專利名稱：蓄能增焓熱泵供熱系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種蓄能增焓熱泵供熱系統。
背景技術：
現有的水環熱泵系統經長期使用發現存在以下不足1、現有空氣源一水環熱泵系 統、水源一水環熱泵系統在系統處于制熱狀態下，當冷凝換熱器側載冷劑(熱媒水)溫度 較低時啟動困難；2、現有空氣源一水環熱泵系統、水源一水環熱泵系統在系統處于制 熱狀態下啟動和運行過程中，當冷凝換熱器側載冷劑(熱媒水)溫度較低時，熱泵系統 制熱品質差，即出水溫度低，達不到人們需要的水溫，設備效率較低，甚至會出現供 熱量明顯下降。人們為能達到所需的供熱量和出水溫度，或需選用壓縮機的功率往往 是正常所需功率的幾倍，或使用電阻發熱式的電輔助加熱，致使能源嚴重浪費。
在熱泵的啟動和運行過程中，當冷凝器側的過冷溫度較低時，由于流過水側換熱 器的水流量是固定的，其換熱量和流過換熱器的水溫成反比關系。當冷凝換熱器側載 冷劑溫度較低時，熱泵啟動時，流過冷凝器側換熱器的的水溫比較低，因此換熱器的 換熱能力大大增加，會造成冷凝器的過冷卻度過高，根據冷媒的熱力性能，冷凝器中 的冷媒的溫度和壓力是相關聯的，當冷凝器的冷凝溫度過低時，冷凝器巾的冷凝壓力 會急劇下降，這時冷凝器的焓值就會下降，同時冷凝器相對于蒸發器的壓差值就會降 低，即系統的壓熵值會下降，因此在截流裝置流阻不變或者正常設計值范圍內的情況 下(冷凝器和蒸發器的壓差不小于0.4mp)，冷媒流向蒸發器的趨勢就會降低，系統的傳 質量減少，這時會表現為，冷凝器中寄存大量的低溫冷媒液體，例如，低于20度的冷 媒液體，由于冷凝器的壓力較低，因此就無法將冷凝器中的液體冷媒驅動到蒸發器中 去，再加之壓縮機的周期吸氣作用，蒸發器中的壓力也會隨之降低，當蒸發器的壓力 降低后，壓縮機的吸入冷媒氣體質量就會隨之減少，而冷媒的單位液化潛熱是近于不 變的，因此，熱泵的制熱能力是由壓縮機吸入的冷媒氣體質量經壓縮和冷凝液化而釋 放出的液化潛熱決定的，簡言之，就是由壓縮機吸入并壓縮的冷媒質量決定的，又因 為冷媒具有質量制熱的特質，而普通的工頻壓縮機是定容式工作的，就是說壓縮機每 個循環吸入的氣體容積是相同的，當蒸發器中的壓力降低時，壓縮機吸入的同容積的 冷媒氣體的質量會減少，因此系統的制熱能力就會下降，因為冷凝器的壓力降低，壓 縮機往往不能按負荷運轉，而是在低于其額定負荷的狀態下運轉,嚴重時，壓縮機會進行低壓保護而使系統會陷入癱瘓也就常說的不能啟動。另外，由于蒸發器的壓力較低， 根據冷媒的熱力性能，蒸發器就很容易結霜，當蒸發器結霜后，蒸發器就不能與環境 空氣換熱。當結霜到一定程度后，系統就會進入只耗能不制熱而又消耗輸出系統的熱 能的除霜過程，這更加劇了熱泵系統的啟動和運行難度，如此幾個循環后，熱泵系統 就會陷入癱瘓，這也就是行業中所說的，熱泵在低溫情況下無法啟動的問題。
發明內容
本發明的目的，是提供了一種蓄能增焓熱泵供熱系統，它可克服現有熱泵系統的 缺陷，可實現熱泵快速啟動和高效運轉，改善熱泵制熱運轉啟動時的制出熱水的品質， 在熱泵啟動時，瞬間即可連續地制出高品質的熱水，并且，可大幅提高熱泵系統設備 的使用效率，充分發揮熱泵系統的潛力，因此，熱泵系統只需安裝普通的正常功率的 工頻壓縮機就可以使壓縮機一熱泵系統在寬閾范圍達到良好的制熱、供暖效果，從而 達到節能增效的目的。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的蓄能增焓熱泵供熱系統，包括制冷劑 循環系統，制冷劑循環系統的第一換熱盤管的外周安裝換熱器殼體，換熱器殼體內安 裝第二換熱盤管，第二換熱盤管的一端與第一水管的一端連接，第一水管的另一端伸 出換熱器殼體外與三通閥連接，三通閥與第二水管的一端連接，第二水管的另一端與 蓄能水罐連接，蓄能水罐與第五水管的一端連接，第五水管的另一端與第二換熱盤管 的另一端連接，第五水管上安裝水泵，三通閥和蓄能水罐上分別安裝第三水管和第四 水管，第三水管和第四水管與用戶端散熱裝置連接，蓄能水罐內的水，也可以是、混有 防凍液的水，量是或不小于用戶端散熱裝置及用戶端散熱裝置連接管路、第三水管、 第四水管、第五水管、水泵、第二換熱盤管、第一水管、三通閥和第二水管內水量之 和的二到五倍，蓄能水罐內裝有溫度傳感器。
為進一步實現本發明的目的，還要采用以下技術方案實現制冷劑循環系統由壓 縮機、進液管、四通換向閥、第二出液管、第三熱盤管、制冷劑管、節流裝置、第一 換熱盤管、第一出液管和回液管連接構成，壓縮機的進出氣口分別與進液管和回液管 的一端連接，進液管的另一端與四通換向閥的進液口連接，回液管的另一端與四通換 向閥的回液口，四通換向閥的第一出液口與第一出液管的一端連接，第一出液管的另 一端與第一換熱盤管的一端連接，第一換熱盤管的另一端與制冷劑管的一端連接，制 冷劑管的另一端與第三熱盤管一端連接，第三熱盤管的另一端與第二出液管的一端連 接，第二出液管的另一端與四通換向閥的第二出液口連接。三通閥是三通電磁閥。蓄 能水罐的外周設置保溫層。蓄能水罐內裝有加熱裝置。本發明的積極效果在于經過我們的長期實驗觀察，熱泵低溫下難以啟動，并不 是因為熱源側環境溫度低的原因，而是因為環境溫度低而引起的冷凝器側的換熱熱媒 水(載冷劑)的溫度過低造成的，經過反復試驗，即使在外界環境處于-15度的情況下， 冷凝器側通以35度的溫水，熱泵仍然能順利的啟動運行并在瞬間連續地制出40度以上
溫熱水。經過實驗證明，熱泵在冬季啟動時，只要能保持冷凝器的焓值，也就是說， 保證冷凝器中足夠的冷凝壓力，就可以順利地解決熱泵的低溫啟動問題。保證冷凝器
的焓值，無非有三種辦法1、在冷凝換熱器側水流量不變時，加大熱泵的主機即壓縮 機的功率，從而來達到保證冷凝器的冷凝壓力和溫度的目的，如現有技術中的數碼渦 旋技術即壓縮機的機械變容技術和壓縮機的變頻技術就是此種。但這兩種技術存在的 共同缺陷是造價昂貴。另外，這兩種技術的增焓幅度有限，因為，如果只是為了保證低 溫啟動時的要求，在熱泵正常運轉時就要犧牲壓縮機的機械效率，例如電機軸效率，
因為電機的軸效率，隨著電機遠離額定負載而降低；2、本人在申請號200820025228. 6 的發明申請中所述及的變流增焓；3、本發明所涉及的保證冷凝器側的載冷劑過流體即 熱媒循環水的溫度，以保證冷凝器的冷凝溫度和冷凝壓力一焓值的蓄能增焓技術。這 種方式技術、設備簡單，增焓效果好，而且熱泵系統的工作性能穩定，另外這種方式 可以充分發揮定頻壓縮機性能可靠、造價低廉的優勢。蓄能增焓技術就是在熱泵系統 冷凝器側換熱盤管的進水側儲存有足夠量的溫水。具體做法是在供暖系統的回水管路 ——循環水泵之間裝一帶加熱裝置的保溫蓄能水罐(水箱)，在熱泵系統停機時，根據 熱泵系統的設計條件，能給蓄能水罐(水箱)中的水自動加熱，使水罐中水溫始終保持 在要求的范圍內， 一般是比熱泵系統的出水溫度低3—10度，例如，熱泵系統的出水口 設計溫度為45度，水罐中的水溫范圍就是35—42度。這樣，在熱泵系統啟動過程中， 熱泵冷凝器側換熱盤管的進水溫度就一直能保持在設計要求的范圍內，所以熱泵系統 時啟動時就能正常地供應熱水。如上分析，并經過多次試驗，這種蓄能增焓熱泵供暖 系統即使在零下15度的情況下仍能很好的啟動并正常運行，從而解決了熱泵在低溫環 境下的啟動困難問題。上述提到加熱裝置可以通過兩種方法實現；1、如附圖所示在熱 水系統出水口和蓄能水罐之間連接一管路，并裝有三通電磁閥，蓄能水罐中裝有溫度 傳感器，在待機狀態下，當蓄能水罐(水箱)中的溫度傳感器測得蓄能水罐(水箱) 中的水溫低于設定溫度時，三通電磁閥通往水罐方向導通，通往用戶端散熱器方向阻 斷，熱泵啟動，對蓄能水罐(水箱)中的水進行加熱，水罐中的水達到設定溫度后， 熱泵停機，這樣就可以保證蓄能水罐中的水始終保持在設定的范圍內，從而保證熱泵啟動的需要。2、在水罐中安裝電加熱器，在系統長時間待機時，蓄能水罐中的水溫會 因為散熱而下降，當蓄能水罐中的水溫低于設定溫度時，通過蓄能水罐中的溫感器和 系統的中央控制器，按設計要求對水罐中的水自動加熱。由于上述兩種方法都能使熱 泵系統在處于待機時，自動根據冷凝器側換熱盤管載冷劑(熱媒水)設計輸入溫度要 求對蓄能水罐中儲存的熱媒水進行恒溫加熱控制，從而在熱泵啟動時，起到了保證熱 泵系統所需要的冷凝器的焓值，保證冷凝器和蒸發器的之間的壓力差，即保證系統壓 墑值的作用，在熱泵啟動時，使熱泵中的冷媒能在蒸發器一壓縮機一冷凝器一蒸發器 中按設計要求的傳質量的進行循環，使熱泵在冬季制熱時，能發揮出最大的效率，以 達到節約能源的目的；按照以上方案，通過對熱泵系統啟動時冷凝器的烚值進行控制， 使本發明所涉及的蓄能增焓熱泵供熱系統具有啟動速度快，設備效率高、節能效果明 顯的優點。
圖l是本發明的結構示意圖。
標號說明l壓縮機2第一出液管3第一換熱盤管4第二換熱盤管5第一 水管6三通電磁閥7第二水管8第三水管9第四水管10蓄水罐11進液管 12水泵13第五水管14換熱器殼體15制冷劑管16節流裝置17四通換向閥 18第三熱盤管19第二出液管20回液管21保溫層22加熱裝置23溫度傳感器 a進液n b第一出液口 c回液口 d第二出液口。
具體實施例方式
本發明所述的蓄能增焓熱泵供熱系統，包括制冷劑循環系統，制冷劑循環系統的 第一換熱盤管3的外周安裝換熱器殼體14，換熱器殼體14內安裝第二換熱盤管4，第 二換熱盤管4的一端與第一水管5的一端連接，第一水管5的另一端伸出換熱器殼體 14外與三通閥6連接，三通閥6與第二水管7的一端連接，第二水管7的另一端與蓄 能水罐10連接，蓄能水罐10與第五水管13的一端連接，第五水管13的另一端與第 二換熱盤管4的另一端連接，第五水管13上安裝水泵12，三通閥6和蓄能水罐10上 分別安裝第三水管8和第四水管9，第三水管8和第四水管9與用戶端散熱裝置連接， 蓄能水罐10內的水量是用戶端散熱裝置、第三水管8、第四水管9、第五水管13、水 泵12、第二換熱盤管4、第一水管5、三通闊6和第二水管7內水量之和的二到五倍， 第三水管8、第四水管9、第五水管13、水泵12、第二換熱盤管4、第一水管5、三通 閥6、第二水管7和蓄能水罐10連接構成熱媒水循環系統。第一換熱盤管3是制冷劑循環系統的冷凝器。圖中A和B是與用戶端散熱器連接的兩個端口。蓄能水罐10內裝 有溫度傳感器23，溫度傳感器23和中央控制器結合可通過安裝在管路上的電磁閥控 制第二水管7和第三水管8的通斷，從而，控制正常工作狀態與對蓄能水罐10內的水 單獨加熱狀態之間的切換。
工作原理在熱媒水循環系統中設置蓄能水罐10，蓄能水罐10可儲存大量熱媒 水，經過多次實驗分析，按技術、經濟雙優化的原則，蓄能水罐中的蓄水量是整個熱 媒水循環系統管路及散熱器內水量的二至五倍(也可以更多，但系統造價會增加)；正 常工作時，溫度傳感器23和中央控制器結合控制第二水管7阻斷，第三水管8導通， 熱媒水在用戶端散熱器與第二換熱盤管4之間循環，此時，蓄能水罐IO內熱媒水吸收 熱量，水溫上升，儲存能量使熱媒水溫度達到并保持在設定值；當熱泵系統長時間處 于停\待機狀態后(例如在寫字樓、商場的供暖系統中，夜間不需要供暖，系統需要長 時間停機)由于熱媒水循環系統的管道內的熱媒水溫度降低，如果在系統啟動時，供 暖管道中的熱煤水直接進入冷凝器，制冷劑循環系統的冷凝器與熱媒水換熱的溫差過 大，即冷凝器的過冷卻度過高，因此，使得制冷劑循環系統的冷凝器的焓值降低，根 據前面的分析，熱泵啟動困難；根據本發明的原理，熱泵系統在長時間待機后啟動時， 蓄能水罐10內儲存的高溫熱媒水與供暖管路中的熱媒混合后，再進入冷凝器側的換熱 盤管，因為蓄能水罐中的熱媒水溫度高，水量大，因此混合后進入冷凝器側換熱盤管 的熱媒水的水溫也較高。(例如熱泵系統設計的冷凝器側換熱盤管的進水溫度為40 度，蓄能水罐中的蓄水量是循環管路及散熱器中水量5倍，蓄能水罐中的水溫為40 度，循環管路中的水溫為14度時，在熱泵啟動并完成第一個循環后，進入冷凝器側換 熱盤罐的熱媒水的水溫為((40x4)+12) /5=34.8度)這時，熱泵啟動的進水溫度接 近達到熱泵系統正常工作時的進水溫度，經過多次試驗，熱泵能很好的啟動并正常運 轉。從而，可防止制冷劑循環系統的冷凝器過冷卻度過高，能保持冷凝器恒定的冷凝 壓力，達到增加冷凝器的焓值，確保冷凝器的焓值達到正常工作要求的目的，最終， 可使熱泵系統在短時間(經過大量試驗本發明的熱泵系統啟動時間在l分鐘以內，而 傳統熱泵啟動需要1一3小時)內正常啟動，提供高品質的熱水。當熱泵系統停機時間 較長，蓄水罐10內的水溫下降時，蓄能水罐10內的溫度傳感器23，通過中央控制器 可使第二水管7導通第三水管8阻斷，然后，啟動制冷劑循環系統，此時，熱媒水不 流經用戶端散熱器，而僅加熱蓄水罐10內的水，使其達到設定溫度，完成蓄能過程。 為提高供暖效果，本發明所述的制冷劑循環系統可由壓縮機l、進液管ll、四通換向閥17、第二出液管19、第三熱盤管18、制冷劑管15、節流裝置16、第一換熱 盤管3、第一出液管2和回液管20連接構成，壓縮機l的進出氣口分別與進液管ll 和回液管20的一端連接，進液管ll的另一端與四通換向閥17的進液口a連接，回 液管20的另一端與四通換向閥17的回液口 c，四通換向閥17的第一出液口 b與第 一出液管2的一端連接，第一出液管2的另一端與第一換熱盤管3的一端連接，第一 換熱盤管3的另一端與制冷劑管15的一端連接，制冷劑管15的另一端與第三熱盤管 18—端連接，第三熱盤管18的另一端與第二出液管19的一端連接，第二出液管19 的另一端與四通換向閥17的第二出液口 d連接。第三熱盤管18即是制冷劑循環系統 的蒸發器。
三通閥6可以是三通電磁閥，通過三通閥6控制第二水管7和第三水管8的通斷， 溫度傳感器23結合中央控制器通過三通電磁閥控制第二水管7和第三水管8的通斷； 三通閥6也可以是普通的三通閥，另在第二水管7和第三水管8上各安裝一個電磁閥， 由兩個電磁閥分別控制第二水管7和第三水管8的通斷，溫度傳感器23結合中央控 制器也可通過分別控制第二水管7和第三水管8上的兩個電磁閥，操縱第二水管7 和第三水管8的通斷。
蓄水罐10也可以是方型的蓄水池；為保證蓄水罐IO內的熱量不易散失，蓄水罐 10的外周可設置保溫層21。
為方便對蓄水罐10內的水加熱，以確保水溫達到設定溫度，可在蓄水罐10內裝 有加熱裝置22，加熱裝置22可以是電加熱器，也可以是在蓄水罐10內安裝加熱盤管， 由另一熱泵裝置或熱水鍋爐等裝置為加熱盤管供熱，從而達到加熱蓄水罐10內水的目 的。當蓄水罐IO內的水溫低于設定溫度時，溫度傳感器23結合中央控制器可控制加 熱裝置22自動加熱。
本發明未詳盡描述的技術內容均為公知技術。
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權利要求
1、蓄能增焓熱泵供熱系統，其特征在于包括制冷劑循環系統，制冷劑循環系統的第一換熱盤管(3)的外周安裝換熱器殼體(14)，換熱器殼體(14)內安裝第二換熱盤管(4)，第二換熱盤管(4)的一端與第一水管(5)的一端連接，第一水管(5)的另一端伸出換熱器殼體(14)外與三通閥(6)連接，三通閥(6)與第二水管(7)的一端連接，第二水管(7)的另一端與蓄能水罐(10)連接，蓄能水罐(10)與第五水管(13)的一端連接，第五水管(13)的另一端與第二換熱盤管(4)的另一端連接，第五水管(13)上安裝水泵(12)，三通閥(6)和蓄能水罐(10)上分別安裝第三水管(8)和第四水管(9)，第三水管(8)和第四水管(9)與用戶端散熱裝置連接，蓄能水罐(10)內的水量是或不小于用戶端散熱裝置及用戶端散熱裝置連接管路、第三水管(8)、第四水管(9)、第五水管(13)、水泵(12)、第二換熱盤管(4)、第一水管(5)、三通閥(6)和第二水管(7)內水量之和的二到五倍，蓄能水罐(10)內裝有溫度傳感器(23)。
2、 根據權利要求1所述的蓄能增焓熱泵供熱系統，其特征在于制冷劑循環系統 由壓縮機(1)、進液管(11)、四通換向閥(17)、第二出液管(19)、第三熱盤管(18)、 制冷劑管(15)、節流裝置(16)、第一換熱盤管(3)、第一出液管(2)和回液管(20) 連接構成，壓縮機(1)的進出氣口分別與進液管(11)和回液管(20)的一端連接， 進液管(11)的另一端與四通換向閥(17)的進液口 (a)連接，回液管(20)的另 一端與四通換向閥(17)的回液口 (c)，四通換向闊(17)的第一出液口 (b)與第 一出液管(2)的一端連接，第一出液管(2)的另一端與第一換熱盤管(3)的一端 連接，第一換熱盤管(3)的另一端與制冷劑管(15)的一端連接，制冷劑管(15) 的另一端與第三熱盤管(18) —端連接，第三熱盤管(18)的另一端與第二出液管(19) 的一端連接，第二出液管(19)的另一端與四通換向閥(17)的第二出液口 (d)連 接。
3、 根據權利要求1所述的蓄能增焓熱泵供熱系統，其特征在于三通閥(6)是三通電磁閥。
4、 根據權利要求1所述的蓄能增焓熱泵供熱系統，其特征在于蓄能水罐(10)的外周設置保溫層(21)。
5、 根據權利要求1所述的蓄能增焓熱泵供熱系統，其特征在于蓄能水罐(10) 內裝有加熱裝置(22)。
全文摘要
本發明公開了一種蓄能增焓熱泵供熱系統，包括制冷劑循環系統，其第一換熱盤管位于換熱器殼體內，換熱器殼體內安裝第二換熱盤管，第二換熱盤管的一端與第一水管的一端連接，第一水管的另一端伸出換熱器殼體外與三通閥連接，三通閥與第二水管的一端連接，第二水管的另一端與蓄能水罐連接，蓄能水罐與第五水管的一端連接，第五水管的另一端與第二換熱盤管的另一端連接，第五水管上安裝水泵，三通閥和蓄能水罐上分別安裝第三水管和第四水管，第三水管和第四水管與用戶端散熱裝置連接，蓄能水罐內裝有溫度傳感器。它可實現熱泵快速啟動和高效運轉，改善熱泵制熱運轉啟動時的制出熱水的品質，可大幅提高熱泵系統設備的使用效率，充分發揮熱泵系統的潛力。
文檔編號F25B30/02GK101440976SQ20081023848
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年12月19日
發明者高秀明 申請人:高秀明