CN112781281A - 一体式双源换热器的热泵机组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种一体式双源换热器的热泵机组，四通换向阀(22)的四个工作口分别连接热泵压缩机(21)、室内侧换热器(23)、一体式双源室外换热器(25)以及气液分离器(26)，所述一体式双源室外换热器(25)具有多个换热单元，每个换热单元具有内层套管(11)与外层套管(12)，内层套管(11)与外层套管(12)相互间隔地固定；内层套管(11)的内部可供热源液体通过，外层套管(12)的外侧可供热源气体经过，内层套管(11)与外层套管(12)之间的环管可供热泵机组的换热工质通过。热泵换热工质可以根据室外可利用低温热源情况同时利用到气态和液态低温热源，或者选择二者之一有效增加了换热保证率。
Description
技术领域
本发明涉及热泵系统，特别涉及一种能够同时与液态热源与气态热源，或其中之一进行换热的热泵机组。
背景技术
近年来在我国的北方地区清洁供暖和长江流域冬季供暖中，可再生能源热泵供能处于主导地位，起到了显著的节能减排作用。
热泵是有效利用可再生能源的途径，按照可再生能源低位热源的不同，热泵分为空气源热泵和地源热泵两大类，其中地源热泵又包括：地埋管地源热泵(包括浅层地埋管和中深层地埋管)、地下水地源热泵、地表水地源热泵(包括江河湖海水、污水和中水)等。具体采用何种可再生能源作为低位热源，与项目所在地的资源禀赋情况，项目场地可用情况相关。空气为广泛易得的低温热源，在寒冷地区及夏热冬冷地区应用广泛，近年来应用范围不断北扩。但是空气源作为低温热源，能量密度低，且换热器的换热量受空气温度变化影响显著，在低温工况下，热泵机组性能较低。
为了改善这种情况，通常将浅层地热能、中深层地热能以及太阳能与空气一起作为热泵的低温热源，方式主要有两个不同低位热源的热泵系统并联、两个低位热源侧换热器并联等。采取这种措施可以弥补单一低位热源热泵系统的换热波动及保证率问题，有效改善热泵机组及系统性能。
但是，目前既有产品尚存有以下技术不足：
1.热泵机组换热器均为针对单一低位热源设计。由于不同的低位热源的可利用温度区间不同，能量密度不同，通常低位热源侧换热器针对单一换热介质，即制冷剂/空气换热器，或制冷剂/水换热器。导致换热能力受单一低温热源影响显著，会因低位热源温度降低，影响换热器的换热量，同时还会降低热泵机组蒸发温度，影响热泵机组性能。
2.多换热器机组都是通过装置叠加，一体化程度低，投资增加。由于可再生能源低位热源的特点，导致存在了换热量受资源条件变化影响显著。目前市场上有部分产品针对这一问题也进行了改进，主要改进措施是并联多个不同低温热源换热器的热泵机组，或者同一个热泵机组并联多个不同低位热源的换热器，即仍是将不同低温热源分别换热利用，是设备的叠加堆砌，换热器一体化程度低，造成多换热器机组体积增大，占地面积增加等问题，同时设备投资也增加了。
3.无一体化双源换热热泵机组。市场上采用的叠加方式，来推动热泵机组双源应用，但是目前仍无采用一体化双源换热装置及采用此种装置的热泵机组。
发明内容
本发明的目的是提供一种一体式双源换热器的热泵机组，以实现一体化的气体和液体的双源换热，可以根据实际应用情况，选择一种或者两种可再生能源低温热源使用，有效的提高了换热保证率，提高了换热稳定性，改善了采用此种双源换热器的热泵机组性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种一体式双源换热器的热泵机组，四通换向阀的四个工作口分别连接热泵压缩机、室内侧换热器、换热器以及气液分离器，所述热泵压缩机与气液分离器相连，所述室内侧换热器与换热器之间通过节流机构相连，其特征在于：
所述换热器具有多个换热单元，每个换热单元具有内层套管与外层套管，内层套管与外层套管相互间隔地固定；所述内层套管的内部可供热源液体通过，所述外层套管的外侧可供热源气体经过，所述内层套管与外层套管之间的环管可供热泵机组的换热工质通过。
所述的一体式双源换热器的热泵机组，其中：内层套管与外层套管之间通过不影响液体介质轴向流动的支撑体固定连接。
所述的一体式双源换热器的热泵机组，其中：在内层套管的内侧壁上设有螺旋形的旋转肋。
所述的一体式双源换热器的热泵机组，其中：在外层套管的外侧壁上设有换热翅片。
所述的一体式双源换热器的热泵机组，其中：所述多个换热单元的内层套管的一端串/并联至热源液体总入口，另一端串/并联至热源液体总出口。
所述的一体式双源换热器的热泵机组，其中：所述多个换热单元的环管的一端串/并联至工质总入口，另一端串/并联至工质总出口。
所述的一体式双源换热器的热泵机组，其中：一体式双源室外换热器所述热源液体与换热工质的流动方向相反，换热器最外侧的热源气体与所述热源液体以及换热工质的流动方向相垂直。
与现有技术相比较，本发明通过换热器结构优化，可以实现同时利用气态和液态低温热源，或者利用两者之一，有效增加了换热保证率，可以实现低温热源的扩展，将适用低温热源进行多源接入，同时，一体化双源换热器有效实现了系统集成，避免了设备堆砌和重复，节省了占地面积，在提高换热可靠性的同时提高了设备经济性。
附图说明
图1是一体式双源换热器的换热单元的结构示意图。
图2是一体式双源换热器的结构示意图。
图3是图2的侧视图。
图4是采用一体式双源换热器的热泵机组的系统结构图。
附图标记说明：内层套管11；外层套管12；旋转肋13；换热翅片14；热泵压缩机21；四通换向阀22；室内侧换热器23；节流机构24；一体式双源换热器25；气液分离器26；热源液体总入口31；热源液体总出口32；工质总入口33；工质总出口34。
具体实施方式
如图1所示，是本发明提供的一体式双源换热器的换热单元，其具有内层套管11与外层套管12，内层套管11与外层套管12之间可通过不影响液体介质轴向流动的支撑体(如筛板、支撑柱或螺旋形肋)固定，使内层套管11与外层套管12相互间隔地固定；所述内层套管11的内部可供热源液体通过，所述外层套管12的外侧可供热源气体经过，所述内层套管11与外层套管12之间的环管可供换热工质通过，此过程中，换热工质能够与内侧的热源液体和外侧的热源气体同时进行热交换，在不无需大幅增加设备成本以及布置空间的基础上提高热交换效率。
其中，述热源液体与换热工质的流动方向可根据换热效果需求进行设计为顺流或逆流，逆流换热效果更佳最好是相反的。
如图1所示，为了增加换热工质与其内侧的热源液体的换热效率，在内层套管11的内侧壁上设有螺旋形的旋转肋13，热源液体在内层套管11中轴向流动时，受到旋转肋13的阻碍，会形成螺旋形流动，增加了热源液体的扰动，使其充分与换热工质进行热交换。
如图1所示，为了增加换热工质与其外侧的热源气体的换热效率，在外层套管12的外侧壁上设有环形的换热翅片14，以增加换热面积。
如图2、图3所示，是本发明提供的一体式双源换热器的结构示意图，由多个换热单元组成，所述多个换热单元的内层套管11的一端串/并联至热源液体总入口31，另一端串/并联至热源液体总出口32；所述多个换热单元的环管的一端串/并联至工质总入口33，另一端串/并联至工质总出口34。而且，所述多个换热单元经过多次往复弯折而形成分层间错式布置密布，热源气体垂直于套管与管道及翅片换热(即，热源气体与所述热源液体以及换热工质的流动方向相垂直)，以便于热源气体集中通过，提高了换热效率。
如图4所示，是本发明提供的采用一体式双源换热器的热泵机组的系统结构图，四通换向阀22的四个工作口分别连接热泵压缩机21、室内侧换热器23、一体式双源换热器25以及气液分离器26，所述热泵压缩机21与气液分离器26相连，所述室内侧换热器23与一体式双源换热器25之间通过节流机构24相连。
热泵机组供热时，制冷剂(即换热工质)循环为：压缩机21→四通换向阀22→室内侧换热器23→节流机构24→一体式双源换热器25→四通换向阀22→气液分离器26→热泵压缩机21；热泵机组制热时，一体式双源换热器25可采用气体侧换热、液体侧换热或者二者同时换热，为室内提供热量。
热泵机组供冷时，制冷剂循环为：热泵压缩机21→四通换向阀22→一体式双源换热器25→节流机构24→室内侧换热器23→四通换向阀22→气液分离器26→热泵压缩机21；热泵机组制冷时，一体式双源换热器25可采用气体侧换热、液体侧换热或者二者同时换热，将室内热量排出至室外空气或水。
一体式双源换热器中的双源指气体热源和液体热源，其中的液体热源可以来自于多种可再生能源，如土壤地埋管换热器提供的循环换热水、符合水质要求的地下水、地表水、污水、中水、太阳能循环水等。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种一体式双源换热器的热泵机组，四通换向阀(22)的四个工作口分别连接热泵压缩机(21)、室内侧换热器(23)、一体式双源室外换热器(25)以及气液分离器(26)，所述热泵压缩机(21)与气液分离器(26)相连，所述室内侧换热器(23)与一体式双源室外换热器(25)之间通过节流机构(24)相连，其特征在于：
所述一体式双源室外换热器(25)具有多个换热单元，每个换热单元具有内层套管(11)与外层套管(12)，内层套管(11)与外层套管(12)相互间隔地固定；所述内层套管(11)的内部可供热源液体通过，所述外层套管(12)的外侧可供热源气体经过，所述内层套管(11)与外层套管(12)之间的环管可供热泵机组的换热工质通过。
2.根据权利要求1所述的一体式双源换热器的热泵机组，其特征在于：一体式双源室外换热器(25)的内层套管(11)与外层套管(12)之间通过不影响液体介质轴向流动的支撑体固定连接。
3.根据权利要求1所述的一体式双源换热器的热泵机组，其特征在于：一体式双源室外换热器(25)在内层套管(11)的内侧壁上设有螺旋形的旋转肋(13)。
4.根据权利要求1所述的一体式双源换热器的热泵机组，其特征在于：一体式双源室外换热器(25)在外层套管(12)的外侧壁上设有环形换热翅片(14)。
5.根据权利要求1所述的一体式双源换热器的热泵机组，其特征在于：一体式双源室外换热器(25)所述多个换热单元的内层套管(11)的一端串/并联至热源液体总入口(31)，另一端串/并联至热源液体总出口(32)。
6.根据权利要求1所述的一体式双源换热器的热泵机组，其特征在于：一体式双源室外换热器(25)所述多个换热单元的环管的一端串/并联至工质总入口(33)，另一端串/并联至工质总出口(34)。
7.根据权利要求1所述的一体式双源换热器的热泵机组，其特征在于：一体式双源室外换热器(25)所述热源液体与换热工质的流动方向相反，换热器最外侧的热源气体与所述热源液体以及换热工质的流动方向相垂直。
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