CN101514845B - 一种新型高效高温空气源热泵热水机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型高效高温空气源热泵热水机组，包括由压缩机、风侧换热器、风机、毛细管一、水侧换热器所组成的制冷系统，制冷系统的介质与水系统的循环水在水侧换热器内完成热交换，所述水系统包括连通水侧换热器的进水管、出水管及水箱，在所述制冷系统中设置回热交换器、两个电磁阀及单向阀，以两个电磁阀的转换工作实现风侧换热器的单独工作或风侧换热器与回热交换器的串联工作。其工作范围广，调温迅速、运行平稳、制热水效率高；供水温度高、稳定、方便、可靠；储水箱体积小、成本低、保温耗能少。

Description

一种新型高效高温空气源热泵热水机组

技术领域：

本发明涉及一种新型高效高温空气源热泵热水机组，特别是涉及一种能高温制热水、可靠供热水、小容量高温储水及循环保温、低环温稳定运行的直热式空气源热泵热水机组。

背景技术：

现有的空气源热泵热水机组多是由压缩机、风侧换热器、风机、水侧换热器、节流元件、制冷剂R22、智能控制系统及相应的水系统组成。其工作原理是制冷剂R22在风侧换热器中蒸发吸收空气中的热量，经压缩机压缩后在水侧换热器中冷凝放热，把吸收的热量释放到水系统中，向用户提供生活热水。这种制热水方式COP值高，节能环保，综合经济效益好。

根据水系统加热方式的不同，现有空气源热泵热水机组大致分为循环加热式和直热式两种：循环加热式的工作原理如图2所示；直热式的工作原理如图3所示。

循环加热式空气源热泵热水机组的优点是供水简单、可靠，储水箱采用承压式结构，使用时依靠自来水的压力把水箱中的热水压出，自来水和热水压力一致，混水容易；省去了供水泵及其控制系统，降低了机组的设计成本及使用能耗。但由于现有的R22制冷系统自身的特点，存在以下突出问题：

一、出水温度受限，不能满足高水温要求

现有的循环加热式制冷系统对冷凝温度有一限定值，所以循环加热式空气源热泵热水机组的水箱最终温度不能超过某一极限值(一般为55℃)，当温度超过此值时，机组的压力和温度急剧升高，机组不能正常工作甚至造成事故。

二、水箱温度波动大，减小水箱的有效容积，影响使用的舒适性

循环加热式空气源热泵热水机组补水直接到水箱中，再经过机组循环加热使水温逐渐达到使用要求，这就造成机组刚开启时，水箱水温很低，随着机组的运行水温逐渐升高，直到水温达到使用要求，因而等待时间较长。另外，在使用过程中为保证水位要求，冷水直接补入水箱与水箱中的高温水混合，使水箱水温下降，最终不能使用。现有的水箱有效热水利用率只有50％左右，影响使用的舒适性。

直热式空气源热泵热水机组采用的是冷水进热水出的加热方式，由电子膨胀阀调节水流量，冷水经过机组出来就是高温热水直接到保温水箱，所以不存在循环式的上述弊端。并且在相同的出水温度下，机组的冷凝压力低，效率更高。但这种方式也有其先天不足：

一、储水箱为开式结构，水箱中的热水压力为大气压力；自来水先经过机组加热，出来的高温热水直接到保温水箱；使用时，通过供水泵抽取保温水箱中的热水到使用侧与自来水混合，这种方式的益处是热水侧的温度、流量稳定；热水利用率高，理论上可达100％。但在使用中存在严重缺陷：

1、现有机组的供水泵多为定速增压泵，扬程较大，供水状态不可调节，在自来水压力低时混水困难甚至热水倒灌入自来水管网。如采用变频水泵，则控制复杂，成本过高。

2、现有机组只通过一个压力开关控制供水泵的启/停，具体地：当水泵出口压力低于某值，水泵开启；当水泵出口压力高于某值，水泵停机。此压力值一经确定，不能更改，所以适应性很差。如果控制水泵停机的高压值设定偏高，则水泵在某些情况下(诸如用户电压低、水泵使用久效率下降等)可能不停水泵；如控制水泵停机的高压值设定偏低，因用户侧的水管网阻力不定，则水泵可能频繁启停，不能正常供水。

3、供水泵的体积、重量、功耗均较大，机组的设计成本和使用成本高。

二、在冬季低环温、低水温条件下，由于机组的制热量衰减较大，为获得高的水温，经过机组的水流量很小，对电子膨胀阀的调节精度提出了更高要求，机器在短时间内不能达到稳定的出水状态。启动过程中，为避免机器压力过大，水流量调节幅度大，再加上冷机器的热损失，水箱中会混入大量的凉水，影响后续的储水过程；出水温度波动大、周期长，甚至在水箱制满水时水温还达不到设定值。

为满足使用要求，上述两种形式空气源热泵热水机组都需要配备大水箱，并且采用热泵循环加热进行保温，由此带来的弊端是：1、成本高；2、安装空间受限；3、储水温度受限；4、水箱保温需要消耗更多的能量。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种新型高效高温空气源热泵热水机组，实现机组的高温制热水、可靠供热水、低环温稳定运行、小容量高温储水及循环保温。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种新型高效高温空气源热泵热水机组，包括由压缩机、风侧换热器、风机、毛细管一、水侧换热器所组成的制冷系统，制冷系统的介质与水系统的循环水在水侧换热器内完成热交换，所述水系统包括连通水侧换热器的进水管、出水管及水箱，在所述制冷系统中设置回热交换器、两个电磁阀及单向阀，以两个电磁阀的转换工作实现风侧换热器的单独工作或风侧换热器与回热交换器的串联工作。

所述制冷系统中设置有排气压力开关，当排气压力开关在系统压力达到设定值时，向系统发出指令停止压缩机的工作。

所述水箱为承压式水箱，水箱的进水口及出水口分别设置有温度传感器，所述温度传感器与制冷系统中的压缩机及两个电磁阀联动。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明的优点在于：1、机组工作范围广，出水温度可任意设定；2、在冬季低水温、低环温的条件下运行稳定可靠：既能迅速获得高出水温度，又能维持压缩机的压缩比在正常范围，延长了机组使用寿命；3、采用新型承压水箱，利用自来水压力供应热水，冷/热水可任意混合，热水利用率高，系统成本低；4、实现了储水箱高水温循环保温，储水箱可小型化，有利于降低成本、节省安装空间、减少储水箱的保温能耗。

附图说明：

图1为本发明机组工作原理图。

图2为现有循环加热式机组的工作原理图。

图3为现有直热式机组的工作原理图。

图4为折流板式水箱的结构示意图。

图5螺旋板式水箱的结构示意图。

图6为本发明机组的控制程序流程图。

图中标号：1压缩机，2风侧换热器，3风机，4毛细管一，44、毛细管二，5水侧换热器，6进水管，7出水管，8水箱，9回热交换器，10电磁阀一，11电磁阀二，12单向阀，13排气压力开关，14温度传感器一，15温度传感器二，16循环水泵，17流量调节阀，18水箱内胆，19保温层，20冷水管，21热水管，22固定杆，23折流板，24导流板。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式，

非限定实施例如下所述：

实施例：图1、6所示，本实施例的空气源热泵热水机组，包括由压缩机1、风侧换热器2、风机3、毛细管一4、水侧换热器5所组成的制冷系统，制冷系统的介质与水系统的循环水在水侧换热器5内完成热交换，所述水系统包括连通水侧换热器5的进水管6、出水管7及水箱8，在所述制冷系统中设置回热交换器9、电磁阀一10、电磁阀二11及单向阀12，常温工况下，电磁阀一10关闭，电磁阀二11打开，高温、高压的制冷剂R22由压缩机1排出，在水侧换热器5中冷凝放热，经过毛细管一4和毛细管二44降压后到风侧换热器2中蒸发，吸收空气中的热量，返回压缩机1再压缩，形成一个循环；在低温工况、高水温循环保温、需高出水温度等情况下，电磁阀一10打开，电磁阀二11关闭，高温、高压的制冷剂R22由压缩机1排出，在水侧换热器5及回热交换器9中放热，经过毛细管一4降压后到风侧换热器2及回热交换器9中吸热后，返回压缩机1再压缩，形成一个循环。

图1所示，在压缩机1与水侧换热器5之间设置有排气压力开关13，当排气压力开关在系统压力达到设定值时，向系统发出指令停止压缩机的工作。

具体设置中，水箱8为承压式水箱，水箱的进水口及出水口分别设置有温度传感器一14和温度传感器二15，使用时，机组的启/停及水箱保温由水箱的两个温度传感器和设定温度控制；进水管上的循环水泵16与压缩机联动；循环水泵出口处的流量调节阀17用以控制进入水侧换热器内的水流量。

图4、5所示，水箱采用承压式，分为折流板式和螺旋板式两种，折流板式水箱如图4所示，在具有保温层19的水箱内胆18中，设置冷水口位于水箱内胆的底部，热水口位于水箱内胆的顶部；在水箱内胆的左右侧壁上，分别设置折流板23，上下相邻的两片折流板在水箱内胆中分处在一左一右的位置上，水流通道是形成在相邻的两片折流板之间，以及形成在折流板的外边缘与水箱内胆的侧壁之间的迂回型流道。相应的结构设置也包括：为了促使水流在水流通道中的均匀推进，通过热水口和冷水口，分别向水箱内胆中水平插入有热水管21和冷水管20，沿所述热水管21的轴向分布集水孔，沿所述冷水管20的轴向分布分水孔。

为了便于固定，在水箱内胆中，对应于左右两侧的折流板分别设置纵向固定杆22，折流板23在固定杆22上得以轴向定位，避免窜动。

螺旋板式水箱如图5所示，设置承压水箱内胆18为具有保温层19的圆筒体，在圆筒体的承压水箱内胆中，围绕圆筒体的轴线呈螺旋状设置导流板24，冷水口设置在承压水箱内胆的底部侧壁上、位于导流板的底层中；热水口设置在承压水箱内胆的顶部侧壁上、位于导流板的顶层中；在冷水口和热水口之间，沿着导流板形成螺旋形水流通道。相应的结构设置也包括：为了促使水流在水流通道中的均匀推进，在热水口和冷水口中，沿承压水箱内胆径向插入有热水管21和冷水管20，并且，沿所述热水管21的轴向分布集水孔，沿所述冷水管20的轴向分布分水孔。为了便于固定，在承压水箱内胆的中央，设置纵向固定杆22，导流板24围绕固定杆18形成轴向定位，避免窜动。

Claims (3)

1.一种新型高效高温空气源热泵热水机组，包括由压缩机(1)、风侧换热器(2)、风机(3)、毛细管一(4)、水侧换热器(5)所组成的制冷系统，制冷系统的介质与水系统的循环水在水侧换热器(5)内完成热交换，所述水系统包括连通水侧换热器(5)的进水管(6)、出水管(7)及水箱(8)，其特征在于，在所述制冷系统中设置回热交换器(9)、两个电磁阀(10、11)及单向阀(12)，以两个电磁阀的转换工作实现风侧换热器(2)的单独工作或风侧换热器(2)与回热交换器(9)的串联工作。

2.根据权利要求1所述的一种新型高效高温空气源热泵热水机组，其特征在于，所述制冷系统中设置有排气压力开关(13)，当排气压力开关在系统压力达到设定值时，向系统发出指令停止压缩机(1)的工作。

3.根据权利要求1所述的一种新型高效高温空气源热泵热水机组，其特征在于，所述水箱(8)为承压式水箱，水箱的进水口及出水口分别设置有温度传感器(14、15)，所述温度传感器与制冷系统中的压缩机(1)及两个电磁阀(10、11)联动。

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