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CN101371084B - 用于加热游泳池水的热泵 - Google Patents

用于加热游泳池水的热泵 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热泵。本发明的热泵的主要回路包括压缩机(10)，形成为制冷剂和游泳池水之间换热器的冷凝器(12)，膨胀器(14)和形成为外部环境和制冷剂之间换热器的蒸发器(16)。冷凝器(12)包括两个热交换回路，热泵包括压力传感器(18)，制冷循环切换装置，该装置可将制冷剂切换为仅在一个热交换回路(22)或者在至少两个热交换回路(22)中循环，和根据传感器(18)的信号值控制上述切换装置的部件。本申请应用于加热游泳池水。

Description

用于加热游泳池水的热泵
本发明涉及一种用于加热游泳池水的热泵，以及一种加热游泳池水的方法。
该热泵是一种包含制冷流体主要回路的热力学系统，该回路包括为冷凝器供液的压缩机，冷凝器形成为制冷流体和热源之间的换热器，膨胀器和形成为换热器的蒸发器。换热器与冷源和热源交换热量，其中一个是外部介质，例如大气或者水流。
美国专利文献US5272885描述了一种用作房屋空调的热泵系统。它一方面包括形成热泵的装置，另一方面还包括许多的用户回路。在这个应用中，外部介质是由供水装置构成的。在空气加热模式中，该文献所公开的装置冷却供水装置提供的水，在空气冷却模式中，该装置从空气调节单元内部的空气中汲取热量并加热供水装置的水。
这种装置非常复杂，因为它包括了许多控制系统：每个空调设备的内部控制器，分布控制器和外部控制器。所有的这些控制器进行全开或全闭控制或者渐进式调节(流量调节阀的开度调节，可变容积式压缩机以及膨胀器渐进式调节，流量调节阀附加开口度控制等)。在热泵和每个空调单元中包含了许多传感器。两个阀门可以将辅助换热器接入回路。
这些装置已经描述过，因为它表明房屋的基本空气调节使用热泵会非常复杂，即它会需要许多具有检测、调节、控制等功能的设备，并且这些设备易发生故障，因此这种热泵的安装需要专业技术人员。这种系统应该被改造用于加热水而不是空气调节。
文献GB-2015139以及406137描述了换热设备提供不同换热表面积的状态切换装置。
使用热泵加热游泳池水已经众所周知。该热泵包括一个主要制冷流体回路，如图1所示，该回路包括压缩机10，压缩机10给冷凝器12(形成为制冷流体和待加热游泳池水之间的换热器)供液，一个膨胀器14和一个蒸发器16(形成为外部介质例如外界空气和制冷流体之间的换热器)。
这些换热器的规格尤其是尺寸，以及膨胀装置和压缩机的调节针对某特定工况进行了优化。特别地，该冷凝器允许热泵在保持其最优工况时提供最大功率，该最优工况基于制冷流体回路(制冷流体的压力和温度)角度。
当这种热泵用于加热游泳池水时，某些工作参数具有特定的值。从而，即使游泳池水温度非常低，稍微高于0℃，使用者也希望获得通常位于15和32℃之间的一个温度。另外，该游泳池循环水的流量通常介于5至15立方米每小时之间。
可以设想到，当冷凝器中的循环水流量特别大和/或温度特别低导致的换热量特别大时，制冷流体被冷却到特别低的程度，因此冷凝器中的制冷流体压力非常低。通常由性能系数来定义的热泵的输出也降低了并且热泵也许会显示运行故障甚至热泵损坏。
另一方面，如果由于水流量低或者游泳池水温度高而导致冷凝器中的换热量降低，制冷流体会被加热到一个显著的程度并会引起冷凝器中的压力升高。于是热泵的输出也会降低，干扰了正常的运行，甚至会使热泵损坏。特别地，超过特定的压力后，机器会被一个压力安全检测开关关闭。
考虑到这些实际状况，游泳池热泵通常包括一个位于热泵上游的流体支路以使调节热泵冷凝器(换热器)第二回路中的水流量成为可能，于是热交换保持最优状态，热泵的运行也会令人满意。因此该装置应该包括一个用于改变冷凝器中循环水流量的调节装置。考虑到需调节的水流量，这种调节装置是难于操作并且价格昂贵的。通常它仅仅会被一个单一的不能提供任何调节功能的手动设备替换。
因此，现有热泵存在着一些问题，这些问题至少部分地与美国专利文献US-5272885中列举的复杂、昂贵以及易于出故障等缺点相关联。这些问题在游泳池应用上带来了严重的障碍，因为游泳池的拥有者们一般来说不具备操作热泵的技术知识。
本发明的目的在于解决上述问题，或者至少降低问题的严重性，通过简化用于加热游泳池水的热泵，特别地降低成本和对故障的敏感性。
根据本发明，上述问题的解决是通过改变冷凝器制冷流体热交换回路中的热交换量，而不是通过改变冷凝器中循环的水的流量。这种变化可以通过简单而耐用的设备仅仅在两个值之间实现。
更确切地说，根据本发明，当冷凝器的第二回路入口处的水流量大和水温低时，即当冷凝器的第二回路具有大的吸热能力时，冷凝器的主要回路的换热表面积会自动减少。
反之，当冷凝器入口处的水流量降低和水温高而导致冷凝器具有较小的吸热能力时，冷凝器的制冷流体主要回路的换热表面积会自动增加。
因此，相同的热量基本上可以被传送到冷凝器的第二回路，并且热泵的主要回路可以运行在制冷流体压力/温度的最佳运行模式下。
在实践中这种结果的获得可以通过使用一种主要回路中具有大量热交换回路的冷凝器，这些回路中的一个或者多个被接入循环回路。在该冷凝器中，制冷流体的主要回路始终包括至少一个热交换回路，并且至少一个热交换回路可以通过至少一个开关装置被接入循环回路，其受控于控制装置，控制装置连接的传感器可检测运行参数，例如压缩机和膨胀器之间的制冷流体蒸气压力。
因此，当测得压力升高时，通过接入附加的热交换回路来增大膨胀器的主要回路，当测得的压力降低时执行相反的操作。
更确切地说，本发明涉及一种用于加热游泳池水的热泵，该热泵制冷流体的主要回路包括：压缩机，形成为制冷流体和在第二回路中循环的游泳池水之间的换热器的冷凝器，膨胀器和形成为外部介质和制冷流体间的换热器的蒸发器；根据本发明，冷凝器包括至少两个热交换回路，并且热泵包括用于检测热泵运行参数的传感器，至少一个可将制冷流体切换为仅在一个热交换回路或者在至少两个热交换回路中循环的状态切换装置，和一个根据传感器的信号值控制切换装置的部件。
优选地，至少一个切换装置包括至少一个电磁阀。
优选地，检测热泵运行参数的传感器检测制冷回路的高压部分的制冷流体压力，例如压缩机和冷凝器之间。
在一个实施例中，热泵包括至少两个串联在冷凝器中热交换回路。进一步还可以包括支路，其相对于其中一个热交换回路。
在另一个实施例中，热泵包括至少两个并联在冷凝器中热交换回路。
本发明还涉及一种利用前述热泵加热游泳池水的方法，包括测量热泵的运行参数，比较该参数测定值和阈值，当该参数值超过阈值时，控制在热交换回路的制冷流体循环的切换。
优选地，根据该参数是增加还是减少，这种与阈值的比较包括使用两个不同的阈值，因此控制具有滞后效应。
根据下述典型实施例及相关附图，本发明的其他特征和优点会得以更加清楚的说明，其中：
图1如上所述示出了一种用于加热游泳池水的热泵示意图；
图2和3示出热泵冷凝器主要回路的热交换回路装置的两个实施例；
图4示出了根据本发明的热泵冷凝器示意图；和
图5是图4所示冷凝器拆除部分部件后的透视图。
如图1所示，压缩机10使气态制冷液体压缩至高压状态，该压力可以方便地由传感器18测得。气态制冷流体进入冷凝器12并且在其主要回路部分20中循环。
根据本发明的冷凝器12的主要回路部分20可包括至少两个串联热交换回路22，其中一个可具有一个支路24，支路24通过电磁阀26的开闭来接入或不接入循环回路。当阀26打开时，制冷流体在两个热交换回路22例如两个盘管中依次流通，当阀26给支路24供液时，只有第二个回路22被供液。
图3示出了一个并联设置热交换回路22的方案，除了第一个外，每个热交换回路由相关联的电磁阀28控制接入或者不接入循环回路。
图2所示的串联回路和图3所示的并联回路类似，可以包括大量的热交换回路，即盘管，如图中虚线所示的那样。
此外，将图2和图3中所示的串联和并联的设备结合起来也是可以的。
本发明的重要特征在于通过使用电磁阀26和28，冷凝器12的主要回路20的热交换容量可以变化为许多值以使热泵始终工作在它的最佳运行条件下。
图4示出本发明冷凝器12的一个实施例。在这个实施例中，在水被外部壳体34的端部朝水流出口36再次反转之前，水流穿过入口30到达冷凝器12的相反一端的附近，遇到导向装置32的底部31，使水流反转至入口同侧。
当水流在中央管部和导向装置32之间流通时，水在形成第一个热交换回路22的盘管38的表面上流通。当水流在导向装置32和壳体34的外壁之间流通时，水在形成主要回路的第二个热交换回路22的另一个盘管40的表面上流通。
图4中未示出决定两个盘管38和40串联或者并联的管道或电磁阀的连接关系。
图5示出了图4所示的冷凝器的实际实施例，相同的部件采用相同的附图标记。
虽然已经表明冷凝器的热交换面积的改变受到测量的冷凝器出口压力的影响，但还可以采用其他测量的参数。实际上，通常需要一方面检测压力，另一方面检测主要回路中至少一个位置的制冷流体温度。实际上这两个参数对于获得热泵最佳工作性能是最重要的。因此，该测量参数可以是在热泵领域为了达到这一目的的各种参数的任意组合。

Claims (8)

1.一种用于加热游泳池水的热泵，这种类型的热泵的制冷流体主要回路包括：
-压缩机(10)，
-冷凝器(12)，其形成制冷流体和在第二回路中流通的游泳池水之间的换热器；
-膨胀器(14)，和
-蒸发器(16)，其形成外部介质和制冷流体之间的换热器，
其特征在于冷凝器(12)包括至少两个热交换回路(22)，和
热泵包括用于检测热泵运行参数的传感器(18)，
至少一个切换装置(26，28)，该装置可将制冷流体的循环切换为仅在其中一个热交换回路(22)中循环或者在至少两个热交换回路(22)中循环，和
至少根据来自传感器(18)的信号值来控制切换装置的部件，
其中
冷凝器(12)包括
中央管和导向装置(32)，水流穿过中央管的入口(30)到达冷凝器(12)的相反一端的附近，于此处遇到导向装置(32)的底部(31)，使水流反转至入口同侧，
壳体(34)的外壁，被导向装置(32)反转的水流被外部壳体(34)的端部朝水流出口(36)再次反转，
该两个热交换回路分别由位于中央管和导向装置(32)之间的第一盘管(38)和位于导向装置(32)和壳体(34)的外壁之间的第二盘管(40)形成，使得当水流在中央管和导向装置(32)之间流通时，水在第一盘管(38)的表面上流通，和当水流在导向装置(32)和壳体(34)的外壁之间流通时，水在第二盘管(40)的表面上流通。
2.如权利要求1所述的热泵，其特征在于所述至少一个切换装置包括至少一个电磁阀(26、28)。
3.如权利要求1或2所述的热泵，其特征在于用于检测热泵运行参数的传感器(18)检测制冷回路高压部分的制冷流体压力。
4.如权利要求1-3中任一项权利要求所述的热泵，其特征在于还包括位于冷凝器(12)中的至少两个串联的热交换回路(22)。
5.根据权利要求4所述的热泵，其特征在于还包括一个相对于其中一个热交换回路(22)的支路(24)。
6.如权利要求1-3中任一项权利要求所述的热泵，其特征在于包括位于冷凝器(12)中的至少两个并联的热交换回路(22)。
7.一种利用前述任一项权利要求所述热泵加热游泳池水的方法，其特征在于包括：
测量热泵的运行参数，
比较该参数测量值和阈值，
当该参数值超过阈值时，控制在热交换回路(22)中制冷流体循环的切换。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：根据所述参数值是增加还是减少，与阈值的比较包括使用两个不同的阈值，因此控制具有滞后效应。
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