專利名稱：雙熱源熱泵加熱方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種從兩種熱源吸取熱量的熱泵加熱方法與裝置，特別是一種雙熱源 熱泵加熱裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的提高，家庭或工商業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)熱水的需求不斷增 加。熱水器是一種供應(yīng)熱水的重要設(shè)備，與電熱水器、燃?xì)鉄崴飨啾龋瑹岜醚b置具有更高 的能源利用效率和顯著的節(jié)能效果，與太陽能熱水器相比，不受日照條件的限制。根據(jù)熱泵裝置的低溫側(cè)熱源劃分，目前用于加熱水的熱泵裝置的低溫側(cè)熱源主要 有空氣源、地源和水源等，地源熱泵需要地下施工安裝吸熱管，投資成本高，水源熱泵則受 制于地點(diǎn)和國家用水政策的限制，空氣源熱泵直接從環(huán)境空氣中吸熱，使用最為方便，因此 應(yīng)用最廣。但是空氣源熱泵也存在明顯缺點(diǎn)，當(dāng)環(huán)境氣溫降低時(shí)，其工作效率急劇下降，當(dāng) 氣溫降低到一定程度，甚至無法正常運(yùn)行，所以在冬季低溫地區(qū)或低溫時(shí)段使用空氣源熱 泵存在著經(jīng)濟(jì)效益差或運(yùn)行困難(如結(jié)霜嚴(yán)重)等問題。為了提高低環(huán)境氣溫時(shí)的熱泵裝置性能，除了改進(jìn)裝置本身的性能外，一種措施 是采用雙熱源(或多熱源)工作模式，即在環(huán)境氣溫高時(shí)仍采用空氣源作熱源，而在環(huán)境 氣溫低時(shí)采用一種溫度相對(duì)較高的熱源(如太陽能等)。本發(fā)明專利提供一種新的雙熱 源熱泵加熱方法與裝置，在環(huán)境氣溫高時(shí)仍采用空氣源作熱源，在環(huán)境氣溫低時(shí)采用水的 部分凝冰潛熱作為熱源，熱源溫度始終保持為0°c，從而保證了熱泵裝置在環(huán)境溫度低時(shí) (如-20°C )仍具有較高的工作效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙熱源熱泵加熱方法與裝置，它可以用很少的成本在 環(huán)境溫度低時(shí)提供較高的性能系數(shù)，同時(shí)避免結(jié)霜等問題。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種雙熱源熱泵加熱裝置，包括壓縮機(jī)、冷凝 器、儲(chǔ)液器、干燥過濾器、節(jié)流裝置、氣液分離器、入口水溫傳感器、出口水溫傳感器、環(huán)境溫 度傳感器、控制器；壓縮機(jī)排氣口與冷凝器制冷劑側(cè)、儲(chǔ)液器、干燥過濾器、節(jié)流裝置通過 管道依次連接，壓縮機(jī)吸氣口與氣液分離器出口端通過管道連接，入口水溫傳感器、出口水 溫傳感器分別安裝在冷凝器的水側(cè)進(jìn)口與水側(cè)出口，環(huán)境溫度傳感器用于測(cè)量環(huán)境空氣溫 度；還包括第一電磁閥、凝冰蒸發(fā)器、止回閥、水泵、冰水分離器、第二電磁閥、補(bǔ)水水箱、第 三電磁閥、第四電磁閥、空氣源蒸發(fā)器；節(jié)流裝置出口管分成兩路，一路和第一電磁閥、凝冰 蒸發(fā)器制冷劑側(cè)、止回閥入口通過管道依次連接，另一路和第四電磁閥、空氣源蒸發(fā)器制冷 劑側(cè)通過管道依次連接，止回閥出口和空氣源蒸發(fā)器制冷劑側(cè)出口通過管道連接后再與氣 液分離器入口端連接；外界供水管通過管道和第三電磁閥、補(bǔ)水水箱、第二電磁閥入口依次 連接，第二電磁閥出口和冰水分離器出口端通過管道連接后再與水泵吸入口連接，水泵排 出口通過管道與凝冰蒸發(fā)器水側(cè)入口連接，凝冰蒸發(fā)器水側(cè)出口通過管道和冰水分離器進(jìn)口端連接，冰水分離器排冰口通至外界環(huán)境。本發(fā)明雙熱源熱泵加熱方法，具體包括如下兩種可以根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行熱源切換 的工作模式模式一控制器讀取環(huán)境溫度傳感器的溫度值并和設(shè)定值比較，當(dāng)環(huán)境溫度高于 設(shè)定溫度時(shí)，第一電磁閥關(guān)閉，水泵不工作，第四電磁閥打開，熱泵裝置通過空氣源蒸發(fā)器 從環(huán)境中吸熱；模式二 控制器讀取環(huán)境溫度傳感器的溫度值并和設(shè)定值比較，當(dāng)環(huán)境溫度低于 設(shè)定溫度時(shí)，第四電磁閥關(guān)閉，第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥打開，水泵工作，流經(jīng) 凝冰蒸發(fā)器的水部分凝結(jié)成冰過程形成冰漿，冰漿進(jìn)入冰水分離器進(jìn)行液固分離，分離后 的水經(jīng)由冰水分離器出口端流至水泵吸入口，分離后的冰經(jīng)由冰水分離器排冰口排至外部 環(huán)境，在排冰同時(shí)補(bǔ)水水箱水壓恒定，保證流經(jīng)凝冰蒸發(fā)器的水量不變；凝冰蒸發(fā)器水側(cè)入 口工質(zhì)為液態(tài)水，出口為冰漿，冰漿含冰率< 30%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)在低環(huán)境溫度時(shí)，采用水部分凝結(jié)成冰 作為低溫?zé)嵩?，可以保證低溫?zé)嵩吹臏囟葹?°c，即保證了較高的性能系數(shù)，且性能不再受 環(huán)境溫度的影響，由此產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果；(2)在低環(huán)境溫度時(shí)，采用水部分凝結(jié)成冰作 為低溫?zé)嵩磸氐妆苊饬四壳俺Ｒ?guī)空氣源熱泵普遍存在的結(jié)霜問題，從而可以去除常規(guī)熱泵 中的除霜裝置并省去相應(yīng)的除霜運(yùn)行能耗；(3)根據(jù)環(huán)境溫度切換使用兩種熱源，使得熱 泵可以在很低的環(huán)境溫度下高效運(yùn)行，大大拓寬了熱泵的環(huán)境工作范圍，解決了在環(huán)境溫 度很低時(shí)常規(guī)空氣源熱泵無法使用的問題。


附圖是本發(fā)明雙熱源熱泵加熱方法與裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中1_壓縮機(jī)，2-冷凝器，3-儲(chǔ)液器，4-干燥過濾器，5-節(jié)流裝置，6_第一電 磁閥，7-凝冰蒸發(fā)器，8-止回閥，9-氣液分離器，10-水泵，11-冰水分離器，12-第二電磁 閥，13-補(bǔ)水水箱，14-第三電磁閥，15-第四電磁閥，16-空氣源蒸發(fā)器，17-入口水溫傳感 器，18-出口水溫傳感器，19-環(huán)境溫度傳感器，20-控制器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明雙熱源熱泵加熱裝置，包括壓縮機(jī)1、冷凝器2、儲(chǔ)液器3、干燥過濾器4、節(jié) 流裝置5、氣液分離器9、入口水溫傳感器17、出口水溫傳感器18、環(huán)境溫度傳感器19、控制 器20，壓縮機(jī)1排氣口與冷凝器2制冷劑側(cè)、儲(chǔ)液器3、干燥過濾器4、節(jié)流裝置5通過管道 依次連接，壓縮機(jī)1吸氣口與氣液分離器9出口端通過管道連接，入口水溫傳感器17、出口 水溫傳感器18分別安裝在冷凝器2的水側(cè)進(jìn)口與水側(cè)出口，環(huán)境溫度傳感器19用于測(cè)量 環(huán)境空氣溫度；還包括第一電磁閥6、凝冰蒸發(fā)器7、止回閥8、水泵10、冰水分離器11、第二 電磁閥12、補(bǔ)水水箱13、第三電磁閥14、第四電磁閥15、空氣源蒸發(fā)器16 ；節(jié)流裝置5出口 管分成兩路，一路和第一電磁閥6、凝冰蒸發(fā)器7制冷劑側(cè)、止回閥8入口通過管道依次連 接，另一路和第四電磁閥15、空氣源蒸發(fā)器16制冷劑側(cè)通過管道依次連接，止回閥8出口和 空氣源蒸發(fā)器16制冷劑側(cè)出口通過管道連接后再與氣液分離器9入口端連接；外界供水管通過管道和第三電磁閥14、補(bǔ)水水箱13、第二電磁閥12入口依次連接，第二電磁閥12出口 和冰水分離器11出口端通過管道連接后再與水泵10吸入口連接，水泵10排出口通過管道 與凝冰蒸發(fā)器7水側(cè)入口連接，凝冰蒸發(fā)器7水側(cè)出口通過管道和冰水分離器11進(jìn)口端連 接，冰水分離器11排冰口通至外界環(huán)境。本發(fā)明雙熱源熱泵加熱裝置，補(bǔ)水水箱13是恒壓水箱，該補(bǔ)水水箱13在裝置運(yùn)行 過程中水位恒定或補(bǔ)水壓力恒定。本發(fā)明雙熱源熱泵加熱方法，具體包括如下兩種可以根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行熱源切換 的工作模式模式一控制器20讀取環(huán)境溫度傳感器19的溫度值并和設(shè)定值比較，當(dāng)環(huán)境溫度 高于設(shè)定溫度時(shí)，第一電磁閥6關(guān)閉，水泵10不工作，第四電磁閥15打開，熱泵裝置通過空 氣源蒸發(fā)器16從環(huán)境中吸熱，此模式和常規(guī)空氣源熱泵裝置工作模式相同；模式二 控制器20讀取環(huán)境溫度傳感器19的溫度值并和設(shè)定值比較，當(dāng)環(huán)境溫度 低于設(shè)定溫度時(shí)，第四電磁閥15關(guān)閉，第一電磁閥6、第二電磁閥12、第三電磁閥14打開， 水泵10工作，流經(jīng)凝冰蒸發(fā)器7的水部分凝結(jié)成冰過程形成冰漿，冰漿進(jìn)入冰水分離器11 進(jìn)行液固分離，分離后的水經(jīng)由冰水分離器11出口端流至水泵10吸入口，分離后的冰經(jīng)由 冰水分離器11排冰口排至外部環(huán)境，在排冰同時(shí)補(bǔ)水水箱13水壓恒定，保證流經(jīng)凝冰蒸發(fā) 器7的水量不變；凝冰蒸發(fā)器7水側(cè)入口工質(zhì)為液態(tài)水，出口為冰漿，冰漿含冰率< 30%。本發(fā)明裝置基于提高蒸發(fā)器熱源溫度有利于提高熱泵性能系數(shù)這一物理原理，根 據(jù)環(huán)境溫度變化切換使用兩種熱源。當(dāng)環(huán)境溫度低時(shí)，采用水部分凝結(jié)成冰作為熱源，使得 熱源溫度恒定為0°c，不再受環(huán)境條件的影響，從而保證了即使在很低的零下溫度條件下， 熱泵性能系數(shù)仍保持較高的數(shù)值，此外由于此時(shí)不再采用空氣做熱源，也徹底避免了結(jié)霜 問題。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明按照本發(fā)明所述的雙熱源熱泵加 熱方法建立熱泵裝置，該裝置以模式一運(yùn)行時(shí)，其運(yùn)行過程及性能與常規(guī)空氣源熱泵裝置 完全相同。在低環(huán)境溫度時(shí)，分別運(yùn)行模式一和模式二，即得到常規(guī)空氣源熱泵裝置和本發(fā) 明在相同的低環(huán)境溫度下的性能。以模式二的運(yùn)行為例，當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定值時(shí)，第四電磁閥15關(guān)閉，第一電磁 閥6、第二電磁閥12、第三電磁閥14打開，水泵10工作，壓縮機(jī)1流經(jīng)凝冰蒸發(fā)器7的水部 分凝結(jié)成冰過程形成冰漿，冰漿進(jìn)入冰水分離器11進(jìn)行液固分離，分離后的水經(jīng)由冰水分 離器11出口端流至水泵10吸入口，分離后的冰經(jīng)由冰水分離器11排冰口排至外部環(huán)境， 在排冰同時(shí)補(bǔ)水水箱13水壓恒定，保證流經(jīng)凝冰蒸發(fā)器7的水量不變；凝冰蒸發(fā)器7水側(cè) 入口工質(zhì)為液態(tài)水，出口為冰漿；由冷凝器2所提供的熱水流量和冷凝器2水側(cè)進(jìn)出口溫度 及裝置所消耗的電功率可確定其性能系數(shù)；由冰水分離器11排出的冰量可確定順?biāo)南牧?。工況條件如下設(shè)定環(huán)境溫度分別為_15°C和_20°C，運(yùn)行模式二，把水從 15°C (入口水溫傳感器17的值)加熱到60°C (出口水溫傳感器18的值)，制熱量IkWJt 凝器最小端差為5°C，同時(shí)把同樣工況下的常規(guī)空氣源熱泵裝置作為對(duì)比基準(zhǔn)，即此時(shí)運(yùn)行 模式一。如果不考慮冰水分離器11排出冰量的再利用，本發(fā)明裝置功耗費(fèi)用比常規(guī)空氣源 熱泵分別減小12%和18%;如果對(duì)冰水分離器11排出冰量作進(jìn)一步再利用，本發(fā)明裝置的性能還會(huì)更優(yōu)。計(jì)算功耗費(fèi)用時(shí)取某地實(shí)際價(jià)格，即生活用水價(jià)格為2. 8元/m3，生活電價(jià) 谷時(shí)晚上21時(shí)到早上8點(diǎn)為0. 35元/度，峰時(shí)早上8點(diǎn)到晚上21點(diǎn)為0. 55元/度。本發(fā)明雙熱源熱泵加熱方法與裝置適用于環(huán)境溫度>-30°C，可采用各種現(xiàn)有的 熱泵裝置用制冷劑，可實(shí)現(xiàn)供熱水溫度范圍35°C -90°C，其它條件與普通熱泵裝置相同。采 用本發(fā)明裝置也可用于加熱空氣等其它流體。本發(fā)明雙熱源熱泵加熱方法與裝置根據(jù)環(huán)境溫度的不同切換使用不同的蒸發(fā)器 熱源，在低環(huán)境溫度時(shí)利用水凝冰過程溫度不變(恒為o°c)的特點(diǎn)，可獲得較高的能源利 用系數(shù)，避免了結(jié)霜問題，可廣泛應(yīng)用于冬季低溫地區(qū)加熱水或其它供熱過程。
權(quán)利要求
1.一種雙熱源熱泵加熱裝置，包括壓縮機(jī)[1]、冷凝器[2]、儲(chǔ)液器[3]、干燥過濾器 [4]、節(jié)流裝置[5]、氣液分離器[9]、入口水溫傳感器[17]、出口水溫傳感器[18]、環(huán)境溫度 傳感器[19]、控制器[20]，壓縮機(jī)[1]排氣口與冷凝器[2]制冷劑側(cè)、儲(chǔ)液器[3]、干燥過濾 器[4]、節(jié)流裝置[5]通過管道依次連接，壓縮機(jī)[1]吸氣口與氣液分離器[9]出口端通過 管道連接，入口水溫傳感器[17]、出口水溫傳感器[18]分別安裝在冷凝器[2]的水側(cè)進(jìn)口 與水側(cè)出口，環(huán)境溫度傳感器[19]用于測(cè)量環(huán)境空氣溫度，入口水溫傳感器[17]、出口水 溫傳感器[18]、環(huán)境溫度傳感器[19]通過導(dǎo)線與控制器[20]連接，其特征在于還包括第 一電磁閥[6]、凝冰蒸發(fā)器[7]、止回閥[8]、水泵[10]、冰水分離器[11]、第二電磁閥[12]、 補(bǔ)水水箱[13]、第三電磁閥[14]、第四電磁閥[15]、空氣源蒸發(fā)器[16]；節(jié)流裝置[5]出口 管分成兩路，一路和第一電磁閥[6]、凝冰蒸發(fā)器[7]制冷劑側(cè)、止回閥[8]入口通過管道依 次連接，另一路和第四電磁閥[15]、空氣源蒸發(fā)器[16]制冷劑側(cè)通過管道依次連接，止回 閥[8]出口和空氣源蒸發(fā)器[16]制冷劑側(cè)出口通過管道連接后再與氣液分離器[9]入口 端連接；外界供水管通過管道和第三電磁閥[14]、補(bǔ)水水箱[13]、第二電磁閥[12]入口依 次連接，第二電磁閥[12]出口和冰水分離器[11]出口端通過管道連接后再與水泵[10]吸 入口連接，水泵[10]排出口通過管道與凝冰蒸發(fā)器[7]水側(cè)入口連接，凝冰蒸發(fā)器[7]水 側(cè)出口通過管道和冰水分離器[11]進(jìn)口端連接，冰水分離器[11]排冰口通至外界環(huán)境。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙熱源熱泵加熱裝置，其特征在于補(bǔ)水水箱[13]是恒壓水 箱，該補(bǔ)水水箱[13]在裝置運(yùn)行過程中水位恒定或補(bǔ)水壓力恒定。
3.一種雙熱源熱泵加熱方法，其特征在于雙熱源熱泵加熱方法具體包括如下兩種根 據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行熱源切換的工作模式模式一控制器[20]讀取環(huán)境溫度傳感器[19]的溫度值并和設(shè)定值比較，當(dāng)環(huán)境溫度 高于設(shè)定溫度時(shí)，第一電磁閥[6]關(guān)閉，水泵[10]不工作，第四電磁閥[15]打開，熱泵裝置 通過空氣源蒸發(fā)器[16]從環(huán)境中吸熱；模式二 控制器[20]讀取環(huán)境溫度傳感器[19]的溫度值并和設(shè)定值比較，當(dāng)環(huán)境溫 度低于設(shè)定溫度時(shí)，第四電磁閥[15]關(guān)閉，第一電磁閥[6]、第二電磁閥[12]、第三電磁閥 [14]打開，水泵[10]工作，流經(jīng)凝冰蒸發(fā)器[7]的水部分凝結(jié)成冰過程形成冰漿，冰漿進(jìn) 入冰水分離器[11]進(jìn)行液固分離，分離后的水經(jīng)由冰水分離器[11]出口端流至水泵[10] 吸入口，分離后的冰經(jīng)由冰水分離器[11]排冰口排至外部環(huán)境，在排冰同時(shí)補(bǔ)水水箱[13] 水壓恒定，保證流經(jīng)凝冰蒸發(fā)器[7]的水量不變；凝冰蒸發(fā)器[7]水側(cè)入口工質(zhì)為液態(tài)水， 出口為冰漿，冰漿含冰率< 30%，溫度設(shè)定值可調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙熱源熱泵加熱方法與裝置，包括熱泵動(dòng)力裝置、冷凝器、儲(chǔ)液器、干燥過濾器、節(jié)流裝置、空氣源蒸發(fā)器、凝冰蒸發(fā)器、冰水分離器、補(bǔ)水水箱、氣液分離器、電磁閥、溫度傳感器和控制器。本發(fā)明雙熱源熱泵加熱方法與裝置的兩個(gè)蒸發(fā)器根據(jù)環(huán)境溫度高低切換工作，形成雙熱源熱泵裝置；本發(fā)明雙熱源熱泵加熱方法與裝置通過從凝冰過程中取熱，提高了低環(huán)境溫度時(shí)的蒸發(fā)溫度，從而獲得很高的熱泵平均性能系數(shù)；凝冰蒸發(fā)器中的部分水凝固形成冰漿，流動(dòng)特性好，換熱系數(shù)高，得到的冰漿可供外部用戶使用；本發(fā)明具有低環(huán)境溫度下高效節(jié)能、無結(jié)霜、安裝運(yùn)行方便、安全性高和適用范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F25B30/06GK101995090SQ20091018402
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日
發(fā)明者劉心志, 張后雷, 朱曙光, 熊榮輝 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)