CN101608845B

CN101608845B - 并联式模块化热泵机组

Info

Publication number: CN101608845B
Application number: CN2009100233744A
Authority: CN
Inventors: 樊越胜; 司鹏飞; 高然; 李安桂
Original assignee: Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2009-07-20
Filing date: 2009-07-20
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2029-07-20
Also published as: CN101608845A

Abstract

一种并联式模块化热泵机组，包括第一干管、第二干管、第三干管以及两端分别与第二干管和第三干管连接的压缩机；在第一干管、第二干管及第三干管上并联有至少两个相同的模块，该模块包括第一换热器、第一单向阀、第一电子膨胀阀、第一四通阀以及第一三通阀；第一单向阀与第一电子膨胀阀并联连接，第一三通阀的三个端口分别连接在第一四通阀的一端、第二干管及第三干管上；第一四通阀的四个端口分别连接在第一干管、第一换热器的一端、第一三通阀的一端和第一单向阀与第一电子膨胀阀的一并联端上；第一换热器的另一端连接在第一单向阀与第一电子膨胀阀的另一并联端。本发明可同时供冷供热，整个系统灵活多用，提高了综合COP，节约了能源。

Description

并联式模块化热泵机组

技术领域

本发明涉及一种热泵机组，尤其涉及一种一机多用的并联式模块化热泵机组。

背景技术

过去人们对热泵机组主要运用的是单蒸发器系统，如图1所示，制冷工作时，压缩机100吸入在蒸发器101内产生的低压低温制冷剂蒸汽，保持蒸发器101内的低压状态，以创造蒸发器101内制冷剂液体在低温下沸腾的条件。压缩机100所吸入的蒸汽经过压缩，压力和温度都升高，以创造制冷剂能在常温下液化的条件。高压高温的制冷剂蒸汽从压缩机100排入冷凝器102后，在压力不变的情况下被冷却介质冷却，放出热量，温度降低，最后凝结成液体从冷凝器102排出。高压制冷剂液体经过膨胀阀103节流降压，导致部分制冷剂液体汽化，吸收汽化潜热，使其本身的温度也相应降低，成为低压低温下的湿蒸汽，进入蒸发器101；而蒸发器101中的制冷剂液体在压力不变的情况下，吸收被冷却介质的热量而汽化，形成的低压低温蒸汽再被压缩机100吸走，如此不断循环。

近年来出现了一些同时供冷供热的热回收系统，如专利号为ZL200610085333.4的实用新型专利所公开的一种双冷凝器机组，包括压缩机、热回收冷凝器、四通阀、冷凝器、膨胀阀、蒸发器，它和传统热泵机组的区别是，其设置有一个热回收冷凝器，热回收冷凝器吸收中间介质的热量加热生活热水。再如专利号为ZL200720053653.1的实用新型专利所公开的一种双冷凝器的空调热水器系统，包括压缩机、热水器、四通阀、室外换热器和室内换热器。上述两种机组或系统均是将用于热水器的冷凝器与另两个换热器串联，通过对制冷工质的过冷而降低了冷凝温度，以此来提高制冷效率。但是功能都较小，不能实现任意一个换热器均可制冷或制热的功能，也不能回收冷量，只能回收热量；而且也不能像多联机一样达到模块化的效果，限制了其的运用。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化热泵机组，该热泵机组可同时供冷供热。

为了实现上述目的，本发明提供的并联式模块化热泵机组，包括第一干管、第二干管、第三干管以及两端分别与第二干管和第三干管连接的压缩机；在该第一干管、第二干管及第三干管上并联有至少两个相同的模块，该模块包括第一换热器、第一单向阀、第一电子膨胀阀、第一四通阀以及第一三通阀；第一单向阀与第一电子膨胀阀并联连接，该第一三通阀的三个端口分别连接在第一四通阀的一端、第二干管及第三干管上；该第一四通阀的四个端口分别连接在第一干管、第一换热器的一端、第一三通阀的一端和第一单向阀与第一电子膨胀阀的一并联端上；第一换热器的另一端连接在第一单向阀与第一电子膨胀阀的另一并联端。

由以上可见，本发明通过各模块中三通阀、四通阀的调节，改变环路中元件的连接状态，实现换热器的功能转换，使每一个换热器都既可以是冷凝器又可以是蒸发器，不需要改变其他换热器制冷或制热的运行工况，就可以实现换热器由制冷/制热工况变为制热或制冷工况，同时供冷供热。这样将使得整个热泵机组系统灵活多用，而且成为一种能量回收装置，将由制冷功能区间取来的热用于供热，提高了系统的综合制冷效率(COP)，节约了能源，满足不同用户的需求。

附图说明

图1是现有的单冷凝器系统的原理图；

图2a是本发明的第一换热器为蒸发器，第二、第三换热器为冷凝器的工作原理示意图；

图2b是本发明的第一、第二换热器为蒸发器，第三换热器为冷凝器的工作原理示意图。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

一种并联模块化热泵机组，包括压缩机7及第一干管61、第二干管62、第三干管63，还包括并联在三根干管上的至少两个相同的模块，压缩机7的两端分别与第二干管62和第三干管63连接。其中，该模块包括第一换热器11、第一单向阀21、第一电子膨胀阀31、第一四通阀41以及第一三通阀51。第一单向阀21与第一电子膨胀阀31并联连接，第一三通阀51中的三个端口分别连接在第一四通阀41一端、第二干管62及第三干管63上；第一四通阀41中的三个端口分别连接在第一干管61、第一换热器11的一端、第一三通阀51的一端和第一单向阀21与第一电子膨胀阀31的并联端上；第一换热器11的另一端连接第一单向阀21与第一电子膨胀阀31的另一并联端。

以下通过举例对本发明作进一步的说明，其中，为了便于说明，将并联在压缩机7与干管的连接管路之间的三通阀、四通阀、换热器、单向阀、电子膨胀阀顺序命名及标号，如第一模块A中的三通阀命名为第一三通阀，第二模块B中的三通阀命名为第二三通阀，其余部件以此类推。

参照图2a，在本实施例中，将该热泵机组运用于办公楼中。并联式模块化热泵机组，包括压缩机7、第一干管61、第二干管62、第三干管63、第一换热器11、第二换热器12、第三换热器13、第一四通阀41、第二四通阀42、第三四通阀43、第一三通阀51、第二三通阀52、第三三通阀53、第一单向阀21、第二单向阀22、第三单向阀23、第一电子膨胀阀31、第二电子膨胀阀32、第三电子膨胀阀33。

其中，第一三通阀51、第一四通阀41、第一换热器11、第一单向阀21、第一电子膨胀阀31组成第一模块A，在第一模块A中，第一单向阀21与第一电子膨胀阀31并联连接，第一三通阀51中的三个端口分别连接在第一四通阀41一端、第二干管62及第三干管63上，第一四通阀41的四个端口分别连接在第一干管61、第一换热器11的一端、第一三通阀51的一端和第一单向阀21与第一电子膨胀阀31的并联端上；第一换热器11的另一端连接第一单向阀21与第一电子膨胀阀31的另一并联端。

同样的，第二三通阀52、第二四通阀42、第二换热器12、第二单向阀22、第二电子膨胀阀32组成第二模块B，在第二模块B中，第二单向阀22与第二电子膨胀阀32并联连接，两个并联连接端口分别连接在第二换热器12及所述第二四通阀42一端；第二三通阀52中的三个端口分别连接在第二四通阀42的一端、第二干管62及第三干管63上，第二换热器12的另一端连接在第二四通阀42的一端，第二四通阀42的另一端连接在第一干管61上。

第三三通阀53、第三四通阀43、第三换热器13、第三单向阀23、第三电子膨胀阀33组成第三模块C，在第三模块C中，第三单向阀23与第三电子膨胀阀33并联连接，两个并联连接端口分别连接在第三换热器13及第三四通阀43的一端；第三三通阀53中的三个端口分别连接在第三四通阀43的一端、第二干管62及第三干管63上，第三换热器13的另一端连接在第三四通阀43的一端，第三四通阀43的另一端连接在第一干管61上。

机组工作时，通过各模块中三通阀、四通阀的调节，改变环路中元件的连接状态，实现换热器的功能转换，使每一个换热器都既可以是冷凝器又可以是蒸发器，不需要改变其他换热器制冷或制热的运行工况，就可以实现换热器由制冷/制热工况变为制热或制冷工况，同时供冷供热。

以下以两个房间为例，其中将第一换热器11作为室外机，第二换热器12和第三换热器13作为室内机，并且以两个房间均先要求供热，接着转换为一个房间供热，一个房间供冷的过程来说明其工作原理。

当两个房间均先要求供热时，如图2a所示，第一换热器11是蒸发器，第二换热器12和第三换热器13是冷凝器。第一三通阀51接通第二干管62和第一四通阀41，第二三通阀52接通第三干管63和第二四通阀42，第三三通阀53接通第三干管63和第三四通阀43，各模块中工质的流向如图2a中箭头所示。

压缩机7吸入由第一换热器11内产生的低压低温制冷剂蒸汽，从而保持第一换热器11内的低压状态，以创造第一换热器11内制冷剂液体在低温下沸腾的条件。吸入的蒸汽经过压缩，压力和温度都升高，创造制冷剂能在常温下液化的条件。经压缩的高压高温制冷剂蒸汽由第三干管63流入第二模块B及第三模块C中，在第二模块B中，制冷工质依次流过第二三通阀52、第二四通阀42、第二换热器12、第二单向阀22、第二四通阀42，最后流入第一干管61，并在流过第二换热器12时被冷却介质冷却而放出热量，实现供热；同理，在第三模块C中，制冷工质依次流过第三三通阀53、第三四通阀43、第三换热器13、第三单向阀23、第三四通阀43，最后流入第一干管61，并在流过第三换热器13时被冷却介质冷却而放出热量，实现供热。工质放出热量后，温度降低，凝结成液体，由第一干管61流入第一模块A中，在第一模块A中，制冷工质依次流过第一四通阀41、第一电子膨胀阀31、第一换热器11、第一四通阀41、第一三通阀51，最后流入第二干管62，由第二干管62流入压缩机7，此过程中高压制冷剂液体经过第一电子膨胀阀31节流降压，导致部分制冷剂液体汽化，吸收汽化潜热，使其本身的温度也相应降低，成为低压低温下的湿蒸汽，在第一换热器11中制冷剂液体在压力不变的情况下，吸收被冷却介质的热量而汽化，形成的低压低温蒸汽被压缩机7吸走，如此不断循环。

当一个房间供热，一个房间供冷时，如图2b所示，通过控制三通阀、四通阀转换管路的连通方式，第一换热器11仍是蒸发器，第二换热器12则变为蒸发器，第三换热器13仍是冷凝器。此时，第一三通阀51接通第二干管62和第一四通阀41，第二三通阀52接通第二干管62和第二四通阀42，第三三通阀53接通第三干管63和第三四通阀43，各模块中工质的流向如图2b中箭头所示。

压缩机7吸入由第一换热器11及第二换热器12内产生的低压低温制冷剂蒸汽，从而保持第一换热器11与第二换热器12内的低压状态，以创造第一换热器11与第二换热器12内制冷剂液体在低温下沸腾的条件。吸入的蒸汽经过压缩，压力和温度都升高，创造制冷剂能在常温下液化的条件。经压缩的高压高温制冷剂蒸汽由第三干管63流入第三模块C中，在第三模块C中，制冷工质依次流过第三三通阀53、第三四通阀43、第三换热器13、第三单向阀23、第三四通阀43，最后流入第一干管61，并在流过第三换热器13时被冷却介质冷却而放出热量，实现供热。工质放出热量后，温度降低，凝结成液体，由第一干管61流入第一模块A及第二模块B中；在第一模块A中，制冷工质依次流过第一四通阀41、第一电子膨胀阀31、第一换热器11、第一四通阀41、第一三通阀51，最后流入第二干管62，同理，在第二模块B中，制冷工质依次流过第二四通阀42、第二电子膨胀阀32、第二换热器12、第二四通阀42、第二三通阀52，最后流入第二干管62，再由第二干管62流入压缩机7，如此不断循环。此过程中高压制冷剂液体经过第一电子膨胀阀31与第二电子膨胀阀32节流降压，导致部分制冷剂液体汽化，吸收汽化潜热，使其本身的温度也相应降低，成为低压低温下的湿蒸汽，在第一换热器11与第二换热器12中制冷剂液体在压力不变的情况下，吸收被冷却介质的热量而汽化，达到了第二个房间制冷的目的。

其它的工作状态与此类似，只需要控制模块中各阀门的开启方向即可完成不同的功能转换。

本发明的模块化并联热泵机组可同时供冷供热，能够使得每一个换热器既可以是冷凝器又可以是蒸发器，也就是说不需要改变其他换热器制冷或制热的运行工况，就可以实现换热器由制冷/制热工况变为制热或制冷工况。这样将使得整个系统灵活多用，而且成为一种能量回收装置，将由制冷功能区间取来的热用于供热，很大限度地提高了系统的综合COP，节约了能源，满足了不同用户的需求。

Claims

1.并联式模块化热泵机组，其特征在于，包括压缩机(7)、第一干管(61)、第二干管(62)、第三干管(63)、第一换热器(11)、第二换热器(12)、第三换热器(13)、第一四通阀(41)、第二四通阀(42)、第三四通阀(43)、第一三通阀(51)、第二三通阀(52)、第三三通阀(53)、第一单向阀(21)、第二单向阀(22)、第三单向阀(23)、第一电子膨胀阀(31)、第二电子膨胀阀(32)、第三电子膨胀阀(33)；

其中，第一三通阀(51)、第一四通阀(41)、第一换热器(11)、第一单向阀(21)、第一电子膨胀阀(31)组成第一模块A，在第一模块A中，第一单向阀(21)与第一电子膨胀阀(31)并联连接，第一三通阀(51)中的三个端口分别连接在第一四通阀(41)一端、第二干管(62)及第三干管(63)上，第一四通阀(41)的四个端口分别连接在第一干管(61)、第一换热器(11)的一端、第一三通阀(51)的一端和第一单向阀(21)与第一电子膨胀阀(31)的并联端上；第一换热器(11)的另一端连接第一单向阀(21)与第一电子膨胀阀(31)的另一并联端；

第二三通阀(52)、第二四通阀(42)、第二换热器(12)、第二单向阀(22)、第二电子膨胀阀(32)组成第二模块B，在第二模块B中，第二单向阀(22)与第二电子膨胀阀(32)并联连接，两个并联连接端口分别连接在第二换热器(12)及所述第二四通阀(42)一端；第二三通阀(52)中的三个端口分别连接在第二四通阀(42)的一端、第二干管(62)及第三干管(63)上，第二换热器(12)的另一端连接在第二四通阀(42)的一端，第二四通阀(42)的另一端连接在第一干管(61)上；

第三三通阀(53)、第三四通阀(43)、第三换热器(13)、第三单向阀(23)、第三电子膨胀阀(33)组成第三模块C，在第三模块C中，第三单向阀(23)与第三电子膨胀阀(33)并联连接，两个并联连接端口分别连接在第三换热器(13)及第三四通阀(43)的一端；第三三通阀(53)中的三个端口分别连接在第三四通阀(43)的一端、第二干管(62)及第三干管(63)上，第三换热器(13)的另一端连接在第三四通阀(43)的一端，第三四通阀(43)的另一端连接在第一干管(61)上。