CN112944737A - 变介质复合型换热器及热泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了变介质复合型换热器及热泵机组，包括一体化叠式设置的多介质换热部、风冷换热部，所述多介质换热部的冷媒第一入管与风冷换热部的冷媒第二出管之间通过第一连接管连通，所述第一连接管上设置有单向阀I；所述多介质换热部的冷媒第一入管与风冷换热部的冷媒第二入管之间通过第二连接管连通，所述第二连接管上设置有单向阀II；所述变介质复合型换热器热泵机组包括冷热源模块、制冷循环模块、水力模块及用户侧模块。本发明在不同工况、不同模式下，可调整换热面积、改变换热介质，实现能源互补优化利用，使空调机组兼具冷、暖功能且高效；同时可避免采用风冷换热器与水冷换热器简单组合所致的机组集成度低、空间浪费、成本高等问题。

Description

变介质复合型换热器及热泵机组

技术领域

本发明涉及换热器领域，特别是涉及变介质复合型换热器及热泵机组。

背景技术

现有空调大多采用空气或水作为冷、热源，分别通过风冷换热器或水冷换热器实现冷媒的蒸发吸热与冷凝排热的逆卡诺循环，达到制冷、制热目的。此类换热器与冷媒蒸发换热、冷凝换热的介质不因制冷或制热模式而改变，均为单冷、热源定介质换热器。其中：

风冷冷(热)水机组(包括多联机组)同以空气为冷、热源，风冷换热器既作为制热时的蒸发器，又作为制冷时的冷凝器，因风冷热泵具有制冷、制热两用功能而具经济性。又因空气廉价无所不在，故使用受地域限制较小更易普及；小型模块机组便于安装，屋面安装无需机房节省空间；多台机组构成系统互为备用稳定性强；部分负荷运行时单个模块启动系统能耗低更节能，所以应用广泛。

但，风冷换热器/风冷热泵机组制冷模式下以空气为冷却介质作为冷凝器使用时，因空气的比热容小、密度低、传热系数差，相同换热量较水冷冷凝器换热面积大数千倍，虽然通过翅片加助增加换热面积可减小体积，但换热器外观尺寸与水冷换热器仍然相差巨大，制约风冷热泵机组模块微型化；且风冷换热器冷媒冷凝温度高于水冷冷凝时3-5℃左右，导致制冷工况下风冷热泵机组较水源热泵机组或水冷冷水机组(去制热功能的水源热泵机组)制冷能耗高30％左右；风冷换热器由高温工况制冷模式下的冷凝器转为低温工况制热模式下蒸发器使用时，因室外环境温度与冷媒温度差减小、温压降低导致换热器蒸发换热量衰减，且蒸发换热量与环境温度成正相关。当环境温度(干球)低于-12℃，制热COP仅为标准制热工况(室外干湿球温度7/6℃)的40％，使得风冷热泵机组制热能力降低根本无法满足热负荷需求。

水冷冷水机组以水冷换热器为冷源换热器，制冷模式下较风冷换热器可获得较低冷凝温度和更高的过冷度，因此水冷冷水机具有显著的制冷节能效果。但，现有水冷冷水机组一般采用大功率压缩机、制冷能力强，导致机组体型大不利于运输、安装；需要专用室内机房导致建筑空间浪费；冷却管网长，施工量大、施工成本高；冷源动力消耗大；部分负荷运行时机组能效比低、能耗高；制热能力缺失。

综上，虽然风冷换热器/风冷热泵机组具有受地域限制性小、适用范围广，可冷、暖两用经济性强，体积小安装灵活等优点，但制冷效率低，低温工况下因制热能力衰减至能耗偏高；水冷冷水机组虽有较高制冷效率，但存在体积大不利于安装、运输、冷源管网长施工量大、动力消耗高、部分负荷下能耗高、制热能力缺失等问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可适时采用不同冷、热源，兼具高效蒸发换热及冷凝换热的变介质复合型换热器及热泵机组，本申请在不同工况，不同模式下，可调整换热面积、改变换热介质，实现能源互补优化利用，使空调机组兼具冷、暖功能且高效；同时可避免采用风冷换热器与水冷换热器简单组合搭配使用所致的机组集成度低、体积增大空间浪费、制造成本高等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

多介质换热部，包括竖向排列的至少一个水冷换热单元；

所述水冷换热单元包括竖向排列的换热管I、换热管II；

所述换热管I、换热管II均包括套设的内管、外管；

所述换热管I、换热管II的外管外表面均设置有翅片；

在所述换热管I、换热管II的首端一侧：

所述换热管I的内管连通有冷却出水管、外管连通有冷媒第一入管；

所述换热管II的内管连通有冷却入水管、外管连通有冷媒第一出管；

在所述换热管I、换热管II的尾端一侧：

所述换热管I、换热管II通过水冷换热弯管连通，并使其内管、外管分别对应连通。

进一步地，所述换热管I、换热管II的外管于首端一侧设置有封板(管堵)。

进一步地，所述换热管I的内管通过冷却出水引导管连通至冷却出水管，所述冷却出水管设置有冷却出水口；其外管通过冷媒引导管入管连通至冷媒第一入管，所述冷媒第一入管设置有冷媒第一入口；

进一步地，所述换热管II的内管通过冷却入水引导管连通至冷却入水管，所述冷却入水管设置有冷却入水口；其外管通过冷媒引导管出管连通至冷媒第一出管，所述冷媒第一出管设置有冷媒第一出口。

进一步地，所述换热管I、换热管II均为U型管。

进一步地，所述内管为铜管、合金管或其它金属管；

进一步地，所述外管为铜管、合金管或其它金属管；

进一步地，所述翅片为铜翅片、铝翅片或其它金属翅片；

进一步地，所述翅片厚度为0.2mm。

进一步地，所述多介质换热部还包括若干支架；

所述支架上均开设有换热管孔，用于固定换热管I、换热管II。

进一步地，所述支架的厚度≥1.5mm。

可选的，所述外管内侧可加助，所述内管为异型管或加助管。

优选的：所述多介质换热部包括竖向排列的多个水冷换热单元，如三个。

首端一侧是指：多介质换热部或换热管I、换热管II的左侧一端；该端为多介质换热部的冷却水/冷媒进出端；

尾端一侧是指：多介质换热部或换热管I、换热管II的右侧一端。

风冷换热部，包括竖向排列的至少一个风冷换热单元；

所述风冷换热单元包括至少一排风冷换热管组；

所述风冷换热管组包括竖向排列的至少一个风冷换热管；

所述风冷换热管外表面均设置有翅片；

同一风冷换热管组中，相邻的风冷换热管之间通过风冷换热弯管连通，形成蛇形(包括S型、U型等)的风冷换热管路；

相邻的风冷换热管组，其间通过风冷连接管将彼此的风冷换热管路相连通，形成冷媒流动通道；

所述风冷换热单元于首端一侧连通有冷媒第二入管、冷媒第二出管。

进一步地，所述冷媒第二入管设置有冷媒第二入口，所述冷媒第二出管设置有冷媒第二出口。

进一步地，同一风冷换热管组中，所述风冷换热弯管均竖直向设置，且所有风冷换热弯管结构相同(外形、尺寸等)；相邻的风冷换热管组间，所述风冷连接管均倾斜设置，且所有风冷连接管结构相同(外形、尺寸等)。

进一步地，所述风冷换热管为U型管。

进一步地，所述风冷换热管为铜管、合金管或其它金属管。

进一步地，所述翅片为铜翅片、铝翅片或其它金属翅片；

进一步地，所述翅片厚度为0.2mm。

进一步地，所述风冷换热部还包括若干支架；

所述支架上均开设有风冷换热管孔，用于固定各风冷换热管。

进一步地，所述支架的厚度≥1.5mm。

首端一侧是指：风冷换热部或风冷换热管的左侧一端；该端为风冷换热部的冷媒进出端；

尾端一侧是指：风冷换热部或风冷换热管的右侧一端。

变介质复合型换热器，包括一体化叠式设置的多介质换热部、风冷换热部；

所述多介质换热部应用上述任一项所述的多介质换热部；

所述风冷换热部应用上述任一项所述的风冷换热部；

使得所述变介质复合型换热器具有一个冷却入水口、一个冷却出水口、一个冷媒进口、一个冷媒出口；

所述多介质换热部的冷媒第一入管与风冷换热部的冷媒第二出管之间通过第一连接管连通，所述第一连接管上设置有单向阀I；

所述多介质换热部的冷媒第一入管与风冷换热部的冷媒第二入管之间通过第二连接管连通，所述第二连接管上设置有单向阀II。

进一步地，所述多介质换热部、风冷换热部一体化叠式设置，可以是所述多介质换热部设置于风冷换热部的上方，该设计可防止制热工况下化霜不充分造成整个换热器冷凝水堆积冻结；便于低温工况下凝结水排出；也可以是所述风冷换热部设置于多介质换热部的上方。

进一步地，所述多介质换热部与风冷换热部一体化叠式设置后集成为一体形成U型的制冷工作腔。

进一步地，所述多介质换热部、风冷换热部共用翅片和/或支架(孔板)，以将两个换热部集成为一体。

所述多介质换热部、风冷换热部共用翅片，即二者的翅片为一体结构，各翅片呈矩形，其横向宽度小于纵向长度，其上开设有使换热管I、换热管II和风冷换热管穿过的管孔，管孔的形状分别与各换热管相适。

所述多介质换热部、风冷换热部共用支架，即所述风冷换热部与多介质换热部对应位置处的支架为一体结构，且各支架与多介质换热部、风冷换热部的翅片的宽度、长度相同，其上开设有换热管孔和风冷换热管孔，位于首、尾两端的支架，其竖向两侧边缘有向内侧折曲的护翼。

进一步地，所述第一连接管、第二连接管上分别设置有化霜电磁阀R13、R14。

优选的，所述多介质换热部包括竖向排列的多个水冷换热单元；

所述风冷换热部包括竖向排列的多个风冷换热单元；

所述风冷换热单元包括三排并列设置的风冷换热管组；

所述风冷换热管组包括竖向排列的四个风冷换热管；

其中，第一、三排风冷换热管组的高度相同，第二排风冷换热管组与第一、三排风冷换热管组上下错位设置。

本发明的目的还在于，提供一种变介质复合型换热器热泵机组，包括

冷热源模块，包括变介质复合型换热器，所述变介质复合型换热器应用上述任一项所述的变介质复合型换热器，其具有一个冷却入水口、一个冷却出水口、一个冷媒进口、一个冷媒出口；

制冷循环模块，包括压缩机、储液器、干燥过滤器、第一三位四通阀、第二三位四通阀、气液分离器，所述压缩机设置有一个制冷介质回流口E和一个制冷介质出流口G；

水力模块，包括冷却水循环组件、冷却入水总管、冷却出水总管，所述冷却入水总管连通至冷却入水口，所述冷却出水总管连通至冷却出水口；

用户侧模块，包括第二换热器、节流装置；所述第二换热器具有一个冷冻水入口、一个冷冻水出口；

其中：

所述制冷介质出流口G通过第一三位四通阀与变介质复合型换热器相连；

所述制冷介质出流口G通过第一三位四通阀还与第二换热器相连；

所述制冷介质回流口E与气液分离器相连；

所述气液分离器通过第一三位四通阀与变介质复合型换热器相连；

所述气液分离器通过第一三位四通阀还与第二换热器相连；

所述储液器通过第二三位四通阀与变介质复合型换热器相连；

所述储液器通过第二三位四通阀、经节流装置还与第二换热器相连；

所述储液器与干燥过滤器相连；

所述干燥过滤器通过第二三位四通阀与变介质复合型换热器相连；

所述干燥过滤器通过第二三位四通阀、经节流装置还与第二换热器相连。

进一步地，所述冷却水循环组件包括设置于冷却入水总管上的过滤器、冷却循环泵、止回阀、阀体I，所述冷却入水总管、冷却出水总管连接至闭式冷却塔或开式冷却塔。

当连接至闭式冷却塔时，所述冷却入水总管上还可连接有定压补水罐、补水口。

进一步地，所述冷冻水入口的管路上设置有过滤器、冷冻循环泵、止回阀、阀体II；

所述冷却出水总管通过支路I、阀体III连通至冷冻水入口的管路上；

所述冷却入水总管通过支路II、阀体IV连通至冷冻水出口的管路上；

所述冷却出水总管还通过支路III连通至冷冻水出口的管路上，所述支路III上连通有稳压罐、补水口。

进一步地，所述阀体I为水源侧换热器控制阀，所述阀体II为用户侧换热器控制阀，所述阀体III、阀体IV为自然源控制阀。所述阀体I～IV均为电动(磁)阀。

进一步地，所述变介质复合型换热器热泵机组还包括机壳，机壳的侧壁设置为通风格栅，所述变介质复合型换热器安装于机壳内后，于其内形成自然的制冷工作腔，制冷工作腔上方安装有风机。

本发明带来的有益效果有：

一、本发明提出一种以空气和水为冷热源、具有低温工况下补偿功能的变介质复合型多功能换热器及由其构成的热泵机组，其采用风冷蒸发换热与水风冷凝换热复合方式，可根据不同工况调整换热面积、改变换热介质，以空气或水为冷、热源实现能源高效利用，并能对风冷换热器因低环境温度下蒸发换热量的衰减进行补偿，提高制热能力；

由于极端环境工况时间段通常只占总运行时段的10％以下，因此热泵机组大多数时间段都在较高工况换热量区间。随着温度逐渐降低，风冷换热部的蒸发换热量随之降低，机组制热效率降低，风冷换热部的蒸发换热量将不足以满足热泵机组制热量(即热负荷需求)，此时可通过多介质换热部的风冷蒸发换热量进行补偿，以满足热泵机组的热负荷需求。此种设计可避免因增加风冷换热部的换热面积弥补制热能力不足而导致的风冷换热器换热面积盈余，利用多介质换热部的风冷蒸发换热量补充风冷换热器蒸发换热量的不足，进而可有效降低风冷换热器的换热器面积，降低机组整体制造成本。

二、本发明的变介质复合型换热器，采用风水复合冷凝换热方式，多介质换热部与风冷换热部融为一体，形成整体U型结构，U型的换热器内置于模块机组的外壳内后与其浑然一体自然形成制冷工作腔，换热器位于通风格栅处，占用空间可忽略不计，便于实现水冷空调机组的小型模块化；

本款换热器体积小、结构紧凑、集成度高可代替现有各种风冷翅片换热器及水冷换热器，较现有的风冷换热器与水冷换热器组合搭配使用的方式制造成本更低。

三、采用此换热器的热泵机组体积小、效率高，在获得更高制冷效率的情况下可避免蒸发式冷却的热泵机组或自带冷却塔一体化热泵模块机组因高温、高湿环境腐蚀严重降低使用年限及开放的冷却水系统所致机组供电系统安全隐患。

四、由于采用套管外翅片多介质换热器结构，本发明相同的换热面积较之于传统单一结构的风冷翅片换热器、壳管式、套管式冷凝器、蒸发式冷凝器，具有更高的冷却效率；将小功率压缩机、蒸发器、膨胀阀等制冷工质循环必要组件依次连接、集成电控系统于一体，可实现风冷热泵机组以冷却水+空气为冷源介质制冷，以空气为热源介质通过预热+过热制热，获得更高的制冷、制热能力，使机组更节能。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，

图1为实施例3-变介质复合型换热器的连接结构示意图；

图2～3为实施例3-变介质复合型换热器首端一侧的结构局部示意图；

图4～5为实施例3-变介质复合型换热器展开结构示意图；

图6为实施例3-变介质复合型换热器的结构俯视图；

图7为实施例3-变介质复合型换热器的首端立面图；

图8为实施例3-变介质复合型换热器的尾端立面图；

图9～10为实施例3-变介质复合型换热器的支架结构示意图；

图11为实施例3-变介质复合型换热器的首端换热管连接结构示意图；

图12为实施例3-变介质复合型换热器的尾端换热管连接结构示意图；

图13～14为实施例1-多介质换热部(器)首端一侧的结构局部示意图；

图15为实施例1-多介质换热部(器)展开结构示意图；

图16为实施例1-多介质换热部(器)的结构俯视图；

图17为实施例1-多介质换热部(器)的首端立面图；

图18为实施例1-多介质换热部(器)的尾端立面图；

图19为实施例1-多介质换热部(器)的首端一侧管路结构示意图；

图20～22为实施例1-多介质换热部(器)的换热管连接结构示意图；

图23～24为实施例2-风冷换热部(器)的首端一侧的结构局部示意图；

图25为实施例2-风冷换热部(器)的结构俯视图；

图26为实施例2-风冷换热部(器)的首端一侧换热管分布示意图；

图27为实施例2-风冷换热部(器)的尾端一侧换热管分布示意图；

图28为实施例2-风冷换热部(器)的首端一侧换热管连接结构示意图；

图29为实施例2-风冷换热部(器)的尾端一侧换热管连接结构示意图；

图30为实施例4-变介质复合型换热器热泵机组的连接结构示意图；

图31～32为所涉实施例中的机壳结构示意图；

图中：

多介质换热部10；换热管I11；换热管II12；冷却入水管131；冷却入水口1310；冷却入水引导管1311；冷却出水管132；冷却出水口1320；冷却出水引导管1321；冷媒第一入管141；冷媒第一入口1410；冷媒引导管入管1411；冷媒第一出管142；冷媒第一出口1420；冷媒引导管出管1421；水冷换热弯管15；封板16；翅片17；支架18；

风冷换热部20；风冷换热管21；冷媒第二入管221；冷媒第二入口2210；冷媒第二出管222；冷媒第二出口2220；风冷换热弯管23；风冷连接管24；

第一连接管30；第二连接管40；压缩机51；储液器52；干燥过滤器53；第一三位四通阀54；第二三位四通阀55；气液分离器56；第一制冷介质回流口E；制冷介质出流口G；

冷却入水总管61；冷却出水总管62；冷却循环泵63；阀体I64；第二换热器71；膨胀阀(节流装置)72；冷冻水入口73；冷冻水出口74；冷冻循环泵75；阀体II76；

阀体III81；阀体IV82；机壳90；通风格栅91；风机92。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上侧”、“下侧”、“上端”、“两端”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“连通”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：多介质换热部(器)

多介质换热部10，包括竖向排列的多个水冷换热单元；

以下参照附图13～22，以竖向排列的三个水冷换热单元为例，对本多介质换热部10的结构进行说明：

所述水冷换热单元包括竖向排列的换热管I11、换热管II12；

所述换热管I11、换热管II12均包括套设的内管、外管；

所述换热管I11、换热管II12的外管外表面均设置有翅片17；

在换热管I11、换热管II12的首端一侧：

所述换热管I11的内管连通有冷却出水管132、外管连通有冷媒第一入管141；

所述换热管II12的内管连通有冷却入水管131、外管连通有冷媒第一出管142；

在换热管I11、换热管II12的尾端一侧：

所述换热管I11、换热管II12通过水冷换热弯管15连通，并使其内管、外管分别对应连通。

优选的，所述换热管I11、换热管II12均为U型管，使多介质换热部10自然形成U型的制冷工作腔；

优选的，所述换热管I11的内管通过冷却出水引导管1321连通至冷却出水管132，所述冷却出水管132设置有冷却出水口1320；其外管通过冷媒引导管入管1411连通至冷媒第一入管141，所述冷媒第一入管141设置有冷媒第一入口1410；

所述换热管II12的内管通过冷却入水引导管1311连通至冷却入水管131，所述冷却入水管131设置有冷却入水口1310；其外管通过冷媒引导管出管1421连通至冷媒第一出管142，所述冷媒第一出管142设置有冷媒第一出口1420。

可选的，所述内管为铜管、合金管或其它金属管；

可选的，所述外管为铜管、合金管或其它金属管；

可选的，所述翅片17为铜翅片、铝翅片或其它金属翅片；所述翅片17厚度为0.2mm。

优选的，所述换热管I11、换热管II12的外管于首端一侧设置有封板16(管堵)。

优选的，所述多介质换热部10还设有支架18；

支架18上均开设有换热管孔，用于固定换热管I11、换热管II12。

所述支架18的厚度≥1.5mm。

可选的，所述外管内侧可加设助片，所述内管为异型管或加助管。

本实施例中：

首端一侧是指：多介质换热部10或换热管I11、换热管II12的左侧一端；该端为多介质换热部10的冷却水/冷媒进出端；

尾端一侧是指：多介质换热部10或换热管I11、换热管II12的右侧一端。

实施例2：风冷换热部(器)

风冷换热部20，包括竖向排列的至少一个风冷换热单元；

所述风冷换热单元包括至少一排风冷换热管组；

所述风冷换热管组包括竖向排列的至少一个风冷换热管21；

所述风冷换热管21外表面均设置有翅片17；

同一风冷换热管组中，相邻的风冷换热管21之间通过风冷换热弯管23连通，形成蛇形(包括S型多循环结构、U型单循环结构等)的风冷换热管路；

相邻的风冷换热管组，其间通过风冷连接管24将彼此的风冷换热管路相连通，形成冷媒流动通道；

所述风冷换热单元于首端一侧连通有冷媒第二入管221、冷媒第二出管222。

以下参照附图23～29，对本风冷换热部20的结构进行举例说明：

风冷换热部20，包括竖向排列的多个风冷换热单元；

所述风冷换热单元包括三排并列设置的风冷换热管组；

所述风冷换热管组包括竖向排列的四个风冷换热管21；

第一排风冷换热管组自上而下其风冷换热管21依次为1#风冷换热管、2#风冷换热管、3#风冷换热管、4#风冷换热管；

第二排风冷换热管组自下而上其风冷换热管21依次为5#风冷换热管、6#风冷换热管、7#风冷换热管、8#风冷换热管；

第三排风冷换热管组自上而下其风冷换热管21依次为9#风冷换热管、10#风冷换热管、11#风冷换热管、12#风冷换热管；

所述风冷换热管21外表面均设置有翅片17；

第一排风冷换热管组中，相邻的风冷换热管21之间通过风冷换热弯管23连通：

1#风冷换热管、2#风冷换热管于尾端一侧通过风冷换热弯管23连通；

2#风冷换热管、3#风冷换热管于首端一侧通过风冷换热弯管23连通；

3#风冷换热管、4#风冷换热管于尾端一侧通过风冷换热弯管23连通，形成蛇形的风冷换热管路；

第二、三排风冷换热管组中，相邻的风冷换热管21之间的连接结构同第一排风冷换热管组；

(5#风冷换热管、6#风冷换热管于尾端一侧通过风冷换热弯管23连通；

6#风冷换热管、7#风冷换热管于首端一侧通过风冷换热弯管23连通；

7#风冷换热管、8#风冷换热管于尾端一侧通过风冷换热弯管23连通，形成蛇形的风冷换热管路；

9#风冷换热管、10#风冷换热管于尾端一侧通过风冷换热弯管23连通；

10#风冷换热管、11#风冷换热管于首端一侧通过风冷换热弯管23连通；

11#风冷换热管、12#风冷换热管于尾端一侧通过风冷换热弯管23连通，形成蛇形的风冷换热管路；)

相邻的风冷换热管组，其间通过风冷连接管24将彼此的风冷换热管路相连通：

4#风冷换热管、5#风冷换热管于首端一侧通过风冷连接管24将彼此的风冷换热管路相连通；

8#风冷换热管、9#风冷换热管于首端一侧通过风冷连接管24将彼此的风冷换热管路相连通；

所述风冷换热单元于首端一侧连通有冷媒第二入管221、冷媒第二出管222：

1#风冷换热管连通至冷媒第二入管221；

12#风冷换热管连通至冷媒第二出管222。

所述冷媒第二入管221设置有冷媒第二入口2210，所述冷媒第二出管222设置有冷媒第二出口2220。

优选的，第一、三排风冷换热管组高度相同；第二排风冷换热管组与第一、三排风冷换热管组上下错位设置。

本实施例中，同一风冷换热管组中，所述风冷换热弯管23均竖直向设置，且所有风冷换热弯管23结构相同(外形、尺寸等)；相邻的风冷换热管组间，所述风冷连接管24均倾斜设置，且所有风冷连接管24结构相同(外形、尺寸等)。

优选的，所述风冷换热管21为U型管，使风冷换热部20自然形成U型的制冷工作腔。

可选的，所述风冷换热管21为铜管、合金管或其它金属管；

可选的，所述翅片17为铜翅片、铝翅片或其它金属翅片；所述翅片17厚度为0.2mm。

优选的，所述风冷换热部20还设有支架18：

各支架18上均开设有风冷换热管孔；

所述支架18的厚度≥1.5mm。

本实施例中：

首端一侧是指：风冷换热部20或风冷换热管21的左侧一端；该端为风冷换热部20的冷媒进出端；

尾端一侧是指：风冷换热部20或风冷换热管21的右侧一端。

实施例3：变介质复合型换热器

参照图1～12，变介质复合型换热器，包括一体化叠式设置的多介质换热部10、风冷换热部20；

所述多介质换热部10应用实施例1所述的多介质换热部10；

所述风冷换热部20应用实施例2所述的风冷换热部20；

所述变介质复合型换热器具有一个冷却入水口1310、一个冷却出水口1320、一个冷媒进口、一个冷媒出口；

所述多介质换热部10的冷媒第一入管141与风冷换热部20的冷媒第二出管222之间通过第一连接管30连通，所述第一连接管30上设置有单向阀I；

所述多介质换热部10的冷媒第一入管141与风冷换热部20的冷媒第二入管221之间通过第二连接管40连通，所述第二连接管40上设置有单向阀II。

本实施例中，所述多介质换热部10、风冷换热部20一体化叠式设置，可以是所述多介质换热部10设置于风冷换热部20的上方，该设计可防止制热工况下化霜不充分造成整个换热器冷凝水堆积冻结；便于低温工况下凝结水排出；也可以是所述风冷换热部20设置于多介质换热部10的上方。

所述多介质换热部10与风冷换热部20集成为一体形成自然的U型的制冷工作腔，可降低换热器占用整体空间，为机组小型化提供可能。

优选的，所述多介质换热部10、风冷换热部20共用翅片17和支架18，以将两个换热部集成为一体。

所述多介质换热部10、风冷换热部20共用翅片17，即二者对应位置处的翅片17均为一体结构，各翅片17呈矩形，其横向宽度小于纵向长度，其上开设有使换热管I11、换热管II12和风冷换热管21穿过的管孔，管孔的形状、位置分别与各换热管相适。

所述多介质换热部10、风冷换热部20共用支架18，即所述风冷换热部20与多介质换热部10对应位置处的支架18均为一体结构，且各支架18与多介质换热部10、风冷换热部20的翅片17的宽度、长度相同，位于首、尾两端的支架18，其竖向两侧边缘有向内侧折曲的护翼。

当所述变介质复合型换热器处于制冷工作模式时：

所述冷媒进口为第一连接管30的入口，所述冷媒出口为冷媒第一出管142的出口；

(即，第一连接管30的入口端为冷媒高压端，冷媒第一出管142的出口端为冷媒低压端；)

冷却水经冷却入水口1310，由冷却入水管131、冷却入水引导管1311进入多介质换热部10各水冷换热单元的内管内，由冷却出水引导管1321、冷却出水管132、冷却出水口1320流出；

冷媒经第一连接管30，由冷媒第一入管141进入多介质换热部10各水冷换热单元的外管内，与内管内冷却水、外管翅片17间环境空气(冷凝)换热后由冷媒第一出管142流出；

此时，单向阀I导通(仅多介质换热部10处于工作状态)，单向阀II截止(风冷换热部20未处于工作状态)；

即，制冷(冷凝换热)时，本变介质复合型换热器利用多介质换热部10作为冷凝器，实现冷媒与内管中冷却水及外管翅片17间环境空气同步换热，多介质换热部10同时以空气和水为冷却介质，兼具风冷加水冷双重冷却功效，可使冷媒获得更高的过冷度，较之现有单介质水冷换热器，具有更高的冷凝换热效率；较之同等冷凝换热量的水冷冷凝换热器，换热面积减小。

当所述变介质复合型换热器处于制热工作模式时：

所述冷媒进口为冷媒第一出管142的出口，所述冷媒出口为冷媒第二出管222的出口；

(即，冷媒第一出管142的出口端为冷媒高压端，冷媒第二出管222的出口端为冷媒低压端；)

冷却水终止循环；

冷媒经冷媒第一出管142，进入多介质换热部10各水冷换热单元的外管内与外管翅片17间环境空气(蒸发)换热，后经冷媒第一入管141、第二连接管40进入风冷换热部20各风冷换热单元的风冷换热管21内，与风冷换热管21翅片17间环境空气(蒸发)换热，后经冷媒第二出管222流出；

此时，单向阀I截止(多介质换热部10相当于风冷补偿换热器)，单向阀II导通；

即，制热(蒸发换热)时，本变介质复合型换热器改变介质以空气为热源，利用多介质换热部10辅助冷媒与空气换热(冷却水终止换热)达到预热目的，以风冷换热部20作为风冷蒸发换热器，实现冷媒与空气的二次换热达到过热目的；

由于低温工况下，风冷换热部20的蒸发换热量与环境温度成正相关，其制热COP(能效比)随着温度降低而渐小；尤其当环境温度低于-12℃时，蒸发换热量仅为标况的40％，造成机组制热能力不足。采用多介质换热部10与风冷换热部20串联方式，增加的多介质换热部10，可弥补风冷换热部20因环境温度降低所致的蒸发换热量不足。此工作模式下，多介质换热部10作为风冷蒸发换热器使用(冷却水终止循环)，可使冷媒升温初步汽化达到预热效果，风冷换热部20对经多介质换热部10初步升温的冷媒进行二次加热，达到过热目的；多介质换热部10的风冷蒸发换热量可对因环境温度降低所致风冷换热部20蒸发换热量的衰减进行补偿。

优选的，所述第一连接管30、第二连接管40上分别设置有化霜电磁阀R13、R14。

当所述变介质复合型换热器处于化霜工作模式时：

化霜电磁阀R13关闭，化霜电磁阀R14导通；

所述冷媒进口为冷媒第二出管222的出口，所述冷媒出口为冷媒第一出管142的出口；

(即，冷媒第二出管222的出口端为冷媒高压端，冷媒第一出管142的出口端为冷媒低压端；)

冷却水终止循环，风机92停止工作；

冷媒(高温蒸汽)经冷媒第二出管222，进入风冷换热部20各风冷换热单元的风冷换热管21内，与风冷换热管21外表面及翅片17上的“冰霜”换热除霜，后经第二连接管40流出，由冷媒第一入管141进入多介质换热部10各水冷换热单元的外管内与外管外表面及翅片17上的“冰霜”换热除霜，后经冷媒第一出管142流出。

实施例4：变介质复合型换热器热泵机组

本实施例为实施例3：变介质复合型换热器的应用例。

参照图30，变介质复合型换热器热泵机组，包括

冷热源模块，包括变介质复合型换热器，所述变介质复合型换热器应用实施例3所述的变介质复合型换热器，其具有一个冷却入水口1310、一个冷却出水口1320、一个冷媒进口、一个冷媒出口；

制冷循环模块，包括压缩机51、储液器52、干燥过滤器53、第一三位四通阀54、第二三位四通阀55、气液分离器56，所述压缩机51设置有一个制冷介质回流口E和一个制冷介质出流口G；

水力模块，包括冷却水循环组件、冷却入水总管61、冷却出水总管62，所述冷却入水总管61连通至冷却入水口1310，所述冷却出水总管62连通至冷却出水口1320；

用户侧模块，包括第二换热器71、膨胀阀72(节流装置)；所述第二换热器71具有一个冷冻水入口73、一个冷冻水出口74；

其中：

所述制冷介质出流口G通过第一三位四通阀54与变介质复合型换热器相连；

所述制冷介质出流口G通过第一三位四通阀54还与第二换热器71相连；

所述制冷介质回流口E与气液分离器56相连；

所述气液分离器56通过第一三位四通阀54与变介质复合型换热器相连；

所述气液分离器56通过第一三位四通阀54还与第二换热器71相连；

所述储液器52通过第二三位四通阀55与变介质复合型换热器相连；

所述储液器52通过第二三位四通阀55、经膨胀阀72还与第二换热器71相连；

所述储液器52与干燥过滤器53相连；

所述干燥过滤器53通过第二三位四通阀55与变介质复合型换热器相连；

所述干燥过滤器53通过第二三位四通阀55、经膨胀阀72还与第二换热器71相连。

当本变介质复合型换热器热泵机组处于制冷工作模式时：

冷媒的流动路径如箭头所示：

制冷介质出流口G→第一三位四通阀54→变介质复合型换热器→第二三位四通阀55→储液器52→干燥过滤器53→第二三位四通阀55→膨胀阀72→第二换热器71→第一三位四通阀54→气液分离器56→第一制冷介质回流口E；

此时：

所述变介质复合型换热器的冷媒进口为第一连接管30的入口，冷媒出口为冷媒第一出管142的出口；

冷媒经第一连接管30，由冷媒第一入管141进入多介质换热部10各水冷换热单元的外管内，与内管内冷却水、外管翅片17间环境空气(冷凝)换热后由冷媒第一出管142流出；

单向阀I导通(仅多介质换热部10处于工作状态)；

单向阀II截止(风冷换热部20未处于工作状态)；

当本变介质复合型换热器热泵机组处于制热工作模式时：

冷媒的流动路径如箭头所示：

制冷介质出流口G→第一三位四通阀54→第二换热器71→膨胀阀72→第二三位四通阀55→储液器52→干燥过滤器53→第二三位四通阀55→变介质复合型换热器→第一三位四通阀54→气液分离器56→第一制冷介质回流口E；

此时：

所述变介质复合型换热器的冷媒进口为冷媒第一出管142的出口，冷媒出口为冷媒第二出管222的出口；

冷媒经冷媒第一出管142，进入多介质换热部10各水冷换热单元的外管内与外管翅片17间环境空气(蒸发)换热，后经冷媒第一入管141、第二连接管40进入风冷换热部20各风冷换热单元的风冷换热管21内，与风冷换热管21翅片17间环境空气(蒸发)换热，后经冷媒第二出管222流出；

单向阀I截止(冷却水终止循环，多介质换热部10相当于风冷补偿换热器)；

单向阀II导通；

当本变介质复合型换热器热泵机组处于化霜工作模式时：

冷媒的流动路径如箭头所示：

制冷介质出流口G→第一三位四通阀54→变介质复合型换热器→第二三位四通阀55→储液器52→干燥过滤器53→第二三位四通阀55→膨胀阀72→第二换热器71→第一三位四通阀54→气液分离器56→第一制冷介质回流口E；

此时：

化霜电磁阀R13关闭，化霜电磁阀R14导通；

所述变介质复合型换热器的冷媒进口为冷媒第二出管222的出口，所述冷媒出口为冷媒第一出管142的出口；

冷媒经冷媒第二出管222，进入风冷换热部20各风冷换热单元的风冷换热管21内，与风冷换热管21外表面及翅片17上“冰霜”换热除霜，后经第二连接管40流出，由冷媒第一入管141进入多介质换热部10各水冷换热单元的外管内与外管外表面及翅片17上“冰霜”换热除霜，后经冷媒第一出管142流出。

优选的，所述冷却水循环组件包括设置于冷却入水总管61上的过滤器、冷却循环泵63、止回阀、阀体I64，所述冷却入水总管61、冷却出水总管62连接至闭式冷却塔或开式冷却塔；

此时，冷冻循环循环系统与冷却循环系统中的载冷剂未必为同一介质(如软化水、乙二醇溶液、二氧化钙等)。

当连接至闭式冷却塔时，所述冷却入水总管61上还可连接有定压补水罐、补水口。

可选的：

所述冷冻水入口73的管路上设置有过滤器、冷冻循环泵75、止回阀、阀体II76；

所述冷却出水总管62通过支路I、阀体III81连通至冷冻水入口73的管路上；

所述冷却入水总管61通过支路II、阀体IV82连通至冷冻水出口74的管路上；

所述冷却出水总管62还通过支路III连通至冷冻水出口74的管路上，所述支路III上连通有稳压罐、补水口。

其中，所述阀体I64为水源侧换热器控制阀，所述阀体II76为用户侧换热器控制阀，所述阀体III81、阀体IV82为自然源控制阀。

所述阀体I～IV均为电动(磁)阀。

当不使用空调机组的情况下或过度季节空调机组停机状态下，该设计可利用自然冷(热)源制冷(热)：

阀体I64(水源侧换热器控制阀)关闭、阀体II76(用户侧换热器控制阀)开启，冷却循环泵63开启、冷冻循环泵75开启、阀体III81、阀体IV82(自然源控制阀)开启；

如，来自水(地)源换热器的较低温度冷却水在冷却循环泵63的泵推作用下经冷却水入口、过滤器、冷却循环泵63、支路II、阀体IV82、经冷冻水出口74入室内、与室内换热升温后经冷冻水入口73、阀体II76、支路I、阀体III81、冷却水出口、回流至水(地)源换热器，经水(地)源换热器降温后进行下一个供冷循环；

此时，冷却循环系统与冷冻循环系统的载冷剂为同一介质，如水、乙二醇水溶液、氯化钙水溶液等；

支路III为定压补水支路，其于某一压力点时开启补水电动(磁)阀，高于某一压力点时关闭补水电动(磁)阀。

可选的，参照图31～32，所述变介质复合型换热器热泵机组还包括机壳90，机壳90的侧壁设置为通风格栅91，所述变介质复合型换热器安装于机壳90内后，于其内形成自然的U型制冷工作腔，制冷工作腔上方安装有风机92。

可选的，本变介质复合型换热器热泵机组还可构成多联机组。

本热泵机组采用变介质复合型换热器代替传统单一结构的风冷翅片换热器、壳管式、套管式冷凝器、蒸发式冷凝器，将单级压缩机51、蒸发器、膨胀阀72等制冷工质循环必要组件依次连接、集成电控系统于一体，可实现风冷热泵机组以冷却水+空气为冷源介质制冷，以空气为热源介质通过预热+过热制热，获得更高的制冷、制热能力，机组更节能。

由于采用套管外翅片多介质换热器结构，本热泵机组，相同的换热面积较传统壳管式(套管式)水冷换热器具有更高的冷却效率；采用此换热器的冷水机组体积小、效率高，实现传统水冷冷水机组的小型化，在获得更高制冷效率的情况下可避免采用蒸发式冷凝器的冷水机组高温、高湿环境机组的腐蚀与安全隐患。

应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.变介质复合型换热器，其特征在于：

包括一体化叠式设置的多介质换热部、风冷换热部；

所述多介质换热部包括竖向排列的至少一个水冷换热单元；

所述水冷换热单元包括竖向排列的换热管I、换热管II；

所述换热管I、换热管II均包括套设的内管、外管；

所述换热管I、换热管II的外管外表面均设置有翅片；

在所述换热管I、换热管II的首端一侧：

所述换热管I的内管连通有冷却出水管、外管连通有冷媒第一入管；

所述换热管II的内管连通有冷却入水管、外管连通有冷媒第一出管；

在所述换热管I、换热管II的尾端一侧：

所述换热管I、换热管II通过水冷换热弯管连通，并使其内管、外管分别对应连通；

所述风冷换热部包括竖向排列的至少一个风冷换热单元；

所述风冷换热单元包括至少一排风冷换热管组；

所述风冷换热管组包括竖向排列的至少一个风冷换热管；

所述风冷换热管外表面设置有与换热管I、换热管II外表面翅片呈一体结构的翅片；

同一风冷换热管组中，相邻的风冷换热管之间通过风冷换热弯管连通，形成蛇形的风冷换热管路；

相邻的风冷换热管组，其间通过风冷连接管将彼此的风冷换热管路相连通，形成冷媒流动通道；

同一风冷换热管组中，所述风冷换热弯管均竖直向设置，且所有风冷换热弯管结构相同；

相邻的风冷换热管组间，所述风冷连接管均倾斜设置，且所有风冷连接管结构相同；

所述风冷换热单元于首端一侧连通有冷媒第二入管、冷媒第二出管；

所述多介质换热部的冷媒第一入管与风冷换热部的冷媒第二出管之间通过第一连接管连通，所述第一连接管上设置有单向阀I；

所述多介质换热部的冷媒第一入管与风冷换热部的冷媒第二入管之间通过第二连接管连通，所述第二连接管上设置有单向阀II。

2.根据权利要求1所述的变介质复合型换热器，其特征在于：

所述换热管I的内管通过冷却出水引导管连通至冷却出水管，所述冷却出水管设置有冷却出水口；其外管通过冷媒引导管入管连通至冷媒第一入管，所述冷媒第一入管设置有冷媒第一入口；

所述换热管II的内管通过冷却入水引导管连通至冷却入水管，所述冷却入水管设置有冷却入水口；其外管通过冷媒引导管出管连通至冷媒第一出管，所述冷媒第一出管设置有冷媒第一出口；

所述冷媒第二入管设置有冷媒第二入口，所述冷媒第二出管设置有冷媒第二出口。

3.根据权利要求1所述的变介质复合型换热器，其特征在于：

所述多介质换热部包括竖向排列的多个水冷换热单元；

所述风冷换热部包括竖向排列的多个风冷换热单元；

所述风冷换热单元包括三排并列设置的风冷换热管组；

所述风冷换热管组包括竖向排列的四个风冷换热管；

其中，第一、三排风冷换热管组的高度相同，第二排风冷换热管组与第一、三排风冷换热管组上下错位设置。

4.根据权利要求1所述的变介质复合型换热器，其特征在于：

所述多介质换热部、风冷换热部均设有支架；

且所述风冷换热部与多介质换热部对应位置处的支架为一体结构，各支架与多介质换热部、风冷换热部的翅片的宽度、长度相同，其上开设有换热管孔和风冷换热管孔，位于首、尾两端的支架，其竖向两侧边缘有向内侧折曲的护翼。

5.根据权利要求1所述的变介质复合型换热器，其特征在于：

所述第一连接管、第二连接管上分别设置有化霜电磁阀R13、R14。

6.根据权利要求1所述的变介质复合型换热器，其特征在于：

所述内管为铜管、合金管或其它金属管；

所述外管为铜管、合金管或其它金属管；

所述风冷换热管为铜管、合金管或其它金属管；

所述翅片为铜翅片、铝翅片或其它金属翅片。

7.根据权利要求1或3所述的变介质复合型换热器，其特征在于：

所述多介质换热部、风冷换热部一体化叠式设置，所述多介质换热部设置于风冷换热部的上方，以防止制热工况下化霜不充分造成整个换热器冷凝水堆积冻结，便于低温工况下凝结水排出；

或，所述风冷换热部设置于多介质换热部的上方。

8.变介质复合型换热器热泵机组，其特征在于：包括

冷热源模块，包括变介质复合型换热器，所述变介质复合型换热器应用权利要求1～7任一项所述的变介质复合型换热器，其具有一个冷却入水口、一个冷却出水口、一个冷媒进口、一个冷媒出口；

制冷循环模块，包括压缩机、储液器、干燥过滤器、第一三位四通阀、第二三位四通阀、气液分离器，所述压缩机设置有一个制冷介质回流口E和一个制冷介质出流口G；

水力模块，包括冷却水循环组件、冷却入水总管、冷却出水总管，所述冷却入水总管连通至冷却入水口，所述冷却出水总管连通至冷却出水口；

用户侧模块，包括第二换热器、节流装置；所述第二换热器具有一个冷冻水入口、一个冷冻水出口；

其中：

所述制冷介质出流口G通过第一三位四通阀与变介质复合型换热器相连；

所述制冷介质出流口G通过第一三位四通阀还与第二换热器相连；

所述制冷介质回流口E与气液分离器相连；

所述气液分离器通过第一三位四通阀与变介质复合型换热器相连；

所述气液分离器通过第一三位四通阀还与第二换热器相连；

所述储液器通过第二三位四通阀与变介质复合型换热器相连；

所述储液器通过第二三位四通阀、经节流装置还与第二换热器相连；

所述储液器与干燥过滤器相连；

所述干燥过滤器通过第二三位四通阀与变介质复合型换热器相连；

所述干燥过滤器通过第二三位四通阀、经节流装置还与第二换热器相连。

9.根据权利要求8所述的变介质复合型换热器热泵机组，其特征在于：

所述冷却水循环组件包括设置于冷却入水总管上的过滤器、冷却循环泵、止回阀、阀体I，所述冷却入水总管、冷却出水总管连接至闭式冷却塔或开式冷却塔。

10.根据权利要求8所述的变介质复合型换热器热泵机组，其特征在于：

所述冷冻水入口的管路上设置有过滤器、冷冻循环泵、止回阀、阀体II；

所述冷却出水总管通过支路I、阀体III连通至冷冻水入口的管路上；

所述冷却入水总管通过支路II、阀体IV连通至冷冻水出口的管路上；

所述冷却出水总管还通过支路III连通至冷冻水出口的管路上，所述支路III上连通有稳压罐、补水口。

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