CN107965941B - 一种内转换型水源热泵机组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种内转换型水源热泵机组，包括通过管路连接的压缩机、四通阀、水源侧换热器、使用侧换热器和电子膨胀阀；水源侧换热器和使用侧换热器的结构一致，其壳体上各设置有三个与其内部壳程连通的接口，分别为气体接口、进液接口和出液接口；水源侧换热器的出液接口与第一单向阀的进口连通，使用侧换热器的出液接口与第二单向阀的进口连通，第一单向阀和第二单向阀的出口通过管路、两段支路分别与水源侧换热器的进液接口、使用侧换热器的进液接口连通。本发明对降膜式换热器的结构进行改进，使该换热器既可以作为蒸发器又可以作为冷凝器使用，配合四通换向阀进行制冷剂系统的模式转换，实现了运行模式的自动切换。
Description
技术领域
本发明属于制冷、空调领域，具体是一种内转换型水源热泵机组。
背景技术
目前，在制冷、空调领域，水源热泵机组得到普遍运用，水源热泵机组根据使用侧流体形式的不同分为冷热风型机组和冷热水型机组；根据水源热泵机组制冷与制热的模式切换方式的不同又可分为：外转换型机组、内转换型机组。冷热风型机组均为内转换型机组，冷热水型机组一般为外转换型机组。
所谓外转换型机组是通过水路系统中的阀门切换实现制冷与制热模式的切换，即制冷工况下使用侧循环水进入到机组的蒸发器内换热被制冷剂通过蒸发而吸走热量，从而实现制冷；水源水进入到机组的冷凝器内换热以带走制冷剂的冷凝热，从而实现向水源中放热。当转换为制热工况时，使用侧循环水进入到机组的冷凝器内换热以带走制冷剂的冷凝热，从而实现制热；而水源水则进入到机组的蒸发器内换热被制冷剂通过蒸发而吸走热量，从而实现从水源中取热。制冷与制热的模式切换是通过水路组合阀门的切换，将水源水与使用侧循环水转换到不同的换热器内，但对于机组来说，蒸发器永远是蒸发器，冷凝器永远是冷凝器，不会因为模式的切换而改变换热器的换热性质。
所谓内转换型机组是通过制冷剂系统的切换实现制冷与制热模式的切换，一般通过四通换向阀的来实现的，而水路系统不发生变化，水源水永远只通向水源侧换热器，使用侧循环水永远通向使用侧换热器，即制冷工况下水源侧换热器作为冷凝器使用，使用侧换热器作为蒸发器使用；而制热工况下水源侧换热器作为蒸发器使用，使用侧换热器作为冷凝器使用。对于机组来说，对于同一个换热器，它既是蒸发器，又是冷凝器，会因为模式的切换而改变换热器的换热性质。
一般大型水源热泵系统，均采用冷热水型机组且使用螺杆压缩机居多，又称为螺杆式水源热泵机组，螺杆式水源热泵机组根据所采用的蒸发器型式又可分为：干式机组和满式机组。现有螺杆式水源热泵机组制冷制热模式的切换均采用外转换的方式，机组所采用的蒸发器一般为干式蒸发器或满液式蒸发器，干式蒸发器和满液式蒸发器作为一种蒸发型的换热器由于其各自的结构特点只能用于蒸发换热，不能作为冷凝换热使用，所以现有的螺杆式水源热泵机组制冷、制热模式的切换均采用外转换的方式进行。但外转换型机组在模式转换时需要手动对水路系统中的阀门进行开启和关闭操作，对于需要经常进行模式切换的应用场合，无法实现自动模式切换会给维护人员带来麻烦；而且在一些特殊工艺场合，水源侧和使用侧的流体洁净度和腐蚀特性不同，所使用的蒸发器和冷凝器要满足两种流体的应用特性，这也导致换热器的制造成本大大增加。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种内转型水源热泵机组。
技术方案：本发明所述内转换型水源热泵机组，包括通过管路连接的压缩机、四通阀、水源侧换热器、使用侧换热器和电子膨胀阀；
所述水源侧换热器和使用侧换热器的结构一致，其壳体上各设置有三个与其内部壳程连通的接口，分别为位于顶部的气体接口和进液接口，以及位于底部的出液接口，其中，进液接口与壳体内上部的分液器连通；所述水源侧换热器的管程内通入水源水，所述使用侧换热器的管程内通入使用水；
所述压缩机的排气口与所述四通阀的第一接口连通；所述四通阀的第二接口与水源侧换热器的气体接口连通，四通阀的第三接口与压缩机的进气口连通，四通阀的第四接口与使用侧换热器的气体接口连通；
所述水源侧换热器的出液接口与第一单向阀的进口连通，所述使用侧换热器的出液接口与第二单向阀的进口连通，所述第一单向阀和第二单向阀的出口相互连通、并通过管路接入电子膨胀阀的进口，所述电子膨胀阀的出口通过两段支路分别与第三单向阀和第四单向阀的进口连通，所述第三单向阀的出口与所述水源侧换热器的进液接口连通，第四单向阀与使用侧换热器的进液接口连通；
制冷工况下，所述四通阀的第一接口与第二接口连通，第三接口与第四接口连通；压缩机的排气口排出的制冷剂依次经过四通阀的第一接口、四通阀的第二接口、水源侧换热器、第一单向阀、电子膨胀阀、第四单向阀、使用侧换热器、四通阀的第四接口和四通阀的第三接口，进入压缩机的进气口；
制热工况下，所述四通阀的第一接口与第四接口连通，第二接口与第三接口连通；压缩机的排气口排出的制冷剂依次经过四通阀的第一接口、四通阀的第四接口、使用侧换热器、第二单向阀、电子膨胀阀、第三单向阀、水源侧换热器、四通阀的第二接口和四通阀的第三接口，进入压缩机的进气口。
本发明进一步优选地技术方案为，该机组还包括回油管路，所述回油管路上设置有文丘里结构的回油引射器，所述回油引射器的出口连通所述四通阀的第三接口与所述压缩机的进气口之间的管路；回油引射器的端部进口连通压缩机的排气口与四通阀的第一接口之间的管路；回油引射器的中间进口通过两回油支路分别和设置在所述水源侧换热器和使用侧换热器的壳体底部的出油阀连接，在两回油支路上各设置有一回油电磁阀，控制两支路的通断。
优选地，所述压缩机的排气口与四通阀的第一接口之间的管路上还设置有油分离器，所述压缩机的排气口通过管路与所述油分离器的进口连通，所述油分离器的出口通过管路与所述四通阀的第一接口连通，所述油分离器的出油口通过管路连通所述四通阀的第三接口与所述压缩机的进气口之间的管路。
优选地，所述回油引射器的出口连通管路上设置有第一油路回油阀，所述油分离器的出油口连通管路上设置有第二油路回油阀。
优选地，油分离器的出油口连通管路上还设置有视油镜、回油电磁阀、油过滤器和回油截止阀；所述回油引射器的中间进口连通的两回油支路上分别设置有一油过滤器。
优选地，所述压缩机的排气口与所述四通阀的第一接口之间的连接管路上设置有排气温度传感器和排气压力传感器；所述四通阀的第三接口与压缩机的进气口之间的连管路上设置有进气温度传感器和进气压力传感器；
所述水源侧换热器的出液接口与第一单向阀的进口之间的连接管路上设置有第一液路截止阀；所述使用侧换热器的出液接口与第二单向阀的进口之间的连接管路上设置有第二液路截止阀；所述电子膨胀阀的出口管路上设置有第三液路截止阀。
有益效果：（1）本发明对降膜式换热器的结构进行改进，使该换热器既可以作为蒸发器又可以作为冷凝器使用，配合四通换向阀进行制冷剂系统的模式转换，实现了运行模式的自动切换，对于需要经常进行模式切换的应用场合，给维护人员带来方便；且在一些特殊工艺场合，水源侧和使用侧的流体洁净度和腐蚀特性不同时，可以分别对两个换热器采用不同的材质进行设计，大大降低制造成本。
（2）本发明通过回油管路的双控设计，确保两个换热器在作为蒸发器使用时都能及时排掉壳程内的存油，提高整个机组的制冷剂和油的循环利用率，节能高效，且回油管路能够根据制冷剂系统的模式转换，通过两个截止电磁阀的开关进行回油通路的自动切换，从而达到同一个引射器实现两个换热器回油的效果。
（3）本发明结构设计合理、巧妙，且运行过程中具有节能高效、安全可靠的特性，可替代传统干式、满液式水源热泵机组，用于中央空调制冷、水源热泵采暖及工业冷却等场合，具有广泛的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明所述内转换型水源热泵机组的结构示意图；
图中，1-压缩机、1a-排气口、1b-回气口、2-油分离器、2a-进气口、2b-出气口、2c-出油口、3-四通换向阀、3a-第一接口、3b-第二接口、3c-第三接口、3d-第四接口、4-水源侧换热器、4a-水源侧第一接口、4b-水源侧第二接口、4c-水源侧第三接口、4d-水源侧第四接口、5-使用侧换热器、5a-使用侧第一接口、5b-使用侧第二接口、5c-使用侧第三接口、5d-使用侧第四接口、6-电子膨胀阀、7-第三液路截止阀、8-第三单向阀、9-第四单向阀、10-第一液路截止阀、11-第一干燥过滤器、12-第一单向阀、13-第二单向阀、14-第二干燥过滤器、15-第二液路截止阀、16-第二油过滤器、17-第二回油电磁阀、18-第一回油电磁阀、19-第一油过滤器、20-第一视油镜、21-引射器、21a-出口、21b-末端进口、21c-中间进口、22-第二视油镜、23-第三回油电磁阀、24-第三油过滤器、25-回油截止阀、26-引射气体阀、27-第一油路回油阀、28-第二油路回油阀、29-排气温度传感器、30-排气压力传感器、31-回气温度传感器、32-回气压力传感器。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种内转换型水源热泵机组，包括：压缩机1、油分离器2、四通换向阀3、水源侧换热器4、使用侧换热器5、电子膨胀阀6。
压缩机1的排气口1a与油分离器2进气口2a通过管路连通，该段管路上设有排气温度传感器29、排气压力传感器30。油分离器2的出气口2b通过管路与四通换向阀3的第一接口3a连通，四通换向阀3的第二接口3b通过管路与位于水源侧换热器4壳体上部的水源侧第一接口4a连通，四通换向阀3的第三接口3c通过管路与压缩机1的回气口1b连通，该段管路上设有回气温度传感器31、回气压力传感器32。四通换向阀3的第四接口3d通过管路与位于使用侧换热器5壳体上部的使用侧第一接口5a连通。
位于水源侧换热器4壳体下部的水源侧第二接口4b通过管路与第一液路截止阀10的进口连通，第一液路截止阀10的出口通过管路与第一干燥过滤器11的进口连通，第一干燥过滤器11的出口通过管路与第一单向阀12的进口连通。位于使用侧换热器5壳体下部的使用侧第二接口5b通过管路与第二液路截止阀15的进口连通，第二液路截止阀15的出口通过管路与第二干燥过滤器14的进口连通，第二干燥过滤器14的出口通过管路与第二单向阀13的进口连通。第一单向阀12的出口与第二单向阀13的出口通过管路连通，并与电子膨胀阀6的进口连通，电子膨胀阀6的出口通过管路与第三液路截止阀7的进口连通。第三液路截止阀7的出口与第三单向阀8的进口通过管路连通，第三单向阀8的出口通过管路与位于水源侧换热器4壳体上部的水源侧第三接口4c连通，截止阀7的出口与第三单向阀8的进口之间的管路上设置一中间支路与第四单向阀9的进口连通，第四单向阀9的出口通过管路与位于使用侧换热器5壳体上部的使用侧第三接口5c连通。
该机组还设置了回油系统：位于水源侧换热器4壳体底部并与壳体内部连通的水源侧出油阀4d通过管路与第一油过滤器19进口连接，第一油过滤器19出口通过管路与第一回油电磁阀18的进口连通。位于使用侧换热器5壳体底部的使用侧出油阀5d通过管路与第二油过滤器16进口连接，第二油过滤器16出口通过管路与第二回油电磁阀17的进口连通。第一回油电磁阀18的出口与第二回油电磁阀17的出口通过管路连通，并在该管路的中间设置一中间支路与第一视油镜20的进口连通，第一视油镜20的出口通过管路与引射器21的中间进口21c连通。油分离器2的出气口2b与四通换向阀3的第一接口3a连通的管路上设有与管路内部连通的引射气体阀26，引射气体阀26的出口通过管路与引射器21的末端进口21b连通，引射器21的出口21a 通过管路与第一油路回油阀27连通，第一油路回油阀27设置在四通换向阀3的第三接口3c与压缩机1的回气口1b连通的管路上并与该管路内部连通。位于油分离器2底部的出油口2c通过管路与回油截止阀25的进口连通，回油截止阀25的出口通过管路与第三油过滤器24的进口连通，第三油过滤器24的出口通过管路与第三回油电磁阀23的进口连通，第三回油电磁阀23的出口通过管路与第二视油镜22的进口连通，第二视油镜22的出口通过管路与第二油路回油阀28连通。第二油路回油阀28设置在四通换向阀3的第三接口3c与压缩机1的回气口1b连通的管路上并与该管路内部连通。
该机组的运行原理：制冷工况下，四通换向阀3的第一接口3a与第二接口3b连通，四通换向阀3的第三接口3c与第四接口3d连通，第一回油电磁阀18关闭，第二回油电磁阀17开启；制冷剂从压缩机1的排气口1a排出后依次经过2a-2b-3a-3b-4a-4b-10-11-12-6-7-9-5c-5a-3d-3c-1b，回油系统的回油路径为：5d-16-17-20-21c-21a-27-1b。
制热工况下，四通换向阀3的第一接口3a与第四接口3d连通，四通换向阀3的第三接口3c与第二接口3b连通，第一回油电磁阀18开启，第二回油电磁阀17关闭；制冷剂从压缩机1的排气口1a排出后依次经过2a-2b-3a-3d-5a-5b-15-14-13-6-7-8-4c-4a-3b-3c-1b，回油系统的回油路径为：4d-19-18-20-21c-21a-27-1b。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (1)
1.一种内转换型水源热泵机组，其特征在于，包括通过管路连接的压缩机、四通阀、水源侧换热器、使用侧换热器和电子膨胀阀；
所述水源侧换热器和使用侧换热器的结构一致，其壳体上各设置有三个与其内部壳程连通的接口，分别为位于顶部的气体接口和进液接口，以及位于底部的出液接口，其中，进液接口与壳体内上部的分液器连通；所述水源侧换热器的管程内通入水源水，所述使用侧换热器的管程内通入使用水；
所述压缩机的排气口与所述四通阀的第一接口连通；所述四通阀的第二接口与水源侧换热器的气体接口连通，四通阀的第三接口与压缩机的进气口连通，四通阀的第四接口与使用侧换热器的气体接口连通；
所述水源侧换热器的出液接口与第一单向阀的进口连通，所述使用侧换热器的出液接口与第二单向阀的进口连通，所述第一单向阀和第二单向阀的出口相互连通、并通过管路接入电子膨胀阀的进口，所述电子膨胀阀的出口通过两段支路分别与第三单向阀和第四单向阀的进口连通，所述第三单向阀的出口与所述水源侧换热器的进液接口连通，第四单向阀与使用侧换热器的进液接口连通；
制冷工况下，所述四通阀的第一接口与第二接口连通，第三接口与第四接口连通；压缩机的排气口排出的制冷剂依次经过四通阀的第一接口、四通阀的第二接口、水源侧换热器、第一单向阀、电子膨胀阀、第四单向阀、使用侧换热器、四通阀的第四接口和四通阀的第三接口，进入压缩机的进气口；
制热工况下，所述四通阀的第一接口与第四接口连通，第二接口与第三接口连通；压缩机的排气口排出的制冷剂依次经过四通阀的第一接口、四通阀的第四接口、使用侧换热器、第二单向阀、电子膨胀阀、第三单向阀、水源侧换热器、四通阀的第二接口和四通阀的第三接口，进入压缩机的进气口；
该机组还包括回油管路，所述回油管路上设置有文丘里结构的回油引射器，所述回油引射器的出口连通所述四通阀的第三接口与所述压缩机的进气口之间的管路；回油引射器的端部进口连通压缩机的排气口与四通阀的第一接口之间的管路；回油引射器的中间进口通过两回油支路分别和设置在所述水源侧换热器和使用侧换热器的壳体底部的出油阀连接，在两回油支路上各设置有一回油电磁阀，控制两支路的通断；
所述压缩机的排气口与四通阀的第一接口之间的管路上还设置有油分离器，所述压缩机的排气口通过管路与所述油分离器的进口连通，所述油分离器的出口通过管路与所述四通阀的第一接口连通，所述油分离器的出油口通过管路连通所述四通阀的第三接口与所述压缩机的进气口之间的管路；
所述回油引射器的出口连通管路上设置有第一油路回油阀，所述油分离器的出油口连通管路上设置有第二油路回油阀；
油分离器的出油口连通管路上还设置有视油镜、回油电磁阀、油过滤器和回油截止阀；所述回油引射器的中间进口连通的两回油支路上分别设置有一油过滤器；
所述压缩机的排气口与所述四通阀的第一接口之间的连接管路上设置有排气温度传感器和排气压力传感器；所述四通阀的第三接口与压缩机的进气口之间的连管路上设置有进气温度传感器和进气压力传感器；
所述水源侧换热器的出液接口与第一单向阀的进口之间的连接管路上设置有第一液路截止阀；所述使用侧换热器的出液接口与第二单向阀的进口之间的连接管路上设置有第二液路截止阀；所述电子膨胀阀的出口管路上设置有第三液路截止阀。
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