CN103032995A

CN103032995A - 一种蓄热型多热源热泵机组

Info

Publication number: CN103032995A
Application number: CN2012105895409A
Authority: CN
Inventors: 韩宗伟; 王一茹; 杨军; 孟欣; 丁慧婷; 赵晶
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-04-10

Abstract

一种蓄热型多热源热泵机组，属于热泵供热空调技术领域。本发明实现了太阳能、环境空气热能、浅层土壤热能交替利用，且结构紧凑。本发明包括压缩机、用户侧换热器、贮液器、干燥过滤器、节流装置、土壤侧换热器、气液分离器及与土壤侧换热器并联的翅片管换热器；压缩机与用户侧换热器相连接，用户侧换热器经贮液器与干燥过滤器相连接，干燥过滤器与节流装置相连接，节流装置依次通过第三阀门、第一阀门与土壤侧换热器相连接，土壤侧换热器经气液分离器与压缩机相连接；在土壤侧换热器和第一阀门的串联支路的两端并联有翅片管换热器支路，翅片管换热器支路由单向阀、翅片管换热器及第二阀门组成，本发明设置有三种供热模式及一种蓄热模式。

Description

一种蓄热型多热源热泵机组

技术领域

本发明属于热泵供热空调技术领域，特别是涉及一种蓄热型多热源热泵机组，适用于寒冷地区冬季供热需求量较大的民用建筑、宾馆、办公建筑等。

背景技术

目前，以太阳能、环境空气热能、浅层土壤热能作为低温热源的热泵空调系统被逐渐应用于寒冷地区的民用建筑供热领域，然而以单一热源为热泵机组的低温热源在寒冷地区进行空调供暖时，往往存在各种问题。如空气源热泵机组在温度过低时，室外的换热器表面会结霜，导致压缩机容积效率下降，制热量下降，有时甚至无法启动，现有的空气源热泵机组通常采用电辅热的方式保障供暖效果，机组综合运行性能下降。而以浅层土壤作为热泵热源的地源热泵系统在严寒地区应用时，由于夏季向土壤的排热量远小于冬季对土壤的取热量，造成换热器周围土壤温度逐年降低，降低了地源热泵系统的运行性能和可靠性。由于太阳能具有低能流密度、间歇性和不稳定性的特点，以太阳能为热源的热泵系统往往需要较大的集热器面积，同时需要辅助热源，虽然系统节能性较好，但系统复杂，初期投资较高，经济性差。为了克服单一自然能源热泵系统存在的问题，将多种自然能源综合互补利用是良好的解决方案，然而现有的采用多种自然能源的系统相对复杂，初期投资较高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种蓄热型多热源热泵机组，该热泵机组实现了太阳能、环境空气热能、浅层土壤热能交替利用，并且结构紧凑，便于安装，运行控制灵活。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种蓄热型多热源热泵机组，包括压缩机、用户侧换热器、贮液器、干燥过滤器、节流装置、土壤侧换热器、气液分离器及与土壤侧换热器并联的翅片管换热器；所述压缩机的出口与用户侧换热器的一端相连接，用户侧换热器的另一端经贮液器与干燥过滤器的一端相连接，干燥过滤器的另一端与节流装置的入口相连接；节流装置的出口依次通过第三阀门、第一阀门与土壤侧换热器的低端口相连接，土壤侧换热器的高端口经气液分离器与压缩机的入口相连接；在所述土壤侧换热器和第一阀门的串联支路的两端并联有翅片管换热器支路，所述翅片管换热器支路由单向阀、翅片管换热器及第二阀门组成；所述翅片管换热器的低端口经第二阀门连接于第一阀门与第三阀门之间，翅片管换热器的高端口与单向阀的入口相连接，单向阀的出口连接于土壤侧换热器与气液分离器之间，所述土壤侧换热器安装位置高于翅片管换热器。

所述用户侧换热器为风冷换热器或水冷换热器。

所述土壤侧换热器为水冷换热器。

所述翅片管换热器为风冷换热器。

所述翅片管换热器的翅片表面涂有太阳能选择性吸收材料的涂层。

所述第一阀门、第二阀门和第三阀门采用电动式、电磁式或手动阀。

所述节流装置采用电子膨胀阀、孔板、毛细管、浮球阀或是其组合。

本发明设置有三种供热模式及一种蓄热模式：太阳能-空气源-地源热泵供热模式、太阳能-空气源热泵供热模式、地源热泵供热模式及分离式热管蓄热模式；运行所述太阳能-空气源-地源热泵供热模式时，土壤侧换热器、用户侧换热器及翅片管换热器工作；运行所述太阳能-空气源热泵供热模式时，用户侧换热器及翅片管换热器工作；运行所述地源热泵供热模式时，用户侧换热器及土壤侧换热器工作；运行所述分离式热管蓄热模式时，翅片管换热器及土壤侧换热器工作。

本发明的有益效果：

1、本发明实现了多种热源互补利用，既有效利用了自然能源，又减少了对外界环境的影响；通过翅片管换热器与土壤侧换热器并联，实现了多种能源的交替使用，减少了从土壤中的取热量，有助于实现换热器周围土壤的热平衡，多种循环共用压缩机、用户侧换热器、节流装置，使得热泵机组结构更加简单、紧凑；

2、本发明通过分离式热管蓄热模式，将夏季空气中的热量蓄存于土壤中，提高了土壤温度和热泵机组冬季制热效果，进一步缓解了冬季取热、排热的不平衡问题；

3、本发明在翅片管换热器的翅片表面涂有选择性吸收材料的涂层，提高了翅片管换热器的工作温度及换热量，实现了空气热能与太阳能两种自然能源的综合利用，既提高了供暖期热泵系统的供暖性能，同时提高了非供暖期分离式热管的蓄热性能。

附图说明

图1为本发明的蓄热型多热源热泵机组的结构示意图；

图2为去除土壤侧换热器和第一阀门后的本发明的结构示意图；

图3为去除翅片管换热器支路后的本发明的结构示意图；

图4为翅片管换热器支路、土壤侧换热器和第一阀门连接的结构示意图；

图中，1—压缩机，2—用户侧换热器，3—贮液器，4—干燥过滤器，5—节流装置，6—第三阀门，7—土壤侧换热器，8—气液分离器，9—翅片管换热器，10—第一阀门，11—第二阀门，12—单向阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种蓄热型多热源热泵机组，包括压缩机1，用户侧换热器2、贮液器3、干燥过滤器4、节流装置5、土壤侧换热器7、气液分离器8、及与土壤侧换热器7并联的翅片管换热器9；压缩机1的出口与用户侧换热器2的一端相连接，用户侧换热器2的另一端与贮液器3的一端相连接，贮液器3的另一端与干燥过滤器4的一端相连接，干燥过滤器4的另一端与节流装置5的入口相连接；节流装置5的出口依次通过第三阀门6、第一阀门10与土壤侧换热器7的低端口相连接，土壤侧换热器7的高端口与气液分离器8的一端相连接；气液分离器8的另一端与压缩机1的入口相连接；在所述土壤侧换热器7和第一阀门10的串联支路的两端并联有翅片管换热器9支路，所述翅片管换热器9支路由单向阀12、翅片管换热器9及第二阀门11组成；所述翅片管换热器9的低端口经第二阀门11连接于第一阀门10与第三阀门6之间，翅片管换热器9的高端口与单向阀12的入口相连接，单向阀12的出口连接于土壤侧换热器7与气液分离器8之间，所述土壤侧换热器7安装位置高于翅片管换热器9。

所述用户侧换热器2为风冷换热器或者水冷换热器。

所述土壤侧换热器7为水冷换热器。

所述翅片管换热器9为风冷换热器。

所述翅片管换热器9的翅片表面涂有太阳能选择性吸收材料的涂层。

所述第一阀门10、第二阀门11和第三阀门6采用电动式、电磁式或手动阀。

所述节流装置5采用电子膨胀阀、孔板、毛细管、浮球阀或是其组合。

本发明设置有三种供热模式及一种蓄热模式：太阳能-空气源-地源热泵供热模式、太阳能-空气源热泵供热模式、地源热泵供热模式及分离式热管蓄热模式；运行所述太阳能-空气源-地源热泵供热模式时，用户侧换热器2、土壤侧换热器7及翅片管换热器9工作；运行所述太阳能-空气源热泵供热模式时，用户侧换热器2及翅片管换热器9工作；运行所述地源热泵供热模式时，用户侧换热器2及土壤侧换热器7工作；运行所述分离式热管蓄热模式时，土壤侧换热器7及翅片管换热器9工作。

下面结合附图说明本发明的使用过程：

如图1所示，当室外温度高于系统的设定值一，例如-10℃，且室内温度低于系统的设定值二，例如18℃，同时开启第三阀门6、第二阀门11、第一阀门10，运行太阳能-空气源-地源热泵供热模式；从本发明的压缩机1出来的高温高压制冷剂通过连接管进入到室内用户侧换热器2，在室内用户侧换热器2中放热后，制冷剂冷凝后依次经过贮液器3、干燥过滤器4进入节流装置5，此时第三阀门6、第二阀门11、第一阀门10均为开启状态，制冷剂在节流装置5中降压节流后经过第三阀门6分为两路，一路低温低压制冷剂经过第二阀门11通过连接管进入翅片管换热器9吸收太阳能和空气中的热量，另一路低温低压制冷剂经过第一阀门10通过连接管进入土壤侧换热器7吸收土壤中的热量，制冷剂分别在两个并联的换热器中吸热气化，翅片管换热器9中流出的制冷剂经过单向阀12之后与土壤侧换热器7中流出的制冷剂汇合，一同进入气液分离器8，再经过连接管流入压缩机1，实现太阳能-空气源-地源热泵供热模式。在翅片管换热器9出口处安装单向阀12，可防止土壤侧换热器7中的制冷剂流入翅片管换热器9。

如图2所示，当室外温度高于系统的设定值一，例如-10℃，且室内温度高于系统的设定值二，例如18℃，开启第三阀门6、第二阀门11，关闭第一阀门10，运行太阳能-空气源热泵供热模式；从本发明的压缩机1出来的高温高压制冷剂通过连接管进入到室内用户侧换热器2，在室内用户侧换热器2中放热后，制冷剂冷凝后依次经过贮液器3、干燥过滤器4进入节流装置5，降压节流后的制冷剂经过第三阀门6、第二阀门11通过连接管进入翅片管换热器9吸收太阳能和空气中的热量，吸热气化后的制冷剂依次经过单向阀12、气液分离器8流入压缩机1，实现太阳能-空气源热泵供热模式，此模式适用于热负荷较小的情况，此时单独使用翅片管换热器9提供的热量就能满足室内的供热。

如图3所示，当室外温度低于系统的设定值一，例如-10℃，开启第一阀门10、第三阀门6，关闭第二阀门11，运行地源热泵供热模式；从节流装置5中流出的制冷剂经过第三阀门6、第一阀门10通过连接管进入土壤侧换热器7吸收土壤中的热量，制冷剂吸热气化后经气液分离器8流入压缩机1中，实现地源热泵供热模式，适用于室外温度较低、热负荷较大的情况。此时，单独使用土壤侧换热器7提供的热量可以满足室内的供热。

如图4所示，在非供暖季，当室外温度与土壤侧换热器7周围土壤温度差高于系统设定值三时，例如10℃，开启第二阀门11、第一阀门10，关闭第三阀门6，运行分离式热管蓄热模式；制冷剂在翅片管换热器9中吸收太阳能和空气中的热量，气化后的制冷剂向上流至位置高于它的土壤侧换热器7，在土壤侧换热器7中冷凝放热，将热量贮存至土壤中，冷凝后的制冷剂由于重力原因流入低处的翅片管换热器9中，实现了在夏季利用分离式热管的原理将太阳能和空气中的热量一同排至土壤中的蓄热模式。

贮液器3是用来贮存液体制冷剂的容器,安装在本发明中供热模式时为冷凝器的用户侧换热器2出口处,用来贮存用户侧换热器2排出的高压制冷剂；当热负荷增大或减小时，供给在供热模式时为蒸发器的土壤侧换热器7的制冷剂流量就相应的增多或减少，以满足设备调节变化的需要。还可防止在用户侧换热器2中存有过多的制冷剂，以保证用户侧换热器2的有效换热面积。在制冷设备大修时，还可将制冷系统中的制冷剂收贮在贮液器3中，以备再用。

干燥过滤器4用来过滤设备中残留的杂质和制冷剂中的杂质,并吸收制冷剂中的水分，防止产生冰堵、脏堵现象。

本实施例中，制冷剂可采用R22、R134a等；太阳能选择性吸收材料的涂层可采用黑镍、黑铬等。

Claims

1.一种蓄热型多热源热泵机组，其特征在于包括压缩机、用户侧换热器、贮液器、干燥过滤器、节流装置、土壤侧换热器、气液分离器及与土壤侧换热器并联的翅片管换热器；所述压缩机的出口与用户侧换热器的一端相连接，用户侧换热器的另一端经贮液器与干燥过滤器的一端相连接，干燥过滤器的另一端与节流装置的入口相连接；节流装置的出口依次通过第三阀门、第一阀门与土壤侧换热器的低端口相连接，土壤侧换热器的高端口经气液分离器与压缩机的入口相连接；在所述土壤侧换热器和第一阀门的串联支路的两端并联有翅片管换热器支路，所述翅片管换热器支路由单向阀、翅片管换热器及第二阀门组成；所述翅片管换热器的低端口经第二阀门连接于第一阀门与第三阀门之间，翅片管换热器的高端口与单向阀的入口相连接，单向阀的出口连接于土壤侧换热器与气液分离器之间，所述土壤侧换热器安装位置高于翅片管换热器。

2.根据权利要求1所述的蓄热型多热源热泵机组，其特征在于所述用户侧换热器为风冷换热器或水冷换热器。

3.根据权利要求1所述的蓄热型多热源热泵机组，其特征在于所述土壤侧换热器为水冷换热器。

4.根据权利要求1所述的蓄热型多热源热泵机组，其特征在于所述翅片管换热器为风冷换热器。

5.根据权利要求1所述的蓄热型多热源热泵机组，其特征在于所述翅片管换热器的翅片表面涂有太阳能选择性吸收材料的涂层。

6.根据权利要求1所述的蓄热型多热源热泵机组，其特征在于所述第一阀门、第二阀门和第三阀门采用电动式、电磁式或手动阀。

7.根据权利要求1所述的蓄热型多热源热泵机组，其特征在于所述节流装置采用电子膨胀阀、孔板、毛细管、浮球阀或是其组合。

8.权利要求1所述的蓄热型多热源热泵机组，其特征在于设置有三种供热模式及一种蓄热模式：太阳能-空气源-地源热泵供热模式、太阳能-空气源热泵供热模式、地源热泵供热模式及分离式热管蓄热模式；运行所述太阳能-空气源-地源热泵供热模式时，土壤侧换热器、用户侧换热器及翅片管换热器工作；运行所述太阳能-空气源热泵供热模式时，用户侧换热器及翅片管换热器工作；运行所述地源热泵供热模式时，用户侧换热器及土壤侧换热器工作；运行所述分离式热管蓄热模式时，翅片管换热器及土壤侧换热器工作。