CN100523650C - 直膨式地源热泵空调热水器 - Google Patents

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Abstract

一种直膨式地源热泵空调热水器，属于中央空调热水设备技术领域。本发明包括压缩机、汽液分离器、四通阀、水箱换热器、电磁阀、室内风机盘管、双向干燥过滤器、膨胀阀组件、地下换热器等部件，主要特点在于溢汽管连通汽液分离器和地下换热器的汽体端头；所述的地下换热器有2至3个环路，环路中设有用于断开其他环路只保留一个环路工作的安装于液体端头的电磁阀和安装于汽体端头的单向阀。本发明可有效调节压缩机吸气压力，使得系统运行调节范围更大，调节效果更好，舒适性更高。

Description

直膨式地源热泵空调热水器
技术领域
本发明涉及一种热泵，尤其是直膨式地源热泵，属于中央空调热水设备技术领域。
背景技术
热泵是一种环保高效节能的采暖、空调与生活热水设备。这种设备从自然能源中吸取热、冷能，提升或降低温度以适应建筑物采暖、生活热水或空调的需求。
地源热泵(Ground Source Heat Pump，或Geothermal Heat Pump)是利用地下浅层的低品质能源(包括蕴藏在地下水、土壤或地表水中的能量等)，通过输入少量电能，对建筑物进行空调、供暖以及供热水的技术。由于地层之下一定深度基本为恒温层，其温度范围明显高于热泵循环的蒸发温度，显著低于热泵循环的冷凝温度，所以可以将地下浅层作为夏季空调的冷源以及冬季供暖和四季供生活热水的热源。
按照地下换热器内的介质种类，地源热泵可以分为直接膨胀式(简称直膨式)地源热泵和传统(或间接式)地源热泵。
传统地源热泵使用中间换热器与地下换热器耦合，地下换热器管内流动的是中间换热工质，通常是水或加有防冻液的水溶液。这种中间换热工质在中间换热器内与热泵循环的制冷剂发生热交换，以提供冷量或热量。
直膨式地源热泵不使用中间换热器和中间换热工质，而是将热泵机组内的制冷剂铜管环路直接埋人地下，与地源(地下水、土壤或地表水)直接进行热交换。与传统地源热泵相比，直膨式地源热泵耗功率低，能效比高，系统简单，安装方便，初投资降低，埋管所需土地面积减少。
目前在直膨式地源热泵系统的设计中，从户式集中采暖、空调和热水供应的角度，设计成多联机式或中央空气处理机式，并且具有单独制热水运行模式的家用设备，未见报道。而且现有技术缺乏有效的压缩机吸气压力调节，造成系统运行调节范围窄，部分负荷时调节效果不好，容易出现保护性停机。
发明内容
本发明根据住宅和商业建筑采暖、空调和供热水的需求，针对直膨式地源热泵技术需要克服的问题，提供一种直膨式地源热泵空调热水器。它是住宅集中采暖、空调和热水供应的一体化设备；可实现制冷(夏季空调)、采暖、制热水运行模式。制冷、采暖运行模式中，同时可以制热水；可有效调节压缩机吸气压力，使得系统运行调节范围更大，调节效果更好，舒适性更高。
本发明的压缩机的进气管通过汽液分离器与四通阀的B端连通，排气管经水箱换热器与四通阀的A端连通；四通阀的C端接管分成两路，一路依次经过第一个电磁阀和室内风机盘管，另一路经过第二个电磁阀，然后合成一路，接第一个双向干燥过滤器；第一个双向干燥过滤器的另一端依次经过膨胀阀组件和第二个双向干燥过滤器)，连通地下换热器的液体端头；地下换热器的汽体端头与四通阀的D端接通；溢汽管连通汽液分离器和地下换热器的汽体端头；所述的地下换热器至少有2个环路，以不多于5个环路为宜。环路中设有用于断开其他环路只保留一个环路工作的安装于液体端头的第三个电磁阀和安装于汽体端头的第一个单向阀。当环路数为2至3个时，制冷运行时只使用位于第一个单向阀下游的一个环路。第三个电磁阀在制冷运行时关闭，在制热运行时打开。制冷剂直接在地下换热器内流动。当单独制热水时，第一个电磁阀关闭，第二个电磁阀打开。制冷、采暖运行时，第二个电磁阀关闭。
溢汽管的重要作用是调节压缩机的吸气压力，使系统的运行范围更大，调节效果更好，舒适性更高。当室内制冷负荷降低，使压缩机吸气压力跌到低压控制值以下时，压缩机将保护性停机。如果这时仍希望压缩机工作，现有技术是从压缩机出口引一回路到压缩机进口，并且在该回路中设置能量调节阀。本发明通过利用制冷运行时制冷剂高温侧换热器(地下换热器)某些环路中多余的汽，通过溢汽管进入压缩机吸气侧，调节压缩机的吸气压力。
所述的室内机的一种型式是多联机式室内机群，包括一个或多个风机-蒸发或冷凝盘管末端装置。室内机也可以是由风机、蒸发或冷凝盘管和金属箱体组成的空气处理机，风机和蒸发或冷凝盘管在金属箱体内，金属箱体有一个回风口，一个送风口，该送风口接室内空气分配管网。
所述的膨胀阀组件可以是具有双向功能的单个膨胀阀，也可以是多个部件的组合。一种组合型式是由两个互为反向的分别服务于制冷和制热模式的通路并联，每个通路由一个单向阀和一个膨胀阀构成。单向阀的作用是使每一个运行模式中，制冷剂只能流过这两个并联通路中的一个。
所述的热水箱密封、耐压、保温。热水箱上设有冷水接口、热水接口、以及水温控制器传感元件接口。可以由温度控制器根据热水箱的水温控制第二个电磁阀和压缩机。
本发明集冬季采暖、夏季空调以及全年生活热水供应等多种功能于一体，结构紧凑，一机多用，设备利用率高；与传统地源热泵相比，耗功率低，能效比高，系统简单，安装方便，初投资降低，埋管所需土地面积减少；可有效调节压缩机吸气压力，使得系统运行调节范围大，调节效果好，舒适性高。
附图说明
图1是一种直膨式地源热泵空调热水器的制冷模式示意图。
图2是一种直膨式地源热泵空调热水器的采暖模式示意图。
图3是一种直膨式地源热泵空调热水器的制热水模式示意图。
图4是一种膨胀阀组件的示意图。
图中标号名称：1.压缩机，2.四通阀，3.水箱换热器，4.热水箱，5A.第一个电磁阀，5B.第二个电磁阀，5C.第三个电磁阀6.室内风机盘管，7A.第一个双向干燥过滤器，7B.第二个双向干燥过滤器，8.膨胀阀组件，9.第一个单向阀，10.地下换热器，11.汽液分离器，12.溢汽管，13.第二个单向阀，14.制热膨胀阀，15.第三个单向阀，16.制冷膨胀阀。
图中粗实线表示的管道为制冷剂蒸汽管道，具有较大的直径；细实线表示的管道为制冷剂液体或两相流管道，直径较小。
具体实施方式
以下结合图1至图3说明本发明的制冷模式(夏季空调，同时制热水)、采暖模式(同时制热水)、以及制热水模式。图1至图3的实施例中，地下换热器10采用三个环路，制冷运行时只使用位于第一个单向阀9下游的一个环路。
(1)制冷模式
结合图1说明。压缩机1启动。四通阀2的A端与D端接通，B端与C端接通。第一个电磁阀5A开，第二个电磁阀5B和第三个电磁阀5C关闭。即当地下换热器10有2至3个环路时，其中制冷运行时只使用一个环路，所以电磁阀5C关闭。
高温高压气体制冷剂经过压缩机1的排气口，进入水箱换热器3。如果水箱换热器3中制冷剂的温度高于热水箱4中的水温，则水被加热。流出水箱换热器3的高温高压制冷剂进入四通阀2的A端，流出四通阀2的D端，经过地下换热器10的汽体端头，进入第一个单向阀9下游的地下换热器环路，放热冷凝成高温高压液体制冷剂，然后依次流经地下换热器10的液体端头和第二个双向干燥过滤器7B，进入膨胀阀组件8，膨胀为低温低压的两相流。该低温低压两相流制冷剂经过第一个双向干燥过滤器7A，进入室内风机盘管6，吸收流经盘管外壁的室内回风的热量，蒸发成低温低压蒸汽，然后依次经过第一个电磁阀5A、四通阀2的C端、四通阀2的B端、汽液分离器11，进入压缩机1的进气口。在压缩机1中，该低温低压制冷剂蒸汽被压缩成高温高压气体制冷剂，完成了一个制冷循环。
该制冷循环不断重复，室内回风不断地流过室内风机盘管6被冷却，维持制冷模式。同时，如果热水箱4中的水温低于水箱换热器3中制冷剂的温度，则热水箱4中的水被加热，制取生活热水。
该实施例制冷运行时，换热器10的三个环路中，有两个没有使用。这两个没有使用的环路中的制冷剂蒸汽通过溢汽管12进入汽液分离器11。
(2)采暖模式
结合图2说明。压缩机1启动。四通阀2的A端与C端接通，B端与D端接通。第一个电磁阀5A和第三个电磁阀5C开，第二个电磁阀5B关闭。
高温高压气体制冷剂经过压缩机1的排气口，进入水箱换热器3。如果水箱换热器3中制冷剂的温度高于热水箱4中的水温，则水被加热。流出水箱换热器3的高温高压制冷剂进入四通阀2的A端，流出四通阀2的C端，经过第一个电磁阀5A，进入室内风机盘管6，放热给流经盘管外壁的室内回风，冷凝成高温高压液体制冷剂，然后流经第一个双向干燥过滤器7A，进入膨胀阀组件8，膨胀为低温低压的两相流。该低温低压两相流制冷剂依次经过第二个双向干燥过滤器7B和地下换热器10的液体端头，进入地下换热器10。在地下换热器10内，液体制冷剂吸收地下热，蒸发成低温低压蒸汽，然后依次流经地下换热器10的汽体端头、四通阀2的D端、四通阀2的B端、汽液分离器11，进入压缩机1的进气口。在压缩机1中，该低温低压制冷剂蒸汽被压缩成高温高压气体制冷剂，完成了一个采暖循环。
该采暖循环不断重复，室内回风不断地流过室内风机盘管6被加热，维持采暖模式。同时，如果热水箱4中的水温低于水箱换热器3中制冷剂的温度，则热水箱4中的水被加热，制取生活热水。
(3)制热水模式
结合图3说明。压缩机1启动。四通阀2的A端与C端接通，B端与D端接通。第一个电磁阀5A关闭。第二个电磁阀5B和第三个电磁阀5C开。
高温高压气体制冷剂经过压缩机1的排气口，进入水箱换热器3，放热给热水箱4中的水，冷凝成高温高压液体制冷剂，然后进入四通阀2的A端，流出四通阀2的C端，经过第二个电磁阀5B和第一个双向干燥过滤器7A，进入膨胀阀组件8，膨胀为低温低压的两相流。该低温低压两相流制冷剂依次经过第二个双向干燥过滤器7B和地下换热器10的液体端头，进入地下换热器10。在地下换热器10内，液体制冷剂吸收地下热，蒸发成低温低压蒸汽，然后依次流经地下换热器10的汽体端头、四通阀2的D端、四通阀2的B端、汽液分离器11，进入压缩机1的进气口。在压缩机1中，该低温低压制冷剂蒸汽被压缩成高温高压气体制冷剂，完成了一个制热循环。
该制热循环不断重复，给热水箱4中的水加热，制取生活热水。
(4)图4说明
制热循环(采暖模式、制热水模式)中，来自第一个双向干燥过滤器7A的制冷剂，依次经过第二个单向阀13和制热膨胀阀14，进入第二个双向干燥过滤器7B。制冷循环中，来自第二个双向干燥过滤器7B的制冷剂，依次经过第三个单向阀15和制冷膨胀阀16，进入第一个双向干燥过滤器7A。

Claims (6)

1、一种直膨式地源热泵空调热水器，其特征在于：压缩机(1)的进气管通过汽液分离器(11)与四通阀(2)的B端连通；压缩机(1)的排气管经水箱换热器(3)与四通阀(2)的A端连通；四通阀(2)的C端接管分成两路，一路依次经过第一个电磁阀(5A)和室内风机盘管(6)，另一路经过第二个电磁阀(5B)，然后合成一路，接第一个双向干燥过滤器(7A)；第一个双向干燥过滤器(7A)的另一端依次经过膨胀阀组件(8)和第二个双向干燥过滤器(7B)，连通地下换热器(10)的液体端头；地下换热器(10)的汽体端头与四通阀(2)的D端接通；溢汽管(12)连通汽液分离器(11)和地下换热器(10)的汽体端头；所述的地下换热器(10)有2至3个环路，环路中设有用于断开其他环路只保留一个环路工作的安装于液体端头的第三个电磁阀(5C)和安装于汽体端头的第一个单向阀(9)。
2、根据权力要求1所述的一种直膨式地源热泵空调热水器，其特征在于：所述的室内风机盘管(6)是多联机式室内机群。
3、根据权力要求1所述的一种直膨式地源热泵空调热水器，其特征在于：所述的室内风机盘管(6)是由风机、蒸发或冷凝盘管和金属箱体组成的空气处理机；风机和蒸发或冷凝盘管在金属箱体内；该金属箱体有一个回风口，一个送风口；该送风口接室内空气分配管网。
4、根据权力要求1所述的一种直膨式地源热泵空调热水器，其特征在于：所述的膨胀器组件(8)是具有双向功能的单个膨胀阀。
5、根据权力要求1所述的一种直膨式地源热泵空调热水器，其特征在于：所述的膨胀器组件(8)是膨胀阀和单向阀的某种组合。
6、根据权力要求5所述的一种直膨式地源热泵空调热水器，其特征在于：所述的膨胀器组件(8)的一种组合型式是由两个互为反向的分别服务于制冷和制热模式的通路并联，每个通路由一个单向阀和一个膨胀阀构成。
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