一种补气增焓双源热泵热水器系统

摘要

本发明公布一种补气增焓双源热泵热水器系统，解决了普通串联双源热泵不能合理分配制冷剂流量的问题，实现了供热工况低压端制冷剂流量的自动分配。同时在系统中增设了一个经济器实现了热端的过冷，同时提取出了低压段一级蒸发器中制冷剂流中的气相，从而增强了二级蒸发器中的换热效果，同时发挥了补气增焓系统的优越性，增强了该系统的低温适应性，扩大了其使用范围，并且节能高效。系统添加了一个回热器，又一步增加了换热，性能系数更高。

权利要求

1.一种补气增焓双源热泵热水器系统，其特征在于：包括补气增焓压缩机（1）、四通换向阀（2）、气液分离器（3）、第一氟水板式换热器（4）、回热器（7）、第二氟水板式换热器（8）、经济器（10）、风冷翅片盘管换热器（11）、轴流风机（12）、第一管路（22）、第二管路（23）、第三管路（24）、第四管路（25）、第五管路（26）、第六管路（27）、第七管路（28）、第八管路（29），所述经济器（10）包括进口b、进口c、进口d、出口a、出口e、出口f；所述四通换向阀（2）、第一氟水板式换热器（4）、回热器（7）依次设置在第一管路（22）上，第一管路（22）的一端连接气液分离器（3），所述第二管路（23）和第三管路（24）的一端分别连接第一管路（22）的另一端，第二管路（23）的另一端连接经济器（10）的进口b，第三管路（24）的另一端连接经济器（10）的进口c，所述第四管路（25）的一端连接经济器（10）的进口d，另一端连接经济器（10）的出口f，第二氟水板式换热器（8）设置在第四管路（25）上，第五管路（26）一端连接补气增焓压缩机（1），另一端连接经济器（10）的出口a，补气增焓压缩机（1）位于第六管路（27）上，第六管路（27）一端连接气液分离器（3），另一端连接四通换向阀（2），所述四通换向阀（2）管路连接回热器（7），所述风冷翅片盘管换热器（11）位于第七管路（28）上，第七管路（28）一端连接回热器（7），另一端连接经济器（10）的出口e，所述第八管路（29）一端连接于第四管路（25），另一端连接于风冷翅片盘管换热器（11）与经济器（10）之间的第七管路（28）上；轴流风机（12）位于风冷翅片盘管换热器（11）外侧。

2.根据权利要求1所述的一种补气增焓双源热泵热水器系统，其特征在于：所述第一管路（22）上设置有储液罐（5）和干燥器（6），储液罐（5）和干燥器（6）位于第一氟水板式换热器（4）和回热器（7）之间。

3.根据权利要求1所述的一种补气增焓双源热泵热水器系统，其特征在于：所述第二管路（23）上设置有节流阀（18）。

4.根据权利要求1所述的一种补气增焓双源热泵热水器系统，其特征在于：所述第四管路（25）上设置有第一电子膨胀阀（16）。

5.根据权利要求1所述的一种补气增焓双源热泵热水器系统，其特征在于：所述第五管路（26）上设置有第一旁通阀（19）。

6.根据权利要求1所述的一种补气增焓双源热泵热水器系统，其特征在于：所述第七管路（28）上设置有第二旁通阀（21），第三电子膨胀阀（20）。

7.根据权利要求1所述的一种补气增焓双源热泵热水器系统，其特征在于：所述第八管路（29）上设置有第二电子膨胀阀（17）。

8.根据权利要求1所述的一种补气增焓双源热泵热水器系统，其特征在于：所述第一氟水板式换热器（4）上设置有第一回路管道，第一回路管道上依次设置有第一水泵（14）和蓄热水箱（13）。

9.根据权利要求1所述的一种补气增焓双源热泵热水器系统，其特征在于：所述第二氟水板式换热器（8）上设置有第二回路管道，第二回路管道上依次设置有第二水泵（15）和光伏光热板（9）。

说明书

一种补气增焓双源热泵热水器系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种新型补气增焓双源热泵热水器系统，属于太阳能、空气源、补气增焓热泵领域。

背景技术

[0002] 目前，太阳能、空气源双源热泵热水器系统存在并联与串联两种连接方式，并联的系统已多见于相关文献，系统较为成熟，然而串联系统的搭建则存在较多的问题，流量分配
的不均匀便是影响其换热性能的一大原因，且传统蒸发器的两相换热中气相的存在严重抑
制了系统的换热系数，而且常规空气源热泵在低温工况存在制热性能下降，压比升高，效能
恶化的问题，而补气增焓技术则可解决这种问题。因而将补气增焓技术与双源热泵热水器
系统结合起来则可解决上述问题。

[0003] 补气增焓补气增焓压缩机是采用两级节流中间喷气技术，采用闪蒸器进行气液分离，实现增焓效果。它通过中低压时边压缩边喷气混合冷却，然后高压时正常压缩，提高补
气增焓压缩机排气量，达到低温环境下提升制热能力的目的。在一般家用空气源热泵空调
器使用过程中，冬季供暖时随着室外环境温度的降低，空调器的供热量有明显的衰减，并且
空调补气增焓压缩机在超低温运行下压缩比将变大，导致排气温度不断升高，长期运行将
对机组构成安全隐患。热泵低温高湿环境运行结霜快，正常工作时间短，除霜会向室内空调
房间吹冷风，舒适性变差。因此提出了补气增焓技术来改善系统在低温下的运行情况。补气
增焓是由补气增焓补气增焓压缩机、补气增焓技术、高效过冷却器组成的新型系统，这三个
技术的组合可提供高效的性能。这是一个有机的整体，即高效的补气增焓补气增焓压缩机、
高效过冷却器及电子膨胀阀形成的经济器、高效换热器共同构成了高效节能的补气系统。
补气增焓技术能够有效地提高系统低温工况下的制热量, 防止补气增焓压缩机排气温度
过高, 保证机组低温工况的运行稳定性。

[0004] 太阳能作为一种清洁有效的能源是国家倡导的新能源利用的重要手段之一，而热泵冬季效率低且需要额外的除霜功耗。所以如果可以把太阳能集热与发电技术与热泵技术
结合，提高热泵冬季效率并使系统稳定，那么既符合现代社会对室内热环境的要求，也是一
种开源节流手段。

[0005] 现有的空调系统对象多集中在封闭式空间，且利用太阳能的空调系统只利用了其光热部分，利用效率低，系统电耗大。

[0006] 因此，将太阳能光伏光热与补气增焓技术引入热泵系统实现恶劣工况下的稳定高效运行，设计出一种新型的补气增焓双源热泵热水器系统成为本领域技术人员迫切需要解
决的技术难题。

发明内容

[0007] 本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种补气增焓双源热泵热水器系统。

[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

[0009] 一种补气增焓双源热泵热水器系统，包括补气增焓压缩机、四通换向阀、气液分离器、第一氟水板式换热器、回热器、第二氟水板式换热器、经济器、风冷翅片盘管换热器、轴
流风机、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路、第六管路、第七管路、第八管
路，所述经济器包括进口b、进口c、进口d、出口a、出口e、出口f；所述四通换向阀、第一氟水
板式换热器、回热器依次设置在第一管路上，第一管路的一端连接气液分离器，所述第二管
路和第三管路的一端分别连接第一管路的另一端，第二管路的另一端连接经济器的进口b，
第三管路的另一端连接经济器的进口c，所述第四管路的一端连接经济器的进口d，另一端
连接经济器的出口f，第二氟水板式换热器设置在第四管路上，第五管路一端连接补气增焓
压缩机，另一端连接经济器的出口a，补气增焓压缩机位于第六管路上，第六管路一端连接
气液分离器，另一端连接四通换向阀，所述四通换向阀管路连接回热器，所述风冷翅片盘管
换热器位于第七管路上，第七管路一端连接回热器，另一端连接经济器的出口e，所述第八
管路一端连接于第四管路，另一端连接于风冷翅片盘管换热器与经济器之间的第七管路
上；轴流风机位于风冷翅片盘管换热器外侧。

[0010] 作为进一步的优选方案，所述第一管路上设置有储液罐和干燥器，储液罐和干燥器位于第一氟水板式换热器和回热器之间。

[0011] 作为进一步的优选方案，所述第二管路上设置有节流阀。

[0012] 作为进一步的优选方案，所述第四管路上设置有第一电子膨胀阀。

[0013] 作为进一步的优选方案，所述第五管路上设置有第一旁通阀。

[0014] 作为进一步的优选方案，所述第七管路上设置有第二旁通阀，第三电子膨胀阀。

[0015] 作为进一步的优选方案，所述第八管路上设置有第二电子膨胀阀。

[0016] 作为进一步的优选方案，所述第一氟水板式换热器上设置有第一回路管道，第一回路管道上依次设置有第一水泵和蓄热水箱。

[0017] 作为进一步的优选方案，所述第二氟水板式换热器上设置有第二回路管道，第一回路管道上依次设置有第二水泵和光伏光热板。

[0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0019] 1.利用光伏光热板，联网解决了系统中动力部件的耗能问题。

[0020] 2.利用经济器，实现了系统的补气增焓，提高了系统的低温适用性。

[0021] 3.利用经济器，提纯了制冷剂中的气相，提高了换热器的换热性能。

[0022] 4.利用补气增焓技术，降低了补气增焓压缩机的功耗。

[0023] 5.利用经济器，使制冷剂过冷，提高了系统的性能系数。

[0024] 6.利用了电子膨胀阀，合理分配了换热器中的制冷剂流量，提高了换热器的换热性能。

[0025] 7.利用回热气，回收了余热同时也提高了系统的性能。

附图说明

[0026] 图1为本发明的系统示意图。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

[0028] 本发明原理在于，系统使用了双蒸发器结构，光伏光热板连接的第二氟水板式换热器8与风冷翅片盘管换热器11，且在两个蒸发器间加入了相当于气液分离器的经济器10，
同时在高压段添加了一个回热器7，使高低压气体相互换热进行热回收，同时使回热器7出
口的制冷剂分为两路，一路经过节流阀18进入经济器，另一路直接进入经济器10冷却后分
为两路分别连接两个换热器，即与光伏光热板9相连的第二氟水板式换热器8与风冷翅片盘
管换热器11。而且第二氟水板式换热器8的出口也与经济器10相连，经节流后的气体与其混
合后气液分离，气相进入补气增焓补气增焓压缩机，液相与经过电子膨胀阀的两相气体混
合后经电子膨胀阀20进入风冷翅片盘管换热器。

[0029] 第一回路管道上，第一氟水板式换热器4，回水侧与第一水泵14相连，然后接入蓄热水箱13的入水口，入水侧接蓄热水箱13的出水口。氟侧一端接四通换向阀2，另一端接储
液罐5。

[0030] 第二回路管道上，第二氟水板式换热器8，入水侧接第二水泵15，然后接光伏光热板9，出水侧接光伏光热板9另一侧。

[0031] 回热器7的高温侧一端接储液器5，一端接节流阀18，低温侧一端接四通换向阀2，另一端接风冷翅片盘管换热器11；制冷剂管路上设有节流阀18用于与经济器d端入口低压
两相气体混合共同提取气相进入补气增焓补气增焓压缩机1中承担中压气体角色；制冷剂
管路上设有回热器7进行高低压气体间换热，提高系统性能系数。

[0032] 经济器10有述经济器的进口有3个分别为b，c，d，出口有3个分别为a，e，f。进口b端接节流阀接回热器7，进口d端接第二氟水板式换热器8，进口c端也接回热器7。出口a端接补
气增焓压缩机补气增焓口1，出口e端接节流阀20接风冷翅片盘管换热器11，出口f端接第一
电子膨胀阀16。

[0033] 第一水泵14、第二水泵15和轴流风机12所需电能由光伏并网中和。

[0034] 蓄热水箱13，制热工况内蓄热水，热水可用于生活亦可用于风机盘管及地暖末端。

[0035] 制冷剂管路上设有第一电子膨胀阀16与第二电子膨胀阀17，用于调节进入第二氟水板式换热器8与风冷翅片盘管换热器11中的制冷剂流量，充分利用换热面积，使系统吸放
热更加充分。

[0036] 节流阀18用于降低冷凝器出口制冷剂的压力，使其进入经济器10中与从第二氟水板式换热器8中的低压气体混合，然后分离气液相，同时提高进入补气增焓补气增焓压缩机
1的气体压力。

[0037] 夏季工况时，补气增焓管路上节流阀18，第一旁通阀19关闭，第一电子膨胀阀16，第二电子膨胀阀17，第二旁通阀21，轴流风机12，第一水泵14，第二水泵15开启，高温高压的
制冷剂蒸汽从补气增焓压缩机出口，经过四通换向阀2后，进入第一氟水板式换热器4将热
量传给蓄热水箱中，而后依次经过储液罐5，干燥器6，回热器7中与从风冷翅片盘管换热器
11出来的低温低压制冷剂蒸汽换热，而后依次经过经济器10，第一电子膨胀阀16节流进入
第二氟水板式换热器8中吸收光伏光热板9中的热量气化，而后与经第二电子膨胀阀17节流
后的两相制冷剂汇合通过第二旁通阀21在风冷翅片盘管换热器11中进一步气化，而后经回
热器7，四通换向阀2，气液分离器3，回到补气增焓压缩机。

[0038] 冬季工况时，补气增焓管路上节流阀18，第一旁通阀19，第一电子膨胀阀16，第二电子膨胀阀17，第三电子膨胀阀20，轴流风机12，第一水泵14，第二水泵15开启，此时高温高
压的制冷剂蒸汽从补气增焓压缩机出口，经过四通换向阀2后，进入第一氟水板式换热器4
将热量传给蓄热水箱中，而后依次经过储液罐5，干燥器6，回热器7中与从风冷翅片盘管换
热器11出来的低温低压制冷剂蒸汽换热，然后一路经节流阀18进入经济器10，一路通过经
济器10过冷，此路之后分为两路，一路经过第一电子膨胀阀16，进入第二氟水板式换热器8，
吸收光伏光热板9中的热量气化后进入经济器10与经过节流阀18的两相工质混合气液分
离，气态通过第一旁通阀19进入补气增焓压缩机实现补气，液态与经过第二电子膨胀阀17
的两相工质混合经第三电子膨胀阀20节流后进入风冷翅片盘管换热器11，而后经过回热气
7，气液分离器3回到补气增焓压缩机1，循环往复。

[0039] 本发明公开的一种新型补气增焓双源热泵热水器系统，利用太阳能提供电能并提供热源，在系统中添加经济器利用补气增焓技术降低系统的输入功，同时使冷凝器出口制
冷剂过冷，利用气液分离技术，使通过氟水板式换热器的两相制冷剂气液分离，提高进入下
一个风冷翅片盘管换热器的制冷剂中液相的成分，进而提高换热器的换热性能。同时经节
流后进入经济器的中压两相制冷剂与进入经济器中的低压两相气体混合提纯，保证了中压
气体的压力，提高了补气增焓补气增焓压缩机的稳定性。利用两个电子膨胀阀控制了进入
低压段的双蒸发器的制冷剂流量，充分利用了换热器的换热面积，提高了系统的低温适应
性

[0040] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发
明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明
的保护范围之内。