本發(fā)明涉及空調熱泵技術領域，具體涉及一種適用于高低溫環(huán)境的三壓力高效風冷熱泵熱水器。

背景技術：

面對能源短缺和環(huán)境污染問題的日益突出，燃煤鍋爐已逐漸被取代，開發(fā)高效節(jié)能、舒適性好、安全可靠的熱泵熱水器已成為熱泵行業(yè)可持續(xù)快速發(fā)展的關鍵。常規(guī)空氣源熱泵熱水器以空氣作為冷熱源，結構簡單，安裝使用方便，可以充分利用空氣中的能源，是一種高效、節(jié)能的熱水器。但在夏季室外氣溫過高時，空氣源熱泵裝置的蒸發(fā)溫度較高，則吸氣壓力、排氣溫度也會過高，容易引起電機負荷過大，導致壓縮機保護性停機，甚至燒毀電機；同樣在冬季室外氣溫過低時，空氣源熱泵裝置的蒸發(fā)溫度過低、蒸發(fā)器表面結霜嚴重、壓縮機壓縮比過大、排氣溫度過高，其制熱能力和能效比急劇下降，甚至可能導致裝置不能正常運行。總之，當室外溫度過高或過低時，常規(guī)空氣源熱泵熱水器存在的上述突出問題，嚴重影響了空氣源熱泵熱水器的推廣及應用。

針對常規(guī)空氣源熱泵熱水器存在的不足，目前常用的解決方案有三種：一種采用傳統(tǒng)的輔助電加熱器方式，但效率較低，運行成本較高，幾乎已經(jīng)淘汰。另兩種方案分別采用兩級壓縮式制熱循環(huán)方式和復疊式制熱循環(huán)方式，一定程度解決了空氣源熱泵高溫工況或低溫工況制熱時壓縮機壓縮比過大、排氣溫度過高、吸氣壓力過高或過低的問題，提高了機組制熱能力以及能效比，但該兩種方案中也存在如下問題：首先是兩級壓縮式循環(huán)和復疊式循環(huán)隨用戶負荷變化時能量調節(jié)范圍較小，當負荷降低時，系統(tǒng)能量調節(jié)過程中能量消耗的減少量較小，而系統(tǒng)能效比下降明顯；其次是復疊式循環(huán)系統(tǒng)采用兩套制冷循環(huán)和兩種制冷劑，結構復雜、體積龐大；最后是兩級壓縮式循環(huán)和復疊式循環(huán)的蒸發(fā)器表面出現(xiàn)嚴重結霜時，如何高效的融霜成了一個亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種適用于高低溫環(huán)境的三壓力高效風冷熱泵熱水器，以解決現(xiàn)有空氣源熱泵熱水器在高溫工況和低溫工況制熱時壓縮機壓縮比過大、排氣溫度過高、吸氣壓力過高或過低、系統(tǒng)制熱量和能效比急劇下降等突出技術問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明通過下述技術措施來實現(xiàn)：

一種適用于高低溫環(huán)境的三壓力高效風冷熱泵熱水器，所述熱水器包括主路壓縮機、主路油分離器、主路單向閥、水冷式冷凝器、再冷器、干燥過濾器、觀察鏡、第一膨脹閥、中壓氣液分離器、第二膨脹閥、風冷式蒸發(fā)器、室外風機、低壓氣液分離器、蒸發(fā)壓力調節(jié)器、輔路壓縮機、輔路油分離器、輔路單向閥、循環(huán)水泵和連接管道；所述主路壓縮機的排氣口與主路油分離器相連、主路油分離器再與主路單向閥相連，主路單向閥通過連接管道分別與水冷式冷凝器的進口和輔路單向閥的出口相連接；所述水冷式冷凝器的出口與再冷器的主路進口相連接，再冷器的主路出口與中壓氣液分離器的進口相連接、二者之間的管道上依次設有干燥過濾器、觀察鏡、第一膨脹閥；所述中壓氣液分離器的兩個出口分別與再冷器的輔路進口、第二膨脹閥的進口相連接；所述第二膨脹閥的出口與風冷式蒸發(fā)器相連、風冷式蒸發(fā)器與低壓氣液分離器相連后再與主路壓縮機的吸氣口相連接；所述再冷器的輔路出口通過蒸發(fā)壓力調節(jié)器與輔路壓縮機的吸氣口相連接；所述輔路壓縮機的排氣口通過輔路油分離器后再與輔路單向閥相連，輔路單向閥的出口與水冷式冷凝器的進口通過管道匯合后再與主路單向閥的出口相連接。

所述的主路壓縮機和輔路壓縮機為定頻渦旋式壓縮機、定頻滾動轉子式壓縮機、變頻渦旋式壓縮機、變頻滾動轉子式壓縮機中的任意一種形式。

所述的水冷式冷凝器為殼管式冷凝器、套管式冷凝器、板式冷凝器中的任意一種結構形式。

所述的風冷式蒸發(fā)器為翅片管式換熱器、層疊式換熱器、平行流式換熱器中的任意一種結構形式。

所述的室外風機為變頻風機、定頻風機、調擋風機中的任意一種形式。

所述的第一膨脹閥和第二膨脹閥為手動膨脹閥、阻流式膨脹閥、浮球式膨脹閥、熱力膨脹閥、電子膨脹閥中的任意一種節(jié)流機構形式。

所述的蒸發(fā)壓力調節(jié)器為一種受閥前壓力（即蒸發(fā)壓力）控制的比例調節(jié)器、比例積分調節(jié)器、比例微分調節(jié)器、比例積分微分調節(jié)器中的任意一種調節(jié)器形式。

所述再冷器為板式換熱器、套管換熱器、閃發(fā)器中的任意一種結構形式。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提供一種適用于高低溫環(huán)境的三壓力高效風冷熱泵熱水器，其構思新穎，機組設計優(yōu)化巧妙，具有以下主要優(yōu)點：

（1）通過第一膨脹閥一級節(jié)流、第二膨脹閥二級節(jié)流，該風冷熱泵熱水器顯著降低了系統(tǒng)的節(jié)流損失，提高了系統(tǒng)的制熱系數(shù)。

（2）通過再冷器、中壓氣液分離器輔助調節(jié)，該風冷熱泵熱水器增加了第一膨脹閥和第二膨脹閥節(jié)流前的過冷度，降低了主路壓縮機的吸氣過熱度，即解決夏季高溫制熱時，蒸發(fā)溫度較高、吸氣壓力和排氣溫度也會過高、容易引起電機負荷過大而燒毀電機的突出問題，又解決冬季低溫制熱工作模式下蒸發(fā)溫度過低、蒸發(fā)器表面結霜嚴重、壓縮機壓縮比過大、排氣溫度過高、制熱能力和能效比急劇下降的突出問題，拓寬了風冷熱泵熱水器的應用領域。

（3）通過輔路壓縮機和蒸發(fā)壓力調節(jié)器的輔助調節(jié)，該風冷熱泵熱水器的制熱量可以隨用戶負荷的變化而迅速變化，且能量調節(jié)范圍較寬,提高了風冷熱泵熱水器全年運行的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

本發(fā)明的一種適用于高低溫環(huán)境的三壓力高效風冷熱泵熱水器可以廣泛應用于民用建筑、公共建筑、別墅建筑等所有可以采用空氣源熱泵提供熱水的場所。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構原理圖。

圖2為三壓力工作模式流程圖。

圖3為單級壓縮工作模式流程圖。

圖中：各部件的序號和名稱如下：

1-主路壓縮機；2-主路油分離器；3-主路單向閥；4-水冷式冷凝器；5-再冷器；6-干燥過濾器；7-觀察鏡；8-第一膨脹閥；9-中壓氣液分離器；10-第二膨脹閥；11-風冷式蒸發(fā)器；12-室外風機；13-低壓氣液分離器；14-蒸發(fā)壓力調節(jié)器；15-輔路壓縮機；16-輔路油分離器；17-輔路單向閥；18-循環(huán)水泵。

具體實施方式

本發(fā)明以下將結合實施例（附圖）做進一步描述，但并不限制本發(fā)明。

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供一種適用于高低溫環(huán)境的三壓力高效風冷熱泵熱水器，所述熱水器包括主路壓縮機1、主路油分離器2、主路單向閥3、水冷式冷凝器4、再冷器5、干燥過濾器6、觀察鏡7、第一膨脹閥8、中壓氣液分離器9、第二膨脹閥10、風冷式蒸發(fā)器11、室外風機12、低壓氣液分離器13、蒸發(fā)壓力調節(jié)器14、輔路壓縮機15、輔路油分離器16、輔路單向閥17、循環(huán)水泵18以及連接管道。其具體連接關系為：所述主路壓縮機1的排氣口依次通過主路油分離器2、主路單向閥3分別與水冷式冷凝器4的進口、輔路單向閥17的出口相連接；所述水冷式冷凝器4的出口與再冷器5的主路進口相連接；所述再冷器5的主路出口依次通過干燥過濾器6、觀察鏡7、第一膨脹閥8與中壓氣液分離器9的進口相連接；所述中壓氣液分離器9的兩個出口分別與再冷器5的輔路進口、第二膨脹閥10的進口相連接；所述第二膨脹閥10的出口依次通過風冷式蒸發(fā)器11、低壓氣液分離器13與主路壓縮機1的吸氣口相連接；所述再冷器5的輔路出口通過蒸發(fā)壓力調節(jié)器14與輔路壓縮機15的吸氣口相連接；所述輔路壓縮機15的排氣口依次通過輔路油分離器16、輔路單向閥17分別與水冷式冷凝器4的進口、主路單向閥3的出口相連接。

本發(fā)明所述的主路壓縮機1和輔路壓縮機15為定頻渦旋式壓縮機。所述的水冷式冷凝器4為殼管式冷凝器。所述的風冷式蒸發(fā)器11為翅片管式換熱器。所述的室外風機12為變頻風機。所述的第一膨脹閥8和第二膨脹閥10為手動膨脹閥和阻流式膨脹閥。所述的蒸發(fā)壓力調節(jié)器14為一種受閥前壓力（即蒸發(fā)壓力）控制的比例調節(jié)器。所述再冷器5為板式換熱器。

實施例2

本發(fā)明所述的主路壓縮機1和輔路壓縮機15為定頻滾動轉子式壓縮機。所述的水冷式冷凝器4為套管式冷凝器。所述的風冷式蒸發(fā)器11為層疊式換熱器。所述的室外風機12為定頻風機。所述的第一膨脹閥8和第二膨脹閥10為阻流式膨脹閥。所述的蒸發(fā)壓力調節(jié)器14為比例積分調節(jié)器。所述再冷器5為套管換熱器。其它結構與實施例1相同。

實施例3

本發(fā)明所述的主路壓縮機1和輔路壓縮機15為變頻渦旋式壓縮機。所述的水冷式冷凝器4為板式冷凝器。所述的風冷式蒸發(fā)器11為平行流式換熱器。所述的室外風機12為調擋風機。所述的第一膨脹閥8和第二膨脹閥10為浮球式膨脹閥。所述的蒸發(fā)壓力調節(jié)器14為比例微分調節(jié)器。所述再冷器5為閃發(fā)器。其它結構與實施例1相同。

實施例4

所述的主路壓縮機1和輔路壓縮機15為變頻滾動轉子式壓縮機。所述的水冷式冷凝器4為板式冷凝器。所述的風冷式蒸發(fā)器11為翅平行流式換熱器中。所述的室外風機12為調擋風機。所述的第一膨脹閥8和第二膨脹閥10為熱力膨脹閥。所述的蒸發(fā)壓力調節(jié)器14為比例積分微分調節(jié)器。所述再冷器5為閃發(fā)器。其它結構與實施例1相同。

實施例5

所述的主路壓縮機1和輔路壓縮機15為變頻滾動轉子式壓縮機。所述的水冷式冷凝器4為殼管式冷凝器。所述的風冷式蒸發(fā)器11為平行流式換熱器。所述的室外風機12為調擋風機。所述的第一膨脹閥8和第二膨脹閥10為電子膨脹閥。所述的蒸發(fā)壓力調節(jié)器14為比例積分微分調節(jié)器。所述再冷器5為閃發(fā)器。其它結構與實施例1相同。

本發(fā)明的工作原理為：通過兩個膨脹閥、一個再冷器及一個中壓氣液分離器的巧妙匹配組合，以及輔路壓縮機和蒸發(fā)壓力調節(jié)器的輔助優(yōu)化調節(jié)，該風冷熱泵熱水器可實現(xiàn)二種工作模式：

（1）三壓力工作模式

圖2為三壓力工作模式流程圖，當室外空氣溫度大約位于46℃~55℃或-20℃~-6℃之間時，可采用此工作模式。此時主路壓縮機1、室外風機12、輔路壓縮機15、循環(huán)水泵18啟動。系統(tǒng)的工作流程：主路壓縮機1排出的高溫高壓氣態(tài)制冷劑依次通過主路油分離器2、主路單向閥3與通過輔路單向閥17的高溫高壓氣態(tài)制冷劑混合，然后進入水冷式冷凝器4，釋放熱量加熱經(jīng)循環(huán)水泵18引入的冷水，冷凝為過冷或飽和液態(tài)制冷劑，進入再冷器5的主路側釋放熱量加熱經(jīng)再冷器5輔路側的中壓中溫的飽和氣態(tài)制冷劑，進一步過冷變?yōu)檫^冷度較大的液態(tài)制冷劑，再依次通過干燥過濾器6、觀察鏡7進入第一膨脹閥8，經(jīng)過第一膨脹閥8的節(jié)流調節(jié)后變?yōu)橹袦刂袎旱臍庖簝上嘀评鋭M入中壓氣液分離器9進行氣液分離后分為兩路，其中一路為分離出的中壓中溫的飽和液態(tài)制冷劑，經(jīng)中壓氣液分離器9下部排出，然后再經(jīng)過第二膨脹閥10的節(jié)流調節(jié)后變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖簝上嘀评鋭?，進入風冷式蒸發(fā)器11，吸收室外風機12引入的空氣源熱量，蒸發(fā)變?yōu)榈蛪旱倪^熱制冷劑蒸汽，然后經(jīng)低壓氣液分離器13進行氣液分離后進入主路壓縮機1的吸氣口，經(jīng)過主路壓縮機1的壓縮后，排出高溫高壓氣態(tài)制冷劑，開始進入下一循環(huán)。另一路為分離出的中壓中溫的飽和氣態(tài)制冷劑，經(jīng)中壓氣液分離器9上部排出，進入再冷器5的輔路側吸收經(jīng)再冷器5主路側的過冷或飽和液態(tài)制冷劑熱量，變?yōu)檫^熱氣態(tài)制冷劑，再經(jīng)過蒸發(fā)壓力調節(jié)器14節(jié)流調壓進入輔路壓縮機15的吸氣口，經(jīng)過輔路壓縮機15壓縮排出高溫高壓氣態(tài)制冷劑，然后依次通過輔路油分離器16、輔路單向閥17與通過主路單向閥3的高溫高壓氣態(tài)制冷劑混合，進入水冷式冷凝器4，開始進入下一循環(huán)。冷水經(jīng)循環(huán)水泵18進入水冷式冷凝器4，吸收高溫高壓氣態(tài)制冷劑冷凝釋放的熱量溫度升高，然后輸送到熱水用戶。

（2）單級壓縮工作模式

圖3為單級壓縮工作模式流程圖，當室外空氣溫度大約位于-5℃~45℃之間時，可采用此工作模式。此時主路壓縮機1、室外風機12、循環(huán)水泵18啟動，輔路壓縮機15關閉。系統(tǒng)的工作流程：主路壓縮機1排出的高溫高壓氣態(tài)制冷劑依次通過主路油分離器2、主路單向閥3進入水冷式冷凝器4，釋放熱量加熱經(jīng)循環(huán)水泵18引入的冷水，冷凝為過冷或飽和液態(tài)制冷劑，再依次通過再冷器5、干燥過濾器6、觀察鏡7進入第一膨脹閥8，經(jīng)過第一膨脹閥8的節(jié)流調節(jié)后變?yōu)橹袦刂袎旱臍庖簝上嘀评鋭?，進入中壓氣液分離器9進行氣液分離，中壓氣液分離器9下部的液態(tài)制冷劑再經(jīng)過第二膨脹閥10的節(jié)流調節(jié)后變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖簝上嘀评鋭?，進入風冷式蒸發(fā)器11，吸收室外風機12引入的空氣源熱量，蒸發(fā)變?yōu)榈蛪旱倪^熱制冷劑蒸汽，然后經(jīng)低壓氣液分離器13進行氣液分離后進入主路壓縮機1的吸氣口，經(jīng)過主路壓縮機1的壓縮后，排出高溫高壓氣態(tài)制冷劑，開始進入下一循環(huán)。冷水經(jīng)循環(huán)水泵18進入水冷式冷凝器4，吸收高溫高壓氣態(tài)制冷劑冷凝釋放的熱量溫度升高，然后輸送到熱水用戶。