热泵与热水加热组合系统的混合制热流程的制作方法

技术领域

本发明属于空气压缩式制冷空调技术领域，更具体的说，属于一种利用 空气中的能量进行制冷、制热和提供生活热水的蒸汽压缩和低温热源混合热 泵装置系统。

背景技术：

空气源热泵空调装置采用蒸汽压缩式制冷循环系统，蒸汽压缩式制冷循 环系统通常利用室外大气中的低品位能源为空调系统提供冷热源的热力设 备，目前空气源热泵已经在住宅和商业建筑中得到了广泛的应用。空气源热 泵空调装置可以制取冷水和热水、并以冷水或热水为介质通过空调末端直接 向房间输送冷风或者热风，以及向房间提供所需要的冷热量以保证房间的热 舒适性。在夏季供冷运行时，空气源热泵空调装置向房间供冷运行时要将大 量的冷凝热排放到室外大气环境中，这样会造成能量损失和环境热污染。在 冬季供热时，空气源热泵空调装置的工作效率急剧降低，当气温降低到一定 程度时空气源热泵空调装置几乎无法正常工作，所以冬季时低温地区使用空 气源热泵空调装置存在经济效益差和运行困难等问题。

如果在商业建筑或者住宅建筑中同时安装空气源热泵空调装置和热泵热 水器装置的话，会增加建筑的整体设备费用、运行费用及其占用空间。同时 空气源热泵空调装置和热泵热水器装置具有相同的工作原理，如何将空气源 热泵空调装置和热泵热水器装置很好地结合在一起以发挥热泵系统的最大能 效一直是制约本技术领域的一大难题。

技术实现要素：

本发明为了有效地解决以上技术问题，给出了一种热泵与热水加热组 合系统。

本发明的一种热泵与热水加热组合系统的混合制热流程，其特征在于： 包括通过制冷剂管道顺序连接为一体的压缩机、四通阀、气液分离器、空气 源支路第一开关阀门、空气源换热器、空气源支路第二开关阀门、凝冰支路 第一开关阀门、止回阀、凝冰蒸发器、凝冰支路第二开关阀门、第一膨胀阀、 空调换热器、第二膨胀阀、热水换热器、空调换热器开关阀门、热水换热器 开关阀门；其中：

所述压缩机、所述四通阀、所述空气源支路第一开关阀门、所述空气源 支路第二开关阀门、所述凝冰支路第一开关阀门、所述凝冰支路第二开关阀 门、所述第一膨胀阀、所述第二膨胀阀、所述空调换热器开关阀门和所述热 水换热器开关阀门分别与智能控制器相连；

智能控制器会打开凝冰支路第一开关阀门和凝冰支路第二开关阀门、打 开空气源支路第一开关阀门和空气源支路第二开关阀门，打开空调换热器开 关阀门、关闭热水换热器开关阀门，打开第一膨胀阀、关闭第二膨胀阀，打 开空调水泵、关闭热水水泵、打开换热风扇、打开冰水水泵和冰水分离器；

智能控制器控制四通阀按着制热方式运行以形成混合制热循环回路，从 压缩机排气口出来的高温高压气态制冷剂经过空调换热器开关阀门流入空调 换热器中冷凝为高温高压液体，冷凝为高温高压液体的制冷剂经过第一膨胀 阀变为低温低压气液两相液体，制冷剂经过第一膨胀阀后分为两路，其中一 路气液两相液体的制冷剂流入空气源换热器中从外界吸收热量实现制热目的 并蒸发为低压气体，低压气体的制冷剂经过气液分离器返回到压缩机；另一 路气液两相液体的制冷剂流入凝冰蒸发器中从外界吸收热量实现制热目的并 蒸发为低压气体，低压气体的制冷剂经过止回阀、气液分离器后返回到压缩 机；通过前述这样的双路循环，空调换热器和凝冰蒸发器从外界环境中吸收 热量后即可有效地完成制热。

根据以上所述的热泵与热水加热组合系统的混合制热流程，优选：所述 空调换热器的一侧设置有空调水泵，所述热水换热器的一侧设置有热水水泵。

根据以上所述的热泵与热水加热组合系统的混合制热流程，优选：所述 空气源换热器的一侧设置有所述换热风扇。

根据以上所述的热泵与热水加热组合系统的混合制热流程，优选：所述 凝冰蒸发器的一侧设置有冰水水泵、所述凝冰蒸发器的另一侧设置有冰水分 离器。

本发明的热泵与热水加热组合系统可以根据环境温度的变化调整其工作 方式，对热泵与热水加热组合系统中各个部分进行控制的智能控制器可以根 据外界环境温度的变化对系统的工作模式进行切换以实现单独制冷、单独制 热、单独制生活热水和制冷、单独制生活热水和制热、单独制生活热水等不 同工作目的。

当获得的外界温度数值大于热泵与热水加热组合系统的设定温度时，智 能控制器会关闭凝冰支路第一开关阀门和凝冰支路第二开关阀门、打开空气 源支路第一开关阀门和空气源支路第二开关阀门，空调换热器从外界环境中 吸收热量后即可有效地完成单独制热、单独制生活热水和制热、单独制生活 热水。

当获得的外界温度数值小于热泵与热水加热组合系统的设定温度时，智 能控制器会打开凝冰支路第一开关阀门和凝冰支路第二开关阀门、关闭空气 源支路第一开关阀门和空气源支路第二开关阀门，凝冰蒸发器从外界环境中 吸收热量后即可有效地完成单独制热、单独制生活热水和制热、单独制生活 热水。

当获得的外界温度数值与热泵与热水加热组合系统的设定温度相差无几 时，智能控制器会打开凝冰支路第一开关阀门和凝冰支路第二开关阀门、并 同时打开空气源支路第一开关阀门和空气源支路第二开关阀门，空调换热器 和凝冰蒸发器共同从外界环境中吸收热量后即可有效地完成共同制热、共同 制生活热水和制热、共同制生活热水。

本发明与现有技术相比具有可以有效地实现单独制冷、单独制热、单独 制生活热水和制冷、单独制生活热水和制热、单独制生活热水，性能可靠， 运行效率高、能源利用率高、对环境热污染小。由于本发明采用双热源热泵 的方式，可以根据环境温度切换使用两种热源或者同时使用两种热源，使得 本发明的热泵可以在很大的温度范围内高效运行，大大提高了热泵的工作环 境适应性，有效地满足了高纬度低温地区的实际使用要求进而获得了较好的 节能效果。

附图说明

附图1是本发明热泵与热水加热组合系统的结构示意图；

附图2是本发明空调换热器单独制冷的工作流程图；

附图3是本发明空调换热器单独制热的工作流程图；

附图4是本发明凝冰蒸发器单独制热的工作流程图；

附图5是本发明空调换热器和凝冰蒸发器混合制热的工作流程图；

附图6是本发明空调换热器单独制生活热水的工作流程图；

附图7是本发明凝冰蒸发器单独制生活热水的工作流程图的工作流程 图；

附图8是本发明空调换热器和凝冰蒸发器混合制生活热水的工作流程图 的工作流程图；

附图9是本发明空调换热器单独制热和制生活热水的工作流程图；

附图10是本发明凝冰蒸发器单独制热和制生活热水的工作流程图的工 作流程图；

附图11是本发明空调换热器和凝冰蒸发器混合制热和制生活热水的工 作流程图的工作流程图；

附图12是本发明空调换热器制冷和制生活热水的工作流程图的工作流 程图；

附图13是本发明凝冰蒸发器制冷和制生活热水的工作流程图的工作流 程图。

具体实施方式

图1是本发明热泵与热水加热组合系统的结构示意图，本发明的热泵与 热水加热组合系统包括通过制冷剂管道顺序连接为一体的压缩机1、四通阀 2、气液分离器15、空气源支路第一开关阀门16、空气源换热器3、空气源 支路第二开关阀门17、凝冰支路第一开关阀门18、止回阀14、凝冰蒸发器 13、凝冰支路第二开关阀门19、第一膨胀阀4、空调换热器5、第二膨胀阀6、 热水换热器7、空调换热器开关阀门8、热水换热器开关阀门9；其中：压缩 机1、四通阀2、空气源支路第一开关阀门16、空气源支路第二开关阀门17、 凝冰支路第一开关阀门18、凝冰支路第二开关阀门19、第一膨胀阀4、第二 膨胀阀6、空调换热器开关阀门8和热水换热器开关阀门9分别与智能控制 器相连，智能控制器可以采用嵌入式控制系统或模块化控制系统。

空调换热器5的一侧设置有空调水泵11，热水换热器7的一侧设置有热水水泵12；空气源换热器3的一侧设置有换热风扇10；凝冰蒸发器13的一侧设置有冰水水泵20、凝冰蒸发器13的另一侧设置有冰水分离器21。智能控制器也对空调水泵11、热水水泵12、换热风扇10、冰水水泵20和冰水分离器21进行控制。智能控制器分别对前述各个部分进行控制以实现单独制冷、单独制热、单独制生活热水和制冷、单独制生活热水和制热、单独制生活热水。

图2是本发明热高温环境中空调换热器单独制冷工作流程图；智能控制 器会关闭凝冰支路第一开关阀门18和凝冰支路第二开关阀门19、打开空气 源支路第一开关阀门16和空气源支路第二开关阀门17，打开空调换热器开 关阀门8、关闭热水换热器开关阀门9，打开第一膨胀阀4、关闭第二膨胀阀 6，打开空调水泵11、关闭热水水泵12、打开换热风扇10。智能控制器控制 四通阀2按着制冷方式运行这样即可以形成单独制冷循环回路，从压缩机1 排气口出来的高温高压气态制冷剂经过四通阀2经气液分离器15流入空气源 换热器3中向空气中冷凝为高温高压液体，冷凝为高温高压液体的制冷剂经 过第一膨胀阀4变为低温低压气液两相液体，气液两相液体的制冷剂流入空 调换热器5中从空调循环水中吸收热量实现制冷目的并蒸发为低压气体，低 压气体的制冷剂经过空调换热器开关阀门8和四通阀2返回到压缩机1。通 过前述这个循环，空调换热器5向外界环境中释放热量后即可有效地完成制 冷。

图3是本发明空调换热器单独制热工作流程图；智能控制器会关闭凝冰 支路第一开关阀门18和凝冰支路第二开关阀门19、打开空气源支路第一开 关阀门16和空气源支路第二开关阀门17，打开空调换热器开关阀门8、关闭 热水换热器开关阀门9，打开第一膨胀阀4、关闭第二膨胀阀6，打开空调水 泵11、关闭热水水泵12、打开换热风扇10。

图4是本发明凝冰蒸发器单独制热工作流程图；智能控制器会打开凝冰 支路第一开关阀门18和凝冰支路第二开关阀门19、关闭空气源支路第一开 关阀门16和空气源支路第二开关阀门17，打开空调换热器开关阀门8、关闭 热水换热器开关阀门9，打开第一膨胀阀4、关闭第二膨胀阀6，打开空调水 泵11、关闭热水水泵12、打开冰水水泵20和冰水分离器21。智能控制器控 制四通阀2按着制热方式运行这样即可以形成单独制热循环回路，从压缩机 1排气口出来的高温高压气态制冷剂经过空调换热器开关阀门8流入空调换 热器5中冷凝为高温高压液体，冷凝为高温高压液体的制冷剂经过第一膨胀 阀4变为低温低压气液两相液体，气液两相液体的制冷剂流入凝冰蒸发器13 中从外界吸收热量实现制热目的并蒸发为低压气体，低压气体的制冷剂经过 止回阀14、气液分离器15后返回到压缩机1。通过前述这个循环，凝冰蒸发 器13从外界环境中吸收热量后即可有效地完成制热。

图5是本发明空调换热器和凝冰蒸发器混合制热工作流程图；智能控制 器会打开凝冰支路第一开关阀门18和凝冰支路第二开关阀门19、打开空气 源支路第一开关阀门16和空气源支路第二开关阀门17，打开空调换热器开 关阀门8、关闭热水换热器开关阀门9，打开第一膨胀阀4、关闭第二膨胀阀 6，打开空调水泵11、关闭热水水泵12、打开换热风扇10、打开冰水水泵20 和冰水分离器21。智能控制器控制四通阀2按着制热方式运行这样即可以形 成混合制热循环回路，从压缩机1排气口出来的高温高压气态制冷剂经过空 调换热器开关阀门8流入空调换热器5中冷凝为高温高压液体，冷凝为高温 高压液体的制冷剂经过第一膨胀阀4变为低温低压气液两相液体，制冷剂经 过第一膨胀阀4后分为两路，其中一路气液两相液体的制冷剂流入空气源换 热器3中从外界吸收热量实现制热目的并蒸发为低压气体，低压气体的制冷 剂经过气液分离器15返回到压缩机1；另一路气液两相液体的制冷剂流入凝 冰蒸发器13中从外界吸收热量实现制热目的并蒸发为低压气体，低压气体的 制冷剂经过止回阀14、气液分离器15后返回到压缩机1。通过前述这样的双 路循环，空调换热器5和凝冰蒸发器13从外界环境中吸收热量后即可有效地 完成制热。

附图6是本发明空调换热器单独制生活热水的工作流程图；智能控制器 会关闭凝冰支路第一开关阀门18和凝冰支路第二开关阀门19、打开空气源 支路第一开关阀门16和空气源支路第二开关阀门17，关闭空调换热器开关 阀门8、打开热水换热器开关阀门9，打开第一膨胀阀4、打开第二膨胀阀6， 关闭空调水泵11、打开热水水泵12、打开换热风扇10。

附图7是本发明凝冰蒸发器单独制生活热水的工作流程图的工作流程 图；智能控制器会关闭凝冰支路第一开关阀门18和凝冰支路第二开关阀门 19、打开空气源支路第一开关阀门16和空气源支路第二开关阀门17，关闭 空调换热器开关阀门8、打开热水换热器开关阀门9，打开第一膨胀阀4、打 开第二膨胀阀6，关闭空调水泵11、打开热水水泵12、关闭换热风扇10、打 开冰水水泵20和冰水分离器21。

附图8是本发明空调换热器和凝冰蒸发器混合制生活热水的工作流程图 的工作流程图；智能控制器会打开凝冰支路第一开关阀门18和凝冰支路第二 开关阀门19、打开空气源支路第一开关阀门16和空气源支路第二开关阀门 17，关闭空调换热器开关阀门8、打开热水换热器开关阀门9，打开第一膨胀 阀4、打开第二膨胀阀6，关闭空调水泵11、打开热水水泵12、打开换热风 扇10、打开冰水水泵20和冰水分离器21。

图9是本发明空调换热器单独制热和制生活热水的工作流程图；智能控 制器会关闭凝冰支路第一开关阀门18和凝冰支路第二开关阀门19、打开空 气源支路第一开关阀门16和空气源支路第二开关阀门17，关闭空调换热器 开关阀门8、打开热水换热器开关阀门9，打开第一膨胀阀4、打开第二膨胀 阀6，打开空调水泵11、打开热水水泵12、打开换热风扇10。

图10是本发明凝冰蒸发器单独制热和制生活热水的工作流程图的工作 流程图；智能控制器会打开凝冰支路第一开关阀门18和凝冰支路第二开关阀 门19、关闭空气源支路第一开关阀门16和空气源支路第二开关阀门17，关 闭空调换热器开关阀门8、打开热水换热器开关阀门9，打开第一膨胀阀4、 打开第二膨胀阀6，打开空调水泵11、打开热水水泵12、关闭换热风扇10、 开启冰水水泵20和冰水分离器21。

图11是本发明空调换热器和凝冰蒸发器混合制热和制生活热水的工作 流程图的工作流程图；智能控制器会打开凝冰支路第一开关阀门18和凝冰支 路第二开关阀门19、打开空气源支路第一开关阀门16和空气源支路第二开 关阀门17，关闭空调换热器开关阀门8、打开热水换热器开关阀门9，打开 第一膨胀阀4、打开第二膨胀阀6，打开空调水泵11、打开热水水泵12、打 开换热风扇10、开启冰水水泵20和冰水分离器21。

附图12是本发明空调换热器制冷和制生活热水的工作流程图的工作流 程图；智能控制器会关闭凝冰支路第一开关阀门18和凝冰支路第二开关阀门 19、打开空气源支路第一开关阀门16和空气源支路第二开关阀门17，关闭 空调换热器开关阀门8、打开热水换热器开关阀门9，打开第一膨胀阀4、打 开第二膨胀阀6，打开空调水泵11、打开热水水泵12、关闭换热风扇10。智 能控制器控制四通阀2按着制热方式运行这样即可以形成制冷和制生活热水 循环回路，从压缩机1排气口出来的高温高压气态制冷剂经过热水换热器开 关阀门9流入热水换热器7，热水水泵12不断向热水换热器7中注入新水以 实现与高温高压气态制冷剂进行换热、一部分高温高压气态制冷剂冷凝为高 温高压液体；制冷剂经过第二膨胀阀6节流之后变为低温低压气液两相液体 再流入空调换热器5中，空调水泵11处于工作状态、故制冷剂在空调换热器 5中发生大量的热交换冷却空调水并蒸发为低压气体；低压气体再经过第一 膨胀阀4、空气源换热器3、气液分离器15返回到压缩机1，在空气源换热 器3不发生热交换。通过前述这个循环，热水换热器7和空调换热器5完成 换热之后即可有效地完成制冷和制生活热水，实现在制冷的同时回收冷凝废 热加热生活热水的目的。当制冷负荷较小时，智能控制器可以利用变频装置 部分开启换热风扇10以带动空气源换热器3蒸发换热。

附图13是本发明凝冰蒸发器制冷和制生活热水的工作流程图的工作流 程图；智能控制器会打开凝冰支路第一开关阀门18和凝冰支路第二开关阀门 19、关闭空气源支路第一开关阀门16和空气源支路第二开关阀门17，关闭 空调换热器开关阀门8、打开热水换热器开关阀门9，打开第一膨胀阀4、打 开第二膨胀阀6，打开空调水泵11、打开热水水泵12、关闭换热风扇10、关 闭冰水水泵20和冰水分离器21。智能控制器控制四通阀2按着制热方式运 行这样即可以形成制冷和制生活热水循环回路，从压缩机1排气口出来的高 温高压气态制冷剂经过热水换热器开关阀门9流入热水换热器7，热水水泵 12不断向热水换热器7中注入新水以实现与高温高压气态制冷剂进行换热、 一部分高温高压气态制冷剂冷凝为高温高压液体；制冷剂经过第二膨胀阀6 节流之后变为低温低压气液两相液体再流入空调换热器5中，空调水泵11处 于工作状态、故制冷剂在空调换热器5中发生大量的热交换冷却空调水并蒸 发为低压气体；低压气体再经过第一膨胀阀4、凝冰蒸发器13、止回阀14返 回到压缩机1，在凝冰蒸发器13中不发生热交换。通过前述这个循环，热水 换热器7和空调换热器5完成换热之后即可有效地完成制冷和制生活热水， 实现在制冷的同时回收冷凝废热加热生活热水的目的。当制冷负荷较小时， 智能控制器可以开启冰水水泵20和冰水分离器21以带动凝冰蒸发器13蒸发 换热。