CN105823269B - 热泵*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵***，包括冷媒循环回路中依次设置的压缩机(1)、热水换热器(2)、节流装置(3)和室外换热器(4)，水回路中依次设置的水箱(7)和循环水泵(8)，***还包括换热器(10)、冷媒旁接管(11)和热水旁接管(12)，换热器吸收压缩机的运行废热并加热冷媒、水旁接管内的流通媒介，冷媒旁接管的入口端通过冷媒换向阀(5)切换连接至节流装置的出口端，冷媒旁接管的出口端连接室外换热器的入口端，热水旁接管的入口端通过热水换向阀(6)切换连接至循环水泵的出口端，热水旁接管的出口端连接热水换热器的入口端。本发明的热泵***能够利用压缩机的运行废热进行化霜和预热水，更充分地利用压缩机的运行废热。

Description

热泵***

技术领域

本发明属于空调技术领域，具体地，涉及一种热泵热水机的热泵***。

背景技术

热泵热水机在冬季使用过程中都会出现结霜情况。对于热泵除霜的方式，无论是直热式热水机或循环式热水机，一般采用四通换向阀换向，或采取热气旁通的方式进行，即进入化霜流程时，通过“热气旁通”方式将压缩机排出的高温高压制冷剂直接进入蒸发器进行化霜。这些方法在除霜过程中会对热水的产生具有一定的影响或者出现化霜效果差的问题，同时用户对热水使用的舒适性体验都会产生一定的影响。

此外，专利公开文献CN104764264A中公开了一种热泵***，如图1所示，该热泵***在压缩机外设置蓄热装置21，蓄热装置21随时储备压缩机的运行废热，通过第一连接管连接至室外换热器的入口，在需要化霜时控制节流装置内的制冷剂流经蓄热装置21后流入室外换热器内。但其忽视的是在不需要化霜时，蓄热装置21始终存在，实时储存压缩机的运行废热，导致蓄热装置21存储过多的热量，阻碍了压缩机向外散热。

图2所示的专利申请文献CN200610041213.4中采用同图1类似的方法进行除霜，利用缠绕于压缩机的外壳体上的盘管22导热至室外换热器以利于化霜。然而，其中并没有对除霜所需的热量进行控制，也即无论是否需要除霜，压缩机的废热均通过盘管22提供给了室外换热器，而且这个热量是提供给了室外换热器的中部位置，而并非最需要化霜的底部位置。

发明内容

针对现有技术中的上述不足或缺陷，本发明提供了一种热泵***，其能够有效抑制室外换热器结霜，同时充分利用压缩机运转过程中产生的运行废热。

为实现上述目的，本发明提供了一种热泵***，包括冷媒循环回路和水回路，所述冷媒循环回路中依次设置有压缩机、热水换热器、节流装置和室外换热器，所述水回路中依次设置有所述热水换热器、水箱和循环水泵，其中，所述热泵***还包括换热器、冷媒旁接管和热水旁接管，所述换热器用于吸收所述压缩机的运行废热并加热所述冷媒旁接管和/或热水旁接管内的流通媒介，所述冷媒旁接管的入口端通过冷媒换向阀能够切换连接至所述节流装置的出口端，所述冷媒旁接管的出口端连接所述室外换热器的入口端以提供热量，所述热水旁接管的入口端通过热水换向阀能够切换连接至所述循环水泵的出口端，所述热水旁接管的出口端连接所述热水换热器的入口端。

优选地，所述冷媒换向阀和所述热水换向阀均为电磁三通阀，所述冷媒换向阀的进口端连接所述节流装置的出口端，所述冷媒换向阀的两个出口端分别连接所述冷媒旁接管的入口端和所述室外换热器的入口端，以通过所述冷媒换向阀的切换操作将所述节流装置的出口端的冷媒直接供应至所述室外换热器的入口端或流经所述冷媒旁接管后间接供应至所述室外换热器的入口端；所述热水换向阀的进口端连接所述循环水泵的出口端，所述热水换向阀的两个出口端分别连接所述热水旁接管的入口端和所述热水换热器的入口端，以通过所述热水换向阀的切换操作将所述循环水泵的出口端的水直接供应至所述热水换热器的入口端或流经所述热水旁接管后间接供应至所述热水换热器的入口端。

优选地，所述热泵***还包括控制器，该控制器切换控制所述冷媒换向阀和热水换向阀，以将所述压缩机的运行废热提供至所述热水换热器和/或室外换热器；所述控制器包括：

余热化霜调节模块，被配置成根据化霜信号生成并发送用于控制所述冷媒换向阀的冷媒切换信号，以使所述节流装置的出口端的冷媒流经所述冷媒旁接管后间接供应至所述室外换热器的入口端；和

余热温水调节模块，被配置成根据余热温水信号生成并发送用于控制所述热水换向阀的热水切换信号，以使所述循环水泵的出口端的水流经所述热水旁接管后间接供应至所述热水换热器的入口端。

优选地，所述冷媒换向阀和所述热水换向阀为联动互锁的电磁换向阀，使得所述压缩机的运行废热择一地提供至所述热水换热器或室外换热器。

优选地，所述热泵***还包括用于检测所述室外换热器的入口端温度的温度感测元件，所述控制器配置为接收所述温度感测元件检测的所述入口端温度，并在所述入口端温度不高于结霜温度时向所述余热化霜调节模块发送所述化霜信号，否则在所述入口端温度高于结霜温度时向所述余热温水调节模块发送所述余热温水信号。

优选地，所述控制器还包括正常工作调节模块，被配置成根据常规工作信号生成并发送用于控制所述冷媒换向阀和热水换向阀的正常工作切换信号，以使所述节流装置的出口端的冷媒直接供应至所述室外换热器的入口端，并使所述循环水泵的出口端的水直接供应至所述热水换热器的入口端。

优选地，所述控制器还包括用于生成所述化霜信号的化霜按钮、用于生成所述余热温水信号的温水按钮以及用于生成所述常规工作信号的正常工作按钮。

优选地，所述换热器包括并排缠绕于所述压缩机的外壳体上的所述冷媒旁接管和热水旁接管。

优选地，所述冷媒旁接管和热水旁接管为铜管。

优选地，所述热泵***还包括包裹于所述冷媒旁接管和热水旁接管外的保温材料层。

通过上述技术方案，在本发明的热泵***中，增设了换热器、冷媒旁接管和热水旁接管，在需要化霜时，可通过冷媒换向阀使节流装置的出口端的冷媒通过冷媒旁接管被压缩机的运行废热加热，再流入室外换热器的入口端进行化霜。在正常工作时，节流装置的出口端的冷媒也可直接提供至室外换热器的入口端，从而利用了压缩机的运行废热进行化霜，以延长除霜周期，甚至实现无霜运行。进一步地，还可在不需要化霜时正常运行，或者通过热水换向阀使循环水泵的出口端的水被压缩机的运行废热加热，再流入热水换热器的入口端，从而可在热泵热水机的全运行期间更完全充分地利用压缩机的运行预热。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中的一种热泵***的结构原理图；

图2为现有技术中的另一种热泵***的结构原理图；

图3为根据本发明的优选实施方式的一种热泵***的结构原理图，其中该热泵***处于正常工作模式下；

图4为热泵***在余热化霜模式下的冷媒和水的流动方向示意图；

图5为热泵***在余热温水模式下的冷媒和水的流动方向示意图；

图6为图3所示的热泵***中的换热器的结构示意图。

附图标记说明

1 压缩机 2 热水换热器

3 节流装置 4 室外换热器

5 冷媒换向阀 6 热水换向阀

7 水箱 8 循环水泵

9 进水阀 10 换热器

11 冷媒旁接管 12 热水旁接管

13 保温材料层

21 蓄热装置 22 盘管

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词；“内、外”通常指的是相对于腔室而言的腔室内外或相对于圆心而言的径向内外，“顶、底”是相对于常规安装工况下的室外换热器4而言的。

如图3所示，本发明提供了一种热泵***，该热泵***主要包括冷媒循环回路和水回路，冷媒循环回路中依次设置有压缩机1、热水换热器2、节流装置3和室外换热器4，水回路中依次设置有热水换热器2、水箱7和循环水泵8。

其工作原理是，冷媒(如二氧化碳)经压缩机1被压缩成高温高压气体，高温高压气体进入热水换热器2与循环水进行热交换以将水加热。经过热水换热器2后的冷媒再通过节流装置3的节流后，形成低温低压的液体(或气液混合态的制冷剂)，低温低压的液体制冷剂在室外换热器4中蒸发，从外界空气中吸收热量转化成气态制冷剂，气态制冷剂可在必要时进一步通过气液分离器(未显示)等回到压缩机1中，完成冷媒循环回路。同样的，在循环水回路中，循环水泵8将水箱7的水泵送至热水换热器2与高温高压气体热交换，被加热成热水，热水回流至水箱7以供使用。其中，可通过连接于循环水泵8的入口端的进水阀9补充水源。

特别地，本发明的热泵***还包括换热器10、冷媒旁接管11和热水旁接管12，换热器10用于吸收压缩机1的运行废热并利用该运行废热加热冷媒旁接管11和/或热水旁接管12内的流通媒介，冷媒旁接管11的入口端通过冷媒换向阀5能够切换连接至节流装置3的出口端，冷媒旁接管11的出口端连接室外换热器4的入口端以提供热量，热水旁接管12的入口端通过热水换向阀6能够切换连接至循环水泵8的出口端，热水旁接管12的出口端连接热水换热器2的入口端。

作为总的发明主旨，本发明在需要化霜的时候，可将压缩机1的运行废热提供给室外换热器4的入口端以利用化霜。而在不需要化霜的时候，可利用压缩机1的运行废热预热循环水，从而本发明能够实现对压缩机1的运行废热的全时段利用。

其中，在工作过程中，发明人发现热泵***的结霜通常最先和最容易发生在室外换热器4的入口端的若干U形管中，因而只需防止室外换热器4的入口处发生结霜，即可避免整个室外换热器4的结霜。因此，在化霜时将热量直接传递至室外换热器4的入口端。

冷媒换向阀5可以是直接设置在冷媒旁接管11的入口端与节流装置3的出口端之间的连接管上的开关阀，其开关控制节流装置3流出的冷媒进入冷媒旁接管11与否，同时不妨碍节流装置3流出的冷媒直接流入室外换热器4。同样的，热水换向阀6也可以是类似的开关阀。然而，此工况下，则只有部分的冷媒或水经由换热器10被加热，难以充分利用压缩机1的运行废热。因而优选地，如图3所示，冷媒换向阀5和热水换向阀6均采用简单的电磁三通阀，冷媒换向阀5的进口端连接节流装置3的出口端，冷媒换向阀5的两个出口端分别连接冷媒旁接管11的入口端和室外换热器4的入口端，以通过冷媒换向阀5的切换操作将节流装置3的出口端的冷媒直接供应至室外换热器4的入口端或流经冷媒旁接管11后间接供应至室外换热器4的入口端；热水换向阀6的进口端连接循环水泵8的出口端，热水换向阀6的两个出口端分别连接热水旁接管12的入口端和热水换热器2的入口端，以通过热水换向阀6的切换操作将循环水泵8的出口端的水直接供应至热水换热器2的入口端或流经热水旁接管12后间接供应至热水换热器2的入口端。这样，通过对图示的冷媒换向阀5和热水换向阀6的上、下位切换控制，可使得全部的冷媒或循环水被压缩机1的运行废热加热，或者完全不接触压缩机1的运行废热。

为控制热泵***在化霜模式或非化霜模式下运行，***还包括控制器，该控制器用于切换控制冷媒换向阀5和热水换向阀6，以将压缩机1的运行废热提供至热水换热器2和/或室外换热器4。该控制器至少包括：

余热化霜调节模块，被配置成根据化霜信号生成并发送用于控制冷媒换向阀5的冷媒切换信号，以使节流装置3的出口端的冷媒流经冷媒旁接管11后间接供应至室外换热器4的入口端；以及

余热温水调节模块，被配置成根据余热温水信号生成并发送用于控制热水换向阀6的热水切换信号，以使循环水泵8的出口端的水流经热水旁接管12后间接供应至热水换热器2的入口端。

在接收到化霜信号时，进入图4所示的余热化霜模式，余热化霜调节模块向冷媒换向阀5发送冷媒切换信号，使冷媒换向阀5切换至图4所示的下位，使下位导通，冷媒循环回路中的冷媒从节流装置3的出口端流出，全部进入冷媒旁接管11，被压缩机1的运行废热加热或预热后，再流入室外换热器4的入口端进行化霜。其中，由于冷媒换向阀5的上位断开，节流装置3的出口端流出的冷媒并不直接流入室外换热器4的入口端。

同样地，在无需化霜时，可进入图5所示的余热温水模式。在接收到余热温水信号时，余热温水调节模块向热水换向阀6发送热水切换信号，图示热水换向阀6的下位导通，水回路中的循环水从循环水泵8的出口端流出后，全部进入热水旁接管12，被压缩机1的运行废热预热后，再流入热水换热器2与高温高压气体进行换热。其中，由于热水换向阀6的上位截止，循环水泵8的出口端流出的水并不直接流入热水换热器2。

控制器的余热化霜调节模块和余热温水调节模块可以共存而不冲突，即余热化霜模式和余热温水模式可并行不悖，例如同时利用压缩机1的运行废热。但更优选地，在压缩机1的运行废热有限，化霜时限要求高时，优选采用运行废热择一供热的情况。例如，冷媒换向阀5和热水换向阀6可以是联动互锁的电磁换向阀，一者得电，则另一者不得电，如图4和图5所示，冷媒换向阀5和热水换向阀6中的一者的上位导通时，则另一者的下位导通，这样就使得压缩机1的运行废热只能择一地提供至热水换热器2或室外换热器4，以便于切换操作，提高化霜效率。

当然，在不存在室外换热机结霜的特殊时段或区域，也可不利用压缩机1的运行废热，即热泵***处于正常工作模式下，形同不存在换热器10、冷媒旁接管11、热水旁接管12、冷媒换向阀5和热水换向阀6的情形。此时，控制器还可包括正常工作调节模块，被配置成根据常规工作信号生成并发送用于控制冷媒换向阀5和热水换向阀6的正常工作切换信号，以使节流装置3的出口端的冷媒直接供应至室外换热器4的入口端，并使循环水泵8的出口端的水直接供应至热水换热器2的入口端。此时，冷媒换向阀5和热水换向阀6之间并无联动互锁关系，在正常工作模式下，正常工作调节模块向冷媒换向阀5和热水换向阀6同时发出正常工作切换信号，二者同时切换至上位导通，如图3所示。此时，节流装置3的出口端的冷媒直接供应至室外换热器4，循环水泵8的出口端的水直接供应至热水换热器2。

其中，控制器可包括用于生成化霜信号的化霜按钮、用于生成余热温水信号的温水按钮以及用于生成常规工作信号的正常工作按钮等，以通过手动方式进行各工作模式的切换控制。

但由于结霜通常最先和最容易发生在室外换热器4的入口端，因而可在该处设置用于检测室外换热器4的入口端温度的温度感测元件(如热电偶等)。在一种最简单的化霜模式启动判断的示例中，控制器可配置为接收温度感测元件检测的入口端温度，并通过例如比较单元的比较，在入口端温度不高于结霜温度时向余热化霜调节模块发送化霜信号，否则在入口端温度高于结霜温度时向余热温水调节模块发送余热温水信号，即择一地发出化霜信号或余热温水信号。而正常工作模式可通过手动切换。当然本领域技术人员能够理解的是，此示例仅为举例，对于结构复杂程度不同的热泵***，其化霜启动和结束的判断条件的判定各不相同，在此一一赘述。

此外，节流装置3可以是各种热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管等。本实施方式中的换热器10优选为图6所示结构。其中，换热器10由简单地由并排缠绕于压缩机1的外壳体上的冷媒旁接管11和热水旁接管12构成。这样，在冷媒旁接管11和热水旁接管12内不存在媒介时，换热器10并不蓄热，不影响压缩机1的正常运行。当然，换热器10还可包括全面覆盖压缩机1外壳体的各种导热材料，冷媒旁接管11和热水旁接管12再盘绕于导热材料上，以提高换热效率。

更优选地，冷媒旁接管11和热水旁接管12均为铜管，铜管的导热效率高。即使在正常工作模式下，铜管内不存在媒介，铜管也不阻碍压缩机1对外散热，可视为压缩机1的散热铜管。由于本发明可在热泵***的全运行时段对压缩机1的运行废热进行充分利用，压缩机1不存在散热问题时，因而热泵***还可包括包裹于冷媒旁接管11和热水旁接管12外的保温材料层，通过此保温措施以更完全充分地利用运行废热。

本发明的热泵***避免了采用常规化霜方式时对热泵***的正常工作影响，保证了***的稳定运行，提高了用户的舒适性体验，保证了空调***在制热的同时可以化霜，同时减少室温的波动。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，例如，冷媒旁接管11和热水旁接管12可以是铁管，也可采用非并行的规整盘绕方式，这些简单变型均未超出本发明的构思，因而均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种热泵***，包括冷媒循环回路和水回路，所述冷媒循环回路中依次设置有压缩机(1)、热水换热器(2)、节流装置(3)和室外换热器(4)，所述水回路中依次设置有所述热水换热器(2)、水箱(7)和循环水泵(8)，其特征在于，所述热泵***还包括换热器(10)、冷媒旁接管(11)和热水旁接管(12)，所述换热器(10)用于吸收所述压缩机(1)的运行废热并加热所述冷媒旁接管(11)和/或所述热水旁接管(12)内的流通媒介，所述冷媒旁接管(11)的入口端通过冷媒换向阀(5)能够切换连接至所述节流装置(3)的出口端，所述冷媒旁接管(11)的出口端连接所述室外换热器(4)的入口端以提供热量，所述热水旁接管(12)的入口端通过热水换向阀(6)能够切换连接至所述循环水泵(8)的出口端，所述热水旁接管(12)的出口端连接所述热水换热器(2)的入口端。

2.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述冷媒换向阀(5)和所述热水换向阀(6)均为电磁三通阀，所述冷媒换向阀(5)的进口端连接所述节流装置(3)的出口端，所述冷媒换向阀(5)的两个出口端分别连接所述冷媒旁接管(11)的入口端和所述室外换热器(4)的入口端，以通过所述冷媒换向阀(5)的切换操作将所述节流装置(3)的出口端的冷媒直接供应至所述室外换热器(4)的入口端或流经所述冷媒旁接管(11)后间接供应至所述室外换热器(4)的入口端；所述热水换向阀(6)的进口端连接所述循环水泵(8)的出口端，所述热水换向阀(6)的两个出口端分别连接所述热水旁接管(12)的入口端和所述热水换热器(2)的入口端，以通过所述热水换向阀(6)的切换操作将所述循环水泵(8)的出口端的水直接供应至所述热水换热器(2)的入口端或流经所述热水旁接管(12)后间接供应至所述热水换热器(2)的入口端。

3.根据权利要求1或2所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括控制器，该控制器切换控制所述冷媒换向阀(5)和热水换向阀(6)，以将所述压缩机(1)的运行废热提供至所述热水换热器(2)和/或室外换热器(4)；所述控制器包括：

余热化霜调节模块，被配置成根据化霜信号生成并发送用于控制所述冷媒换向阀(5)的冷媒切换信号，以使所述节流装置(3)的出口端的冷媒流经所述冷媒旁接管(11)后间接供应至所述室外换热器(4)的入口端；和

余热温水调节模块，被配置成根据余热温水信号生成并发送用于控制所述热水换向阀(6)的热水切换信号，以使所述循环水泵(8)的出口端的水流经所述热水旁接管(12)后间接供应至所述热水换热器(2)的入口端。

4.根据权利要求3所述的热泵***，其特征在于，所述冷媒换向阀(5)和所述热水换向阀(6)为联动互锁的电磁换向阀，使得所述压缩机(1)的运行废热择一地提供至所述热水换热器(2)或室外换热器(4)。

5.根据权利要求3所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括用于检测所述室外换热器(4)的入口端温度的温度感测元件，所述控制器配置为接收所述温度感测元件检测的所述入口端温度，并在所述入口端温度不高于结霜温度时向所述余热化霜调节模块发送所述化霜信号，否则在所述入口端温度高于结霜温度时向所述余热温水调节模块发送所述余热温水信号。

6.根据权利要求3所述的热泵***，其特征在于，所述控制器还包括：

正常工作调节模块，被配置成根据常规工作信号生成并发送用于控制所述冷媒换向阀(5)和热水换向阀(6)的正常工作切换信号，以使所述节流装置(3)的出口端的冷媒直接供应至所述室外换热器(4)的入口端，并使所述循环水泵(8)的出口端的水直接供应至所述热水换热器(2)的入口端。

7.根据权利要求6所述的热泵***，其特征在于，所述控制器还包括用于生成所述化霜信号的化霜按钮、用于生成所述余热温水信号的温水按钮以及用于生成所述常规工作信号的正常工作按钮。

8.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述换热器(10)包括并排缠绕于所述压缩机(1)的外壳体上的所述冷媒旁接管(11)和热水旁接管(12)。

9.根据权利要求8所述的热泵***，其特征在于，所述冷媒旁接管(11)和热水旁接管(12)为铜管。

10.根据权利要求8所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括包裹于所述冷媒旁接管(11)和热水旁接管(12)外的保温材料层(13)。