專利名稱：分級熱泵熱水系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種機械工程技術(shù)領(lǐng)域的熱泵系統(tǒng)，具體地說，涉及的是一種分級熱泵熱水系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱泵熱水供應(yīng)系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的電加熱和燃氣加熱等熱水供應(yīng)系統(tǒng)，以其低能耗、環(huán)保等優(yōu)點已占有越來越多的市場份額。然而，現(xiàn)有的熱泵熱水供應(yīng)系統(tǒng)都是一個冷凝器對一個熱水水箱中的水直接加熱。這種熱水供應(yīng)系統(tǒng)中的熱泵長期工作在中、高溫工況，因而造成了壓縮機功率偏高、排氣溫度高等問題，并且傳熱效率也相對較低，工作環(huán)境十分惡劣，這些給機組的效率和安全可靠性都帶來了負面的影響。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利授權(quán)公告日為2008年3月12日，授權(quán)公告號為CN畫74782C，專利號為ZL 200510020370. 2的發(fā)明專利文獻所公開的"一種空氣能集中熱水供應(yīng)方法及裝置"。該專利可在一定程度上使得熱泵機組的運行條件得到改善，但隨著水溫的升高，機組還是不可避免的進入到高溫工作區(qū)(較高的冷凝溫度)，因此也存在壓縮機功耗超負荷、排氣溫度偏高及傳熱效率較低等問題。對于常規(guī)工質(zhì)的熱泵熱水系統(tǒng)，如果水溫超過5(TC，不但熱泵機組效率極低，而且機組的安全可靠性也得不到保證，但是從衛(wèi)生和健康的角度來看，生活用水又必須加熱到60°C以達到抑制細菌繁殖的目的。

實用新型內(nèi)容
本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種分級熱泵熱水系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能提高熱泵機組的供水溫度，同時能讓熱泵機組始終工作在較低的冷凝溫度內(nèi)，從而保證了機組運行安全、可靠、。
本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本實用新型包括壓縮機、 一號冷凝器、二號冷凝器、節(jié)流元件、蒸發(fā)器、電機風機、 一號水箱、二號水箱、 一號
3水泵、二號水泵、 一號電控閥、二號電控閥、三號電控閥、四號電控閥、 一號三通、二號三通、 一號溫度傳感器、二號溫度傳感器、三號溫度傳感器、 一號液位傳感器、二號液位傳感器、控制器。這些部件構(gòu)成制冷劑回路、生活熱水回路和控制系統(tǒng)回路。
制冷劑回路的各個部件的連接方式壓縮機的出口與一號冷凝器的入口連接， 一號冷凝器的出口與二號冷凝器的入口連接，二號冷凝器的出口與節(jié)流元件的入口連接，節(jié)流元件的出口與蒸發(fā)器的入口連接，蒸發(fā)器的入口與壓縮機的入口連接。
生活熱水回路的連接方式自來水水補水管路與一號三通的一路連接， 一號三通的另外兩路分別與一號電控閥的入口和二號電控閥的入口連接，一號電控閥的出口與一號水箱的自來水水進水管路連接，二號電控閥的出口與二號水箱的自來水進水管路連接， 一號水箱的循環(huán)出水口與一號水泵的入口連接， 一號水泵的出口與一號冷凝器的入水口連接， 一號冷凝器的出水口與一號水箱的循環(huán)入水口
連接，二號水箱的循環(huán)出水口與二號水泵的入口連接，二號水泵的出口與二號冷凝器的入水口連接，二號冷凝器的出水口與二號三通的一路連接，二號三通的另外兩路分別與三號電控閥的入口和四號電控閥的入口連接，三號電控閥的出口與二號水箱的循環(huán)入水口連接，四號電控閥的出口與一號水箱的導(dǎo)水管路連接。
控制系統(tǒng)回路的連接方式一號水箱和二號水箱內(nèi)分別對應(yīng)設(shè)有一號溫度傳感器、 一號液位傳感器和二號溫度傳感器、二號液位傳感器，二號冷凝器的出水口設(shè)有三號溫度傳感器，用于測量水溫及水位。其中， 一號溫度傳感器和二號溫度傳感器分別布置在一號水箱和二號水箱側(cè)面的下端位置，液位傳感器的上限位置略低于水箱頂部，液位傳感器的下限位置略高于水箱出水口。溫度傳感器和液位傳感器均連接到控制器，壓縮機、電機風機以及所有的水泵和電控閥也連接到控制器。
所述的控制器通過輸入信號檢測到的各點溫度和水位的值，控制各個電控閥、水泵、電機風機及壓縮機的啟停。
本實用新型的最大特點就是采用兩級冷凝串聯(lián)， 一號水箱為主水箱容量較大，它通過一號冷凝器吸收靠近壓縮機排氣口的高溫制冷劑的熱量，二號水箱容量較小，它通過二號換熱器吸收部分冷凝熱，使熱泵機組的冷凝溫度控制在一定的范圍之內(nèi)，并且通過導(dǎo)補水的方式，二號水箱向一號水箱提供中間溫度的熱水， 從而使得這個熱泵熱水系統(tǒng)能在一號水箱得到高溫熱水，同時由于導(dǎo)水切換溫度 點t2的控制，使得機組的安全穩(wěn)定性也得到保證。其中， 一號冷凝器、二號冷 凝器換熱量的比例， 一號水箱、二號水箱容量的比例以及一號水泵、二號水泵流 量的比例是根據(jù)以下判別條件選取的保證上述(三)、(四)階段中三號溫度傳 感器的溫度和一號溫度傳感器的溫度基本分別同時到達t2和目標溫度。
實驗證明，與傳統(tǒng)的熱泵熱水機組相比，本實用新型不僅能提高熱泵機組的 供水溫度，并且熱泵機組的最高壓縮機排氣溫度、最大壓縮機功率、最高冷凝溫 度都有明顯降低，同時效率還有所增加。而熱泵機組的安全穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在最 高壓縮機排氣溫度和最大壓縮機功耗上，因此本實用新型不但提高了常規(guī)熱泵機 組的供水溫度，并且使得機組的安全穩(wěn)定性得到很大程度上的改善。


圖1本實用新型實施例結(jié)構(gòu)示意圖
圖中l(wèi)為壓縮機，2為一號冷凝器，3為二號冷凝器，4為節(jié)流元件，5為
蒸發(fā)器，6為電機風機，7為一號水箱，8為二號水箱，9為一號水泵，10為二 號水泵，ll為一號電控閥，12為二號電控閥，13為三號電控閥，14為四號電控 閥，15為一號三通，16為二號三通，17為一號溫度傳感器，18為二號溫度傳感 器，19為三號溫度傳感器，20為一號液位傳感器，21為二號液位傳感器，22為 控制器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例作詳細說明本實施例在以本實用新型 技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實 用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例所涉及的一種分級熱泵熱水系統(tǒng)包括1壓縮機，2 一號冷凝器，3二號冷凝器，4節(jié)流元件，5蒸發(fā)器，6電機風機，7—號水箱， 8二號水箱，9一號水泵，IO二號水泵，ll一號電控閥，12二號電控閥，13三 號電控閥，14四號電控閥，15—號三通，16二號三通，17—號溫度傳感器，18 二號溫度傳感器，19三號溫度傳感器，20—號液位傳感器，21二號液位傳感器， 22控制器。這些部件構(gòu)成制冷劑回路、生活熱水回路和控制系統(tǒng)回路，具體說明如下。
制冷劑回路的各個部件的連接方式壓縮機1的出口與一號冷凝器2的入口 連接， 一號冷凝器2的出口與二號冷凝器3的入口連接，二號冷凝器3的出口與 節(jié)流元件4的入口連接，節(jié)流元件4的出口與蒸發(fā)器5的入口連接，蒸發(fā)器5的 入口與壓縮機l的入口連接。
生活熱水回路的連接方式自來水補水管路與一號三通15的一路連接，一
號三通15的另外兩路分別與一號電控閥11的入口和二號電控閥12的入口連接， 一號電控閥11的出口與一號水箱7的自來水進水管路連接，二號電控閥12的出 口與二號水箱8的自來水進水管路連接， 一號水箱7的循環(huán)出水口與一號水泵9 的入口連接， 一號水泵9的出口與一號冷凝器2的入水口連接， 一號冷凝器2的 出水口與一號水箱7的循環(huán)入水口連接，二號水箱8的循環(huán)出水口與二號水泵 IO的入口連接，二號水泵10的出口與二號冷凝器3的入水口連接，二號冷凝器 3的出水口與二號三通16的一路連接，二號三通16的另外兩路分別與三號電控 閥13的入口和四號電控閥14的入口連接，三號電控閥13的出口與二號水箱7 的循環(huán)入水口連接，四號電控閥14的出口與一號水箱8的導(dǎo)水管路連接。
控制系統(tǒng)回路的連接方式 一號水箱7設(shè)有一號溫度傳感器17、 一號液位 傳感器20， 二號水箱8設(shè)有二號溫度傳感器18、 二號液位傳感器21， 二號冷凝 器3出水口設(shè)有三號溫度傳感器19。其中， 一號溫度傳感器17和二號溫度傳感 器18分別布置在一號水箱7和二號水箱8側(cè)面的下端位置，液位傳感器的上限 位置略低于水箱頂部，液位傳感器的下限位置略高與水箱出水口。所有的溫度傳 感器和液位傳感器與控制器22連接，壓縮機l、電機風機6以及所有的水泵和 電控閥與控制器22連接。
所述的一號冷凝器2、 二號冷凝器3換熱量的比例， 一號水箱7、 二號水箱 8容量的比例以及一號水泵9、 二號水泵10流量的比例是根據(jù)以下判別條件選取 的保證前述(三)、(四)階段中三號溫度傳感器19的溫度和一號溫度傳感器 17的溫度基本分別同時到達切換溫度t2和目標溫度。
所述的控制器22通過輸入信號檢測到的各點溫度和水位的值，控制各個電 控閥、水泵、電機風機及壓縮機的啟停。
以下結(jié)合本實施例系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)描述，詳細說明本實施例的工作的實現(xiàn)
6步驟一初始補水階段同時開啟一號電控閥ll和二號電控閥12，當二號 水箱8中的水位達到上限時，同時關(guān)閉一號電控閥11和二號電控閥12，這時一 號水箱7和二號水箱8裝有等量的自來水。
步驟二首次加熱階段依次開啟一號水泵9、電機風機6及壓縮機1對一
號水箱7中的水進行加熱，當一號水箱7中的水溫達到tl時，開啟二號水泵10， 一號水箱7和二號水箱8中的水溫繼續(xù)上升，直到三號溫度傳感器19的溫度到 達t2。
步驟三導(dǎo)補水階段這時開啟四號電控闊14，然后關(guān)閉三號電控閥13,
此時二號水箱8中的水被二號水泵打入一號水箱7中，當二號水箱8中的水位達 到下限時，開啟二號電控閥12和三號電控閥13，關(guān)閉四號電控閥14，停止向一 號水箱7打水，同時自來水補充到二號水箱8，當二號水箱8中的水位達到上限 時，關(guān)閉二號電控閥13停止給二號水箱8補自來水。
步驟四循環(huán)加熱階段 一號水箱7和二號水箱8中的水溫繼續(xù)上升，當三 號溫度傳感器19的溫度再次到達t2時，重復(fù)上述步驟三中的操作。
步驟五停止階段當一號水箱7中的水位達到目標水位時，依次關(guān)閉壓縮
機l、電機風機6、 一號水泵9、 二號水泵10和所有電控閥，系統(tǒng)停止運行。
步驟六再次加熱階段當一號水箱7中的水位低于補水水位時，依次開啟
三號電控閥13、 一號水泵9、 二號水泵IO、電機風機6和壓縮機1，當三號溫度 傳感器19的溫度到達t2時，重復(fù)上述步驟三、四、五中的操作。
以上所述的tl和t2的值是根據(jù)保證機組各項安全指標均在允許范圍內(nèi)來確 定的，其中機組安全指標包括壓縮機負荷、壓縮機排氣溫度和冷凝溫度等。并且 需滿足加熱過程中三號溫度傳感器19的溫度和一號溫度傳感器17的溫度基本同 時達到切換溫度t2和目標溫度。
以本系統(tǒng)某次實驗為例，當一號水箱的目標水溫為6(TC時，在某一特定工 況下，tl和t2分別可取52'C和48°C。 tl和t2的取值隨著環(huán)境溫度不同略有不 同，對于不同系統(tǒng)也會有所不同。
上述調(diào)節(jié)過程中的所有溫度傳感器和液位傳感器的信號都時時輸入給控制 器22，控制器22根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序，按照上面所描述的具體步驟來對所有電 控闊、水泵、壓縮機及電機風機進行啟停控制。本實施例的最大特點就是采用前后串聯(lián)的一號冷凝器2和二號冷凝器3，把 熱量分別釋放到一號水箱7和二號水箱8中，其中一號水箱為容量較大的主水箱， 二號水箱為容量較小的過渡水箱，通過導(dǎo)補水的方式，二號水箱8向一號水箱7 提供中間溫度的熱水，使得一號水箱7每次循環(huán)加熱階段(四)的起始加熱水溫 較高，并且一號水箱7吸收的是靠近壓縮機1排氣口的高溫制冷劑的熱量，因而 在一號水箱7中的到高溫熱水，同時由于水溫相對較低的二號水箱8溫度切換點 的限制，從而保證了熱泵系統(tǒng)始終處于較低的冷凝溫度，這樣即提高了熱泵熱水 機組的供水溫度和效率，又使得機組的安全穩(wěn)定性得到明顯改善。
權(quán)利要求1.一種分級熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于包括壓縮機、一號冷凝器、二號冷凝器、節(jié)流元件、蒸發(fā)器、電機風機、一號水箱、二號水箱、一號水泵、二號水泵、一號電控閥、二號電控閥、三號電控閥、四號電控閥、一號三通、二號三通、一號溫度傳感器、二號溫度傳感器、三號溫度傳感器、一號液位傳感器、二號液位傳感器、控制器，其中壓縮機的出口與一號冷凝器的入口連接，一號冷凝器的出口與二號冷凝器的入口連接，二號冷凝器的出口與節(jié)流元件的入口連接，節(jié)流元件的出口與蒸發(fā)器的入口連接，蒸發(fā)器的入口與壓縮機的入口連接，由此構(gòu)成制冷劑回路；自來水水補水管路與一號三通的一路連接，一號三通的另外兩路分別與一號電控閥的入口和二號電控閥的入口連接，一號電控閥的出口與一號水箱的自來水水進水管路連接，二號電控閥的出口與二號水箱的自來水進水管路連接，一號水箱的循環(huán)出水口與一號水泵的入口連接，一號水泵的出口與一號冷凝器的入水口連接，一號冷凝器的出水口與一號水箱的循環(huán)入水口連接，二號水箱的循環(huán)出水口與二號水泵的入口連接，二號水泵的出口與二號冷凝器的入水口連接，二號冷凝器的出水口與二號三通的一路連接，二號三通的另外兩路分別與三號電控閥的入口和四號電控閥的入口連接，三號電控閥的出口與二號水箱的循環(huán)入水口連接，四號電控閥的出口與一號水箱的導(dǎo)水管路連接，由此構(gòu)成生活熱水回路；一號水箱設(shè)有一號溫度傳感器、一號液位傳感器，二號水箱設(shè)有二號溫度傳感器、二號液位傳感器，二號冷凝器出水口設(shè)有三號溫度傳感器，所有的溫度傳感器和液位傳感器連接到控制器，壓縮機、電機風機以及一號水泵、二號水泵、一號電控閥、二號電控閥、三號電控閥、四號電控閥都連接到控制器，由此構(gòu)成控制系統(tǒng)回路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級熱泵熱水系統(tǒng)，其特征是，所述一號溫度傳感器和二號溫度傳感器分別布置在一號水箱和二號水箱側(cè)面的下端位置，液位傳感器的上限位置低于水箱頂部，液位傳感器的下限位置高于水箱出水口 。
專利摘要本實用新型涉及一種能源類供熱技術(shù)領(lǐng)域的分級熱泵熱水系統(tǒng)，包括壓縮機、一號冷凝器、二號冷凝器、節(jié)流元件、蒸發(fā)器、電機風機、一號水箱、二號水箱、一號水泵、二號水泵、一號電控閥、二號電控閥、三號電控閥、四號電控閥、一號三通、二號三通、一號溫度傳感器、二號溫度傳感器、三號溫度傳感器、一號液位傳感器、二號液位傳感器、控制器，采用串聯(lián)的兩個冷凝器把熱量分別釋放到兩個水箱中，通過導(dǎo)補水，過渡水箱向主水箱提供中間溫度的熱水，使主水箱的起始水溫較高，且主水箱吸收靠近壓縮機排氣口的高溫制冷劑的熱量，因而得到高溫熱水，同時由于水溫相對較低的過渡水箱導(dǎo)水溫度切換點的限制，從而保證了熱泵系統(tǒng)始終處于較低的冷凝溫度。
文檔編號F24H4/04GK201344627SQ20092006661
公開日2009年11月11日 申請日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者吳靜怡, 孫云康, 江明旒, 王如竹, 許煜雄 申請人:上海交通大學