一種低溫空氣源提供熱水和地暖的熱泵機組的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種通過低溫空氣源進行熱水和地暖的熱泵機組，壓縮機的出口端與冷凝器入口端之間的管道上連接四通閥，冷凝器出口端與經(jīng)濟器的系統(tǒng)冷媒進口之間管道上依次連接有儲液罐和過濾器，經(jīng)濟器的系統(tǒng)冷媒出口與蒸發(fā)器入口端之間的管道上設(shè)有第二熱力膨脹閥，蒸發(fā)器輸出端與壓縮機入口端之間的管道上依次連接有所述四通閥和分離器并最終形成閉式的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)，冷凝器包括第一冷凝器和第二冷凝器，第一冷凝器為保溫水箱中的冷水加熱，第二冷凝器為采暖散熱管中的冷水加熱。本實用新型滿足了在低溫條件下即需要熱水又需要采暖的需求，降低冬季在熱能需求時對一次性能源的過渡消耗、改善空氣的質(zhì)量，減少排污。
【專利說明】ー種低溫空氣源提供熱水和地暖的熱泵機組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及ー種熱泵機組，尤其是涉及一種通過低溫空氣源進行熱水和地暖的熱泵機組。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國北方地區(qū)，采暖及生活熱水是人們生活中的一種最基礎(chǔ)的需求，在冬季低溫環(huán)境下，人們的采暖一般通過市政鍋爐燃燒煤來提供熱源，也就是所謂的集中供熱，生活熱水通過燃氣壁掛爐、燃煤爐、電熱水器來獲取，有些地方采用太陽能+電熱水器來配套使用獲取生活熱水。北方的采暖大部分使用造價相對低的暖氣片供熱，通過將市政管道輸送的熱水接通到暖氣片中，熱水在暖氣片內(nèi)部流動時，通過暖氣片的鑄鐵外表輻射散熱來達到供暖的要求。一般對水溫的要求較高，最低溫度不易低于65°C。才能達到局部供熱的要求。
[0003]北方的冬季在低溫環(huán)境下，熱水通過燃煤熱水器，燃氣熱水器、電熱水器、太陽能熱水器來提供生活熱水，采暖也通過市政集中供熱方式來提供，這種方式在北方供熱有以下不足之處:
[0004]1、通過燃燒煤、燃氣來獲取熱水和采暖消耗大量一次能源，同時產(chǎn)生CO2等溫室氣體，是溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)?，產(chǎn)生氮化物和硫化物造成酸雨等災(zāi)害，嚴(yán)重污染環(huán)境，在北方的冬天會經(jīng)常出現(xiàn)霧霸天氣，對人們的生活產(chǎn)生了直接的影響。
[0005]2、通過電熱水器來獲熱水或采暖，由于電能每度電產(chǎn)生的熱值為860大卡，而電熱水器的有效熱效率最高為95%，每度電產(chǎn)生的熱值過小，因而在低溫環(huán)境采用電能來獲取生活熱水，能耗很大。家庭采用是熱水器加工熱水，幾乎會占用整個用電量的一半以上。另一方面，電熱水器的大量采用會導(dǎo)致國家電網(wǎng)的負荷難以滿足。影響整個國民經(jīng)濟的良性發(fā)展。
[0006]3、采用太陽能熱水器來獲取熱水或供暖，由于太陽能加工熱水的原理是通過太陽能管內(nèi)壁的硅吸收太陽光來加工熱水，因為太陽能容易受環(huán)境影響，在陰天、雨天、夜間無太陽光的情況下，太陽能不能提供穩(wěn)定的熱水。在低溫環(huán)境下，由于夜間溫度較低，太陽能管內(nèi)的水降溫凝結(jié)成冰，體積増大，就容易導(dǎo)致太陽能爆管。因而太陽能熱水器一般都會采用增加輔助加熱設(shè)備，如鍋爐、電熱水器等作為備用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型設(shè)計了ー種低溫空氣源提供熱水和地暖的熱泵機組，其解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有熱泵機組無法具有在低溫條件下既提供熱水又提供采暖功能。
[0008]為了解決上述存在的技術(shù)問題，本實用新型采用了以下方案:
[0009]一種通過低溫空氣源進行熱水和地暖的熱泵機組，壓縮機(I)的出ロ端與冷凝器入口端之間的管道上連接四通閥(2)，冷凝器出口端與經(jīng)濟器(17)的系統(tǒng)冷媒進ロ(171)之間管道上依次連接有儲液罐(13)和過濾器(14)，經(jīng)濟器(17)的系統(tǒng)冷媒出ロ( 172)與蒸發(fā)器(21)入口端之間的管道上設(shè)有第二熱力膨脹閥(19)，過濾器(14)輸出端與經(jīng)濟器(17)的噴液進口(173)之間通過噴液進入管道連通，并在噴液進入管道上設(shè)第五電磁閥(16)和第一熱力膨脹閥(18)，經(jīng)濟器(17)的噴液出口(174)通過噴液輸出管道與壓縮機
(I)連接；蒸發(fā)器(21)輸出端與壓縮機(I)入口端之間的管道上依次連接有所述四通閥(2)和分離器(22)并最終形成閉式的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述冷凝器包括第一冷凝器(4 )和第二冷凝器(9 )，第一冷凝器(4 )為保溫水箱(6 )中的冷水加熱，第二冷凝器(9 )為采暖散熱管(12)中的冷水加熱。
[0010]進一步，第一冷凝器(4)和第二冷凝器(9)并聯(lián)連接，第一冷凝器(4)制冷劑進出口管道上分別設(shè)有第一電磁閥(3)和第二電磁閥(7)，保溫水箱(6)中的冷水通過裝有第一循環(huán)水泵(5 )的循環(huán)管道與第一冷凝器(4 )進行換熱；第二冷凝器(9 )制冷劑進出口管道上分別設(shè)有第三電磁閥(8)和第四電磁閥(10)，采暖散熱管(12)中的冷水通過裝有第二循環(huán)水泵(11)的循環(huán)管道與第二冷凝器(9)進行換熱。
[0011]進一步，過濾器(14)輸出端與壓縮機(I)之間還設(shè)有增溫管道，在增溫管道上設(shè)有電子膨脹閥(15)。
[0012]該低溫空氣源提供熱水和地暖的熱泵機組與傳統(tǒng)熱泵機組相比，具有以下有益效果:
[0013](I)本實用新型滿足了在低溫條件下即需要熱水又需要采暖的需求，降低冬季在熱能需求時對一次性能源的過渡消耗、改善空氣的質(zhì)量，減少排污。
[0014](2)本實用新型獲取熱水和采暖，不需要消耗煤、燃氣等一次能源，無二氧化碳、一氧化硫、粉塵、煙氣等有害毒素的排放。不影響大氣的環(huán)境，直接降低北方城市霧霸天氣的產(chǎn)生。
[0015](3)本實用新型在低溫環(huán)境下可實現(xiàn)多點供水，水溫恒定的功能，在低溫環(huán)情下使用地板采暖，采用超導(dǎo)熱地暖模塊，水溫只需要45度以下即可將室內(nèi)溫度升到25度，房間溫度上升快，開機只需要30分即可，相對傳統(tǒng)方式的采暖更節(jié)能。使用更舒適。設(shè)備制熱的能力是電熱的2倍以上，同時也杜絕太陽能因為氣溫低導(dǎo)致的爆管、水溫不能持續(xù)加熱等缺限。
[0016](4)本實用新型由于經(jīng)濟器的噴液出口通過噴液輸出管道與壓縮機連接，經(jīng)過第一熱力膨脹閥的低溫低壓制冷劑在經(jīng)濟器進行熱交換后通過噴液出口直接回到壓縮機，控制壓縮機二次排氣的溫度，避免排氣溫度過高，并通過穩(wěn)定壓縮機的排氣提高冷凝器的熱交換效率。
[0017](5)本實用新型通過經(jīng)濟器和第二熱力膨脹閥二次降溫，降低制冷劑的溫度，實現(xiàn)制冷劑進入室外蒸發(fā)器后與空氣換熱的高效率。
[0018](6)本實用新型由于在過濾器輸出端與壓縮機之間還設(shè)有增溫管道，讓一部分高溫制冷直接回到壓縮機提高二次壓縮的排氣溫度，增加二次換熱效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1:本實用新型低溫空氣源提供熱水和地暖的熱泵機組的系統(tǒng)原理圖。
[0020]附圖標(biāo)記說明:
[0021]I一壓縮機；2—四通閥；3—第一電磁閥；4一第一冷凝器；5—第一循環(huán)水泵；6—保溫水箱；7—第二電磁閥；8—第三電磁閥；9一第二冷凝器；10—第四電磁閥；11 一第二循環(huán)水泵；12—采暖散熱管；13—儲液罐；14一過濾器；15 —電子膨脹閥；16—第五電磁閥；
17—經(jīng)濟器；171—系統(tǒng)冷媒進ロ；172—系統(tǒng)冷媒出口 ；173—噴液進ロ ；174—噴液出口 ；
18—第一熱カ膨脹閥；19一第二熱カ膨脹閥；20—風(fēng)機；21—蒸發(fā)器；22—分離器。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合圖1，對本實用新型做進ー步說明:
[0023]低溫空氣源熱水+地暖熱泵機組，主要有壓縮機1、四通閥2、第一電磁閥3、第一冷凝器4、循環(huán)泵5、保溫水箱6、第二電磁閥7、第三電磁閥8、第二冷凝器9、第四電磁閥10、第ニ循環(huán)水泵11、采暖散熱管12、儲液罐13、過濾器14、電子膨脹閥15、第五電磁閥16、經(jīng)濟器17、第一熱カ膨脹閥18、第二熱カ膨脹閥19、風(fēng)機20、蒸發(fā)器21以及分離器22等主要部件組成。
[0024]所有主要部件通過銅管連接組成一個閉式的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)備的運行模式有兩種不同模式:1、制熱水。2、地板米暖。
[0025]分別對兩種不同模式的運行進行說明:
[0026]1、制熱水模式的工作原理:
[0027]在低溫環(huán)境_25°C時，主機加工熱水時的運行流程依次為:第三電磁閥8、第四電磁閥10斷電常閉，第一電磁閥3、第二電磁閥7通電打開，第一循環(huán)水泵5啟動運行，風(fēng)機20啟動運行，壓縮機I開始運行，將制冷劑壓縮成高溫高壓的氣態(tài)，其制冷劑溫度最高可達到130度，高溫高壓的制冷劑通過四通閥2流經(jīng)第一冷凝器4時開始釋放熱量，保溫水箱6儲存有冷水，通過第一循環(huán)水泵5不斷將冷水抽到冷凝器中，冷水吸收第一冷凝器4中高溫制冷劑的溫度不斷加熱后又被第一循環(huán)水泵5壓到保溫水箱6，水溫升高。
[0028]第一冷凝器4中的高溫高壓制冷劑釋放熱量后溫度降低出現(xiàn)氣液混合狀態(tài)，在制冷劑流經(jīng)儲液罐13吋，對小部分液態(tài)制冷器進行儲存，大部分氣態(tài)制冷劑在流經(jīng)過濾器14時，制冷劑中的雜質(zhì)進一歩清潔掉，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0029]此時高溫制冷劑會依據(jù)環(huán)境溫度分為三路流向自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一路制冷劑會通過電子膨脹閥15，電子膨脹閥15會依據(jù)氣溫的變化調(diào)整開啟相的口徑大小，氣溫越低，電子膨脹閥開啟的角度就越大，讓一部分高溫制冷直接回到壓縮機I提高二次壓縮的排氣溫度，増加二次換熱效率。另一路高溫高壓制冷劑會通過第五電磁閥16后通過第一熱力膨脹閥18截流后變成低溫低壓的氣液狀態(tài)通過噴液進ロ 173回到經(jīng)濟器17，還有一路高溫高壓的制冷劑直接通過系統(tǒng)冷媒進ロ 171流到經(jīng)濟器17。兩路不同的冷熱制冷劑進行熱交換后，經(jīng)過第一熱カ膨脹閥18的低溫低壓制冷劑在經(jīng)濟器進行熱交換后通過噴液出ロ 174直接回到壓縮機1，控制壓縮機I 二次排氣的溫度過高，穩(wěn)定系統(tǒng)運行。經(jīng)過過濾器14從系統(tǒng)冷媒進ロ 171進入經(jīng)濟器的高溫高壓制冷劑進行熱交換后，制冷劑最低溫度變?yōu)?10°C。高壓低溫制冷劑經(jīng)過第二熱カ膨脹閥19截流后二次降溫，此時制冷劑的溫度最低可達到-60°C。
[0030]低溫制冷劑-60°C進入蒸發(fā)器20吋，與外界環(huán)境溫度_25°C有35度的溫差，通過風(fēng)機20帶動-25°C的空氣與_60°C蒸發(fā)器內(nèi)部制冷劑進行熱交換，空氣的溫度進ー步降低排出，低溫制冷劑吸熱形成氣液態(tài)，通過四通閥2回到分離器22，將ー小部分液態(tài)制冷劑儲存，大部分低溫氣態(tài)制冷劑又重新回到壓縮機1，如此反復(fù)循環(huán)，熱水的溫度達到設(shè)定溫度停機。
[0031]此系統(tǒng)在運行的過程中，電子膨脹閥15，第五電磁閥16為有條件開啟，在低溫環(huán)境下才會打開，其主要作用主要有兩點:一是通過穩(wěn)定壓縮機I的排氣提高第一冷凝器4的熱交換效率。二是通過第二熱力膨脹閥19 二次截流降溫來降低制冷劑的溫度進入蒸發(fā)器21后提高與空氣換熱的效率。這是保證主機在低溫環(huán)境下使用獲得能效比較高的決定因素。
[0032]2、地板采暖模式的工作原理:
[0033]在低溫環(huán)境_25°C時，主機提供地板采暖時的運行流程依次為:第三電磁閥8和第四電磁閥10通電常開，第一電磁閥3和第二電磁閥7斷電常閉，第二循環(huán)水泵11啟動運行，風(fēng)機20啟動運行，壓縮機I開始運行，將制冷劑壓縮成高溫高壓的氣態(tài)，其制冷劑溫度最高可達到130°C，高溫高壓的制冷劑通過四通閥2流經(jīng)第二冷凝器9時開始釋放熱量，采暖散熱管12放置于室內(nèi)，內(nèi)部儲存有冷水，通過第二循環(huán)水泵11不斷將冷水抽到第二冷凝器9中，冷水吸收冷凝器8中高溫制冷劑的溫度不斷加熱后又被第二循環(huán)水泵11帶到采暖散熱管12中，隨著采暖散熱管12中的水溫升高，室內(nèi)溫度也同步升高。
[0034]第二冷凝器9中的高溫高壓制冷劑釋放熱量后溫度降低出現(xiàn)氣液混合狀態(tài)，在制冷劑流經(jīng)儲液罐13時，對小部分液態(tài)制冷器進行儲存，大部分氣態(tài)制冷劑在流經(jīng)過濾器14時，制冷劑中的雜質(zhì)進一步清潔掉，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0035]此時高溫制冷劑會依據(jù)環(huán)境溫度分為三路流向自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一路制冷劑會通過電子膨脹閥15，電子膨脹閥15會依據(jù)氣溫的變化調(diào)整開啟相的口徑大小，氣溫越低，電子膨脹閥開啟的角度就越大，讓一部分高溫制冷直接回到壓縮機I提高二次壓縮的排氣溫度，增加二次換熱效率。另一路高溫高壓制冷劑會通過第五電磁閥16后通過第一熱力膨脹閥18截流后變成低溫低壓的氣液狀態(tài)通過噴液進口回到經(jīng)濟器17，還有一路高溫高壓的制冷劑直接通過系統(tǒng)冷媒進口流到經(jīng)濟器17。兩路不同的冷熱制冷劑進行熱交換后，經(jīng)過第一熱力膨脹閥18的低溫低壓制冷劑在經(jīng)濟器進行熱交換后通過噴液出口直接回到壓縮機1，控制壓縮機二次排氣的溫度過高，穩(wěn)定系統(tǒng)運行。經(jīng)過過濾器14從系統(tǒng)冷媒進口進入經(jīng)濟器的高溫高壓制冷劑進行熱交換后，制冷劑最低溫度變?yōu)?1o°c。高壓低溫制冷劑經(jīng)過第二熱力膨脹閥19截流后二次降溫，此時制冷劑的溫度最低可達到_60°C。
[0036]低溫制冷劑_60°C進入蒸發(fā)器20時，與外界環(huán)境溫度_25°C有35度的溫差，通過風(fēng)機20帶動-25°C的空氣與_60°C蒸發(fā)器內(nèi)部制冷劑進行熱交換，空氣的溫度進一步降低排出，低溫制冷劑吸熱形成氣液態(tài)，通過四通閥2回到分離器22，將一小部分液態(tài)制冷劑儲存，大部分低溫氣態(tài)制冷劑又重新回到壓縮機1，如此反復(fù)循環(huán)，室內(nèi)的溫度達到設(shè)定溫度時主機停機。
[0037]此系統(tǒng)在運行的過程中，有一部分與制熱水的方式相同，在實際的應(yīng)用中，我們在主機的控制板上設(shè)定時，使終以熱水優(yōu)先加熱為準(zhǔn)，例如在采暖時，設(shè)備先加工完熱水，運行時間控制在20分鐘以內(nèi)，然后轉(zhuǎn)入地板采暖，這樣就利于主機即可提供生活熱水，又可實現(xiàn)地板采暖，提高主機的最大利用率，只有在按熱水模式時，系統(tǒng)控制只提供熱水，主機才會單制熱水，不實行采暖的功能。例如在天氣暖和時，此時可選用制熱水功能。
[0038]采用低溫空氣源熱水+地暖熱泵機組技術(shù)，解決了在低溫條件下即需要熱水又需要采暖的需求，降低冬季在熱能需求時對一次能源的過渡消耗、改善空氣的質(zhì)量，減少排污。
[0039]上面結(jié)合附圖對本實用新型進行了示例性的描述，顯然本實用新型的實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種改進，或未經(jīng)改進將本實用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種通過低溫空氣源進行熱水和地暖的熱泵機組，壓縮機(I)的出口端與冷凝器入口端之間的管道上連接四通閥(2)，冷凝器出口端與經(jīng)濟器(17)的系統(tǒng)冷媒進口(171)之間管道上依次連接有儲液罐(13)和過濾器(14)，經(jīng)濟器(17)的系統(tǒng)冷媒出口( 172)與蒸發(fā)器(21)入口端之間的管道上設(shè)有第二熱力膨脹閥(19)，過濾器(14)輸出端與經(jīng)濟器(17)的噴液進口( 173)之間通過噴液進入管道連通，并在噴液進入管道上設(shè)第五電磁閥(16)和第一熱力膨脹閥(18)，經(jīng)濟器(17)的噴液出口( 174)通過噴液輸出管道與壓縮機(I)連接；蒸發(fā)器(21)輸出端與壓縮機(I)入口端之間的管道上依次連接有所述四通閥(2)和分離器(22)并最終形成閉式的制冷劑循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:所述冷凝器包括第一冷凝器(4)和第二冷凝器(9 )，第一冷凝器(4 )為保溫水箱(6 )中的冷水加熱，第二冷凝器(9 )為采暖散熱管(12)中的冷水加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述通過低溫空氣源進行熱水和地暖的熱泵機組，其特征在于--第一冷凝器(4)和第二冷凝器(9)并聯(lián)連接，第一冷凝器(4)制冷劑進出口管道上分別設(shè)有第一電磁閥(3)和第二電磁閥(7)，保溫水箱(6)中的冷水通過裝有第一循環(huán)水泵(5)的循環(huán)管道與第一冷凝器(4)進行換熱；第二冷凝器(9)制冷劑進出口管道上分別設(shè)有第三電磁閥(8)和第四電磁閥(10)，采暖散熱管(12)中的冷水通過裝有第二循環(huán)水泵(11)的循環(huán)管道與第二冷凝器(9)進行換熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述通過低溫空氣源進行熱水和地暖的熱泵機組，其特征在于:過濾器(14)輸出端與壓縮機(I)之間還設(shè)有增溫管道，在增溫管道上設(shè)有電子膨脹閥(15)。
【文檔編號】F24H4/02GK203413822SQ201320427679
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月18日
【發(fā)明者】丁德華, 毛平, 王藝靜 申請人:四川雙億實業(yè)有限公司