CN103363747B - 一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置及其保护方法，即在直接膨胀式地源热泵原管路系统上增加一个启动保护罐管路系统，启动保护罐的一端通过管道连接埋地换热器的入口，另一端与压缩机的吸气口连接，即形成了一组与直接膨胀式地源热泵原管路系统中的膨胀阀、埋地换热器并联的启动保护罐管路系统；压力传感器根据直接膨胀式地源热泵压缩机吸气口压力的变化，与控制器相配合，在启动保护罐管路系统和与之并联的膨胀阀、埋地换热器管路系统之间进行切换，从而实现机组的正常高效工作。

Description

一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置及其保护方法

【技术领域】

本发明涉及一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置及其保护方法。

【背景技术】

作为一种高效利用浅层地表土壤中低品味热能的先进技术，直接膨胀式地源热泵是将制冷剂直接通入铜质的埋地换热器，实现制冷剂和土壤的直接热交换。在冬季供暖时，埋地换热器作为热泵机组的蒸发器吸收来自土壤的热量；在夏季空调时，埋地换热器作为热泵机组的冷凝器向土壤排放热量。

与传统的地源热泵相比，直接膨胀式地源热泵采用地下埋地换热器管路系统中直接充注制冷剂与土壤换热，减少了中间换热环节，系统效率更高。该系统具有土壤换热的效率高，地下换热器埋管数量减少，相应的地下施工量少，具有不存在结冻，也不需要添加防冻剂的特点。

但直接膨胀式地源热泵系统在制冷工况运行时，埋地换热器管路系统的功能为冷凝器，将高温高压的制冷剂气体冷凝为高压的制冷剂液体。由于埋地换热器结构的限制，冷凝后的制冷剂液体累积在埋地换热器管路内。这样势必形成热泵建筑系统内高低压侧的压差增大，同时造成能够正常循环的制冷剂质量流量减小，致使压缩机吸气口的压力过低。因压缩机低压保护而形成停机故障，影响造成热泵系统无法正常工作。有上分析可知，在启动初的一段时间内直接膨胀式地源热泵系统在制冷工况启动问题的原因主要是：1)正常循环的制冷剂质量流量减小；2)压缩机吸气口的压力过低。

直接膨胀式地源热泵系统在制热工况运行时，埋地换热器管路作用为蒸发器，不存在启动问题。

目前解决直接膨胀式地源热泵系统在制冷工况下的启动方法：1)在系统中加装较大的储液器且充注较多的制冷剂；2)采用较浅埋深的埋地换热器，利用压缩机的作用。但从实际运行中看，通用的措施要么作用不明显，要么操作性不强，以致影响直接膨胀式地源热泵系统推广运行。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置，能够根据压缩机吸气口压力的变化，在启动保护罐管路系统和与之并联的原管路系统之间进行切换，解决了直接膨胀式地源热泵系统夏季制冷工况启动的问题，实现了正常高效工作。

本发明是这样实现上述技术问题之一的：

一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置，所述直接膨胀式地源热泵启动保护装置包括一压缩机、一四通换向阀、一埋地换热器、一膨胀阀、一空调用地上换热器以及一启动保护罐管路系统，所述压缩机与四通换向阀相连，所述埋地换热器、膨胀阀、空调用地上换热器以及四通换向阀依次连接，所述埋地换热器还通过一第一阀门与四通换向阀相连；所述启动保护罐管路系统包括一启动保护罐、一压力传感器、一控制器、一第二阀门、一第三阀门、一第四阀门以及一第五阀门，所述启动保护罐通过第二阀门连接至第一阀门与四通换向阀相连的管道上，所述启动保护罐通过第三阀门与压缩机相连，所述四通换向阀通过第四阀门连接至第三阀门与压缩机相连的管道上，所述启动保护罐通过第五阀门连接至四通换向阀与第四阀门相连的管道上；所述压力传感器分别与控制器以及压缩机的吸气口相连；所述控制器分别与第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门相连。

进一步地，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门为电磁阀或截止阀。

进一步地，所述启动保护罐内部装有低压制冷剂气体。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置的保护方法，能够根据压缩机吸气口压力的变化，在启动保护罐管路系统和与之并联的原管路系统之间进行切换，解决了直接膨胀式地源热泵系统夏季制冷工况启动的问题，实现了正常高效工作。

本发明是这样实现上述技术问题之二的：

一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置的启动保护方法，所述方法步骤如下：

步骤1、设定直接膨胀式地源热泵制冷工况下压缩机吸气口的压力保护值为P_w1～P_w2；

步骤2、压力传感器连续检测压缩机吸气口的压力P，当P小于P_w1时，压力传感器给控制器一信号指令，控制器关闭第一阀门、第四阀门以及第五阀门，并打开第二阀门、第三阀门，使得启动保护罐与压缩机、四通换向阀相通，压缩机的排气进入启动保护罐，与低压制冷剂气体混合气化后，再进入压缩机，重复循环；

步骤3、当P在P_w1～P_w2之间时，控制器控制第一阀门、第四阀门以及第五阀门的开度增大，第二阀门、第三阀门的开度减小，压缩机的排气经过四通换向阀，一部分经过埋地换热器、膨胀阀后，进入空调用地上换热器与空调冷冻水换热后，压力和温度均降低，然后经过四通换向阀、第四阀门，再进入压缩机；另一部分压缩机的排气，经过第二阀门进入启动保护罐，与低压制冷剂气体混合气化后，再进入压缩机；上述步骤重复循环；

步骤4、当P大于P_w2，控制器完全开启第一阀门、第四阀门以及第五阀门，并关闭第二阀门、第三阀门，压缩机的排气经过四通换向阀、埋地换热器、膨胀阀，再进入空调用地上换热器，进行直接膨胀式地源热泵的制冷工况的正常回路。

进一步地，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门的联动为电动或液压传动。

本发明具有如下优点：

1、本发明的启动保护装置以及方法可靠，能够保障系统正常高效工作；

2、操作简单，根据压缩机吸气口压力大小改变，通过联动调节阀门的开关实现切换相应的管路系统；

3、安装施工简单，安装调试后运行成本低；

4、本发明的直接膨胀式地源热泵启动保护装置可以手动控制，又可以自动控制，适用性强。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明直接膨胀式地源热泵启动保护装置结构示意图。

图2为本发明实施例的保护方法流程图。

【具体实施方式】

请参阅图1和图2所示，对本发明的实施例进行详细的说明。

重点参阅图1，本发明涉及一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置，所述直接膨胀式地源热泵启动保护装置包括一压缩机1、一四通换向阀2、一埋地换热器3、一膨胀阀4、一空调用地上换热器5以及一启动保护罐管路系统，所述压缩机1与四通换向阀2相连，所述埋地换热器3、膨胀阀4、空调用地上换热器5以及四通换向阀2依次连接，所述埋地换热器3还通过一第一阀门6与四通换向阀2相连；所述启动保护罐管路系统包括一启动保护罐7、一压力传感器8、一控制器9、一第二阀门10、一第三阀门11、一第四阀门12以及一第五阀门13，所述启动保护罐7通过第二阀门10连接至第一阀门6与四通换向阀2相连的管道上，所述启动保护罐7通过第三阀门11与压缩机1相连，所述四通换向阀2通过第四阀门12连接至第三阀门11与压缩机1相连的管道上，所述启动保护罐7通过第五阀门13连接至四通换向阀2与第四阀门12相连的管道上；所述压力传感器8分别与控制器9以及压缩机1的吸气口相连；所述控制器9分别与第一阀门6、第二阀门10、第三阀门11、第四阀门12以及第五阀门13相连。

第一阀门6、第二阀门10、第三阀门11、第四阀门12以及第五阀门13为电磁阀或截止阀。

所述启动保护罐7内部装有低压制冷剂气体。

本发明还涉及一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置的启动保护方法，所述方法步骤如下：

步骤1、设定直接膨胀式地源热泵制冷工况下压缩机1吸气口的压力保护值为P_w1～P_w2；

步骤2、压力传感器8连续检测压缩机1吸气口的压力P，当P小于P_w1时，压力传感器8给控制器9一信号指令，控制器9关闭第一阀门6、第四阀门12以及第五阀门13，并打开第二阀门10、第三阀门11，使得启动保护罐7与压缩机1、四通换向阀2相通，压缩机1的排气进入启动保护罐7，与低压制冷剂气体混合气化后，再进入压缩机1，重复循环；

步骤3、当P在P_w1～P_w2之间时，控制器9控制第一阀门6、第四阀门12以及第五阀门13的开度增大，第二阀门10、第三阀门11的开度减小，压缩机1的排气经过四通换向阀2，一部分经过埋地换热器3、膨胀阀4后，进入空调用地上换热器5与空调冷冻水换热后，压力和温度均降低，然后经过四通换向阀2、第四阀门12，再进入压缩机1；另一部分压缩机的排气，经过第二阀门10进入启动保护罐7，与低压制冷剂气体混合气化后，再进入压缩机1；上述步骤重复循环；

步骤4、当P大于P_w2，控制器9完全开启第一阀门6、第四阀门12以及第五阀门13，并关闭第二阀门10、第三阀门11，压缩机1的排气经过四通换向阀2、埋地换热器3、膨胀阀4，再进入空调用地上换热器5，进行直接膨胀式地源热泵的制冷工况的正常回路。

所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门的联动为电动或液压传动。

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

重点参阅图1和图2，以制冷量5kW，制热量4.5kW的直接膨胀式地源热泵为具体实例。制冷剂采用R12，埋地换热器采用4根单U铜管，管径为12.7×1mm，埋深为25米。经计算压缩机选用谷轮ZB系列冷冻涡旋压缩机ZB21KQEP。

启动保护控制方法的具体操作步骤如下：

步骤S1：在蒸发温度为2℃，冷凝温度为42℃，吸气温度为10℃

过冷度为2℃的制冷工况下，预先设定压力保护值P_w1为2.50bar，P_w2为3.50bar。

步骤S2：开机运行进入制冷工况；

步骤S3：进入正常运行状态，压力传感器8开始连续监测压缩机1吸气口压力P；将连续监测压缩机1吸气口压力P不断地与预先设定的P_w1，P_w2进行比较；

步骤S4：若P＜P_w1(2.50bar)，第一阀门6、第四阀门12以及第五阀门13关闭，同时第二阀门10、第三阀门11打开，选择启动保护罐管路系统与压缩机1、四通换向阀2相匹配工作；

步骤S5：若P_w1(2.50bar)＜P＜P_w2(3.50bar)，第一阀门6、第四阀门12以及第五阀门13开度增加，同时第二阀门10、第三阀门11开度减小。压缩机1高温高压的排气经过四通换向阀2后，一部分经过埋地换热器3、膨胀阀4后，进入空调用地上换热器5，与空调冷冻水换热后，变为低温低压的气体，经过四通换向阀2、第四阀门12后，被压缩机1吸入压缩重复循环；另一部分的高温高压的排气，经第二阀门10进入启动保护罐7，与启动保护罐内的低压制冷剂气体混合气化后，再被压缩机1吸入压缩，重复循环。

步骤S6：若P＞P_w2(3.50bar)，第一阀门6、第四阀门12以及第五阀门13完全开启，与此同时第二阀门10、第三阀门11关闭，压缩机1高温高压的排气经过四通换向阀2后，经过埋地换热器3，进入膨胀阀4节流，再进入空调用地上换热器5，进行直接膨胀式地源热泵机组的夏季制冷工况的正常循环。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (5)

1.一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置，其特征在于：所述直接膨胀式地源热泵启动保护装置包括一压缩机、一四通换向阀、一埋地换热器、一膨胀阀、一空调用地上换热器以及一启动保护罐管路系统，所述压缩机与四通换向阀相连，所述埋地换热器、膨胀阀、空调用地上换热器以及四通换向阀依次连接，所述埋地换热器还通过一第一阀门与四通换向阀相连；所述启动保护罐管路系统包括一启动保护罐、一压力传感器、一控制器、一第二阀门、一第三阀门、一第四阀门以及一第五阀门，所述启动保护罐通过第二阀门连接至第一阀门与四通换向阀相连的管道上，所述启动保护罐通过第三阀门与压缩机相连，所述四通换向阀通过第四阀门连接至第三阀门与压缩机相连的管道上，所述启动保护罐通过第五阀门连接至四通换向阀与第四阀门相连的管道上；所述压力传感器分别与控制器以及压缩机的吸气口相连；所述控制器分别与第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门相连。

2.根据权利要求1所述的一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置，其特征在于：所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门为电磁阀或截止阀。

3.根据权利要求2所述的一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置，其特征在于：所述启动保护罐内部装有低压制冷剂气体。

4.根据权利要求3所述的一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置的启动保护方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

步骤1、设定直接膨胀式地源热泵制冷工况下压缩机吸气口的压力保护值为P_w1～P_w2；

步骤2、压力传感器连续检测压缩机吸气口的压力P，当P小于P_w1时，压力传感器给控制器一信号指令，控制器关闭第一阀门、第四阀门以及第五阀门，并打开第二阀门、第三阀门，使得启动保护罐与压缩机、四通换向阀相通，压缩机的排气进入启动保护罐，与低压制冷剂气体混合气化后，再进入压缩机，重复循环；

步骤3、当P在P_w1～P_w2之间时，控制器控制第一阀门、第四阀门以及第五阀门的开度增大，第二阀门、第三阀门的开度减小，压缩机的排气经过四通换向阀，一部分经过埋地换热器、膨胀阀后，进入空调用地上换热器与空调冷冻水换热后，压力和温度均降低，然后经过四通换向阀、第四阀门，再进入压缩机；另一部分压缩机的排气，经过第二阀门进入启动保护罐，与低压制冷剂气体混合气化后，再进入压缩机；上述步骤重复循环；

步骤4、当P大于P_w2，控制器完全开启第一阀门、第四阀门以及第五阀门，并关闭第二阀门、第三阀门，压缩机的排气经过四通换向阀、埋地换热器、膨胀阀，再进入空调用地上换热器，进行直接膨胀式地源热泵的制冷工况的正常回路。

5.根据权利要求4所述的一种直接膨胀式地源热泵启动保护装置的启动保护方法，其特征在于：所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门的联动为电动或液压传动。