专利名称：热泵热水器联合系统的制作方法
技术领域：
本发明属于热调设备，更具体的说是以水源或空气源热泵供暖、供冷以及供给生活热水的综合系统。
背景技术：
热泵热水器是以水源或空气源作为低温热源系统，制取高温水的系统，其一次能源利用率高，供热温度高，易于实现容量调节等特点而得到迅速发展。但目前有关热泵热水器系统的应用均是以空气源提供的生活热水单一功能存在，没有考虑夏季和冬季不同的运行工况，将供暖、供冷和生活热水而进行合理匹配的优化设计。本方案的热泵热水器联合系统，不仅可以使用R22与R410a等普通工质，也适合自然工质CO2。热泵热水器联合系统一方面可以保证系统在室外温度较低时(冬季)能够提供供热的同时还能提供生活热水，并且维持一个较高的制热系数；另一方面在室外温度较高时(夏季)能够提供制冷的同时还能提供生活热水，克服了热泵热水器功能单一的缺点，也克服了风冷型热泵由于外界温度下降导致制热量下降与供热量需要增大的矛盾。因此，通过本方案的实施可以综合利用有效能，实现热泵进行供冷、供暖和提供生活热水的系统匹配。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够供暖、供冷以及供给生活热水的热泵热水器联合系统，将使能源得到更为合理有效的利用。
以下结合附图1～3对本发明的系统逻辑、系统流程和水路控制系统进行说明。热泵热水器联合系统，包括压缩机1、水冷换热器2、空气源或水源换热器3、电动三通阀4、电子膨胀阀5、单向阀6、水箱7、电动温控阀8、水泵9等。本发明是以电动压缩机驱动以水或空气为冷热源的压缩热泵装置(如图1)。压缩机1的高压端接于第一个水冷换热器2-1工质侧的进口。水冷换热器2-1工质侧的出口接于电动三通阀4，电动三通阀4另外的两个口一路接于第三个水冷换热器2-3工质侧的进口；另一路通过第四个单向阀6-4接于第一个空气源或水源换热器3-1工质侧的进口。第三个水冷换热器2-3工质侧的出口接于第二个水冷换热器2-2工质侧的进口。水冷换热器2-2工质侧的出口经第二个电子膨胀阀5-2、第一个单向阀6-1接于第一个空气源或水源换热器3-1工质侧的进口；第二个水冷换热器2-2工质侧的出口另有一路经第三个单向阀6-3接于第一个空气源或水源换热器3-1工质侧的进口。压缩机1的低压端有两路一路通过第二个单向阀6-2、第二个空气源或水源换热器3-2、第一个电子膨胀阀5-1亦接入水冷换热器2-2工质侧的进口；另一路通过第五个单向阀6-5与空气源或水源换热器3-1工质侧的出口相连。水箱7中冷却水经电动温控阀8、水泵9接于电动温控三通阀10，电动温控三通阀10的另外两个口一路接于自来水管网11；另一路接于水冷换热器2-1水侧的进口。水冷换热器2-1冷却水经管路返回水箱7，第二个水冷换热器2-2进水口接于自来水管网11；出水口与水冷换热器2-1水侧的进口相联。水冷换热器2-3的水侧为供暖水管网12。水冷换热器2-3和水冷换热器2-1用于生活热水，同时水冷换热器2-3用于提供地板采暖热水。因为水箱7、温度控制阀8及水泵9是串接在一起，所以水泵9出口温度基本等于水箱的温度，当水箱的温度高于或低于设定温度后，温度控制阀8和水泵9联动。夏季运行时当水泵9的出口水温低于水冷换热器2-2制冷剂的出口温度时，由电动三通阀10接通水冷换热器2-2，水进入水冷换热器2-2进行换热；当水泵9的出口水温高于水冷换热器2-2制冷剂的出口温度时，由电动三通阀10接通水冷换热器2-1。此方案避免了随着水温的升高，导致水冷换热器2-2的制冷剂出口温度的升高，以致系统效率的下降。
图1为本发明的整体逻辑关系图。
图2为冬季工况热泵热水器联合系统运行系统图。图中粗虚线所示管路为流体不流动管路，粗双点划线所示管路为低温工质管路，粗实线所示管路为高温工质管路。
图3为夏季工况热泵热水器联合系统运行系统图。图中粗虚线所示管路为流体不流动管路，粗双点划线所示管路为低温工质管路，相实线所示管路为高温工质管路。
具体实施例方式
下面以实现冬季供暖和夏季供冷，以及提供生活热水供给为具体实施例，对本发明作进一步的说明冬季工况热泵热水器联合系统的网络结构或系统流程为(如图2)。电子膨胀阀5-1关闭，电子膨胀阀5-2开启。电动三通阀4将水冷换热器2-1与水冷换热器2-3连通，同时将空气源或水源换热器3-2的通路关闭。制冷剂通过电子膨胀阀5-2进行节流，节流后制冷剂进入空气源或水源换热器3-1进行蒸发，此时单向阀6-2、单向阀6-3单向阀6-4将阻止制冷剂逆向流动。即压缩机1高压端将高温高压制冷剂依次通过水冷换热器2-1与生活热水进行换热，换热后的制冷剂进入水冷换热器2-3与采暖热水进行换热，换热后制冷剂进入水冷换热器2-2再次与生活热水进行换热。制冷剂进一步降低温度后进入通过电子膨胀阀5-2节流降温降压，降温后的制冷剂通过空气源或水源换热器3-1，蒸发换热后进入压缩机进行压缩，完成一个循环。本发明采用三次进入水冷换热器进行换热是为了实现制冷剂能量的梯级匹配，生活热水的进水温度低而出水温度高，地板采暖用热水的温度则高于生活热水的进水温度但低于生活热水出水温度。因此先让低温的生活热水与低温的制冷剂在水冷换热器2-2进行换热，中温的地板采暖用热水进入水冷换热器2-3进行换热，而一次换热完毕的生活热水进入水冷换热器2-1与高温制冷剂进行二次换热，达到出水温度高的目的。此方案实现了制冷剂能量梯级利用，同时实现了合理的温度匹配，并降低了制冷剂出口冷却温度，可以提高系统的运行效率。在冬季运行中，空气源或水源换热器3-2不运行，而空气源或水源换热器3-1起到蒸发器的作用。在不需要空调的季节热泵热水器可以按照冬季工况运行。来自自来水管网11的低温水进入水冷换热器2-2进行一次换热后，进入水冷换热器2-1进行二次换热，得到高温的生活热水。当自水箱7中的水温低于设定值，温控阀8开启，连锁的水泵9启动，当水箱7的水温低于水冷换热器2-2制冷剂出口温度则水电动三通阀10开启接通水冷换热器2-2，生活热水进行一次换热，然后进入水冷换热器2-1进行二次换热，得到高温的生活热水；当水箱水温高于水冷换热器2-2制冷剂出口温度则电动三通阀10开启接通水冷换热器2-1，生活热水进行换热，得到高温的生活热水。来自地板采暖的热水管网12的回水进入水冷换热器2-3进行加热，得到地板采暖所需的热水。
夏季工况热泵热水器联合系统的网络结构或系统流程为(如图3)电子膨胀阀5-1开启，电子膨胀阀5-2关闭。电动三通阀4将水冷换热器2-1与空气源或水源换热器3-1连通，同时将水冷换热器2-3关闭。此时单向阀6-1、单向阀6-5将阻止制冷剂逆向流动。即压缩机1高压端的高温制冷剂依次通过水冷换热器2-1与生活热水进行换热，换热后的制冷剂进入空气源或水源换热器3-1进一步换热，换热后制冷剂进入水冷换热器2-2再次与生活热水进行换热，进一步降低制冷剂的温度排放热量。然后制冷剂通过电子膨胀阀5-1节流降温降压，降温后的制冷剂进入空气源或水源换热器3-2中蒸发换热，为空调系统提供低温的空气和水，蒸发后的制冷剂再次进入压缩机完成一个循环。在夏季运行同样采用了制冷剂的三次换热，由于夏季室外温度高于生活热水的进水温度但低于生活热水出水温度，因此先让低温的生活热水与低温的制冷剂在水冷换热器2-2进行换热，中温的制冷剂进入空气源或水源换热器3-1进行换热，而一次换热完毕的生活热水进入水冷换热器2-1与高温制冷剂进行二次换热，达到出水温度高的目的。此方案在实现了制冷剂能量梯级利用的同时，并降低了制冷剂出口冷却温度，可以提高系统的运行效率。另外，由于热水的需求是非稳定性的，同时热水的需求量与室内冷负荷的需求量可能不匹配，因此在不需求生活热水的时候而室内冷量需求大的时候，空气源或水源换热器3-1起到了补偿散热的作用。来自自来水管网11的低温水进入水冷换热器2-2进行一次换热后，进入水冷换热器2-1进行二次换热，得到高温的生活热水。当自水箱7中的水温低于设定值，温控阀8开启，连锁的水泵9启动，当水箱水温低于水冷换热器2-2制冷剂出口温度则水电动三通阀10开启接通水冷换热器2-2，生活热水进行一次换热，然后进入水冷换热器2-1进行二次换热，得到高温的生活热水；当水箱水温高于水冷换热器2-2制冷剂出口温度则电动三通阀10开启接通水冷换热器2-1，生活热水进行换热，得到高温的生活热水。空气或水与空气源或水源换热器3-2进行蒸发换热，获得空调系统所需的冷量。
本发明的优点及有益效果在于，使热泵热水器系统，满足夏季供冷，冬季供热的需求，通过简单的系统切换，又能满足用户对生活热水的需求，使能量得到合理的利用。因此本发明具有结构简单、调节方便的特点。对热泵热水器系统的推广应用与节能起到积极的促进作用。
权利要求
1.热泵热水器联合系统，包括压缩机(1)、水冷换热器(2)、空气源或水源换热器(3)、电动三通阀(4)、电子膨胀阀(5)、单向阀(6)、水箱(7)、电动温控阀(8)、水泵(9)，其特征在于压缩机(1)高压端接于第一个水冷换热器(2-1)工质侧的进口，水冷换热器(2-1)工质侧的出口接于电动三通阀(4)，电动三通阀(4)的另外两个口一路接于第三个水冷换热器(2-3)工质侧的进口；另一路通过第四个单向阀(6-4)接于第一个空气源或水源换热器(3-1)工质侧的进口，第三个水冷换热器(2-3)工质侧的出口接于第二个水冷换热器(2-2)工质侧的进口，在第二个水冷换热器(2-2)与第三个水冷换热器(2-3)工质侧之间有管路相连，水冷换热器(2-2)工质侧的出口经第二个电子膨胀阀(5-2)、第一个单向阀(6-1)接于第一个空气源或水源换热器(3-1)工质侧的进口，第二个水冷换热器(2-2)工质侧的出口另有一路经第三个单向阀(6-3)接于第一个空气源或水源换热器(3-1)工质侧的进口，压缩机(1)低压端有两路一路通过第二个单向阀(6-2)、第二个空气源或水源换热器(3-2)、第一个电子膨胀阀(5-1)亦接入第二个水冷换热器(2-2)工质侧的出口；另一路通过第五个单向阀(6-5)与第一个空气源或水源换热器(3-1)工质侧的出口相连，水箱(7)中冷却水经电动温控阀(8)、水泵(9)接于电动温控三通阀(10)，电动温控三通阀(10)的另外两个口一路接于自来水管网(11)；另一路接于第一个水冷换热器(2-1)水侧的进口，水冷换热器(2-1)冷却水经管路返回水箱(7)，所述第二个水冷换热器(2-2)进水口接于自来水管网(11)，出水口与第一个水冷换热器(2-1)水侧的进口相联，所述第三个水冷换热器(2-3)的水侧为供暖水管网(12)。
2.按照权利要求1所述的热泵热水器联合系统，其特征在于冬季运行网络结构为所述第一个电子膨胀阀(5-1)关闭，第二个电子膨胀阀(5-2)开启，所述电动三通阀(4)将所述第一个水冷换热器(2-1)与所述第三个水冷换热器(2-3)连通、将所述第二个空气源或水源换热器(3-2)关闭，所述第二个单向阀(6-2)、第三个单向阀(6-3)、第四个单向阀(6-4)阻止制冷剂逆向流动。
3.按照权利要求1所述的热泵热水器联合系统，其特征在于所述夏季运行网络结构为所述第一个电子膨胀阀(5-1)开启，第二个电子膨胀阀(5-2)关闭，所述电动三通阀(4)将第一个水冷换热器(2-1)与所述第一个空气源或水源换热器(3-1)连通、将所述第三个水冷换热器(2-3)关闭，所述第一个单向阀(6-1)、第五个单向阀(6-5)阻止制冷剂逆向流动。
4.按照权利要求1所述的热泵热水器联合系统，其特征在于所述第二个水冷换热器(2-2)和所述第一个水冷换热器(2-1)用于生活热水。
5.按照权利要求1所述的热泵热水器联合系统，其特征在于所述第三个水冷换热器(2-3)用于提供地板采暖热水。
6.按照权利要求1所述的热泵热水器联合系统，其特征在于所述压缩机(1)高压端的高温制冷剂依次通过所述第一个水冷换热器(2-1)、第一个空气源或水源换热器(3-1)和第二个水冷换热器(2-2)排放热量，用于夏季。
7.按照权利要求1所述的热泵热水器联合系统，其特征在于所述压缩机(1)高压端的高温制冷剂依次通过第一个水冷换热器(2-1)、第三个水冷换热器(2-3)和第二个水冷换热器(2-2)排放热量，用于冬季。
8.按照权利要求1所述的热泵热水器联合系统，其特征在于所述水泵(9)的出口水温低于所述第二个水冷换热器(2-2)的出口温度，由所述电动三通阀(10)接通第二个水冷换热器(2-2)；所述水泵(9)的出口水温高于所述第二个水冷换热器(2-2)的出口温度，由所述电动三通阀(10)接通第一个水冷换热器(2-1)。
全文摘要
本发明公开了一种能够供暖、供冷以及供给生活热水的热泵热水器联合系统，将压缩机、水冷换热器、空气源或水源换热器、电动三通阀、电子膨胀阀、单向阀、水箱、以及电动温控阀等按冬夏季不同工况组合成系统管路，考虑能量梯级利用以及冬夏的实际工况，设置了3个水冷换热器和2个空气源或水源换热器。压缩机接于水冷换热器及电动三通阀，在水冷换热器之间有管路相连。水箱、温度控制阀及水泵串接在一起，电动温控三通阀分别接于自来水管网和水冷换热器，可以对系统的温度进行调节，通过膨胀阀及单向阀的逻辑转换实现冬夏季供暖、供冷以及供给生活热水目的。本发明的特点及是，通过简单的系统切换，既能满足用户的需求，又使能量得到合理的利用。
文档编号F24D19/00GK101033866SQ20071005713
公开日2007年9月12日 申请日期2007年4月13日 优先权日2007年4月13日
发明者李敏霞, 马一太, 苏维诚 申请人:天津大学