专利名称：分级热泵热水系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机械工程技术领域的热泵系统，具体地说，涉及的是一种分级热泵热水系统。
背景技术：
热泵热水供应系统相比于传统的电加热和燃气加热等热水供应系统，以其低能耗、环保等优点已占有越来越多的市场份额。然而，现有的热泵热水供应系统都是一个冷凝器对一个热水水箱中的水直接加热。这种热水供应系统中的热泵长期工作在中、高温工况，因而造成了压縮机功率偏高、排气温度高等问题，并且传热效率也相对较低，工作环境十分恶劣，这些给机组的效率和安全可靠性都带来了负面的影响。
经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利授权公告日为2008年3月12日，授权公告号为CN画74782C，专利号为ZL 200510020370. 2的发明专利文献所公开的"一种空气能集中热水供应方法及装置"。该专利可在一定程度上使得热泵机组的运行条件得到改善，但随着水温的升高，机组还是不可避免的进入到高温工作区(较高的冷凝温度)，因此也存在压縮机功耗超负荷、排气温度偏高及传热效率较低等问题。对于常规工质的热泵热水系统，如果水温超过5(TC，不但热泵机组效率极低，而且机组的安全可靠性也得不到保证，但是从卫生和健康的角度来看，生活用水又必须加热到60°C以达到抑制细菌繁殖的目的。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供一种分级热泵热水系统，该系统不仅能提高热泵机组的供水温度，同时能让热泵机组始终工作在较低的冷凝温度内，从而保证了机组运行安全、可靠、。
本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括压縮机、 一号冷凝器、二号冷凝器、节流元件、蒸发器、电机风机、 一号水箱、二号水箱、 一号
3水泵、二号水泵、 一号电控阀、二号电控阀、三号电控阀、四号电控阀、 一号三通、二号三通、 一号温度传感器、二号温度传感器、三号温度传感器、 一号液位传感器、二号液位传感器、控制器。这些部件构成制冷剂回路、生活热水回路和控制系统回路。
制冷剂回路的各个部件的连接方式压縮机的出口与一号冷凝器的入口连接， 一号冷凝器的出口与二号冷凝器的入口连接，二号冷凝器的出口与节流元件的入口连接，节流元件的出口与蒸发器的入口连接，蒸发器的入口与压縮机的入口连接。
生活热水回路的连接方式自来水水补水管路与一号三通的一路连接， 一号三通的另外两路分别与一号电控阀的入口和二号电控阀的入口连接，一号电控阀的出口与一号水箱的自来水水进水管路连接，二号电控阀的出口与二号水箱的自来水进水管路连接， 一号水箱的循环出水口与一号水泵的入口连接， 一号水泵的出口与一号冷凝器的入水口连接， 一号冷凝器的出水口与一号水箱的循环入水口
连接，二号水箱的循环出水口与二号水泵的入口连接，二号水泵的出口与二号冷凝器的入水口连接，二号冷凝器的出水口与二号三通的一路连接，二号三通的另外两路分别与三号电控阀的入口和四号电控阀的入口连接，三号电控阀的出口与二号水箱的循环入水口连接，四号电控阀的出口与一号水箱的导水管路连接。
控制系统回路的连接方式一号水箱和二号水箱内分别对应设有一号温度传感器、 一号液位传感器和二号温度传感器、二号液位传感器，二号冷凝器的出水口设有三号温度传感器，用于测量水温及水位。其中， 一号温度传感器和二号温度传感器分别布置在一号水箱和二号水箱侧面的下端位置，液位传感器的上限位置略低于水箱顶部，液位传感器的下限位置略高于水箱出水口。温度传感器和液位传感器均连接到控制器，压縮机、电机风机以及所有的水泵和电控阀也连接到控制器。
所述的控制器通过输入信号检测到的各点温度和水位的值，控制各个电控阀、水泵、电机风机及压縮机的启停。
本实用新型的最大特点就是采用两级冷凝串联， 一号水箱为主水箱容量较大，它通过一号冷凝器吸收靠近压縮机排气口的高温制冷剂的热量，二号水箱容量较小，它通过二号换热器吸收部分冷凝热，使热泵机组的冷凝温度控制在一定的范围之内，并且通过导补水的方式，二号水箱向一号水箱提供中间温度的热水， 从而使得这个热泵热水系统能在一号水箱得到高温热水，同时由于导水切换温度 点t2的控制，使得机组的安全稳定性也得到保证。其中， 一号冷凝器、二号冷 凝器换热量的比例， 一号水箱、二号水箱容量的比例以及一号水泵、二号水泵流 量的比例是根据以下判别条件选取的保证上述(三)、(四)阶段中三号温度传 感器的温度和一号温度传感器的温度基本分别同时到达t2和目标温度。
实验证明，与传统的热泵热水机组相比，本实用新型不仅能提高热泵机组的 供水温度，并且热泵机组的最高压縮机排气温度、最大压縮机功率、最高冷凝温 度都有明显降低，同时效率还有所增加。而热泵机组的安全稳定性主要体现在最 高压縮机排气温度和最大压缩机功耗上，因此本实用新型不但提高了常规热泵机 组的供水温度，并且使得机组的安全稳定性得到很大程度上的改善。
图1本实用新型实施例结构示意图
图中l为压縮机，2为一号冷凝器，3为二号冷凝器，4为节流元件，5为
蒸发器，6为电机风机，7为一号水箱，8为二号水箱，9为一号水泵，10为二 号水泵，ll为一号电控阀，12为二号电控阀，13为三号电控阀，14为四号电控 阀，15为一号三通，16为二号三通，17为一号温度传感器，18为二号温度传感 器，19为三号温度传感器，20为一号液位传感器，21为二号液位传感器，22为 控制器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作详细说明本实施例在以本实用新型 技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实 用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例所涉及的一种分级热泵热水系统包括1压縮机，2 一号冷凝器，3二号冷凝器，4节流元件，5蒸发器，6电机风机，7—号水箱， 8二号水箱，9一号水泵，IO二号水泵，ll一号电控阀，12二号电控阀，13三 号电控阀，14四号电控阀，15—号三通，16二号三通，17—号温度传感器，18 二号温度传感器，19三号温度传感器，20—号液位传感器，21二号液位传感器， 22控制器。这些部件构成制冷剂回路、生活热水回路和控制系统回路，具体说明如下。
制冷剂回路的各个部件的连接方式压縮机1的出口与一号冷凝器2的入口 连接， 一号冷凝器2的出口与二号冷凝器3的入口连接，二号冷凝器3的出口与 节流元件4的入口连接，节流元件4的出口与蒸发器5的入口连接，蒸发器5的 入口与压縮机l的入口连接。
生活热水回路的连接方式自来水补水管路与一号三通15的一路连接，一
号三通15的另外两路分别与一号电控阀11的入口和二号电控阀12的入口连接， 一号电控阀11的出口与一号水箱7的自来水进水管路连接，二号电控阀12的出 口与二号水箱8的自来水进水管路连接， 一号水箱7的循环出水口与一号水泵9 的入口连接， 一号水泵9的出口与一号冷凝器2的入水口连接， 一号冷凝器2的 出水口与一号水箱7的循环入水口连接，二号水箱8的循环出水口与二号水泵 IO的入口连接，二号水泵10的出口与二号冷凝器3的入水口连接，二号冷凝器 3的出水口与二号三通16的一路连接，二号三通16的另外两路分别与三号电控 阀13的入口和四号电控阀14的入口连接，三号电控阀13的出口与二号水箱7 的循环入水口连接，四号电控阀14的出口与一号水箱8的导水管路连接。
控制系统回路的连接方式 一号水箱7设有一号温度传感器17、 一号液位 传感器20， 二号水箱8设有二号温度传感器18、 二号液位传感器21， 二号冷凝 器3出水口设有三号温度传感器19。其中， 一号温度传感器17和二号温度传感 器18分别布置在一号水箱7和二号水箱8侧面的下端位置，液位传感器的上限 位置略低于水箱顶部，液位传感器的下限位置略高与水箱出水口。所有的温度传 感器和液位传感器与控制器22连接，压縮机l、电机风机6以及所有的水泵和 电控阀与控制器22连接。
所述的一号冷凝器2、 二号冷凝器3换热量的比例， 一号水箱7、 二号水箱 8容量的比例以及一号水泵9、 二号水泵10流量的比例是根据以下判别条件选取 的保证前述(三)、(四)阶段中三号温度传感器19的温度和一号温度传感器 17的温度基本分别同时到达切换温度t2和目标温度。
所述的控制器22通过输入信号检测到的各点温度和水位的值，控制各个电 控阀、水泵、电机风机及压縮机的启停。
以下结合本实施例系统的结构描述，详细说明本实施例的工作的实现
6步骤一初始补水阶段同时开启一号电控阀ll和二号电控阀12，当二号 水箱8中的水位达到上限时，同时关闭一号电控阀11和二号电控阀12，这时一 号水箱7和二号水箱8装有等量的自来水。
步骤二首次加热阶段依次开启一号水泵9、电机风机6及压縮机1对一
号水箱7中的水进行加热，当一号水箱7中的水温达到tl时，开启二号水泵10， 一号水箱7和二号水箱8中的水温继续上升，直到三号温度传感器19的温度到 达t2。
步骤三导补水阶段这时开启四号电控阔14，然后关闭三号电控阀13,
此时二号水箱8中的水被二号水泵打入一号水箱7中，当二号水箱8中的水位达 到下限时，开启二号电控阀12和三号电控阀13，关闭四号电控阀14，停止向一 号水箱7打水，同时自来水补充到二号水箱8，当二号水箱8中的水位达到上限 时，关闭二号电控阀13停止给二号水箱8补自来水。
步骤四循环加热阶段 一号水箱7和二号水箱8中的水温继续上升，当三 号温度传感器19的温度再次到达t2时，重复上述步骤三中的操作。
步骤五停止阶段当一号水箱7中的水位达到目标水位时，依次关闭压縮
机l、电机风机6、 一号水泵9、 二号水泵10和所有电控阀，系统停止运行。
步骤六再次加热阶段当一号水箱7中的水位低于补水水位时，依次开启
三号电控阀13、 一号水泵9、 二号水泵IO、电机风机6和压縮机1，当三号温度 传感器19的温度到达t2时，重复上述步骤三、四、五中的操作。
以上所述的tl和t2的值是根据保证机组各项安全指标均在允许范围内来确 定的，其中机组安全指标包括压縮机负荷、压縮机排气温度和冷凝温度等。并且 需满足加热过程中三号温度传感器19的温度和一号温度传感器17的温度基本同 时达到切换温度t2和目标温度。
以本系统某次实验为例，当一号水箱的目标水温为6(TC时，在某一特定工 况下，tl和t2分别可取52'C和48°C。 tl和t2的取值随着环境温度不同略有不 同，对于不同系统也会有所不同。
上述调节过程中的所有温度传感器和液位传感器的信号都时时输入给控制 器22，控制器22根据预先设定的程序，按照上面所描述的具体步骤来对所有电 控阔、水泵、压縮机及电机风机进行启停控制。本实施例的最大特点就是采用前后串联的一号冷凝器2和二号冷凝器3，把 热量分别释放到一号水箱7和二号水箱8中，其中一号水箱为容量较大的主水箱， 二号水箱为容量较小的过渡水箱，通过导补水的方式，二号水箱8向一号水箱7 提供中间温度的热水，使得一号水箱7每次循环加热阶段(四)的起始加热水温 较高，并且一号水箱7吸收的是靠近压縮机1排气口的高温制冷剂的热量，因而 在一号水箱7中的到高温热水，同时由于水温相对较低的二号水箱8温度切换点 的限制，从而保证了热泵系统始终处于较低的冷凝温度，这样即提高了热泵热水 机组的供水温度和效率，又使得机组的安全稳定性得到明显改善。
权利要求1.一种分级热泵热水系统，其特征在于包括压缩机、一号冷凝器、二号冷凝器、节流元件、蒸发器、电机风机、一号水箱、二号水箱、一号水泵、二号水泵、一号电控阀、二号电控阀、三号电控阀、四号电控阀、一号三通、二号三通、一号温度传感器、二号温度传感器、三号温度传感器、一号液位传感器、二号液位传感器、控制器，其中压缩机的出口与一号冷凝器的入口连接，一号冷凝器的出口与二号冷凝器的入口连接，二号冷凝器的出口与节流元件的入口连接，节流元件的出口与蒸发器的入口连接，蒸发器的入口与压缩机的入口连接，由此构成制冷剂回路；自来水水补水管路与一号三通的一路连接，一号三通的另外两路分别与一号电控阀的入口和二号电控阀的入口连接，一号电控阀的出口与一号水箱的自来水水进水管路连接，二号电控阀的出口与二号水箱的自来水进水管路连接，一号水箱的循环出水口与一号水泵的入口连接，一号水泵的出口与一号冷凝器的入水口连接，一号冷凝器的出水口与一号水箱的循环入水口连接，二号水箱的循环出水口与二号水泵的入口连接，二号水泵的出口与二号冷凝器的入水口连接，二号冷凝器的出水口与二号三通的一路连接，二号三通的另外两路分别与三号电控阀的入口和四号电控阀的入口连接，三号电控阀的出口与二号水箱的循环入水口连接，四号电控阀的出口与一号水箱的导水管路连接，由此构成生活热水回路；一号水箱设有一号温度传感器、一号液位传感器，二号水箱设有二号温度传感器、二号液位传感器，二号冷凝器出水口设有三号温度传感器，所有的温度传感器和液位传感器连接到控制器，压缩机、电机风机以及一号水泵、二号水泵、一号电控阀、二号电控阀、三号电控阀、四号电控阀都连接到控制器，由此构成控制系统回路。
2、 根据权利要求1所述的分级热泵热水系统，其特征是，所述一号温度传感器和二号温度传感器分别布置在一号水箱和二号水箱侧面的下端位置，液位传感器的上限位置低于水箱顶部，液位传感器的下限位置高于水箱出水口 。
专利摘要本实用新型涉及一种能源类供热技术领域的分级热泵热水系统，包括压缩机、一号冷凝器、二号冷凝器、节流元件、蒸发器、电机风机、一号水箱、二号水箱、一号水泵、二号水泵、一号电控阀、二号电控阀、三号电控阀、四号电控阀、一号三通、二号三通、一号温度传感器、二号温度传感器、三号温度传感器、一号液位传感器、二号液位传感器、控制器，采用串联的两个冷凝器把热量分别释放到两个水箱中，通过导补水，过渡水箱向主水箱提供中间温度的热水，使主水箱的起始水温较高，且主水箱吸收靠近压缩机排气口的高温制冷剂的热量，因而得到高温热水，同时由于水温相对较低的过渡水箱导水温度切换点的限制，从而保证了热泵系统始终处于较低的冷凝温度。
文档编号F24H4/04GK201344627SQ20092006661
公开日2009年11月11日 申请日期2009年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者吴静怡, 孙云康, 江明旒, 王如竹, 许煜雄 申请人:上海交通大学