一种空气源热泵高温热水供应系统的制作方法

该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。

1.本发明属于高温热泵领域，用于工业生产过程中的高温热水供应，尤其涉及一种空气源热泵高温热水供应系统。


背景技术：

2.在国家新能源和双碳战略大背景下，热泵产业有着广阔的发展前景，发展电动热泵对于能源革命有着重大意义，热泵在低碳发展战略下将发挥不容忽视的作用。工业生产过程中，用热温度一般在60～150℃，相比于生活用热所需温度(60℃以下)更高，市场上现有高温热泵产品为提升能效，多采用多级压缩、复叠、补气增焓或超临界co2制热方式，供应热水温度低于90℃且工作压力或压比高，高温热泵对压缩机的性能提出了更高要求。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术中的缺陷，本实用新型实施例提供了一种空气源热泵高温热水供应系统，以解决高温热泵能效低、压缩机所需压比及工作压力高、供应热水温度不能达100℃的问题，实现60℃～100℃可调中高温热水供应。本专利在热泵用压缩机常规压比下，即可实现60℃-100℃可调中高温热水供应。本专利特点：系统在多种模式工作下压比恒定，压缩机压比不高且为单级压缩，市场上通用压缩机即可满足需求；水加热过程采用梯级升温方式，系统能效高；可制备60℃-100℃可调中高温热水，满足工业用热水温度需求。
4.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种空气源热泵高温热水供应系统，包括制冷剂流路和水流路；
5.所述制冷剂流路包括制冷剂主路和制冷剂支路；所述制冷剂主路包括多个第一制冷剂管将压缩机、蒸汽冷却器、冷凝器、再冷器、节流阀、蒸发器、回热器依次连接并形成循环回路；所述制冷剂支路包括多个第二制冷剂管和制冷剂截止阀，多个所述第二制冷剂管将所述回热器与所述冷凝器并联设置，所述制冷剂截止阀位于所述制冷剂支路的入口端；所述制冷剂截止阀用于在保温状态或补水状态下控制所述制冷剂支路呈闭合状态，在热水供应状态下控制所述制冷剂支路呈通路状态；
6.所述水流路包括水流主路、水流支路、进水路和出水路；所述水流主路包括多个第一水管将水箱、水泵、冷凝器、蒸汽冷却器依次连接；所述水流支路至少包括用于使水从所述蒸汽冷却器回流至所述水箱的第二水管，用于使水从所述冷凝器回流至所述水箱的第三水管，及位于所述第三水管和所述第二水管连接处的三通换向阀；所述三通换向阀用于在保温状态或补水状态下控制所述第二水管呈通路状态，所述第三水管呈闭合状态，在热水供应状态下控制所述第二水管呈闭合状态，所述第三水管呈通路状态。
7.进一步优选地，所述出水路包括与所述水流主路相连并接收从所述蒸汽冷却器流出的水的第四水管，与所述水箱相连并接收从所述水箱流出的水的第五水管，所述第四水管与所述第五水管共同连接至主出水管，所述第四水管、第五水管和主出水管的连接处设有调节阀。
8.优选地，所述进水路包括用于水流入所述再冷器的第六水管，所述第六水管上设有截止阀，用于水从所述再冷器流入所述水流主路的第七水管，且所述第七水管与所述水流主路的连接处位于所述水泵与所述水箱间，使从所述第七水管中流出的水和所述水箱中流出的水能汇合后进入所述水泵。
9.进一步优选地，所述第七水管上设有止回阀。
10.其中，在保温状态时：所述制冷剂截止阀控制所述制冷剂支路呈闭合状态，使制冷剂流经所述压缩机、蒸汽冷却器、冷凝器、再冷器、节流阀、蒸发器、回热器，再流回至所述压缩机；所述三通换向阀切换至所述第二水管呈通路状态，所述第三水管呈闭合状态，所述截止阀、所述调节阀呈关闭状态，使所述水箱中的水在所述水泵的驱动下流经所述冷凝器、蒸汽冷却器后流回至所述水箱；
11.在补水状态时：所述制冷剂截止阀控制所述制冷剂支路呈闭合状态，使制冷剂流经所述压缩机、蒸汽冷却器、冷凝器、再冷器、节流阀、蒸发器、回热器，再流回至所述压缩机；所述三通换向阀切换至所述第二水管呈通路状态，所述第三水管呈闭合状态，所述调节阀呈关闭状态，所述截止阀呈打开状态，使水从所述第六水管流经所述再冷器、第七水管，预热加温后与从所述水箱中流出的水混合，在所述水泵的驱动下流经所述冷凝器、蒸汽冷却器后流回至所述水箱；
12.在热水供应状态时：所述制冷剂截止阀控制所述制冷剂支路呈通路状态，使制冷剂流经所述压缩机、蒸汽冷却器后分为两路，一路流经所述冷凝器，另一路流经所述回热器，两路汇合后流入所述再冷器、并经所述节流阀、蒸发器、回热器，再流回至所述压缩机；所述三通换向阀切换至所述第二水管呈闭合状态，所述第三水管呈通路状态，所述截止阀、所述调节阀呈打开状态，使水从所述第六水管流经所述再冷器、第七水管，预热加温后与从所述水箱中流出的水混合，在所述水泵的驱动下流经所述冷凝器后分为两路，一路流经所述第三水管流回至所述水箱，另一路流经所述蒸汽冷却器，再通过所述第四水管，并与所述第五水管中的水经调节阀的控制进入所述主出水管流出。
13.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
14.1.本实用新型中制冷剂流路包括制冷剂主路和制冷剂支路，通过制冷剂截止阀在热水供应模式下使制冷剂支路呈通路状态，从而使回热器中低压饱和汽态制冷剂与高温高压两相流制冷剂换热，使得低压汽态制冷剂过热至中温(约60℃)，并在压缩机作用下，升至高压且110℃以上温度，高温汽态制冷剂与中温热水逆流换热后，中温热水能升温至100℃高温，压缩机压比不高且为单级压缩；在保温状态和补水状态下，制冷剂支路呈闭合状态，回热器不参与换热。
15.2.通过三通换向阀控制水流支路中第二水管或第三水管呈通路状态，在保温模式和补水模式下，使第二水管开启，第三水管关闭，保证制冷剂在高压冷凝时有充足的换热面积；在热水供应模式下，第三水管开启，第二水管关闭，旁通部分中温热水，减少流经蒸汽冷却器的水流量，保证热水升温至 100℃高温。
16.3.在热水供应模式下，再冷器将常温水预热，蒸发器将预热后的水加热至中温(约60℃)，蒸汽冷却器将中温(约60℃)热水加热至高温(100℃)，采用梯级升温方式，提高系统能效。
17.4.再冷器在保温模式下不换热，在补水模式和热水供应模式下，再冷器中制冷剂
与常温水逆流换热，使得热水升温的同时，保证制冷剂过冷，增加制冷剂单次循环时在蒸发器低压蒸发的焓差，提高系统能效。
18.5.该系统具有保温模式、补水模式、热水供应模式。在保温模式下，通过蒸发器从外界环境中吸收热量，并通过闭式循环水路，可抵消水箱向外界散失的热量；补水模式可针对用户使用中温(约60℃)热水供应时，向水箱补充水量；热水供应模式可向用户供应中高温(60℃～100℃)热水。
19.6.出水路由第四水管、第五水管共同连接至主出水管，并在第四水管、第五水管和主出水管的连接处设置调节阀，通过调节阀调节第四水管、第五水管中不同温度的水流量，以满足用户对60℃～100℃间不同温度热水的需求。
20.7.在第七水管上设置止回阀，防止从水箱流出的热水通过第七水管倒流。
21.为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本实用新型中空气源热泵高温热水供应系统示意图。
24.以上附图的附图标记：1、压缩机；2、蒸汽冷却器；3、制冷剂截止阀；4、冷凝器；5、再冷器；6、节流阀；7、蒸发器；8、回热器；9、截止阀； 10、止回阀；11、水泵；12、三通换向阀；13、水箱；14、调节阀；101、第一制冷剂管；102、第二制冷剂管；201、第一水管；202、第二水管；203、第三水管；204、第四水管；205、第五水管；206、第六水管；207、第七水管。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.实施例一：参见图1所示，一种空气源热泵高温热水供应系统，包括制冷剂流路和水流路。
27.其中，所述制冷剂流路包括制冷剂主路和制冷剂支路；所述制冷剂主路包括多个第一制冷剂管101将压缩机1、蒸汽冷却器2、冷凝器4、再冷器5、节流阀6、蒸发器7、回热器8依次连接并形成循环回路；所述制冷剂支路包括多个第二制冷剂管102和制冷剂截止阀3，多个所述第二制冷剂管102将所述回热器8与所述冷凝器4并联设置，所述制冷剂截止阀3位于所述制冷剂支路的入口端；所述制冷剂截止阀3用于在保温状态或补水状态下控制所述制冷剂支路呈闭合状态，在热水供应状态下控制所述制冷剂支路呈通路状态。
28.所述水流路包括水流主路、水流支路、进水路和出水路；所述水流主路包括多个第一水管201将水箱13、水泵11、冷凝器4、蒸汽冷却器2依次连接；所述水流支路至少包括用于
使水从所述蒸汽冷却器2回流至所述水箱13 的第二水管202，用于使水从所述冷凝器4回流至所述水箱13的第三水管203，及位于所述第三水管203和所述第二水管202连接处的三通换向阀12；所述三通换向阀12用于在保温状态或补水状态下控制所述第二水管202呈通路状态，所述第三水管203呈闭合状态，在热水供应状态下控制所述第二水管202 呈闭合状态，所述第三水管203呈通路状态。
29.通过制冷剂截止阀3在热水供应模式下使制冷剂支路呈通路状态，从而使回热器8中低压饱和汽态制冷剂与高温高压两相流制冷剂换热，使得低压汽态制冷剂过热至中温(约60℃)，并在压缩机1作用下，升至高压且110℃以上温度，高温汽态制冷剂与中温热水逆流换热后，中温热水能升温至100℃高温，压缩机1压比不高且为单级压缩；在保温状态和补水状态下，制冷剂支路呈闭合状态，回热器8不参与换热。
30.通过三通换向阀12控制水流支路中第二水管202或第三水管203呈通路状态，从而在保温模式和补水模式下，使第二水管202开启，第三水管203 关闭，保证制冷剂在高压冷凝时有充足的换热面积；在热水供应模式下，第三水管203开启，第二水管202关闭，旁通部分中温热水，减少流经蒸汽冷却器2的水流量，保证热水升温至100℃高温。
31.在一个优选地实施方式中，所述出水路包括与所述水流主路相连并接收从所述蒸汽冷却器2流出的水的第四水管204，与所述水箱13相连并接收从所述水箱13流出的水的第五水管205，所述第四水管204与所述第五水管205 共同连接至主出水管，所述第四水管204、第五水管205和主出水管的连接处设有调节阀14。通过调节阀14调节第四水管204、第五水管205中不同温度的水流量，以满足用户对60℃～100℃间不同温度热水的需求，实现热水可调节式供应。
32.在一个可选地实施方式中，所述进水路包括用于水流入所述再冷器5的第六水管206，所述第六水管206上设有截止阀9，用于水从所述再冷器5流入所述水流主路的第七水管207，且所述第七水管207与所述水流主路的连接处位于所述水泵11与所述水箱13间，使从所述第七水管207中流出的水和所述水箱13中流出的水能汇合后进入所述水泵11。
33.在一个优选地实施方式中，所述第七水管207上设有止回阀10。在第七水管207上设置止回阀10，可防止从水箱13流出的热水通过第七水管207倒流。
34.空气源热泵高温热水供应系统通过制冷剂截止阀3、三通换向阀12等的控制，具有保温状态、补水状态及热水供应状态。在保温状态下，通过蒸发器7从外界环境中吸收热量，并通过闭式循环水路，可抵消水箱13向外界散失的热量；在补水状态下，可针对用户使用中温(约60℃)热水供应时，向水箱13补充水量；在热水供应状态下，可向用户供应中高温(60℃～100℃) 热水。
35.在保温状态时：所述制冷剂截止阀3控制所述制冷剂支路呈闭合状态，使制冷剂流经所述压缩机1、蒸汽冷却器2、冷凝器4、再冷器5、节流阀6、蒸发器7、回热器8，再流回至所述压缩机1；所述三通换向阀12切换至所述第二水管202呈通路状态，所述第三水管203呈闭合状态，所述截止阀9、所述调节阀14呈关闭状态，使所述水箱13中的水在所述水泵11的驱动下流经所述冷凝器4、蒸汽冷却器2后流回至所述水箱13。
36.在补水状态时：所述制冷剂截止阀3控制所述制冷剂支路呈闭合状态，使制冷剂流经所述压缩机1、蒸汽冷却器2、冷凝器4、再冷器5、节流阀6、蒸发器7、回热器8，再流回至所述压缩机1；所述三通换向阀12切换至所述第二水管202呈通路状态，所述第三水管203呈闭
合状态，所述调节阀14呈关闭状态，所述截止阀9呈打开状态，使水从所述第六水管206流经所述再冷器5、第七水管207，预热加温后与从所述水箱13中流出的水混合，在所述水泵11的驱动下流经所述冷凝器4、蒸汽冷却器2后流回至所述水箱13。
37.在热水供应状态时：所述制冷剂截止阀3控制所述制冷剂支路呈通路状态，使制冷剂流经所述压缩机1、蒸汽冷却器2后分为两路，一路流经所述冷凝器4，另一路流经所述回热器8，两路汇合后流入所述再冷器5、并经所述节流阀6、蒸发器7、回热器8，再流回至所述压缩机1；所述三通换向阀12 切换至所述第二水管202呈闭合状态，所述第三水管203呈通路状态，所述截止阀9、所述调节阀14呈打开状态，使水从所述第六水管206流经所述再冷器5、第七水管207，预热加温后与从所述水箱13中流出的水混合，在所述水泵11的驱动下流经所述冷凝器4后分为两路，一路流经所述第三水管203 流回至所述水箱13，另一路流经所述蒸汽冷却器2，再通过所述第四水管204，并与所述第五水管205中的水经调节阀14的控制进入所述主出水管流出。
38.在保温状态时，再冷器5不换热；在补水状态和热水供应状态时，再冷器5中制冷剂与常温水逆流换热，使得热水升温的同时，保证制冷剂过冷，增加制冷剂单次循环时在蒸发器7低压蒸发的焓差。且在热水供应状态下，再冷器5将常温水预热，蒸发器7将预热后的水加热至中温(约60℃)，蒸汽冷却器2将中温(约60℃)热水加热至高温(100℃)，采用梯级升温方式，提高系统能效。
39.本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。