CN105402938B - 水地源热泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明属于热泵领域，具体涉及一种水地源热泵机组，包括四通阀、压缩机、使用侧换热器和热源侧换热器，四通阀具有D、C、S、E四个口，D口通过管道与压缩机的输出端连接，S口通过管道与压缩机的输入端连接，C口通过管道连接热源侧换热器的一端，热源侧换热器的另一端通过双向管路连接使用侧换热器的一端，使用侧换热器的另一端通过管道连接E口，使用侧换热器的换热面积是热源侧换热器的换热面积的1.03～2.00倍。本发明通过合理匹配使用侧换热器与热源侧换热器的换热面积，充分了提高制冷制热的能效比，使制热时的冷凝温度更加合理，并降低整个机组的输入功率，同时还能延长使用侧换热器和热源侧换热器的清洗周期。

Description

水地源热泵机组

技术领域

本发明涉及一种水地源热泵机组，属于热泵领域。

背景技术

水（地）源热泵机组是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能的空调机组。机组通过输入少量的电能实现低温位热能向高温位转移，地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，机组消耗1kW的能量，获得4~5kW以上的冷/热量，能量来源于地下能源，机组不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”，可广泛应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。

目前，传统的水地源热泵机组中，热源侧换热器和使用侧换热器的外形尺寸和换热能力是一样的，即换热面积相同。夏天制冷时，本机组中的使用侧换热器作为蒸发器，热源侧换热器作为冷凝器，使用侧换热器的载冷剂12℃左右进、7℃左右出，热源侧换热器的热源水20℃左右进、30℃左右出；冬天制热时，本机组中的使用侧换热器作为冷凝器，热源侧换热器作为蒸发器，热源侧换热器的热源水15℃左右进、7.5℃左右出，使用侧换热器的载冷剂40℃左右进、45℃左右出。由上述可知，夏天，热源侧换热器以及使用侧换热器的换热温度低，不易结垢；而冬天使用侧换热器的换热温度较高，因此，使用侧换热器很容易结垢，而且会影响换热效率，使得制冷制热的能效比低。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种能够充分提高制冷制热的能效比、确保制冷制热效率的水地源热泵机组。

本发明提供了两种水地源热泵机组的方案：

方案一：

水地源热泵机组包括四通阀、压缩机、使用侧换热器和热源侧换热器，四通阀具有D口、C口、S口、E口四个口，D口通过第一管道与压缩机的输出端连接，S口通过第二管道与压缩机的输入端连接，C口通过第三管道连接热源侧换热器的一端，热源侧换热器的另一端通过双向管路连接使用侧换热器的一端，使用侧换热器的另一端通过第四管道连接E口，使用侧换热器的换热面积是热源侧换热器的换热面积的1.03~2.00倍；双向管路的第一管路包括顺次连接的一管、二管、三管、四管、五管，二管、四管上安装同向的单向阀，三管上依次设置有过滤器和节流阀，当C口与D口接通、S口与E口接通时，从热源侧换热器流出的制冷剂依次流经一管、二管、三管的过滤器及节流阀、四管、五管并进入使用侧换热器；双向管路的第二管路包括一管、三管、五管、六管、七管，六管连接三管首端和五管首端，七管连接三管末端和一管末端，六管、七管上安装同向的单向阀，当D口与E口接通、C口与S口接通时，从使用侧换热器流出的制冷剂依次流经三管的过滤器及节流阀、七管、一管并进入热源侧换热器。

工作原理及过程：

制冷时，四通阀的C口与D口接通、S口与E口接通，此时，热源侧换热器作为冷凝器，使用侧换热器作为蒸发器，由压缩机排出的高压制冷剂蒸汽经四通阀的D-C通路进入热源侧换热器，将热量传给热源水，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，之后制冷剂液体经第一管路（经节流阀节流降压）进入使用侧换热器，并在使用侧换热器中吸热（吸收载冷剂中的热量）蒸发，载冷剂得到冷却，实现制冷，蒸发后的制冷剂蒸汽，经四通阀的S-E通路后被压缩机吸入，这样周而复始，实现制冷循环；

制热时，四通阀的D口与E口接通、C口与S口接通，此时，使用侧换热器作为冷凝器，热源侧换热器作为蒸发器，压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽经四通阀的D-E通路进入使用侧换热器，将热量传给载冷剂，载冷剂得到升温，实现制热，同时制冷剂蒸汽被冷凝成液体，冷凝后的制冷剂液体通过第二管路（经节流阀节流降压）进入热源侧换热器，并在热源侧换热器中吸热（吸收热源水的热量）蒸发，蒸发后的制冷剂蒸汽，经四通阀的C-S通路后被压缩机吸入，这样周而复始，实现制冷循环。

本发明根据水地源热泵机组中热源水与载冷剂的流量与温度，合理匹配使用侧换热器与热源侧换热器的换热面积，将传统使用侧换热器的换热面积加大，并减小传统热源侧换热器的换热面积，使使用侧换热器的换热面积达到热源侧换热器的换热面积的1.03~2.00倍，从而能够充分提高制冷制热的能效比，确保制冷制热效率，使制热时的冷凝温度更加合理，降低了整个机组的输入功率、延长了使用侧换热器和热源侧换热器的清洗周期。

优选的，所述的三管上，在过滤器之前或者过滤器与节流阀之间设置一贮液器。通过贮液器能够及时排出冷凝的制冷剂液体，保证冷凝热交换面积与冷凝热交换能力，使热泵机组稳定高效运行。

优选的，所述的使用侧换热器、热源侧换热器均采用壳管式换热器或者均采用板式换热器。壳管式换热器以及板式换热器与传统套管式换热器相比，不会因水流不均造成换热器被冻坏的问题；壳管式换热器相比板式换热器还有一定的优势，其不容易因水质差造成脏堵问题，从而能够延长自身结垢的清洗周期。

优选的，节流阀采用膨胀阀。

无论在制热还是制冷过程中，制冷剂液体经过节流阀节流降压之后都会变成气液两相，如果还继续采用相同管径，就会增大流体阻力，降低流速，进而影响整个机组的制冷制热效率，为了解决这一问题，本发明中采用如下设计：一管、四管、五管、七管的管径大于二管、三管、六管的管径。通过上述改进能够大大降低流体阻力，确保制冷剂的流速。进一步优选的，一管、四管、五管、七管的管径Φ均为22cm，二管、三管、六管的管径Φ均为16cm。

方案二：

水地源热泵机组，包括四通阀、压缩机、使用侧换热器和热源侧换热器，四通阀具有D口、C口、S口、E口四个口，D口通过第一管道与压缩机的输出端连接，S口通过第二管道与压缩机的输入端连接，C口通过第三管道连接热源侧换热器的一端，热源侧换热器的另一端通过双向管路与使用侧换热器的一端连接，使用侧换热器的另一端通过第四管道连接E口，使用侧换热器的换热面积是热源侧换热器的换热面积的1.03~2.00倍；双向管路包括两端的总管和并列设置在两总管之间的两支路，两支路上沿制冷剂流动方向均依次设有单向阀、过滤器、节流阀、单向阀，且同一支路上的两单向阀同向，不同支路上的单向阀反向；当C口与D口接通、S口与E口接通时，制冷剂通过双向管路的一支路从热源侧换热器流入使用侧换热器；当D口与E口接通、C口与S口接通时，制冷剂通过双向管路的另一支路从使用侧换热器流入热源侧换热器。

本方案中，水地源热泵机组的工作原理及过程与方案一相同，也可以采用方案一中的优选方案：所述的使用侧换热器、热源侧换热器均采用壳管式换热器或者均采用板式换热器；节流阀采用膨胀阀；所述的两支路上，在过滤器之前或者过滤器与节流阀之间设置一贮液器。为了降低流体阻力，确保制冷剂的流速，作如下设计：两支路上节流阀之后的部分以及两总管的管径大于两支路上节流阀之前的部分的管径。进一步优选的，两支路上节流阀之后的部分以及两总管的管径Φ均为22cm，两支路上节流阀之前的部分的管径Φ均为16cm。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

整个水地源热泵机组结构设计合理，通过合理匹配使用侧换热器与热源侧换热器的换热面积，使使用侧换热器的换热面积大于热源侧换热器，能够充分提高制冷制热的能效比，确保制冷制热效率，使制热时的冷凝温度更加合理，并降低整个机组的输入功率，同时还能延长使用侧换热器和热源侧换热器的清洗周期。

附图说明

图1是实施例一的结构示意图；

图2是实施例二的结构示意图。

图中：1、压缩机；2、第一管道；3、使用侧换热器；4、第四管道；5、四通阀；6、第二管道；7、第三管道；8、热源侧换热器；9、四管；10、七管；11、节流阀；12、单向阀；13、一管；14、过滤器；15、二管；16、贮液器；17、三管；18、六管；19、五管；20、总管；21、一支路；22、另一支路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

实施例一：

如图1所示，水地源热泵机组包括四通阀5、压缩机1、使用侧换热器3和热源侧换热器8，四通阀5具有D口、C口、S口、E口四个口，D口通过第一管道2与压缩机1的输出端连接，S口通过第二管道6与压缩机1的输入端连接，C口通过第三管道7连接热源侧换热器8的一端，热源侧换热器8的另一端通过双向管路连接使用侧换热器3的一端，使用侧换热器3的另一端通过第四管道4连接E口，使用侧换热器3的换热面积是热源侧换热器8的换热面积的1.05倍；双向管路的第一管路包括顺次连接的一管13、二管15、三管17、四管9、五管19，二管15、四管9上安装同向的单向阀12，三管17上依次设置有过滤器14和节流阀11，当C口与D口接通、S口与E口接通时，从热源侧换热器8流出的制冷剂依次流经一管13、二管15、三管17的过滤器14及节流阀11、四管9、五管19并进入使用侧换热器3；双向管路的第二管路包括一管13、三管17、五管19、六管18、七管10，六管18连接三管17首端和五管19首端，七管10连接三管17末端和一管13末端，六管18、七管10上安装同向的单向阀12，当D口与E口接通、C口与S口接通时，从使用侧换热器3流出的制冷剂依次流经三管17的过滤器14及节流阀11、七管10、一管13并进入热源侧换热器8。

工作原理及过程：

制冷时，四通阀5的C口与D口接通、S口与E口接通，此时，热源侧换热器8作为冷凝器，使用侧换热器3作为蒸发器，由压缩机1排出的高压制冷剂蒸汽经四通阀5的D-C通路进入热源侧换热器8，将热量传给热源水，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，之后制冷剂液体经第一管路（经节流阀11节流降压）进入使用侧换热器3，并在使用侧换热器3中吸热（吸收载冷剂中的热量）蒸发，载冷剂得到冷却（载冷剂12℃流入、7℃流出），实现制冷，蒸发后的制冷剂蒸汽，经四通阀5的S-E通路后被压缩机1吸入，这样周而复始，实现制冷循环；

制热时，四通阀5的D口与E口接通、C口与S口接通，此时，使用侧换热器3作为冷凝器，热源侧换热器8作为蒸发器，压缩机1排出的高温高压制冷剂蒸汽经四通阀5的D-E通路进入使用侧换热器3，将热量传给载冷剂，载冷剂得到升温（载冷剂40℃流入、45.5℃流出），实现制热，同时制冷剂蒸汽被冷凝成液体，冷凝后的制冷剂液体通过第二管路（经节流阀11节流降压）进入热源侧换热器8，并在热源侧换热器8中吸热（吸收热源水的热量）蒸发，蒸发后的制冷剂蒸汽，经四通阀5的C-S通路后被压缩机1吸入，这样周而复始，实现制冷循环。

本实施例中，根据水地源热泵机组中热源水与载冷剂的流量与温度，合理匹配使用侧换热器3与热源侧换热器8的换热面积，将传统使用侧换热器3的换热面积加大，并减小传统热源侧换热器8的换热面积，使使用侧换热器3的换热面积达到热源侧换热器8的换热面积的1.05倍，从而能够充分提高制冷制热的能效比，确保制冷制热效率，使制热时的冷凝温度更加合理，降低了整个机组的输入功率、延长了使用侧换热器3和热源侧换热器8的清洗周期。

无论在制热还是制冷过程中，制冷剂液体经过节流阀11节流降压之后都会变成气液两相，如果还继续采用相同管径，就会增大流体阻力，降低流速，进而影响整个机组的制冷制热效率，为了解决这一问题，本实施例中采用如下设计：一管13、四管9、五管19、七管10的管径Φ均为22cm，二管15、三管17、六管18的管径Φ均为16cm。

除上述外，本实施例还采用如下优选方案：上述的三管17上，沿制冷剂流动方向在过滤器14之前或者过滤器14与节流阀11之间设置一贮液器16；使用侧换热器3、热源侧换热器8均采用壳管式换热器或者均采用板式换热器；节流阀11采用膨胀阀。

实施例二：

如图2所示，水地源热泵机组包括四通阀5、压缩机1、使用侧换热器3和热源侧换热器8，四通阀5具有D口、C口、S口、E口四个口，D口通过第一管道2与压缩机1的输出端连接，S口通过第二管道6与压缩机1的输入端连接，C口通过第三管道7连接热源侧换热器8的一端，热源侧换热器8的另一端通过双向管路与使用侧换热器3的一端连接，使用侧换热器3的另一端通过第四管道4连接E口，使用侧换热器3的换热面积是热源侧换热器8的换热面积的1.17倍；双向管路包括两端的总管20和并列设置在两总管20之间的两支路，两支路上沿制冷剂流动方向均依次设有单向阀12、过滤器14、节流阀11、单向阀12，且同一支路上的两单向阀12同向，不同支路上的单向阀12反向；当C口与D口接通、S口与E口接通时，制冷剂通过双向管路的一支路21从热源侧换热器8流入使用侧换热器3；当D口与E口接通、C口与S口接通时，制冷剂通过双向管路的另一支路22从使用侧换热器3流入热源侧换热器8。

本实施例中，水地源热泵机组的工作原理及过程与实施例一相同。

为了降低流体阻力，确保制冷剂的流速，作如下设计：沿制冷剂的流动方向，两支路上节流阀11之后的部分以及两总管20的管径Φ均为22cm，两支路上节流阀11之前的部分的管径Φ均为16cm。

除上述外，本实施例中也可以采用与实施例一相同的优选方案，即：所述的使用侧换热器3、热源侧换热器8均采用壳管式换热器或者均采用板式换热器；所述的两支路上，在过滤器14之前或者过滤器14与节流阀11之间设置一贮液器16；节流阀11采用膨胀阀。

Claims (10)

1.一种水地源热泵机组，其特征在于：包括四通阀（5）、压缩机（1）、使用侧换热器（3）和热源侧换热器（8），四通阀（5）具有D口、C口、S口、E口四个口，D口通过第一管道（2）与压缩机（1）的输出端连接，S口通过第二管道（6）与压缩机（1）的输入端连接，C口通过第三管道（7）连接热源侧换热器（8）的一端，热源侧换热器（8）的另一端通过双向管路连接使用侧换热器（3）的一端，使用侧换热器（3）的另一端通过第四管道（4）连接E口，使用侧换热器（3）的换热面积是热源侧换热器（8）的换热面积的1.03~2.00倍；

双向管路的第一管路包括顺次连接的一管（13）、二管（15）、三管（17）、四管（9）、五管（19），二管（15）、四管（9）上安装同向的单向阀（12），三管（17）上依次设置有过滤器（14）和节流阀（11），当C口与D口接通、S口与E口接通时，从热源侧换热器（8）流出的制冷剂依次流经一管（13）、二管（15）、三管（17）的过滤器（14）及节流阀（11）、四管（9）、五管（19）并进入使用侧换热器（3）；

双向管路的第二管路包括一管（13）、三管（17）、五管（19）、六管（18）、七管（10），六管（18）连接三管（17）首端和五管（19）首端，七管（10）连接三管（17）末端和一管（13）末端，六管（18）、七管（10）上安装同向的单向阀（12），当D口与E口接通、C口与S口接通时，从使用侧换热器（3）流出的制冷剂依次流经三管（17）的过滤器（14）及节流阀（11）、七管（10）、一管（13）并进入热源侧换热器（8）。

2.根据权利要求1所述的水地源热泵机组，其特征在于：所述的使用侧换热器（3）、热源侧换热器（8）均采用壳管式换热器或者均采用板式换热器。

3.根据权利要求1所述的水地源热泵机组，其特征在于：所述的三管（17）上，在过滤器（14）之前或者过滤器（14）与节流阀（11）之间设置一贮液器（16）。

4.根据权利要求1、2或3所述的水地源热泵机组，其特征在于：所述的一管（13）、四管（9）、五管（19）、七管（10）的管径大于二管（15）、三管（17）、六管（18）的管径。

5.根据权利要求4所述的水地源热泵机组，其特征在于：所述的一管（13）、四管（9）、五管（19）、七管（10）的管径Φ均为22cm，二管（15）、三管（17）、六管（18）的管径Φ均为16cm。

6.一种水地源热泵机组，其特征在于：包括四通阀（5）、压缩机（1）、使用侧换热器（3）和热源侧换热器（8），四通阀（5）具有D口、C口、S口、E口四个口，D口通过第一管道（2）与压缩机（1）的输出端连接，S口通过第二管道（6）与压缩机（1）的输入端连接，C口通过第三管道（7）连接热源侧换热器（8）的一端，热源侧换热器（8）的另一端通过双向管路与使用侧换热器（3）的一端连接，使用侧换热器（3）的另一端通过第四管道（4）连接E口，使用侧换热器（3）的换热面积是热源侧换热器（8）的换热面积的1.03~2.00倍；

双向管路包括两端的总管（20）和并列设置在两总管（20）之间的两支路，两支路上沿制冷剂流动方向均依次设有单向阀（12）、过滤器（14）、节流阀（11）、单向阀（12），且同一支路上的两单向阀（12）同向，不同支路上的单向阀（12）反向；

当C口与D口接通、S口与E口接通时，制冷剂通过双向管路的一支路（21）从热源侧换热器（8）流入使用侧换热器（3）；

当D口与E口接通、C口与S口接通时，制冷剂通过双向管路的另一支路（22）从使用侧换热器（3）流入热源侧换热器（8）。

7.根据权利要求6所述的水地源热泵机组，其特征在于：所述的使用侧换热器（3）、热源侧换热器（8）均采用壳管式换热器或者均采用板式换热器。

8.根据权利要求6所述的水地源热泵机组，其特征在于：所述的两支路上，在过滤器（14）之前或者过滤器（14）与节流阀（11）之间设置一贮液器（16）。

9.根据权利要求6、7或8所述的水地源热泵机组，其特征在于：两支路上节流阀（11）之后的部分以及两总管（20）的管径大于两支路上节流阀（11）之前的部分的管径。

10.根据权利要求9所述的水地源热泵机组，其特征在于：两支路上节流阀（11）之后的部分以及两总管（20）的管径Φ均为22cm，两支路上节流阀（11）之前的部分的管径Φ均为16cm。