熱泵熱水器聯合系統的製作方法

2023-12-04 18:35:31 1

專利名稱：熱泵熱水器聯合系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於熱調設備，更具體的說是以水源或空氣源熱泵供暖、供冷以及供給生活熱水的綜合系統。
背景技術：
熱泵熱水器是以水源或空氣源作為低溫熱源系統，製取高溫水的系統，其一次能源利用率高，供熱溫度高，易於實現容量調節等特點而得到迅速發展。但目前有關熱泵熱水器系統的應用均是以空氣源提供的生活熱水單一功能存在，沒有考慮夏季和冬季不同的運行工況，將供暖、供冷和生活熱水而進行合理匹配的優化設計。本方案的熱泵熱水器聯合系統，不僅可以使用R22與R410a等普通工質，也適合自然工質CO2。熱泵熱水器聯合系統一方面可以保證系統在室外溫度較低時(冬季)能夠提供供熱的同時還能提供生活熱水，並且維持一個較高的制熱係數；另一方面在室外溫度較高時(夏季)能夠提供製冷的同時還能提供生活熱水，克服了熱泵熱水器功能單一的缺點，也克服了風冷型熱泵由於外界溫度下降導致制熱量下降與供熱量需要增大的矛盾。因此，通過本方案的實施可以綜合利用有效能，實現熱泵進行供冷、供暖和提供生活熱水的系統匹配。

發明內容
本發明的目的是提供一種能夠供暖、供冷以及供給生活熱水的熱泵熱水器聯合系統，將使能源得到更為合理有效的利用。
以下結合附圖1～3對本發明的系統邏輯、系統流程和水路控制系統進行說明。熱泵熱水器聯合系統，包括壓縮機1、水冷換熱器2、空氣源或水源換熱器3、電動三通閥4、電子膨脹閥5、單向閥6、水箱7、電動溫控閥8、水泵9等。本發明是以電動壓縮機驅動以水或空氣為冷熱源的壓縮熱泵裝置(如圖1)。壓縮機1的高壓端接於第一個水冷換熱器2-1工質側的進口。水冷換熱器2-1工質側的出口接於電動三通閥4，電動三通閥4另外的兩個口一路接於第三個水冷換熱器2-3工質側的進口；另一路通過第四個單向閥6-4接於第一個空氣源或水源換熱器3-1工質側的進口。第三個水冷換熱器2-3工質側的出口接於第二個水冷換熱器2-2工質側的進口。水冷換熱器2-2工質側的出口經第二個電子膨脹閥5-2、第一個單向閥6-1接於第一個空氣源或水源換熱器3-1工質側的進口；第二個水冷換熱器2-2工質側的出口另有一路經第三個單向閥6-3接於第一個空氣源或水源換熱器3-1工質側的進口。壓縮機1的低壓端有兩路一路通過第二個單向閥6-2、第二個空氣源或水源換熱器3-2、第一個電子膨脹閥5-1亦接入水冷換熱器2-2工質側的進口；另一路通過第五個單向閥6-5與空氣源或水源換熱器3-1工質側的出口相連。水箱7中冷卻水經電動溫控閥8、水泵9接於電動溫控三通閥10，電動溫控三通閥10的另外兩個口一路接於自來水管網11；另一路接於水冷換熱器2-1水側的進口。水冷換熱器2-1冷卻水經管路返回水箱7，第二個水冷換熱器2-2進水口接於自來水管網11；出水口與水冷換熱器2-1水側的進口相聯。水冷換熱器2-3的水側為供暖水管網12。水冷換熱器2-3和水冷換熱器2-1用於生活熱水，同時水冷換熱器2-3用於提供地板採暖熱水。因為水箱7、溫度控制閥8及水泵9是串接在一起，所以水泵9出口溫度基本等於水箱的溫度，當水箱的溫度高於或低於設定溫度後，溫度控制閥8和水泵9聯動。夏季運行時當水泵9的出口水溫低於水冷換熱器2-2製冷劑的出口溫度時，由電動三通閥10接通水冷換熱器2-2，水進入水冷換熱器2-2進行換熱；當水泵9的出口水溫高於水冷換熱器2-2製冷劑的出口溫度時，由電動三通閥10接通水冷換熱器2-1。此方案避免了隨著水溫的升高，導致水冷換熱器2-2的製冷劑出口溫度的升高，以致系統效率的下降。


圖1為本發明的整體邏輯關係圖。
圖2為冬季工況熱泵熱水器聯合系統運行系統圖。圖中粗虛線所示管路為流體不流動管路，粗雙點劃線所示管路為低溫工質管路，粗實線所示管路為高溫工質管路。
圖3為夏季工況熱泵熱水器聯合系統運行系統圖。圖中粗虛線所示管路為流體不流動管路，粗雙點劃線所示管路為低溫工質管路，相實線所示管路為高溫工質管路。
具體實施例方式
下面以實現冬季供暖和夏季供冷，以及提供生活熱水供給為具體實施例，對本發明作進一步的說明冬季工況熱泵熱水器聯合系統的網絡結構或系統流程為(如圖2)。電子膨脹閥5-1關閉，電子膨脹閥5-2開啟。電動三通閥4將水冷換熱器2-1與水冷換熱器2-3連通，同時將空氣源或水源換熱器3-2的通路關閉。製冷劑通過電子膨脹閥5-2進行節流，節流後製冷劑進入空氣源或水源換熱器3-1進行蒸發，此時單向閥6-2、單向閥6-3單向閥6-4將阻止製冷劑逆向流動。即壓縮機1高壓端將高溫高壓製冷劑依次通過水冷換熱器2-1與生活熱水進行換熱，換熱後的製冷劑進入水冷換熱器2-3與採暖熱水進行換熱，換熱後製冷劑進入水冷換熱器2-2再次與生活熱水進行換熱。製冷劑進一步降低溫度後進入通過電子膨脹閥5-2節流降溫降壓，降溫後的製冷劑通過空氣源或水源換熱器3-1，蒸發換熱後進入壓縮機進行壓縮，完成一個循環。本發明採用三次進入水冷換熱器進行換熱是為了實現製冷劑能量的梯級匹配，生活熱水的進水溫度低而出水溫度高，地板採暖用熱水的溫度則高於生活熱水的進水溫度但低於生活熱水出水溫度。因此先讓低溫的生活熱水與低溫的製冷劑在水冷換熱器2-2進行換熱，中溫的地板採暖用熱水進入水冷換熱器2-3進行換熱，而一次換熱完畢的生活熱水進入水冷換熱器2-1與高溫製冷劑進行二次換熱，達到出水溫度高的目的。此方案實現了製冷劑能量梯級利用，同時實現了合理的溫度匹配，並降低了製冷劑出口冷卻溫度，可以提高系統的運行效率。在冬季運行中，空氣源或水源換熱器3-2不運行，而空氣源或水源換熱器3-1起到蒸發器的作用。在不需要空調的季節熱泵熱水器可以按照冬季工況運行。來自自來水管網11的低溫水進入水冷換熱器2-2進行一次換熱後，進入水冷換熱器2-1進行二次換熱，得到高溫的生活熱水。當自水箱7中的水溫低於設定值，溫控閥8開啟，連鎖的水泵9啟動，當水箱7的水溫低於水冷換熱器2-2製冷劑出口溫度則水電動三通閥10開啟接通水冷換熱器2-2，生活熱水進行一次換熱，然後進入水冷換熱器2-1進行二次換熱，得到高溫的生活熱水；當水箱水溫高於水冷換熱器2-2製冷劑出口溫度則電動三通閥10開啟接通水冷換熱器2-1，生活熱水進行換熱，得到高溫的生活熱水。來自地板採暖的熱水管網12的回水進入水冷換熱器2-3進行加熱，得到地板採暖所需的熱水。
夏季工況熱泵熱水器聯合系統的網絡結構或系統流程為(如圖3)電子膨脹閥5-1開啟，電子膨脹閥5-2關閉。電動三通閥4將水冷換熱器2-1與空氣源或水源換熱器3-1連通，同時將水冷換熱器2-3關閉。此時單向閥6-1、單向閥6-5將阻止製冷劑逆向流動。即壓縮機1高壓端的高溫製冷劑依次通過水冷換熱器2-1與生活熱水進行換熱，換熱後的製冷劑進入空氣源或水源換熱器3-1進一步換熱，換熱後製冷劑進入水冷換熱器2-2再次與生活熱水進行換熱，進一步降低製冷劑的溫度排放熱量。然後製冷劑通過電子膨脹閥5-1節流降溫降壓，降溫後的製冷劑進入空氣源或水源換熱器3-2中蒸發換熱，為空調系統提供低溫的空氣和水，蒸發後的製冷劑再次進入壓縮機完成一個循環。在夏季運行同樣採用了製冷劑的三次換熱，由於夏季室外溫度高於生活熱水的進水溫度但低於生活熱水出水溫度，因此先讓低溫的生活熱水與低溫的製冷劑在水冷換熱器2-2進行換熱，中溫的製冷劑進入空氣源或水源換熱器3-1進行換熱，而一次換熱完畢的生活熱水進入水冷換熱器2-1與高溫製冷劑進行二次換熱，達到出水溫度高的目的。此方案在實現了製冷劑能量梯級利用的同時，並降低了製冷劑出口冷卻溫度，可以提高系統的運行效率。另外，由於熱水的需求是非穩定性的，同時熱水的需求量與室內冷負荷的需求量可能不匹配，因此在不需求生活熱水的時候而室內冷量需求大的時候，空氣源或水源換熱器3-1起到了補償散熱的作用。來自自來水管網11的低溫水進入水冷換熱器2-2進行一次換熱後，進入水冷換熱器2-1進行二次換熱，得到高溫的生活熱水。當自水箱7中的水溫低於設定值，溫控閥8開啟，連鎖的水泵9啟動，當水箱水溫低於水冷換熱器2-2製冷劑出口溫度則水電動三通閥10開啟接通水冷換熱器2-2，生活熱水進行一次換熱，然後進入水冷換熱器2-1進行二次換熱，得到高溫的生活熱水；當水箱水溫高於水冷換熱器2-2製冷劑出口溫度則電動三通閥10開啟接通水冷換熱器2-1，生活熱水進行換熱，得到高溫的生活熱水。空氣或水與空氣源或水源換熱器3-2進行蒸發換熱，獲得空調系統所需的冷量。
本發明的優點及有益效果在於，使熱泵熱水器系統，滿足夏季供冷，冬季供熱的需求，通過簡單的系統切換，又能滿足用戶對生活熱水的需求，使能量得到合理的利用。因此本發明具有結構簡單、調節方便的特點。對熱泵熱水器系統的推廣應用與節能起到積極的促進作用。
權利要求
1.熱泵熱水器聯合系統，包括壓縮機(1)、水冷換熱器(2)、空氣源或水源換熱器(3)、電動三通閥(4)、電子膨脹閥(5)、單向閥(6)、水箱(7)、電動溫控閥(8)、水泵(9)，其特徵在於壓縮機(1)高壓端接於第一個水冷換熱器(2-1)工質側的進口，水冷換熱器(2-1)工質側的出口接於電動三通閥(4)，電動三通閥(4)的另外兩個口一路接於第三個水冷換熱器(2-3)工質側的進口；另一路通過第四個單向閥(6-4)接於第一個空氣源或水源換熱器(3-1)工質側的進口，第三個水冷換熱器(2-3)工質側的出口接於第二個水冷換熱器(2-2)工質側的進口，在第二個水冷換熱器(2-2)與第三個水冷換熱器(2-3)工質側之間有管路相連，水冷換熱器(2-2)工質側的出口經第二個電子膨脹閥(5-2)、第一個單向閥(6-1)接於第一個空氣源或水源換熱器(3-1)工質側的進口，第二個水冷換熱器(2-2)工質側的出口另有一路經第三個單向閥(6-3)接於第一個空氣源或水源換熱器(3-1)工質側的進口，壓縮機(1)低壓端有兩路一路通過第二個單向閥(6-2)、第二個空氣源或水源換熱器(3-2)、第一個電子膨脹閥(5-1)亦接入第二個水冷換熱器(2-2)工質側的出口；另一路通過第五個單向閥(6-5)與第一個空氣源或水源換熱器(3-1)工質側的出口相連，水箱(7)中冷卻水經電動溫控閥(8)、水泵(9)接於電動溫控三通閥(10)，電動溫控三通閥(10)的另外兩個口一路接於自來水管網(11)；另一路接於第一個水冷換熱器(2-1)水側的進口，水冷換熱器(2-1)冷卻水經管路返回水箱(7)，所述第二個水冷換熱器(2-2)進水口接於自來水管網(11)，出水口與第一個水冷換熱器(2-1)水側的進口相聯，所述第三個水冷換熱器(2-3)的水側為供暖水管網(12)。
2.按照權利要求1所述的熱泵熱水器聯合系統，其特徵在於冬季運行網絡結構為所述第一個電子膨脹閥(5-1)關閉，第二個電子膨脹閥(5-2)開啟，所述電動三通閥(4)將所述第一個水冷換熱器(2-1)與所述第三個水冷換熱器(2-3)連通、將所述第二個空氣源或水源換熱器(3-2)關閉，所述第二個單向閥(6-2)、第三個單向閥(6-3)、第四個單向閥(6-4)阻止製冷劑逆向流動。
3.按照權利要求1所述的熱泵熱水器聯合系統，其特徵在於所述夏季運行網絡結構為所述第一個電子膨脹閥(5-1)開啟，第二個電子膨脹閥(5-2)關閉，所述電動三通閥(4)將第一個水冷換熱器(2-1)與所述第一個空氣源或水源換熱器(3-1)連通、將所述第三個水冷換熱器(2-3)關閉，所述第一個單向閥(6-1)、第五個單向閥(6-5)阻止製冷劑逆向流動。
4.按照權利要求1所述的熱泵熱水器聯合系統，其特徵在於所述第二個水冷換熱器(2-2)和所述第一個水冷換熱器(2-1)用於生活熱水。
5.按照權利要求1所述的熱泵熱水器聯合系統，其特徵在於所述第三個水冷換熱器(2-3)用於提供地板採暖熱水。
6.按照權利要求1所述的熱泵熱水器聯合系統，其特徵在於所述壓縮機(1)高壓端的高溫製冷劑依次通過所述第一個水冷換熱器(2-1)、第一個空氣源或水源換熱器(3-1)和第二個水冷換熱器(2-2)排放熱量，用於夏季。
7.按照權利要求1所述的熱泵熱水器聯合系統，其特徵在於所述壓縮機(1)高壓端的高溫製冷劑依次通過第一個水冷換熱器(2-1)、第三個水冷換熱器(2-3)和第二個水冷換熱器(2-2)排放熱量，用於冬季。
8.按照權利要求1所述的熱泵熱水器聯合系統，其特徵在於所述水泵(9)的出口水溫低於所述第二個水冷換熱器(2-2)的出口溫度，由所述電動三通閥(10)接通第二個水冷換熱器(2-2)；所述水泵(9)的出口水溫高於所述第二個水冷換熱器(2-2)的出口溫度，由所述電動三通閥(10)接通第一個水冷換熱器(2-1)。
全文摘要
本發明公開了一種能夠供暖、供冷以及供給生活熱水的熱泵熱水器聯合系統，將壓縮機、水冷換熱器、空氣源或水源換熱器、電動三通閥、電子膨脹閥、單向閥、水箱、以及電動溫控閥等按冬夏季不同工況組合成系統管路，考慮能量梯級利用以及冬夏的實際工況，設置了3個水冷換熱器和2個空氣源或水源換熱器。壓縮機接於水冷換熱器及電動三通閥，在水冷換熱器之間有管路相連。水箱、溫度控制閥及水泵串接在一起，電動溫控三通閥分別接於自來水管網和水冷換熱器，可以對系統的溫度進行調節，通過膨脹閥及單向閥的邏輯轉換實現冬夏季供暖、供冷以及供給生活熱水目的。本發明的特點及是，通過簡單的系統切換，既能滿足用戶的需求，又使能量得到合理的利用。
文檔編號F24D19/00GK101033866SQ20071005713
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月13日 優先權日2007年4月13日
發明者李敏霞, 馬一太, 蘇維誠 申請人:天津大學