專利名稱：容量可調的空氣源熱泵熱水系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種中大型空氣源熱泵熱水系統，尤其涉及一種具有自動容量調節功能的空氣源熱泵熱水系統，屬于能源類供熱及空調技術領域。
背景技術：
目前我國應用于賓館、餐廳等場所的熱水系統產品為電熱水系統、燃氣熱水系統和太陽能熱水系統等。其中，電熱水系統以消耗大量昂貴的電力為代價，不利于能源的合理利用；燃氣熱水系統在使用中則存在嚴重的安全隱患；常規的太陽能熱水系統在陰雨天是不能生產熱水的，只能依靠電加熱來彌補太陽能的不足，從而也存在能源的浪費現象，特別是在一些陰雨天比較多的南方地區使用這種熱水系統并不十分經濟。于是，一種新型的基于熱泵循環原理的熱水系統開始在熱水器市場上嶄露頭角，它是利用蒸發器從周圍環境中吸收熱能(太陽能、空氣或水等)，并通過冷凝器將熱能釋放到水箱中去，從而實現熱水的生產。熱泵熱水系統具有高效節能、可全天候使用、安全可靠等優點，而且實現了能源的低級利用，在賓館、餐廳等場所具有廣闊的發展和應用前景。
目前國內生產和銷售的絕大多數中、大型空氣源熱泵熱水系統都是按冬季工況進行設計和加工的。這些熱泵熱水系統在夏季工況下運行時，制冷劑蒸發溫度(壓力)會隨著室外空氣溫度的升高而升高，毛細管或熱力膨脹閥兩端的壓差隨之減小，導致流入熱泵蒸發器的制冷劑質量流量減少，壓縮機吸氣過熱度增大，進而影響壓縮機的容積效率和電機效率，甚至造成壓縮機無法正常工作。由此可見，按冬季工況設計的熱力膨脹閥并不能完全滿足全年運行工況的需要，不僅使得空氣源熱泵熱水系統的全年平均供熱性能系數難以提高，而且對壓縮機的安全、穩定運行以及實際使用壽命產生不良影響。迄今為止尚未檢索到涉及此類問題解決方法的相關專利材料。

發明內容
本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供一種具有自動容量調節功能的高效熱泵熱水系統，可以有效解決熱泵熱水系統全年運行中的系統匹配及容量調節問題，提高系統的季節能效比(EER)和經濟性能。
為了實現這樣的目的，在本實用新型的技術方案中，采用兩個熱力膨脹閥并聯組成熱力膨脹閥組，來代替常規的熱泵熱水系統所采用單一長度的毛細管或熱力膨脹閥。各個熱力膨脹閥分別按照冬季和夏季工況進行選型，并采用電磁閥加以通斷控制。此外，可根據環境溫度和蒸發盤管溫度多點檢測，實現供熱/除霜流程自動切換功能，使蒸發器在任何季節工況下都能達到最佳工作性能。
本實用新型包括制冷劑回路和熱水回路，由壓縮機、氣液分離器、儲液器、干燥過濾器、四通換向閥、板式換熱器、保溫水箱、循環熱泵、熱力膨脹閥組、風冷換熱器、毛細管、單向閥、電磁閥、供水閥、連接管路、保溫水箱、溫度傳感器、水位傳感器以及控制器等部件組成。本實用新型的技術特征主要在于制冷劑回路，采用由兩個電磁閥分別控制的兩個熱力膨脹閥并聯構成熱力膨脹閥組，蒸發盤管的一端連到四通換向閥的一個端口，四通換向閥的高低壓固定端口分別與壓縮機的排氣口和吸氣口連接，其第四個端口連到板式換熱器工質內管的一端，板式換熱器工質內管另一端并聯兩路，一路經一個單向閥與毛細管一端連接，另一路經一個單向閥依次與儲液器和干燥過濾器相連，干燥過濾器出口與毛細管另一端相連，同時再經一個單向閥與熱力膨脹閥組相連，熱力膨脹閥組的另一端與蒸發盤管的另一端相連，蒸發盤管該端經單向閥和儲液器的進口相連，蒸發盤管兩端分別設置一個溫度傳感器。熱水回路由保溫水箱、循環水泵、板式換熱器以及連接水管組成，并通過板式換熱器與制冷劑回路進行熱交換。
在加熱生活用水時，制冷劑自壓縮機排氣口依次經過四通換向閥，板式換熱器，儲液器，干燥過濾器，熱力膨脹閥組和蒸發盤管，再經四通換向閥，氣液分離器回到壓縮機吸氣口，從而形成制冷劑的閉合循環通路。在除霜時，四通換向閥換向，制冷劑自壓縮機排氣口依次經過四通換向閥，蒸發盤管，儲液器，干燥過濾器，毛細管和板式換熱器，再經四通換向閥，氣液分離器回到壓縮機吸氣口，從而形成制冷劑的閉合循環通路。
本實用新型的壓縮機采用半封閉旋轉式壓縮機，在壓縮機吸氣側設有氣液分離器以防止壓縮機產生濕壓縮。熱力膨脹閥組由兩條支路并聯而成，各條支路串聯一個電磁閥與一個熱力膨脹閥，熱力膨脹閥的感溫包安置在蒸發盤管出口側。在熱力膨脹閥組上游管路上設有干燥過濾器，以避免制冷劑中的水分或雜質造成管路的堵塞。風冷換熱器由蒸發盤管和軸流風扇組成，蒸發盤管為翅片管式結構，蒸發盤管進出口裝有溫度傳感器，用于檢測蒸發盤管結霜狀況。板式冷凝器與制冷劑管路和熱水管路均采用緊密的螺紋連接，便于在安裝現場進行連接。水箱內膽由不銹鋼板焊制而成，內膽與外殼之間填充聚氨脂發泡保溫材料。水箱內部裝有一只鎧裝的溫度傳感器，用于測量箱內熱水溫度。用戶可通過控制器在35～60℃范圍內任意設熱水溫度，當水箱內熱水溫度低于啟機溫度(為了防止壓縮機的頻繁啟停，控制器自動生成一個低于設定溫度3℃的啟機溫度)時，控制器將自動啟動壓縮機，直到熱水溫度達到設定溫度時，壓縮機自動停機。
本實用新型采用多個熱力膨脹閥并聯組成熱力膨脹閥組，采用制冷電磁閥進行切換控制，分別應用于冬季、夏季和春秋季節，可極大地改善空氣源熱泵熱水系統的季節能效比及全年運行的經濟性能。此外，化霜控制采用多點檢測技術，通過采集蒸發盤管不同區域溫度和環境溫度，實現對蒸發盤管結霜狀況的精確監測。本實用新型有效解決了熱泵熱水系統全年運行中的系統匹配及容量調節問題，具有高效節能、安全可靠、使用壽命長、操作簡單等優點，極具商品化發展和應用前景。


圖1為本實用新型的整體結構示意圖。
圖1中，1.壓縮機，2.單向閥，3.單向閥，4.毛細管，5.儲液器，6.干燥過濾器，7.單向閥，8.電磁閥，9.熱力膨脹閥，10.軸流風扇，11.單向閥，12.感溫包，13.溫度傳感器，14.蒸發盤管，15.溫度傳感器，16.氣液分離器，17.四通換向閥，18.溫度傳感器，19.連接管路，20.溫度傳感器，21.板式換熱器，22.循環水泵，23.進水管，24.供水閥，25.出水管，26.保溫水箱，27.水位傳感器，28.控制器。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的技術方案作進一步描述。
本實用新型的整體結構如圖1所示，主要由壓縮機1，由兩個電磁閥8與兩個熱力膨脹閥9構成的并聯的熱力膨脹閥組，蒸發盤管14，溫度傳感器15，板式換熱器21，布置在保溫水箱26上的控制器28等部件組成。蒸發盤管14的E端連到四通換向閥17的A口，四通換向閥17的高壓固定端口D口和低壓固定端口B口分別與壓縮機1的排氣口和吸氣口連接，四通換向閥17的C口連到板式換熱器21工質內管的一端，板式換熱器21工質內管另一端并聯兩路，一路經單向閥3與毛細管4一端連接，另一路經單向閥2依次與儲液器5和干燥過濾器6相連，干燥過濾器6出口與毛細管4另一端相連，同時經一個單向閥7與熱力膨脹閥組的一端相連，熱力膨脹閥組的另一端與蒸發盤管14的F端相連，蒸發盤管14的F端經單向閥11和儲液器5的進口相連，蒸發盤管14兩端分別設置一個溫度傳感器13和15。熱力膨脹閥的感溫包12安置在蒸發盤管14的E端出口側，壓縮機1的吸氣口側接有氣液分離器16。
制冷劑的循環過程如下在加熱生活用水時，自壓縮機1的排氣口依次經過四通換向閥17、板式換熱器21、單向閥2、儲液器5、干燥過濾器6、單向閥7、電磁閥8、熱力膨脹閥9和蒸發盤管14，再經四通換向閥17，氣液分離器16回到壓縮機1的吸氣口，從而形成制冷劑的閉合循環通路。在除霜時，四通換向閥17換向，自壓縮機1的排氣口依次經過四通換向閥17、蒸發盤管14、單向閥11、儲液器5、干燥過濾器6、毛細管4、單向閥3和板式換熱器21，再經四通換向閥17、氣液分離器16回到壓縮機1的吸氣口，從而形成制冷劑的閉合循環通路。熱水回路由保溫水箱26、循環水泵22、板式換熱器21、供水閥24以及連接水管19組成，并通過板式換熱器21與制冷劑回路進行熱交換。
控制器28嵌在保溫水箱26殼體上，顯露控制面板，是本實用新型的主要控制部件。軸流風扇10的轉速控制，供水閥24啟停控制，熱力膨脹閥9切換，供熱/除霜流程切換以及參數設置都通過控制器28完成。控制器28連接四個溫度傳感器溫度傳感器13和15分別設置在蒸發盤管的進、出口管上，以檢測蒸發溫度。溫度傳感器18設置在室外，以檢測環境溫度。溫度傳感器20設置在保溫水箱下部，以檢測水溫。控制器28以溫度傳感器20的檢測信號作為輸入量，可根據用戶設定的熱水終溫35～60℃和溫度傳感器所檢測的水溫，實現對供熱流程啟停控制。控制器28以溫度傳感器13、15、18的檢測信號作為輸入量，通過檢測蒸發盤管14結霜狀況和環境溫度實現供熱/除霜流程切換。水箱進水管23設置在保溫水箱26下部，經供水閥24與自來水管網連接，使用熱水時打開出水管25上的閥件。控制器28以水位傳感器27的檢測信號作為輸入量，根據用戶設定的水箱水位控制供水閥啟停。此外，控制器28還可根據不同的季節工況切換兩個電磁閥8的啟停狀態，從而在兩個熱力膨脹閥9中選擇合適的熱力膨脹閥。
權利要求1.一種容量可調的空氣源熱泵熱水系統，包括蒸發盤管(14)、壓縮機(1)、板式換熱器(21)和布置在保溫水箱(26)上的控制器(28)，其特征在于由兩個電磁閥(8)分別控制的兩個熱力膨脹閥(9)并聯構成熱力膨脹閥組，蒸發盤管(14)的一端連到四通換向閥(17)的一個端口，四通換向閥(17)的高低壓固定端口分別與壓縮機(1)的排氣口和吸氣口連接，四通換向閥(17)的第四個端口連到板式換熱器(21)工質內管的一端，板式換熱器(21)工質內管另一端并聯兩路，一路經一個單向閥(3)與毛細管(4)的一端連接，另一路經一個單向閥(2)依次與儲液器(5)和干燥過濾器(6)相連，干燥過濾器(6)出口與毛細管(4)的另一端相連，同時經一個單向閥(7)與熱力膨脹閥組的一端相連，熱力膨脹閥組的另一端與蒸發盤管(14)的另一端相連，同時經一個單向閥(11)與儲液器(5)的進口相連，蒸發盤管(14)兩端分別設置一個溫度傳感器(13、15)。
2.根據權利要求1的容量可調的空氣源熱泵熱水系統，其特征在于所述控制器(28)以分別設置在蒸發盤管(14)兩端的溫度傳感器(13、15)以及設置在室外的溫度傳感器(18)的檢測信號作為輸入量，通過采集蒸發盤管(14)進出口溫度和環境溫度，實現供熱/除霜流程切換。
專利摘要一種容量可調的空氣源熱泵熱水系統，包括蒸發盤管、壓縮機、板式換熱器和布置在保溫水箱上的控制器，采用兩個按照冬季和夏季工況進行設計的熱力膨脹閥并聯組成熱力膨脹閥組，并采用電磁閥加以通斷控制，控制器以分別設置在蒸發盤管兩端的溫度傳感器以及設置在室外的溫度傳感器的檢測信號作為輸入量，通過采集蒸發盤管進出口溫度和環境溫度，實現供熱/除霜流程切換，可使蒸發器在任何季節工況下都能達到最佳工作性能。本實用新型具有高效節能、安全可靠、使用壽命長、操作簡單等優點，具有商品化應用前景。
文檔編號F24F12/00GK2766183SQ20042011032
公開日2006年3月22日 申請日期2004年11月25日 優先權日2004年11月25日
發明者吳靜怡, 許煜雄, 陳振豪, 王如竹, 孫云康 申請人:上海交通大學