一种户用整装式综合调能空气源热泵机组的制作方法

本发明涉及一种空气源热泵机组，特别是涉及一种户用整装式综合调能空气源热泵机组。

背景技术

空气源热泵在我国长江流域的运行实践中，节能与环保效益明显。当空气源热泵的应用范围扩展到黄河流域和华北等地区，尤其是黄河以北的寒冷地区，其系统的安全性和可靠性均出现一些问题。这主要因为空气源热泵受室外环境的影响较大，当室外温度过低时，就会引起空气源热泵的压缩机的高压缩比、排气温度过高、能效比下降、供热能力严重衰减等问题。

近年来，对于提高空气源热泵低温供热能力的研究备受关注。目前，针对提高空气源热泵低温供热能力的技术措施主要有室外换热器采用变速风机、改善低位热源法、喷液旁通技术、双级压缩等。这些方法虽能在一定程度上降低机组供热量的衰减，但均难以达到理想效果，仍会影响室内供热效果。

另一方面，目前户用型空气源热泵供热水系统的循环泵、定压、补水、排气与辅助电热等基本功能均由工程施工来完成，由于户用型供热系统较小，施工任务基本由非专业小散队伍来完成，也造成许多户用型空气源热泵供热效果不佳的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提出一种户用整装式综合调能空气源热泵机组，采用补气增焓、变频调能、电热辅助和水路系统整合优化相结合的综合性技术路线，提出低环境温度下供热能力下降时的户用型空气源热泵全新的调能技术思路，一方面对压缩机进行变频控制调能和采用补气增焓技术，另一方面在系统中增设电辅助加热器和水路补水定压排气与循环动力装置，以构成可多方式综合调能的户用整装式系统，从而大幅度降低机组供热量的衰减和供热系统安装的复杂性。

为实现上述目的，本发明提供了一种户用整装式综合调能空气源热泵机组，包括室外空气换热单元、室内侧水换热单元、变频压缩机单元、补气增焓单元、电热辅助单元、循环动力定压补水单元和自动排气单元；

所述变频压缩机单元包括依次连接的气液分离器、变频压缩机、四通换向阀；

所述室外空气换热单元包括至少两组并联设置的氟-空气换热机构；

所述室内水换热单元包括与所述四通换向阀相连接的立式氟-水换热器、与所述立式水-氟换热器并联设置的制冷用电子膨胀阀及与制冷用电子膨胀阀并联设置的第五止回阀；

所述补气增焓单元包括依次连接的补气换热器、补气电子膨胀阀及储液器，所述储液器与所述制冷用电子膨胀阀相连，所述补气换热器与氟-空气换热机构相连；

所述循环动力定压补水单元包括与机组进水口依次相连的第三球阀、水路过滤器、循环水泵、第一水路单向阀、第二球阀、立式水-氟换热器的进水口、立式水-氟换热器的出水口、靶流开关、机组出水口，还包括依次与自来水补水口相连的第二水路单向阀、补水电磁阀、安全泄水阀、排水口；所述补水电磁阀和安全泄水阀之间的管道与机组进水口相连接，并在连接处设置电接点式压力表；

所述自动排气单元包括设置在所述立式水-氟换热器的出水口与靶流开关之间的第一球阀以及与所述第一球阀相连接的水路自动放气阀；

所述电热辅助单元包括设置在靶流开关与机组出水口之间的电辅助加热器，所述电辅助加热器的前侧、后侧分别设有第四球阀、第五球阀，所述第四球阀和第五球阀上并联设有第六球阀。

优选地，所述氟-空气换热机构包括与所述补气换热器相连的供热电子膨胀阀、与所述供热电子膨胀阀相连的氟-空气换热器、设置在所述氟-空气换热器上的换热器风机以及并联设置在所述供热电子膨胀阀上的止回阀。

优选地，所述室外空气换热单元包括并联设置的第一分路氟-空气换热机构、第二分路氟-空气换热机构、第三分路氟-空气换热机构、第四分路氟-空气换热机构，所述第一氟-空气换热机构包括与所述补气换热器相连的第一供热电子膨胀阀、与所述第一供热电子膨胀阀相连的第一氟-空气换热器、设置在所述第一氟-空气换热器上的第一换热器风机以及并联设置在所述第一供热电子膨胀阀上的第一止回阀，所述第二氟-空气换热机构包括与所述补气换热器相连的第二供热电子膨胀阀、与所述第二供热电子膨胀阀相连的第二氟-空气换热器、设置在所述第二氟-空气换热器上的第二换热器风机以及并联设置在所述第二供热电子膨胀阀上的第二止回阀，所述第三氟-空气换热机构包括与所述补气换热器相连的第三供热电子膨胀阀、与所述第三供热电子膨胀阀相连的第三氟-空气换热器、设置在所述第三氟-空气换热器上的第三换热器风机以及并联设置在所述第三供热电子膨胀阀上的第三止回阀，所述第四氟-空气换热机构包括与所述补气换热器相连的第四供热电子膨胀阀、与所述第四供热电子膨胀阀相连的第四氟-空气换热器、设置在所述第四氟-空气换热器上的第四换热器风机以及并联设置在所述第四供热电子膨胀阀上的第四止回阀。

优选地，当所述电接点式压力表监测到低压时，所述补水电磁阀开启，补水经由第二水路单向阀和补水电磁阀进入回水管路，补水与空气源热泵机组回水混合后，再经由第三球阀、水路过滤器、循环水泵、第一水路单向阀、第二球阀进入立式水-氟换热器进行热量交换。

优选地，当所述电接点式压力表监测到超压时，所述补水电磁阀关闭，安全泄水阀开启，空气源热泵机组回水的一部分经由安全泄水阀排出，空气源热泵机组回水的另一部分回水经由第三球阀、水路过滤器、循环水泵、第一水路单向阀、第二球阀进入立式水-氟换热器进行热量交换。

优选地，当室外温度和供水温度过低时，所述电辅助加热器开启，空气源热泵机组回水在立式水-氟换热器进行热量交换后，依次经由靶流开关、第四球阀、电辅助加热器、第五球阀流出机组出水口进入室内用户侧。

基于上述技术方案，本发明的优点是：

本发明的户用整装式综合调能空气源热泵机组通过采用压缩机的补气增焓及其变频调能技术与电热辅助相耦合的综合调能技术，解决空气源热泵在低环境温度工况下的供热能力衰减问题；通过整合供热水系统循环定压补水排气等综合技术措施，将工程产品化，形成整装机组，以解决户用型空气源热泵供热系统施工简便问题。

1、热泵机组在低温工况下运行时，通过加大压缩机的容量来提高机组的制热能力是一种十分有效的方法，并采用变频控制可以改变压缩机输气量。热泵压缩机使用的电动机为变频调速式，其旋转速度取决于电动机的极数和频率。所以，通过变频器的频率控制改变电动机的转速，压缩机的输气量与电动机的转速成正比。在低温工况下，提高电机频率，则转速相应加快，从而实现了压缩机输气量的提高，弥补了空气源热泵在低温工况下制热量的衰减。

2、设置辅助电加热装置是提高空气源热泵在低温环境下供热能力的有效而简单的技术措施。本发明利用辅助的电加热器直接加热热水，确保在低温工况下向室内供应足够的热量。这种方式可以非常方便地根据室内热负荷调节供热量的大小。电热辅助与压缩机变频调能相耦合，起到提高低温工况下供热能力的作用。

3、采用补气增焓降低了压缩机的排气温度，降低压缩比，提高空气源热泵低温工况下运行稳定性、供热能力与能效，使空气源热泵的应用范围更广。

4、为简化用户侧水路系统的安装工艺，在水路系统中的补水管路上加装电接点式压力表、泄水阀与自动排气装置，通过监测水路系统的回水压力高低来判断水路系统是否需要补水、泄水与排气；此外，把水路系统的循环水泵移至机组内部。通过上述室内侧水路系统的优化升级，使其安装更简单更便捷，降低安装难度，降低了安装施工人员的技能需求，使得专业能力一般的施工人员均可安装，适应范围更为广阔，更适合小型独立用户。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为户用整装式综合调能空气源热泵机组系统示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明提供了一种户用整装式综合调能空气源热泵机组，如图1所示，其中示出了本发明的一种优选实施方式。所述户用整装式综合调能空气源热泵机组采用补气增焓、变频调能、电热辅助和水路系统整合优化相结合的综合性技术路线，提出低环境温度工况下户用型空气源热泵全新的调能技术思路，一方面对压缩机进行变频控制调能和采用补气增焓技术，另一方面在系统中增设电辅助加热器和水路补水定压排气与循环动力装置，以构成可多方式综合调能的户用整装式系统，从而大幅度降低机组供热量的衰减和供热系统安装的复杂性。

具体地，所述户用整装式综合调能空气源热泵机组包括室外空气换热单元、室内侧水换热单元、变频压缩机单元、补气增焓单元、电热辅助单元、循环动力定压补水单元和自动排气单元。

所述变频压缩机单元包括依次连接的气液分离器3、变频压缩机1、四通换向阀2。

所述室外空气换热单元包括至少两组并联设置的氟-空气换热机构。优选地，所述氟-空气换热机构包括与所述补气换热器4相连的供热电子膨胀阀、与所述供热电子膨胀阀相连的氟-空气换热器、设置在所述氟-空气换热器上的换热器风机以及并联设置在所述供热电子膨胀阀上的止回阀。

所述室内水换热单元包括与所述四通换向阀2相连接的立式氟-水换热器7、与所述立式水-氟换热器7并联设置的制冷用电子膨胀阀9及与制冷用电子膨胀阀9并联设置的第五止回阀10-5。

所述补气增焓单元包括依次连接的补气换热器4、补气电子膨胀阀5及储液器6，所述储液器6与所述制冷用电子膨胀阀9相连，所述补气换热器4与氟-空气换热机构相连。

所述循环动力定压补水单元包括与机组进水口21依次相连的第三球阀25-3、水路过滤器14、循环水泵12、第一水路单向阀13-1、第二球阀25-2、立式水-氟换热器7的进水口、立式水-氟换热器7的出水口、靶流开关26、机组出水口19，还包括依次与自来水补水口20相连的第二水路单向阀13-2、补水电磁阀16、安全泄水阀17、排水口18；所述补水电磁阀16和安全泄水阀17之间的管道与机组进水口21相连接，并在连接处设置电接点式压力表15。

所述自动排气单元包括设置在所述立式水-氟换热器7的出水口与靶流开关26之间的第一球阀25-1以及与所述第一球阀25-1相连接的水路自动放气阀8。

所述电热辅助单元包括设置在靶流开关26与机组出水口19之间的电辅助加热器11，所述电辅助加热器11的前侧、后侧分别设有第四球阀25-4、第五球阀25-5，所述第四球阀25-4和第五球阀25-5上并联设有第六球阀25-6。

如图1所示，所述室外空气换热单元包括并联设置的第一分路氟-空气换热机构、第二分路氟-空气换热机构、第三分路氟-空气换热机构、第四分路氟-空气换热机构。所述第一氟-空气换热机构包括与所述补气换热器4相连的第一供热电子膨胀阀24-1、与所述第一供热电子膨胀阀24-1相连的第一氟-空气换热器23-1、设置在所述第一氟-空气换热器23-1上的第一换热器风机22-1以及并联设置在所述第一供热电子膨胀阀24-1上的第一止回阀10-1。所述第二氟-空气换热机构包括与所述补气换热器4相连的第二供热电子膨胀阀24-2、与所述第二供热电子膨胀阀24-2相连的第二氟-空气换热器23-2、设置在所述第二氟-空气换热器23-2上的第二换热器风机22-2以及并联设置在所述第二供热电子膨胀阀24-2上的第二止回阀10-2。所述第三氟-空气换热机构包括与所述补气换热器4相连的第三供热电子膨胀阀24-3、与所述第三供热电子膨胀阀24-3相连的第三氟-空气换热器23-3、设置在所述第三氟-空气换热器23-3上的第三换热器风机22-3以及并联设置在所述第三供热电子膨胀阀24-3上的第三止回阀10-3。所述第四氟-空气换热机构包括与所述补气换热器4相连的第四供热电子膨胀阀24-4、与所述第四供热电子膨胀阀24-4相连的第四氟-空气换热器23-4、设置在所述第四氟-空气换热器23-4上的第四换热器风机22-4以及并联设置在所述第四供热电子膨胀阀24-4上的第四止回阀10-4。

在冬季制热工况下，本发明的户用整装式综合调能空气源热泵机组工作过程如下：

1、氟路循环过程

在冬季制热工况下，室外空气换热单元的各个氟-空气换热机构的冬季供热电子膨胀阀和风机打开。例如：第一供热电子膨胀阀24-1和第一换热器风机22-1、第二供热电子膨胀阀24-2和第二换热器风机22-2、第三热电子膨胀阀24-3和第三换热器风机22-3、第四供热电子膨胀阀24-4和第四换热器风机22-4打开；补气增焓单元的补气电子膨胀阀5打开；室内水换热单元的制冷用电子膨胀阀9关闭。

此时从变频压缩机1出来的高温高压制冷剂气体经由四通换向阀2(a-d接通)，进入立式水-氟换热器7中进行放热，冷凝成液体，分为两路，主路为制热回路，辅路为补气回路。主路的制冷剂液体直接进入补气换热器4；辅路的制冷剂液体经补气电子膨胀阀5节流降压后也进入补气换热器4。这两部分制冷剂在补气换热器4中产生热交换后，辅路的制冷剂变为气体后被压缩机的辅助进气口吸入，主路的制冷剂变为过冷液体分别进入四个氟-空气换热机构。在第一氟-空气换热机构中，通过第一供热电子膨胀阀24-1节流降压，进入第一氟-空气换热器23-1进行吸热；第二、三、四氟-空气换热机构的制热工况过程以此类推。四个氟-空气换热机构的制冷剂汽化吸热后，汇合后经四通换向阀2(b-c接通)和气液分离器3，被变频压缩机1吸入，主路和辅路的制冷剂在变频压缩机1工作腔内混合，再进一步压缩后排出变频压缩机1外，完成氟路循环。

2、水路循环过程：包括循环定压过程、自动排气过程、电热辅助过程三部分。

在循环定压过程中，循环水泵12开启，第二球阀25-2、第三球阀25-3打开。通过安装于水路系统回水管路上的电接点式压力表15监测运行压力而联动补水电磁阀16的开闭。

当所述电接点式压力表15监测到低压时，所述补水电磁阀16开启，补水经由第二水路单向阀13-2和补水电磁阀16进入回水管路，补水与空气源热泵机组回水混合后，再经由第三球阀25-3、水路过滤器14、循环水泵12、第一水路单向阀13-1、第二球阀25-2进入立式水-氟换热器7进行热量交换。当所述电接点式压力表15监测到超压时，所述补水电磁阀16关闭，安全泄水阀17开启，空气源热泵机组回水的一部分经由安全泄水阀17排出，空气源热泵机组回水的另一部分回水经由第三球阀25-3、水路过滤器14、循环水泵12、第一水路单向阀13-1、第二球阀25-2进入立式水-氟换热器7进行热量交换。

在自动排气过程中，自动排气单元的第一水路阀门25-1开启。水路系统在循环过程中产生的气体经由第一水路阀门25-1以及与所述第一球阀25-1相连接的水路自动放气阀8排出。

在电热辅助过程中，第四球阀25-4、第五球阀25-5开启，第六球阀25-6关闭。当室外温度和供水温度过低时，所述电辅助加热器11开启，空气源热泵机组回水在立式水-氟换热器7进行热量交换后，依次经由靶流开关26、第四球阀25-4、电辅助加热器11、第五球阀25-5流出机组出水口19进入室内用户侧，完成水路循环。

在夏季制热工况下，本发明的户用整装式综合调能空气源热泵机组工作过程如下：

1、氟路循环过程

在夏季制冷工况下，制冷用电子膨胀阀5开启，各个氟-空气换热机构的冬季供热电子膨胀阀关闭，例如：第一供热电子膨胀阀24-1、第二供热电子膨胀阀24-2、第三供热电子膨胀阀24-3、第四供热电子膨胀阀24-4关闭，补气电子膨胀阀5关闭。从变频压缩机1出来的制冷剂经由四通换向阀2(a-b接通)，分别进入四个氟-空气换热机构。在第一氟-空气换热机构中，进入第一氟-空气换热器23-1进行放热后流经旁路上的第一止回阀10-1；在第二、三、四氟-空气换热机构中的换热过程同理。四个氟-空气换热机构的制冷剂汇合，经制冷支路上的补气换热器4和储液器6，进入立式水-氟换热器7中进行吸热，经四通换向阀2(c-d接通)和气液分离器3，被变频压缩机1吸入，完成氟路循环。

2、水路循环过程：包括循环定压过程、自动排气过程、电热辅助过程三部分，其中循环定压过程、自动排气过程与冬季制热工况相同，在此不再赘述。

在电热辅助过程中，所述电热辅助单元中的电辅助加热器11关闭，第四球阀25-4、第五球阀25-5开启，第六球阀25-6关闭。空气源热泵机组回水在立式水-氟换热器7进行热量交换后，冷水经由靶流开关26、第四球阀25-4、第五球阀25-5流出机组出水口19进入室内用户侧，完成水路循环。所述第六球阀25-6用于检修维护。

本发明的户用整装式综合调能空气源热泵机组通过采用压缩机的补气增焓及其变频调能技术与电热辅助相耦合的综合调能技术，解决空气源热泵在低环境温度工况下的供热能力衰减问题；通过整合供热水系统循环定压补水排气等综合技术措施，将工程产品化，形成整装机组，以解决户用型空气源热泵供热系统施工简便问题。

1、热泵机组在低温工况下运行时，通过加大压缩机的容量来提高机组的制热能力是一种十分有效的方法，并采用变频控制可以改变压缩机输气量。热泵压缩机使用的电动机为变频调速式，其旋转速度取决于电动机的极数和频率。所以，通过变频器的频率控制改变电动机的转速，压缩机的输气量与电动机的转速成正比。在低温工况下，提高电机频率，则转速相应加快，从而实现了压缩机输气量的提高，弥补了空气源热泵在低温工况下制热量的衰减。

2、设置辅助电加热装置是提高空气源热泵在低温环境下供热能力的有效而简单的技术措施。本发明利用辅助的电加热器直接加热热水，确保在低温工况下向室内供应足够的热量。这种方式可以非常方便地根据室内热负荷调节供热量的大小。电热辅助与压缩机变频调能相耦合，起到提高低温工况下供热能力的作用。

3、采用补气增焓降低了压缩机的排气温度，降低压缩比，提高空气源热泵低温工况下运行稳定性、供热能力与能效，使空气源热泵的应用范围更广。

4、为简化用户侧水路系统的安装工艺，在水路系统中的补水管路上加装电接点式压力表、泄水阀与自动排气装置，通过监测水路系统的回水压力高低来判断水路系统是否需要补水、泄水与排气；此外，把水路系统的循环水泵移至机组内部。通过上述室内侧水路系统的优化升级，使其安装更简单更便捷，降低安装难度，降低了安装施工人员的技能需求，使得专业能力一般的施工人员均可安装，适应范围更为广阔，更适合小型独立用户。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。