CN104534737A - 一种宽幅型空气源热泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种宽幅型空气源热泵装置，其夏季制冷的工作原理是：低温制冷压缩机组不工作，由中高温制冷压缩机组成的高温制冷***，通过装置设置的电气控制***控制相关阀门自动切换到制冷模式运行。其冬季制热的工作原理是：当环境温度较高、湿度较小时，低温制冷压缩机组不工作，由中高温制冷压缩机组成的高温制冷***，通过装置设置的电气控制***控制相关阀门自动切换到冬季制热模式运行；当环境温度较低，或者湿度较大时，中高温制冷压缩机不工作，由低温制冷压缩机组成的低温制冷***，通过装置设置的电气控制***控制相关阀门自动切换到使之投入工作，从环境大气中连续不断地采集热量，满足寒冷、高湿条件下采暖的需要。

Description

一种宽幅型空气源热泵装置

技术领域

本发明涉及利用环境空气源作为冷热介质的制冷、制热技术，特别是涉及一种宽幅型空气源热泵装置，在夏季能够为空调场所提供充足的冷量，冬季能够低温高湿条件下，从环境大气中采集热量，满足寒冷、高湿地区人们采暖的需要。

技术背景

空气源热泵机组由于安装简单，冬季采暖效率远高于电加热采暖的方式，已经广泛地用于宾馆、酒店、办公及住宅等各种空调场所。

事实上，我国长江流域冬季环境温度在-10℃左右，冬季采用传统的空气源热泵机组压缩机故障率很高，翅片换热器融霜频繁，采暖区域温度无法达到冬季采暖要求的室内温度，为此，通常采用如下两种方式解决这些问题，一是通过采用辅助电加热的方式，满足冬季采暖的需要，事实上这种做法只是使采暖区域的温度接近冬季采暖要求的室内温度值；二是通过热气旁通的办法，提高蒸发压力解决压缩机的损坏问题。

辅助电加热和热气旁通的办法，只是使问题得到缓解，并没有从根本上解决，而且这两种方式带来的直接后果是机组冬季制热时能耗剧增，究其原因主要有如下两点：一是传统的空气源热泵机组采用中高温制冷压缩机，这种中高温制冷压缩机的使用极限工况，其蒸发温度通常在12~-25℃之间，当环境温度达到-10℃左右时，由于环境高湿，翅片换热器结霜很快，而霜层热阻很大，翅片换热器效率大幅度降低；其二是传统的空气源热泵机组均采用片距小于2.5mm窄翅片换热器，这种换热器夏季制冷时作为冷凝器使用对制冷效果没有影响，且有利于减小继续外形尺寸、降低机组成本，但是在冬季制热作为蒸发器使用时，由于片距太小，融霜时霜层脱落困难，导致融霜时间长、融霜不彻底，这两种现象都直接导致导致压缩机吸气压力降低，蒸发温度≤-25℃，压缩机使用寿命无法保障。

空气源作为一种可再生的清洁能源，如果能研发制造一种空气源热泵装置，使之适用于低温、高湿条件下能够安全、可靠地运行，并满足人们冬季采暖的需求，对于应对和解决气候日趋变暖，雾霾日日严重生存环境具有非常重要的意义。

综上所述，确实亟待一种能够彻底解决上述技术问题的新技术，拓展将夏季制冷与冬季采暖于一体的空气源热泵机组的应用范围，从根本上解决空气源热泵装置低温、高湿条件下无法满足人们冬季采暖需求的技术问题，以打破空气源热泵装置应用的局限性，造福人类。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽幅型空气源热泵装置，该装置由中高温制冷压缩机和低温制冷压缩机两种压缩机并联组成，两台压缩机公用同一个冷凝器、蒸发器、节流阀等设备部件，组成了一个夏季制冷冬季较高温度下制热的冷热两用***，和一个低温高湿环境条件下从环境大气中采集热量的制热***，以满足人们夏季制冷、冬季采暖的需要，且不受低温、高湿环境条件的限制。

为了解决上述发明目的，本发明提供了一种宽幅型空气源热泵装置，包括：维护架构箱体30、设置在维护架构箱体内的中高温制冷制热***10、低温制冷压缩机组20、电气控制***，与现有技术不同的是：

所述的中高温制冷制热***至少包含一台中高温制冷压缩机101，一台空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器102、一台蒸发/冷凝器103、一个节流阀104、一台高压贮液器105、一台干燥过滤器106、一台气液分离器107、一台油冷却器118，其中：

中高温制冷压缩机101通过第一单向阀109和三位四通阀108与空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器102相连；

空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器102通过第二单向阀110与高压贮液器105相连；

高压贮液器105与干燥过滤器106相连；

干燥过滤器106通过第五电磁阀113与节流阀104相连；

节流阀104通过第五单向阀114与蒸发/冷凝器103相连；

蒸发/冷凝器103通过三位四通阀108与气液分离器107相连；

气液分离器107与中高温制冷压缩机101相连；

节流阀104还通过第四单向阀116与空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器102相连；节流阀采用冷量调节范围较大的电子膨胀阀。可以使由中高温制冷压缩机组成的高温工况的热泵***，与由低温制冷压缩机做组成的低温制热制冷***，公用同一个电子膨胀阀，对于简化***、降低成本是非常有利的。

蒸发/冷凝器103还通过第三单向阀115高压贮液器105相连；

所述的低温制热制冷压缩机组包含至少一台低温制冷压缩机201，低温制冷压缩机201与气液分离器107相连并通过第六单向阀202与蒸发/冷凝器103相连。

本发明宽幅型空气源热泵装置技术方案中，通过制冷***切换，其夏季制冷的工作原理是：低温制冷压缩机组不工作，由中高温制冷压缩机组成的高温制冷***，通过装置设置的电气控制***控制相关阀门自动切换到制冷模式运行。

本发明宽幅型空气源热泵装置技术方案中，其冬季制热的工作原理是：当环境温度较高、湿度较小时，低温制冷压缩机组不工作，由中高温制冷压缩机组成的高温制冷***，通过装置设置的电气控制***控制相关阀门自动切换到冬季制热模式运行；当环境温度较低，或者湿度较大时，中高温制冷压缩机不工作，由低温制冷压缩机组成的低温制冷***，通过装置设置的电气控制***控制相关阀门自动切换到使之投入工作，从环境大气中连续不断地采集热量，满足寒冷、高湿条件下采暖的需要。

进一步地，所述低温制冷压缩机201与中高温制冷压缩机101共用油冷却器118，中高温制冷压缩机101通过第一电磁阀119、第二电磁阀120与油冷却器118相连，低温制冷压缩机201通过第三电磁阀203、第四电磁阀204与油冷却器118相连。采用该技术方案，简化了结构，有利于降低成本。

进一步地，空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器102通过第二单向阀110和第一截止阀111与高压贮液器105相连；高压贮液器105通过第二截止阀112与干燥过滤器106相连；蒸发/冷凝器103通过第三单向阀115和第一截止阀111高压贮液器105相连。采用该技术方案，便于维护的维修。

进一步地，所述电气控制***由电控箱40、压力传感器、温度传感器、压力开关、温度开关及电线、电缆组成，其中电控箱包括电控箱体及其中的继电器、接触器。

进一步地，所述的空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器，包括至少一台翅片式换热器和一台风机。有利的是，用于夏季制冷使用的冷凝器采用宽翅片换热器，有利于冬季制热作为蒸发器使用时，融霜过程中双层的脱落，缩短融霜时间，避免融霜时间过长而引起的采暖区域温度提升慢、温度波动大。

进一步地，所述的空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器，包括至少一台变片距式空气强制对流翅片式换热器和一台风机。用于夏季制冷的冷凝器，采用变片距式空气强制对流翅片式换热器，即进风侧采用宽翅片换热器，出风侧采用窄翅片式换热器，在冬季制热作为蒸发器使用，从环境大气中采集热量，不仅能够确保的效率，缩小其外形尺寸、降低成本，更主要的是进风侧宽翅片换热器可以起到除湿的作用，减小出风侧窄翅片换热器的结霜厚度，且融霜后，霜层极易脱落，不至于用于翅片间距过小，而导致霜层脱落困难，甚至不能完全脱落等问题。

本发明的其它方面和特征及其优点，将在下面结合附图中的具体实施例通过举例的方式在说明书中进行更为详细的介绍。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图。

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，以举例说明而非对于发明思想所要求的保护范围的限制的方式，详细地描述本发明的较佳实施方式及其有所改变的实例。

图1是作为本发明的宽幅型空气源热泵装置的工作原理示意图，本发明的宽幅型空气源热泵装置主要包括：中高温制冷制热***10、低温制冷压缩机组20。

图2是作为本发明的结构示意图，包含维护架构箱体30，中高温制冷制热***10、低温制冷压缩机组20、包含电控箱40的电气控制***置于维护架构箱体30内。

图1中所示的中高温制冷制热***10主要包括：中高温制冷压缩机101、空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器102、蒸发/冷凝器103、节流阀104、高压贮液器105、过滤干燥器106、气液分离器107、第五电磁阀113、第二电磁阀120、第一电磁阀119，以及第一单向阀109、第二单向阀110、第五单向阀114、第三单向阀115、第四单向阀116和油冷却器118、三位四通阀108、第一截止阀111、第二截止阀112等制冷、制热***运行、转换所需要的阀件及管路。

中高温制冷压缩机101作为中高温制冷制热***10制冷剂热量输送的动力，在夏季制冷过程中，压缩机101将低压制冷剂液体在蒸发/冷凝器103中吸热蒸发后的气体吸入，压缩成高压过热制冷剂气体后排至冷凝/蒸发器102，并通过空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器102将热量排向环境大气；在冬季环境温度较高时的制热过程中，三位四通阀108切换到制热模式运行，空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器102变成蒸发器，蒸发/冷凝器103变成冷凝器，低压的制冷剂液体通过空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器102采集了环境的热量并蒸发成气体，被压缩机101吸入，压缩成高压过热制冷剂气体后排至蒸发/冷凝器103，将热量释放给需要加热的区域，制冷剂本身冷凝成高压液体。

图1中所示的低温制冷压缩机组20主要包括：低温压缩机201、第六单向阀202、第三电磁阀203、第四电磁阀204及运行所需要的阀件、管路，低温压缩机201的排气管路与中高温制冷制热***10中的蒸发/冷凝器103的回气管相连接，低温压缩机201的吸气管路与中高温制冷制热***10中的气液分离器107的回气管相连接。

低温制冷压缩机组20仅用于冬季低温、高湿条件下制热使用，用以取代中高温压缩机101，并于中高温制冷制热***10的其它设备、阀件、管路共同组成一个冬季制热的***。

冬季低温、高湿环境条件下需要制热时，三位四通阀108切换到制热模式运行，空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器102变成蒸发器，蒸发/冷凝器103变成冷凝器，低压的制冷剂液体通过空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器102采集了环境的热量并蒸发成气体，被压缩机201吸入，压缩成高压过热制冷剂气体后排至蒸发/冷凝器103，将热量释放给需要加热的区域，制冷剂本身冷凝成高压液体，从而解决了低温、高湿环境条件下压缩机超极限运行，而导致的压缩机损坏、***无法正常供热等问题。

高压贮液器105主要作用就是贮存制冷***工作过程中多余的制冷剂，过滤干燥器106则是用于除去循环的制冷剂中杂质及水分，气液分离器107的主要作用是将蒸发/冷凝器103中没有吸热的制冷剂液体分离下来，油冷却器118用于控制压缩机的油温，防止压缩机排气温度过高时引起油温过高焦化问题，以保障***连续稳定运行。

图1中所示的低温制冷压缩机组20主要包括：低温制冷压缩机201，以及第四电磁阀204、第三电磁阀203，第六单向阀202。

图1中，中高温制冷***10的第五电磁阀113、及第一单向阀109、第二单向阀110、第五单向阀114、第三单向阀115、第四单向阀116、，和三位四通阀108的主要作用是制冷制热两种工况条件下运行转换制冷剂的流向，低温制冷压缩机组20中的第六单向阀202则是用于冬季不同环境温度下制热时，中高温压缩机101和低温压缩机201的切换，第二电磁阀120、第一电磁阀119、第三电磁阀203、第四电磁阀204则是用于润滑油的切换。

下面我们将参照上述第一种宽幅型空气源热泵装置的实施例，具体说明应用上述宽幅型空气源热泵装置的工作原理。

夏季制冷时，低温制热制冷压缩机组20不工作，三位四通阀108通过电气控制***切换到制冷模式，第三电磁阀203、第四电磁阀204断电关闭，其工作原理是：中高温制冷压缩机101排出的高压制冷剂气体通过三位四通阀108进入空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器102将热量释放给环境大气，制冷剂本身冷凝成高压制冷剂液体，经过第二单向阀110、第一截止阀111进入高压贮液器105，通过截止阀第二截止阀112进入过滤干燥器106除去制冷剂中的水分及杂质，经过第五电磁阀113进入节流阀104节流降压，将高压制冷剂液体节流成低压制冷剂液体，经过第五单向阀114进入蒸发/冷凝器103，低压的制冷剂液体进入蒸发/冷凝器103后，吸收蒸发/冷凝器103内的热量蒸发成低压的制冷剂气体，经过三位四通阀108进入气液分离器107，将随回气没有蒸发的低压制冷剂液体分离下来，气体则被压缩机101吸入，如此不断地连续循环，从而达到连续制冷的目的。

冬季制热，当环境温度较高时，即中高温制冷压缩机在允许的工作范围内工作，在这种情况下，低温制冷压缩机201停止工作，中高温制冷压缩机101投入工作，第二电磁阀120、第一电磁阀119受压缩机101油温控制器控制其开停，即当压缩机101油温达到压缩机允许的油温上限时，第二电磁阀120、第一电磁阀119通电打开，油冷却器118投入工作，当压缩机101油温达到压缩机允许的油温下限时，第二电磁阀120、第一电磁阀119断电关闭，油冷却器118不工作，三位四通阀108则在电气控制***的控制下自动转入冬季制热模式运行，其工作原理是：中高温制冷压缩机101排出的高压制冷剂气体通过三位四通阀108进入蒸发/冷凝器103，高压制冷剂气体通过蒸发/冷凝器103将热量需要制热的环境空气或者水后，冷凝成高压制冷剂液体，经过第三单向阀115、第一截止阀111进入高压贮液器105，通过截止阀第二截止阀112进入过滤干燥器106除去制冷剂中的水分及杂质，经过第五电磁阀113进入节流阀104节流降压，将高压制冷剂液体节流成低压制冷剂液体，经过第四单向阀116入冷凝/蒸发器102，吸收通过风机带动掠过冷凝/蒸发器102换热管表面空气的热量，蒸发成低压的制冷剂气体，经过三位四通阀108进入气液分离器107，将随回气没有蒸发的低压制冷剂液体分离下来，气体则被压缩机101吸入，如此不断地连续循环，从而达到在较高环境温度下为冬季采暖***连续不断地提供热量。

在低温、高湿环境条件下，即当制冷***工作工况已经接近或者达到中高温制冷压缩机在允许的工作范围时，在这种情况下，中高温制冷压缩机101停止工作，第二电磁阀120、第一电磁阀119断电关闭，第三电磁阀203、第四电磁阀204受压缩机201油温控制器控制其开停，即当压缩机201油温达到压缩机允许的油温上限时，第三电磁阀203、第四电磁阀204通电打开，油冷却器118投入工作，当压缩机201油温达到压缩机允许的油温下限时，第三电磁阀203、第四电磁阀204断电关闭，油冷却器118不工作，三位四通阀108则在电气控制***的控制下自动转入冬季制热模式运行，其工作原理是：低温制冷压缩机201排出的高压制冷剂气体经过第六单向阀202进入蒸发/冷凝器103，高压制冷剂气体通过蒸发/冷凝器103将热量需要制热的环境空气或者水后，冷凝成高压制冷剂液体，经过第三单向阀115、第一截止阀111进入高压贮液器105，通过截止阀第二截止阀112进入过滤干燥器106除去制冷剂中的水分及杂质，经过第五电磁阀113进入节流阀104节流降压，将高压制冷剂液体节流成低压制冷剂液体，经过第四单向阀116入冷凝/蒸发器102，吸收通过风机带动掠过冷凝/蒸发器102换热管表面空气的热量，蒸发成低压的制冷剂气体，经过三位四通阀108进入气液分离器107，将随回气没有蒸发的低压制冷剂液体分离下来，气体则被压缩机101吸入，如此不断地连续循环，从而达到在低温、高湿环境条件下为冬季采暖***连续不断地提供热量，从而将宽幅型空气源热泵装置拓展到低温、高湿环境条件下，仍然能够安全、可靠地运行，并满足冬季采暖的热量需求。

在综上所述，根据本发明提供的宽幅型空气源热泵装置具有如下显著优势：

1)应用范围广。本发明提供的宽幅型空气源热泵装置，可以满足夏季制冷、冬季采暖的需要，而且冬季制热满足寒冷、高湿地区使用。

环保。该装置在夏季制冷采用环境大气将高压制冷剂气体冷凝成高压制冷剂液体，在冬季制热从环境大气中采集热量，满足冬季采暖的需要，因此，不存在任何污染问题，而且在冬季制热过程中，完全可以取代燃煤、天然气等非清洁能源，有利于缓解雾霾。

高效、运行费用低。本发明提供的宽幅型空气源热泵装置在冬季采暖过程中，即使在环境温度为--35℃，其性能系数仍然可以达到1.7，远高于燃煤的性能系数，单位制热量的耗电量仅为0.6Kwh，运行费用远低于电加热及天然气制热的采暖费用。

Claims (6)

1.一种宽幅型空气源热泵装置，包括：维护架构箱体（30）、设置在维护架构箱体内的中高温制冷制热***（10）、低温制冷压缩机组（20）、电气控制***，其特征在于：

所述的中高温制冷制热***至少包含一台中高温制冷压缩机（101），一台空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器（102）、一台蒸发/冷凝器（103）、一个节流阀（104）、一台高压贮液器（105）、一台干燥过滤器（106）、一台气液分离器（107）、一台油冷却器（108），其中：

中高温制冷压缩机（101）通过第一单向阀（109）和三位四通阀（108）与空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器（102）相连；

空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器（102）通过第二单向阀（110）与高压贮液器（105）相连；

高压贮液器（105）与干燥过滤器（106）相连；

干燥过滤器（106）通过第五电磁阀（113）与节流阀（104）相连；

节流阀（104）通过第五单向阀（114）与蒸发/冷凝器（103）相连；

蒸发/冷凝器（103）通过三位四通阀（108）与气液分离器（107）相连；

气液分离器（107）与中高温制冷压缩机（101））相连；

节流阀（104）还通过第四单向阀（116）与空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器（102）相连；

蒸发/冷凝器（103）还通过第三单向阀（115）高压贮液器（105）相连；

所述的低温制热制冷压缩机组包含至少一台低温制冷压缩机（201），低温制冷压缩机（201）与气液分离器（107）相连并通过第六单向阀（202）与蒸发/冷凝器（103）相连。

2.根据权利要求1所述的一种宽幅型空气源热泵装置，其特征在于：所述低温制冷压缩机（201）与中高温制冷压缩机（101）共用油冷却器（118），中高温制冷压缩机（101）通过第一电磁阀（119）、第二电磁阀（120）与油冷却器（118）相连，低温制冷压缩机（201）通过第三电磁阀（203）、第四电磁阀（204）与油冷却器（118）相连。

3.根据权利要求1所述的一种宽幅型空气源热泵装置，其特征在于：空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器（102）通过第二单向阀（110）和第一截止阀（111）与高压贮液器（105）相连；高压贮液器（105）通过第二截止阀（112）与干燥过滤器（106）相连；蒸发/冷凝器（103）通过第三单向阀（115）和第一截止阀（111）高压贮液器（105）相连。

4.根据权利要求1所述的一种宽幅型空气源热泵装置，其特征在于：所述电气控制***由电控箱（40）、压力传感器、温度传感器、压力开关、温度开关及电线、电缆组成，其中电控箱包括电控箱体及其中的继电器、接触器。

5.根据权利要求1所述的一种宽幅型空气源热泵装置，其特征在于：所述的空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器，包括至少一台翅片式换热器和一台风机。

6.根据权利要求1所述的一种宽幅型空气源热泵装置，其特征在于：所述的空气强制循环式翅片式冷凝/蒸发器，包括至少一台变片距式空气强制对流翅片式换热器和一台风机。