專(zhuān)利名稱(chēng)：一種熱泵熱水機(jī)和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱泵熱水機(jī)及其控制方法，特別涉及一種帶蓄冷結(jié)構(gòu)的熱泵熱水才幾和控制方法。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上，銷(xiāo)售的空氣源熱泵熱水才幾和帶空調(diào)才幾功能的熱泵熱水機(jī)功能單一，需要在同一時(shí)段多種功能一起使用才體現(xiàn)節(jié)能的作用，不能將熱泵循環(huán)所產(chǎn)生的能量完全利用。帶蓄冷結(jié)構(gòu)的熱泵熱水機(jī)可以最大限度的利用這些能量，把它通熱水和冷凍水的形式，在人們的曰常生活中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種熱泵熱水機(jī)和控制方法，可以高效節(jié)能的利用資源、環(huán)保無(wú)污染。
本發(fā)明的熱泵熱水機(jī)，包括順序連接且構(gòu)成回路的壓縮機(jī)、套管式換熱器、室外蒸發(fā)器，還包括用于將液態(tài)制冷劑變?yōu)闅鈶B(tài)的蓄冷換熱器，
蓄冷換熱器與室外蒸發(fā)器并聯(lián)在回^^中；蓄冷換熱器為內(nèi)外兩層桶體結(jié)構(gòu)，內(nèi)外兩層桶體結(jié)構(gòu)中間設(shè)置有保溫材料。
上述技術(shù)方案中，在內(nèi)層桶體結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有與熱泵熱水機(jī)連通的蒸發(fā)盤(pán)管，蒸發(fā)盤(pán)管內(nèi)流有液態(tài)制冷劑，蒸發(fā)盤(pán)管具體為銅管，蒸發(fā)盤(pán)管呈不規(guī)則排列。
上述技術(shù)方案中，內(nèi)層桶體結(jié)構(gòu)內(nèi)、蒸發(fā)盤(pán)管外部加有蓄冷劑，蓄冷劑由水和冰點(diǎn)調(diào)節(jié)劑構(gòu)成，冰點(diǎn)調(diào)節(jié)劑包括乙二醇、乙醇、氯化鈉。上述技術(shù)方案中，保溫材料為硬質(zhì)PU發(fā)泡保溫材料；放熱換熱器為
套管式換熱器或釬焊板式換熱器。
上述技術(shù)方案中，還包括智能模糊控制程序，所述智能模糊控制程序通過(guò)采集水箱、室外環(huán)境和蓄冷換熱器的溫度，自動(dòng)判別熱泵熱水機(jī)是否進(jìn)入正常制熱水和蓄冷制熱水狀態(tài)。
本發(fā)明的熱泵熱水機(jī)的控制方法，包括以下步驟對(duì)水箱、室外環(huán)
境和蓄冷換熱器的溫度進(jìn)行采樣；如果水箱溫度大于設(shè)定溫度，則關(guān)閉
所有輸出，繼續(xù)對(duì)水箱、室外環(huán)境和蓄冷換熱器的溫度進(jìn)行采樣；否則，放熱換熱器開(kāi)始工作。
上述技術(shù)方案中，在放熱換熱器開(kāi)始工作的情況下如果蓄冷換熱器溫度小于設(shè)定溫度，則室外蒸發(fā)器開(kāi)始工作，蓄冷換熱器結(jié)束工作；否則，蓄冷換熱器開(kāi)始工作。
本發(fā)明的熱泵熱水機(jī)，提高資源的利用效率、環(huán)保無(wú)污染，采用冰蓄冷方式，冰凍水溫度可降至2~5°C，能實(shí)現(xiàn)低溫送風(fēng)，減少空調(diào)末端用電功率和設(shè)備費(fèi)用；可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能，可實(shí)現(xiàn)制冰、融冰、制冷、融水制冷及制熱五種運(yùn)行模式，滿(mǎn)足各種負(fù)荷需求。


圖l是本發(fā)明熱泵熱水機(jī)工作流程圖2是本發(fā)明蓄冷換熱器結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明蓄冷換熱器運(yùn)行示意圖4是本發(fā)明蓄冷換熱器原始狀態(tài)俯視圖5是本發(fā)明蓄冷換熱器蓄冷結(jié)冰狀態(tài)俯視圖6是本發(fā)明蓄冷換熱器控制流程圖。
結(jié)合附圖在其上標(biāo)記以下附圖標(biāo)記1-壓縮機(jī)，2-四通換向閥，3-套管式換熱器，4-儲(chǔ)液器，5-電子膨脹閥，6-毛細(xì)管，7-蓄冷換熱器，8-風(fēng)機(jī)盤(pán)管，9-液管電磁閥，10-氣管電磁閥，11-室外蒸發(fā)器，12-氣液分離器，13-第一水泵，14-第二水泵，15-離心風(fēng)機(jī)，16-軸流風(fēng)機(jī)，17-銅管接頭，18-頂端蓋，19-換熱器法蘭，20-蓄冷桶，21-蒸發(fā)盤(pán)管，22-硬質(zhì)PU發(fā)泡隔熱層，23-外桶體，24-進(jìn)出水管接頭，25-蓄冷劑，26-底端蓋，27-溫度水位傳感器，28-固態(tài)冰晶體。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式
的限制。
如圖1所示，本發(fā)明熱泵熱水機(jī)包括順序連接且構(gòu)成回路的的壓縮
機(jī)1、四通換向閥2、套管式換熱器3、儲(chǔ)液器4、電子膨脹閥5、室外蒸發(fā)器11和氣液分離器12，還包括蓄冷換熱器7,蓄冷換熱器7通過(guò)毛細(xì)管6與室外蒸發(fā)器11并聯(lián)，由氣管電f茲閥10和液管電磁閥9分別控制蓄冷換熱器7與室外蒸發(fā)器11與整個(gè)系統(tǒng)的連通，蓄冷換熱器7外還設(shè)有風(fēng)機(jī)盤(pán)管8和離心風(fēng)機(jī)15，用于蓄冷換熱器7的快速蓄冷。其中，
套管式換熱器可以用釬焊板式換熱器替換，兩者產(chǎn)生的技術(shù)效果相同，在本具體實(shí)施方式
中，散熱換熱器以套管式換熱器為例具體說(shuō)明。
蓄冷換熱器7包括銅管接頭17、頂端蓋18、換熱器法蘭19、進(jìn)出水管接頭24和底端蓋26，蓄冷換熱器7為內(nèi)外兩層桶體結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為用不銹鋼材料滾圓焊接而成的不銹鋼蓄冷桶20,外層為用冷軋鋼板制作的外桶體23,中間填硬質(zhì)PU發(fā)泡隔熱層22，硬質(zhì)PU發(fā)泡隔熱層22的材料具體為環(huán)戊烷聚胺酯，其密度為38kg/m 該結(jié)構(gòu)徹底避免了蓄冷劑與外界發(fā)生傳導(dǎo)而導(dǎo)致結(jié)露和能量損失。蓄冷換熱器7采用直膨式蓄冰蒸發(fā)盤(pán)管21,該蒸發(fā)盤(pán)管21具體為銅管，換熱效率高。蒸發(fā)盤(pán)管21設(shè)計(jì)為特殊的不規(guī)則排列方式，銅管內(nèi)為低溫低壓液態(tài)制冷劑，銅管外為蓄冷劑結(jié)冰空間，確保了冰水良好的擾動(dòng)性。在不銹鋼桶體內(nèi)部，蒸發(fā)盤(pán)管外部加入通常由水和冰點(diǎn)調(diào)節(jié)劑制成的蓄冷劑25，其中冰點(diǎn)調(diào)節(jié)劑可以為乙二醇、乙醇或氯化鈉等。 一般地，對(duì)蓄冷劑的要求為比熱大，載冷量大，從而可減小載冷劑的循環(huán)量；粘度低、導(dǎo)熱系數(shù)高；凝固點(diǎn)低且要適宜，因凝固點(diǎn)過(guò)低將導(dǎo)致比熱減小、粘度增大；使用安全，且對(duì)金屬的腐蝕性要小。蓄冷劑的成分18%氯化鉀+5%乙二醇+1°/。重鎘酸鈉+74%水;物理特性冰點(diǎn)溫度-l(TC,比重1. 10g/cm3,比熱0. 64cal/g°C (20°C)，粘度IO. 0cp，沸點(diǎn)147。C左右，閃點(diǎn)120°C，不易燃、不易揮發(fā)，低毒性，無(wú)異味，易溶于水。
由于冰晶的融解潛熱大，使得冰漿具有較高的蓄冷密度，同時(shí)由于說(shuō)
冰晶具有較大的傳熱面積，使其具有較快的供冷速率和較好的溫度調(diào)節(jié)
特性。蓄冷換熱器7的蒸發(fā)盤(pán)管21內(nèi)還設(shè)有溫度水位傳感器27,用于 測(cè)量蒸發(fā)盤(pán)管21內(nèi)制冷劑的液面高度。
本發(fā)明熱泵熱水機(jī)包括正常制熱水和蓄冷制熱水兩種工作狀態(tài)
正常制熱水
從壓縮機(jī)1出來(lái)的高溫高壓的氣態(tài)制冷劑通過(guò)四通換向閥2失電在 套管式換熱器3與水箱內(nèi)的水不斷進(jìn)行循環(huán)換熱制取熱水，水箱內(nèi)的冷 水通過(guò)第一水泵13進(jìn)入套管式換熱器3，經(jīng)過(guò)與氣態(tài)制冷劑進(jìn)行熱交換 后變?yōu)闊崴藭r(shí)的制冷劑已通過(guò)冷凝變成中溫高壓的液體，在儲(chǔ)液器 4內(nèi)使液體和氣體分離，在電子膨脹閥5的節(jié)流作用下變?yōu)榈蜏氐蛪旱?液體，此時(shí)液管電磁閥9得電、氣管電^茲閥IO失電，使室外蒸發(fā)器11 連入系統(tǒng)，在室外蒸發(fā)器11通過(guò)軸流風(fēng)機(jī)16對(duì)空氣的強(qiáng)制對(duì)流熱交換 吸收空氣中的熱能變成低溫低壓的氣體，再回流到壓縮機(jī)，從而完成一 個(gè)正常制熱水的工作循環(huán)。
蓄冷制熱水
從壓縮機(jī)l出來(lái)的高溫高壓的氣態(tài)制冷劑通過(guò)四通換向閥2失電在 套管式換熱器3與水箱內(nèi)的水不斷進(jìn)行循環(huán)換熱制取熱水，水箱內(nèi)的冷 水通過(guò)第一水泵13進(jìn)入套管式換熱器3，經(jīng)過(guò)與氣態(tài)制冷劑進(jìn)行熱交換 后變?yōu)闊崴?，此時(shí)的制冷劑已通過(guò)冷凝變成中溫高壓的液體，在儲(chǔ)液器 4內(nèi)使液體和氣體分離，在電子膨脹閥5的節(jié)流作用下變?yōu)榈蜏氐蛪旱?液體，此時(shí)液管電磁閥9失電、氣管電磁岡IO得電，使蓄冷換熱器7連 入系統(tǒng)，在蓄冷換熱器7通過(guò)蒸發(fā)盤(pán)管內(nèi)制冷劑的熱量吸收將蓄冷換熱 器7內(nèi)的蓄冷劑凝結(jié)成低溫的固態(tài)冰晶體28。制冷劑吸收蓄冷劑內(nèi)的熱 能變成低溫低壓的氣體，再回流到壓縮機(jī)，完成一個(gè)蓄冷制熱水的工作 循環(huán)。
如圖6所示，本發(fā)明熱泵熱水機(jī)的控制流程具體為首先采樣水箱、 室外環(huán)境和蓄冷換熱器7的溫度；如果水箱溫度大于水箱設(shè)定溫度，則 關(guān)閉所有輸出，繼續(xù)對(duì)水箱、室外環(huán)境和蓄冷換熱器7的溫度進(jìn)行采樣； 如果水箱溫度小于等于水箱設(shè)定溫度，則啟動(dòng)第一水泵13,從而套管式 換熱器3開(kāi)始工作。然后判斷室外環(huán)境溫度與設(shè)定溫度的大小，如果室外環(huán)境溫度小于26。C，則開(kāi)動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)16，同時(shí)液管電磁閥9得電，從 而室外蒸發(fā)器11開(kāi)始工作，經(jīng)過(guò)延時(shí)30秒后，氣管電磁閥10失電，蓄 冷換熱器7結(jié)束工作；如果室外環(huán)境溫度大于等于26°C，則同時(shí)判斷蓄 冷換熱器溫度與蓄冷設(shè)定溫度的大小關(guān)系，如果蓄冷換熱器溫度小于蓄 冷設(shè)定溫度，從而液管電磁閥9得電，室外蒸發(fā)器11開(kāi)始工作，延時(shí) 30秒后，蓄冷換熱器7結(jié)束工作；如果蓄冷換熱器溫度大于等于蓄冷設(shè) 定溫度，則啟動(dòng)第二水泵14，氣管電磁閥10得電，液管電磁閥9失電， 蓄冷換熱器7開(kāi)始工作。以上一系列動(dòng)作結(jié)束后，啟動(dòng)壓縮機(jī)1，轉(zhuǎn)入 上述步驟判斷水箱溫度與設(shè)定溫度的大小， 一個(gè)熱泵熱水機(jī)的控制流程 結(jié)束。
通過(guò)逆卡諾循環(huán)原理，利用少量的電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)熱泵循環(huán)，將空 氣中難以利用的低品位熱能轉(zhuǎn)化為可用的高品位熱能，將熱能釋放到冷 水中使其升溫，加熱成我們工作生活所需的熱水。
蓄冷制熱水狀態(tài)性能系數(shù)的計(jì)算公式
s =Q/P= (QoQh)/P 其中s為性能系數(shù) Q為總換熱量 Qc為 蓄冷量 Qh為制熱量 P為機(jī)組運(yùn)行功率
根據(jù)以上公式可以計(jì)算得知本發(fā)明熱泵熱水機(jī)的蓄冷制熱水狀態(tài)性 能系數(shù)較高，表明熱泵熱水機(jī)的蓄冷制熱水效率較高。
本發(fā)明熱泵熱水機(jī)在制取熱水時(shí)，套管式換熱器3制取熱水，蓄冷 換熱器7制取空調(diào)用的冷凍冰，將熱泵循環(huán)所產(chǎn)生的能量完全利用，可 以最大限度的利用這些能量，把它變成熱水和冷凍冰的形式，在人們的 曰常生活中得以應(yīng)用。
本發(fā)明還設(shè)置智能模糊控制程序
智能模糊程序，在一般運(yùn)行狀態(tài)下，采集水箱、室外環(huán)境和蓄冷換 熱器溫度等傳感器的狀態(tài)參數(shù)，自動(dòng)判別熱泵熱水機(jī)是否進(jìn)入制熱水和 蓄冷制熱水狀態(tài)。
根據(jù)機(jī)組自身的運(yùn)行特點(diǎn)和我國(guó)實(shí)際用電的現(xiàn)狀，增加了綠色運(yùn)行 模式，如圖6所示，在一般運(yùn)行狀態(tài)下又增加了綠色運(yùn)行狀態(tài)。在綠色 運(yùn)行狀態(tài)下，才幾組將自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行時(shí)間為22: 00-8: 00，在以上運(yùn)行時(shí) 間內(nèi)可以有效避開(kāi)對(duì)國(guó)家電網(wǎng)用電高峰，減少的電網(wǎng)的負(fù)荷。其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益日益受到重視，它對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和電網(wǎng) 的調(diào)峰節(jié)能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
本發(fā)明熱泵熱水機(jī)具有同時(shí)蓄熱和蓄冷的功用，在夜間用電低谷時(shí) 制熱水和蓄冰，具有移峰填谷、均衡用電負(fù)荷、提高電力建設(shè)投資效益 的優(yōu)點(diǎn)，能夠減少電廠(chǎng)和輸配電設(shè)備的建設(shè)，使用環(huán)保廉價(jià)能源以降低 污染。
以上公開(kāi)的僅為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，但是，本發(fā)明并非局限 于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱泵熱水機(jī)，包括順序連接且構(gòu)成回路的壓縮機(jī)、放熱換熱器、室外蒸發(fā)器，其特征在于，還包括用于將液態(tài)制冷劑變?yōu)闅鈶B(tài)的蓄冷換熱器，所述蓄冷換熱器與室外蒸發(fā)器并聯(lián)在所述回路中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵熱水機(jī)，其特征在于，所述蓄冷換熱 器為內(nèi)外兩層桶體結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)外兩層桶體結(jié)構(gòu)中間設(shè)置有保溫材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱泵熱水機(jī)，其特征在于，在所述內(nèi)層桶 體結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有與所述熱泵熱水機(jī)連通的蒸發(fā)盤(pán)管，所述蒸發(fā)盤(pán)管內(nèi)流有 液態(tài)制冷劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱泵熱水機(jī)，其特征在于，所述蒸發(fā)盤(pán)管 具體為銅管，所述蒸發(fā)盤(pán)管呈不規(guī)則排列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱泵熱水機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)層桶體 結(jié)構(gòu)內(nèi)、蒸發(fā)盤(pán)管外部加有蓄冷劑，所述蓄冷劑由水和冰點(diǎn)調(diào)節(jié)劑構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱泵熱水機(jī)，其特征在于，所述冰點(diǎn)調(diào)節(jié) 劑包括乙二醇、乙醇、氯化鈉。
7 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱泵熱水機(jī)，其特征在于，所述保溫材料 為硬質(zhì)PU發(fā)泡保溫材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵熱水機(jī)，其特征在于，所述放熱換熱 器為套管式換熱器或釬焊板式換熱器。
9. 一種熱泵熱水機(jī)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟 對(duì)水箱、室外環(huán)境和蓄冷換熱器的溫度進(jìn)行采樣； 如果水箱溫度大于設(shè)定溫度，則關(guān)閉所有輸出，繼續(xù)對(duì)所述水箱、室外環(huán)境和蓄冷換熱器的溫度進(jìn)行采樣； 否則，放熱換熱器開(kāi)始工作。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述熱泵熱水機(jī)的控制方法，其特征在于，在 所述;^熱換熱器開(kāi)始工作的情況下如果蓄冷換熱器溫度小于設(shè)定溫度，則室外蒸發(fā)器開(kāi)始工作，蓄冷 換熱器結(jié)束工作；否則，蓄冷換熱器開(kāi)始工作。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種熱泵熱水機(jī)，包括順序連接且構(gòu)成回路的壓縮機(jī)、套管式換熱器、室外蒸發(fā)器，還包括用于將液態(tài)制冷劑變?yōu)闅鈶B(tài)的蓄冷換熱器，蓄冷換熱器與室外蒸發(fā)器并聯(lián)在回路中，蓄冷換熱器為內(nèi)外兩層桶體結(jié)構(gòu)，內(nèi)外兩層桶體結(jié)構(gòu)中間設(shè)置有保溫材料。本發(fā)明的熱泵熱水機(jī)，提高資源的利用效率、環(huán)保無(wú)污染，采用冰蓄冷方式，冰凍水溫度可降至2～5℃，能實(shí)現(xiàn)低溫送風(fēng)，減少空調(diào)末端用電功率和設(shè)備費(fèi)用；可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能，可實(shí)現(xiàn)制冰、融冰、制冷、融冰制冷及制熱五種運(yùn)行模式，滿(mǎn)足各種負(fù)荷需求。
文檔編號(hào)F24H4/02GK101666543SQ20081014652
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月1日
發(fā)明者汪志強(qiáng), 王立明, 鄧軍琦, 陳越增 申請(qǐng)人:寧波惠康實(shí)業(yè)有限公司