[發明專利]帶熱水功能的熱泵系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201210307620.0
• 申請日: 2012-08-27
• 公開（公告）號: CN102840714A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 周錦生;杜玉清
• 申請（專利權）人: 特靈空調系統(中國)有限公司
• 主分類號: F25B29/00
• 分類號: F25B29/00;F25B13/00;F25B41/04;F24F5/00;F24F12/00;F24F11/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 喻學兵

技術領域

本發明涉及制冷空調設備及其控制方法，尤其涉及帶熱水功能的熱泵系統及其控制方法。該熱泵系統包括制冷劑側子系統、水側子系統、控制系統，制冷劑側子系統包括壓縮機、部分熱回收換熱器、四通換向閥、源側換熱器、膨脹裝置、空調側換熱器，通過四通換向閥調節流向。

背景技術

現有的熱泵能夠提供制冷、制熱，制冷時往熱源側釋放熱量，制熱時從熱源側吸收熱量，隨著人們對舒適性要求的不斷提高，熱泵的使用越來越廣泛。現有的熱泵熱水器從熱源側吸收熱量，然后將熱量釋放到水中，提供客戶熱水，屬于節能清潔產品。隨著人們生活水平的提高，熱水的使用量加大；隨著環保節能意識的增強，熱泵熱水器得到越來越廣泛的使用。為了滿足制冷、制熱、制熱水的需求，最簡單的辦法是購置熱泵和熱泵熱水器，這樣比較占用地方，同時投資也比較大。熱泵熱水器采用蒸汽壓縮循環，使用了制冷劑、壓縮機、冷凝器、蒸發器，這一點和熱泵基本上一致，就在零部件上和原理上保證了熱泵和熱泵熱水器可以采用同樣制冷劑、同一壓縮機、同一蒸發器，從而節約一些部件和部件所占用的場地；另外，熱泵進行制冷時需要排放廢熱，熱泵熱水器一年四季均進行制熱水，如果兩者合一，就能夠實現制冷熱回收，即熱水免費；還有，制冷制熱并不是一直都需要的，就可以讓熱泵、熱水器一體機在制冷制熱之外進行制熱水，將熱量蓄積起來。基于上述的可行性分析，熱泵廠商和熱泵熱水器廠商都在開發自己的多用機組：制冷、制熱、加熱水，采用的熱源可以是空氣或水或土壤或三者的組合。

第一代三聯供機組是部分熱回收機組，在熱泵機組的壓縮機出口，串聯一個熱水器換熱器，進行部分熱回收，熱水作為制冷制熱的副產品，采用水源的系統設計方法如圖1，系統包括壓縮機A01、部分熱回收換熱器A02、四通換向閥A03、水源換熱器A04、制冷劑節流裝置A05、空調側水換熱器A07、氣液分離器A08、熱水泵A09、空調水泵A10、源側水泵A11。采用空氣源的系統設計方法如圖2，系統包括壓縮機B01、部分熱回收換熱器B02、四通換向閥B03、空氣源換熱器B04、制冷劑節流裝置B05、儲液器B06、空調側水換熱器B07、氣液分離器B08、熱水泵B09、空調水泵B10、風機B11。直接膨脹式系統的方法如圖3，系統包括壓縮機C01、部分熱回收換熱器C02、四通換向閥C03、空氣源換熱器C04、制冷劑節流裝置C05、室內盤管C07、氣液分離器C08、熱水泵C09、室內風機C10、室外風機C11。在制冷或制熱時候進行制熱水，不進行制冷或制熱時，機組沒法進行制熱水，為了保證充足的熱水供應，用戶需要另外的熱水解決方法，比如燃氣熱水器、太陽能熱水器、熱泵熱水器、電熱水器，其優點是制冷時，熱水免費，而且可以達到很高的溫度，大約65攝氏度；制熱時，熱水溫度也可以達到約70攝氏度。中國專利文獻號CN00109283.9公布了相關的設計方法和控制方法。

第二代三聯供機組是全熱回收機組，吸取了第一代三聯供機組熱水供應不足的缺點，增大了熱水換熱器，改進了系統管路設計，涌現出很多形式的機組；其中，最簡單的是全熱回收換熱器緊隨壓縮機之后；運行時，會產生兩個高壓區域：熱水換熱器、冷凝器，其主要缺點是冷媒充注量大、冷媒管理難，尤其是在空氣源熱泵系統中，風險很大。在水源系統中，問題比較少，如圖4，熱回收換熱器D02緊隨在壓縮機D01之后，其后是冷凝器D03，之后是流量控制裝置D04，然后是水側蒸發器D05，這個系統簡單，制冷制熱靠水路人工切換，不但成本低，而且能夠保證隨時都是逆流狀態，充分利用了換熱器性能。由于水換熱器使用的制冷劑少，這種簡單的系統非常實用。也有的將熱回收換熱器D02和冷凝器D03做在一起，比如一個殼管換熱器，上部是熱回收換熱管束，下部是冷凝管束，需要全熱回收時，把冷凝水路停止即可，運行中，不會導致制冷劑缺少或者多余。這個方法適合水源系統，不適合空氣源系統。在水源系統的應用中，也不大適合于需要頻繁切換的場合，在制冷的接管方式下，如果沒有制冷的需求，就沒有產生熱水的功能了，有些不便，需要一個備用的熱水源。