前沿拓展：

從熱泵的運(yùn)行原理上來分，可分為蒸汽壓縮式熱泵、吸收式熱泵、半導(dǎo)體熱泵和化學(xué)熱泵等；

從熱水的加熱方式和特征上來分，又可分為分體靜態(tài)加熱式，循環(huán)加熱式和直熱加熱式；

從熱源的來源分，可以分為水源熱泵、土源熱泵、廢水源熱泵、空氣源熱泵、太陽能熱泵；

從熱泵驅(qū)動能源來講，又可分為電動熱泵、燃油或燃?xì)鉄岜谩⒄羝ㄎ帐剑岜玫龋?/span>

從使用方式上來分，可分為即開即熱式和儲熱式。

不同制熱類型的熱泵：

吸收式熱泵：

吸收式熱泵沒有壓縮機(jī)，它是以熱能為動力，利用一些某種溶液對另一種溶液的強(qiáng)烈吸收性，來實現(xiàn)將熱量從蒸發(fā)器轉(zhuǎn)移到冷凝器的。

由于吸收式制冷（熱泵）能夠利用溫度較低的熱量運(yùn)行，所以是利用工業(yè)廢熱等低品位熱能的有效手段。

吸收式熱泵由發(fā)生器、吸收器、節(jié)流閥、冷凝器、蒸發(fā)器、液體閥和溶液泵等部件組成，原理如下圖：

氣體絕熱膨脹制冷：

渦流制冷：

磁制冷：

就是利用磁熱效應(yīng)，又稱磁卡效應(yīng)制冷.

磁熱效應(yīng)是指融制冷工質(zhì)在等溫磁化時向外界放出熱量，而絕熱去磁時溫度降低，從外界吸收熱量的現(xiàn)象.磁制冷技術(shù)中的制冷工質(zhì)是固態(tài)的磁性材料。

如果把這樣兩個絕熱去磁引起的吸熱過程和絕熱磁化引起的放熱過程用一個循環(huán)連接起來，通過外加磁場，有意識地控制磁惰，就可使得磁性材料不斷地從一端吸熱而在另一端放熱，從而達(dá)到制冷的目的。

磁熱效應(yīng)：

利用磁致冷材料的磁熱效應(yīng)(基本原理是磁性材料的磁化放熱和退磁吸熱)。

基于材料的磁熱效應(yīng)和一定的熱力流程可以構(gòu)成磁制冷循環(huán)。

半導(dǎo)體制冷（熱泵）：

半導(dǎo)體制冷（熱泵），又稱熱電制冷（制熱），不同的半導(dǎo)體聯(lián)結(jié)成的回路，在其兩端施加電壓時，不同的半導(dǎo)體之間將有電流并伴隨著熱運(yùn)動現(xiàn)象，利用這種現(xiàn)象而制成的裝置稱為半導(dǎo)體制冷（熱泵）裝置；

P、N型半導(dǎo)體用于制冷的結(jié)構(gòu)原理：

半導(dǎo)體制冷（熱泵）效率的高低在很大程度上取決于熱電堆冷熱端的溫差，在冷熱端溫差很小的情況下，半導(dǎo)體熱泵的效率還是相當(dāng)高的。

蒸汽壓縮制冷原理：

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蒸汽壓縮式熱泵熱水器，不管是哪一種類型，它的主機(jī)都是由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器四大部件組成；

為了更好的保證熱泵系統(tǒng)的正常工作，熱泵系統(tǒng)還必須設(shè)置氣液分離器、高低壓保護(hù)器、超溫保護(hù)器、自動控制器、機(jī)械式泄壓閥、四通閥、電磁閥、單向閥、曲軸箱加熱帶、儲液器等大量零部件。

采用地下水的水源熱泵示意圖：

土源熱泵系統(tǒng)原理：

是以土壤為熱源的熱泵裝置，它將土壤換熱器埋入地下，通過載熱劑將大地深處的熱量帶出，通過熱泵提升溫度后供采暖和生活熱水所用，土壤源熱泵避開了地下水源熱泵的回灌問題，同時也避免了地下水的腐蝕、結(jié)垢等一系列麻煩，無污染，系統(tǒng)潔凈，是土壤源熱泵的最大優(yōu)勢。

但是它的應(yīng)用也有如下問題：由于土壤的導(dǎo)熱性能極差，使土壤源熱泵的冷端向土壤取熱十分困難。

太陽能熱泵：

太陽能熱泵熱水器，是通過直接利用太陽輻射能和環(huán)境空氣為熱源的熱泵機(jī)組，它有兩種型式：即集熱板直接作為蒸發(fā)器的“直接膨脹式”，和以太陽能集熱板吸收的熱量通過一個換熱器進(jìn)行蒸發(fā)的“間接膨脹式”。熱泵用的太陽能集熱器，也可以分為帶有透光板和保溫措施的普通平板集熱器和僅有金屬板芯的集熱器，這種集熱器和空氣直接接觸，雖然在有陽光時增加了散熱損失，但是也具備了在陰雨天的工作能力。

空氣源熱泵熱水裝置和主要部件：

根據(jù)壓縮的原理，壓縮機(jī)大致分為容積式壓縮機(jī)和速度式壓縮機(jī)兩大類；

根據(jù)壓縮機(jī)的密封結(jié)構(gòu)分類：壓縮機(jī)可以分為開啟式壓縮機(jī)、半封閉式壓縮機(jī)和全封閉式壓縮機(jī)三大類；

雙、單滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)：

在當(dāng)前的小型家用熱泵熱水器系列產(chǎn)品中，占有最主要的地位，絕大多數(shù)家用熱泵熱水器都采用這種型式的壓縮機(jī)。

滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)量大，價格低，在動平衡上，較活塞式表現(xiàn)更好；雙轉(zhuǎn)子運(yùn)行更好；

不利的是，壓縮機(jī)殼體是高壓腔，對電機(jī)繞組運(yùn)行不利，也對潤滑不利 。

渦旋式壓縮機(jī)：

渦旋壓縮機(jī)的定盤和動盤：

由于渦旋式壓縮機(jī)中，其渦旋有若干層（例如三層），因此，在其旋轉(zhuǎn)過程中，吸氣、壓縮和排氣等過程是同時在不同層的壓縮室內(nèi)進(jìn)行的，一個壓縮室的形成到完成排氣，要經(jīng)過若干周才能夠完成，在外部的壓縮室，曲軸每旋轉(zhuǎn)一周就完成一個吸氣過程，而接近中心部位的壓縮室則不斷進(jìn)行排氣過程，壓縮室和相鄰壓縮室的壓力差更小，故扭矩均衡，運(yùn)轉(zhuǎn)平和，內(nèi)部泄露小，容積效率高。工作也更加可靠。

渦旋式壓縮機(jī)殼體為低壓腔。

電動機(jī)主要部件的功能：鐵芯，包括定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心，用以構(gòu)成電動機(jī)的磁路；

定子繞組分為工作繞組和啟動繞組，為防止每圈（匝）之間短路，采用高強(qiáng)度聚脂漆包線繞制，分別為電動機(jī)提供工作力矩和啟動力矩；

啟動電容為電機(jī)啟動使使交流電相位偏移，和啟動繞組一起為電機(jī)轉(zhuǎn)子提供啟動力矩；

電機(jī)端蓋和軸承起到支撐轉(zhuǎn)子正常運(yùn)轉(zhuǎn)的作用；

轉(zhuǎn)子接受旋轉(zhuǎn)磁場的力并對外輸出功；

機(jī)座則整個電動機(jī)提供定位、圍護(hù)以及散熱。

蒸發(fā)器和冷凝器：

空氣源熱泵熱水器，是以空氣為熱源來實現(xiàn)“加熱”水的目的的，直接完成從空氣中吸取熱量的器件，就是蒸發(fā)器；

空氣源熱泵熱水器的蒸發(fā)器，全部采用管翅式結(jié)構(gòu)，更具體一點，是銅管鋁翅片式，也有教科書稱其為“翅片管式換熱器”，或“肋片管式換熱器”。

在蒸發(fā)器的管內(nèi)進(jìn)行的是氟利昂的沸騰吸熱過程，由于空氣側(cè)的換熱系數(shù)較低，為了增加換熱能力，在不增加傳熱溫差ΔT的前提條件下，唯有加強(qiáng)換熱系數(shù)和增大換熱面積。

風(fēng)冷蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖：

與空調(diào)器室外機(jī)的翅片管式冷凝換熱器不同的是，熱泵熱水器的蒸發(fā)器由于經(jīng)常處于濕潤的狀態(tài)，為提高外表面的換熱系數(shù)，有利于冷凝水的流動，消除翅片間的“水橋”現(xiàn)象，蒸發(fā)器的鋁翅片采用“親水鋁箔”。

用以增加空氣的擾動的“氣窗”：

為了減少蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的流動阻力，減少流動損失，一般蒸發(fā)器會分若干路并聯(lián)進(jìn)入蒸發(fā)器，如上圖，制冷劑由分液頭分為四路進(jìn)入蒸發(fā)器，為保證各路制冷劑的盡量流量相同，分液頭之后的銅管要等長、等距、等徑、同程。

蒸發(fā)器的多種形態(tài)：

電機(jī)和風(fēng)葉：

風(fēng)機(jī)朝向可以向上及向側(cè)面：

熱泵冷凝器的種類和特點：

可分為三個大類：

即對全部容積的水直接進(jìn)行加熱的容積式冷凝器（靜態(tài)加熱方式）；

以對全部的水進(jìn)行循環(huán)加熱的循環(huán)加熱式冷凝器（動態(tài)加熱方式）；

和一次性將水的溫度加熱到設(shè)定溫度，再輸送至保溫水箱的直熱式冷凝器。

靜態(tài)加熱冷凝器的兩種布置方法：

循環(huán)加熱式套管冷凝器：

套管廣泛應(yīng)用于熱泵熱水器；

優(yōu)點是效率高，無運(yùn)行死區(qū)，抗垢和抗凍能力強(qiáng)，可長程逆流式的高效換熱器；多束管基本停用；缺點是占空間大。

螺旋管式套管換熱器成品和螺旋管及實物剖圖：

各種異型銅管：

小型化的殼管式換熱器：

將銅肋管盤成螺圈置于鋼管內(nèi)的管-管換熱器，水在銅管內(nèi)流通，制冷劑在鋼管內(nèi)流動，鋼管起一定的儲液器作用。占用空間小，但是弱逆程換熱，不利于高溫制熱。

板式換熱器：

由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成，各板片之間形成薄而狹窄的通道，相鄰的兩片之間進(jìn)行熱量交換。它與常規(guī)的管殼式換熱器相比，在相同的流動阻力和泵功率消耗情況下，其傳熱系數(shù)要高。

板式換熱器的單片形狀：

板式換熱器流體的流動路線：

裝配型板式換熱器可以制造的很大，因此換熱量也大，廣泛應(yīng)用于船舶、冶金、食品、機(jī)械、石油化工、生活區(qū)集中供熱、空調(diào)等。

也可作為泳池、水產(chǎn)養(yǎng)殖等用途的二次換熱裝置。

管殼式換熱器：

主要用于大型制冷（熱泵）機(jī)組：

節(jié)流裝置：毛細(xì)管和膨脹閥

節(jié)流裝置是制冷和熱泵系統(tǒng)不可缺少的四大部件之一，起著節(jié)制制冷劑流量，建立系統(tǒng)高低壓力差的重要作用；

節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)可以極其簡單，如毛細(xì)管，也可以相對復(fù)雜，如熱力膨脹閥、電子膨脹閥和膨脹機(jī)等。

一般小型熱泵系統(tǒng)，采用毛細(xì)管；較大型的機(jī)組采用熱力膨脹閥、電子膨脹閥。

節(jié)流閥的調(diào)整：

過熱度，空調(diào)術(shù)語，是將干飽和蒸汽繼續(xù)定壓加熱，蒸汽溫度就要上升，而超過飽和溫度，其超過的溫度就叫過熱度。

過熱度（superheat）這個術(shù)語，用于熱力膨脹閥是指低壓側(cè)和感溫包內(nèi)蒸氣之間的溫度差。通常將系統(tǒng)調(diào)節(jié)在5-8℃）過熱度下工作。

過熱度對于膨脹閥的正常工作起著舉足輕重的作用。吸氣如果完全無過熱度，就有可能發(fā)生液擊，引起濕沖程液擊損壞壓縮機(jī)。

為了避免此種現(xiàn)象，需要一定的吸氣過熱度，以保證只有干蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)(因冷媒性質(zhì)決定，過熱度的存在表示液態(tài)冷媒的完全蒸發(fā)）。

但是，過熱度偏高會引起壓縮機(jī)排氣溫度（排氣過熱度）升高，壓縮機(jī)運(yùn)行工況惡化壽命降低。所以，吸氣過熱度應(yīng)該控制在5℃-8℃范圍。

毛細(xì)管：

毛細(xì)管，是一根長度在0.5-5米不等，內(nèi)經(jīng)0.5mm-3mm的細(xì)銅管，結(jié)構(gòu)十分簡單，工作可靠，成本低廉，本身沒有運(yùn)動和密封部件，焊接在冷凝器和蒸發(fā)器之間，一般不會出現(xiàn)泄漏等故障，毛細(xì)管具有一定程度的自動調(diào)節(jié)制冷劑流量的功能，當(dāng)壓力差增大時能夠增大制冷劑流量，使系統(tǒng)得到一定程度的平衡；

熱力膨脹閥：

熱力膨脹閥：熱力膨脹閥，又稱為感溫調(diào)節(jié)閥或者自動調(diào)節(jié)閥，它可以根據(jù)流出蒸發(fā)器的制冷劑溫度來調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量，熱力膨脹閥，按其流量調(diào)節(jié)類型的不同分為內(nèi)平衡式膨脹閥和外平衡式膨脹閥兩種。

膨脹閥在系統(tǒng)中的安裝方法：

電子膨脹閥：

電子膨脹閥，是利用電信號直接控制膨脹閥上的電流或電壓來改變針閥運(yùn)動的節(jié)流裝置，反應(yīng)靈敏準(zhǔn)確，流量控制范圍大，可以預(yù)定程序，依照系統(tǒng)實際工作時的蒸發(fā)器信號進(jìn)行控制；

按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的型式不同分為電磁式和電動式兩類。

熱泵熱水器系統(tǒng)多采用電動式。

電動式電子膨脹閥結(jié)構(gòu)示意圖：

電子膨脹閥的開度可在0-100%的范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，從全閉到全開狀態(tài)可在極短時間內(nèi)完成，反應(yīng)和動作速度快，開閉特性和速度均可在控制程序中設(shè)定。在結(jié)霜程度不很嚴(yán)重的地區(qū)，還可以以電子膨脹閥全開的方式進(jìn)行旁通除霜。

熱泵熱水器使用的電子膨脹閥，一般由吸氣過熱度控制，由壓力傳感器和溫度傳感器提供信號，控制器執(zhí)行調(diào)節(jié)動作；工作時，壓力傳感器將蒸發(fā)器出口壓力信號、溫度傳感器將壓縮機(jī)吸氣溫度信號傳給控制器，控制器將信號處理后，輸出電脈沖作用于電子膨脹的步進(jìn)電機(jī)，將閥調(diào)節(jié)到所需要的位置。

電子膨脹閥可通過事先預(yù)制的程序，在各個工況下精確的控制節(jié)流狀態(tài)，提高系統(tǒng)的能效比和可靠性。 對于熱泵熱水器這樣工作溫度范圍寬廣的裝置，應(yīng)該考慮采用電子膨脹閥，在選配時應(yīng)對各個工況做充分的匹配實驗。

四通閥：四通閥是熱泵熱水器系統(tǒng)除霜時，用以改變制冷劑流動方向的器件。

空氣源熱泵熱水器，有很多種除霜方式，例如旁通除霜、電熱除霜、熱水除霜等，但是四通閥反沖除霜是最主要的方法；

在熱泵熱水器正常制熱時，四通閥線圈不通電，其裝配方向，恰與空調(diào)相反。

四通閥是空氣源熱泵熱水器在寒冷季節(jié)進(jìn)行除霜的重要部件；

但是采用其他方式如旁通除霜、電融霜和自然除霜的機(jī)組上，可以不設(shè)置四通閥。

采用直熱加熱方式的空氣源熱泵裝置，如果未設(shè)置循環(huán)加熱水泵，由于沒有辦法向冷凝器提供熱源，也無法采用四通閥，可采用旁通方式除霜。

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拓展知識：