专利名称：家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机，属于低温空 气源热泵技术领域。
背景技术：
采用空气源热泵制热水的装置正在得到广泛应用，但是如何解决寒冷地区空气源 热泵热水器冬季制热运行的节能性和经济性问题，是限制这一技术推广受地域限制的主要 技术障碍，特别是对于北方寒冷地区，冬季气温可能低达一 15°C以下，而生活热水或者采暖 水温度往往要求达到55°C乃至75°C左右，采用普通热泵其能效比接近于1，基本失去应用 价值。目前科研部门和实业界已对此进行了大量的研究和试用工作，但直到目前在低环 温下进行高温制热尚未有成熟可靠的并且节能性和经济性均较令人满意的实用产品。在 众多的低温空气源热泵研发成果中，由清华大学石马国远博士后、文星博士、王宝龙博士等 专家发展的各类低温增焓压缩机及热泵技术已经取得了丰富成果，其中带喷射泵引射、防 内漏等功能的闪发式中间补气涡旋压缩式空气源热泵等装置已经具有相当好的节能性、经 济性和实用性，并有待于推动与工程实践相结合。同时，采用中间补气的螺杆式压缩机、多 级离心式压缩机等在低温大压比热泵领域也获得逐步推广应用。但是，由于结构一定的压 缩机的高效运行范围是一定的，此类可实现低温增焓以提高整机能效比的压缩机仍然受到 其固有压缩比的限制，难以同时实现在过大压比条件下(例如环温低于一 15°C、水温达到 65 75 °C )和低压缩比条件下的同时高效运行，从而难以适应全年不同的热泵运行条件以 实现全年系统能效的最优化。同时，在家用空调及热泵热水器常用的小型压缩机领域，由于压缩机的固有结构 限制，难以实现压缩机的有效补气增焓功能，例如转子式压缩机的内部腔体属高压腔，难以 选择合适的有效补气点，而小型活塞式压缩机也难以修改为补气结构或多级压缩，或者其 所带来的可靠性及成本问题等是得不偿失的。家用系列的热泵热水器或空调器也可采用变频压缩机以提高大压比条件下的能 效比，但是其高效运行区间仍然是有限的，当蒸发侧和冷凝侧的温度相差过大时能效比仍 然过低，而且变频压缩机相比于定频压缩机的成本较高，其技术及产品具有垄断性。目前已出现了采用双级压缩机进行低温制热的设计，但是由于具体结构方案及设 备部件的限制，在过大压比等各种变工况条件下其实际运行的系统适应性、能效比、可靠性 及成本控制等方面往往存在着一些问题，因此在北方寒冷地区乃至严寒地区仍少有成熟可 靠且价廉的规模推广产品。因此，有必要以先进实用的低温增焓技术和冷暖双效热水空调技术为基础，进一 步优化热泵系统流程，简化设备部件，实现低环温、高冷凝侧温度的过大压比条件下的高效 制热，并可在广大地区特别是北方寒冷地区大规模应用热泵热水器及采暖机组。发明内容本实用新型的目的和任务是，研制家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热 水机，采用单双级联合压缩模块实现过大压比及普通压缩比条件下均可安全高效运行，以 经济可靠地解决北方地区冬季热泵制热水或采暖问题。本实用新型的具体描述是家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机，由单双级大压比压缩模块、 室外风冷换热模块和制热水模块组成，单双级大压比压缩模块包括高压级压缩机(1)、低压 级压缩机(2)、低温型汽液分离器(4或如)和联合压缩与除霜控制组件，并由联合压缩与除 霜控制组件组成为串联或并联连接，联合压缩与除霜控制组件还将单双级大压比压缩模块 的制冷剂进出口分别与室外风冷换热模块和制热水模块的制冷剂进出口相连。联合压缩与除霜控制组件包括低温增焓单向组件(3)、第一电磁阀(13)、级间单 向阀(14)和第二电磁阀(15)，其中低温增焓单向组件(3)的主进口端分别与低压级压缩机 (2)的吸气口和闪发式储分器(4)的B 口相连，辅进口端与闪发式储分器(4)的E 口相连，出 口端分别与高压级压缩机(1)的吸气口和第一电磁阀(13)的进口相连，第一电磁阀(13)的 出口分别与低压级压缩机(2)的排气口和级间单向阀(14)的进口相连，级间单向阀(14)的 出口分别与高压级压缩机(1)的排气口、制热器(11)的加热元件(12 )的制冷剂侧进口和第 二电磁阀(15)的进口相连，第二电磁阀(15)的出口与风冷换热器(5)的制冷剂侧进口和节 流机构(7)的出口相连，闪发式储分器(4)的C 口与风冷换热器(5)的制冷剂侧出口相连， D 口通过干燥过滤器(9)和视液镜(8)与节流机构(7)的进口相连，A 口与加热元件(12)的 制冷剂侧出口相连。其中闪发式储分器(4)包含5个接口，其中2个进口(A、C)和3个出 口(B、D、E)。另一种结构是在上述整机结构的基础上，采用大容量汽分(4a)代替闪发式储分 器(4)，采用低温单向阀(3a)代替低温增焓单向组件(3)，大容量汽分(4a)的出口分别与低 压级压缩机(2)的吸气口和低温单向阀(3a)相连。加热元件(12)采用内置静态加热式、外置套管式或外置盘管式换热器结构。节流机构(7)采用热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管结构。压缩机(1)采用小型转子式或活塞式压缩机结构。本实用新型为我国南北方地区的广大商业和居民用户提供高效制热水或采暖功 能，针对过大压比条件下(例如环温低于一 15°C、水温达到65 75°C)采用普通压缩机即 可实现节能制热，有效降低整机成本，改善整机能效比和运行可靠性，适用于寒冷地区的制 热水或采暖需求。重点解决了设备的高效性、安全性、可靠性、实用性、可维护性、初投资及 运行费用等方面的全面平衡，可避免当前低温空气源热泵热水器冬季运行效能低、结构设 计复杂和经济性较差等问题，其在过大压缩比条件下的制热水能效比仍可达到2. 4 2. 8 左右，而普通热泵热水器在环温0 7°C、水温55 65 °C下的能效比往往也不超过2. 4 2. 8，过大压比下往往不到1.5。
图1、2分别为本实用新型的系统示意图。图1、2中各部件编号与名称如下[0019]高压级压缩机1、低压级压缩机2、低温增焓单向组件3、低温单向阀3a、闪发式储 分器4、大容量汽分如、风冷换热器5、风机6、节流机构7、视液镜8、干燥过滤器9、闪发式储 分器的换热元件10、高压储液器10a、制热器11、加热元件12、第一电磁阀13、级间单向阀 14、第二电磁阀15。
具体实施方式
图1、2分别为本实用新型的系统示意图，也给出了两种不同的具体实施例。实施例一家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机见图1所示，由单双级大压比 压缩模块、室外风冷换热模块和制热水模块组成，单双级大压比压缩模块包括高压级压缩 机(1)、低压级压缩机(2)、闪发式储分器(4)和联合压缩与除霜控制组件，并由联合压缩与 除霜控制组件组成为串联或并联连接，联合压缩与除霜控制组件还将单双级大压比压缩模 块的制冷剂进出口分别与室外风冷换热模块和制热水模块的制冷剂进出口相连。联合压缩 与除霜控制组件包括低温增焓单向组件(3)、第一电磁阀(13)、级间单向阀(14)和第二电 磁阀(15)，其中低温增焓单向组件(3)的主进口端分别与低压级压缩机(2)的吸气口和闪 发式储分器(4)的B 口相连，辅进口端与闪发式储分器(4)的E 口相连，出口端分别与高压 级压缩机(1)的吸气口和第一电磁阀(13)的进口相连，第一电磁阀(13)的出口分别与低压 级压缩机(2)的排气口和级间单向阀(14)的进口相连，级间单向阀(14)的出口分别与高压 级压缩机(1)的排气口、制热器(11)的加热元件(12)的制冷剂侧进口和第二电磁阀(15) 的进口相连，第二电磁阀(15)的出口与风冷换热器(5)的制冷剂侧进口和节流机构(7)的 出口相连，闪发式储分器(4)的C 口与风冷换热器(5)的制冷剂侧出口相连，D 口通过干燥 过滤器(9)和视液镜(8)与节流机构(7)的进口相连，A 口与加热元件(12)的制冷剂侧出 口相连。闪发式储分器(4)包含5个接口，其中2个进口(A、C)和3个出口(B、D、E)。加热 元件(12)采用外置盘管式换热器结构。节流机构(7)采用电子膨胀阀。压缩机(1)采用小 型定频转子式压缩机结构。实施例二 家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机见图2所示，其与实施例一的 基本结构相同，只是采用大容量汽分(4a)代替闪发式储分器(4)，采用低温单向阀(3a)代 替低温增焓单向组件(3)，大容量汽分(4a)的出口分别与低压级压缩机(2)的吸气口和低 温单向阀(3a)相连。加热元件(12 )采用内置静态加热式换热器结构。节流机构(7 )采用热力膨胀阀。 压缩机(1)采用小型定频转子式压缩机结构。需要说明的是，本实施例仅仅是本实用新型的具体实施方式
中的两种，任何采用 本装置所描述结构特点的简单变形也均属本实用新型的保护范围。
权利要求1.家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机，由单双级大压比压缩模块、室 外风冷换热模块和制热水模块组成，其特征在于所述的单双级大压比压缩模块包括高压级 压缩机(1)、低压级压缩机(2)、低温型汽液分离器(4或如)和联合压缩与除霜控制组件，并 由联合压缩与除霜控制组件组成为串联或并联连接，联合压缩与除霜控制组件还将单双级 大压比压缩模块的制冷剂进出口分别与室外风冷换热模块和制热水模块的制冷剂进出口 相连。
2.如权利要求1所述的家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机，其特征在 于所述的联合压缩与除霜控制组件包括低温增焓单向组件(3)、第一电磁阀(13)、级间单 向阀(14)和第二电磁阀(15)，其中低温增焓单向组件(3)的主进口端分别与低压级压缩机 (2)的吸气口和闪发式储分器(4)的B 口相连，辅进口端与闪发式储分器(4)的E 口相连，出 口端分别与高压级压缩机(1)的吸气口和第一电磁阀(13)的进口相连，第一电磁阀(13)的 出口分别与低压级压缩机(2)的排气口和级间单向阀(14)的进口相连，级间单向阀(14)的 出口分别与高压级压缩机(1)的排气口、制热器(11)的加热元件(12 )的制冷剂侧进口和第 二电磁阀(15)的进口相连，第二电磁阀(15)的出口与风冷换热器(5)的制冷剂侧进口和节 流机构(7)的出口相连，闪发式储分器(4)的C 口与风冷换热器(5)的制冷剂侧出口相连， D 口通过干燥过滤器(9)和视液镜(8)与节流机构(7)的进口相连，A 口与加热元件(12)的 制冷剂侧出口相连。
3.如权利要求1所述的家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机，其特征在 于与权利要求2所述的结构的其它部分相同，不同之处在于采用大容量汽分(4a)代替闪发 式储分器(4)，采用低温单向阀(3a)代替低温增焓单向组件(3)，大容量汽分(4a)的出口分 别与低压级压缩机(2 )的吸气口和低温单向阀(3a)相连。
4.如权利要求2所述的家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机，其特征在 于所述的闪发式储分器(4)包含5个接口，其中2个进口(A、C)和3个出口(B、D、E)。
5.如权利要求1所述的家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机，其特征在 于所述的加热元件(12)采用内置静态加热式、外置套管式或外置盘管式换热器结构。
6.如权利要求1所述的家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机，其特征在 于所述的节流机构(7)采用热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管结构。
7.如权利要求1所述的家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机，其特征在 于所述的压缩机(1)采用小型转子式或活塞式压缩机结构。
专利摘要家用低环温型单双级联合压缩超高水温热泵热水机，由单双级大压比压缩模块、室外风冷换热模块和制热水模块组成，其中单双级大压比压缩模块包括两台压缩机、低温型汽液分离器、联合压缩与除霜控制组件等，其中低温型汽液分离器可选用新型闪发式储分器或大容量汽分，联合压缩与除霜控制组件可实现双压缩机高压缩比时串联运行、低压缩比时并联运行、低运行出力时单台运行、低环温时除霜运行、及可选的并联运行时高压级吸气引射运行等多种运行模式。本实用新型针对过大压比条件下(例如环温低于－15℃、水温达到65～75℃)采用普通压缩机即可实现节能制热，有效降低整机成本，改善整机能效比和运行可靠性，适用于寒冷地区的制热水或采暖需求。
文档编号F24H4/02GK201917065SQ201020660580
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者张茂勇 申请人:张茂勇