专利名称：一种双系统无氟节能空气源热泵多用机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双系统无氟节能空气源热泵多用机。
背景技术：
热泵热水器和热泵空调冷热水机已在市场形成热点，可以说是比较成熟的技术。目前又出现了将普通家用空调与热泵热水器整合在一起的热水一空调三用机。但基本上都是使用R22制冷剂的有氟系统。在欧美及其他发达国家已经被禁止生产和销售。国内未来几年内，有氟热泵空调或热水器的生产和销售也将被法律法规所禁止。对空调系统来说，传统的空气温度调节系统是将制冷剂送到需要调节温度的空间，在该空间内蒸发或冷凝以达到制冷或制热的目的，这个特点就决定了其安装比较复杂，使用方式单一。并且由于制冷剂管路被引入生活空间，存在对人体健康的潜在风险。目前，利用冷、热水对生活空间进行温度调节，已经成为一种趋势；冷热水空调具有安装方便，使用方式多样(可以使用地暖、风机盘管，风幕机、散热片等方式)，可以大距离供热(冷)，系统扩展性灵活，并且不存在潜在健康风险等特点。对于空调系统来说，目前存在多种无氟替代方案，如R410a、R407c、R417a、R290、R32等制冷剂。从效率，环境适应范围、功率、成本等各方面因素综合考虑，R410a是相对较优的无氟替代制冷剂，目前已在欧美市场成为主流，其地位基本不可动摇，R410a系统可以作为空调用水的冷热源，在作为空调热源时，可将水温加热到45°C -50°C左右，已完全能满足需要。但R410a系统在作为生活用水热源时，存在很大缺陷，由于该系统在冷凝端(热端)温度超过一定温度后排气压力和排气温度上升很快，其压力将很快突破其临界压力，排气温度也将快速上升，因此一般不能将热水加温到50°C以上，否则系统的可靠性、安全性和压缩机寿命都会出现问题，其效率也将快速下降。而生活用水的标准一般为50°C _60°C，超出了 R410a系统的工作范围，特别是对需要定期将生活用水加热到63°C _65°C以上，有高温杀菌要求的生活用水系统来说，R410a系统更是无能为力。R134a或R417a等系统是另一类成熟的无氟热泵系统，其特点是冷凝压力低，冷凝环境温度在达到60°C _65°C左右时仍然可正常工作，但其缺点是环境适应性较R410a差，作为空调系统使用明显与R410a系统存在差距。但R134a系统是合格的生活用水热源，特别是在当前已有压缩机供应商开发出热泵热水器专用的R134a和R417a压缩机后，R134a系统的环境适应性和高温稳定性得到了进一步拓展，已经成为合格的无氟热泵热水器热源，但其在低温环境下的能效比相对较低。一直以来，各种相关研究均是从单一对生活用水加热系统或是从单一对空调冷热水循环制热或制冷系统的着手，以求能设计出一种仅采用单一制冷剂系统即能够实现既对生活用水加热又能够保证对空调冷热循环水制热或制冷的装置，如设计出更新型的压缩机或者设计出更新型的单一管路系统等等方式，但此类方式仍不能较好的同时满足对生活用水及空调循环水的双重需求。发明内容本实用新型的目的即是提供一种真正的无氟环保节能型热泵空调-热水多功能机，提出了一种采用主要用于对生活用水进行加热的热泵系统A(同时可以为空调循环水辅助制热或制冷)与主要用于对空调系统循环水制热或制冷的热泵系统B (同时可以为生活用水水辅助制热)组成的双系统的空调-热水多用机。本实用新型的空气源热泵多用机打破了传统的单一系统设计理念，另辟蹊径，能够较好的实现既对生活用水加热又能够保证对空调冷热循环水制热或制冷的目的。本实用新型的双系统无氟节能空气源热泵多用机，由用于对生活用水制热的热泵系统A和用于对空调系统循环水制热或制冷的热泵系统B构成，所述热泵系统A包括压缩机一、四通换向阀、风冷蒸发-冷凝器一、节流装置和生活用水热水器，各器件通过制冷剂管路一相连接；所述热泵系统B，包括压缩机二、四通阀、风冷蒸发-冷凝器二、节流装置和空调用水热交换器二，各器件通过制冷剂管路二连接；所述热泵系统A通过制冷剂管路一 还连接空调用水热交换器一，所述热泵系统B通过制冷剂管路二还连接有生活用水热交换器；所述生活用水热交换器与生活用水热水器通过生活用水管路连接成生活用水系统，所述空调用水热交换器一与空调用水热交换器二通过空调用水管路连接成空调冷热水循环系统。所述热泵系统A中的压缩机一的低压端口与四通阀、四通阀的回气端口之间连接有节流元件，从而能够将未参与制冷剂循环的管路部分置于低压下，使系统压力平衡，工况始终保持一致，并且节流元件可有效防止制冷剂流向切换时发生的液击或压力冲击。所述热泵系统B中的压缩机二的低压端口与四通阀、四通阀的回气端口之间连接有节流元件，从而能够将未参与制冷剂循环的管路部分置于低压下，使系统压力平衡，工况始终保持一致，并且节流元件可有效防止制冷剂流向切换时发生的液击或压力冲击。所述节流元件为膨胀阀或毛细管。所述生活用水系统包括自来水引水管、单向水阀、水阀、流量开关、生活用水热交换器、循环连接水管、泄压阀、生活用水保温储水桶、生活用水供水管路、循环水泵、生活用水保温水桶上部水温传感器、生活用水保温水桶下部水温传感器。所述空调冷热水循环系统，与市政自来水管网联接，以获得循环用水，其在工作时，管路系统是封闭循环的，空调用水在管路系统中循环；所述空调冷热水循环系统包括自来水供水管、单向水阀、开关水阀、空调用水热交换器二、连接水管路、空调用水热交换器一、空调储水保温桶、循环水泵、空调循环水出水管路、空调循环水回水管路、单向水阀、泄压阀、水流量开关。本实用新型所述的热泵系统A为主要用于对生活用水制热的系统如可以是常用的但不仅限于R134a或R417a系统，所述的热泵系统B为主要用于对空调系统循环水制热或制冷的系统如可以是常用的但不仅限于R410a系统。本实用新型的新型双系统无氟节能空气源热泵多用机为一种采用主要用于对生活用水进行加热的热泵系统A与主要用于对空调系统循环水制热或制冷的热泵系统B组成的双系统的空调-热水多用机，该多功能机可提供生活用热水，同时可提供空调用冷热水，其特点是无氟、双系统、多功能、高能效。本实用新型的空气源热泵多用机打破了传统的单一系统设计理念，另辟蹊径，能够较好的实现既对生活用水加热又能够保证对空调冷热循环水制热或制冷的目的，具有真正意义上的无氟环保节能型热泵空调-热水多功能机。
图I为本实用新型的系统原理图；图2为本实用新型的系统部件标示图；图3为R134a系统处于状态I时的原理图(图中细实线为制冷剂R134a流动管路，细点画线为制冷剂R134a系统不流动管路，箭头表示制冷剂R134a流动方向，粗虚线为水路管路)；图4为R134a系统处于状态II时的原理图(图中细实线为制冷剂R134a流动管路，细点画线为制冷剂R134a系统不流动管路，箭头表示制冷剂R134a流动方向，粗虚线为水路管路)； 图5为R134a系统处于状态III时的原理图(图中细实线为制冷剂R134a流动管路，细点画线为制冷剂R134a系统不流动管路，箭头表示制冷剂R134a流动方向，粗虚线为水路管路)；图6为R134a系统处于状态IV时的原理图(图中细实线为制冷剂R134a流动管路，细点画线为制冷剂R134a系统不流动管路，箭头表示制冷剂R134a流动方向，粗虚线为水路管路)；图7为R410a系统处于状态A时的原理图(图中细实线为制冷剂R410a流动管路，细点画线为制冷剂R410a系统不流动管路，箭头表示制冷剂R410a流动方向，粗虚线为水路
管路。)图8为R410a系统处于状态B时的原理图(图中细实线为制冷剂R410a流动管路，细点画线为制冷剂R410a系统不流动管路，箭头表示制冷剂R410a流动方向，粗虚线为水路
管路。)图9为R410a系统处于状态C时的原理图(图中细实线为制冷剂R410a流动管路，细点画线为制冷剂R410a系统不流动管路，箭头表示制冷剂R410a流动方向，粗虚线为水路
管路。)图10为R410a系统处于状态D时的原理图(图中细实线为制冷剂R410a流动管路，细点画线为制冷剂R410a系统不流动管路，箭头表示制冷剂R410a流动方向，粗虚线为水路
管路。)图中1、压缩机一 ；2、28、高压保护开关；3_5、四通换向阀；6_8、节流膨胀阀；9-12、35-38、单向阀；14、生活用水热水器；15、空调用水热交换器一 ；16、生活用水保温水桶下部水温传感器；17、生活用水保温水桶上部水温传感器；18、44、低压保护开关；19、风冷蒸发-冷凝器一 ；20、46、节流毛细管；21-26、47-52、三通；27、压缩机二 ；29_31、四通阀；32-34、节流膨胀阀；40、生活用水热交换器；41、空调用水热交换器二 ；45、风冷蒸发-冷凝器二 ；53、自来水引水管；54、单向水阀；55、水阀；56、流量开关；57、循环连接水管；58、泄压阀；59、生活用水保温储水桶；60、生活用水供水管路；61、自来水供水(补水)管；62、单向水阀；63、开关水阀；64、水流量开关；65、连接水管路；66、空调储水保温桶；67_A、67_B、循环水泵；68、空调循环水出水管路；69、空调循环水回水管路；70、单向水阀；72、泄压阀。
具体实施方式
本实用新型的新型双系统无氟节能空气源热泵多用机，包括主要由压缩机一 I、四通换向阀3、4、5、风冷蒸发-冷凝器一 19、节流装置、生活用水热水器14通过制冷剂管路一相连接而构成的主要用于对生活用水制热的热泵系统A，还包括主要用于对空调系统循环水制热或制冷的热泵系统B，该热泵系统B主要由压缩机二 27、四通阀29、30、31、风冷蒸发-冷凝器二 45、节流装置、空调用水热交换器二 41通过制冷剂管路二连接而成；热泵系统A中通过制冷剂管路一还连接有可用于对空调用水制热或制冷的空调用水热交换器一15，热泵系统B中通过制冷剂管路二还连接有可用于对生活用水加热的生活用水热交换器40 ;生活用水热交换器40与生活用水热水器14通过生活用水管路连接成生活用水系统，空调用水热交换器一 15与空调用水热交换器二 41通过空调用水管路连接成空调冷热水循环系统;节流装置包括节流膨胀阀6、7、8、32、33、34和单向阀9、10、11、12、35、36、37、38 ;热泵系统A中的压缩机一 I的低压端口与压缩机一 I的吸气低压端之间一即压缩机一 I的低 压端口与四通阀3、四通阀5的回气端口之间连接有毛细管20，从而能够将未参与制冷剂循环的管路部分置于低压下，使系统压力平衡，工况始终保持一致，并且毛细管20可有效防止制冷剂流向切换时发生的液击或压力冲击；热泵系统B中的压缩机二 27的低压端口与压缩机二 27的吸气低压端之间一即压缩机二 27的低压端口与四通阀29、四通阀31的回气端口之间连接有毛细管46，从而能够将未参与制冷剂循环的管路部分置于低压下，使系统压力平衡，工况始终保持一致，并且毛细管46可有效防止制冷剂流向切换时发生的液击或压力冲击；生活用水系统的进水端直接与市政自来水管网相联，其管路系统是非循环式的，该生活用水系统包括自来水引水管53、单向水阀54、水阀55、流量开关56、生活用水热交换器40、循环连接水管57、泄压阀58、生活用水保温储水桶59、生活用水供水管路60、循环水泵67-A、生活用水保温水桶上部水温传感器17、生活用水保温水桶下部水温传感器16 ;空调冷热水循环系统与市政自来水管网联接，以获得循环用水，其在工作时，管路系统是封闭循环的，空调用水在管路系统中循环；该空调冷热水循环系统包括自来水供水管61、单向水阀62、开关水阀63、空调用水热交换器二 41、连接水管路65、空调用水热交换器一 15、空调储水保温桶66、循环水泵67-B、空调循环水出水管路68、空调循环水回水管路69、单向水阀70、泄压阀72、水流量开关64。本实用新型的热泵系统A为主要用于对生活用水制热的系统如可以是常用的但不仅限于R134a或R417a系统，所述的热泵系统B为主要用于对空调系统循环水制热或制冷的系统如可以是常用的但不仅限于R410a系统；下面以R134a系统为热泵系统A，以R410a系统为热泵系统B为例进行说明。首先对R134a系统进行说明，该系统总共有以下几种工作状态状态I :用生活用水换热器作为冷凝器，用R134a系统中的风冷蒸发\冷凝盘管作为蒸发器，为生活用水加热，提供50°C _65°C的生活用水，系统构成为压缩机一 I、高压保护开关2、四通换向阀3、生活用水热水器14、四通阀5、单向阀12、三通阀21、膨胀阀8、三通22、风冷蒸发-冷凝器一 19、四通阀4、三通26、低压开关18共同组成常规空气源热泵系统，提供生活用水。此时，未参与制冷剂循环的管路通过四通阀3和四通阀5、三通25、毛细管20、三通26接入低压端，平衡整个系统压力。参见图3，此状态适用于在空调系统停机或制热时，加热生活用水。[0031]状态II :当空调系统处于制冷时，为生活用水加热。此时用生活用水换热器作为系统冷凝器。用空调用水热交换器一 15作为蒸发器，为空调系统制冷，系统构成为压缩机I、高压开关2、四通阀3、生活用水换热器14、四通阀5、膨胀阀6、单向阀17、三通24、空调用水热交换器一 15、四通阀4、三通26、低压保护开关18共同组成水一水热泵系统。此时，未参与制冷剂循环的管路通过四通阀3和四通阀5、三通25、毛细管20、三通26接入低压端，平衡整个系统压力(参见图4)。此状态下R134a系统成为水源热泵，其冷热源都得到有效利用，能效翻番。此时循环水泵67-B必须工作并得到水流量开关64的接通确认。状态III :当生活用水达到设定要求停机时，而空调系统处于制热时，可以用R134a系统中的风冷蒸发/冷凝器作为蒸发器，用空调用水热交换器一 15作为冷凝器，为空调水循环系统供热。系统构成为压缩机I、高压开关2、四通阀3、四通阀4、空调用水热交换器
一15、三通24、三通23、单向阀9、三通21、膨胀阀8、三通22、风冷蒸发-冷凝器一 19、四通阀4、三通26、低压保护开关18组成空气一水热泵系统。通过空调用水热交换器一 15为空调循环水加热。此时，其它未参与制冷剂循环的管路系统通过四通阀3和四通阀5、三通25、 三通26、毛细管20接入低压端平衡整个系统压力(参见图5)。此时由于R134a系统引入室内风，其蒸发温度在冬季仍然较高，可以得到很好的能效比。此时循环水泵67-B必须工作并得到水流量开关64的接通确认。状态IV :当生活用水达到设定要求停机时，而空调系统处于制冷时，可以用R134a系统中的空调蒸发\冷凝器作为蒸发器，用空调用水热交换器一 15作为蒸发器，为空调水循环系统制冷，系统构成为压缩机I、高压保护开关2、四通阀3、四通阀4、风冷蒸发-冷凝器一 19、三通22、单向阀10、膨胀阀7、三通23、三通24、空调用水热交换器一 15、四通阀4、三通26、低压保护开关18共同组成空气一水热泵系统，通过空调用水热交换器一 15向空调水循环系统制冷。其他未参与制冷剂循环的管路系统通过四通阀3、四通阀5、三通25、三通26、毛细管20接入低压端，平衡整个系统压力(参见图6)。此时由于R134a系统冷凝器引入室内风，其冷凝温度在夏季任然较低，可以得到很好的能效比。此时循环水泵67-B必须工作并得到水流量开关64的接通确认。其次，对热泵系统B即R410a系统进行说明，同样有以下几种工作状态状态A :在空调达到设定温度，不需要继续加热时，用R410a系统为生活用水供热。此时，用R410a系统中的风冷蒸发/冷凝器作为蒸发器，用生活用水热交换器40作为冷凝器，启动水泵67-A，为生活用水循环加热。系统构成为压缩机二 27、高压保护开关28、四通阀29、生活用水热交换器40、四通阀31、单向阀38、三通47、膨胀阀34、三通48、风冷蒸发-冷凝器二 45、四通阀30、三通52、低压开关44、其他未参与热泵系统循环的管路通过四通阀24、四通阀30、三通51、毛细管46、三通52接入低压端，保持系统平衡压力(参见图7)。R410a系统在生活用水温度低于40°C时开始工作，在生活用水高于45°C时停止工作。此温度指的是生活用水保温水桶下部温度传感器16所测得的水温。在此状态下，水泵67-A必须启动，让生活用水经过R410a生活用水热交换器40循环加热。水流量开关56必须有流量信号，否则系统不响应。状态B :当空调系统处于制冷时，同时用R410a系统为为生活用水加热。此时用R410a系统中水_R410a热交换器41作为蒸发器，启动水泵67-B为空调循环水制冷，同时用水_R410a生活用水热交换器40作为冷凝器为生活用水循环制热，此时水泵67-A必须启动。系统组成为压缩机二 27、高压保护开关28、四通阀29、水-R410a生活用水热交换器40、四通阀31、膨胀阀32、单向阀37、三通50、空调用水热交换器二 41、四通30、三通52、低压保护开关44，其他未参与热泵循环的管路通过四通阀29、四通阀30、三通51、毛细管46、三通52接入低压端，保持系统平衡平衡(参见图8XR410a系统只在生活用水温度低于40°C时进入此加热状态，在生活用水高于45°C时退出。空调用水的循环制冷或制热以及生活用水的循环加热必须得到水流量开关64、56的确认。状态C R410a系统仅为空调循环水制热。此时，用R410A系统的风冷蒸发_冷凝器二 45作为蒸发器，以水_R410a空调用水热交换器二 41作为冷凝器为空调循环水制冷，此时水泵67-B必须启动。系统构成为压缩机二 27、高压保护开关28、四通阀29、四通阀30、空调用水热交换器二 41、三通50、三通49、单向阀35、三通47、膨胀阀34、三通48、风冷蒸发-冷凝器二 45、四通阀30、三通52、低压保护开关44，其他未参与热泵循环的管路通过四通阀29、四通阀30、三通51、毛细管46、三通52接入低压端，保持系统压力平衡(参见图9)。 状态D :R410a系统仅为空调循环水制冷。此时用R410a系统的风冷蒸发-冷凝器
二45作为冷凝器，以水_R410a空调用水热交换器二 41作为蒸发器为空调循环水供冷，此时水泵67-B必须启动，系统构成为压缩机二 27、高压保护开关28、四通29、四通阀30、风冷蒸发-冷凝器二 45、三通48、单向阀36、膨胀阀33、三通49、三通50、空调用水热交换器
二41、四通阀30、三通52、低压保护开关44，其他未参与热泵循环的管路通过四通阀29、四通阀30、三通51、毛细管46、三通52接入低压端，保持系统压力平衡(参见图10)。以上R134a系统和R410a系统各有四种工作状态，共同组成了一个可以提供生活用热水和冷暖空调用水的整体，对整机来说，其工况就只有以下六种工况0 :生活用水和空调循环水都达到设定温度值时，两个系统都处于停机(待机)状态。工况I :仅对生活用水制热，空调系统停机，此时R134a系统处于状态I。如果此时生活用保温储水桶下部水温大于40°C，则R410a系统不参与工作，停机；如果生活用保温储水桶下部水温小于40°C则R410a系统进入状态A。持续加热生活用水到45°C时退出，停机；在生活用水保温储水桶下部水温达到设定温度后，则R134a系统也停机，整机处于停机状态。工况2 :对生活用水制热，空调系统制冷，此时R134a系统就处于状态II。如果此时生活用水保温储水桶下部水温大于40°C，则R410a系统进入状态D，只为空调循环水制冷，如果生活用水保温储水桶下部水温小于40°C，R410a系统进入状态B，启动水泵(67-A)为生活用水循环加热，为空调循环水制冷，在生活用水保温储水桶下部水温温度大于45°C后，R41Oa系统切换到状态D。工况3 :同时为生活用水制热和空调用水制热。此时R134a系统处于状态I，R410a系统处于C。如果生活用保温储水桶下部水温小于40°C，则工况3转换为工况1，优先为生活用水加热，当生活用保温储水桶下部水温大于45°C后，恢复到工况3工况4 :对生活用水停机或关机，空调系统制热，此时R134a系统处于状态III，R410a系统处于状态C。工况5 :对生活用水停机或关机，空调系统制冷，此时R134a系统处于状态IV，R410a系统处于状态D。整机工况如下表所示
权利要求1.一种双系统无氟节能空气源热泵多用机，其特征在于该机由用于对生活用水制热的热泵系统A和用于对空调系统循环水制热或制冷的热泵系统B构成，所述热泵系统A包括压缩机一(I)、四通换向阀(3、4、5)、风冷蒸发-冷凝器一(19)、节流装置和生活用水热水器(14)，各器件通过制冷剂管路一相连接；所述热泵系统B，包括压缩机二(27)、四通阀(29、30、31)、风冷蒸发-冷凝器二(45)、节流装置和空调用水热交换器二(41)，各器件通过制冷剂管路二连接；所述热泵系统A通过制冷剂管路一还连接空调用水热交换器一(15)，所述热泵系统B通过制冷剂管路二还连接有生活用水热交换器(40);所述生活用水热交换器(40)与生活用水热水器(14)通过生活用水管路连接成生活用水系统，所述空调用水热交换器一(15)与空调用水热交换器二(41)通过空调用水管路连接成空调冷热水循环系统。
2.如权利要求I所述的空气源热泵多用机，其特征在于所述热泵系统A中的压缩机一(I)的低压端口与四通阀(3)、四通阀(5)的回气端口之间连接有节流元件(20)。
3.如权利要求I所述的空气源热泵多用机，其特征在于所述热泵系统B中的压缩机二(27)的低压端口与四通阀(29)、四通阀(31)的回气端口之间连接有节流元件(46)。
4.如权利要求2或3所述的空气源热泵多用机，其特征在于所述节流元件(46)为膨胀阀或毛细管。
5.如权利要求1-3中任一项所述的空气源热泵多用机，其特征在于所述生活用水系统的进水端直接与市政自来水管网相联，其管路系统是非循环式的，所述生活用水系统包括自来水引水管(53)、单向水阀(54)、水阀(55)、流量开关(56)、生活用水热交换器(40)、循环连接水管(57)、泄压阀(58)、生活用水保温储水桶(59)、生活用水供水管路(60)、循环水泵(67-A)、生活用水保温水桶上部水温传感器(17)、生活用水保温水桶下部水温传感器(16)。
6.如权利要求1-3中任一项所述的空气源热泵多用机，其特征在于所述空调冷热水循环系统，与市政自来水管网联接，以获得循环用水，其在工作时，管路系统是封闭循环的，空调用水在管路系统中循环；所述空调冷热水循环系统包括自来水供水管(61)、单向水阀(62)、开关水阀(63)、空调用水热交换器二(41)、连接水管路(65)、空调用水热交换器一(15)、空调储水保温桶(66)、循环水泵(67-B)、空调循环水出水管路(68)、空调循环水回水管路(69)、单向水阀(70)、泄压阀(72)、水流量开关(64)。
专利摘要本实用新型公开了一种双系统无氟节能空气源热泵多用机，该机由用于对生活用水制热的热泵系统A和用于对空调系统循环水制热或制冷的热泵系统B构成；所述热泵系统A通过制冷剂管路一还连接空调用水热交换器一，所述热泵系统B通过制冷剂管路二还连接有生活用水热交换器；所述生活用水热交换器与生活用水热水器通过生活用水管路连接成生活用水系统，所述空调用水热交换器一与空调用水热交换器二通过空调用水管路连接成空调冷热水循环系统。本实用新型的新型双系统无氟节能空气源热泵多用机无氟、双系统、多功能、高能效，能够较好的实现既对生活用水加热又能够保证对空调冷热循环水制热或制冷的目的。
文档编号F25B41/06GK202501663SQ20122006469
公开日2012年10月24日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者孙勇 申请人:孙勇, 德华科电器科技(安徽)有限公司