一种多功能热泵及其实施不同功能的切换方法与流程

本发明涉及空调技术领域，特别涉及一种具有多功能的热泵及其不同功能转换的切换控制方法。

背景技术：

当前热泵技术被越来越多地用于制取生活热水和采暖中。制取生活热水一般使用一拖一的系统方案，即一台室外机连接一个水箱，该套系统的组成为：一个压缩机，作为热泵系统的驱动并为冷媒流动提供动力；一个空气侧换热器，又为蒸发器，用于吸收环境中的热量；一个冷凝器，用于将在环境中吸收到的热量释放到水箱中，给水箱中的水加热。同样的热泵原理，被用于采暖中。当前也有不少可同时制取生活热水并提供采暖的热泵系统，如图1所示，压缩机01出来的高温高压冷媒经过四通阀02后分为两路，一路通过外盘管水箱03制取生活热水，即冷凝器环绕在水箱内胆外表面的，冷媒流经水箱盘管将热量释放给水箱中的水，起到加热作用；另一路通过冷媒-水换热器08用作采暖系统，即冷媒流经冷媒-水换热器08加热采暖用水。热交换后冷媒经过电子膨胀阀06和空气侧换热器07经四通阀02回到压缩机01。冷媒流路可以通过第一电磁阀04和第二电磁阀05的开合进行切换。当制取生活热水时，第一电磁阀关闭、第二电磁阀开启；当采暖时，则第一电磁阀开启、第二电磁阀关闭。现有制备生活热水又采暖的热泵系统冷媒分两路分别加热生活热水和采暖热水，使得阀件较多、控制复杂；生活热水、采暖分别各使用一个换热器，室内需要安装水箱及采暖热水发生器，占用家庭空间；水箱和采暖均使用冷媒连接管和主机连接，安装复杂；由于系统复杂，整机成本相应较高。

因此，如何克服现有制热水又采暖的热泵系统阀件多、功能较少、体积大、安装复杂和成本较高的缺陷是业界亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明为了解决现有制热水又采暖的热泵系统阀件多、功能较少、体积大、安装复杂和成本较高的问题，提出一种结构简化、占用空间小、高效节能和自动热回收的多功能热泵及其实施不同功能的切换方法。

本发明提出的一种多功能热泵，包括室外机，与该室外机串联的冷媒-水换热器、与该冷媒-水换热器连通的多个水系统。

较优的，所述的水系统包括热水系统和采暖系统。

较优的，所述的热水系统包括水箱、将所述冷媒-水换热器的出水口与该水箱上部连通的水箱进水管，将所述冷媒-水换热器的进水口与该水箱下部连通的水箱出水管，设于该水箱出水管路上的热水水泵。

较优的，所述的水箱进水管路上还设有一热水三通阀，该热水三通阀的一出水口与所述水箱的上部连通，而热水三通阀的另一出水口与该水箱的中部连通。

较优的，所述的采暖系统包括将所述冷媒-水换热器的出水口和进水口连通的采暖管路、设于该采暖管路上的采暖水泵。

较优的，所述的采暖管路上还设有一采暖三通阀，该采暖三通阀使得水流经所述的冷媒-水换热器而循环，或者，使得水流只在该采暖管路中循环。

较优的，所述的冷媒-水换热器为三重管换热器、串联式套管换热器、串联式板式换热器或高效罐中的任一种。

较优的，还包括设于所述室外机的室外机换热器与室外机节流装置之间的室外机电磁阀；该热泵的空调室内机连接于所述的室外机电磁阀和室外机节流装置之间；该空调室内机包括至少一套室内机节流装置和室内机换热器。

本发明还提出一种所述多功能热泵的实施不同功能的切换方法，其步骤如下：

步骤1：根据需要选定所述热泵的运行模式；

步骤2：调节相应的元器件动作，使得热泵实现相应的功能。

较优的，当需要单独制取热水时，选择制热模式运行，采暖水泵关闭，热水水泵开启，室外机电磁阀开通，室内机节流装置关闭；所述热泵压缩机排出的冷媒进入所述的冷媒-水换热器，所述的冷媒放热冷凝加热由所述热水系统输入的冷水，加热后的热水返回所述的水箱，供日常使用。

较优的，当所述冷媒-水换热器的出水水温低于用户设定温度时，调节所述的热水三通阀使得冷媒-水换热器的出水先输入水箱中部。

较优的，等到冷媒-水换热器的出水温度达到用户设定温度后，再调节该热水三通阀使得冷媒-水换热器输出的热水输送至水箱上部。

较优的，当需要单独采暖供暖时，选择制热模式运行，热水水泵关闭，采暖水泵开启，室外机电磁阀开通，室内机节流装置关闭；压缩机排出的冷媒进入所述的冷媒-水换热器，通过所述的采暖水泵将采暖用水输送至所述的冷媒-水换热器中进行加热，加热后的水返回用作供暖。

较优的，当需要同时制取生活热水和采暖供暖时，选择制热模式运行，热水水泵和采暖水泵同时开启，室外机电磁阀开通，室内机节流装置关闭；压缩机排出的冷媒进入所述的冷媒-水换热器，生活用水和采暖用水同时经过所述的冷媒-水换热器加热，加热后的热水各自返回。

较优的，当需要单独空调室内机制冷时，选择制冷模式运行，热水水泵和采暖水泵同时关闭，室外机电磁阀开通，室外机节流装置关闭；压缩机排出的冷媒直接进入所述的空调室内机吸热蒸发之后返回压缩机。

较优的，当需要空调制冷热回收制取热水时，选择制热模式运行，采暖水泵关闭，热水水泵开启，室外机电磁阀关闭，室外机节流装置开通；压缩机排出的冷媒进入所述的冷媒-水换热器，加热流经该冷媒-水换热器的生活用水后，再流经开至最大的室外机节流装置，最后进入所述的空调室内机吸热蒸发之后返回压缩机。

较优的，当需要所述室外机换热器化霜时，选择制冷模式运行，室外机电磁阀开，室外机节流装置开，室内机节流装置关闭，热水水泵开启，采暖水泵关闭；压缩机排出的冷媒进入所述的室外机换热器，流经室外机电磁阀和室外机节流装置，再通过所述的冷媒-水换热器并从由水箱中输入的水中吸热后返回压缩机。

较优的，所述的热水三通阀关闭连通所述水箱上部的通道，将冷媒-水换热器流出的水输出到水箱中部。

较优的，当化霜结束，再换成制热模式运行，待冷媒-水换热器流出的水温度达到用户设定温度，该热水三通阀切换水路，将所述冷媒-水换热器流出的热水输送至水箱上部。

本发明提供了一种新型的制取生活热水、采暖、空调制冷、化霜等多功能的热泵系统，用于解决现有热泵系统阀件多、控制复杂、体积大、安装复杂，功能较少等问题。可以给用户一站式地解决生活热水、采暖、制冷全方位的生活需求，并且在制冷的同时能实现自动热回收，高效节能。该系统可以仅有一个水箱、一个室外机、可连接采暖并可搭配数个空调室内机。室外机可在室外挂墙安装，室内侧仅有一个水箱，大大减少了安装空间。本发明采用室外机与冷媒-水换热器串联的连接方式，而且使得该冷媒-水换热器与多个水系统连通换热，以致室外机总共连接四根冷媒连接管：两根连接至水箱，两根连接至室内空调。水箱总共连接四根水管：两根连接生活用水冷热水管，两个连接采暖进出水管，系统零件大为减少。

附图说明

图1为现有热泵系统流程示意图；

图2为本发明热泵系统流程较佳实施例的示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种多功能热泵，其包括：室外机、空调室内机。还包括与室外机串联的冷媒-水换热器、与该冷媒-水换热器连通的多个水系统。

如图2所示，为本发明提出的多功能热泵系统的较佳实施，所述的室外机包括变频压缩机1、具有变频电机及风叶的室外机换热器2、室外机节流装置3，四通阀4和气分5。

所述的冷媒-水换热器为两套串联式套管换热器，即冷媒-水换热器本质上为一路冷媒流路、两路水路的换热器，冷媒流路可同时给两个水路进行加热。冷媒-水换热器也可以有其他结构的，如，三重管换热器、串联式板式换热器或高效罐中的任一种。所述的水系统包括提供生活用水循环的热水系统和提供采暖用水循环的采暖系统。根据需要和热泵系统的功率大小，水系统可以是多套与冷媒-水换热器换热的用水循环系统。

热水系统包括：水箱7、冷媒-水换热器即热水换热器8、将该热水换热器的出水口与该水箱上部连通的水箱进水管9，将热水换热器的进水口与该水箱下部连通的水箱出水管10，设于该水箱出水管路10上的热水水泵11，其可以采用变频水泵。水箱7中至少设有三个水箱感温包，用于精准感知水箱内各点的热水状态，并根据水温的变化自动评估用户用水状态，参与变频压缩机的控制。水箱进水管路9上还设有一热水三通阀12，该热水三通阀的进水口与热水换热器8的出水口连通，其一出水口与水箱7的上部连通而其另一出水口与该水箱7的中部连通。该热水系统由水箱7底部抽取冷水输入热水换热器8换热，再将热水返回水箱7上部。由水箱的上部输出热水供日常使用，冷水由水箱的下部输入，进而循环。

采暖系统包括：将所述冷媒-水换热器即采暖换热器18的出水口和进水口连通的采暖管路、设于该采暖管路上的采暖水泵19，其可以采用变频或定频的水泵。该采暖水路可以由连通采暖换热器18的出水口的出水管路13和经过采暖供暖后返回连通采暖换热器18的进水口的回水管路14构成。该采暖系统由采暖水泵19将采暖供暖后的冷水输入采暖换热器18换热，再将加热的水用于采暖供暖，如此循环。采暖管路上还设有一采暖三通阀15，该采暖三通阀可以使得水流经采暖换热器而循环，也可以使得水流只在该采暖管路中循环。

本发明的热泵系统还包括设于室外机的室外机换热器2与室外机节流装置3之间的室外机电磁阀6。该热泵的空调室内机的冷媒输入管路连接于室外机电磁阀6和室外机节流装置3之间。该空调室内机包括三套室内机节流装置16和室内机换热器17。其中每个空调室内机均连接至分歧管，两根分歧管分别连接至室外机冷媒的进出连接口。所述的室内机节流装置16和室外机节流装置3均可以采用电子膨胀阀。

本发明的变频压缩机1可以根据用户侧的冷水温度以及用户设定温度的温差，并且利用水箱感温包评估出的用户用水状态，实时调整压缩机的运行频率，确保压缩机功率的输出量可以满足用户用水需求热量，及时补充热量保证用户用水量。变频电机可以配合变频压缩机，当压缩机输出量变大时增大电机转速，增大室外机换热器2从环境中所吸收的热量（制热模式时）。

水箱侧的变频水泵11可以确保出水温度恒定。当压缩机1输出量增大时，或者是用户侧冷水温度升高时，及时提升转速，使得冷媒-水换热器的出水温度保持恒定，确保用户用水水温恒定，提升舒适度。热水三通阀12可以当系统刚开机时，变频压缩机1、变频电机处于升频状态，热水换热器中的水来不及得到充分加热达到用户所需温度，此时则通过该热水三通阀切换水路流路，将这部分中温水导入到水箱中部。确保水箱上部仍然为用户所需温度的热水，确保用户用水即开即用。采暖三通阀15可以当用户大流量用水，系统的输出量无法满足采暖和热水同时制热时，则优先保证用户的生活热水使用需求，此时该采暖三通阀15切换到采暖水路内部循环而不流经采暖换热器18，即暂时不对采暖用水进行加热。当用户结束生活用水，则继续给水箱加热到用户所需水温后，该采暖三通阀切换流路继续对采暖供热。

本发明的提供的热泵系统，根据需要可以实现不同功能运行，如：单独制取生活热水并满足即开即用、直热出水、无限出水的使用；单独采暖供暖；直热出水以及采暖共同使用；单独空调制冷；空调制冷热回收制热水；室外机换热器化霜。

本发明提出的多功能热泵的实施不同功能的切换方法，其步骤如下（请结合图1）：

步骤1：根据需要选定所述热泵的运行模式；

步骤2：调节相应的元器件动作，使得热泵实现相应的功能。

当需要单独制取热水时，选择制热模式运行，即四通阀4线圈不得电。采暖水泵19关闭，热水水泵11开启，室外机电磁阀6开通，室内机电子膨胀阀16关闭。热泵的变频压缩机1排出的高温高压冷媒先流经采暖换热器18，采暖换热器只用作通道不进行换热，冷媒接着进入热水换热器8，高温高压的冷媒冷凝放热并加热由热水系统输入的冷水，加热后的热水返回所述的水箱7，供日常使用。其中，冷媒循环为：

压缩机1→四通阀4→热水换热器8→室外机电子膨胀阀3→室外机电磁阀6→室外机换热器2→四通阀4→气分5→压缩机1。

变频水泵将水箱底部的冷水（由于水的自然分层原理，冷水均集中在水箱底部，热水集中在水箱上部）输送至热水换热器中，在热水换热器中被加热。在系统刚刚启动的过程中，热水换热器的出水水温暂无法达到用户设定温度，为了不影响用户用水（此时高温热水集中在水箱上部），故通过热水三通阀12将这些刚输出的中温水输送至水箱中部。此时系统会迅速趋于稳定，当系统稳定运行时，热水换热器的出水温度达到用户设定温度，再通过热水三通阀切换水路将这部分可供使用的热水输送至水箱上部直接供用户使用。

当需要单独采暖供暖时，选择制热模式运行，热水水泵11关闭，采暖水泵19开启，室外机电磁阀6开通，室内机电子膨胀阀16关闭；压缩机1排出的冷媒进入采暖换热器18，通过采暖水泵将19采暖用水输送至采暖换热器18中进行加热，加热后的水返回用作供暖。冷媒在采暖换热器18换热后通过热水换热器8，返回压缩机1。热水换热器8只用作通道不进行换热。其中，冷媒循环为：

压缩机1→四通阀4→采暖换热器18→室外机电子膨胀阀3→室外机电磁阀6→室外机换热器2→四通阀4→气分5→压缩机1。

当需要同时制取生活热水和采暖供暖时，选择制热模式运行，热水水泵11和采暖水泵19同时开启，室外机电磁阀6开通，室内机电子膨胀阀16关闭；压缩机排出的冷媒依次流经采暖水换热器18和热水换热器8，采暖用水和生活用水分别经过采暖水换热器18和热水换热器8加热，加热后的热水各自返回。其中，冷媒循环为：

压缩机1→四通阀4→采暖水换热器18和热水换热器8→室外机电子膨胀阀3→室外机电磁阀6→室外机换热器2→四通阀4→气分5→压缩机1。

当需要单独空调室内机制冷时，选择制冷模式运行，即四通阀4线圈得电。热水水泵11和采暖水泵19同时关闭，室外机电磁阀6开通，室外机电子膨胀阀3关闭；压缩机排出的冷媒直接进入室外机换热器2中放热，再经过室外机电磁阀6进入到空调室内机，即进入空调室内机电子膨胀阀16进行节流，并在空调室内机换热器17内吸热蒸发，最后重新回到室外机压缩机1。其中，冷媒循环为：

压缩机1→四通阀4→室外机换热器2→室外机电磁阀6→室内机电子膨胀阀16→室内机换热器17→气分5→压缩机1。

当需要空调制冷热回收制取热水时，选择制热模式运行，采暖水泵19关闭，热水水泵11开启，室外机电磁阀6关闭，室外机电子膨胀阀3开通。压缩机1排出的冷媒先通过采暖换热器18，但不换热，冷媒在流经热水换热器8加热输入的生活用水后，再流经室外机电子膨胀阀3，此时室外机电子膨胀阀开至最大，不起节流作用，仅作为冷媒流经的通道。冷媒再通过室外机和空调室内机的连接管进入空调室内机，并通过空调室内机的电子膨胀阀16节流后，在室内机换热器17内吸热蒸发，最后重新回到室外机压缩机1。其中，冷媒循环为：

压缩机1→四通阀4→热水换热器8→室外机电子膨胀阀3→室内机电子膨胀阀16→室内机换热器17→气分5→压缩机1。

当需要所述室外机换热器化霜时，选择制冷模式运行，即四通阀4线圈得电。室外机电磁阀6开，室外机电子膨胀阀3开，室内机电子膨胀阀16关闭，热水水泵11开启，采暖水泵19关闭。化霜时，压缩机1排出的冷媒进入所述的室外机换热器2，流经室外机电磁阀6和室外机电子膨胀阀3，冷媒流经热水换热器8并从由水箱中输入的水中吸热后，再通过采暖换热器18，但不换热，返回压缩机1。其中，冷媒循环为：

压缩机1→四通阀4→室外机换热器2→室外机电磁阀6→室外机电子膨胀阀3→热水换热器8→四通阀4→气分5→压缩机1。

化霜时，冷媒通过热水换热器从水箱中的水吸热，此时热水换热器的出水温度低于用户设定温度，热水三通阀切换将水输出到水箱中部。化霜结束，系统再换成制热模式，待系统稳定运行后，热水换热器的出水温度达到用户设定温度，热水三通阀再切换水路将这部分可供使用的热水输送至水箱上部直接供用户使用，把化霜对用户的影响减小，保证使用舒适性。

本发明热泵系统采用一路冷媒-水换热器，一路冷媒流路可分别给多路水路进行加热，也可通过机组运动部件动作单独对某一路水路进行加热。以简化整机系统、简化控制、节约成本。通过对各运动部件（压缩机、水泵、风机、电动三通阀）的控制，达成生活用水恒定舒适的效果，并能够满足不同用水情况下直热出热水、无限用水的需求。整套系统安装简便，只有水箱、室外机、空调室内机，室外机和水箱、空调室内机各通过两根冷媒连接管相连。生活用水和采暖用水也同样各通过两根水管相连。通过全直流变频配置，实现了直热出水，并且可以实现水箱的小型化，节省安装空间。并根据用户侧的使用情况实时精准调整机组输出，自适应程度高，使用舒适。空调室内机通过电子膨胀阀的开闭来执行空调制冷指令，参与空调制冷的阀件比现有系统项目有很大程度的精简。空调室内机电子膨胀阀可同时切换系统的空调制冷流路、以及调整制冷过程中的冷媒量。该系统可实现制冷自动热回收功能，在空调制冷的同时提供生活热水，最大限度地节约能源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。