CN203810792U - 一种新型超低环温空气源热泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型超低环温空气源热泵，旨在提供一种能够在超低温低下具有较高制热效率的新型超低环温空气源热泵。它包括高压缩比的压缩机、油分装置、四通阀、套管换热器、制热单向阀、储液桶、制热膨胀阀、翅片换热器、气分装置、化霜单向阀、化霜膨胀阀和低温制冷剂，所述的制热单向阀和化霜膨胀阀并联，制热膨胀阀和化霜单向阀并联，低温制冷剂安装在高压缩比的压缩机内，高压缩比的压缩机一端通过压缩机热回收电磁阀连接套管换热器的进水端。本实用新型的有益效果是：实现其能够在超低环境温度工作；能够吸收压缩机的余热，降低压缩机的排气温度，提高了制热量以及制热效率；通过翅片换热器化霜方法进一步提高了制热效率。

Description

一种新型超低环温空气源热泵

技术领域

本实用新型涉及空气能热水器相关技术领域，尤其是指一种新型超低环温空气源热泵。

背景技术

目前，国家针对空气源热泵制热有以下两个标准：

(1)国家标准GB/T18430.1·2007《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组第1部分工业或商业用及类似用途的冷水(热泵)机组》、GB/T18430.2·2007《蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组第2部分户用及类似用途的冷水(热泵)机组》规定的空气源热泵制热运行标准工况为环境温度7℃，制取45℃的热水，最低环境温度到·7℃可运行；

(2)国家标准GB/T25127.1·2010《低环境温度空气源热泵(冷水)机组第1部分：工业或商业用及类似用途的热泵(冷水)机组》、GB/T25127.2·2010《低环境温度空气源热泵(冷水)机组第2部分：户用及类似用途的热泵(冷水)机组》规定的低环温空气源热泵制热运行的标准工况为环境温度·12℃，制取41℃热水，最低环境温度到·20℃时可运行。

但是，在东北、西北及高海拔地区，冬季的环境温度往往低于·20℃，极端环境温度达到·40℃，所以不管是普通空气源热泵或低环境温度空气源热泵都无法在当地使用，而当地的供暖一般采用如下方式：(1)燃煤、燃气、电锅炉供暖；(2)水地源热泵供暖；(3)二氧化碳风冷热泵机组。这些供暖方式会出现如下不足：(1)燃煤、燃气锅炉严重污染环境、消耗不可再生能源、效率低下，电锅炉效率低下；(2)水地源热泵需要进行地质勘探，水源热泵需要消耗地下水、产生回灌问题，所以多地不允许开采地下水，地源热泵投资成本比较大，青藏高原冻土层不允许使用水地源热泵；(3)二氧化碳制冷剂压力高，应用不成熟、配件不成熟、机组和零部件的制造工艺要求很高、安全风险比较高，设备运行稳定性差，成本偏高。

中国专利授权公告号：CN101004302A，授权公告日2007年7月25日，公开了无霜空气源热泵，其至少由室内的空气源/水源热交换器、制冷/制热切换装置、四通换向阀、压缩机、室外的无霜翅片式换热器单组或无霜翅片式热交换器双组、节流机构和单向阀/电磁阀等通过管路连接组成。在制热循环时，过冷翅片式换热器和蒸发翅片式换热器串联连接，过冷翅片式换热器管内流过高温高压的制冷剂液体，流过过冷翅片式换热器管外的空气源将被加热，该被加热的空气源流向蒸发翅片式换热器，蒸发翅片式换热器管内的制冷剂蒸发温度将被提升，从而实现了空气源热泵的无霜运行，克服了结霜空气源热泵的全部缺陷。在制冷循环时，过冷翅片式换热器和蒸发翅片式换热器并联连接共同作为冷凝器使用。该发明的不足之处在于，在东北、西北及高海拔地区，在冬季的环境温度低于20℃的情况下，尤其是在极端环境温度达到·40℃的情况下，该无霜空气源热泵在此种情况下制热效率低，有时候甚至无法使用。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种能够在超低温低下具有较高制热效率的新型超低环温空气源热泵。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种新型超低环温空气源热泵，包括高压缩比的压缩机、油分装置、四通阀、套管换热器、制热单向阀、储液桶、制热膨胀阀、翅片换热器、气分装置、化霜单向阀、化霜膨胀阀和低温制冷剂，所述的四通阀包括第一接口、第二接口、第三接口和第四接口，所述的制热单向阀和化霜膨胀阀并联，所述的制热膨胀阀和化霜单向阀并联，所述高压缩比的压缩机、油分装置和四通阀的第一接口依次连接，所述四通阀的第二接口、套管换热器、制热单向阀、储液桶、制热膨胀阀、翅片换热器和四通阀的第三接口依次连接，所述四通阀的第四接口、气分装置和高压缩比的压缩机依次连接，所述的低温制冷剂安装在高压缩比的压缩机内，所述的套管换热器包括进水端和出水端，所述高压缩比的压缩机一端通过压缩机热回收电磁阀连接套管换热器的进水端，所述高压缩比的压缩机另一端连接套管换热器的出水端。

本实用新型中，四通阀的第一接口与第二接口连通，第三接口与第四接口连通，通过制热单向阀和制热膨胀阀的配合使用，同时断开化霜膨胀阀和化霜单向阀，以实现新型超低环温空气源热泵的制热模式；四通阀的第一接口与第三接口连通，第二接口与第四接口连通，通过化霜膨胀阀和化霜单向阀的配合使用，同时断开制热单向阀和制热膨胀阀，以实现新型超低环温空气源热泵的制冷模式；通过压缩机热回收电磁阀引进套管换热器的进水端的低温热水，来吸收高压缩比的压缩机的余热，降低高压缩比的压缩机的排气温度，同时低温热水被加热后，回到套管换热器的出水端，与套管换热器内的热水一起供给用户使用，这样设计有效的提高了新型超低环温空气源热泵的制热量，则新型超低环温空气源热泵的制热效率也相应地提高了，达到了能够在超低温低下具有较高制热效率的目的。

作为优选，所述高压比的压缩机为半封闭活塞式制冷压缩机，其由耐氟马达、缸体、曲轴、连杆、加热器、缸盖、冷冻油、控制器、油泵和油压开关组成，所述高压缩比的压缩机允许的最低蒸发温度为·45℃，最高蒸发温度为7℃，最高冷凝温度为62℃。其允许的最低蒸发温度、最高蒸发温度和最高冷凝温度能够满足冬季超低温制热和夏季制冷用。

作为优选，所述低温制冷剂在最低蒸发温度时的压力低于高压缩比的压缩机低压侧的承压；所述低温制冷剂在最高冷凝温度时的压力低于高压缩比的压缩机高压侧的承压。符合高压缩比的压缩机运行范围，使得高压缩比的压缩机可以长期稳定地运行。

作为优选，所述低温制冷剂经过高压缩比的压缩机压缩后的排气温度不超过100度。使得低温制冷剂不超过高压缩比的压缩机允许的排气温度，减少了对高压缩比的压缩机的润滑油、轴承盒密封件产生破坏性影响，同时避免了高压缩比的压缩机损坏。

作为优选，还包括环境温度传感器、化霜计时器和PLC控制器，所述翅片换热器的出口处设有翅片温度传感器，所述高压缩比的压缩机的进口处设有进口温度传感器，所述的环境温度传感器、化霜计时器、翅片温度传感器、进口温度传感器和四通阀均分别与PLC控制器连接。能够防止翅片换热器周边空气中的水蒸气或小水滴就放热凝固成霜或冰附着在翅片换热器表面，从而导致隔断低温制冷剂与空气的换热。

作为优选，所述高压缩比的压缩机的排气口处设有排气温度传感器，所述的排气温度传感器和压缩机热回收电磁阀均分别与PLC控制器连接。通过压缩机热回收电磁阀实现回收高压缩比的压缩机余热的目的，同时也降低了高压缩比的压缩机的排气温度和油温，保证高压缩比的压缩机能长期稳定地运行。

本实用新型的有益效果是：通过高压缩比的压缩机与低温制冷器的配合使用，实现其能够在超低环境温度工作；能够吸收高压缩比的压缩机的余热，降低高压缩比的压缩机的排气温度，同时低温热水被加热后供给用户使用，有效的提高了新型超低环温空气源热泵的制热量以及制热效率；通过翅片换热器化霜方法能够有效的防止翅片换热器周边空气中的水蒸气或小水滴就放热凝固成霜或冰附着在翅片换热器表面，从而导致隔断低温制冷剂与空气的换热，进一步提高了新型超低环温空气源热泵的制热效率。

附图说明

图1是本实用新型制热循环的原理图；

图2是本实用新型制冷循环的原理图；

图3是本实用新型中高压缩比的压缩机余热回收的原理图。

图中：1.压缩机，2.油分装置，3.四通阀，31.第一接口，32.第二接口，33.第三接口，34.第四接口，4.套管换热器，41.进水端，42.出水端，5.制热单向阀，6.储液桶，7.制热膨胀阀，8.翅片换热器，9.气分装置，10.压缩机热回收电磁阀，11.化霜单向阀，12：化霜膨胀阀，13.低温制冷剂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

如图1、图2、图3所述的实施例中，一种新型超低环温空气源热泵，包括高压缩比的压缩机1、油分装置2、四通阀3、套管换热器4、制热单向阀5、储液桶6、制热膨胀阀7、翅片换热器8、气分装置9、化霜单向阀11、化霜膨胀阀12、低温制冷剂13、环境温度传感器、化霜计时器和PLC控制器，四通阀3包括第一接口31、第二接口32、第三接口33和第四接口34，制热单向阀5和化霜膨胀阀12并联，制热膨胀阀7和化霜单向阀11并联，高压缩比的压缩机1、油分装置2和四通阀3的第一接口31依次连接，四通阀3的第二接口32、套管换热器4、制热单向阀5、储液桶6、制热膨胀阀7、翅片换热器8和四通阀3的第三接口33依次连接，四通阀3的第四接口34、气分装置9和高压缩比的压缩机1依次连接，低温制冷剂13安装在高压缩比的压缩机1内，套管换热器4包括进水端41和出水端42，高压缩比的压缩机1一端通过压缩机热回收电磁阀10连接套管换热器4的进水端41，高压缩比的压缩机1另一端连接套管换热器4的出水端42，翅片换热器8的出口处设有翅片温度传感器，高压缩比的压缩机1的进口处设有进口温度传感器，高压缩比的压缩机1的排气口处设有排气温度传感器，环境温度传感器、化霜计时器、翅片温度传感器、进口温度传感器、四通阀3、排气温度传感器、压缩机热回收电磁阀10均分别与PLC控制器连接。其中：高压比的压缩机1为半封闭活塞式制冷压缩机，其由耐氟马达、缸体、曲轴、连杆、加热器、缸盖、冷冻油、控制器、油泵和油压开关组成，高压缩比的压缩机1允许的最低蒸发温度为·45℃，最高蒸发温度为7℃，最高冷凝温度为62℃。低温制冷剂13在最低蒸发温度时的压力低于高压缩比的压缩机1低压侧的承压；所述低温制冷剂13在最高冷凝温度时的压力低于高压缩比的压缩机1高压侧的承压，低温制冷剂13经过高压缩比的压缩机1压缩后的排气温度不超过100度。

如图1所示，在制热循环中，高压缩比的压缩机1压缩低温制冷剂13成高温高压制冷剂蒸汽后排入油分装置2内，将制冷剂混合的冷冻油分离出来，冷冻油回到高压缩比的压缩机1内，制冷剂从四通阀3的第一接口31进入，四通阀3内第一接口31与第二接口32连通，从四通阀3的第二接口32出来后进入套管换热器4内，将热量传导给套管换热器4内的使用水，使用水的水温被加热45℃后作供暖用，经过套管换热器4换热的高温高压制冷剂蒸汽冷凝成中温高压制冷剂液体后，经过制热单向阀5到储液桶6内，制冷剂液体再流经制热膨胀阀7节流膨胀成低温低压的气液两相混合物，进入到翅片换热器8内蒸发，吸收低焓值空气(·30℃)中的热量后，蒸发成低温低压过热蒸汽，制冷剂内焓值增加，从四通阀3的第三接口33进入，四通阀3内第三接口33与第四接口34连通，从四通阀3的第四接口34出来后再进入气分装置9进行气液分离，气体进入高压缩比的压缩机1内重新压缩，整个循环周而复始地循环，新型超低环温空气源热泵源源不断地从低温空气环境中(·30℃)吸热，再将热量提升后，制取45℃的热水供应到室内供暖用。

如图2所示，在制冷循环中，高压缩比的压缩机1压缩低温制冷剂13成高温高压制冷剂蒸汽后排入油分装置2内，将制冷剂混合的冷冻油分离出来，冷冻油回到高压缩比的压缩机1内，制冷剂从四通阀3的第一接口31进入，四通阀3内第一接口31与第三接口33连通，从四通阀3的第三接口33出来后进入翅片换热器8内，将热量排放到大气环境中，制冷剂蒸汽被冷凝成中温高压的制冷剂液体后，经过化霜单向阀11到储液桶6内，制冷剂液体再流经化霜膨胀阀12节流膨胀成低温低压的气液两相混合物，进入套管换热器4内，吸收使用水的热量，使用水放热降温后将冷量供给室内使用，两相制冷剂吸收热量后蒸发成过热制冷剂蒸汽，焓值增加，从四通阀3的第二接口32进入，四通阀3内第二接口32与第四接口34连通，从四通阀3的第四接口34出来后再进入气分装置9进行气液分离，气体进入高压缩比的压缩机1内重新压缩，整个循环周而复始地循环，新型超低环温空气源热泵源源不断地从使用水吸热，将热量排到大气环境中，从而达到制冷的目的。

如图3所示，在高压缩比的压缩机1余热回收过程中，当PLC控制器检测到高压缩比的压缩机1的排气温度达到上限后，开启压缩机热回收电磁阀10，从套管换热器4的进水端41引使用水来吸收高压缩比的压缩机1的余热，降低高压缩比的压缩机1的排气温度，同时使用水被加热后，回到套管换热器4的出水端42，与套管换热器4内加热之后的使用水一起供给用户使用。当高压缩比的压缩机1排气温度下降致PLC控制器设定的下限时，压缩机热回收电磁阀10关闭，新型超低环温空气源热泵停止高压缩比的压缩机1余热回收。新型超低环温空气源热泵的压缩机余热回收***达到回收高压缩比的压缩机1余热的目的，同时也降低了高压缩比的压缩机1的排气温度和油温，保证高压缩比的压缩机1能长期稳定地运行。

另外，在进行制热循环时，当翅片换热器8中的制冷剂从大气环境中吸热后，翅片换热器8周边空气中的水蒸气或小水滴就放热凝固成霜或冰，附着在翅片换热器8表面，从而隔断制冷剂与空气的换热。新型超低环温空气源热泵的PLC控制器根据翅片换热器8出口温度、环境温度、环境温度与翅片换热器8出口的温差和化霜间隔时间来确定新型超低环温空气源热泵进入化霜程序。当进入化霜程序时，具体步骤如下：

(1)通过PLC控制器采集环境温度传感器的环境温度以及翅片温度传感器的翅片换热器8出口温度，同时采集化霜计时器的化霜时间；

(2)通过PLC控制器来计算环境温度与翅片换热器8出口温度的温度差；

(3)判断翅片换热器8出口温度是否小于0度、环境温度是否小于5度、环境温度与翅片换热器8出口温度的温度差是否大于8度以及化霜时间即高压缩比的压缩机1工作时间是否运行12分钟以上，当翅片换热器8出口温度大于0度、环境温度大于5度、环境温度与翅片换热器8出口温度的温度差小于8度以及化霜时间不超过12分钟，则进入到步骤(1)中；当翅片换热器8出口温度小于0度、环境温度小于5度、环境温度与翅片换热器8出口温度的温度差大于8度以及化霜时间在12分钟以上，则进入到步骤(4)中；

(4)通过PLC控制器切换四通阀3，使得新型超低环温空气源热泵进入制冷模式中，通过PLC控制器采集进口温度传感器的高压缩比的压缩机1进口温度，同时判断高压缩比的压缩机1进口温与环境温度的温度差是否小于5度以及化霜时间即高压缩比的压缩机1工作时间是否运行15秒以上；

(5)当高压缩比的压缩机1进口温与环境温度的温度差大于5度以及化霜时间不超过15秒，则进入到步骤(4)中；当高压缩比的压缩机1进口温与环境温度的温度差小于5度以及化霜时间在15秒以上，则进入到步骤(6)中；

(6)通过PLC控制器切换四通阀3，使得新型超低环温空气源热泵进入制热模式中，并进入到步骤(1)中。

Claims (6)

1.一种新型超低环温空气源热泵，其特征是，包括高压缩比的压缩机(1)、油分装置(2)、四通阀(3)、套管换热器(4)、制热单向阀(5)、储液桶(6)、制热膨胀阀(7)、翅片换热器(8)、气分装置(9)、化霜单向阀(11)、化霜膨胀阀(12)和低温制冷剂(13)，所述的四通阀(3)包括第一接口(31)、第二接口(32)、第三接口(33)和第四接口(34)，所述的制热单向阀(5)和化霜膨胀阀(12)并联，所述的制热膨胀阀(7)和化霜单向阀(11)并联，所述高压缩比的压缩机(1)、油分装置(2)和四通阀(3)的第一接口(31)依次连接，所述四通阀(3)的第二接口(32)、套管换热器(4)、制热单向阀(5)、储液桶(6)、制热膨胀阀(7)、翅片换热器(8)和四通阀(3)的第三接口(33)依次连接，所述四通阀(3)的第四接口(34)、气分装置(9)和高压缩比的压缩机(1)依次连接，所述的低温制冷剂(13)安装在高压缩比的压缩机(1)内，所述的套管换热器(4)包括进水端(41)和出水端(42)，所述高压缩比的压缩机(1)一端通过压缩机热回收电磁阀(10)连接套管换热器(4)的进水端(41)，所述高压缩比的压缩机(1)另一端连接套管换热器(4)的出水端(42)。

2.根据权利要求1所述的一种新型超低环温空气源热泵，其特征是，所述高压比的压缩机(1)为半封闭活塞式制冷压缩机，其由耐氟马达、缸体、曲轴、连杆、加热器、缸盖、冷冻油、控制器、油泵和油压开关组成，所述高压缩比的压缩机(1)允许的最低蒸发温度为·45℃，最高蒸发温度为7℃，最高冷凝温度为62℃。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型超低环温空气源热泵，其特征是，所述低温制冷剂(13)在最低蒸发温度时的压力低于高压缩比的压缩机(1)低压侧的承压；所述低温制冷剂(13)在最高冷凝温度时的压力低于高压缩比的压缩机(1)高压侧的承压。

4.根据权利要求3所述的一种新型超低环温空气源热泵，其特征是，所述低温制冷剂(13)经过高压缩比的压缩机(1)压缩后的排气温度不超过100度。

5.根据权利要求1所述的一种新型超低环温空气源热泵，其特征是，还包括环境温度传感器、化霜计时器和PLC控制器，所述翅片换热器(8)的出口处设有翅片温度传感器，所述高压缩比的压缩机(1)的进口处设有进口温度传感器，所述的环境温度传感器、化霜计时器、翅片温度传感器、进口温度传感器和四通阀(3)均分别与PLC控制器连接。

6.根据权利要求5所述的一种新型超低环温空气源热泵，其特征是，所述高压缩比的压缩机(1)的排气口处设有排气温度传感器，所述的排气温度传感器和压缩机热回收电磁阀(10)均分别与PLC控制器连接。