[发明专利]用于加热游泳池水的热泵

说明书

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。