CN105241110A - 液体循环制冷热泵换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体循环制冷热泵换热装置，包括制冷系统，制冷系统包括依次连通构成换热回路的压缩机、冷凝器、节流元件以及蒸发器，冷凝器和蒸发器均包括两个换热通道，还包括热源端循环泵、用热端循环泵、热源端换热器、用热端换热器以及四只切换阀；各切换阀均包括三个端口，三个端口分别为第一端口、第二端口以及第三端口；各切换阀的相应端口分别与对应的其他零部件连接。本发明的制冷系统中制冷剂的流动方向始终不变，制冷系统可为结构最为简单的最小系统，零部件与焊点数量减少，制冷系统的可靠性高，可维护性好，能够有效的延长制冷系统的使用寿命，节能效果显著。

Description

液体循环制冷热泵换热装置

技术领域

本发明涉及换热设备，具体涉及液体循环制冷热泵换热装置。

背景技术

热泵是将低位热能转化为高位热能的系统，被称为“热量倍增器”的热泵供热与传统的供热方式相比，具有能源利用率高、节能环保等技术优势，因此热泵技术在空调和热水供应等方面已得到广泛应用。

热泵机组包括由蒸发器、冷凝器、压缩机以及节流元件构成的制冷系统，现有技术中，热泵机组还包括至少一个四通切换阀，节流元件的方向应是双向的，制冷和制热的切换通常是通过改变四通切换阀的状态和制冷剂的流动方向来实现。在这种结构模式下，制冷系统会变得较为复杂，蒸发器和冷凝器的功能互换，制冷系统中的焊点也较多，即制冷泄漏的可能性增加，这会导致热泵成本增加和可靠性下降，对使用寿命也有一定影响。

同时，现有的热泵在使用热能和冷能时，用热端换热器为常规的风管机，通过风机的强制对流将换热器的热量输送到用热空间。制热时，出风口的温度明显偏高，制冷时出风口的温度明显偏低，用热空间的温度并不均匀。风机的噪声、空气对流造成的强吹风感以及忽冷忽热的温度调控显著降低了人们对高度舒适性环境的美好感受。同时，对波动度和均匀度要求较高的应用场合，如何提高温度的波动度和均匀度仍是一个严峻的挑战，如高均匀度和高精度的高低温试验箱，制药、食品与化妆品领域的化学品及其制剂的稳定性试验箱与留样储存库，生命科学领域的植物生长试验、组织与微生物培养、种子发芽试验、昆虫与小动物饲养以及化学农药的环境安全性评价等等。

发明内容

本发明针对上述问题，克服至少一个不足，提出了一种液体循环制冷热泵换热装置。本发明无需改变传统制冷装置的结构原理和蒸发器、冷凝器的功能，通过液体循环实现加热与制冷的切换。

本发明采取的技术方案如下：

一种液体循环制冷热泵换热装置，包括制冷系统，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、节流元件以及蒸发器，所述冷凝器包括冷凝器液体传热介质通道以及制冷剂冷凝通道，所述蒸发器包括蒸发器液体传热介质通道以及制冷剂蒸发通道，所述压缩机、制冷剂冷凝通道、节流元件以及制冷剂蒸发通道依次连通构成换热回路；

液体循环制冷热泵换热装置还包括热源端循环泵、用热端循环泵、热源端换热器、用热端换热器以及四只切换阀；

四只切换阀分别为第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀以及第四切换阀；各切换阀均包括三个端口，三个端口分别为第一端口、第二端口以及第三端口；

所述冷凝器液体传热介质通道的一端与第一切换阀的第二端口连通，另一端与第二切换阀的第二端口连通；所述蒸发器液体传热介质通道的一端与第三切换阀的第二端口连通，另一端与第四切换阀的第二端口连通；

所述热源端换热器包括第一端和第二端，所述热源端换热器的第一端同时与第一切换阀的第三端口以及第三切换阀的第一端口连通；所述热源端换热器的第二端同时与第二切换阀的第一端口以及第四切换阀的第三端口连通；

所述热源端循环泵用于驱动热源端换热器内的液体流动；

所述用热端换热器包括第一端和第二端，所述用热端换热器的第一端同时与第一切换阀的第一端口以及第三切换阀的第三端口连通；所述用热端换热器的第二端同时与第二切换阀的第三端口以及第四切换阀的第一端口连通；

所述用热端循环泵用于驱动用热端换热器内的液体流动。

本申请中，“压缩机、制冷剂冷凝通道、节流元件以及制冷剂蒸发通道依次连通构成换热回路”指的是压缩机的出口与制冷剂冷凝通道的入口连通，制冷剂冷凝通道的出口与节流元件的入口连通，节流元件的出口与制冷剂蒸发通道的入口连通，制冷剂蒸发通道的出口与压缩机的入口连通，四者串联构成换热回路。

本申请中，节流元件可以为膨胀阀或毛细管等。

热源端换热器设置在水源或者地热源上，热源端换热器能够为地热源、水热源的利用创造条件，与空气源换热相比，运行效率高，节省运行成本，噪声更低，对环境的排热更少，效益显著。且热源端换热器的关键零部件深埋水下、地下或安装室内，避免了室外的恶劣气候影响，其地下部分可保用50年，地上部分可保用30年，系统维护成本极为降低。

用热端换热器用途广泛，包括冷热水供应系统，毛细管网辐射末端，地热等，利用辐射制冷与供暖，舒适度极高，无机械传动的能源消耗与噪声。

本申请的液体循环制冷热泵换热装置共有三种工作模式，分别为制冷模式，制热模式，以及过渡季的直接换热模式。

在制冷模式下(适合夏季)，第一切换阀的第二端口和第三端口连通，第二切换阀的第一端口和第二端口连通，第三切换阀的第二端口和第三端口连通，第四切换阀的第一端口和第二端口连通。此种模式下，热源端换热器与冷凝器液体传热介质通道构成回路，能够给制冷剂冷凝通道降温，而用热端换热器与蒸发器液体传热介质通道构成回路，蒸发器液体传热介质通道内的液体降温，最终实现用热端换热器的温度降低，为房间或箱体提供冷能。

在制热模式下(适合冬季)，第一切换阀的第一端口和第二端口连通，第二切换阀的第二端口和第三端口连通，第三切换阀第一端口和第二端口连通，第四切换阀的第二端口和第三端口连通。此种模式下，热源端换热器与蒸发器液体传热介质通道构成回路，能够给制冷剂蒸发通道加热，而用热端换热器与冷凝器液体传热介质通道构成回路，加热冷凝器液体传热介质通道内的液体，最终实现用热端换热器的温度升高，为房间或箱体提供热能。

在过渡季的直接换热模式下(适合春秋季)，制冷系统和热源端循环泵关闭，不再工作，四个切换阀的第一端与第三端连通。此时，用热端换热器直接与热源端换热器连通，通过用热端循环泵循环换热，整个系统能耗非常少，节能显著。

本申请的切换阀可以为手动阀也可以为电动阀，根据实际情况选定。

本申请的制冷模式与制热模式通过控制各切换阀能够瞬间切换，结构简单；制冷系统中制冷剂的流动方向始终不变，制冷系统可为结构最为简单的最小系统，降低了零部件与焊点数量，零部件故障与焊接点泄漏的几率进一步降低，可靠性提高，可维护性好，能够有效的延长制冷系统的使用寿命；因为制冷系统本身无需切换工作状态，因而系统工作的稳定性更高；在过渡季的直接换热模式下制冷系统和热源端循环泵停止工作时，系统能耗显著降低，使用寿命更长。

进一步的，还包括设置在热源端循环泵出口端或入口端的第一膨胀容器。

进一步的，还包括设置在用热端循环泵出口端或入口端的第二膨胀容器。

因为本申请循环系统完全密闭，通过设置膨胀容器能够消除热胀冷缩带来的液体循环系统压力上升或液体循环量不足等问题，从而确保装置在各个温度下可靠运行。

本申请中，各切换阀为三通切换阀，各切换阀具有三种工作模式，第一种模式为第一端口与第二端口连通；第二种模式为第一端口与第三端口连通；第三种模式为第二端口与第三端口连通。

进一步的，所述热源端换热器包括第一总管、第二总管，以及并联连接的多根换热管，各换热管的一端与第一总管连通，另一端与第二总管连通；第一总管和第二总管的其中一个端口分别为热源端换热器的第一端和第二端；各换热管各处材料、密度、壁厚、长度以及内径等完全相同，相互间等间距布置。

并联的设计能够增加热源端换热器的换热面积。实际运用时，为了发挥每一根换热管的效果，液体传热介质在热源端换热器第一总管和第二总管中的流动方向可以相同，热源换热器的各换热管可以等间距布置。

实际运用时，为了增加空间利用率热源端换热器的换热管可以为U形等弯折的形状。

进一步的，所述用热端换热器包括第一总管、第二总管，以及并联连接的多根换热管，各换热管的一端与第一总管连通，另一端与第二总管连通；第一总管和第二总管的其中一个端口分别为用热端换热器的第一端和第二端；所述换热管中部弯折，形成两个弯折部，两个弯折部相互靠拢，整体形成恒温部；各换热管各处材料、密度、壁厚、长度以及内径等完全相同，各换热管的恒温部相互间等间距布置构成换热层。

本申请所说的“靠拢”，表示两个弯折部相互紧贴或者留有一定的间隙，靠拢的目的是为了他们之间均匀的传热以确保均匀度。实际运用中，根据对均匀度的需求以及实施的成本与便利程度确定是否紧贴或保留一定的间隙并填充确保均匀传热的材料。

两个弯折部相互靠拢是为了确保充分传热，相互靠拢的两个弯折部整体形成恒温部，两个弯折部任意对应位置的温度平均值均相同，即将恒温部看成一个整体后，恒温部上任意位置的温度均相同，这种结构形式能够显著改善温度分布的均匀性。

恒温部的具体原理如下：在换热管各处材料、密度、壁厚、长度以及内径等完全相同的前提下，换热管及其内部流动的换热介质，因为热交换的存在，换热管及换热介质的温度会沿其流动的方向均匀变化，这种特性使得换热管中部弯折形成的两个弯折部相互靠拢并确保充分传热后，两个弯折部任意对应位置处一个温度高一个温度低，通过充分传热和温度互补，从而确保恒温部任意位置的温度完全相同。如换热管的总长度为20m，进口温度为22℃，出口为18℃，可以理解为换热介质每流动前进1m，温度下降为(22-18)℃/20m＝0.2℃/m。将换热管在10m处弯折，然后将换热管的两个弯折部相互靠拢并令其充分传热，恒温部在换热管弯折处的温度为22℃-(0.2℃/m×10m)＝20℃。同理，离开换热管进口位置5m处的弯折部温度为22℃-(0.2℃/m×5m)＝21℃,离开换热管出口位置5m处的弯折部温度为22℃-(0.2℃/m×15m)＝19℃,恒温部在离开换热管出口位置5m处和进口位置5m处的温度为(19℃+21℃)/2＝20℃。由此可以推论，恒温部任意位置处的温度均为20℃。

用热端换热器的这种特殊结构，能够确保各并联连接的恒温部任意位置的温度基本相同，如此结构的换热管构成的换热层，其任意位置的温度基本相同，能够为实现高精度与高均匀度温度控制提供条件。实际运用时，为了得到更好的均匀度，为了发挥每一根换热管的效果，液体传热介质在用热端换热器第一总管和第二总管中的流动方向可以相同，用热端换热器的各换热管可以等间距布置。

采用等温恒温部等间距并联或反复折弯实现大面积等温辐射层的辐射传热方式，不仅温度均匀、舒适度高，而且可以不需要风机进行强制换热，能够避免因风机而产生的噪声问题。

实际运用时，用热端换热器可以用于恒温箱，此时，用热端换热器的换热管可以设置在恒温箱的侧壁上，能够保证恒温箱内温度的均匀度得到最大限度的提高。也可以用于高均匀度和高精度的冰箱或冷藏箱，高均匀度和高精度的高温试验箱、低温试验箱或高低温试验箱等。可以用于制药、食品与化妆品领域的化学品及其制剂的稳定性试验与留样储存，生命科学领域的植物生长试验、组织与微生物培养、种子发芽试验、昆虫与小动物饲养以及化学农药的环境安全性评价等。

用热端换热器还可以用于房间的温度调节，用热端换热器的换热管埋设在房间的顶面、底面或者侧壁上，通过辐射制冷与加热，通过最小可能温度差的换热介质和最大可能传热面积的换热管，无需强制通风循环即可实现均匀的温度控制，不存在强制通风带来的强吹风感或通风噪声，不会出现局部温度过高过低或忽冷忽热的情况，满足高舒适性与高均匀度、高精度的恒温控制要求。应用领域包括家庭或办公用舒适性空调、医疗领域的洁净手术室、生物洁净实验室、洁净车间与洁净厂房，冻土工程领域的力学模型实验室等。

进一步的，还包括用热端循环泵控制器。

通过设置用热端循环泵控制器能够控制用热端的液体循环流量，在优化热量匹配与实现恒温控制的同时，进一步降低系统能耗。

进一步的，还包括一个或多个用热端换热器温度控制阀，至少有一根换热管通过用热端换热器温度控制阀与第一总管连通。

通过设置用热端换热器温度控制阀，能够控制并联连接的一个或多个用热端换热器的流量或流速，从而实现精确控制与分散集中控制。

本申请还公开了一种基于液体循环制冷热泵换热装置的制冷方法，所述液体循环制冷热泵换热装置为上文所述的液体循环制冷热泵换热装置，包括以下步骤：

控制制冷系统、热源端循环泵以及用热端循环泵工作；

控制第一切换阀，使第一切换阀的第二端口和第三端口连通；

控制第二切换阀，使第二切换阀的第一端口和第二端口连通；

控制第三切换阀，使第三切换阀的第二端口和第三端口连通；

控制第四切换阀，使第四切换阀的第一端口和第二端口连通。

本申请还公开了一种基于液体循环制冷热泵换热装置的加热方法，所述液体循环制冷热泵换热装置为上文所述的液体循环制冷热泵换热装置，包括以下步骤：

控制制冷系统、热源端循环泵以及用热端循环泵工作；

控制第一切换阀，使第一切换阀的第一端口和第二端口连通；

控制第二切换阀，使第二切换阀的第二端口和第三端口连通；

控制第三切换阀，使第三切换阀第一端口和第二端口连通；

控制第四切换阀，使第四切换阀的第二端口和第三端口连通。

本发明还公开了一种基于液体循环制冷热泵换热装置的直接换热方法，所述液体循环制冷热泵换热装置为上文所述的液体循环制冷热泵换热装置，包括以下步骤：

关闭制冷系统和热源端循环泵，控制用热端循环泵工作；

控制四个切换阀，使各切换阀的第一端与第三端连通。

本发明的有益效果是：本申请的制冷模式与制热模式通过控制各切换阀能够瞬间切换，结构简单；制冷系统中制冷剂的流动方向始终不变，制冷系统可为结构最为简单的最小系统，降低了零部件与焊点数量，制冷剂泄漏的几率大为降低，可靠性提高，可维护性好，能够有效的延长制冷系统的使用寿命；因为制冷系统本身无需切换工作状态，因而系统工作的稳定性极高；当在过渡季的直接换热模式下制冷系统和热源端循环泵停止工作时，系统能耗显著降低，使用寿命更长。同时，用热端换热器采用等温恒温部等间距并联或反复折弯方式构成大面积、高精度和高均匀度换热层，利用辐射传热方式实现换热，解决了现有技术通过改变制冷剂的流动方向来实现制冷、制热的切换和风管机换热，从而导致成本和噪声增加、可靠性下降和温度均匀度、舒适度无法满足应用需求等问题。

附图说明：

图1是本发明液体循环制冷热泵换热装置的结构示意图；

图2是用热端换热器的换热管的示意图；

图3是本发明液体循环制冷热泵换热装置在制冷模式下的示意图；

图4是本发明液体循环制冷热泵换热装置在制热模式下的示意图；

图5是本发明液体循环制冷热泵换热装置在直接换热模式下的示意图。

图中各附图标记为：

1、第一切换阀，2、第二切换阀，3、第三切换阀，4、第四切换阀，5、压缩机，6、冷凝器，7、节流元件，8、蒸发器，9、冷凝器液体传热介质通道，10、制冷剂冷凝通道，11、制冷剂蒸发通道，12、蒸发器液体传热介质通道，16、热源端换热器，17、用热端换热器，18、热源端循环泵，19、用热端循环泵，20、第一膨胀容器，21、第二膨胀容器，22、用热端循环泵控制器，23、用热端换热器温度控制阀，24、第一总管，25、第二总管，26、换热管，27、弯折部，28、恒温部。

具体实施方式：

下面结合各附图，对本发明做详细描述。

如图1所示，一种液体循环制冷热泵换热装置，包括制冷系统，制冷系统包括压缩机5、冷凝器6、节流元件7以及蒸发器8，冷凝器6包括冷凝器液体传热介质通道9以及制冷剂冷凝通道10，蒸发器8包括蒸发器液体传热介质通道12以及制冷剂蒸发通道11，压缩机5、制冷剂冷凝通道10、节流元件7以及制冷剂蒸发通道11依次连通构成换热回路，本实施例中，压缩机5的出口与制冷剂冷凝通道10的入口连通，制冷剂冷凝通道10的出口与节流元件7的入口连通，节流元件7的出口与制冷剂蒸发通道11的入口连通，制冷剂蒸发通道11的出口与压缩机5的入口连通，四者串联构成换热回路。

液体循环制冷热泵换热装置还包括热源端循环泵18、用热端循环泵19、热源端换热器16、用热端换热器17以及四只切换阀；四只切换阀分别为第一切换阀1、第二切换阀2、第三切换阀3以及第四切换阀4；各切换阀均包括三个端口，三个端口分别为第一端口、第二端口以及第三端口；

冷凝器液体传热介质通道9的一端与第一切换阀的第二端口1b连通，另一端与第二切换阀的第二端口2b连通；蒸发器液体传热介质通道12的一端与第三切换阀的第二端口3b连通，另一端与第四切换阀的第二端口4b连通；

热源端换热器16包括第一端16a和第二端16b，热源端换热器的第一端16a同时与第一切换阀的第三端口1c以及第三切换阀的第一端口3a连通；热源端换热器的第二端16b同时与第二切换阀的第一端口2a以及第四切换阀的第三端口4c连通；本实施例中，热源端换热器的第一端16a连接有热源端第一主管，热源端第一主管通过两根热源端第一分管分别与第一切换阀的第三端口1c以及第三切换阀的第一端口3a连通；热源端换热器的第二端16b连接有热源端第二主管，热源端第二主管通过两根热源端第二分管分别与第二切换阀的第一端口2a以及第四切换阀的第三端口4c连通。

热源端循环泵18用于驱动热源端换热器16内的液体流动，本实施例中，热源端循环泵18设置在热源端第一主管上，于实际运用时，除了设置在热源端第一主管上，热源端循环泵18还可以设置在热源端第二主管上。

用热端换热器17包括第一端17a和第二端17b，用热端换热器的第一端17a同时与第一切换阀的第一端口1a以及第三切换阀的第三端口3c连通；用热端换热器的第二端17b同时与第二切换阀的第三端口2c以及第四切换阀的第一端口4a连通；本实施例中，用热端换热器的第一端17a连接有用热端第一主管，用热端第一主管通过两根用热端第一分管分别与第一切换阀的第一端口1a以及第三切换阀的第三端口3c连通；用热端换热器的第二端17b连接有用热端第二主管，用热端第二主管通过两根用热端第二分管分别与第二切换阀的第三端口2c以及第四切换阀的第一端口4a连通。

用热端循环泵19用于驱动用热端换热器内的液体流动，本实施例中，用热端循环泵19设置在用热端第二主管上，于实际运用时，除了设置在用热端第二主管上，用热端循环泵19还可以设置在热源端第一主管上。

本实施例中，节流元件7为膨胀阀，于实际运用时，节流元件7还可以为毛细管。

本实施例中，热源端换热器设置在水源或者地热源上，热源端换热器能够为地热源、水热源的利用创造条件，与空气源换热相比，运行效率高，节省运行成本，噪声更低，对环境的排热更少，效益显著。且热源端换热器的关键零部件深埋地下或安装室内，避免了室外的恶劣气候影响，其地下部分可保用50年，地上部分可保用30年，系统维护成本极为降低。

本实施例中，用热端换热器用途广泛，包括冷热水供应系统，毛细管网辐射末端，地热等，利用辐射制冷与供暖，舒适度极高，无机械传动的能源消耗与噪声。

本实施中，还包括设置在热源端换热器的第二端16b的第一膨胀容器20，除了这样设置，第一膨胀容器20还可以设置在热源端循环泵的入口端或出口端。

本实施中，还包括设置在用热端循环泵出口端的第二膨胀容器21，除了这样设置，第二膨胀容器21还可以设置在用热端循环泵的入口端。

因为本申请循环系统完全密闭，通过设置膨胀容器能够消除热胀冷缩带来的液体循环系统压力上升或液体循环量不足等问题，从而确保装置在各个温度下可靠运行。

如图1和2所示，实际运用时，热源端换热器16和用热端换热器17均包括第一总管24、第二总管25，以及并联连接的多根换热管26，各换热管26的一端与第一总管24连通，另一端与第二总管25连通；各换热管各处材料、密度、壁厚、长度以及内径等完全相同；为了发挥每一根换热管的效果，液体传热介质在热源端换热器第一总管和第二总管中的流动方向相同，相互间等间距布置；热源端换热器中的第一总管和第二总管的其中一个端口分别为热源端换热器的第一端16a和第二端16b；用热端换热器中的第一总管和第二总管的其中一个端口分别为用热端换热器的第一端17a和第二端17b；实际运用时，为了增加空间利用率，热源端换热器的换热管可以为U形等弯折的形状。

如图2所示，本实施例中，用热端换热器17的换热管26中部弯折，形成两个弯折部27，两个弯折部27相互靠拢，整体形成恒温部28；各换热管的恒温部相互间等间距布置构成换热层；用热端换热器的特殊结构，为实现高精度与高均匀度温度控制提供条件。

本申请所说的“靠拢”，表示两个弯折部相互紧贴或者留有一定的间隙，靠拢的目的是为了他们之间均匀的传热以确保均匀度。实际运用中，根据对均匀度的需求以及实施的成本与便利程度确定是否紧贴或保留一定的间隙并填充确保均匀传热的材料。

两个弯折部相互靠拢是为了确保充分传热，相互靠拢的两个弯折部整体形成恒温部，两个弯折部任意对应位置的温度平均值均相同，即将恒温部看成一个整体后，恒温部上任意位置的温度均相同，这种结构形式能够显著改善温度分布的均匀性。

恒温部的具体原理如下：在换热管各处材料、密度、壁厚、长度以及内径等完全相同的前提下，换热管及其内部流动的换热介质，因为热交换的存在，换热管及换热介质的温度会沿其流动的方向均匀变化，这种特性使得换热管中部弯折形成的两个弯折部相互靠拢并确保充分传热后，两个弯折部任意对应位置处一个温度高一个温度低，通过充分传热和温度互补，从而确保恒温部任意位置的温度完全相同。如换热管的总长度为20m，进口温度为22℃，出口为18℃，可以理解为换热介质每流动前进1m，温度下降为(22-18)℃/20m＝0.2℃/m。将换热管在10m处弯折，然后将换热管的两个弯折部相互靠拢并令其充分传热，恒温部在换热管弯折处的温度为22℃-(0.2℃/m×10m)＝20℃。同理，离开换热管进口位置5m处的弯折部温度为22℃-(0.2℃/m×5m)＝21℃,离开换热管出口位置5m处的弯折部温度为22℃-(0.2℃/m×15m)＝19℃,恒温部在离开换热管出口位置5m处和进口位置5m处的温度为(19℃+21℃)/2＝20℃。由此可以推论，恒温部任意位置处的温度均为20℃。

用热端换热器的这种特殊结构，能够确保各并联连接的恒温部任意位置的温度基本相同，如此结构的换热管构成的换热层，其任意位置的温度基本相同，能够为实现高精度与高均匀度温度控制提供条件。

采用等温恒温部等间距并联或反复折弯实现大面积等温辐射层的辐射传热方式，不仅温度均匀、舒适度高，而且可以不需要风机进行强制换热，能够避免因风机而产生的噪声问题。

实际运用时，用热端换热器可以用于恒温箱，此时，用热端换热器的换热管可以设置在恒温箱的侧壁上，能够保证恒温箱内温度的均匀度得到最大限度的提高。也可以用于高均匀度和高精度的冰箱或冷藏箱，高均匀度和高精度的高温试验箱、低温试验箱或高低温试验箱等。可以用于制药、食品与化妆品领域的化学品及其制剂的稳定性试验与留样储存，生命科学领域的植物生长试验、组织与微生物培养、种子发芽试验、昆虫与小动物饲养以及化学农药的环境安全性评价等。

用热端换热器还可以用于为房间的温度调节，用热端换热器的换热管埋设在房间的顶面、底面或者侧壁上，通过辐射制冷与加热，通过最小可能温度差的换热介质和最大可能传热面积的换热管，无需强制通风循环即可实现均匀的温度控制，不存在强制通风带来的强吹风感或通风噪声，不会出现局部温度过高过低或忽冷忽热的情况，满足高舒适性与高均匀度、高精度的恒温控制要求。可用领域包括家庭或办公用舒适性空调、医疗领域的洁净手术室、生物洁净实验室、洁净车间与洁净厂房，冻土工程领域的力学模型实验室等。

本实施例中，还包括用热端循环泵控制器22。通过设置用热端循环泵控制器能够控制用热端的液体循环流量，在实现热量匹配与恒温控制的同时，进一步降低系统能耗。

本实施例中，还包括一个或多个用热端换热器温度控制阀23，至少有一根换热管通过用热端换热器温度控制阀23与第一总管连通。通过设置用热端换热器温度控制阀，能够控制并联连接的一个或多个用热端换热器的流量或流速，从而实现精确控制与分散集中控制。

本实施例中，切换阀为三通切换阀，切换阀具有三种工作模式，第一种模式为第一端口与第二端口连通；第二种模式为第一端口与第三端口连通；第三种模式为第二端口与第三端口连通。本实施例的切换阀可以为手动阀也可以为电动阀，根据实际情况选定。

本实施例液体循环制冷热泵换热装置共有三种工作模式，分别为制冷模式，制热模式，和过渡季的直接换热模式。

如图3所示，制冷模式的具体控制方法包括以下步骤：

控制制冷系统、热源端循环泵18以及用热端循环泵19工作；

控制第一切换阀1，使第一切换阀的第二端口1b和第三端口1c连通；

控制第二切换阀2，使第二切换阀的第一端口2a和第二端口2b连通；

控制第三切换阀3，使第三切换阀的第二端口3b和第三端口3c连通；

控制第四切换阀4，使第四切换阀的第一端口4a和第二端口4b连通。

此种模式下，热源端换热器16与冷凝器的冷凝器液体传热介质通道9构成回路，能够给制冷剂冷凝通道10降温，而用热端换热器17与蒸发器的蒸发器液体传热介质通道12构成回路，换热回路中，制冷剂在制冷剂蒸发通道11内蒸发吸热，给蒸发器液体传热介质通道12内的液体降温。即用热端换热器的温度较低，为房间或箱体提供冷能。

如图4所示，制热模式的具体控制方法包括以下步骤：

控制制冷系统、热源端循环泵18以及用热端循环泵19工作；

控制第一切换阀1，使第一切换阀的第一端口1a和第二端口1b连通；

控制第二切换阀2，使第二切换阀的第二端口2b和第三端口2c连通；

控制第三切换阀3，使第三切换阀第一端口3a和第二端口3b连通；

控制第四切换阀4，使第四切换阀的第二端口4b和第三端口4c连通。

此种模式下，热源端换热器16与蒸发器的第三换热12管构成回路，能够给制冷剂蒸发通道加热，而用热端换热器17与冷凝器液体传热介质通道9构成回路，制冷剂在制冷剂冷凝通道冷凝放热，加热冷凝器液体传热介质通道9内的液体，即用热端换热器的温度较高，为房间或箱体提供热能。

如图5所示，过渡季的直接换热模式的具体控制方法包括以下步骤：

关闭制冷系统和热源端循环泵18，控制用热端循环泵19工作；

控制四个切换阀，使各切换阀的第一端与第三端连通。

此种模式下，用热端换热器直接与热源端换热器连通换热，整个系统能耗非常少，较为节能。

本申请的制冷模式与制热模式通过控制各切换阀能够瞬间切换，结构简单；制冷系统中制冷剂的流动方向始终不变，制冷系统可为结构最为简单的最小系统，降低了零部件与焊点数量，零部件故障与焊接点泄漏的几率进一步降低，可靠性提高，可维护性好，能够有效的延长制冷系统的使用寿命；因为制冷系统本身无需切换工作状态，因而系统工作的稳定性极高；当在过渡季的直接换热模式下制冷系统和热源端循环泵停止工作时，系统能耗显著降低，使用寿命更长。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种液体循环制冷热泵换热装置，其特征在于，包括制冷系统，所述制冷系统包括压缩机、冷凝器、节流元件以及蒸发器，所述冷凝器包括冷凝器液体传热介质通道以及制冷剂冷凝通道，所述蒸发器包括蒸发器液体传热介质通道以及制冷剂蒸发通道，所述压缩机、制冷剂冷凝通道、节流元件以及制冷剂蒸发通道依次连通构成换热回路；

液体循环制冷热泵换热装置还包括热源端循环泵、用热端循环泵、热源端换热器、用热端换热器以及四只切换阀；

四只切换阀分别为第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀以及第四切换阀；各切换阀均包括三个端口，三个端口分别为第一端口、第二端口以及第三端口；

所述冷凝器液体传热介质通道的一端与第一切换阀的第二端口连通，另一端与第二切换阀的第二端口连通；所述蒸发器液体传热介质通道的一端与第三切换阀的第二端口连通，另一端与第四切换阀的第二端口连通；

所述热源端换热器包括第一端和第二端，所述热源端换热器的第一端同时与第一切换阀的第三端口以及第三切换阀的第一端口连通；所述热源端换热器的第二端同时与第二切换阀的第一端口以及第四切换阀的第三端口连通；

所述热源端循环泵用于驱动热源端换热器内的液体流动；

所述用热端换热器包括第一端和第二端，所述用热端换热器的第一端同时与第一切换阀的第一端口以及第三切换阀的第三端口连通；所述用热端换热器的第二端同时与第二切换阀的第三端口以及第四切换阀的第一端口连通；

所述用热端循环泵用于驱动用热端换热器内的液体流动。

2.如权利要求1所述的液体循环制冷热泵换热装置，其特征在于，还包括设置在热源端循环泵出口端或入口端的第一膨胀容器。

3.如权利要求1所述的液体循环制冷热泵换热装置，其特征在于，还包括设置在用热端循环泵出口端或入口端的第二膨胀容器。

4.如权利要求1所述的液体循环制冷热泵换热装置，其特征在于，所述热源端换热器包括第一总管、第二总管，以及并联连接的多根换热管，各换热管的一端与第一总管连通，另一端与第二总管连通；第一总管和第二总管的其中一个端口分别为热源端换热器的第一端和第二端。

5.如权利要求1所述的液体循环制冷热泵换热装置，其特征在于，所述用热端换热器包括第一总管、第二总管，以及并联连接的多根换热管，各换热管的一端与第一总管连通，另一端与第二总管连通；第一总管和第二总管的其中一个端口分别为用热端换热器的第一端和第二端；所述换热管中部弯折，形成两个弯折部，两个弯折部相互靠拢，整体形成恒温部；各换热管的恒温部相互间等间距布置构成换热层。

6.如权利要求5所述的液体循环制冷热泵换热装置，其特征在于，还包括用热端循环泵控制器。

7.如权利要求5所述的液体循环制冷热泵换热装置，其特征在于，还包括一个或多个用热端换热器温度控制阀，至少有一根换热管通过用热端换热器温度控制阀与第一总管连通。

8.一种基于液体循环制冷热泵换热装置的制冷方法，所述液体循环制冷热泵换热装置为权利要求1~7任意一项权利要求所述的液体循环制冷热泵换热装置，其特征在于，包括以下步骤：

控制制冷系统、热源端循环泵以及用热端循环泵工作；

控制第一切换阀，使第一切换阀的第二端口和第三端口连通；

控制第二切换阀，使第二切换阀的第一端口和第二端口连通；

控制第三切换阀，使第三切换阀的第二端口和第三端口连通；

控制第四切换阀，使第四切换阀的第一端口和第二端口连通。

9.一种基于液体循环制冷热泵换热装置的加热方法，所述液体循环制冷热泵换热装置为权利要求1~7任意一项权利要求所述的液体循环制冷热泵换热装置，其特征在于，包括以下步骤：

控制制冷系统、热源端循环泵以及用热端循环泵工作；

控制第一切换阀，使第一切换阀的第一端口和第二端口连通；

控制第二切换阀，使第二切换阀的第二端口和第三端口连通；

控制第三切换阀，使第三切换阀第一端口和第二端口连通；

控制第四切换阀，使第四切换阀的第二端口和第三端口连通。

10.一种基于液体循环制冷热泵换热装置的直接换热方法，所述液体循环制冷热泵换热装置为权利要求1~7任意一项权利要求所述的液体循环制冷热泵换热装置，其特征在于，包括以下步骤：

关闭制冷系统和热源端循环泵，控制用热端循环泵工作；

控制四个切换阀，使各切换阀的第一端与第三端连通。