一种高能效比的热泵系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种高能效比的热泵系统，其中主回路输入循环管道通过系统主回路手动蝶阀与主回路动力驱动循环泵及泵体前后侧的软连接、Y形除污器组成一个系统主体自闭输入循环回路，它还包括动力源模拟热、冷媒输出装置，动力源模拟热、冷媒输出装置通过手动闸阀、Y形除污器、小功率循环泵及电动闸阀与系统主体自闭输入循环回路中的主回路动力驱动循环泵前、后侧主管道相连接，主回路动力驱动循环泵后侧主管道通过单向止回阀、手动闸阀与动力源模拟热、冷媒输出装置的回水端连通。本发明优点在于可有效提高热泵系统运行中的能效比及提高工况输出效果水平，可降低设施投资费用、节约场地占用面积，便于推广应用。
【专利说明】一种高能效比的热泵系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于热泵【技术领域】，尤其涉及一种高能效比的热泵系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]多年来，在热泵系列产品及系统应用技术的发展上，一般都是注重热泵机本身结构及外形的改变，特别是从使用过程中的节能降耗方面看，热泵机能效比性能的提高，现在几乎是达到了极致，空气源热泵的能效比1:3.2左右，地源热泵的能效比是1:4左右。另外，地源热泵系统技术应用较空气源热泵系统在我国长江以北区域具有一定的环境适应性，但在实际的普及推广中，却存在着地下水资源不足及地埋管热交换占用场地面积过大的问题，尤其是与空气源热泵应用的情况相似，都不同成度存在着电力消耗过高、使用效果也不是完全理想等问题，因此也对热泵机系统技术的普及和推广造成了不利的影响。
[0003]这就迫切需要一种新型的高能效比的热泵系统，可从系统应用技术上及可利用的外部条件上着手解决，进一步提闻热栗机中的技术能效比，提闻热栗系统应用中实际工况运行效果，以实现热泵系统应用中技术、经济效益的最大化。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种高能效比的热泵系统，可有效提高热泵系统运行中的能效比及提高工况输出效果水平，而且有利于保护地下水资源及降低设施投资费用、缩短项目建设周期和节约场地占用面积，便于推广应用。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:一种高能效比的热泵系统，包括系统主体循环回路，所述系统主体循环回路包括主回路循环管道61、62、63、64，主回路循环管道61上依次设置有系统主回路手动蝶阀1、系统主回路手动蝶阀5、系统主回路单向止回阀9和系统主回路手动蝶阀13，主回路循环管道62上依次设置有系统主回路手动蝶阀2、系统主回路手动蝶阀6、系统主回路单向止回阀10和系统主回路手动蝶阀14，主回路循环管道63上依次设置有系统主回路手动蝶阀3、系统主回路手动蝶阀7、系统主回路单向止回阀11和系统主回路手动蝶阀15，主回路循环管道64上依次设置有系统主回路手动蝶阀4、系统主回路手动蝶阀8、系统主回路单向止回阀12和系统主回路手动蝶阀16，主回路循环管道61位于系统主回路手动蝶阀13的一端连通有主回路输入循环管道59，主回路循环管道61的另一端设置有作为空调系统输出端的进、出水管道接口的主回路输出管道连接法兰37，主回路循环管道63位于系统主回路手动蝶阀15的一端连通有主回路输入循环管道60，主回路循环管道63的另一端设置有作为空调系统输出端的进、出水管道接口的主回路输出管道连接法兰36，所述热泵系统还包括热泵机，热泵机中的冷凝器及热泵机蒸发器通过机前侧的热泵机双循环操控手动蝶阀与主回路循环管道相连通，主回路输入循环管道59上设置有系统主回路手动蝶阀18，主回路输入循环管道60上设置有系统主回路手动蝶阀19，主回路输入循环管道59、60之间设置有主回路动力驱动循环泵22，主回路动力驱动循环泵22的泵体前后侧设置有软连接21、23、Y形除污器20，主回路输入循环管道59、60，通过系统主回路手动蝶阀18、19，与主回路动力驱动循环泵22及泵体前后侧的软连接21、23、Y形除污器20组成一个系统主体自闭输入循环回路；
所述热泵系统还包括动力源模拟热、冷媒输出装置47，动力源模拟热、冷媒输出装置47，通过手动闸阀49、Y形除污器50、小功率循环泵65及手动闸阀51、53与所述系统主体自闭输入循环回路中的主回路动力驱动循环泵22前、后侧主管道相连接，主回路动力驱动循环泵22后侧主管道通过单向止回阀55、手动闸阀56与动力源模拟热、冷媒输出装置47的回水端连通。
[0006]所述动力源模拟热、冷媒输出装置47上设置有能够控制电动调节闸阀52、54的阀门开合度的温度调节控制器48，主回路输入循环管道60中的回水管道处的设置有温度传感器17，温度传感器17与所述温度调节控制器48通过电控信号线58连接。
[0007]所述热泵机包括热泵机38、39和40，热泵机中的冷凝器41、43、45及热泵机蒸发器42、44、46通过机前侧的热泵机双循环操控手动蝶阀24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34,35与主回路循环管道61、62、63、64相连通。
[0008]所述热泵机38、39为空调热泵机，热泵机40为制热水热泵机。
[0009]高能效比的热泵系统的控制方法包括系统主体自闭输入循环回路中的水体温度的人工调节方法和系统主体自闭输入循环回路中的水体温度的自动调节方法，其中，
系统主体自闭输入循环回路中的水体温度的人工调节方法:通过人工调节手动闸阀53和51的阀门开合度来实现改变系统主体自闭输入循环回路中水体温度的高低，调节时，先关闭电动调节闸阀54、52，再调大手动闸阀53的阀门开合度，同时调小手动闸阀51的阀门开合度，手动闸阀53和51为逆向调节；
系统主体自闭输入循环回路中的水体温度的自动调节方法:通过人工设定温度调节控制器48控制电动调节闸阀52、54的阀门开合度来实现改变系统主体自闭输入循环回路中水体温度的高低，调节时，先将手动闸阀49、56处于正常打开状态，关闭手动闸阀51、53，主回路输入循环管道60中的回水管道处的温度传感器17将其回路中的水体温度信号通过电控信号线58反馈到温度调节控制器48，温度调节控制器48将该水体温度信号与人工设定值相比较后，通过电控信号线57来调节电动调节闸阀54、52的开合度，调大电动调节闸阀54的阀门开合度，同时调小电动调节闸阀52的阀门开合度，电动调节闸阀52、54为逆向调节。
[0010]本发明的有益效果:本发明的方案设计是以地源热泵机应用中原有的地下水热交换循环输入模式，改为动力源模拟热、冷媒输出装置模拟热、冷媒介辅助交换输入新模式，系统输入主体循环管道与新增主回路动力驱动循环泵组成一个系统主体自闭输入循环回路。动力源模拟热、冷媒输出装置模拟热、冷媒水体，流入自闭式系统主体自闭输入循环回路的管道泵前、后端管道内，以求改变及调节系统主体自闭输入循环回路中的水体温度，确保热泵机系统的正常、稳定运行。动力源模拟热、冷媒输出装置，可根据用户使用条件的不同进行选择，有地下水条件的可以选择小型地源热泵，单独做为系统输入回路热、冷媒的供体，无法使用地下水的可选用小型空气源热泵机。夏季供冷热泵机可采用冷却塔辅助动力源模拟系统，同样可以达到提高系统能效比的使用目的。此外很多只需要在冬季供暖、供热的用户，也可选择使用锅炉余热、热力公司热力交换水及其它外购热水、工厂设备循环冷却水、电热水等方式为模拟系统提供动力源，便于推广应用；通过自动或人工调节，可使系统主体自闭输入循环回路的水体温度稳定在一个比较理想的数值上，促使热泵系统能够稳定、高效运行在一个能效比较高的工况状态下，因此能达到较好的节能降耗效果；当手动调节或自控调节热、冷媒水体注入主体输入循环回路水流量大小时，系统输入回路循环水体温度会随之改变。冬季供暖及制热可注入常温水(40-85°C)，使其主体输入回路的水温保持在25°C左右时，热泵主机系统运行能效比可达1:12以上，较普通地源热泵系统节约电能60%左右。经长期运行使用，已验证出小机组的电功耗、可输出大机组的供暖效果，主机设备各项运行参数平稳、正常，受暖区域温度效果也很理想，用户电费也显著下降。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的系统原理图。
[0012]附图中标示序号为:1、2、3、4、5、6、7、8、13、14、15、16、18、19为系统主回路手动蝶阀，9、10、11、12为系统主回路单向止回阀，17为温度传感器，20为Y形除污器，21、23为软连接，22为主回路动力驱动循环泵，61、62、63、64为主回路循环管道，59、60为主回路输入循环管道，36、37为主回路输出管道连接法兰，38、39为空调热泵机，40为制热水热泵机，41、43、45 为热泵机冷凝器，42、44、46 为热泵机蒸发器，24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34,35为热泵机双循环操控手动蝶阀，47为动力源模拟热、冷媒输出装置，48为温度调节控制器，49、51、53、56为手动闸阀，52、54为电动调节闸阀，50为Y形除污器，55为单向止回阀，57、58为电控信号线，65为小功率循环泵。
【具体实施方式】
[0013]图1中主要显示出本发明中系统主体输出、入回路中基本结构组成与新增设动力源模拟热、冷媒输出装置模拟热、冷媒辅助交换循环回路的系统结构关系，其它非主体部分的功能设置不在本技术说明之列。
[0014]如图1所示，一种高能效比的热泵系统，包括系统主体循环回路，所述系统主体循环回路包括主回路循环管道61、62、63、64，主回路循环管道61上依次设置有系统主回路手动蝶阀1、系统主回路手动蝶阀5、系统主回路单向止回阀9和系统主回路手动蝶阀13，主回路循环管道62上依次设置有系统主回路手动蝶阀2、系统主回路手动蝶阀6、系统主回路单向止回阀10和系统主回路手动蝶阀14，主回路循环管道63上依次设置有系统主回路手动蝶阀3、系统主回路手动蝶阀7、系统主回路单向止回阀11和系统主回路手动蝶阀15，主回路循环管道64上依次设置有系统主回路手动蝶阀4、系统主回路手动蝶阀8、系统主回路单向止回阀12和系统主回路手动蝶阀16，主回路循环管道61位于系统主回路手动蝶阀13的一端连通有主回路输入循环管道59，主回路循环管道61的另一端设置有作为空调系统输出端的进、出水管道接口的主回路输出管道连接法兰37，主回路循环管道63位于系统主回路手动蝶阀15的一端连通有主回路输入循环管道60，主回路循环管道63的另一端设置有作为空调系统输出端的进、出水管道接口的主回路输出管道连接法兰36，所述热泵系统还包括热泵机38、39和40，所述热泵机38、39为空调热泵机，热泵机40为制热水热泵机，该热泵机的设计组合可同时满足空调及制热水工况的不同需求，热泵机中的冷凝器41、43、45及热泵机蒸发器42、44、46通过机前侧的热泵机双循环操控手动蝶阀24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35与主回路循环管道61、62、63、64相连通。[0015]主回路输入循环管道59上设置有系统主回路手动蝶阀18，主回路输入循环管道60上设置有系统主回路手动蝶阀19，主回路输入循环管道59、60之间设置有主回路动力驱动循环泵22，主回路动力驱动循环泵22的泵体前后侧设置有软连接21、23、Y形除污器20，主回路输入循环管道59、60，通过系统主回路手动蝶阀18、19，与主回路动力驱动循环泵22及泵体前后侧的软连接21、23、Y形除污器20组成一个系统主体自闭输入循环回路。
[0016]所述热泵系统还包括动力源模拟热、冷媒输出装置47，动力源模拟热、冷媒输出装置47，通过手动闸阀49、Y形除污器50、小功率循环泵65及手动闸阀51、53与所述系统主体自闭输入循环回路中的主回路动力驱动循环泵22前、后侧主管道相连接，主回路动力驱动循环泵22后侧主管道通过单向止回阀55、手动闸阀56与动力源模拟热、冷媒输出装置47的回水端连通。
[0017]所述动力源模拟热、冷媒输出装置47上设置有能够控制电动调节闸阀52、54的阀门开合度的温度调节控制器48，主回路输入循环管道60中的回水管道处的设置有温度传感器17，温度传感器17与所述温度调节控制器48通过电控信号线58连接。
[0018]高能效比的热泵系统的控制方法包括系统主体自闭输入循环回路中的水体温度的人工调节方法和系统主体自闭输入循环回路中的水体温度的自动调节方法，其中，
系统主体自闭输入循环回路中的水体温度的人工调节方法:通过人工调节手动闸阀53和51的阀门开合度来实现改变系统主体自闭输入循环回路中水体温度的高低，调节时，先关闭电动调节闸阀54、52，再调大手动闸阀53的阀门开合度，同时调小手动闸阀51的阀门开合度，手动闸阀53和51为逆向调节；
系统主体自闭输入循环回路中的水体温度的自动调节方法:通过人工设定温度调节控制器48控制电动调节闸阀52、54的阀门开合度来实现改变系统主体自闭输入循环回路中水体温度的高低，调节时，先将手动闸阀49、56处于正常打开状态，关闭手动闸阀51、53，主回路输入循环管道60中的回水管道处的温度传感器17将其回路中的水体温度信号通过电控信号线58反馈到温度调节控制器48，温度调节控制器48将该水体温度信号与人工设定值相比较后，通过电控信号线57来调节电动调节闸阀54、52的开合度，调大电动调节闸阀54的阀门开合度，同时调小电动调节闸阀52的阀门开合度，电动调节闸阀52、54为逆向调节。
[0019]系统主回路手动蝶阀1、2、3、4、5、6、7、8、13、14、15、16，系统主回路单向止回阀9、10、11、12，主回路循环管道61、62、63、64及主回路输入循环管道59、60是组成系统主体循环回路的主要部件。主回路输出管道连接法兰36、37为空调系统输出端的进、出水管道接口，可与后端空调的调配驱动装置相连接。主回路输入循环管道59、60，通过系统主回路手动蝶阀18、19，可与前端的主回路动力驱动循环泵22及泵体前后侧的软连接21、23、Υ形除污器20组成一个系统主体自闭输入循环回路。冬季供暖时,系统主回路手动蝶阀2、4、5、
7、13、15打开，手动蝶阀1、3、6、8、14、16关闭。夏季供冷时，系统主回路手动蝶阀1、3、6、8、13,15打开，手动蝶阀2、4、5、7、14、16关闭。
[0020]系统中共设置2台空调热泵机38、39和I台制热水热泵机40，其中系统中热泵机冷凝器41、43、45及热泵机蒸发器42、44、46，可通过机前侧的热泵机双循环操控手动蝶阀24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35与系统主回路相连接。正常情况下，需要启动任意一台热泵机机组时，可将该台热泵机机组前的双循环操控手动蝶阀打开，反之可以正常关闭。若制热水热泵机40需要全年使用，除在动力源模拟热、冷媒输出装置47热媒输出循环使用外，夏季动力源模拟热、冷媒输出装置47冷媒输出循环的情况下，也可以保持制热水热泵机40的正常运行使用。制热水热泵机40冷凝器45中输出的制热水，可通过机前双循环操控手动蝶阀32、33与系统外侧保温水箱设施管道相连接，组成一个完整的制热水输出循环回路。特殊情况下，需要接入地下水或夏季直接接入冷却塔水循环，可完全关闭系统主回路输入循环管道处手动蝶阀13、15，开启系统主回路输入循环管道处另一端手动蝶阀14、16，可满足系统输入循环不同方式的正常转换。
[0021]动力源模拟辅助交换输入模式的原理是:动力源模拟热、冷媒输出装置47所输出的热、冷媒水体，通过手动闸阀49、Y形除污器50、小功率循环泵65及手动闸阀53与系统主体自闭输入循环回路中动力驱动循环泵22前、后侧主管道相连接，动力驱动循环泵22的泵体后侧主管道通过单向止回阀55、手动闸阀56又循环回到动力源模拟热、冷媒输出装置47的回水端。正常情况下，系统主体自闭输入循环回路中的水体温度调节，可通过人工调节手动闸阀53、51、或通过人工设定温度调节控制器48来控制电动调节闸阀52、54的阀门开合度，让系统热泵机组运行在高能效比工况状态下。主回路输入循环管道60中的回水管道处的温度传感器17，可通过电控信号线58，将其回路中的水体温度信号反馈到温度调节控制器48，与人工设定值相比较，然后再通过电控信号线57来调节电动调节闸阀54、52的开合度，以便掌控媒介水体的流量大小，来达到调控系统主体自闭输入循环回路水体的温度目的。正确的操控方式是，手动闸阀49、56可处于正常打开状态，关闭手动闸阀51、53后，才能使用电动调节闸阀52、54。手动状态下操控，在关闭电动调节闸阀后，才能调节手动闸阀，调大手动闸阀53的开合度,应同时调小手动闸阀51的开合度,与电动闸阀控制一样,两闸阀是逆向调节的。
[0022]系统主体自闭输入循环回路中的水体温度通过自动调节或人工调节，可使主体自闭输入循环回路的水体温度稳定在一个比较理想的数值上，促使热泵系统能够稳定、高效运行在一个能效比较高的工况状态下，因此能达到较好的节能降耗效果。
[0023]本发明着重从节能降耗的角度及提高热泵机使用效果的技术方面改进，使热泵机不使用地下水热交换输入循环，而直接选用动力源模拟热、冷媒输出装置，利用动力源模拟媒介辅助交换输入循环方式及主体自闭循环回路后，可有效提高热泵系统运行中的能效比及提高工况输出效果水平，可有利于保护地下水资源及降低设施投资费用、缩短项目建设周期和节约场地占用面积，尤其是在节能降耗方面，能让用户用得起，又感觉效果好，在推广普及工作起到一个积极推动作用。
[0024]以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种高能效比的热泵系统，包括系统主体循环回路，所述系统主体循环回路包括主回路循环管道出1)、(62), (63), (64)，主回路循环管道(61)上依次设置有系统主回路手动蝶阀(I)、系统主回路手动蝶阀(5)、系统主回路单向止回阀(9)和系统主回路手动蝶阀(13)，主回路循环管道(62)上依次设置有系统主回路手动蝶阀(2)、系统主回路手动蝶阀(6)、系统主回路单向止回阀(10)和系统主回路手动蝶阀(14)，主回路循环管道(63)上依次设置有系统主回路手动蝶阀(3)、系统主回路手动蝶阀(7)、系统主回路单向止回阀(11)和系统主回路手动蝶阀(15)，主回路循环管道(64)上依次设置有系统主回路手动蝶阀(4)、系统主回路手动蝶阀(8)、系统主回路单向止回阀(12)和系统主回路手动蝶阀(16)，主回路循环管道(61)位于系统主回路手动蝶阀(13)的一端连通有主回路输入循环管道(59)，主回路循环管道(61)的另一端设置有作为空调系统输出端的进、出水管道接口的主回路输出管道连接法兰(37)，主回路循环管道(63)位于系统主回路手动蝶阀(15)的一端连通有主回路输入循环管道(60)，主回路循环管道(63)的另一端设置有作为空调系统输出端的进、出水管道接口的主回路输出管道连接法兰(36)，所述热泵系统还包括热泵机，热泵机中的冷凝器及热泵机蒸发器通过机前侧的热泵机双循环操控手动蝶阀与主回路循环管道相连通，其特征在于:主回路输入循环管道(59)上设置有系统主回路手动蝶阀(18)，主回路输入循环管道(60)上设置有系统主回路手动蝶阀(19)，主回路输入循环管道(59), (60)之间设置有主回路动力驱动循环泵(22)，主回路动力驱动循环泵(22)的泵体前后侧设置有软连 接(21)、(23)、￥形除污器(20)，主回路输入循环管道(59)、(60)，通过系统主回路手动蝶阀(18)、(19)，与主回路动力驱动循环泵(22)及泵体前后侧的软连接(21)、(23)、Y形除污器(20)组成一个系统主体自闭输入循环回路； 所述热泵系统还包括动力源模拟热、冷媒输出装置(47)，动力源模拟热、冷媒输出装置(47)，通过手动闸阀(49)、Y形除污器(50)、小功率循环泵(65)及手动闸阀(51)、(53)与所述系统主体自闭输入循环回路中的主回路动力驱动循环泵(22)前、后侧主管道相连接，主回路动力驱动循环泵(22)后侧主管道通过单向止回阀(55)、手动闸阀(56)与动力源模拟热、冷媒输出装置(47)的回水端连通。
2.根据权利要求1所述的高能效比的热泵系统，其特征在于:所述动力源模拟热、冷媒输出装置(47)上设置有能够控制电动调节闸阀(52)、(54)的阀门开合度的温度调节控制器(48)，主回路输入循环管道(60)中的回水管道处的设置有温度传感器(17)，温度传感器(17)与所述温度调节控制器(48)通过电控信号线(58)连接。
3.根据权利要求2所述的高能效比的热泵系统，其特征在于:所述热泵机包括热泵机(38)、(39)和(40)，热泵机中的冷凝器(41)、(43)、(45)及热泵机蒸发器(42)、(44)、(46)通过机前侧的热泵机双循环操控手动蝶阀(24)、(25)、(26)、(27)、(28)、(29)、(30)、(31)、(32)、(33)、(34)、(35)与主回路循环管道(61)、(62)、(63)、(64)相连通。
4.根据权利要求3所述的高能效比的热泵系统，其特征在于:所述热泵机(38)、(39)为空调热泵机，热泵机(40)为制热水热泵机。
5.根据权利要求4所述的高能效比的热泵系统的控制方法，其特征在于:该控制方法包括系统主体自闭输入循环回路中的水体温度的人工调节方法和系统主体自闭输入循环回路中的水体温度的自动调节方法，其中， 系统主体自闭输入循环回路中的水体温度的人工调节方法:通过人工调节手动闸阀(53)和(51)的阀门开合度来实现改变系统主体自闭输入循环回路中水体温度的高低，调节时，先关闭电动调节闸阀(54)、(52)，再调大手动闸阀(53)的阀门开合度，同时调小手动闸阀(51)的阀门开合度，手动闸阀(53)和(51)为逆向调节； 系统主体自闭输入循环回路中的水体温度的自动调节方法:通过人工设定温度调节控制器(48)控制电动调节闸阀(52)、(54)的阀门开合度来实现改变系统主体自闭输入循环回路中水体温度的高低，调节时，先将手动闸阀(49)、(56)处于正常打开状态，关闭手动闸阀(51)、(53)，主回路输入循环管道(60)中的回水管道处的温度传感器(17)将其回路中的水体温度信号通过电控信号线(58)反馈到温度调节控制器(48)，温度调节控制器(48)将该水体温度信号与人工设定值相比较后，通过电控信号线(57)来调节电动调节闸阀(54)、(52)的开合度，调大电动调节闸阀(54)的阀门开合度，同时调小电动调节闸阀(52)的阀门开合度，电动调节闸 阀(52)、(54)为逆向调节。
【文档编号】F25B41/04GK103994602SQ201410233188
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】陈来成, 李涛, 陈静茹 申请人:驻马店市奥搏豪森假日酒店有限公司