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一种适用于高低温环境的三压力高效 风冷 热 泵 热 水器

阅读：282发布：2024-01-09

专利汇可以提供一种适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器。本发明通过两个膨胀阀、一个再冷器及一个中压气液分离器的巧妙匹配组合，以及辅路压缩机和蒸发压力调节器的辅助优化调节，即解决了夏季高温制热时，蒸发温度和吸气压力过高、容易引起电机负荷过大而烧毁电机的突出问题，又解决冬季低温制热工作模式下蒸发温度过低、蒸发器表面结霜严重、压缩机压缩比过大、排气温度过高、制热能力和能效比急剧下降的突出问题，拓宽了风冷热泵热水器的应用领域。，下面是一种适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器，其特征在于：所述热水器包括主路压缩机（1）、主路油分离器（2）、水冷式冷凝器（4）、再冷器（5）、中压气液分离器（9）、风冷式蒸发器（11）、低压气液分离器（13）、蒸发压力调节器（14）、辅路压缩机（15）、辅路油分离器（16）、循环水泵（18）和连接管道；所述主路压缩机（1）的排气口与主路油分离器（2）相连，主路油分离器（2）分别与辅路油分离器（16）和水冷式冷凝器（4）相连；所述水冷式冷凝器（4）的出口与再冷器（5）的主路进口相连接，再冷器（5）的主路出口与中压气液分离器（9）的进口相连接；所述中压气液分离器（9）的两个出口分别与再冷器（5）的辅路进口、第二膨胀阀（10）的进口相连接；所述第二膨胀阀（10）的出口与风冷式蒸发器（11）相连，风冷式蒸发器（11）与低压气液分离器（13）相连后再与主路压缩机（1）的吸气口相连接；所述再冷器（5）的辅路出口通过蒸发压力调节器（14）与辅路压缩机（15）的吸气口相连接；所述辅路压缩机（15）的排气口与辅路油分离器（16）相连，辅路油分离器（16）与水冷式冷凝器（4）的进口通过管道汇合后再与主路单向阀（3）的出口相连接。
2.根据权利要求1所述的适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器，其特征在于：还包括主路单向阀（3）、干燥过滤器（6）、观察镜（7）、第一膨胀阀（8）、第二膨胀阀（10）、辅路单向阀（17）和室外风机（12），辅路油分离器（16）与水冷式冷凝器（4）之间设有辅路单向阀（17），主路油分离器（2）与水冷式冷凝器（4）之间设有主路单向阀（3）；再冷器（5）与中压气液分离器（9）之间的管道上依次设有干燥过滤器（6）、观察镜（7）和第一膨胀阀（8）。
3.根据权利要求1所述的适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器，其特征在于：所述的主路压缩机（1）和辅路压缩机（15）为定频涡旋式压缩机、定频滚动转子式压缩机、变频涡旋式压缩机、变频滚动转子式压缩机中的任意一种形式。
4.根据权利要求1所述的适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器，其特征在于：所述的水冷式冷凝器（4）为壳管式冷凝器、套管式冷凝器、板式冷凝器中的任意一种结构形式。
5.根据权利要求1所述的适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器，其特征在于：所述的风冷式蒸发器（11）为翅片管式换热器、层叠式换热器、平行流式换热器中的任意一种结构形式。
6.根据权利要求1所述的适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器，其特征在于：所述的室外风机（12）为变频风机、定频风机、调挡风机中的任意一种形式；所述再冷器（5）为板式换热器、套管换热器、闪发器中的任意一种结构形式。
7.根据权利要求1所述的适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器，其特征在于：所述的第一膨胀阀（8）和第二膨胀阀（10）为手动膨胀阀、阻流式膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的任意一种节流机构形式；所述的蒸发压力调节器（14）为一种受阀前压力控制的比例调节器、比例积分调节器、比例微分调节器、比例积分微分调节器中的任意一种调节器形式。

说明书全文

一种适用于高低温环境的三压力高效 风冷 热 泵 热 水器

技术领域

[0001] 本发明涉及空调热泵技术领域，具体涉及一种适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器。

背景技术

[0002] 面对能源短缺和环境污染问题的日益突出，燃煤锅炉已逐渐被取代，开发高效节能、舒适性好、安全可靠的热泵热水器已成为热泵行业可持续快速发展的关键。常规空气源热泵热水器以空气作为冷热源，结构简单，安装使用方便，可以充分利用空气中的能源，是一种高效、节能的热水器。但在夏季室外气温过高时，空气源热泵装置的蒸发温度较高，则吸气压力、排气温度也会过高，容易引起电机负荷过大，导致压缩机保护性停机，甚至烧毁电机；同样在冬季室外气温过低时，空气源热泵装置的蒸发温度过低、蒸发器表面结霜严重、压缩机压缩比过大、排气温度过高，其制热能力和能效比急剧下降，甚至可能导致装置不能正常运行。总之，当室外温度过高或过低时，常规空气源热泵热水器存在的上述突出问题，严重影响了空气源热泵热水器的推广及应用。

[0003] 针对常规空气源热泵热水器存在的不足，目前常用的解决方案有三种：一种采用传统的辅助电加热器方式，但效率较低，运行成本较高，几乎已经淘汰。另两种方案分别采用两级压缩式制热循环方式和复叠式制热循环方式，一定程度解决了空气源热泵高温工况或低温工况制热时压缩机压缩比过大、排气温度过高、吸气压力过高或过低的问题，提高了机组制热能力以及能效比，但该两种方案中也存在如下问题：首先是两级压缩式循环和复叠式循环随用户负荷变化时能量调节范围较小，当负荷降低时，系统能量调节过程中能量消耗的减少量较小，而系统能效比下降明显；其次是复叠式循环系统采用两套制冷循环和两种制冷剂，结构复杂、体积庞大；最后是两级压缩式循环和复叠式循环的蒸发器表面出现严重结霜时，如何高效的融霜成了一个亟待解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器，以解决现有空气源热泵热水器在高温工况和低温工况制热时压缩机压缩比过大、排气温度过高、吸气压力过高或过低、系统制热量和能效比急剧下降等突出技术问题。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明通过下述技术措施来实现：一种适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器，所述热水器包括主路压缩机、主路油分离器、主路单向阀、水冷式冷凝器、再冷器、干燥过滤器、观察镜、第一膨胀阀、中压气液分离器、第二膨胀阀、风冷式蒸发器、室外风机、低压气液分离器、蒸发压力调节器、辅路压缩机、辅路油分离器、辅路单向阀、循环水泵和连接管道；所述主路压缩机的排气口与主路油分离器相连、主路油分离器再与主路单向阀相连，主路单向阀通过连接管道分别与水冷式冷凝器的进口和辅路单向阀的出口相连接；所述水冷式冷凝器的出口与再冷器的主路进口相连接，再冷器的主路出口与中压气液分离器的进口相连接、二者之间的管道上依次设有干燥过滤器、观察镜、第一膨胀阀；所述中压气液分离器的两个出口分别与再冷器的辅路进口、第二膨胀阀的进口相连接；所述第二膨胀阀的出口与风冷式蒸发器相连、风冷式蒸发器与低压气液分离器相连后再与主路压缩机的吸气口相连接；所述再冷器的辅路出口通过蒸发压力调节器与辅路压缩机的吸气口相连接；所述辅路压缩机的排气口通过辅路油分离器后再与辅路单向阀相连，辅路单向阀的出口与水冷式冷凝器的进口通过管道汇合后再与主路单向阀的出口相连接。

[0006] 所述的主路压缩机和辅路压缩机为定频涡旋式压缩机、定频滚动转子式压缩机、变频涡旋式压缩机、变频滚动转子式压缩机中的任意一种形式。

[0007] 所述的水冷式冷凝器为壳管式冷凝器、套管式冷凝器、板式冷凝器中的任意一种结构形式。

[0008] 所述的风冷式蒸发器为翅片管式换热器、层叠式换热器、平行流式换热器中的任意一种结构形式。

[0009] 所述的室外风机为变频风机、定频风机、调挡风机中的任意一种形式。

[0010] 所述的第一膨胀阀和第二膨胀阀为手动膨胀阀、阻流式膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的任意一种节流机构形式。

[0011] 所述的蒸发压力调节器为一种受阀前压力（即蒸发压力）控制的比例调节器、比例积分调节器、比例微分调节器、比例积分微分调节器中的任意一种调节器形式。

[0012] 所述再冷器为板式换热器、套管换热器、闪发器中的任意一种结构形式。

[0013] 本发明的有益效果如下：本发明提供一种适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器，其构思新颖，机组设计优化巧妙，具有以下主要优点：
（1）通过第一膨胀阀一级节流、第二膨胀阀二级节流，该风冷热泵热水器显著降低了系统的节流损失，提高了系统的制热系数。

[0014] （2）通过再冷器、中压气液分离器辅助调节，该风冷热泵热水器增加了第一膨胀阀和第二膨胀阀节流前的过冷度，降低了主路压缩机的吸气过热度，即解决夏季高温制热时，蒸发温度较高、吸气压力和排气温度也会过高、容易引起电机负荷过大而烧毁电机的突出问题，又解决冬季低温制热工作模式下蒸发温度过低、蒸发器表面结霜严重、压缩机压缩比过大、排气温度过高、制热能力和能效比急剧下降的突出问题，拓宽了风冷热泵热水器的应用领域。

[0015] （3）通过辅路压缩机和蒸发压力调节器的辅助调节，该风冷热泵热水器的制热量可以随用户负荷的变化而迅速变化，且能量调节范围较宽,提高了风冷热泵热水器全年运行的可靠性、稳定性和经济性。

[0016] 本发明的一种适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器可以广泛应用于民用建筑、公共建筑、别墅建筑等所有可以采用空气源热泵提供热水的场所。附图说明

[0017] 图1为本发明的结构原理图。

[0018] 图2为三压力工作模式流程图。

[0019] 图3为单级压缩工作模式流程图。

[0020] 图中：各部件的序号和名称如下：1-主路压缩机；2-主路油分离器；3-主路单向阀；4-水冷式冷凝器；5-再冷器；6-干燥过滤器；7-观察镜；8-第一膨胀阀；9-中压气液分离器；10-第二膨胀阀；11-风冷式蒸发器；12-室外风机；13-低压气液分离器；14-蒸发压力调节器；15-辅路压缩机；16-辅路油分离器；
17-辅路单向阀；18-循环水泵。

具体实施方式

[0021] 本发明以下将结合实施例（附图）做进一步描述，但并不限制本发明。

[0022] 实施例1如图1所示，本发明提供一种适用于高低温环境的三压力高效风冷热泵热水器，所述热水器包括主路压缩机1、主路油分离器2、主路单向阀3、水冷式冷凝器4、再冷器5、干燥过滤器6、观察镜7、第一膨胀阀8、中压气液分离器9、第二膨胀阀10、风冷式蒸发器11、室外风机
12、低压气液分离器13、蒸发压力调节器14、辅路压缩机15、辅路油分离器16、辅路单向阀
17、循环水泵18以及连接管道。其具体连接关系为：所述主路压缩机1的排气口依次通过主路油分离器2、主路单向阀3分别与水冷式冷凝器4的进口、辅路单向阀17的出口相连接；所述水冷式冷凝器4的出口与再冷器5的主路进口相连接；所述再冷器5的主路出口依次通过干燥过滤器6、观察镜7、第一膨胀阀8与中压气液分离器9的进口相连接；所述中压气液分离器9的两个出口分别与再冷器5的辅路进口、第二膨胀阀10的进口相连接；所述第二膨胀阀
10的出口依次通过风冷式蒸发器11、低压气液分离器13与主路压缩机1的吸气口相连接；所述再冷器5的辅路出口通过蒸发压力调节器14与辅路压缩机15的吸气口相连接；所述辅路压缩机15的排气口依次通过辅路油分离器16、辅路单向阀17分别与水冷式冷凝器4的进口、主路单向阀3的出口相连接。

[0023] 本发明所述的主路压缩机1和辅路压缩机15为定频涡旋式压缩机。所述的水冷式冷凝器4为壳管式冷凝器。所述的风冷式蒸发器11为翅片管式换热器。所述的室外风机12为变频风机。所述的第一膨胀阀8和第二膨胀阀10为手动膨胀阀和阻流式膨胀阀。所述的蒸发压力调节器14为一种受阀前压力（即蒸发压力）控制的比例调节器。所述再冷器5为板式换热器。

[0024] 实施例2本发明所述的主路压缩机1和辅路压缩机15为定频滚动转子式压缩机。所述的水冷式冷凝器4为套管式冷凝器。所述的风冷式蒸发器11为层叠式换热器。所述的室外风机12为定频风机。所述的第一膨胀阀8和第二膨胀阀10为阻流式膨胀阀。所述的蒸发压力调节器14为比例积分调节器。所述再冷器5为套管换热器。其它结构与实施例1相同。

[0025] 实施例3本发明所述的主路压缩机1和辅路压缩机15为变频涡旋式压缩机。所述的水冷式冷凝器4为板式冷凝器。所述的风冷式蒸发器11为平行流式换热器。所述的室外风机12为调挡风机。所述的第一膨胀阀8和第二膨胀阀10为浮球式膨胀阀。所述的蒸发压力调节器14为比例微分调节器。所述再冷器5为闪发器。其它结构与实施例1相同。

[0026] 实施例4所述的主路压缩机1和辅路压缩机15为变频滚动转子式压缩机。所述的水冷式冷凝器4为板式冷凝器。所述的风冷式蒸发器11为翅平行流式换热器中。所述的室外风机12为调挡风机。所述的第一膨胀阀8和第二膨胀阀10为热力膨胀阀。所述的蒸发压力调节器14为比例积分微分调节器。所述再冷器5为闪发器。其它结构与实施例1相同。

[0027] 实施例5所述的主路压缩机1和辅路压缩机15为变频滚动转子式压缩机。所述的水冷式冷凝器4为壳管式冷凝器。所述的风冷式蒸发器11为平行流式换热器。所述的室外风机12为调挡风机。所述的第一膨胀阀8和第二膨胀阀10为电子膨胀阀。所述的蒸发压力调节器14为比例积分微分调节器。所述再冷器5为闪发器。其它结构与实施例1相同。

[0028] 本发明的工作原理为：通过两个膨胀阀、一个再冷器及一个中压气液分离器的巧妙匹配组合，以及辅路压缩机和蒸发压力调节器的辅助优化调节，该风冷热泵热水器可实现二种工作模式：（1）三压力工作模式
图2为三压力工作模式流程图，当室外空气温度大约位于46℃ 55℃或-20℃ -6℃之间~ ~
时，可采用此工作模式。此时主路压缩机1、室外风机12、辅路压缩机15、循环水泵18启动。系统的工作流程：主路压缩机1排出的高温高压气态制冷剂依次通过主路油分离器2、主路单向阀3与通过辅路单向阀17的高温高压气态制冷剂混合，然后进入水冷式冷凝器4，释放热量加热经循环水泵18引入的冷水，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，进入再冷器5的主路侧释放热量加热经再冷器5辅路侧的中压中温的饱和气态制冷剂，进一步过冷变为过冷度较大的液态制冷剂，再依次通过干燥过滤器6、观察镜7进入第一膨胀阀8，经过第一膨胀阀8的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器9进行气液分离后分为两路，其中一路为分离出的中压中温的饱和液态制冷剂，经中压气液分离器9下部排出，然后再经过第二膨胀阀10的节流调节后变为低温低压的气液两相制冷剂，进入风冷式蒸发器
11，吸收室外风机12引入的空气源热量，蒸发变为低压的过热制冷剂蒸汽，然后经低压气液分离器13进行气液分离后进入主路压缩机1的吸气口，经过主路压缩机1的压缩后，排出高温高压气态制冷剂，开始进入下一循环。另一路为分离出的中压中温的饱和气态制冷剂，经中压气液分离器9上部排出，进入再冷器5的辅路侧吸收经再冷器5主路侧的过冷或饱和液态制冷剂热量，变为过热气态制冷剂，再经过蒸发压力调节器14节流调压进入辅路压缩机
15的吸气口，经过辅路压缩机15压缩排出高温高压气态制冷剂，然后依次通过辅路油分离器16、辅路单向阀17与通过主路单向阀3的高温高压气态制冷剂混合，进入水冷式冷凝器4，开始进入下一循环。冷水经循环水泵18进入水冷式冷凝器4，吸收高温高压气态制冷剂冷凝释放的热量温度升高，然后输送到热水用户。

[0029] （2）单级压缩工作模式图3为单级压缩工作模式流程图，当室外空气温度大约位于-5℃ 45℃之间时，可采用~
此工作模式。此时主路压缩机1、室外风机12、循环水泵18启动，辅路压缩机15关闭。系统的工作流程：主路压缩机1排出的高温高压气态制冷剂依次通过主路油分离器2、主路单向阀3进入水冷式冷凝器4，释放热量加热经循环水泵18引入的冷水，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，再依次通过再冷器5、干燥过滤器6、观察镜7进入第一膨胀阀8，经过第一膨胀阀8的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器9进行气液分离，中压气液分离器9下部的液态制冷剂再经过第二膨胀阀10的节流调节后变为低温低压的气液两相制冷剂，进入风冷式蒸发器11，吸收室外风机12引入的空气源热量，蒸发变为低压的过热制冷剂蒸汽，然后经低压气液分离器13进行气液分离后进入主路压缩机1的吸气口，经过主路压缩机1的压缩后，排出高温高压气态制冷剂，开始进入下一循环。冷水经循环水泵18进入水冷式冷凝器4，吸收高温高压气态制冷剂冷凝释放的热量温度升高，然后输送到热水用户。

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