專利名稱：一種多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空調(diào)機(jī)組中的熱泵熱水機(jī)，具體地說涉及一種多級(jí)串 聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)。
背景技術(shù)：
在加熱生活熱水的整個(gè)過程中，為了使熱泵熱水機(jī)的壓縮機(jī)盡可能工 作在理想的冷凝壓力，最大限度地提高制熱能效比，使機(jī)組的運(yùn)行更穩(wěn)定 可靠、工作效率更高；同時(shí)使熱水系統(tǒng)盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投入成本低，占 用空間小。現(xiàn)有熱泵熱水機(jī)一般采用以下兩種制熱形式1) 循環(huán)加熱式(請(qǐng)參閱圖1)，即使用側(cè)進(jìn)水通過水泵多次流過熱泵 熱水機(jī)，被逐漸加熱達(dá)到設(shè)定終止溫度的熱水機(jī)，其工作流程如圖1所示。循環(huán)加熱式的優(yōu)點(diǎn)是在進(jìn)水溫度較低時(shí)，熱泵機(jī)組的壓縮比較小，制 熱能效比較高，但隨著加熱的進(jìn)行，進(jìn)水溫度不斷升高，機(jī)組的壓縮比逐 漸增大，制熱能效比隨之下降。也就是說，循環(huán)加熱式機(jī)組充分利用了低 水溫時(shí)較高的制熱能效，使得整個(gè)加熱過程的綜合能效較高。其缺點(diǎn)是在 循環(huán)加熱式熱水系統(tǒng)中，需要配置循環(huán)水泵和循環(huán)加熱水箱，使得熱水系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用了較大的空間、增加了材料成本，且由于管路接點(diǎn)多， 形成更多的故障點(diǎn)。2) —次加熱式(請(qǐng)參閱圖2)，即使用側(cè)進(jìn)水流過熱泵熱水機(jī)的單級(jí) 換熱器一次，就被加熱達(dá)到設(shè)定終止溫度的熱水機(jī)，其工作流程如圖2所不。一次加熱式的優(yōu)點(diǎn)是直接使用自來水壓力，省卻了循環(huán)水泵，從而降 低了熱水系統(tǒng)總能耗；出水溫度恒定，能直接補(bǔ)熱水到用戶水箱，無需循 環(huán)加熱水箱，減少了系統(tǒng)投資。其缺點(diǎn)是因需要保證恒定的高出水溫度， 在整個(gè)加熱過程當(dāng)中，熱泵機(jī)組持續(xù)工作在高冷凝溫度，導(dǎo)致壓縮機(jī)長(zhǎng)期 工作在高壓縮比狀態(tài)，機(jī)組的制熱能效比低
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述背景技術(shù)中存在的問題，提出了一種多級(jí)串聯(lián)水路一 次加熱式熱泵熱水機(jī)。本發(fā)明的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)綜合了現(xiàn)有熱泵熱水 機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了現(xiàn)有熱泵熱水機(jī)在系統(tǒng)工程構(gòu)成和運(yùn)行中所存在 的問題。本發(fā)明提出的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，由多個(gè)(至少兩 個(gè))相對(duì)獨(dú)立的熱泵系統(tǒng)和多級(jí)串聯(lián)水系統(tǒng)組成，在終級(jí)(即最高級(jí))熱 泵系統(tǒng)中加入冷凝液體制冷劑熱回收器；其中熱水機(jī)組的進(jìn)水連接至該制冷劑熱回收器的進(jìn)水口 ，該制冷劑熱回收 器的出水口連接至第一級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水口 ，第一級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷 凝器出水口連接至第二級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水口，以此類推，直至終級(jí) 熱泵系統(tǒng)的冷凝器出水口 ；該制冷劑熱回收器的氟側(cè)進(jìn)口接入終級(jí)熱泵系 統(tǒng)的冷凝器排出的液態(tài)制冷劑，該制冷劑熱回收器的氟側(cè)出口連接至終級(jí) 熱泵系統(tǒng)的節(jié)流裝置進(jìn)口。所述的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，其中，多個(gè)熱泵系統(tǒng)各 自均是包括壓縮機(jī)、冷凝器(即水換熱器)、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器的完整回 路。所述的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，其中，冷凝液體制冷劑 熱回收器可選用板式熱交換器或套管式熱交換器。所述的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，其中，熱水機(jī)組的進(jìn)水 處設(shè)置有水流量自動(dòng)控制閥。所述的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，其中，水流量自動(dòng)控制 閥采用最末級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝壓力來控制水流量。所述的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，其中，水流量自動(dòng)控制 閥采用最終出水溫度控制水流量。本發(fā)明取得的有益效果1)本發(fā)明的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)在應(yīng)用過程中，直 接使用自來水壓力進(jìn)水，經(jīng)過機(jī)組， 一次加熱到設(shè)定水溫，省卻了循環(huán)水 泵和循環(huán)加熱水箱，使水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障點(diǎn)少、占地面積小、投入成 本低，同時(shí)省卻了循環(huán)水泵能耗，系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定、工作效率更高。這是 本發(fā)明優(yōu)于公知的循環(huán)加熱式熱泵熱水機(jī)的明顯特征。2) 本發(fā)明的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)內(nèi)部，分多級(jí)實(shí)現(xiàn) 水的大溫差加熱，降低了每一級(jí)的加熱溫差，使得每一級(jí)熱泵系統(tǒng)中的冷 凝溫度與該級(jí)進(jìn)水溫度的溫差盡可能小，從而降低每級(jí)壓縮機(jī)的排氣壓力 和壓縮比，提高每級(jí)熱泵系統(tǒng)的制熱能效比。這是本發(fā)明優(yōu)于公知的一次 加熱式熱泵熱水機(jī)的明顯特征。3) 本發(fā)明的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)中，在機(jī)組的進(jìn)水 處配備水流量自動(dòng)控制閥，此閥可以采用最末級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝壓力來控 制水流量的冷凝壓力控制水閥，也可以采用最終出水溫度控制水流量的溫 度控制水閥，保證了機(jī)組恒定的高出水溫度。


圖1為公知的循環(huán)加熱式熱泵熱水機(jī)系統(tǒng)流程圖；圖2為公知的一次加熱式熱泵熱水機(jī)系統(tǒng)流程圖；圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)流程圖；圖4為不同形式熱水機(jī)制熱COP比較圖；圖5為在本發(fā)明的機(jī)組內(nèi)冷凝壓力最高級(jí)的熱泵系統(tǒng)中，加入冷凝液體制冷劑熱回收器所產(chǎn)生效果的壓焓圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，是由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的 熱泵系統(tǒng)和多級(jí)串聯(lián)水系統(tǒng)組成，在終級(jí)(即最高級(jí))熱泵系統(tǒng)中加入冷 凝液體制冷劑熱回收器。其中的多個(gè)熱泵系統(tǒng)各自均是包括壓縮機(jī)、冷凝 器(水換熱器)、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器的完整回路。其中熱水機(jī)組的進(jìn)水連接至該制冷劑熱回收器的進(jìn)水口，該制冷劑熱回收器的出水口連接至第一級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水口，第一級(jí)熱泵系 統(tǒng)的冷凝器出水口連接至第二級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水口，以此類推，直至終級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器出水口；該制冷劑熱回收器的氟側(cè)進(jìn)口接入終級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器排出的液態(tài)制冷劑，該制冷劑熱回收器的氟側(cè)出口連接
至終級(jí)熱泵系統(tǒng)的節(jié)流裝置進(jìn)口。為進(jìn)一步地對(duì)本發(fā)明有清晰的了解，下面結(jié)合附圖作詳細(xì)描述。 為便于敘述，以兩級(jí)串聯(lián)水路一次加熱熱泵熱水機(jī)為例進(jìn)行說明。 請(qǐng)結(jié)合圖3，本發(fā)明包括兩級(jí)完整的熱泵回路，即每--級(jí)熱泵系統(tǒng)都 包含壓縮機(jī)l、冷凝器(即水換熱器)2、節(jié)流裝置3、蒸發(fā)器4，形成完 整的熱泵回路。水系統(tǒng)則通過水管路將每個(gè)熱泵回路的冷凝器的進(jìn)、出水 口分級(jí)串聯(lián)，形成對(duì)熱水機(jī)組進(jìn)水的分級(jí)加熱，由熱水機(jī)組進(jìn)水口處的水流量自動(dòng)控制閥5控制熱水機(jī)組的水流量，以保證熱水機(jī)組總出水溫度達(dá)到并維持至設(shè)定終止水溫。具體地說，本發(fā)明在制熱過程中，對(duì)于每級(jí)(本實(shí)施例為兩級(jí))熱泵 系統(tǒng)，壓縮機(jī)吸氣口吸入經(jīng)過蒸發(fā)的低溫低壓制冷劑過熱蒸氣，進(jìn)行壓縮， 產(chǎn)生的高溫高壓蒸氣，由壓縮機(jī)的排氣口排出進(jìn)入冷凝器，并被冷凝成高 壓的液體，經(jīng)節(jié)流裝置被節(jié)流，形成低溫低壓的濕蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器，再被 蒸發(fā)汽化成低溫低壓的蒸氣，回到壓縮機(jī)的吸氣端，依此循環(huán)往復(fù)，形成 熱泵的制熱循環(huán)(此為公知技術(shù))。在本實(shí)施例的兩級(jí)串聯(lián)水系統(tǒng)中，熱水機(jī)組的進(jìn)水經(jīng)過一個(gè)水流量自動(dòng)控制閥5，進(jìn)入第一級(jí)(圖3中標(biāo)為系 統(tǒng)一)的冷凝器進(jìn)水口，在第一級(jí)冷凝器中吸收制冷劑的冷凝熱，被加熱 至中間溫度，從第一級(jí)冷凝器出水口出來進(jìn)入第二級(jí)(圖3中標(biāo)為系統(tǒng)二 ) 冷凝器進(jìn)水口，在第二級(jí)冷凝器中吸收制冷劑的冷凝熱，被加熱至熱水機(jī) 組設(shè)定的終了水溫，從第二級(jí)冷凝器出水口出來，通過熱水機(jī)的總出水口， 成為滿足需要的熱水。例如在環(huán)境干球溫度為20°C，濕球溫度為15。C的狀態(tài)下，將水從 2CTC加熱到55°C ，應(yīng)用公知的一次加熱式熱泵熱水機(jī)，通過單級(jí)熱泵系統(tǒng)， 一次將水從20。C加熱到55°C，冷凝溫度在58。C左右，熱水機(jī)組的整體制 熱COP約為3.4W/W。而應(yīng)用本發(fā)明，兩級(jí)串聯(lián)水路一次加熱熱泵熱水機(jī)， 通過第一級(jí)熱泵系統(tǒng)，先將水從2(TC加熱到38'C，冷凝溫度在4rC左右， 第一級(jí)熱泵系統(tǒng)的制熱COP約為5.0W/W;再通過第二級(jí)熱泵系統(tǒng)，將水 從38。C加熱到55'C，冷凝溫度在58"C左右，第二級(jí)熱泵系統(tǒng)的制熱COP 約為3.4W/W;則整機(jī)的綜合制熱COP能達(dá)到4.5W/W左右，明顯高于公 知的一次加熱式熱泵熱水機(jī)。熱泵機(jī)組綜合制熱COP比較如圖4所示，
如果采用三級(jí)或更多級(jí)水路串聯(lián)，這一優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。機(jī)組的制熱效率 明顯提高。由于終級(jí)(本實(shí)施例中的第二級(jí)，即圖中標(biāo)出的系統(tǒng)二)熱泵系統(tǒng)的 冷凝溫度最高，針對(duì)這一現(xiàn)象，在終級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器后，加入一個(gè)制 冷劑熱回收器6 (比如公知的板式熱交換器或套管式熱交換器)，用以回收 高溫液體制冷劑的熱量。該制冷劑熱回收器6的氟側(cè)進(jìn)口連接至終級(jí)熱泵 系統(tǒng)的冷凝器排出的液態(tài)制冷劑，氟側(cè)出口連接至終級(jí)熱泵系統(tǒng)的節(jié)流裝 置進(jìn)口。加入制冷劑熱回收器的作用，是讓熱水機(jī)組的進(jìn)水(自來水)先 與高溫液態(tài)制冷劑換熱，吸收其熱量，使熱水機(jī)組進(jìn)水溫度升高，詞時(shí)， 使制冷劑液體大幅過冷。從而，增大熱泵機(jī)組的制熱量和制熱能效比，由 于換熱溫差很大，該制冷劑熱回收器6所需的換熱面積較小，使多級(jí)串聯(lián) 水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)在機(jī)組成本增加不多的情況下，制熱性能得到 明顯優(yōu)化。本發(fā)明在冷凝壓力和溫度最高的終級(jí)熱泵系統(tǒng)中加入一個(gè)冷凝液體 制冷劑熱回收器，能充分回收高溫制冷劑液體的熱量，使機(jī)組進(jìn)水被加熱， 從而明顯增大熱泵機(jī)組的制熱量，因機(jī)組的輸入功率不會(huì)因此設(shè)置而增加，故機(jī)組制熱能效比也會(huì)同步增大，其效果壓焓圖見圖5。例如在環(huán)境干球溫度為20°C,濕球溫度為15。C的狀態(tài)下，將水從 2(TC加熱到55"C，在本發(fā)明的終級(jí)(本實(shí)施例中為第二級(jí))熱泵系統(tǒng)的冷 凝器后加入一個(gè)氟水板式熱交換器，作為冷凝液體制冷劑熱回收器，用機(jī) 組的2(TC進(jìn)水，先與終級(jí)熱泵系統(tǒng)冷凝器排出的58。C飽和制冷劑冷凝液 進(jìn)行大溫差(58-20=38°C)熱交換，回收其熱量，使制冷劑冷凝液被冷卻 成冷凝溫度58"C，過冷度為15。C的過冷液體，同時(shí)使進(jìn)水獲得1.5。C溫升， 從而，使整個(gè)機(jī)組的制熱量提高4%，機(jī)組的輸入功率不因此裝置而增加， 故制熱能效比同時(shí)提高約4%。因換熱溫差大，經(jīng)過計(jì)算，可選擇換熱面 積較小的熱回收器，使整機(jī)的成本增加幅度很小。熱泵機(jī)組綜合制熱性能 得以優(yōu)化，這是本發(fā)明在多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)應(yīng)用的有益 效果。
權(quán)利要求
1、一種多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，由至少兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的熱泵系統(tǒng)和多級(jí)串聯(lián)水系統(tǒng)組成，在終級(jí)(即最高級(jí))熱泵系統(tǒng)中加入冷凝液體制冷劑熱回收器；其中熱水機(jī)組的進(jìn)水連接至該制冷劑熱回收器的進(jìn)水口，該制冷劑熱回收器的出水口連接至第一級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水口，第一級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器出水口連接至第二級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水口，以此類推，直至終級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器出水口；該制冷劑熱回收器的氟側(cè)進(jìn)口接入終級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器排出的液態(tài)制冷劑，該制冷劑熱回收器的氟側(cè)出口連接至終級(jí)熱泵系統(tǒng)的節(jié)流裝置進(jìn)口。
2、 如權(quán)利要求l所述的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，其中， 多個(gè)熱泵系統(tǒng)各自均是包括壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器的完整回 路。
3、 如權(quán)利要求l所述的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，其中， 冷凝液體制冷劑熱回收器為板式熱交換器或套管式熱交換器。
4、 如權(quán)利要求1所述的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，其中， 熱水機(jī)組的進(jìn)水處設(shè)置有水流量自動(dòng)控制閥。
5、 如權(quán)利要求4所述的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，其中，水流量自動(dòng)控制閥采用最末級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝壓力來控制水流量。
6、 如權(quán)利要求4所述的多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，其中，水流量自動(dòng)控制閥采用最終出水溫度控制水流量。
全文摘要
一種多級(jí)串聯(lián)水路一次加熱式熱泵熱水機(jī)，由至少兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的熱泵系統(tǒng)和多級(jí)串聯(lián)水系統(tǒng)組成，在終級(jí)(即最高級(jí))熱泵系統(tǒng)中加入冷凝液體制冷劑熱回收器；其中熱水機(jī)組的進(jìn)水連接至該制冷劑熱回收器的進(jìn)水口，該制冷劑熱回收器的出水口連接至第一級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水口，第一級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器出水口連接至第二級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器進(jìn)水口，以此類推，直至終級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器出水口；該制冷劑熱回收器的氟側(cè)進(jìn)口接入終級(jí)熱泵系統(tǒng)的冷凝器排出的液態(tài)制冷劑，該制冷劑熱回收器的氟側(cè)出口連接至終級(jí)熱泵系統(tǒng)的節(jié)流裝置進(jìn)口。
文檔編號(hào)F24H9/20GK101118088SQ20071014344
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者劉耀斌, 宋世果, 張彩云, 潘立君, 勇 許, 趙毅鋒 申請(qǐng)人:北京同方潔凈技術(shù)有限公司