[发明专利]带热水功能的热泵系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及制冷空调设备及其控制方法，尤其涉及带热水功能的热泵系统及其控制方法。该热泵系统包括制冷剂侧子系统、水侧子系统、控制系统，制冷剂侧子系统包括压缩机、部分热回收换热器、四通换向阀、源侧换热器、膨胀装置、空调侧换热器，通过四通换向阀调节流向。

背景技术

现有的热泵能够提供制冷、制热，制冷时往热源侧释放热量，制热时从热源侧吸收热量，随着人们对舒适性要求的不断提高，热泵的使用越来越广泛。现有的热泵热水器从热源侧吸收热量，然后将热量释放到水中，提供客户热水，属于节能清洁产品。随着人们生活水平的提高，热水的使用量加大；随着环保节能意识的增强，热泵热水器得到越来越广泛的使用。为了满足制冷、制热、制热水的需求，最简单的办法是购置热泵和热泵热水器，这样比较占用地方，同时投资也比较大。热泵热水器采用蒸汽压缩循环，使用了制冷剂、压缩机、冷凝器、蒸发器，这一点和热泵基本上一致，就在零部件上和原理上保证了热泵和热泵热水器可以采用同样制冷剂、同一压缩机、同一蒸发器，从而节约一些部件和部件所占用的场地；另外，热泵进行制冷时需要排放废热，热泵热水器一年四季均进行制热水，如果两者合一，就能够实现制冷热回收，即热水免费；还有，制冷制热并不是一直都需要的，就可以让热泵、热水器一体机在制冷制热之外进行制热水，将热量蓄积起来。基于上述的可行性分析，热泵厂商和热泵热水器厂商都在开发自己的多用机组：制冷、制热、加热水，采用的热源可以是空气或水或土壤或三者的组合。

第一代三联供机组是部分热回收机组，在热泵机组的压缩机出口，串联一个热水器换热器，进行部分热回收，热水作为制冷制热的副产品，采用水源的系统设计方法如图1，系统包括压缩机A01、部分热回收换热器A02、四通换向阀A03、水源换热器A04、制冷剂节流装置A05、空调侧水换热器A07、气液分离器A08、热水泵A09、空调水泵A10、源侧水泵A11。采用空气源的系统设计方法如图2，系统包括压缩机B01、部分热回收换热器B02、四通换向阀B03、空气源换热器B04、制冷剂节流装置B05、储液器B06、空调侧水换热器B07、气液分离器B08、热水泵B09、空调水泵B10、风机B11。直接膨胀式系统的方法如图3，系统包括压缩机C01、部分热回收换热器C02、四通换向阀C03、空气源换热器C04、制冷剂节流装置C05、室内盘管C07、气液分离器C08、热水泵C09、室内风机C10、室外风机C11。在制冷或制热时候进行制热水，不进行制冷或制热时，机组没法进行制热水，为了保证充足的热水供应，用户需要另外的热水解决方法，比如燃气热水器、太阳能热水器、热泵热水器、电热水器，其优点是制冷时，热水免费，而且可以达到很高的温度，大约65摄氏度；制热时，热水温度也可以达到约70摄氏度。中国专利文献号CN00109283.9公布了相关的设计方法和控制方法。

第二代三联供机组是全热回收机组，吸取了第一代三联供机组热水供应不足的缺点，增大了热水换热器，改进了系统管路设计，涌现出很多形式的机组；其中，最简单的是全热回收换热器紧随压缩机之后；运行时，会产生两个高压区域：热水换热器、冷凝器，其主要缺点是冷媒充注量大、冷媒管理难，尤其是在空气源热泵系统中，风险很大。在水源系统中，问题比较少，如图4，热回收换热器D02紧随在压缩机D01之后，其后是冷凝器D03，之后是流量控制装置D04，然后是水侧蒸发器D05，这个系统简单，制冷制热靠水路人工切换，不但成本低，而且能够保证随时都是逆流状态，充分利用了换热器性能。由于水换热器使用的制冷剂少，这种简单的系统非常实用。也有的将热回收换热器D02和冷凝器D03做在一起，比如一个壳管换热器，上部是热回收换热管束，下部是冷凝管束，需要全热回收时，把冷凝水路停止即可，运行中，不会导致制冷剂缺少或者多余。这个方法适合水源系统，不适合空气源系统。在水源系统的应用中，也不大适合于需要频繁切换的场合，在制冷的接管方式下，如果没有制冷的需求，就没有产生热水的功能了，有些不便，需要一个备用的热水源。