀17的C口连到板式换热器21工质内管的一端，板式换热器21工质内管另一端并联两路，一路经单向阀3与毛细管4一端连接，另一路经单向阀2依次与储液器5和干燥过滤器6相连，干燥过滤器6出口与毛细管4另一端相连，同时经一个单向阀7与热力膨胀阀组的一端相连，热力膨胀阀组的另一端与蒸发盘管14的F端相连，蒸发盘管14的F端经单向阀11和储液器5的进口相连，蒸发盘管14两端分别设置一个温度传感器13和15。热力膨胀阀的感温包12安置在蒸发盘管14的E端出口侧，压缩机1的吸气口侧接有气液分离器16。

制冷剂的循环过程如下：在加热生活用水时，自压缩机1的排气口依次经过四通换向阀17、板式换热器21、单向阀2、储液器5、干燥过滤器6、单向阀7、电磁阀8、热力膨胀阀9和蒸发盘管14，再经四通换向阀17，气液分离器16回到压缩机1的吸气口，从而形成制冷剂的闭合循环通路。在除霜时，四通换向阀17换向，自压缩机1的排气口依次经过四通换向阀17、蒸发盘管14、单向阀11、储液器5、干燥过滤器6、毛细管4、单向阀3和板式换热器21，再经四通换向阀17、气液分离器16回到压缩机1的吸气口，从而形成制冷剂的闭合循环通路。热水回路由保温水箱26、循环水泵22、板式换热器21、供水阀24以及连接水管19组成，并通过板式换热器21与制冷剂回路进行热交换。

控制器28嵌在保温水箱26壳体上，显露控制面板，是本实用新型的主要控制部件。轴流风扇10的转速控制，供水阀24启停控制，热力膨胀阀9切换，供热/除霜流程切换以及参数设置都通过控制器28完成。控制器28连接四个温度传感器：温度传感器13和15分别设置在蒸发盘管的进、出口管上，以检测蒸发温度。温度传感器18设置在室外，以检测环境温度。温度传感器20设置在保温水箱下部，以检测水温。控制器28以温度传感器20的检测信号作为输入量，可根据用户设定的热水终温35～60℃和温度传感器所检测的水温，实现对供热流程启停控制。控制器28以温度传感器13、15、18的检测信号作为输入量，通过检测蒸发盘管14结霜状况和环境温度实现供热/除霜流程切换。水箱进水管23设置在保温水箱26下部，经供水阀24与自来水管网连接，使用热水时打开出水管25上的阀件。控制器28以水位传感器27的检测信号作为输入量，根据用户设定的水箱水位控制供水阀启停。此外，控制器28还可根据不同的季节工况切换两个电磁阀8的启停状态，从而在两个热力膨胀阀9中选择合适的热力膨胀阀。

Claims (2)

1、一种容量可调的空气源热泵热水系统，包括蒸发盘管(14)、压缩机(1)、板式换热器(21)和布置在保温水箱(26)上的控制器(28)，其特征在于：由两个电磁阀(8)分别控制的两个热力膨胀阀(9)并联构成热力膨胀阀组，蒸发盘管(14)的一端连到四通换向阀(17)的一个端口，四通换向阀(17)的高低压固定端口分别与压缩机(1)的排气口和吸气口连接，四通换向阀(17)的第四个端口连到板式换热器(21)工质内管的一端，板式换热器(21)工质内管另一端并联两路，一路经一个单向阀(3)与毛细管(4)的一端连接，另一路经一个单向阀(2)依次与储液器(5)和干燥过滤器(6)相连，干燥过滤器(6)出口与毛细管(4)的另一端相连，同时经一个单向阀(7)与热力膨胀阀组的一端相连，热力膨胀阀组的另一端与蒸发盘管(14)的另一端相连，同时经一个单向阀(11)与储液器(5)的进口相连，蒸发盘管(14)两端分别设置一个温度传感器(13、15)。

2、根据权利要求1的容量可调的空气源热泵热水系统，其特征在于所述控制器(28)以分别设置在蒸发盘管(14)两端的温度传感器(13、15)以及设置在室外的温度传感器(18)的检测信号作为输入量，通过采集蒸发盘管(14)进出口温度和环境温度，实现供热/除霜流程切换。