專利名稱：超熱自由回收太陽能熱泵機組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空調(diào)熱泵熱回收領(lǐng)域和生活水熱源領(lǐng)域。進一步是指由壓縮機、第一級熱回收器、第二級熱回收器、四通換向閥、冷凝器(冬季為蒸發(fā)器)、膨脹閥、蒸發(fā)器(冬季冷凝器)，冷凝器(冬季為蒸發(fā)器)配置的風(fēng)機連接組成的機組，夏季供應(yīng)空調(diào)冷凍水及生活熱水(也可作為飲用水熱源)、冬季供應(yīng)空調(diào)熱水及生活熱水(也可作為飲用水熱源)，實現(xiàn)全年空調(diào)及供應(yīng)生活熱水的高效節(jié)能裝置。
背景技術(shù)：
對夏熱冬暖和夏熱冬冷地區(qū)有冷熱需求的場所(如賓館、醫(yī)院等)，空調(diào)冷熱源通常分別設(shè)置冷、熱源設(shè)備。這樣會產(chǎn)生一邊將空調(diào)冷凝熱排入大氣，另一邊的制熱設(shè)備在耗能制熱的惡性矛盾的現(xiàn)象，造成能源極大的雙重浪費，而且污染生態(tài)環(huán)境。這種情況，不僅重復(fù)設(shè)置了多余的制熱設(shè)備，占用了建筑場地，也給設(shè)備運行管理上帶來了困難。若使用水冷式制冷機組，機組會在秋冬季節(jié)處于“冬眠狀態(tài)”，不能工作運行。并且會浪費大量的水資源。機組總效率和能效比低下，嚴重影響了經(jīng)濟效益。對于生活熱水系統(tǒng)則因其另設(shè)置一套獨立的熱水設(shè)備管網(wǎng)，浪費更為嚴重！因為空調(diào)需要排放的冷凝熱除了滿足自身制冷的需求外，其熱量品質(zhì)及其溫度完全符合并能滿足生活熱水的需要。超熱自由回收太陽能熱泵機組以其獨特節(jié)水、節(jié)電、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點在民用建筑中作為主機的一個發(fā)展方向， 其在工程建設(shè)中的應(yīng)用前景將是十分廣泛的。目前市場上存在兩種熱回收機組部分熱回收機組和全熱熱回收機組。部分熱回收機組在制冷時只能回收制冷劑的顯熱量，熱量回收不充分，不足于滿足空調(diào)、生活熱水各種需求，而且回收量固定受限，機組效率低；全熱回收機組控制原理復(fù)雜，或者需要較高的冷凝溫度。采用其它的連接方式(并聯(lián))，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要兩個或者以上的膨脹閥、其它電動閥或者控制元件進行調(diào)節(jié)或者轉(zhuǎn)換。市場上存在的熱回收機組均采用一級熱回收器，回收的熱量少，熱水溫度難以提高，不能滿足一些用戶用熱需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種結(jié)構(gòu)形式更加合理的、科學(xué)的熱回收熱泵機組，以解決現(xiàn)有技術(shù)中冷凝熱不回收或回收量少，污染生態(tài)環(huán)境，以及回收效率低，熱回收器提供的熱水溫度不夠高，可靠性差，調(diào)節(jié)不靈活等問題。本發(fā)明高效、節(jié)能、環(huán)保，無水耗、無鍋爐、無需設(shè)置制冷機房，全年共享冷熱一體機。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
所述超熱自由回收太陽能熱泵機組裝置包括壓縮機、兩級熱回收器即第一熱回收器和第二熱回收器兩級熱回收器、四通換向閥、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器、冷凝器配置的風(fēng)機、冷媒管，其特征在于
其結(jié)構(gòu)特點是所述機組壓縮機的排出口連接第一級熱回收器的入口，第一級熱回收器的出口連接第二級熱回收器的入口，第二級熱回收器的出口串聯(lián)連接四通換向閥，從四通換向閥出來再依次連接冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器，最后通過四通換向閥連接到壓縮機的吸氣口。在保證制冷正常運行的前提下，所述機組的第一級熱回收器和第二級熱回收器二者可以共同完成包括過冷熱在內(nèi)的所有冷凝熱的熱回收，即實現(xiàn)超熱回收。該機組的冷凝器能獨立完成包括過冷熱在內(nèi)的所有冷凝熱的排放，冬季該冷凝器轉(zhuǎn)換為蒸發(fā)器，實現(xiàn)所述機組的熱泵功能，熱回收器產(chǎn)生熱水，冷凝器(夏季為蒸發(fā)器)產(chǎn)生空調(diào)熱水。所述第一級熱回收器與第二級熱回收器可以有多種形式，包括板式換熱器、殼管式換熱器、套管式換熱器、容積式換熱器或者其他沒有描述到的各種形式的換熱器。所述兩級串聯(lián)的熱回收器，也可以根據(jù)需要設(shè)置成三級或者多級熱回收器。所有的熱回收器共同完成包括過冷熱在內(nèi)的所有冷凝熱的熱回收，即實現(xiàn)超熱回收。第一、二級熱回收器換熱面積的比例可以調(diào)節(jié)，從而可以分別制取不同溫度的熱水。調(diào)節(jié)第一、二級熱回收器的熱水流量，可以分別制取不同溫度的熱水。第二級熱回收器水系統(tǒng)的進水溫度低于冷凝溫度時，可實現(xiàn)冷凝熱的充分回收， 該水系統(tǒng)出水可以直接供用戶使用或者作為第一級熱回收器水系統(tǒng)的補充水。第一級熱回收器水系統(tǒng)的熱水出水溫度可達到65°C以上。兩級熱回收器連接于壓縮機的出口段，在熱泵模式運行時，生活熱水和空調(diào)熱水可以同時制取。冷凝熱可以由兩級熱回收器共同承擔(dān)，也可以由冷凝器獨立完成。兩級熱回收器熱水需要的熱量可在零至最大的冷凝熱量范圍內(nèi)自由變化，剩余的冷凝熱量則由冷凝器進行排放，實現(xiàn)了自由熱回收。本發(fā)明的有益效果在于
1.本發(fā)明裝置采用在冷凝器與壓縮機之間串聯(lián)兩級熱回收器，可以保證在實現(xiàn)良好的制冷和制熱的同時，根據(jù)生活熱水的用熱需求自由回收冷凝熱，熱量的利用更加靈活、寬2.與普通的熱回收機組相比，本發(fā)明所采用熱回收器與冷凝器串聯(lián)的方式，使熱量的釋放更加充分，在實現(xiàn)過冷冷卻時，獲得比普通的全熱回收機組更多的制冷量與冷凝熱，提高了制冷效率和熱回收效率。獲取的冷熱量總和與輸入功率之比即冷熱量能效比高達單制冷能效比的兩倍以上。3.與其他熱回收熱泵機組相比，本發(fā)明通過采用兩級熱回收器串聯(lián)的方式，保證冷凝熱的熱量在不同的溫度段得到充分的利用，制取不同溫度的熱水，高溫水的溫度超過普通的熱回收機組，例如采用制冷劑R22，最高的出水溫度可以達到65°C以上。這樣可以滿足不同的熱水需求。4.與常規(guī)空調(diào)機組相比，本發(fā)明實現(xiàn)了全年春夏秋冬四季在不同的模式下運行， 在滿足全年四季空調(diào)系統(tǒng)冷熱量需求的同時，滿足全年四季的生活熱水熱量的需求，無需重復(fù)設(shè)置熱水的其他熱源設(shè)備系統(tǒng)。夏季普通空調(diào)當作廢熱排除的冷凝熱，成為熱水系統(tǒng)的寶貴熱源，不僅減少了常規(guī)采用鍋爐或其他熱源設(shè)備的初投資，更無需另加耗能，減少了能量的消耗以及鍋爐等制熱時排放燃燒廢氣對生態(tài)環(huán)境造成的污染。冬季熱泵的制熱能效比較高，達到了節(jié)能的目的。5.與水冷式機組相比，本機組不需要配置制冷機房和相應(yīng)配套設(shè)施，節(jié)省了相應(yīng)的投入和維護費用，節(jié)省的設(shè)備機房可作為超市或車位產(chǎn)生經(jīng)濟效益；本機組不需設(shè)置冷卻水系統(tǒng)，沒有冷水損耗，節(jié)省了冷卻水系統(tǒng)、水處理設(shè)施和大量的水資源；本機組在需要時，全年均可運行使用，避免了水冷式機組秋冬季節(jié)“冬眠”閑置的現(xiàn)象。6.本發(fā)明適用于同時需要空調(diào)制冷與熱水供應(yīng)以及全年有冷熱需求的各種規(guī)模與檔次的建筑物，包括高檔樓盤、超大超高層高檔樓盤等。特別適用于酒店、賓館、公寓、會所、旅游度假村、醫(yī)院、國際會議中心、學(xué)校、體育中心、游泳、跳水場館、夜總會機場等建筑。 制冷容量可以從幾十千瓦到幾十萬千瓦等，實用面廣。本發(fā)明的工作模式 1、制冷與熱回收模式
壓縮機出口的高溫高壓氣態(tài)制冷劑首先進入第一級熱回收器，釋放部分冷凝熱，由于處于壓縮機排氣口，制冷劑的溫度高，因此，第一級熱回收器可以得到大量的高溫冷凝熱， 可以制取較高溫的熱水。再進入第二級熱回收器，可以制取比第一級溫度稍低的熱水，制冷劑進一步被冷卻，然后從四通換向閥的a 口進入，b 口流出，再進入冷凝器，由冷凝器承擔(dān)剩余的冷凝熱的排放，此時根據(jù)冷凝壓力啟動風(fēng)機的臺數(shù)，以達到設(shè)計需要的過冷度。高壓液態(tài)制冷劑由冷凝器5出來進入膨脹閥節(jié)流膨脹后，進入蒸發(fā)器7進行吸熱汽化，直至過熱， 之后進入四通閥換向閥，由c 口進入，d 口流出，最后返回壓縮機，完成制冷循環(huán)。當?shù)谝?、二級熱回收器的熱水系統(tǒng)不需要熱量，這兩級熱回收器僅相當于壓縮機排氣管段的一部分，之后進入風(fēng)冷冷凝器，釋放出全部的熱量，此狀況僅僅實現(xiàn)了獨立制冷，效率最低。當?shù)谝?、二級熱回收器與室外風(fēng)冷冷凝器同時都有熱交換時，就實現(xiàn)了制冷與制熱同時進行的狀況。兩級熱回收器的熱水系統(tǒng)可以根據(jù)對熱量需求的變化自由獲取熱量， 即實現(xiàn)了熱量的自由回收。熱回收器排放的熱量越大，系統(tǒng)的效率越高。當全部熱量都被第一、二級熱回收器的熱水系統(tǒng)帶走，制冷劑已經(jīng)放出全部冷凝熱時，甚至過冷熱時，此狀況實現(xiàn)了超熱回收，系統(tǒng)的效率達到最高。制冷與熱回收同時進行，保證正常的制冷工況，根據(jù)熱量回收系統(tǒng)的需求實現(xiàn)超熱回收、部分熱回收與無熱回收三種狀況，無需調(diào)節(jié)任何閥門。夏季模式的特點
(1)每級熱回收器回收熱量的多少可按各自熱水系統(tǒng)對熱量的需求量設(shè)定，不需要操作任何的閥門，獲取熱量自由靈活?；厥盏臒崃颗c總的冷凝熱的比例可以在(Γιοο%范圍內(nèi)自由獲取。(2)該機組的兩級熱回收器與冷凝器分別都能獨立完成冷凝熱的排放，大大提高了機組的冷凝能力，更容易實現(xiàn)過冷熱的排放，因此，在保證制冷正常運行的同時，能提高制冷效率，實現(xiàn)能量的高效利用。當實現(xiàn)全部熱回收時，夏季冷熱量總能效比達到現(xiàn)有熱泵機組單獨都制冷能效比的兩倍以上。其節(jié)能效果非常顯著。(3)當全部實現(xiàn)熱回收時，風(fēng)冷冷凝器的風(fēng)機可以停止運行，成為自由散熱冷凝器，不僅節(jié)省風(fēng)機的能耗，還冷凝器可以實現(xiàn)制冷劑的過冷。在保證制冷正常運行的同時， 能大大提高制冷效率，實現(xiàn)能量的高效利用。
2、熱泵模式
空調(diào)制熱與生活熱水制熱同時進行模式
壓縮機出口的高溫高壓氣態(tài)制冷劑首先進入第一級回收器，進行熱交換，由于處于壓縮機出口，制冷劑的溫度高，因此，第一級換熱器將得到高溫?zé)崃?，制取出水溫度較高的生活熱水。然后制冷劑再進入第二級熱回收器，余下的冷凝熱一部分用于加熱第二級換熱器所連接的生活熱水系統(tǒng)，使制冷劑進一步被冷卻，之后從四通換向閥的a 口進入，c 口流出， 再進入冷凝器(夏季為蒸發(fā)器)中，為空調(diào)系統(tǒng)提供熱量。在冷凝器(夏季為蒸發(fā)器)中，制冷劑被完全冷凝成液態(tài)，再進入膨脹閥降壓后，再進入蒸發(fā)器5 (夏季為風(fēng)冷冷凝器)進行吸熱變成低溫低壓氣態(tài)制冷劑，之后進入四通閥換向閥，由b 口進入，d 口流出，最后返回壓縮機，完成制冷循環(huán)。冬季模式的特點
冬季空調(diào)與生活熱水系統(tǒng)同時或者不同時需要熱量，機組隨時根據(jù)熱水系統(tǒng)所需要總的熱量提供制熱量。3、過渡季節(jié)模式制冷與熱泵兩種模式自由選擇運行
當空調(diào)制冷小，熱水制熱量大，可以在制冷與熱泵兩種模式中自由選擇運行，或者采用多臺機組按照冬夏不同的模式搭配運行。機組在系統(tǒng)中的應(yīng)用自由靈活。結(jié)論由上可知，本人發(fā)明的超熱自由回收太陽能熱泵機組，利用兩級串聯(lián)熱回收器與冷凝器串聯(lián)的連接方式，能實現(xiàn)在夏季制冷時對冷凝熱回收利用的最大化，具有顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟收益。能分別在第一級熱回收器和第二級熱回收器處根據(jù)用熱需求自由獲取熱水，還可以根據(jù)需求提供不同溫度的熱水。冬季除了兩級熱回收器提供不同溫度的熱水外，冬季冷凝器還同時可以提供空調(diào)所需要的熱水。一機全年供冷熱。該構(gòu)造結(jié)構(gòu)簡單，控制簡單，僅在冬夏模式轉(zhuǎn)換時需要轉(zhuǎn)換四通閥。適用于夏熱冬暖和夏熱冬冷地區(qū)。是一種無水耗、無爐熱耗、清潔環(huán)保的高效節(jié)能型空氣源熱回收熱泵裝置。以上僅描述和顯示了本發(fā)明的意圖、原理和特點，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下本發(fā)明會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意1——壓縮機；
2——第一級熱回收器，形式不限；
3——第二級熱回收器，形式不限；
4——四通換向閥，分為四個接口a、b、c、d;
5——冷凝器(冬季為蒸發(fā)器)；
6——膨脹閥；
7——蒸發(fā)器(冬季冷凝器)；
8——風(fēng)機。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖，描述本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)
壓縮機1出口的高溫高壓氣態(tài)制冷劑首先進入第一級回收器，進行熱交換，由于處于壓縮機出口，制冷劑的溫度高，因此，第一級換熱器2將得到高溫?zé)崃?，制取出水溫度較高的生活熱水。然后制冷劑再進入第二級熱回收器，余下的冷凝熱一部分用于加熱第二級換熱器所連接的生活熱水系統(tǒng)，使制冷劑進一步被冷卻，之后從四通換向閥4的a 口進入，c 口流出，再進入冷凝器7 (夏季為蒸發(fā)器7)中，為空調(diào)系統(tǒng)提供熱量。在冷凝器7 (夏季為蒸發(fā)器7)中，制冷劑被完全冷凝成液態(tài)，再進入膨脹閥6降壓后，再進入蒸發(fā)器5 (夏季為風(fēng)冷冷凝器5)進行吸熱變成低溫低壓氣態(tài)制冷劑，之后進入四通閥換向閥4，由b 口進入， d 口流出，最后返回壓縮機1，完成制冷循環(huán)。按照附圖和上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明超熱自由熱回收熱泵機組，制冷劑以R22為主的多種氟利昂，采用普通的電壓縮機，第一、二級熱回收器可以是已有的板式換熱器、殼管式換熱器、套管式換熱器、容積式換熱器或者其他沒有描述到的各種形式的換熱器。第一、二級熱回收器的進出水管分別與用戶儲熱水箱相連。熱水溫度可以加熱到65°C以上。冷凝器 (冬季蒸發(fā)器)進風(fēng)參數(shù)按照國家規(guī)定的標準工況。
權(quán)利要求
1.超熱自由回收太陽能熱泵機組，包括壓縮機(1)、兩級熱回收器(2、3)、四通換向閥 (4)、冷凝器(5)、膨脹閥(6)、蒸發(fā)器(7)、冷凝器配置的風(fēng)機(8)、冷媒管，其特征在于在所述機組中，熱回收器分為兩級，分別為第一級熱回收器和第二級熱回收器，二者之間采用串聯(lián)連接；所述機組的連接結(jié)構(gòu)為壓縮機(1)的排出口連接第一級熱回收器(2)的入口，第一級熱回收器(2)的出口連接第二級熱回收器(3)的入口，第二級熱回收器(3)的出口串聯(lián)連接四通換向閥(4)，從四通換向閥(4)出來再依次連接冷凝器(5)、膨脹閥(6)、蒸發(fā)器(7)，最后通過四通換向閥(4)連接到壓縮機(1)的吸氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述機組，其特征在于，所述機組的第一級熱回收器和第二級熱回收器二者共同完成包括過冷熱在內(nèi)的所有冷凝熱的熱回收，即實現(xiàn)超熱回收。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述機組，其特征在于，該機組的冷凝器獨立完成包括過冷熱在內(nèi)的所有冷凝熱的排放，冬季該冷凝器轉(zhuǎn)換為蒸發(fā)器，實現(xiàn)所述機組的熱泵功能，熱回收器產(chǎn)生熱水，冷凝器，夏季為蒸發(fā)器，產(chǎn)生空調(diào)熱水。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述機組，其特征在于，所述第一級熱回收器與第二級熱回收器可以有多種形式，包括板式換熱器、殼管式換熱器、套管式換熱器、容積式換熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述機組，其特征在于，所述兩級串聯(lián)的熱回收器，根據(jù)需要設(shè)置成三級或者多級熱回收器，所有的熱回收器共同完成包括過冷熱在內(nèi)的所有冷凝熱的熱回收，即實現(xiàn)超熱回收。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述機組，其特征在于，第一、二級熱回收器換熱面積的比例可以調(diào)節(jié)，分別制取不同溫度的熱水。
7.根據(jù)權(quán)利要求書1所述機組，其特征在于，調(diào)節(jié)第一、二級熱回收器的熱水流量，分別制取不同溫度的熱水。
8.根據(jù)權(quán)利要求書1所述機組，其特征在于，第二級熱回收器水系統(tǒng)的進水溫度低于冷凝溫度時，可實現(xiàn)冷凝熱的充分回收，該水系統(tǒng)出水可以直接供用戶使用或者作為第一級熱回收器水系統(tǒng)的補充水。
9.根據(jù)權(quán)利要求書1所述機組，其特征在于，兩級熱回收器連接于壓縮機的出口段，在熱泵模式運行時，生活熱水和空調(diào)熱水可以同時制取。
10.根據(jù)權(quán)利要求書1所述機組，其特征在于，冷凝熱由兩級熱回收器共同承擔(dān)，也可以由冷凝器獨立完成，兩級熱回收器熱水需要的熱量可在零至最大的冷凝熱量范圍內(nèi)自由變化，剩余的冷凝熱量則由冷凝器進行排放，實現(xiàn)了自由熱回收。
全文摘要
超熱自由回收太陽能熱泵機組，是一種以大氣太陽能為能源的兩級熱回收熱泵裝置，包括電壓縮機、第一級熱回收器、第二級熱回收器、四通換向閥、冷凝器(冬季為蒸發(fā)器)、膨脹閥、蒸發(fā)器(冬季為冷凝器)、以及冷凝器(冬季為蒸發(fā)器)配置的風(fēng)機。該機組采用兩級串聯(lián)熱回收器后，再與冷凝器串聯(lián)的方式，實現(xiàn)了在保證制冷或制熱的工況正常運行的前提下，冷凝熱的自由回收；并在制冷時獲取過冷熱，即獲取冷凝全熱+過冷熱的超熱，因而更大地提高了制冷和制熱的能量和效率；兩級熱回收器可制取不同溫度的熱水，以滿足不同的用戶的需求，實用性廣。
文檔編號F25B29/00GK102230690SQ20111018590
公開日2011年11月2日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者唐毅, 林昌元, 林琳, 趙礦美 申請人:唐毅, 林昌元, 林琳, 趙礦美