一种低温空气源提供热水和地暖的热泵机组的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种通过低温空气源进行热水和地暖的热泵机组，压缩机的出口端与冷凝器入口端之间的管道上连接四通阀，冷凝器出口端与经济器的系统冷媒进口之间管道上依次连接有储液罐和过滤器，经济器的系统冷媒出口与蒸发器入口端之间的管道上设有第二热力膨胀阀，蒸发器输出端与压缩机入口端之间的管道上依次连接有所述四通阀和分离器并最终形成闭式的制冷剂循环系统，冷凝器包括第一冷凝器和第二冷凝器，第一冷凝器为保温水箱中的冷水加热，第二冷凝器为采暖散热管中的冷水加热。本实用新型满足了在低温条件下即需要热水又需要采暖的需求，降低冬季在热能需求时对一次性能源的过渡消耗、改善空气的质量，减少排污。
【专利说明】ー种低温空气源提供热水和地暖的热泵机组
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及ー种热泵机组，尤其是涉及一种通过低温空气源进行热水和地暖的热泵机组。
【背景技术】
[0002]在我国北方地区，采暖及生活热水是人们生活中的一种最基础的需求，在冬季低温环境下，人们的采暖一般通过市政锅炉燃烧煤来提供热源，也就是所谓的集中供热，生活热水通过燃气壁挂炉、燃煤炉、电热水器来获取，有些地方采用太阳能+电热水器来配套使用获取生活热水。北方的采暖大部分使用造价相对低的暖气片供热，通过将市政管道输送的热水接通到暖气片中，热水在暖气片内部流动时，通过暖气片的铸铁外表辐射散热来达到供暖的要求。一般对水温的要求较高，最低温度不易低于65°C。才能达到局部供热的要求。
[0003]北方的冬季在低温环境下，热水通过燃煤热水器，燃气热水器、电热水器、太阳能热水器来提供生活热水，采暖也通过市政集中供热方式来提供，这种方式在北方供热有以下不足之处:
[0004]1、通过燃烧煤、燃气来获取热水和采暖消耗大量一次能源，同时产生CO2等温室气体，是温室效应的罪魁祸首，产生氮化物和硫化物造成酸雨等灾害，严重污染环境，在北方的冬天会经常出现雾霸天气，对人们的生活产生了直接的影响。
[0005]2、通过电热水器来获热水或采暖，由于电能每度电产生的热值为860大卡，而电热水器的有效热效率最高为95%，每度电产生的热值过小，因而在低温环境采用电能来获取生活热水，能耗很大。家庭采用是热水器加工热水，几乎会占用整个用电量的一半以上。另一方面，电热水器的大量采用会导致国家电网的负荷难以满足。影响整个国民经济的良性发展。
[0006]3、采用太阳能热水器来获取热水或供暖，由于太阳能加工热水的原理是通过太阳能管内壁的硅吸收太阳光来加工热水，因为太阳能容易受环境影响，在阴天、雨天、夜间无太阳光的情况下，太阳能不能提供稳定的热水。在低温环境下，由于夜间温度较低，太阳能管内的水降温凝结成冰，体积増大，就容易导致太阳能爆管。因而太阳能热水器一般都会采用增加辅助加热设备，如锅炉、电热水器等作为备用。
【发明内容】
[0007]本实用新型设计了ー种低温空气源提供热水和地暖的热泵机组，其解决的技术问题是现有热泵机组无法具有在低温条件下既提供热水又提供采暖功能。
[0008]为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用了以下方案:
[0009]一种通过低温空气源进行热水和地暖的热泵机组，压缩机(I)的出ロ端与冷凝器入口端之间的管道上连接四通阀(2)，冷凝器出口端与经济器(17)的系统冷媒进ロ(171)之间管道上依次连接有储液罐(13)和过滤器(14)，经济器(17)的系统冷媒出ロ( 172)与蒸发器(21)入口端之间的管道上设有第二热力膨胀阀(19)，过滤器(14)输出端与经济器(17)的喷液进口(173)之间通过喷液进入管道连通，并在喷液进入管道上设第五电磁阀(16)和第一热力膨胀阀(18)，经济器(17)的喷液出口(174)通过喷液输出管道与压缩机
(I)连接；蒸发器(21)输出端与压缩机(I)入口端之间的管道上依次连接有所述四通阀(2)和分离器(22)并最终形成闭式的制冷剂循环系统，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 )为保温水箱(6 )中的冷水加热，第二冷凝器(9 )为采暖散热管(12)中的冷水加热。
[0010]进一步，第一冷凝器(4)和第二冷凝器(9)并联连接，第一冷凝器(4)制冷剂进出口管道上分别设有第一电磁阀(3)和第二电磁阀(7)，保温水箱(6)中的冷水通过装有第一循环水泵(5 )的循环管道与第一冷凝器(4 )进行换热；第二冷凝器(9 )制冷剂进出口管道上分别设有第三电磁阀(8)和第四电磁阀(10)，采暖散热管(12)中的冷水通过装有第二循环水泵(11)的循环管道与第二冷凝器(9)进行换热。
[0011]进一步，过滤器(14)输出端与压缩机(I)之间还设有增温管道，在增温管道上设有电子膨胀阀(15)。
[0012]该低温空气源提供热水和地暖的热泵机组与传统热泵机组相比，具有以下有益效果:
[0013](I)本实用新型满足了在低温条件下即需要热水又需要采暖的需求，降低冬季在热能需求时对一次性能源的过渡消耗、改善空气的质量，减少排污。
[0014](2)本实用新型获取热水和采暖，不需要消耗煤、燃气等一次能源，无二氧化碳、一氧化硫、粉尘、烟气等有害毒素的排放。不影响大气的环境，直接降低北方城市雾霸天气的产生。
[0015](3)本实用新型在低温环境下可实现多点供水，水温恒定的功能，在低温环情下使用地板采暖，采用超导热地暖模块，水温只需要45度以下即可将室内温度升到25度，房间温度上升快，开机只需要30分即可，相对传统方式的采暖更节能。使用更舒适。设备制热的能力是电热的2倍以上，同时也杜绝太阳能因为气温低导致的爆管、水温不能持续加热等缺限。
[0016](4)本实用新型由于经济器的喷液出口通过喷液输出管道与压缩机连接，经过第一热力膨胀阀的低温低压制冷剂在经济器进行热交换后通过喷液出口直接回到压缩机，控制压缩机二次排气的温度，避免排气温度过高，并通过稳定压缩机的排气提高冷凝器的热交换效率。
[0017](5)本实用新型通过经济器和第二热力膨胀阀二次降温，降低制冷剂的温度，实现制冷剂进入室外蒸发器后与空气换热的高效率。
[0018](6)本实用新型由于在过滤器输出端与压缩机之间还设有增温管道，让一部分高温制冷直接回到压缩机提高二次压缩的排气温度，增加二次换热效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1:本实用新型低温空气源提供热水和地暖的热泵机组的系统原理图。
[0020]附图标记说明:
[0021]I一压缩机；2—四通阀；3—第一电磁阀；4一第一冷凝器；5—第一循环水泵；6—保温水箱；7—第二电磁阀；8—第三电磁阀；9一第二冷凝器；10—第四电磁阀；11 一第二循环水泵；12—采暖散热管；13—储液罐；14一过滤器；15 —电子膨胀阀；16—第五电磁阀；
17—经济器；171—系统冷媒进ロ；172—系统冷媒出口 ；173—喷液进ロ ；174—喷液出口 ；
18—第一热カ膨胀阀；19一第二热カ膨胀阀；20—风机；21—蒸发器；22—分离器。
【具体实施方式】
[0022]下面结合图1，对本实用新型做进ー步说明:
[0023]低温空气源热水+地暖热泵机组，主要有压缩机1、四通阀2、第一电磁阀3、第一冷凝器4、循环泵5、保温水箱6、第二电磁阀7、第三电磁阀8、第二冷凝器9、第四电磁阀10、第ニ循环水泵11、采暖散热管12、储液罐13、过滤器14、电子膨胀阀15、第五电磁阀16、经济器17、第一热カ膨胀阀18、第二热カ膨胀阀19、风机20、蒸发器21以及分离器22等主要部件组成。
[0024]所有主要部件通过铜管连接组成一个闭式的制冷剂循环系统，设备的运行模式有两种不同模式:1、制热水。2、地板米暖。
[0025]分别对两种不同模式的运行进行说明:
[0026]1、制热水模式的工作原理:
[0027]在低温环境_25°C时，主机加工热水时的运行流程依次为:第三电磁阀8、第四电磁阀10断电常闭，第一电磁阀3、第二电磁阀7通电打开，第一循环水泵5启动运行，风机20启动运行，压缩机I开始运行，将制冷剂压缩成高温高压的气态，其制冷剂温度最高可达到130度，高温高压的制冷剂通过四通阀2流经第一冷凝器4时开始释放热量，保温水箱6储存有冷水，通过第一循环水泵5不断将冷水抽到冷凝器中，冷水吸收第一冷凝器4中高温制冷剂的温度不断加热后又被第一循环水泵5压到保温水箱6，水温升高。
[0028]第一冷凝器4中的高温高压制冷剂释放热量后温度降低出现气液混合状态，在制冷剂流经储液罐13吋，对小部分液态制冷器进行储存，大部分气态制冷剂在流经过滤器14时，制冷剂中的杂质进一歩清洁掉，增强系统的稳定性。
[0029]此时高温制冷剂会依据环境温度分为三路流向自动调节系统的稳定性。一路制冷剂会通过电子膨胀阀15，电子膨胀阀15会依据气温的变化调整开启相的口径大小，气温越低，电子膨胀阀开启的角度就越大，让一部分高温制冷直接回到压缩机I提高二次压缩的排气温度，増加二次换热效率。另一路高温高压制冷剂会通过第五电磁阀16后通过第一热力膨胀阀18截流后变成低温低压的气液状态通过喷液进ロ 173回到经济器17，还有一路高温高压的制冷剂直接通过系统冷媒进ロ 171流到经济器17。两路不同的冷热制冷剂进行热交换后，经过第一热カ膨胀阀18的低温低压制冷剂在经济器进行热交换后通过喷液出ロ 174直接回到压缩机1，控制压缩机I 二次排气的温度过高，稳定系统运行。经过过滤器14从系统冷媒进ロ 171进入经济器的高温高压制冷剂进行热交换后，制冷剂最低温度变为-10°C。高压低温制冷剂经过第二热カ膨胀阀19截流后二次降温，此时制冷剂的温度最低可达到-60°C。
[0030]低温制冷剂-60°C进入蒸发器20吋，与外界环境温度_25°C有35度的温差，通过风机20带动-25°C的空气与_60°C蒸发器内部制冷剂进行热交換，空气的温度进ー步降低排出，低温制冷剂吸热形成气液态，通过四通阀2回到分离器22，将ー小部分液态制冷剂储存，大部分低温气态制冷剂又重新回到压缩机1，如此反复循环，热水的温度达到设定温度停机。
[0031]此系统在运行的过程中，电子膨胀阀15，第五电磁阀16为有条件开启，在低温环境下才会打开，其主要作用主要有两点:一是通过稳定压缩机I的排气提高第一冷凝器4的热交换效率。二是通过第二热力膨胀阀19 二次截流降温来降低制冷剂的温度进入蒸发器21后提高与空气换热的效率。这是保证主机在低温环境下使用获得能效比较高的决定因素。
[0032]2、地板采暖模式的工作原理:
[0033]在低温环境_25°C时，主机提供地板采暖时的运行流程依次为:第三电磁阀8和第四电磁阀10通电常开，第一电磁阀3和第二电磁阀7断电常闭，第二循环水泵11启动运行，风机20启动运行，压缩机I开始运行，将制冷剂压缩成高温高压的气态，其制冷剂温度最高可达到130°C，高温高压的制冷剂通过四通阀2流经第二冷凝器9时开始释放热量，采暖散热管12放置于室内，内部储存有冷水，通过第二循环水泵11不断将冷水抽到第二冷凝器9中，冷水吸收冷凝器8中高温制冷剂的温度不断加热后又被第二循环水泵11带到采暖散热管12中，随着采暖散热管12中的水温升高，室内温度也同步升高。
[0034]第二冷凝器9中的高温高压制冷剂释放热量后温度降低出现气液混合状态，在制冷剂流经储液罐13时，对小部分液态制冷器进行储存，大部分气态制冷剂在流经过滤器14时，制冷剂中的杂质进一步清洁掉，增强系统的稳定性。
[0035]此时高温制冷剂会依据环境温度分为三路流向自动调节系统的稳定性。一路制冷剂会通过电子膨胀阀15，电子膨胀阀15会依据气温的变化调整开启相的口径大小，气温越低，电子膨胀阀开启的角度就越大，让一部分高温制冷直接回到压缩机I提高二次压缩的排气温度，增加二次换热效率。另一路高温高压制冷剂会通过第五电磁阀16后通过第一热力膨胀阀18截流后变成低温低压的气液状态通过喷液进口回到经济器17，还有一路高温高压的制冷剂直接通过系统冷媒进口流到经济器17。两路不同的冷热制冷剂进行热交换后，经过第一热力膨胀阀18的低温低压制冷剂在经济器进行热交换后通过喷液出口直接回到压缩机1，控制压缩机二次排气的温度过高，稳定系统运行。经过过滤器14从系统冷媒进口进入经济器的高温高压制冷剂进行热交换后，制冷剂最低温度变为-1o°c。高压低温制冷剂经过第二热力膨胀阀19截流后二次降温，此时制冷剂的温度最低可达到_60°C。
[0036]低温制冷剂_60°C进入蒸发器20时，与外界环境温度_25°C有35度的温差，通过风机20带动-25°C的空气与_60°C蒸发器内部制冷剂进行热交换，空气的温度进一步降低排出，低温制冷剂吸热形成气液态，通过四通阀2回到分离器22，将一小部分液态制冷剂储存，大部分低温气态制冷剂又重新回到压缩机1，如此反复循环，室内的温度达到设定温度时主机停机。
[0037]此系统在运行的过程中，有一部分与制热水的方式相同，在实际的应用中，我们在主机的控制板上设定时，使终以热水优先加热为准，例如在采暖时，设备先加工完热水，运行时间控制在20分钟以内，然后转入地板采暖，这样就利于主机即可提供生活热水，又可实现地板采暖，提高主机的最大利用率，只有在按热水模式时，系统控制只提供热水，主机才会单制热水，不实行采暖的功能。例如在天气暖和时，此时可选用制热水功能。
[0038]采用低温空气源热水+地暖热泵机组技术，解决了在低温条件下即需要热水又需要采暖的需求，降低冬季在热能需求时对一次能源的过渡消耗、改善空气的质量，减少排污。
[0039]上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种通过低温空气源进行热水和地暖的热泵机组，压缩机(I)的出口端与冷凝器入口端之间的管道上连接四通阀(2)，冷凝器出口端与经济器(17)的系统冷媒进口(171)之间管道上依次连接有储液罐(13)和过滤器(14)，经济器(17)的系统冷媒出口( 172)与蒸发器(21)入口端之间的管道上设有第二热力膨胀阀(19)，过滤器(14)输出端与经济器(17)的喷液进口( 173)之间通过喷液进入管道连通，并在喷液进入管道上设第五电磁阀(16)和第一热力膨胀阀(18)，经济器(17)的喷液出口( 174)通过喷液输出管道与压缩机(I)连接；蒸发器(21)输出端与压缩机(I)入口端之间的管道上依次连接有所述四通阀(2)和分离器(22)并最终形成闭式的制冷剂循环系统，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 )为保温水箱(6 )中的冷水加热，第二冷凝器(9 )为采暖散热管(12)中的冷水加热。
2.根据权利要求1所述通过低温空气源进行热水和地暖的热泵机组，其特征在于--第一冷凝器(4)和第二冷凝器(9)并联连接，第一冷凝器(4)制冷剂进出口管道上分别设有第一电磁阀(3)和第二电磁阀(7)，保温水箱(6)中的冷水通过装有第一循环水泵(5)的循环管道与第一冷凝器(4)进行换热；第二冷凝器(9)制冷剂进出口管道上分别设有第三电磁阀(8)和第四电磁阀(10)，采暖散热管(12)中的冷水通过装有第二循环水泵(11)的循环管道与第二冷凝器(9)进行换热。
3.根据权利要求1或2所述通过低温空气源进行热水和地暖的热泵机组，其特征在于:过滤器(14)输出端与压缩机(I)之间还设有增温管道，在增温管道上设有电子膨胀阀(15)。
【文档编号】F24H4/02GK203413822SQ201320427679
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】丁德华, 毛平, 王艺静 申请人:四川双亿实业有限公司