CN104197583B - 一种组合式内转换地源热泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于地源热泵技术领域，尤其涉及一种组合式内转换地源热泵，包括：四组换热管组，每组换热管组包括第一换热管和第二换热管；两台压缩机，压缩机的出口端上设有出口三通阀，进口端上设有入口三通阀，出口三通阀第一副端口与第一换热管制冷剂第一循环端口串接，出口三通阀第二副端口与第二换热管制冷剂第一循环端口串接，入口三通阀第一副端口与第二换热管制冷剂第一循环端口串接，入口三通阀第二副端口与第一换热管制冷剂第一循环端口串接，第一换热管制冷剂第二循环端口与第二换热管制冷剂第二循环端口串接，在两者间还串接有节流装置；使用时便于制冷与制热的转换，生产组装成本低而且可以同时向不同用户端供冷和/或者供热。

Description

一种组合式内转换地源热泵

技术领域

本发明属于地源热泵技术领域，尤其涉及一种组合式内转换地源热泵。

背景技术

地源热泵是指利用浅岩土层、井水、地表水高于冬季气温和低于夏季气温的特性，通过地源热泵技术转移成为冬季供暖的热能或夏季供冷的冷能的新能源装备。地源热泵按我国《地源热泵系统工程技术规范》GB50366中的相关规定，包括地埋管式地源热泵、水井式地源热泵、地表水式地源热泵。

地源热泵的制冷工况与制热工况的转换有两种方式：一是外转换方式，即在地源热泵外部，使机房内的能源侧的水循环供、回管路与空调侧的水循环供、回管路之间进行调换，实现地源热泵制冷工况与制热工况的转换；二是内转换方式，即在地源热泵内部，通过改变制冷剂的流向来实现地源热泵制冷工况与制热工况的转换。

其中，内转换方式一般通过四通阀来实现，这种内转换方式目前在一些小型热泵上使用，而对于地源热泵来说，由于地源热泵一般功率较大，机组规模较大，受到热泵机组内安装空间不足，后期维修保养不方便，以及运行转换不方便等诸多因素的限制，因此，地源热泵一般采用外转换方式来进行制热工况和制冷工况的转换。附图中的图1是现有的外转换模式的地源热泵的制冷工况原理示意图，图2是现有的外转换模式的地源热泵的制热工况原理示意图，其中图中，空心箭头所指方向为能源侧液体流动方向，实心箭头所指方向为用户侧液体流动方向，地源热泵包括压缩机18，压缩机18的进口端连接有蒸发器21，压缩机18的出口端连接有冷凝器22，蒸发器21与冷凝器22之间连接有节流装置17。地源热泵作为空调可以用于夏季制冷以及冬季制热，这就需要地源热泵能够实现制冷工况和制热工况的转换，以满足夏季制冷和冬季制热的需要，参照图1和图2，地源热泵的外转换方式，是在地源热泵以外，在机房内的地能侧水循环供、回管路与用户端空调侧水循环供、回管路之间，经四条等径管道和八个等径阀门，构成的制热和制冷的转换的方式，其转换原理为：八个转换阀分成冬季制热和夏季制冷两组，通过打开一组或关闭一组的逻辑组合，改变四条管道导通与截止构成制热或制冷的水循环回路，实现冬季和夏季的转换。这种外转换方式中，由于水循环的供、回管路复杂、管径较大，使用转换阀门和转换管路较多，管道与阀门悬挂在高空中，因此使得转换系统成本高、遗留问题多、维修率高、操作不方便。在冬天或夏天的转换过程，操作工需要登高人工搬动庞大的阀门手轮，而如果水中硬性杂质一旦掉在阀门闸板槽沟内，阀将关闭不严，空调端的水会因为建筑高度的压力倒灌到地能端，导致地能端过压、过水量、泡水，甚至导致地埋管超过承载能力而爆裂，造成永久性损坏，进一步导致全系统报废，后果相当严重。另外，在外转换方式中的转换系统材料与安装费用占系统总费用的10％，庞大的管道系统多占用机房面积达总面积的20％。

目前，有些地源热泵也使用四通阀进行了内转换的尝试，但是在尝试的过程中出现了诸多问题，例如，市面上通径较大的四通电磁阀很少，且密封性不好，即使很小的杂质进入四通电磁阀的阀芯，也会导致四通电磁阀关闭不严，使用可靠性低。如果使用手动的四通阀，手动四通阀进行转换时用力太大，使操作工人不易实现手动操作，加重了操作工人的劳动负担，另外，使用四通电磁阀进行内转换，转换管路复杂，而且四通电磁阀的价格较高，使得投资成本较高，且占用机组内的空间较大，安装不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种便于制冷与制热转换的组合式内转换地源热泵，不但生产组装成本低而且可以同时向不同用户端供冷和/或者供热。

本发明是这样实现的，一种组合式内转换地源热泵，用于与地源端循环回路和用户端循环回路连接，所述组合式内转换地源热泵包括：

至少四组换热管组，每组所述换热管组包括第一换热管和第二换热管；所述第一换热管上的地源端第一循环端口、地源端第二循环端口用于与所述地源端循环回路串接；所述第二换热管上的用户端第一循环端口、用户端第二循环端口用于与所述用户端循环回路串接；

至少两台压缩机，每一台所述压缩机与两组所述换热管组分别串接；在每台所述压缩机的出口端上均设有出口三通阀，在其进口端上设有入口三通阀；出口三通阀主端口与所述压缩机的出口端串接，出口三通阀第一副端口与第一换热管制冷剂第一循环端口串接，出口三通阀第二副端口与第二换热管制冷剂第一循环端口串接；入口三通阀主端口与所述压缩机的进口端连通，入口三通阀第一副端口与第二换热管制冷剂第一循环端口串接，入口三通阀第二副端口与第一换热管制冷剂第一循环端口串接；每组所述换热管组的所述第一换热管制冷剂第二循环端口与所述第二换热管制冷剂第二循环端口连通，在所述第一换热管制冷剂第二循环端口与所述第二换热管制冷剂第二循环端口之间还串接有节流装置；每组所述换热管组的所述第一换热管、所述节流装置、所述第二换热管及所述压缩机连通形成制冷剂循环回路。

作为一种改进，所述出口三通阀、所述入口三通阀为手动阀。

作为一种改进，所述出口三通阀、所述入口三通阀为电磁阀、气动阀或者液压阀。

作为一种改进，所述换热管组设置为四组、六组或者八组，相应的所述压缩机设置为两台、三台或者四台。

作为一种改进，与同一台所述压缩机分别串接的两组所述换热管组的两所述第一换热管制冷剂第一循环端口之间连接有第一连通管，所述第一连通管分别与所述出口三通阀第一副端口、所述入口三通阀第二副端口连通，两所述第一换热管制冷剂第二循环端口之间连接有第二连通管；两所述第二换热管制冷剂第一循环端口之间连接有第三连通管，所述第三连通管分别与所述出口三通阀第二副端口、所述入口三通阀第一副端口连通，两所述第二换热管制冷剂第二循环端口之间连接有第四连通管；所述节流装置位于所述第二连通管与所述第四连通管之间，并且与所述第二连通管、所述第四连通管串接。

由于采用了上述技术方案，本发明的组合式内转换地源热泵取得有益效果如下：

每组换热管组的第一换热管上的地源端第一循环端口、地源端第二循环端口用于与地源端系统串接形成地源端循环回路，每组换热管组的第二换热管上的用户端第一循环端口、用户端第二循环端口用于与用户端系统串接形成地源端循环回路，每组换热管组的第一换热管、节流装置、第二换热管及压缩机连通形成制冷剂循环回路，在每台压缩机的出口端上均设有出口三通阀，在其进口端上设有入口三通阀，通过出口三通阀、入口三通阀调整制冷剂在第一换热管、第二换热管之间的流向，从而实现地源热泵的制热工况和制冷工况的转换，易于操作，而且这种内转换方式中，转换管路简单、成本低，且占用空间小，易于安装，易于操作，可靠性高。

因设有至少四组换热管组及至少两台压缩机，每台压缩机与两组换热管组形成制冷剂循环回路，可同时给至少四个用户端供冷或者供热；与同一台压缩机串接的两组换热管组只能同时供冷或者供热，与不同压缩机串接的换热管组可同时供冷和/或供热，这样可以满足不同用户端的不同需求。

附图说明

图1是现有的外转换模式的地源热泵的制冷工况原理示意图；

图2是现有的外转换模式的地源热泵的制热工况原理示意图，

图3是本发明实施例提供的组合式内转换地源热泵处于制冷工况时的立体结构示意图；

图4是本发明实施例提供的组合式内转换地源热泵处于制热工况时的立体结构示意图；

图5是本发明实施例提供的组合式内转换地源热泵的右视结构示意图；

其中，10、换热管组，11、第一换热管，12、第二换热管，13a、地源端第一循环端口，13b、地源端第二循环端口，14a、第一换热管制冷剂第一循环端口，14b、第一换热管制冷剂第二循环端口，15a、用户端第一循环端口，15b、用户端第二循环端口，16a、第二换热管制冷剂第一循环端口，16b、第二换热管制冷剂第二循环端口，17、节流装置，18、压缩机，19、出口三通阀，191、出口三通阀主端口，192、出口三通阀第一副端口，193、出口三通阀第二副端口，20、入口三通阀，201、入口三通阀主端口，202、入口三通阀第一副端口，203、入口三通阀第二副端口，21、蒸发器，22、冷凝器，23、第一连通管，24、第二连通管，25、第三连通管，26、第四连通管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了便于说明，图3、图4及图5只给出与本发明相关的安装位置部分，省略了用户端循环回路、地源端循环回路的连通管路，由图3、图4及图5可知，该组合式内转换地源热泵包括：四组换热管组10，每组换热管组10包括第一换热管11和第二换热管12，每组换热管组10的第一换热管11上的地源端第一循环端口13a、地源端第二循环端口13b与地源端系统串接形成地源端循环回路，每组换热管组10的第二换热管12上的用户端第一循环端口15a、用户端第二循环端口15b与用户端系统串接形成用户端循环回路；以及两台压缩机18，每一台压缩机18与两组换热管组10分别串接，在压缩机18的出口端上设有出口三通阀19，在压缩机18的进口端上设有入口三通阀20，出口三通阀主端口191与压缩机18的出口端串接，出口三通阀第一副端口192与第一换热管制冷剂第一循环端口14a串接，出口三通阀第二副端口193与第二换热管制冷剂第一循环端口16a串接，入口三通阀主端口201与压缩机18的进口端连通，入口三通阀第一副端口202与第二换热管制冷剂第一循环端口16a串接，入口三通阀第二副端口203与第一换热管制冷剂第一循环端口14a串接，每组换热管组10的第一换热管制冷剂第二循环端口14b与第二换热管制冷剂第二循环端口16b连通，在第一换热管制冷剂第二循环端口14b与第二换热管制冷剂第二循环端口16b之间还串接有节流装置17，每组换热管组10的第一换热管11、节流装置17、第二换热管12及压缩机18连通形成制冷剂循环回路。

下面结合附图，对地源热泵的工作原理及使用过程进行说明：

每组换热管组10的第一换热管11上的地源端第一循环端口13a、地源端第二循环端口13b用于与地源端系统串接形成地源端循环回路，每组换热管组10的第二换热管12上的用户端第一循环端口15a、用户端第二循环端口15b用于与用户端系统串接形成地源端循环回路，每组换热管组10的第一换热管11、节流装置17、第二换热管12及压缩机18连通形成制冷剂循环回路。

图3使出了本发明实施例提供的组合式内转换地源热泵处于制冷工况时的立体结构示意图，由图3可知所示，当夏天或者温度高需要制冷时，调节出口三通阀19和入口三通阀20，使压缩机18的出口端经出口三通阀主端口191、出口三通阀第一副端口192与第一换热管制冷剂第一循环端口14a连通，使压缩机18的进口端经由入口三通阀主端口201、入口三通阀第一副端口202与第二换热管制冷剂第一循环端口16a连通，由于地源端循环介质温度相对较低，会在第一换热管11内与高温高压的制冷剂发生热交换，制冷剂由高温高压变为低温低压，低温低压的制冷剂经由第二换热管制冷剂第二循环端口16b进入第二换热管12，并在第二换热管12内与用户端回路循环介质发生热交换，将用户端回路的热量交换至低温低压制冷剂，将低温低压制冷剂变为高温低压制冷剂，并将用户端循环介质的温度降低，从而给用户端供冷，然后高温低压制冷剂经由第二换热管制冷剂第一循环端口16a、入口三通阀第一副端口202、入口三通阀主端口201进入压缩机18内，经压缩机18压缩后变为高温高压制冷剂，依次循环，图3中箭头的方向为制冷剂的循环方向。

图4示出了本发明实施例提供的组合式内转换地源热泵处于制热工况时的立体结构示意图，由图4可知，当冬天或者温度低需要供热时，调节出口三通阀19和入口三通阀20，使压缩机18的出口端经出口三通阀主端口191、出口三通阀第二副端口193与第二换热管制冷剂第一循环端口16a连通，使压缩机18的进口端经由入口三通阀主端口201、入口三通阀第二副端口203与第一换热管制冷剂第一循环端口14a连通，由于地源端循环介质温度相对较高，会在第一换热管11内与低温低压的制冷剂发生热交换，将低温低压的制冷剂变为高温低压的制冷剂，高温低压的制冷剂经由第一换热管制冷剂第一循环端口14a、入口三通阀第二副端口203、入口三通阀主端口201进入压缩机18，经由压缩机18压缩后变为高温高压的制冷剂，经由出口三通阀主端口191、出口三通阀第二副端口193、第二换热管制冷剂第一循环端口16a进入第二换热管12，并在第二换热管12内与用户端循环介质发生热交换，将高温高压的制冷剂变为低温低压的制冷剂，并将用户端循环介质的温度升高，从而给用户端供热，低温低压的制冷剂从第二换热管制冷剂第二循环端口16b进入第一换热管11，依次循环，图4中箭头的方向为制冷剂的循环方向。

因设有四组换热管组10及两台压缩机18，每台压缩机18与两组换热管组10形成制冷剂循环回路，可同时给四个用户端供冷或者供热，当然，与同一台压缩机18串接的两组换热管组10只能同时供冷或者供热，由不同压缩机18串接的换热管组10可同时供冷和/或供热，这样可以满足不同用户端的不同需求。

在本实施例中，换热管组10还可以设置为6组、8组等，因为每台压缩机18分别与两组换热管组10串接连接，那么相应的压缩机18设置为3台、4台。

在本实施例中，出口三通阀19、入口三通阀20为手动阀，当然也可以根据实际情况选为电磁阀、气动阀或者液压阀。

在本实施例中，与同一台压缩机18分别串接的两组换热管组10的两第一换热管制冷剂第一循环端口14a之间连接有第一连通管23，第一连通管23与出口三通阀第一副端口192、入口三通阀第二副端口203连通，两第一换热管制冷剂第二循环端口14b之间连接有第二连通管24；两第二换热管制冷剂第一循环端口16a之间连接有第三连通管25，第三连通管25与出口三通阀第二副端口193、入口三通阀第一副端口202连通，两第二换热管制冷剂第二循环端口16b之间连接有第四连通管26，节流装置17位于第二连通管24与第四连通管26之间，并且与第二连通管24、第四连通管26串接。

从上述工作原理可以看出，本发明的组合式内转换地源热泵，使用出口三通阀19、入口三通阀20调整压缩机18和第一换热管11、第二换热管12之间的制冷剂的流向，从而实现地源热泵的制热工况和制冷工况的转换。本发明的组合式内转换地源热泵仅需调整出口三通阀19、入口三通阀20的状态，就能实现地源热泵的制热工况和制冷工况的转换，易于操作，而且这种内转换方式中，转换管路简单、成本低，且占用空间小，易于安装，并且三通阀的转换操作用力相比四通阀小，易于操作，尤其是三通阀可以采用手动三通阀，可靠性高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种组合式内转换地源热泵，用于与地源端循环回路和用户端循环回路连接，其特征在于，所述组合式内转换地源热泵包括：

至少四组换热管组，每组所述换热管组包括第一换热管和第二换热管；所述第一换热管上的地源端第一循环端口、地源端第二循环端口用于与所述地源端循环回路串接；所述第二换热管上的用户端第一循环端口、用户端第二循环端口用于与所述用户端循环回路串接；

至少两台压缩机，每一台所述压缩机与两组所述换热管组分别串接；在每台所述压缩机的出口端上均设有出口三通阀，在其进口端上设有入口三通阀；出口三通阀主端口与所述压缩机的出口端串接，出口三通阀第一副端口与第一换热管制冷剂第一循环端口串接，出口三通阀第二副端口与第二换热管制冷剂第一循环端口串接；入口三通阀主端口与所述压缩机的进口端连通，入口三通阀第一副端口与第二换热管制冷剂第一循环端口串接，入口三通阀第二副端口与第一换热管制冷剂第一循环端口串接；每组所述换热管组的所述第一换热管制冷剂第二循环端口与所述第二换热管制冷剂第二循环端口连通，在所述第一换热管制冷剂第二循环端口与所述第二换热管制冷剂第二循环端口之间还串接有节流装置；每组所述换热管组的所述第一换热管、所述节流装置、所述第二换热管及所述压缩机连通形成制冷剂循环回路。

2.根据权利要求1所述的组合式内转换地源热泵，其特征在于，所述出口三通阀、所述入口三通阀为手动阀。

3.根据权利要求1所述的组合式内转换地源热泵，其特征在于，所述出口三通阀、所述入口三通阀为电磁阀、气动阀或者液压阀。

4.根据权利要求1至3任一项所述的组合式内转换地源热泵，其特征在于，所述换热管组设置为四组、六组或者八组，相应的所述压缩机设置为两台、三台或者四台。

5.根据权利要求1所述的组合式内转换地源热泵，其特征在于，与同一台所述压缩机分别串接的两组所述换热管组的两所述第一换热管制冷剂第一循环端口之间连接有第一连通管，所述第一连通管分别与所述出口三通阀第一副端口、所述入口三通阀第二副端口连通，两所述第一换热管制冷剂第二循环端口之间连接有第二连通管；两所述第二换热管制冷剂第一循环端口之间连接有第三连通管，所述第三连通管分别与所述出口三通阀第二副端口、所述入口三通阀第一副端口连通，两所述第二换热管制冷剂第二循环端口之间连接有第四连通管；所述节流装置位于所述第二连通管与所述第四连通管之间，并且与所述第二连通管、所述第四连通管串接。