CN100478630C - 多热源空调系统 - Google Patents

Abstract

一种多热源空调系统，其具有空气热泵(10)和地下水集热器(1)，集热器(1)通过供水管道(11)和回水管道(12)与第二蒸发器(4)相连，在第二蒸发器(4)中与水侧盘管(14)产生热交换的盘管(18)的出入口分别通过管道(21、21’)与空气热泵(10)的循环回路相连接，设置在空气热泵(10)的循环回路中的二位三通换向阀(9)的三个接口(91、92、93)分别通过管道连接压缩机(5)、置于室外散热/吸热器或凉水塔中的第一蒸发器(2)和第二蒸发器(4)。该系统特别适用于改造现有的空气热泵制热系统。

Description

多热源空调系统

技术领域

本发明涉及一种多热源空调系统，特别是涉及一种包括利用地热能源、空气热源和发电机废热采暖或制冷的空调系统。

背景技术

常用的空气热泵在工作过程中，进行制热时，是以外界空气作为热源，从中提取热量，向室内供暖。通常在外界温度高于4℃时，空气热泵可以从外界提取热量向室内供热。但是，在寒冷地区，在室外温度低于4℃时，空气热泵无法从外界空气中提取热量。因此，当室外温度低于4℃时，无法采用空气热泵向室内供暖。而采用地热能源和内燃发电机的废热可以在冬季或根据需要向不同规模的生活、工作区域供暖。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明在基本不改变原有的空气热泵和室内风盘组的情况下，提供一种多热源空调系统。

本发明多热源空调系统，其中包括空气热泵，所述空气热泵包括置于室外散热/吸热器或凉水塔中的第一蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀通过管道连接形成的循环回路，还包括通过管道和与冷凝器中进入热交换的水侧换热盘管连接的室内风盘组，其中还设有地下水集热器，集热器通过供水管道和回水管道和与第二蒸发器相耦合的放热或吸热盘管相连，所述第二蒸发器的热交换盘管的出入口分别通过管道与所述空气热泵循环回路相连接，设置在所述空气热泵循环回路中的二位三通换向阀的三个接口分别通过管道连接压缩机、第一蒸发器和第二蒸发器，当二位三通换向阀处于第一位置时，使通过管道相连通的第二蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀构成的循环回路进入工作状态；当二位三通换向阀处于第二位置时，使通过管道相连通的第一蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀构成的循环回路进入工作状态。

本发明多热源空调系统，其中在所述空气热泵中，所述第一蒸发器的一个端口连通管道一端，所述连接第一蒸发器的管道的另一端连通膨胀阀的一端，膨胀阀的另一端通过管道连通冷凝器中放热盘管的一个端口，放热盘管的另一个端口通过管道连通压缩机的出口端，压缩机的进口端通过管道连接二位三通换向阀的第一接口，二位三通换向阀的第二接口通过管道连接所述第一蒸发器的第二端口，二位三通换向阀的第三接口通过管道连通所述第二蒸发器中换热盘管的一个端口，换热盘管的另一个端口通过管道连通所述第一蒸发器的第一端口。

本发明多热源空调系统，其中与所述第二蒸发器中换热盘管产生热交换的放热或吸热盘管的进水口连通供水管的一端，供水管的另一端连通地下水集热器中的潜水泵，吸热盘管的出水口连通回水管的一端。

本发明多热源空调系统，其中与冷凝器中放热盘管产生热交换的换热盘管的一个端口通过管道连接水泵的出口，水泵的入口连通室内风盘组的第一端口，风盘组的第二端口通过管道连接冷凝器中换热盘管的另一个端口。

本发明多热源空调系统，其中还包括内燃发电机，内燃发电机的废热气体排出管道连接废热换热器，废热换热器中的吸热盘管连通混合换热器，内燃发电机的废热水排出管道经水泵连通混合换热器，混合换热器连通室内风盘组，在废热换热器中的吸热盘管中通入来自内燃发电机的、流动通过混合换热器的循环水，废热换热器的吸热盘管的进水口连通第一管道的一端，第一管道的另一端连接混合换热器中放热盘管的出水口，第一管道还连通发电机的回水管的一端，回水管的另一端连通发电机的冷却水回水口，废热换热器的吸热盘管的出水口连通第二管道的一端，所述第二管道的另一端连通废热泵的进水口，废热泵的出水口通过管道连通混合换热器中放热盘管的进水口，还设有换热器，所述换热器分别连通混合换热器、室内风盘组和第二蒸发器，换热器中设有吸热盘管和放热盘管，换热器中吸热盘管的进水口连通第三管道的一端，所述第三管道的另一端连通第二蒸发器的供水侧出水口，换热器中吸热盘管的出水口连通第四管道的一端，所述第四管道的另一端连通第二蒸发器的供水侧进水口，在所述第四管道中设有水泵，放热盘管的进水口连通来自风盘组的回水管的一端，回水管的另一端连通水泵的出口，放热盘管的出水口通过第五管道连通混合换热器中吸热盘管的进水口，混合换热器中吸热盘管的出水口通过第六管道连通风盘组的进水口。

本发明多热源空调系统，其中在压缩机和冷凝器之间串联热水器中的加热管。

本发明提供的多热源空调系统特别适用于已有的空气热泵的改造。通过设置地下水集热器，并利用来自内燃发电机的废热与原有的空气热泵相结合，能够在冬季、寒冷地区，向需要的场所提供热能。通过在原有的空气热泵中，压缩机前安装三通换向阀门，使第二蒸发器中氟路侧串接到原空气热泵的氟路中。在冬季，当空气热泵的室外机不能从室外空气中提取热量正常工作时，通过转换二位三通换向阀门与管路的接口，切断空气热泵中氟路的室外部分，接通第二蒸发器的氟路部分，从而利用地下水集热器采集地下热能。通过设置阀门组，也可以利用地下水集热器和原有空气热泵进行制冷操作，阀门组在空调系统中的设置方法，已记载在本申请人申请的多项专利中，如00106206.9号“液-液冷热源装置”，00123494.3号“井式液体冷热源系统”，00123495.1号“地热式液体冷热源系统”中，为避免繁琐，故不赘述。

当通过地下水集热器中的潜水泵向第二蒸发器的水侧提供具有低品位热能的地下水时，第二蒸发器中的氟路中的含氟介质吸收热量蒸发，再经过压缩机压缩升温之后，在冷凝器中释放热量。在冷凝器中水侧管路中的水吸收热量，然后被输送到风盘组中释放热量，从而达到供暖目的。

采暖的另一个热源是内燃发电机的废热，通过设置废热换热器和混合换热器，将内燃发电机中的废热输送到风盘组中释放热量，从而达到取暖目的。

下面通过结合附图进行描述，可以更加清楚、具体地理解本发明的详细内容。

附图说明

图1是本发明提供的多热源空调系统的第一实施例的示意图，其中二位三通换向阀处于第一工作位置；

图2是本发明提供的多热源空调系统的第一实施例的示意图，其中二位三通换向阀处于第二工作位置；

图3是本发明提供的多热源空调系统的第二实施例的示意图；

图4是现有技术中的空气热泵的示意图。

具体实施方式

图4描绘了现有技术中常见的利用空气制冷、制热的空气热泵，其中包括置于室外散热/吸热器或凉水塔中的第一蒸发器2、压缩机5、冷凝器7和膨胀阀6通过管道连接形成的循环回路，和通过管道和与冷凝器7相耦合的水侧管路相连接的水泵50和室内风盘组54形成制冷或制热系统。为了获得热水，可以在压缩机5和冷凝器之间借助管道设置串接的热水器80。

按照图1所示的本发明提供的多热源空调系统的第一实施例，其中描绘了一种设有地下水集热器1的空气热泵10，所述空气热泵10包括安放在室外散热/吸热器或凉水塔内的第一蒸发器2、压缩机5、冷凝器7和膨胀阀6通过管道连接形成的循环回路及通过管道和与冷凝器7相耦合的水侧盘管75连接的室内风盘组54形成的制冷或制热系统。

集热器1通过供水管道11和回水管道12与蒸发器4相连，在蒸发器4中与水侧盘管14耦合的热交换盘管18的出入口分别通过管道21、21’与空气热泵10的循环回路相连接。设置在空气热泵10的制冷或制热回路中的二位三通换向阀9的三个接口91、92、93分别通过管道连接压缩机5、置于室外散热/吸热器或凉水塔中的第一蒸发器2和第二蒸发器4。其中，二位三通换向阀9的第一接口91通过管道8’连接压缩机5的一个端口。二位三通换向阀9的第二接口92通过管道8连接置于室外散热/吸热器或凉水塔中的第一蒸发器2的第二端口2’。二位三通换向阀9的第三接口93通过管道21连通第一蒸发器4中换热盘管18的一个端口19。换热盘管18的另一个端口17通过管道21’连通置于室外散热/吸热器或凉水塔中的第一蒸发器2的第一端口2”。

在所述空气热泵10中，置于室外散热/吸热器或凉水塔中的第一蒸发器2的一个端口2”连通管道16一端，管道16的另一端连通膨胀阀6的一端，膨胀阀6的另一端通过管道16’连通冷凝器7中放热或吸热盘管72的一个端口71，放热或吸热盘管72的另一个端口73通过管道8”、管道86串连热水器80中的加热管的一端。热水器80中的加热管的另一端连通压缩机5的出口端。

与第二蒸发器4中换热盘管18耦合的放热或吸热盘管14的进水口15连通供水管11的一端，供水管11的另一端连通地下水集热器1中的潜水泵3，吸热盘管14的出水口13连通回水管12的一端，回水管12的另一端位于集热器1的竖井内，将使用过的水通过竖井排入地下。

本申请所说的地下水集热器1可以采用本申请在先申请的各种集热器，如00123489.7号“蓄能器”，00123494.3号“井式液体冷热源系统”中的集热器，01116085.3号“竖式地热蓄能空调系统”中的集热器等。

与冷凝器7中放热或吸热盘管72耦合的换热盘管75的一个端口76通过管道57连接水泵50的出口，水泵50的入口连通至少一组风盘组54的第一端口56，风盘组54的第二端口52通过管道连接冷凝器7中换热盘管75的另一个端口74。

在附图1所示的二位三通换向阀9所处的第一位置，执行制热过程时，通过管道和二位三通换向阀9使第二蒸发器4、压缩机5、冷凝器7、膨胀阀6构成的制热系统相连通，从而使该系统进入工作状态。图中，换向阀9涂黑的部分表示关闭的流道。此时，置于室外散热/吸热器或凉水塔中的第一蒸发器2停止工作，集热器1中的潜水泵3启动，开始工作，使地下水进入供水管道11，然后，管道11中的水进入第二蒸发器4中水侧盘管14，向与其耦合的热交换盘管18释放热量，随后，地下水通过回水管道12返回集热器1。在第二蒸发器4中的热交换盘管18中的制热介质，如R134a，通过管道21、二位三通换向阀门9进入压缩机5，经压缩升温后，使热介质进入热水器80的加热管，将热水器80中的水加热，然后，热介质进入冷凝器7中放热盘管72，向与其耦合的吸热盘管75施放热量，从而加热吸热盘管75中的水，在吸热盘管75中被加热的水通过管道进入风盘组54，从而提供需要的热能。通过冷凝器7中放热盘管72后的热介质通过管道进入膨胀阀6，然后进入第二蒸发器4中的热交换盘管18，开始下一次工作循环。

在需要执行制冷过程时，只需在系统中加入二个二位四通阀，使风盘组54与耦合到蒸发器中的管路连通，即可进行夏季制冷。由于阀门组的设置和转换都属于现有技术的内容，对此，可以参考中国实用新型专利CN 2438969Y中公开的，名称为井式液体冷热源装置，和CN 2489251Y中公开的，名称为竖式地热蓄能空调系统。

在附图2所示的本发明提供的多热源空调系统的第一实施例中，当二位三通换向阀9处于第二位置时，通过管道和二位三通换向阀9使置于室外散热/吸热器或凉水塔中的第一蒸发器2、压缩机5、冷凝器7、膨胀阀6构成的制冷或制热系统相连通，从而使该系统进入工作状态。在此工作状态下的工作过程与现有技术中的空气热泵10的制冷或制热工作过程相同。此时，集热器1停止工作，置于室外散热/吸热器或凉水塔中的第一蒸发器2启动，开始工作。通过第一蒸发器2的热介质通过二位三通换向阀9后，进入压缩机5，其后工作过程与前面所述图1中相同部分的工作过程相同。但是，流出膨胀阀6的热介质通过管道进入第一蒸发器2，开始下一次工作循环，从而执行制冷或制热过程。

在附图3所示的本发明提供的多热源空调系统的第二实施例中，还包括内燃发电机20，使内燃发电机20的废热气体排出管道28连接废热换热器22，废热换热器22连通混合换热器24，使内燃发电机20的废热水排出管道31经水泵26连通混合换热器24，由混合换热器24连通至少一组风盘组54，废热换热器22中设有吸热盘管35，在吸热盘管35中通入来自内燃发电机20的、流动通过混合换热器24的循环水，吸热盘管35的进水口36连通第一管道39的一端，第一管道39的另一端连接混合换热器24中放热盘管37的出水口44。第一管道39还连通发电机20的回水管41的一端。回水管41的另一端连通发电机20的冷却水回水口25。吸热盘管35的出水口34连通第二管道33的一端，第二管道33的另一端连通废热泵26的进水口，废热泵26的出水口通过管道连通混合换热器24中放热盘管37的进水口42，还设有换热器60，所述换热器60分别连通混合换热器24、至少一组风盘组54和第二蒸发器4，换热器60中设有吸热盘管67和放热盘管63，吸热盘管67的进水口66连通第三管道78的一端，第三管道78的另一端连通第二蒸发器4的供水侧出水口13，吸热盘管67的出水口68连通第四管道77的一端，第四管道77的另一端连通第二蒸发器4的供水侧进水口15，在第四管道77中设有水泵73，放热盘管63的进水口62连通来自风盘组54的回水管58的一端，回水管58的另一端连通水泵50的另一个端口，放热盘管63的出水口64通过第五管道58’连通混合换热器24中吸热盘管45的进水口46，混合换热器24中吸热盘管45的出水口48通过第六管道49连通风盘组54的进水口52。

在第二实施例中与第一实施例相同的部分可参照图1和2，以及前面所述部分，故不再赘述。

下面参照图3描述本发明的第二实施例的运行过程。

来自内燃发电机20的废热气通过废热气体排出管道28进入废热换热器22，与废热换热器22中的吸热盘管35进行热交换，使吸热盘管35中的介质——水提高温度，从管道33排出。从内燃发电机20中排出的废热水通过排出管道31，使排出管道31和管道33中的热水汇集进入废热泵26，热水经废热泵26后通过管道进入混合换热器24中放热盘管37，向与其耦合的吸热盘管45放热，经放热后的水通过放热盘管37的出水口44，再经第一管道39后，一部分水进入吸热盘管35的进水口36，返回吸热盘管35，进入下一个工作循环。第一管道39中的另一部分水通过连接内燃发电机20的回水管41进入内燃发电机20的冷却水回水口25。在吸热盘管45中被加热的水从出水口48流出，通过第六管道49进入风盘组54的进水口52，从而提供热能。在风盘组54中经过放热后的水温大约在40℃以上，将这些水中的一部分通过管道58送入换热器60，使流动经过换热器60中放热盘管63的水释放余热，加热与放热盘管63耦合的吸热盘管67中的回水，这部分被加热的回水再返回与第二蒸发器4相耦合的水侧盘管14，从而进一步提高本发明提供的多热源空调系统的热效率。

上面所述实施例是对本发明进行说明，并非对本发明进行限定。本发明要求保护的构思和范围，都记载在本发明的权利要求书中。

Claims (7)

1.一种多热源空调系统，其包括空气热泵(10)，所述空气热泵(10)包括置于室外散热/吸热器或凉水塔中的第一蒸发器(2)、压缩机(5)、冷凝器(7)和膨胀阀(6)通过管道连接形成的循环回路，还包括通过管道和与冷凝器(7)中进入热交换的水侧换热盘管(75)连接的室内风盘组(54)，其特征是：还设有地下水集热器(1)，集热器(1)通过供水管道(11)和回水管道(12)和与第二蒸发器(4)中的放热或吸热盘管(14)相连，所述第二蒸发器(4)的热交换盘管(18)的出入口分别通过管道(21、21’)与所述空气热泵(10)循环回路相连接，设置在所述空气热泵(10)循环回路中的二位三通换向阀(9)的三个接口(91、92、93)分别通过管道连接压缩机(5)、第一蒸发器(2)和第二蒸发器(4)，当二位三通换向阀(9)处于第一位置时，使通过管道相连通的第二蒸发器(4)、压缩机(5)、冷凝器(7)、膨胀阀(6)构成的循环回路进入工作状态；当二位三通换向阀(9)处于第二位置时，使通过管道相连通的第一蒸发器(2)、压缩机(5)、冷凝器(7)、膨胀阀(6)构成的循环回路进入工作状态。

2.按照权利要求1所述的多热源空调系统，其特征是：在所述空气热泵(10)中，所述第一蒸发器(2)的一个端口(2”)连通管道(16)一端，所述连接第一蒸发器(2)的管道(16)的另一端连通膨胀阀(6)的一端，膨胀阀(6)的另一端通过管道(16’)连通冷凝器(7)中放热盘管(72)的一个端口(71)，放热盘管(72)的另一个端口(73)通过管道(8”)连通压缩机(5)的出口端，压缩机(5)的进口端通过管道(8’)连接二位三通换向阀(9)的第一接口(91)，二位三通换向阀(9)的第二接口(92)通过管道(8)连接所述第一蒸发器(2)的第二端口(2’)，二位三通换向阀(9)的第三接口(93)通过管道(21)连通所述第二蒸发器(4)中换热盘管(18)的一个端口(19)，换热盘管(18)的另一个端口(17)通过管道(21’)连通所述第一蒸发器(2)的第一端口(2”)。

3.按照权利要求2所述的多热源空调系统，其特征是：与所述第二蒸发器(4)中换热盘管(18)产生热交换的放热或吸热盘管(14)的进水口(15)连通供水管(11)的一端，供水管(11)的另一端连通地下水集热器(1)中的潜水泵(3)，吸热盘管(14)的出水口(13)连通回水管(12)的一端。

4.按照权利要求2所述的多热源空调系统，其特征是：与冷凝器(7)中放热盘管(72)产生热交换的换热盘管(75)的一个端口(76)通过管道(57)连接水泵(50)的出口，水泵(50)的入口连通室内风盘组(54)的第一端口(56)，风盘组(54)的第二端口(52)通过管道连接冷凝器(7)中换热盘管(75)的另一个端口(74)。

5.按照权利要求1或2或3或4所述的多热源空调系统，其特征是：还包括内燃发电机(20)，内燃发电机(20)的废热气体排出管道(28)连接废热换热器(22)，废热换热器(22)中的吸热盘管(35)连通混合换热器(24)，内燃发电机(20)的废热水排出管道(31)经水泵(26)连通混合换热器(24)，混合换热器(24)连通室内风盘组(54)，在废热换热器(22)中的吸热盘管(35)中通入来自内燃发电机(20)的、流动通过混合换热器(24)的循环水，废热换热器(22)的吸热盘管(35)的进水口(36)连通第一管道(39)的一端，所述第一管道(39)的另一端连接混合换热器(24)中放热盘管(37)的出水口(44)，第一管道(39)还连通发电机(20)的回水管(41)的一端，回水管(41)的另一端连通发电机(20)的冷却水回水口(25)，废热换热器(22)的吸热盘管(35)的出水口(34)连通第二管道(33)的一端，所述第二管道(33)的另一端连通废热泵(26)的进水口，废热泵(26)的出水口通过管道连通混合换热器(24)中放热盘管(37)的进水口(42)，还设有换热器(60)，所述换热器(60)分别连通混合换热器(24)、室内风盘组(54)和第二蒸发器(4)，换热器(60)中设有吸热盘管(67)和放热盘管(63)，换热器(60)中吸热盘管(67)的进水口(66)连通第三管道(78)的一端，所述第三管道(78)的另一端连通第二蒸发器(4)的供水侧出水口(13)，换热器(60)中吸热盘管(67)的出水口(68)连通第四管道(77)的一端，所述第四管道(77)的另一端连通第二蒸发器(4)的供水侧进水口(15)，在所述第四管道(77)中设有水泵(73)，放热盘管(63)的进水口(62)连通来自风盘组(54)的回水管(58)的一端，回水管(58)的另一端连通水泵(50)的出口，放热盘管(63)的出水口(64)通过第五管道(58’)连通混合换热器(24)中吸热盘管(45)的进水口(46)，混合换热器(24)中吸热盘管(45)的出水口(48)通过第六管道(49)连通风盘组(54)的进水口(52)。

6.按照权利要求1或2或3或4所述的多热源空调系统，其特征是：在压缩机(5)和冷凝器(7)之间串连热水器(80)中的加热管。

7.按照权利要求5所述的多热源空调系统，其特征是：在压缩机(5)和冷凝器(7)之间串联热水器(80)中的加热管。

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