CN109579183A - 一种水源热泵系统 - Google Patents

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CN109579183A CN201811478916.2A CN201811478916A CN109579183A CN 109579183 A CN109579183 A CN 109579183A CN 201811478916 A CN201811478916 A CN 201811478916A CN 109579183 A CN109579183 A CN 109579183A
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Abstract

本发明涉及热能利用技术领域，提供一种水源热泵系统，包括主机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀以及压缩机；膨胀阀、压缩机与蒸发器和冷凝器均连接，蒸发器连接有第一水循环单元，第一水循环单元依次设有靠近蒸发器出口的第一温度传感器、第一水泵、第一阀门以及靠近蒸发器进口的第二温度传感器，第一阀门的两端与负载连接；冷凝器连接有第二水循环单元，第二水循环单元依次设有靠近冷凝器出口的第三温度传感器、第二水泵、第二阀门以及靠近冷凝器进口的第四温度传感器，第二阀门的两端与负载连接；蒸发器、第一温度传感器、第一水泵、第一阀门、第二温度传感器、冷凝器、第三温度传感器、第二水泵、第二阀门及第四温度传感器均与主机连接。

Description

一种水源热泵系统
技术领域
本发明涉及热能利用技术领域，更具体地说，是涉及一种水源热泵系统。
背景技术
水源热泵系统是目前公认的节能、环保、高效的空调设备，其基本的工作原理是需要制冷时(例如夏天)将建筑物中的热量转移到水源中；在需要制热时(例如冬天)则从相对恒定温度的水源中提取能量，利用热泵原理通过载冷剂(例如空气或水)提升温度后送到建筑物中。
水源热泵系统的配套水循环系统中的水流量基本保持恒定，因此当用户房间的温度达到目标温度时，由于水流量基本恒定，无法调节，因此热泵仍然需要满负荷运行，造成了能量的浪费。
以上不足，有待改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水源热泵系统，以解决现有技术中由于水循环系统中的水流量无法调节，造成能量浪费的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种水源热泵系统，包括主机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀以及压缩机；
所述膨胀阀与所述蒸发器和所述冷凝器均连接，所述压缩机与所述蒸发器和所述冷凝器均连接，所述蒸发器和所述冷凝器通过所述膨胀阀和所述压缩机实现致冷剂的循环；
所述蒸发器连接有第一水循环单元，所述第一水循环单元依次设有靠近蒸发器进口的第一温度传感器、第一水泵、第一阀门以及靠近蒸发器出口的第二温度传感器，所述第一阀门的两端用于与负载连接；
所述冷凝器连接有第二水循环单元，所述第二水循环单元依次设有靠近冷凝器进口的第三温度传感器、第二水泵、第二阀门以及靠近冷凝器出口的第四温度传感器，所述第二阀门的两端用于与所述负载连接；
所述蒸发器、所述第一温度传感器、所述第一水泵、所述第一阀门、所述第二温度传感器、所述冷凝器、所述第三温度传感器、所述第二水泵、所述第二阀门以及所述第四温度传感器均与所述主机连接。
在一个实施例中，所述第一水循环单元还设有第三阀门；
所述第三阀门设于所述蒸发器进口和所述第一水泵之间，且所述第三阀门与所述主机连接。
在一个实施例中，所述第一水循环单元还设有第四阀门；
所述第四阀门设于所述蒸发器出口和所述第一阀门之间，且所述第四阀门与所述主机连接。
在一个实施例中，所述第一水循环单元还设有第一流量计，所述第一流量计设于所述蒸发器进口和所述第一水泵之间，所述第一流量计与所述主机连接。
在一个实施例中，所述第二水循环单元还设有第五阀门；
所述第五阀门设于所述冷凝器进口和所述第二水泵之间，且所述第五阀门与所述主机连接。
在一个实施例中，所述第二水循环单元还设有第六阀门；
所述第六阀门设于所述冷凝器出口和所述第二阀门之间，且所述第六阀门与所述主机连接。
在一个实施例中，所述第二水循环单元还设有第二流量计，所述第二流量计设于所述冷凝器进口和所述第一水泵之间，所述第二流量计与所述主机连接。
在一个实施例中，所述水源热泵系统还包括冷却塔和加热器，所述冷却塔连接于所述第一阀门和所述蒸发器进口之间，且所述冷却塔连接于所述第二阀门和所述第二水泵之间；
所述加热器与所述冷却塔连接，且所述加热器用于与所述负载连接。
在一个实施例中，所述冷凝器和所述膨胀阀之间还设有过滤器。
在一个实施例中，所述冷凝器和所述过滤器之间还设有储液器。
本发明提供的一种水源热泵系统的有益效果在于：通过在蒸发器出口和蒸发器进口处分别设置第一温度传感器和第二温度传感器，在冷凝器出口和冷凝器进口处分别设置第三温度传感器和第四温度传感器，并通过主机对第一水泵和第二水泵的工作模式进行控制，当用户房间的温度达到目标温度时，主机则可以控制第一水泵和第二水泵降低水流量至最小水流量，此时水源热泵系统无须进行满负荷运转，从而避免了能量浪费，实现节能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的水源热泵系统的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的水源热泵系统制冷时的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的水源热泵系统制热时的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的水源热泵系统的结构示意图二；
图5为本发明实施例提供的水源热泵系统的结构示意图三；
图6为本发明实施例提供的水源热泵系统的结构示意图四；
图7为本发明实施例提供的水源热泵系统的结构示意图五；
图8为本发明实施例提供的水源热泵系统的结构示意图六；
图9为本发明实施例提供的水源热泵系统的结构示意图七；
图10为本发明实施例提供的水源热泵系统的结构示意图八。
其中，图中各附图标记：
20-蒸发器；
201-蒸发器出口； 202-蒸发器进口；
21-第一温度传感器； 22-第一水泵；
23-第一阀门； 24-第二温度传感器；
25-第三阀门； 26-第四阀门；
27-第一流量计； 28-冷却塔；
29-加热器； 30-冷凝器；
301-冷凝器出口； 302-冷凝器进口；
31-第三温度传感器； 32-第二水泵；
33-第二阀门； 34-第四温度传感器；
35-第五阀门； 36-第六阀门；
37-第二流量计； 40-膨胀阀；
50-压缩机； 60-负载；
70-过滤器； 80-储液器。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，一种水源热泵系统，包括主机(未示出)、蒸发器20、冷凝器30、膨胀阀40以及压缩机50。膨胀阀40与蒸发器20和冷凝器30均连接，压缩机50与蒸发器20和冷凝器30均连接，蒸发器20和冷凝器30通过膨胀阀40和压缩机50实现致冷剂的循环。
蒸发器20连接有第一水循环单元，第一水循环单元依次设有靠近蒸发器出口201的第一温度传感器21、第一水泵22、第一阀门23以及靠近蒸发器进口202的第二温度传感器24，第一阀门23的两端用于与负载60连接。冷凝器30连接有第二水循环单元，第二水循环单元依次设有靠近冷凝器出口301的第三温度传感器31、第二水泵32、第二阀门33以及靠近冷凝器进口302的第四温度传感器34，第二阀门33的两端用于与负载60连接。
蒸发器20、第一温度传感器21、第一水泵22、第一阀门23、第二温度传感器22、冷凝器30、第三温度传感器31、第二水泵32、第二阀门33以及第四温度传感器34均与主机连接，从而可以通过主机来控制上述各个器件的工作状态。
其中，压缩机50起着压缩和循环制冷剂从低温低压处到高温高压处的作用。蒸发器20是输出冷量的设备，其作用在于将经膨胀阀40流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的。冷凝器30是输出热量的设备，从蒸发器20中吸收的热量连同压缩机50消耗功所转化的热量在冷凝器30中被冷却介质带走，达到制热的目的。膨胀阀40可以对制冷剂起到节流降压的作用，并调节进入蒸发器20的制冷剂流量。
请参阅图2，当需要对负载60进行制冷时，此时第二水循环单元与冷凝器30构成闭环进行循环，蒸发器20则通过第一水循环单元与负载60连接，实现制冷。具体地，主机控制第二阀门33打开，并控制第二水泵32工作，循环水从冷凝器出口301流出至第二水泵32，并经第二水泵32后直接回到冷凝器进口302，从而第二水循环单元与冷凝器30之间实现水循环。主机控制第一阀门23关闭，并控制第一水泵22工作，循环水从蒸发器出口201流出至第一水泵22，并经第一水泵22后到达负载60处进行热量交换，然后回到蒸发器进口202，从而实现第一水循环单元、负载60与蒸发器20之间的循环，实现对负载60的制冷。
请参阅图3，当需要对负载60进行制热时，此时第一水循环单元与蒸发器20构成闭环进行循环，冷凝器30则通过第二水循环单元与负载60连接，实现制热。具体地，主机控制第一阀门23打开，并控制第一水泵22工作，循环水从蒸发器出口201流出至第一水泵22，并经第一水泵22后直接回到蒸发器进口202，从而第一水循环单元与蒸发器20之间实现水循环。主机控制第二阀门33关闭，并控制第二水泵32工作，循环水从冷凝器出口301流出至第二水泵32，并经第二水泵32后到达负载60进行热量交换，然后回到冷凝器进口302，从而实现第二水循环单元、负载60与冷凝器30之间的循环，实现对负载60的制热。
在上述制冷过程中，第一温度传感器21和第二温度传感器24分别用于测量蒸发器出口201和蒸发器进口202处的温度，并将温度数据传输至主机处，主机根据获得的数据来判断用户房间的温度是否达到目标温度(例如，当第一温度传感器21和第二温度传感器24所获得的温度差值小于预设值时，则表明用户房间的温度已经达到目标温度)；当达到目标温度时，主机则控制第一水泵22和第二水泵32降低水流量，优选降低至最小水流量，从而实现节能。
在上述制热过程中，第三温度传感器31和第四温度传感器34分别用于测量冷凝器出口301和冷凝器进口302处的温度，并将温度数据传输至主机处，主机根据获得的数据来判断用户房间的温度是否达到目标温度例如，当第三温度传感器31和第四温度传感器34所获得的温度差值小于预设值时，则表明用户房间的温度已经达到目标温度)；当达到目标温度时，主机则控制第一水泵22和第二水泵32降低水流量，优选降低至最小水流量，从而实现节能。
本实施例提供的水源热泵系统的有益效果至少在于：现有热泵系统中配套水循环系统的水流量基本保持恒定，因此当用户房间的温度达到目标温度时，热泵系统仍然需要满负荷运转，此时会造成大量的能量浪费。
本实施例则完全采用了一种全新的方案，通过在蒸发器出口201和蒸发器进口202处分别设置第一温度传感器21和第二温度传感器24，在冷凝器出口301和冷凝器进口302处分别设置第三温度传感器31和第四温度传感器34，并通过主机对第一水泵22和第二水泵32的工作模式进行控制，当用户房间的温度达到目标温度时，主机则可以控制第一水泵22和第二水泵32降低水流量至最小水流量，此时水源热泵系统无须进行满负荷运转，从而避免了能量浪费，实现节能。
请参阅图4，在一个实施例中，第一水循环单元还设有第三阀门25和第四阀门26，第三阀门25和第四阀门26均与主机连接。其中第三阀门25设于蒸发器出口201和第一水泵22之间，用于根据需要对蒸发器出口201进行打开或关闭，例如在紧急情况下(例如管线出现问题时)，主机可控制第三阀门25关闭，从而避免第一水循环单元中的水泄漏。同理，第四阀门26设于蒸发器进口202和第一阀门23之间，用于根据需要对蒸发器进口202进行打开或关闭，例如在紧急情况下(例如管线出现问题时)，主机可控制第四阀门26关闭，从而避免第一水循环单元中的水泄漏。
请参阅图6和图7，进一步地，第一水循环单元还设有第一流量计27，第一流量计27设于蒸发器出口201和第一水泵22之间，且第一流量计27与主机连接，从而主机可以获得第一流量计27的流量数据，便于主机根据第一流量计27的流量监测第一水循环单元的工作状态，并控制相关器件的工作。
请参阅图5，在一个实施例中，第二水循环单元还设有第五阀门35和第六阀门36，第五阀门35和第六阀门36均与主机连接。第五阀门35设于冷凝器出口301和第二水泵32之间，用于根据需要对冷凝器出口301进行打开或关闭，例如在紧急情况下(例如管线出现问题时)，主机可控制第五阀门35关闭，从而避免第二水循环单元中的水泄漏。第六阀门36设于冷凝器进口302和第二阀门33之间，用于根据需要对冷凝器进口302进行打开或关闭，例如在紧急情况下(例如管线出现问题时)，主机可控制第六阀门36关闭，从而避免第二水循环单元中的水泄漏。
请参阅图6和图7，进一步地，第二水循环单元还设有第二流量计37，第二流量计37设于冷凝器出口301和第二水泵32之间，且第二流量计37与主机连接，从而主机可以获得第二流量计37的流量数据，便于主机根据第二流量计37的流量监测第二水循环单元的工作状态，并控制相关器件的工作。
请参阅图7，在一个实施例中，水源热泵系统还包括冷却塔28和加热器29，冷却塔28连接于第一阀门23和蒸发器进口202之间，且冷却塔28连接于第二阀门33和第二水泵32之间；加热器29与冷却塔28连接，且加热器29用于与负载60连接，加热器29可为水箱加热器。在对用户房间进行制冷时，循环水从蒸发器出口201流出至第一水泵22处，经第一水泵22后到达负载60处进行热量交换，此时循环水的温度升高，从而使得负载60处的温度降低；循环水传输至加热器29处，并继续传输至冷却塔28处；循环水晶经冷却塔28冷却后回到蒸发器进口202处。冷却塔28可以是传统冷却塔，其由电机带动风叶转动，从而达到曲风冷却的效果；也可以是免电力驱动的冷却塔，其可以用水轮机代替风叶电机，从而达到节能的目的。当然，其也可以是其他类型的冷却塔，此处不做限制。
请参阅图8，在一个实施例中，在冷凝器30和膨胀阀40之间还设有过滤器70，可以对从冷凝器30进入蒸发器20的制冷剂进行过滤，确保其中的杂质无法到达蒸发器20中，保障蒸发器30装置的安全。
请参阅图9和图10，在一个实施例中，冷凝器30和过滤器70之间还设有储液器80，从而可以对冷凝器30进入蒸发器20中的致冷剂进行存储，起到缓冲作用，避免了因制冷剂量2过大而容易造成蒸发器20损坏的情况。
本实施例中，压缩机50的性能多项式可以为：
其中，t0为压缩机的蒸发温度，tc为压缩机的冷凝温度。
压缩机的致冷量包括：
主机输入功率为：Q＝f1(t0,tc)，P＝f2(t0,tc)
蒸发温度t0为：
冷凝温度tc为：
其中，t1蒸发器的进水温度；
t2为冷凝器的进水温度；
F1为蒸发器的水流量；
F2为冷凝器的水流量；
Δt1为蒸发器的换热温差；
Δt2为冷凝器的换热温差。
由此可见，蒸发器和冷凝器的换热温差越小，则蒸发温度和冷凝温度也月越低，从而压缩机的能耗也可以相应降低。同时，随着蒸发器和冷凝器的水流量降低，则蒸发温度和冷凝温度也月越低，从而压缩机的能耗也可以相应降低，从而有利于节约能源。
以下提供几种水源热泵系统的实施例，应当理解的是，水源热泵系统也可以是其他的形式，并不仅限于下述的情形。
请参阅图1，实施例一：
一种水源热泵系统，包括主机、蒸发器20、冷凝器30、膨胀阀40以及压缩机50。膨胀阀40与蒸发器20和冷凝器30均连接，压缩机50与蒸发器20和冷凝器30均连接。蒸发器20连接有第一水循环单元，第一水循环单元依次设有靠近蒸发器出口201的第一温度传感器21、第一水泵22、第一阀门23以及靠近蒸发器进口202的第二温度传感器24，第一阀门23的两端与负载60连接。冷凝器30连接有第二水循环单元，第二水循环单元依次设有靠近冷凝器出口301的第三温度传感器31、第二水泵32、第二阀门33以及靠近冷凝器进口302的第四温度传感器34，第二阀门33的两端与负载60连接。蒸发器20、第一温度传感器21、第一水泵22、第一阀门23、第二温度传感器22、冷凝器30、第三温度传感器31、第二水泵32、第二阀门33以及第四温度传感器34均与主机连接。
请参阅图4，实施例二：
在上述实施例一的基础上，第一水循环单元还设有第三阀门25和第四阀门26，第三阀门25设于蒸发器出口201和第一水泵22之间，第四阀门26设于蒸发器进口202和第一阀门23之间，且第三阀门25和第四阀门26均与主机连接。
实施例三：
请参阅图5，在上述实施例二的基础上，第二水循环单元还设有第五阀门35和第六阀门36，第五阀门35设于冷凝器出口301和第二水泵32之间，第六阀门36设于冷凝器进口302和第二阀门33之间，且第五阀门35和第六阀门36均与主机连接。
实施例四：
请参阅图6，在上述实施例一的基础上，第一水循环单元还设有第一流量计27，第一流量计27设于蒸发器出口201和第一水泵22之间，且第一流量计27与主机连接。第二水循环单元还设有第二流量计37，第二流量计37设于冷凝器出口301和第二水泵32之间，且第二流量计37与主机连接。
实施例五：
请参阅图7，在上述实施例三的基础上，第一水循环单元还设有第一流量计27，第一流量计27设于第三阀门25和第一水泵22之间，且第一流量计27与主机连接。第二水循环单元还设有第二流量计37，第二流量计37设于第五阀门35和第二水泵32之间，且第二流量计37与主机连接。
请参阅图7，实施例六：
在上述实施例五的基础上，水源热泵系统还包括冷却塔28和加热器29，冷却塔28连接于第一阀门23和蒸发器进口202之间，且冷却塔28连接于第二阀门33和第二水泵32之间；加热器29与冷却塔28连接，且加热器29与负载60连接。
请参阅图8，实施例七：
在实施例六的基础上，冷凝器30和膨胀阀40之间还设有过滤器70，可以对从冷凝器30进入蒸发器20的制冷剂进行过滤。
实施例八：
请参阅图9，在实施例六的基础上，冷凝器30和膨胀阀40之间还设有储液器80，从而可以对冷凝器30进入蒸发器20中的致冷剂进行存储。
请参阅图10，实施例九：
在实施例六的基础上，冷凝器30和膨胀阀40之间还设有过滤器70和储液器80，过滤器70与膨胀阀40连接，储液器80与过滤器70连接，且储液器80与冷凝器30连接。
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 (10)

1.一种水源热泵系统，其特征在于：包括主机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀以及压缩机；
所述膨胀阀与所述蒸发器和所述冷凝器均连接，所述压缩机与所述蒸发器和所述冷凝器均连接，所述蒸发器和所述冷凝器通过所述膨胀阀和所述压缩机实现致冷剂的循环；
所述蒸发器连接有第一水循环单元，所述第一水循环单元依次设有靠近蒸发器进口的第一温度传感器、第一水泵、第一阀门以及靠近蒸发器出口的第二温度传感器，所述第一阀门的两端用于与负载连接；
所述冷凝器连接有第二水循环单元，所述第二水循环单元依次设有靠近冷凝器进口的第三温度传感器、第二水泵、第二阀门以及靠近冷凝器出口的第四温度传感器，所述第二阀门的两端用于与所述负载连接；
所述蒸发器、所述第一温度传感器、所述第一水泵、所述第一阀门、所述第二温度传感器、所述冷凝器、所述第三温度传感器、所述第二水泵、所述第二阀门以及所述第四温度传感器均与所述主机连接。
2.如权利要求1所述的水源热泵系统，其特征在于：所述第一水循环单元还设有第三阀门；
所述第三阀门设于所述蒸发器进口和所述第一水泵之间，且所述第三阀门与所述主机连接。
3.如权利要求1所述的水源热泵系统，其特征在于：所述第一水循环单元还设有第四阀门；
所述第四阀门设于所述蒸发器出口和所述第一阀门之间，且所述第四阀门与所述主机连接。
4.如权利要求1所述的水源热泵系统，其特征在于：所述第一水循环单元还设有第一流量计，所述第一流量计设于所述蒸发器进口和所述第一水泵之间，所述第一流量计与所述主机连接。
5.如权利要求1所述的水源热泵系统，其特征在于：所述第二水循环单元还设有第五阀门；
所述第五阀门设于所述冷凝器进口和所述第二水泵之间，且所述第五阀门与所述主机连接。
6.如权利要求1所述的水源热泵系统，其特征在于：所述第二水循环单元还设有第六阀门；
所述第六阀门设于所述冷凝器出口和所述第二阀门之间，且所述第六阀门与所述主机连接。
7.如权利要求1所述的水源热泵系统，其特征在于：所述第二水循环单元还设有第二流量计，所述第二流量计设于所述冷凝器进口和所述第一水泵之间，所述第二流量计与所述主机连接。
8.如权利要求1所述的水源热泵系统，其特征在于：所述水源热泵系统还包括冷却塔和加热器，所述冷却塔连接于所述第一阀门和所述蒸发器进口之间，且所述冷却塔连接于所述第二阀门和所述第二水泵之间；
所述加热器与所述冷却塔连接，且所述加热器用于与所述负载连接。
9.如权利要求1～8任一项所述的水源热泵系统，其特征在于：所述冷凝器和所述膨胀阀之间还设有过滤器。
10.如权利要求1～8任一项所述的水源热泵系统，其特征在于：所述冷凝器和所述过滤器之间还设有储液器。
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