一種連續制熱空氣源熱泵熱水機組的制作方法

本發明屬于空氣源熱泵技術領域，特別是一種結構簡單、控制簡單可靠、能耗低的連續制熱的空氣源熱泵熱水機組。

背景技術：

在我國長江中下游地區，空氣源熱泵在室外低溫條件下運行時，當室外側換熱器表面溫度低于周圍空氣露點溫度且低于0℃時，會導致換熱器表面結霜。蒸發器表面結霜會致使室外換熱器的傳熱熱阻增加、空氣流通通道面積減小，從而導致室外換熱器通風量降低，最終導致熱泵機組制熱量降低、制熱性能下降，甚至出現低壓報警及排氣溫度過大等故障。因此，對熱泵機組室外側換熱器進行定期除霜十分重要。

目前最廣泛使用的除霜方式是四通換向閥換向融霜方式，即熱泵空調器除霜時按制冷循環方式運行，壓縮機排氣進入室外換熱器，吸收霜層熱量而冷凝，再經節流裝置進入室內換熱器，從室內吸收部分熱量后返回壓縮機，完成除霜循環。這種除霜方式最大的問題就是不能持續制熱而導致室內溫度下降，影響室內的舒適性，并且除霜時制冷劑逆向流動，運行過程中頻繁高低壓轉換會造成設備沖擊及工況切換時壓縮機吸氣帶液的問題，同時增加熱泵機組的功耗，降低機組的制熱性能與運行可靠性。

近年來，旁通節流裝置的逆向融霜方式，帶制冷劑補償器的逆向融霜方式等方式對傳統融霜方式的改良取得了較好的效果，但是仍然無法避免除霜時從室內吸熱影響舒適性的問題。幾種新型的融霜方式，能很好解決舒適性的問題，比如蓄熱融霜、熱氣旁通融霜以及回氣加熱融霜這幾種融霜方式，均能避免除霜運行時從室內取熱而使室內溫度降低問題的出現。但也存在著一些問題，比如蓄熱除霜所使用的相變材料需要與融霜所需的熱量進行較好地匹配，而熱氣旁通除霜以及回氣加熱除霜則需要在系統中設置容量較大的氣液分離器，間接地增加了除霜的成本。并且這幾種方式僅能保證融霜時室內側換熱器不從室內吸取熱量，并不能保證融霜時冷凝器制熱，并存在除霜能耗高的問題。

近年來，有專家學者提出采用兩組蒸發器交替進行除霜的機組，如中國實用新型專利“一種雙蒸發器空氣源熱泵”，(申請號：201420523171.8，公開日：2015-03-11)。該系統中兩蒸發器交替除霜時需要對壓縮機負荷進行能量調節以適應蒸發器負荷，若缺乏可靠的能量調節手段則易導致蒸發壓力過低而影響整個熱泵系統運行的可靠性，并且過多的電磁閥使得控制復雜。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種連續制熱空氣源熱泵熱水機組,、控制簡單可靠、低溫除霜能耗低，且低溫環境下制熱過程連續平穩。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種連續制熱空氣源熱泵熱水機組，包括水冷冷凝器、第一壓縮機、第二壓縮機、風冷式第一蒸發器、風冷式第二蒸發器、第一節流閥組件和第二節流閥組件，還包括第三單向閥、第一四通換向閥和第二四通換向閥，所述第一壓縮機排氣口經第一單向閥與冷凝器入口相通，第二壓縮機排氣口經第二單向閥與冷凝器入口相通，所述第一四通換向閥的第一接口與第二四通換向閥的第二接口相連，第一四通換向閥的第二接口與冷凝器出口相連，第一四通換向閥的第三接口與第三單向閥進口相連，第三單向閥的出口通過第一節流閥組件與第一蒸發器入口相通，第三單向閥的出口通過第二節流閥組件與第二蒸發器入口相通，所述第二四通換向閥的第一接口與第一蒸發器出口相連，第二四通換向閥的第三接口與第二蒸發器出口相連，第一四通換向閥的第四接口與第二四通換向閥的第四接口并聯后與第一壓縮機、第二壓縮機的吸氣口相通。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：

1、制熱過程連續平穩：除霜過程中，機組同時制熱，提高所加熱水溫的穩定性；

2、運行可靠：除霜過程中，制冷劑無需換向，提高了熱泵系統的可靠性；在較高環境溫度下制熱運行時，可通過調節其中蒸發器作為過冷器并聯合調節壓縮機的啟停控制，可實現機組制熱量的能量調節，以提高機組在全年制熱運行時對高環境溫度的適應性。

3、除霜能耗低：采用雙壓縮機并聯方式，可保證壓縮機在交替除霜時的有效能量調節；除霜過程因使用冷凝器出口冷凝后的高溫液態制冷劑的過冷熱，待除霜蒸發器作為過冷器，實現除霜過程近零能耗，提高了熱泵機組的除霜效率與性能；在結霜嚴重時，可采用除霜旁通管旁通的過熱蒸汽與過冷熱相結合的方式進行除霜，加快除霜過程，提高除霜效率。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發明連續制熱空氣源熱泵熱水機組的結構示意圖，處于低溫正常制熱運行模式。

圖2為圖1所述連續制熱空氣源熱泵熱水機組處于第一風冷冷凝器除霜運行模式的工作原理圖。

圖3為圖1所述連續制熱空氣源熱泵熱水機組處于第二風冷冷凝器除霜運行模式或高溫制熱模式的工作原理圖。

圖中，第一壓縮機1，氣液分離器2，第二壓縮機3，第二單向閥4，第一單向閥5，熱氣旁通閥6，水冷冷凝器7，第一四通換向閥8，第三單向閥9，第二節流閥組件10，第一節流閥組件11，第一蒸發器12，第二四通換向閥13，第二蒸發器14，平衡罐15，均油管16。

具體實施方式

如圖1所示，本發明連續制熱空氣源熱泵熱水機組，包括水冷冷凝器7、第一壓縮機1、第二壓縮機3、風冷式第一蒸發器12、風冷式第二蒸發器14、第一節流閥組件11和第二節流閥組件10，還包括第三單向閥9、第一四通換向閥8和第二四通換向閥13，所述第一壓縮機1排氣口經第一單向閥5與冷凝器7入口相通，第二壓縮機3排氣口經第二單向閥4與冷凝器7入口相通，所述第一四通換向閥8的第一接口8-1與第二四通換向閥13的第二接口13-2相連，第一四通換向閥8的第二接口8-2與冷凝器7出口相連，第一四通換向閥8的第三接口8-3與第三單向閥9進口相連，第三單向閥9的出口通過第一節流閥組件11與第一蒸發器12入口相通，第三單向閥9的出口通過第二節流閥組件10與第二蒸發器14入口相通，所述第二四通換向閥13的第一接口13-1與第一蒸發器12出口相連，第二四通換向閥13的第三接口13-3與第二蒸發器14出口相連，第一四通換向閥8的第四接口8-4與第二四通換向閥13的第四接口13-4并聯后與第一壓縮機1、第二壓縮機3的吸氣口相通。

作為改進，本發明連續制熱空氣源熱泵熱水機組，還包括熱氣旁通閥6，其一端與冷凝器7入口相連，另一端與冷凝器7出口相連。

當僅利用高溫高壓過冷冷媒液體的過冷熱對蒸發器進行除霜時，容易除霜緩慢，此時打開熱氣旁通閥6，將過冷冷媒液體與高溫高壓壓縮機排氣混合后送入需要除霜的蒸發器，加快了除霜速度。

作為另一改進，本發明連續制熱空氣源熱泵熱水機組，還包括氣液分離器2，其出口分別與第一壓縮機1、第二壓縮機3的吸氣口相通，其入口與第一四通換向閥8的第四接口8-4和第二四通換向閥13的第四接口13-4相通。

作為再一改進，本發明連續制熱空氣源熱泵熱水機組，還包括平衡罐15，其開口端與第三單向閥9的出口相通。

優選地，所述第一蒸發器12的風機與第二蒸發器14的風機分別配置，單獨控制。

進一步優選地，所述第一節流閥組件11、第一壓縮機1與第一蒸發器12的風機連鎖控制，所述第二節流閥組件10、第二壓縮機3與第二蒸發器14的風機連鎖控制。

作為又一改進，還包括均油管16，其一端與第一壓縮機1底部相連，另一端與第二壓縮機3底部相連。防止了兩蒸發器回油不均。

下面結合附圖1-3詳細說明本發明的工作過程。

a低溫正常制熱運行模式

首先啟動第一壓縮機1和第一蒸發器12的風機，打開第一節流閥組件11，第一壓縮機1出口高溫高壓冷媒氣體流經第一單向閥5后經過冷凝器7冷凝成高溫高壓液體后依次流經第一四通換向閥8、第三單向閥9、第一節流閥組件11后進入第一蒸發器12蒸發吸熱成低溫低壓冷媒氣體后進入第二四通換向閥13，最后流入氣液分離器2。或是首先啟動第二壓縮機3和第二蒸發器14的風機，打開第二節流閥組件10，第二壓縮機3出口高溫高壓冷媒氣體流經第二單向閥4后經過冷凝器7冷凝成高溫高壓液體后依次流經第一四通換向閥8、第三單向閥9、第二節流閥組件10后進入第二蒸發器14蒸發吸熱成低溫低壓冷媒氣體后依次進入第二四通換向閥13和第一四通換向閥8，最后流入氣液分離器2。如此運行一段時間后，啟動另一未啟動的壓縮機和風機，打開關閉著的另一節流閥組件，此時第一壓縮機1和第二壓縮機2高溫高壓排氣分別經過第一單向閥5和第二單向閥4合流后進入冷凝器7放熱冷凝成高溫高壓冷媒液體，然后流經第一四通換向閥8、第三單向閥9后分為兩路，其中第一路經過第一節流閥組件11節流后進入第一蒸發器12蒸發吸熱成低溫低壓冷媒氣體，然后進入第二四通換向閥13；第二路經過第二節流閥組件10節流后進入第一蒸發器14蒸發吸熱成低溫低壓冷媒氣體，然后進入第二四通換向閥13，最后經過第一四通換向閥8后與流出第二四通換向閥13的第一路低溫低壓冷媒氣體混合后進入氣液分離器2。

b第一風冷冷凝器12除霜運行模式

此時熱泵處于正常制熱模式a，并且冷媒先進入第一蒸發器12蒸發吸熱，當第一蒸發器12表面霜層達到一定厚度時，第一四通換向閥8換向，第一接口8-1與第二接口8-2相連，第三接口8-3與第四接口8-4相連；第二四通換向閥13也換向，第一接口13-1與第二接口13-2相連，第三接口13-3與第四接口13-4相連。同時關閉一臺壓縮機進行能量調節，第一節流閥組件11全開，打開熱氣旁通閥6，進入冷凝器7的冷媒高溫高壓排氣分為兩路，一路經過冷凝器7冷凝為高溫高壓冷媒液體，另一路流經熱氣旁通閥6旁通，兩路冷媒混合后依次流經第一四通換向閥8、四通換向閥13后進入第一蒸發器12放熱融化表面霜層，兩相冷媒冷凝成高壓過冷冷媒液體。過冷冷媒液體經過全開的第一節流閥組件11后，進入第二節流閥組件10節流降壓，最后進入第二蒸發器14蒸發吸熱變為低溫低壓制冷劑氣體，低溫低壓冷媒氣體流經第二四通換向閥13后進入氣液分離器2。

c第二風冷冷凝器14除霜運行模式

此時熱泵處于正常制熱模式a或第一風冷冷凝器12除霜運行模式b，當第二蒸發器14表面霜層達到一定厚度時，將第一四通換向閥8的第一接口8-1與第二接口8-2相連，第三接口8-3與第四接口8-4相連；第二四通換向閥13的第一接口13-1與第四接口13-4相連，第三接口13-3與第二接口13-2相連。同時關閉一臺壓縮機進行能量調節，第二節流閥組件10全開，打開熱氣旁通閥6，進入冷凝器7的冷媒高溫高壓排氣分為兩路，一路經過冷凝器7冷凝為高溫高壓冷媒液體，另一路流經熱氣旁通閥6旁通，兩路冷媒混合后依次流經第一四通換向閥8、四通換向閥13后進入第二蒸發器14放熱融化表面霜層，兩相冷媒冷凝成高壓過冷冷媒液體。過冷冷媒液體經過全開的第二節流閥組件10后，進入第一節流閥組件11節流降壓，最后進入第一蒸發器12蒸發吸熱變為低溫低壓制冷劑氣體，低溫低壓冷媒氣體流經第二四通換向閥13后進入氣液分離器2。

d高溫制熱模式

當環境溫度較高時，因系統蒸發壓力升高，機組制熱量大幅增加，將導致冷凝器7換熱面積不夠，甚至使得壓縮機1及壓縮機2高壓報警，此時需要切換至高溫制熱模式。可以將第一蒸發器12作為冷凝器使用，將第一四通換向閥的第一接口8-1與第二接口8-2相連，第三接口8-3與第四接口8-4相連；第二四通換向閥13的第一接口13-1與第二接口13-2相連，第三接口13-3與第四接口13-4相連。第一節流閥組件11全開，進入冷凝器7的冷媒高溫高壓排氣經過冷凝器7冷凝后流經第一四通換向閥8、四通換向閥13后進入第一蒸發器12繼續冷凝為高溫高壓過冷冷媒液體。過冷冷媒液體經過全開的第一節流閥組件11后，進入第二節流閥組件10節流降壓，最后進入第二蒸發器14蒸發吸熱變為低溫低壓制冷劑氣體，低溫低壓冷媒氣體流經第二四通換向閥13后進入氣液分離器2。或將第二蒸發器14作為冷凝器使用，將第一四通換向閥8的第一接口8-1與第二接口8-2相連，第三接口8-3與第四接口8-4相連；第二四通換向閥13的第一接口13-1與第四接口13-4相連，第三接口13-3與第二接口13-2相連。第二節流閥組件10全開，進入冷凝器7的冷媒高溫高壓排氣分經過冷凝器7冷凝后依次流經第一四通換向閥8、四通換向閥13后進入第二蒸發器14繼續冷凝為高溫高壓過冷冷媒液體。過冷冷媒液體經過全開的第二節流閥組件10后，進入第一節流閥組件11節流降壓，最后進入第一蒸發器12蒸發吸熱變為低溫低壓制冷劑氣體，低溫低壓冷媒氣體流經第二四通換向閥13后進入氣液分離器2。當機組中風冷式蒸發器蒸發壓力過低時，關閉其中一臺壓縮機進行能量調節。

本發明的連續制熱空氣源熱泵熱水機組，采用兩個并聯的壓縮機、兩組并聯的風冷式蒸發器和節流閥組件、兩個用于制熱和除霜模式切換的四通換向閥，并對每組壓縮機、節流閥組件和蒸發器風機連鎖控制，以實現兩組蒸發器按順序運行并結霜。在機組進行除霜時，兩蒸發器通過兩個四通換向閥和兩組節流閥組件的功能切換進行交替除霜，其中處于除霜狀態的蒸發器功能相當于過冷器，而未處于除霜狀態的蒸發器則繼續充當原本的角色，并停止運行其中一臺壓縮機來進行能量調節，實現了機組的連續制熱；當機組在較高環境溫度下制熱運行時，通過調節其中一蒸發器作為過冷器并聯合壓縮機的啟停控制，可實現機組制熱量的能量調節。本發明與現有技術相比，具有了除霜過程中冷媒不換向的優勢，可靠性較高；同時除霜過程中制熱繼續進行，提高了使用舒適性；并且極大地減少了熱泵機組除霜過程的耗能，大大提高了除霜效率；并提高了機組在全年制熱運行時對高環境溫度的適應性。