CN114440496A - 一种空调地暖两联供空气源热泵*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空调地暖两联供空气源热泵***，包括通过管路依次连接的压缩机、流向调节单元、室外机盘管、第一节流装置，以此构成制冷剂主流路；还包括分别并联于制冷剂主流路两侧的地暖模块和室内机机组模块，所述地暖模块和室内机机组模块的两端均分别与压缩机和第一节流装置通过管路连接。与现有技术相比，本发明使***在进行冬季除霜时依旧能够持续对用户供暖，提升用户体验；与此同时，也能够解决***在制热模式下出现的漏热和回油难以及制冷时出现的水管冻裂等问题；相对于传统两联供***，本发明所需阀部件更少，***更为紧凑，整体运行更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种两联供***，尤其是涉及一种空调地暖两联供空气源热泵***。
背景技术
近年来，随着社会经济的迅速发展，高端住宅对家居环境的要求也不断提高，由于“空调+地暖”两联供***只需一台主机即可实现全屋的制冷和采暖，且制冷采暖时相比传统设备舒适度要高出许多，因此空调地暖两联供***目前已经替代了传统的“中央空调制冷+壁挂炉采暖”的家居***。
然而，传统的空调地暖两联供***(参见图1)虽然能够很好地满足冬季制热夏季制冷的需求，但是在实际运行过程中仍然存在很多问题。比如，***制冷时一部分低温制冷剂会漏入地暖模块中对循环水路吸热，存在管道冻裂的风险；同时，在制热时，由于室内机机组模块与压缩机排气口相连，高温高压气体制冷剂与润滑油会漏入室内机盘管中，不仅会造成较多的热量损失，还会使润滑油难以循环回压缩机中，同时气体制冷剂漏入室内机机组中还会产生较大噪音，严重影响用户体验。
另外，***在进行冬季除霜时将中断供热，严重影响用户体验。公开号为CN111649451A的中国专利提出了一种两联供***及其控制方法，通过在热交换器出口设置电加热器，可在空调除霜模式下水管中的水温过低时，对送水管中的水进行加热，从而实现对用户的持续供暖。但由于该专利中采用电加热器对低温水进行加热，既使***的节能效果变差，又增加了***结构和控制的复杂度。同时，该专利中依然存在着上面所述的回油及漏热等相关问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种空调地暖两联供空气源热泵***，使***在进行冬季除霜时依旧能够持续对用户供暖，提升用户体验；与此同时，也能够解决***在制热模式下出现的漏热和回油难以及制冷时出现的水管冻裂等问题；相对于传统两联供***，本发明所需阀部件更少，***更为紧凑，整体运行更加稳定。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的目的是保护一种空调地暖两联供空气源热泵***，包括通过管路依次连接的压缩机、流向调节单元、室外机盘管、第一节流装置，以此构成制冷剂主流路；
还包括分别并联于制冷剂主流路两侧的地暖模块和室内机机组模块，所述地暖模块和室内机机组模块的两端均分别与压缩机和第一节流装置通过管路连接；
通过流向调节单元对制冷剂主流路的输出模式进行调节，实现地暖模块的热量供给和/或室内机机组模块的冷量供给，以此实现冬季制热模式、夏季制冷模式、冬季除霜模式的切换。
进一步地，所述流向调节单元为三通阀；
所述三通阀的A端与室外机盘管连接；
所述三通阀的B端分别与压缩机和地暖模块连接；
所述三通阀的C端分别与压缩机和室内机机组模块连接。
进一步地，所述地暖模块包括地暖热交换器和地暖循环水回路，所述地暖热交换器的制冷剂流路两端分别与制冷剂主流路连接，所述地暖热交换器的水流路连接于地暖循环水回路中。
进一步地，所述地暖循环水回路包括依次连接的水泵、地暖，所述水泵与地暖热交换器的水流路输出端连接，所述地暖与地暖热交换器的水流路输入端连接。
进一步地，所述地暖模块还包括截止阀，所述截止阀一端与制冷剂主流路连接，另一端与地暖热交换器的制冷剂流路连接。
进一步地，所述室内机机组模块包括多个并联的室内机盘管组件，所述室内机盘管组件包括依次连接的室内机盘管和节流装置；
所述室内机盘管和室外机盘管上均匹配设有风机。
可替换地，所述流向调节单元为设于压缩机两端的截止阀，即所述三通阀作用效果可用两个截止阀进行等效替代。
进一步地，所述地暖循环水回路通过地暖热交换器在冬季供暖时进行高温制冷剂和水的换热。
进一步地，所述送水管上设有水泵，用于对地暖循环水回路中的水加压，使地暖循环水回路中的水能够循环流动；
所述室内机机组模块包括多个并联的室内机盘管，本发明中以三个并联的室内机盘管为例，分别为第一室内机盘管、第二室内机盘管和第三室内机盘管，且三个室内机盘管并联回路上分别设有第一节流装置、第二节流装置和第三节流装置；
进一步地，所述室内机机组模块中设有节流装置一端与第一节流装置通过制冷剂管路相连，而设有室内机盘管一端与压缩机吸气口通过制冷剂管路相连；
所述三通阀设置于压缩机与室外机盘管之间，其上三个接口端通过制冷剂管路分别与压缩机排气口、压缩机吸气口以及室外机盘管相连，通过改变内部阀芯的位置实现室外机盘管分别与室内机机组模块和地暖模块的串联连接；
本技术方案中的第一节流装置、第二节流装置、第三节流装置及第四节流装置为毛细管、节流短管或电子膨胀阀中的一种，为了有利于实现自动化控制，本技术方案优选电子膨胀阀。
本技术方案中的截止阀优选电磁阀，适用于压缩机排气口的高温高压环境，且有利于实现自动化控制。
进一步地，在夏季制冷模式下，三通阀中A、B接口连通，截止阀关闭，水泵关闭，地暖循环水回路不工作，第一节流装置处于全开状态。
进一步地，在冬季制热模式下，三通阀中A、C接口连通，截止阀开启，水泵开启，地暖循环水回路处于工作状态，室内机机组模块中的节流装置均关闭。
进一步地，从冬季制热模式切换到冬季除霜模式下时，三通阀中由A、C接口接通变为A、B接口接通，第一节流装置切换为全开状态，室内机机组模块中的节流装置开启，以此对***过热度进行控制，室内机盘管和室外机盘管上的风机均关闭。
具体地，通过流路切换和阀部件的开闭，本技术方案主要可实现以下3种运行模式：
1.夏季制冷模式：三通阀中室外机盘管与压缩机排气口的流路连通，截止阀关闭，水泵关闭，地暖循环水回路不工作，第一节流装置处于全开状态。第二节流装置、第三节流装置、第四节流装置对***过热度进行控制。在该模式下，第一室内机盘管、第二室内机盘管和第三室内机盘管中的制冷剂蒸发吸热后变为低温低压气体，该气体制冷剂被压缩机吸入口吸入后，被压缩机压缩成高温高压的制冷剂气体由压缩机排气口排出，制冷剂再经由三通阀，在室外机盘管中进行冷凝放热变为液体，之后液体制冷剂分流进入不同的并联支路，并分别在第一节流装置、第二节流装置和第三节流装置中进行不同程度的节流，制冷剂由液态变为气-液两相状态，之后再分别回到第一室内机盘管、第二室内机盘管及第三室内机盘管中，制冷剂在其中蒸发吸热，同时室内温度降低，达到夏季制冷效果。
2.冬季制热模式：三通阀中室外机盘管与压缩机吸气口的流路连通，截止阀开启，水泵开启，地暖循环水回路处于工作状态，第二节流装置、第三节流装置、第四节流装置关闭。第一节流装置对***过热度进行控制。在该模式下，室外机盘管中的制冷剂蒸发吸热后变为低温低压的制冷剂气体，经由三通阀后被压缩机吸气口吸入压缩机，在压缩机内被压缩成高温高压气体后从压缩机排气口排出，再进入地暖热交换器中进行冷凝放热变为液体制冷剂，之后经过第一节流装置节流变为气-液两相状态，最后回到室外机盘管中。在地暖循环水回路中，水泵通过对地暖循环水回路中的水加压，使地暖循环水回路中的水能够循环流动，从而将在地暖热交换器中吸收冷凝热形成的热水流入到地暖中，在地暖中进行辐射散热，使室内温度升高，达到冬季制热效果。
3.冬季除霜模式：当空调在冬季以制热模式长时间运行后，室外机盘管易结霜，需要将冬季制热模式切换到冬季除霜模式以融化室外机盘管上的冰霜。***从冬季制热模式切换到冬季除霜模式下时，三通阀中室外机盘管与压缩机排气口的流路连通，截止阀保持开启状态，第一节流装置转变为全开状态，第二节流装置、第三节流装置、第四节流装置开启工作状态，对***过热度进行控制，同时室内机和室外机的风机都停止运行。在该模式下，经压缩机排气口排出的高温高压制冷剂气体一部分仍然经过截止阀进入地暖热交换器中，在地暖热交换器中进行冷凝放热，放出的热量用以对用户持续供暖，另一部分高温高压制冷剂气体经过三通阀进入室外机盘管中，在室外机盘管中进行冷凝放热，放出的热量用以除去室外机盘管上所结冰霜。制冷剂在地暖热交换器与室外机盘管中进行冷凝换热后变为液体状态，形成的两股制冷剂液体经制冷剂管路后合流成一股流体，一同流入室内机机组模块中。在室内机机组模块中，制冷剂首先分流成三股流体，分别经过第二节流装置、第三节流装置和第四节流装置，液体制冷剂被节流成气-液两相状态后，再分别进入第一室内机盘管、第二室内机盘管及第三室内机盘管中蒸发吸热，由于室内风机不运行，且取热位置位于天花板上方，因此不会影响室内舒适性。从室内机盘管出来的气体制冷剂再被压缩机吸入口吸入，在压缩机中被压缩成高温高压气体制冷剂后经由压缩机排气口排出。
本发明中空调地暖两联供空气源热泵***，结构上有以下特色和创新点：
1.压缩机与室外机盘管之间设有三通阀，在不同***模式下，通过改变三通阀内阀芯位置即可使得室外机盘管与压缩机吸气口或压缩机排气口直接相连，完成***模式的切换。相比于传统***中所用的四通换向阀部件，本***在流路切换与***控制上更为简单方便。
2.相比于传统***中地暖模块与室内机组并联的结构形式，本发明将地暖模块移至压缩机排气侧，消除低温冷媒漏入而造成水路冻结的风险。
3.本发明***相比于传统***有效地减少了阀部件数量，也降低了由于***模式切换所需要的相关阀的动作频次，不仅实现了***结构的精简优化，也提升了***的运行稳定性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.在冬季除霜模式下，传统***会暂停地暖供暖或降低供水温度，影响房间温度的稳定性。本技术方案中由于特殊的***结构，***在进行除霜时地暖模块不停止供暖且供水温度不降低，实现对室内温度的稳定控制。此时，室内机盘管作为蒸发器从室内上方空气处吸热，由于室内风机不运行，且取热位置位于天花板上方，室内取热化霜不会影响室内的热舒适性。另一方面，地暖热交换器在化霜模式下不会转变为蒸发器，从根本上避免了由于化霜造成换热器结冰损坏的风险；
2.在夏季制冷模式下，传统***中地暖热交换器也会转换为蒸发器状态，低温冷媒可能会漏入地暖模块，造成地暖模块的水路冻结、或者地暖水路温度下降，进而使房间地面发生凝露。在本技术方案中，地暖模块位于高压侧，即使高温冷媒漏入也不存在管路冻裂风险；
3.在冬季制热模式下，传统***中地暖热交换器和室内机盘管是并联的冷凝器关系，高温冷媒不仅会在地暖热交换器中冷凝放热，还会进入室内机盘管中，这样会造成热量损失、地暖模块供热量不足，而且进入室内机盘管的冷媒带着润滑油积聚在换热器中(房间顶部温度低，虽然风机不运转但是冷媒仍然容易冷凝在室内换热器中)，难以再次回到压缩机中，造成了冷媒管理困难，以及压缩机回油困难；同时未被冷却的气体经过室内机的膨胀阀时还伴有较大噪声。在本技术方案中，制热模式下***只有唯一的冷凝器，即地暖热交换器，压缩机排出的高温制冷剂只在地暖模块中冷凝放热成过冷液体，即使后续制冷剂即使漏入室内机机组模块也不会造成供热能力损失(室内机为蒸发器低压状态，只吸热不放热)，同时，由于室内机模块与压缩机吸气口相连，因而冷媒和润滑油不会积聚在室内机模块的换热器中，而是直接被吸回到压缩机吸气口。另一方面，由于所漏制冷剂为过冷液体，能够在一定程度上降低内机噪声，既强化***性能，也提升了用户的舒适度。
附图说明
图1为传统空调地暖两联供***的结构示意图；
图2为本发明中的一种空调地暖两联供空气源***的结构示意图；
图3～5为本发明中的一种空调地暖两联供空气源***分别在夏季制冷模式、冬季制热模式以及冬季除霜模式下的流程示意图；
图中：1-压缩机；2-三通阀；3-室外机盘管；4-第一节流装置；51-第二节流装置；52-第三节流装置；53-第四节流装置；61-第一室内机盘管；62-第二室内机盘管；63-第三室内机盘管；7-截止阀；8-地暖热交换器；9-水泵；10-地暖；11～21制冷剂连接管；22、23-送水管；24-回水管；25-地暖模块；26-室内机机组模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构、控制方法、算法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
实施例1
本实施例中的新型空调地暖两联供***，其结构如图2所示，主要结构包括压缩机1，三通阀2，室外机盘管3，第一节流装置4，第二节流装置51，第三节流装置52，第四节流装置53，第一室内机盘管61，第二室内机盘管62，第三室内机盘管63，截止阀7，地暖热交换器8，水泵9，地暖10，制冷剂连接管路11～21，送水管路22、23，回水管路24，地暖模块25，室内机机组模块26。
本实施例中压缩机1，连接管11、19，截止阀7，连接管20，地暖热交换器8，连接管21、16，室内机机组模块26和连接管17、18按顺序依次形成闭环连接。同时，地暖热交换器8、送水管路22、水泵9、送水管路23、地暖10及回水管路24按顺序依次连接形成地暖循环水回路。
本实施例中室内机机组模块26包括三个并联的室内机盘管，分别为第一室内机盘管61、第二室内机盘管62和第三室内机盘管63，且三个室内机盘管并联回路上分别设有第一节流装置51、第二节流装置52和第三节流装置53。同时，室内机机组模块26中设有节流装置一端通过连接管16、21与地暖热交换器8相连，而设有室内机盘管一端通过连接管17、18与压缩机1相连；
本实施例中三通阀2上的A接口与连接管13、室外机盘管3、连接管14、第一节流装置4及连接管15依次连接，其中第一节流装置4既可通过连接管15、21与地暖热交换器8相连，又可通过连接管15、16与室内机机组模块26相连。同时，三通阀2上接口B通过连接管12、11与压缩机1排气口相连，接口C通过连接管15、18与压缩机1吸气口相连。
本发明通过流路切换和阀部件的开闭，可以实现以下3种运行模式：
一、夏季制冷模式(参见图3)
本实施例***在夏季制冷模式下，三通阀2中AB接口连通，截止阀7关闭，水泵9关闭，地暖循环水回路不工作，第一节流装置4处于全开状态。第二节流装置51、第三节流装置52、第四节流装置53对***过热度进行控制。在该模式下，第一室内机盘管61、第二室内机盘管62和第三室内机盘管63中的制冷剂蒸发吸热后变为低温低压气体，该气体制冷剂在连接管1中汇合，之后被压缩机1吸气管路18吸入，在压缩机1中被压缩成高温高压的气体制冷剂后由压缩机1排气管路11排出，排出的气体制冷剂经过连接管12由B接口进入三通阀2内，之后由A接口排出，再经由连接管13进入室外机盘管3中进行冷凝放热变为液体，液体制冷剂依次经过连接管14、15、16后进入室内机机组模块26中，在室内机机组模块26中分流进入不同的并联支路，并分别在第二节流装置51、第三节流装置52和第三节流装置53中进行不同程度的节流，制冷剂由液态变为气-液两相状态，之后再分别回到第一室内机盘管61、第二室内机盘管62及第三室内机盘管63中，制冷剂在其中蒸发吸热，同时室内温度降低，达到夏季制冷效果。
二、冬季制热模式(参见图4)
本实施例***在冬季制热模式下，三通阀2中AC接口连通，截止阀7开启，水泵9开启，地暖循环水回路处于工作状态，第二节流装置51、第三节流装置52、第四节流装置53关闭。第一节流装置4对***过热度进行控制。在该模式下，室外机盘管3中的制冷剂蒸发吸热后变为低温低压的制冷剂气体，经过连接管13后由接口A进入三通阀2中，通过接口C排出后由连接管15及压缩机1吸气管路18进入压缩机1中，在压缩机1内被压缩成高温高压气体后从压缩机1排气管路11排出，经过连接管19、20后进入地暖热交换器8中，气体制冷剂进行冷凝放热后变为液体制冷剂，之后经过连接管21、15进入第一节流装置4中，液体制冷剂经节流变为气-液两相状态，最后经由连接管14回到室外机盘管3中。在地暖循环水回路中，水泵9通过对地暖循环水回路中的水加压，使地暖循环水回路中的水能够循环流动，从而源源不断地将在地暖热交换器8中吸收冷凝热形成的热水流入到地暖10中，在地暖10中对室内进行辐射散热，使室内温度升高，达到冬季制热效果。
三、冬季除霜模式(参见图5)
本实施例***在冬季以制热模式长时间运行后，室外机盘管3易结霜，此时需要将冬季制热模式切换到冬季除霜模式以融化室外机盘管3上的冰霜。***从冬季制热模式切换到冬季除霜模式下时，三通阀2中由AC接口接通变为AB接口接通，第一节流装置4切换为全开状态，第二节流装置51、第三节流装置52、第四节流装置53开启工作状态，对***过热度进行控制，室外机盘管3和室内机机组模块26的风机均关闭。在该模式下，经压缩机1排气管路11排出的高温高压制冷剂气体，一部分仍然经过连接管19、截止阀7、连接管20进入地暖热交换器8中，在地暖热交换器8中进行冷凝放热，放出的热量通过地暖循环水回路中的循环水带入到地暖10中，实现对室内的持续供暖，另一部分高温高压制冷剂气体通过连接过12由接口B进入三通阀2中，再由接口A排出后经过连接管13进入室外机盘管3中，在室外机盘管3中进行冷凝放热，放出的热量用以除去室外机盘管3上所结冰霜。制冷剂在地暖热交换器8与室外机盘管3中进行冷凝换热后变为液体状态，地暖热交换器8中的液体制冷剂在经过连接管21后，与经过连接管14、15后的室外机盘管3中的液体制冷剂在连接管16中汇合，一同流入室内机机组模块26中。在室内机机组模块26中，制冷剂的状态变化与夏季制冷模式下相同，由于室内风机不运行，且取热位置为天花板上方，故不会影响室内舒适性。最后室内机机组模块26中形成的低温低压气体制冷剂经过连接管17与压缩机1吸气管路18回到压缩机1中。
需要申明，从本发明原理出发的其余布置结构(例如增加室内机数量)，也属于本发明的保护范围。
本文中使用“第一”、“第二”等词语来限定部件，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”等词语的使用仅仅是为了便于描述上对部件进行区别。如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空调地暖两联供空气源热泵***，其特征在于，包括通过管路依次连接的压缩机(1)、流向调节单元、室外机盘管(3)、第一节流装置(4)，以此构成制冷剂主流路；
还包括分别并联于制冷剂主流路两侧的地暖模块(25)和室内机机组模块(26)，所述地暖模块(25)和室内机机组模块(26)的两端均分别与压缩机(1)和第一节流装置(4)通过管路连接；
通过流向调节单元对制冷剂主流路的输出模式进行调节，实现地暖模块(25)的热量供给和/或室内机机组模块(26)的冷量供给，以此实现冬季制热模式、夏季制冷模式、冬季除霜模式的切换。
2.根据权利要求1所述的一种空调地暖两联供空气源热泵***，其特征在于，所述流向调节单元为三通阀(2)；
所述三通阀(2)的A端与室外机盘管(3)连接；
所述三通阀(2)的B端分别与压缩机(1)和地暖模块(25)连接；
所述三通阀(2)的C端分别与压缩机(1)和室内机机组模块(26)连接。
3.根据权利要求2所述的一种空调地暖两联供空气源热泵***，其特征在于，所述地暖模块(25)包括地暖热交换器(8)和地暖循环水回路，所述地暖热交换器(8)的制冷剂流路两端分别与制冷剂主流路连接，所述地暖热交换器(8)的水流路连接于地暖循环水回路中。
4.根据权利要求3所述的一种空调地暖两联供空气源热泵***，其特征在于，所述地暖循环水回路包括依次连接的水泵(9)、地暖(10)，所述水泵(9)与地暖热交换器(8)的水流路输出端连接，所述地暖(10)与地暖热交换器(8)的水流路输入端连接。
5.根据权利要求3所述的一种空调地暖两联供空气源热泵***，其特征在于，所述地暖模块(25)还包括截止阀(7)，所述截止阀(7)一端与制冷剂主流路连接，另一端与地暖热交换器(8)的制冷剂流路连接。
6.根据权利要求5所述的一种空调地暖两联供空气源热泵***，其特征在于，所述室内机机组模块(26)包括多个并联的室内机盘管组件，所述室内机盘管组件包括依次连接的室内机盘管和节流装置；
所述室内机盘管和室外机盘管(3)上均匹配设有风机。
7.根据权利要求1所述的一种空调地暖两联供空气源热泵***，其特征在于，所述流向调节单元为设于压缩机(1)两端的截止阀。
8.根据权利要求5所述的一种空调地暖两联供空气源热泵***，其特征在于，在夏季制冷模式下，三通阀(2)中A、B接口连通，截止阀(7)关闭，水泵(9)关闭，地暖循环水回路不工作，第一节流装置(4)处于全开状态。
9.根据权利要求6所述的一种空调地暖两联供空气源热泵***，其特征在于，在冬季制热模式下，三通阀(2)中A、C接口连通，截止阀(7)开启，水泵(9)开启，地暖循环水回路处于工作状态，室内机机组模块(26)中的节流装置均关闭。
10.根据权利要求6所述的一种空调地暖两联供空气源热泵***，其特征在于，从冬季制热模式切换到冬季除霜模式下时，三通阀(2)中由A、C接口接通变为A、B接口接通，第一节流装置(4)切换为全开状态，室内机机组模块(26)中的节流装置开启，以此对***过热度进行控制，室内机盘管和室外机盘管(3)上的风机均关闭。
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