CN201072264Y - 整体式热回收型水源热泵装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种整体式热回收型水源热泵装置，包括制冷循环系统，制冷循环系统包括依次连接的压缩机、冷凝器、储液罐、节流元件、以及蒸发器，该整体式热回收型水源热泵装置还包括生活水加热系统，其具有用于对生活水加热的显热换热器，显热换热器的制冷剂输入端和输出端连接在蒸发器的制冷剂输出端与冷凝器的制冷剂输入端之间，显热换热器的出水口和入水口连接到生活水管路中。采用本实用新型的整体式热回收型水源热泵装置，通过充分利用制冷时的冷凝热，可节省水源能源，可以制取免费的生活热水而不需要消耗另外的能源来制取生活热水，从而提高了能源利用率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种整体式热回收型水源热泵装置。
背景技术
目前许多场合都有集中式空调系统和生活热水供应系统。空调系统使用水源热泵时，制冷时冷凝热非常大，约为压缩机耗电量的5～8倍，这些热量需要冷却水带走，回灌地下或者送到冷却塔中进行风冷，如果把这些冷凝热进行热回收用来制取生活热水，可以减少地下水资源的利用或者节省风冷冷却塔。在制热状态下很多主机也不会处于满负荷下工作，没有充分利用机组能力，延长了投资回收期，如果把机组剩余的负荷用来进行生活水加热，则主机可以在满负荷下高效工作。
另外，许多水系统空调工程经常需要现场安装布置水系统管路，与冷水机组配合，通过切换水系统管路上的阀门进行冷暖切换，这种安装和操作方式繁琐，施工周期过长，通常需要专人维护。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种通过充分利用制冷时的冷凝热而节省水源能源的整体式热回收型水源热泵装置。
为达成上述目的，根据本实用新型的整体式热回收型水源热泵装置，包括制冷循环系统，该制冷循环系统包括依次连接的压缩机、冷凝器、储液罐、节流元件、以及蒸发器，并且还包括生活水加热系统，其具有用于对生活水加热的显热换热器，显热换热器的制冷剂输入端和输出端连接在蒸发器的制冷剂输出端与冷凝器的制冷剂输入端之间，显热换热器的出水口和入水口连接到生活水管路中。
优选方式为，在上述整体式热回收型水源热泵装置中，显热换热器的制冷剂输入端连接至压缩机的制冷剂输出端，显热换热器的制冷剂输出端连接冷凝器的制冷剂输入端。
另外，在上述整体式热回收型水源热泵装置中，生活水加热系统还包括与冷凝器并联的热水换热器，热水换热器具有：制冷剂输入端，连接至显热换热器的制冷剂输出端与冷凝器的制冷剂输入端之间的管路上；制冷剂输出端，连接至冷凝器的制冷剂输出端与储液罐的制冷剂输入端之间的管路上；入水口，连接至冷水进口；以及出水口，连接至显热加热器的入水口；显热加热器的出水口连接至热水出口。
优选方式为，在上述整体式热回收型水源热泵装置中，还包括第一转换阀门和第二转换阀门，第一转换阀门连接在冷凝器的制冷剂输入端与显热换热器的制冷剂输出端之间；第二转换阀门的一端连接至热水换热器的制冷剂输入端，第二转换阀门的另一端连接至显热换热器的制冷剂输出端与第一转换阀门之间的管路上。
在上述整体式热回收型水源热泵装置中，优选还包括具有多组水路切换系统的水路系统，各水路切换系统连接到冷凝器和蒸发器。
优选方式为，所述水路切换系统为两组，其中一组水路切换系统包括第一阀门、第二阀门、第七阀门和第八阀门，另一组水路切换系统包括第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门，第一阀门和第八阀门依次连接在冷凝器的水路第一端与蒸发器的水路第二端之间，第二阀门和第七阀门依次连接在冷凝器的水路第一端与蒸发器的水路第二端之间，并与第一阀门和第八阀门并列布置，第三阀门和第六阀门依次连接在冷凝器的水路第二端与蒸发器的水路第一端之间，第四阀门和第五阀门依次连接在冷凝器的水路第二端与蒸发器的水路第一端之间，并与第三阀门和第六阀门并列布置，第一阀门和第八阀门之间设置有第一流体第一接口，第二阀门和第七阀门之间设置有第二流体第一接口，第三阀门和第六阀门之间设置有第一流体第二接口，第四阀门和第五阀门之间设置有第二流体第二接口。
在上述整体式热回收型水源热泵装置中，冷凝器的水路第一端对应于冷凝器的制冷剂输入端，冷凝器的水路第二端对应于冷凝器的制冷剂输出端，蒸发器的水路第一端对应于蒸发器的制冷剂输入端，蒸发器的水路第二端对应于蒸发器的制冷剂输出端。
在上述整体式热回收型水源热泵装置中，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、和第八阀门为二位二通阀门。另外，也可以为，四个所述的二位二通阀门互相连接组成的所述水路切换系统中，任一个所述二位二通阀门都可以与其相邻的其中一个所述二位二通阀门一体形成为一个二位三通阀门。
此外，上述整体式热回收型水源热泵装置还包括防冻装置，防冻装置具有旁通阀门，旁通阀门连接在冷凝器的制冷剂输出端与蒸发器的制冷剂输入端之间，并与节流元件并列布置。
优选方式为，旁通阀门的输入端连接到节流元件的输入端，旁通阀门的输出端连接到节流元件的输出端。
另外，在上述整体式热回收型水源热泵装置中，还包括：干燥过滤器，设置在储液罐之后，节流元件的输入端和旁通阀门的输入端的连接处之前；以及气液分离器，设置在蒸发器的制冷剂输出端与压缩机的输入端之间。
本实用新型的优点如下：
(1)由于采用生活热水系统，节省了水源、能源，充分利用制冷时的冷凝热，提高了能源利用率，不仅可以制取免费的生活热水而不需要消耗另外的能源来制取生活热水，还可以把热水直接通入地板采暖的换热盘管内，实现一水多用；并且在制热部分负荷时充分利用机组能力，可以使机组满负荷高效率运行。
(2)由于采用水系统切换方式，省略了传统热泵系统的四通换向阀门，减少了节流元件和制冷系统泄漏点，从而提高了制冷系统运行可靠性；并且，将目前传统的中央空调水系统切换机构整合到制冷机组之中，缩短了工程安装周期，提高了整个机组的自动化控制程度。
(3)由于采用旁通节流元件的方式，对机组运行防冻采取了有效的保护措施；通过控制不同阀门的开启组合，机组具有六种运行模式，包括制冷、制热、制热水、制冷制热水、制热制热水以及地下冷水源直接通入风机盘管系统进行制冷。
附图说明
图1根据本实用新型一实施例的整体式热回收型水源热泵装置的结构原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型的整体式热回收型水源热泵装置进行详细描述。
图1是根据本实用新型一实施例的整体式热回收型水源热泵装置的结构原理示意图，如图所示，整体式热回收型水源热泵装置包括制冷循环系统10、防冻装置、两组结构相同的相互配合的水路切换系统20和生活水加热系统40。制冷循环系统10包括通过若干连接管相互连接的压缩机11、冷凝器13、高压储液罐15、干燥过滤器16、节流元件17、蒸发器18、以及气液分离器19。接着对制冷循环系统10的连接方式加以说明，制冷循环系统10中的压缩机11一端与冷凝器13相连接，冷凝器13通过高压储液罐15(即储液罐)与干燥过滤器16相连接，利用并联的节流元件17和旁通阀门38使干燥过滤器16与蒸发器18连接在一起，并且，压缩机11的另外一端通过气液分离器19与蒸发器18相连接，如此构成制冷循环系统10。
另外，在该整体式热回收型水源热泵装置中，并联在制冷循环系统10的节流元件17上的旁通阀门38和连接管构成本发明的防冻装置。
如图1所示，各水路切换系统20均连接到冷凝器13和蒸发器18上。其中一组水路切换系统20包括第一阀门V1、第二阀门V2、第七阀门V7和第八阀门V8，另一组水路切换系统20包括第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5和第六阀门V6。并且，第一阀门V1和第八阀门V8依次连接在冷凝器13的水路第一端与蒸发器18的水路第二端之间，第二阀门V2和第七阀门V7也依次连接在冷凝器13的水路第一端与蒸发器18的水路第二端之间，且与第一阀门V1及第八阀门V8并列布置；第三阀门V3和第六阀门V6依次连接在冷凝器13的水路第二端与蒸发器18的水路第一端之间，第四阀门V4和第五阀门V5也依次连接在冷凝器13的水路第二端与蒸发器18的水路第一端之间，且与第三阀门V3和第六阀门V6并列布置。另外，在第一阀门V1和第八阀门V8之间设置有第一流体第一接口61，在第二阀门V2和第七阀门V7之间设置有第二流体第一接口62，在第三阀门V3和第六阀门V6之间设置有第一流体第二接口63，在第四阀门V4和第五阀门V5之间设置有第二流体第二接口64。
在本发明的整体式热回收型水源热泵装置中，冷凝器13的水路第一端对应于冷凝器13的制冷剂输入端，冷凝器13的水路第二端对应于冷凝器13的制冷剂输出端，蒸发器18的水路第一端对应于蒸发器18的制冷剂输入端，蒸发器18的水路第二端对应于蒸发器18的制冷剂输出端。
在图1中，第一～第八阀门V1～V8均为二位二通阀门。但是，四个二位二通阀门互相连接组成的水路切换系统20中，任一个二位二通阀门都可以与其相邻的其中一个二位二通阀门一体形成为一个二位三通阀门。
另外，考虑水路切换系统20和制冷循环系统10顺流、逆流的换热方式，各组水路切换系统20与蒸发器18、冷凝器13的连接并不限定于上述连接方式，只要水路切换系统20与蒸发器18、冷凝器13的连接满足以下条件即可：水路切换系统20的一个连接口与蒸发器18或者冷凝器13中的一个相连接，则该连接口的对角连接口必须与蒸发器18或者冷凝器13中的另外一个相连接。阀门组剩余的接口与室外水系统、使用水系统的连接原则与这个原则相同。两个原则满足后即可以根据实际连接情况对阀门V1～V8进行开或者关的组合，实现多模式运行的转换。
另外，本实用新型中所述的水并不限于众所周知的普通水，也包括制冷空调行业所熟知的诸如乙二醇水溶液、氯化钙水溶液等。
生活水加热系统40采用独立的与制冷循环系统10的冷凝器13并联的热水换热器44及相关连接管道配合显热换热器42组成。制冷循环系统10中的压缩机11一侧通过显热换热器42与并联的冷凝器13和热水换热器44相连接。并且，自来水由冷水进口45流入热水换热器44进行加热，出来后的热水再进入显热换热器42进行高温加热，最后从热水出口46排出，由此完成生活用水加热过程。但是，并不局限于上述连接方式，只要显热换热器42的制冷剂输入端和输出端连接在蒸发器18的制冷剂输出端与冷凝器13的制冷剂输入端之间，显热换热器42的出水口和入水口连接到生活水管路中即可。另外，冷水进口45和热水出口46的连接方式并不限定于此，也可以根据具体情况而改变。
另外，制冷循环系统10中具有第一转换阀门V9，第一转换阀门V9连接在显热换热器42的制冷剂输出端和冷凝器13的制冷剂输入端之间。生活水加热系统40还具有第二转换阀门V10，第二转换阀门V10一端连接在热水换热器44的制冷剂输入端，第二转换阀门V10的另外一端连接在显热换热器42的制冷剂输出端与第一转换阀门V9之间的管路上。利用第一转换阀门V9和第二转换阀门V10之间的开关组合，实现制冷剂在冷凝器13和热水换热器44中的流动。
本实用新型的整体式热回收型水源热泵装置具备六种运行模式，即制冷、制热、制热水、制冷制热水、制热制热水以及直接冷却模式。下面结合图1和表1至表6详细说明各模式的运行状态。为描述方便，以下说明中定义室外水为第一流体，使用水为第二流体。实际应用中也可以定义室外水为第二流体，使用水为第一流体，但对应的流程也需要进行相应的改变。另外，对于各种运行模式所列表格中的室外水、使用水和生活热水的流动方向也可以由“→”改为“←”。
一、制冷运行模式：阀门V1～V10的开关状态、室外水(即第一流体)、使用水(即第二流体)、生活热水以及制冷剂流程参见表1。
表1
二、制热运行模式：阀门V1～V10的开关状态、室外水(即第一流体)、使用水(即第二流体)、生活热水以及制冷剂流程参见表2。
表2
三、制热水运行模式：阀门V1～V10的开关状态、室外水(第一流体)、使用水(第二流体)、生活热水以及制冷剂流程参见表3。
表3
四、制冷制热水运行模式：阀门V1～V10的开关状态、室外水(第一流体)、使用水(第二流体)、生活热水以及制冷剂流程参见表4-A和表4-B，根据冷负荷和热水负荷大小分两种情况。
表4-A
表4-B
五、制热制热水运行模式：阀门V1～V10的开关状态、室外水(第一流体)、使用水(第二流体)、生活热水以及制冷剂流程参见表5。
表5
六、直接冷却运行模式：当室外水和使用水可以混用、并且室外水源温度足够低相当于冷冻水时，可以直接通入室内侧风机盘管进行制冷，而制冷循环系统10的压缩机11不需要运行。阀门V1～V10的开关状态以及室外水(第一流体)流程参见表6-A或表6-B。
表6-A
表6-B
本实用新型的优点如下：
(1)由于采用生活热水系统，节省了水源、能源，充分利用制冷时的冷凝热，提高了能源利用率，不仅可以制取免费的生活热水而不需要消耗另外的能源来制取生活热水，还可以把热水直接通入地板采暖的换热盘管内，实现一水多用；并且在制热部分负荷时充分利用机组能力，可以使机组满负荷高效率运行。
(2)由于采用水系统切换方式，省略了传统热泵系统的四通换向阀，减少了节流元件和制冷系统泄漏点，从而提高了制冷系统运行可靠性；并且，将目前传统的中央空调水系统切换机构整合到制冷机组之中，缩短了工程安装周期，提高了整个机组的自动化控制程度。
(3)由于采用旁通节流元件的方式，对机组运行防冻采取了有效的保护措施；通过控制不同阀门的开启组合，机组可以进行制冷、制热、制热水、制冷制热水、制热制热水以及地下冷水源直接通入风机盘管系统进行制冷，共六种运行模式。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型。在上述实施例中，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
符号说明
10制冷循环系统 11压缩机
13冷凝器 15高压储液罐
16干燥过滤器 17节流元件
18蒸发器 19气液分离器
20水路切换系统 38旁通阀门
42显热换热器 44热水换热器
45冷水进口 46热水出口
61第一流体第一接口 62第二流体第一接口
63第一流体第二接口 64第二流体第二接口
V1～V8阀门 V9第一转换阀门
V10第二转换阀门
Claims (12)
1.一种整体式热回收型水源热泵装置，包括制冷循环系统(10)，所述制冷循环系统(10)包括依次连接的压缩机(11)、冷凝器(13)、储液罐(15)、节流元件(17)、以及蒸发器(18)，其特征在于：
还包括生活水加热系统(40)，其具有用于对生活水加热的显热换热器(42)，所述显热换热器(42)的制冷剂输入端和输出端连接在所述蒸发器(18)的制冷剂输出端与所述冷凝器(13)的制冷剂输入端之间，所述显热换热器(42)的出水口和入水口连接到生活水管路中。
2.根据权利要求1所述的整体式热回收型水源热泵装置，其特征在于：所述显热换热器(42)的制冷剂输入端连接至所述压缩机(11)的制冷剂输出端，所述显热换热器(42)的制冷剂输出端连接所述冷凝器(13)的制冷剂输入端。
3.根据权利要求2所述的整体式热回收型水源热泵装置，其特征在于：所述生活水加热系统(40)还包括与所述冷凝器(13)并联的热水换热器(44)，所述热水换热器(44)具有：
制冷剂输入端，连接至所述显热换热器(42)的制冷剂输出端与所述冷凝器(13)的制冷剂输入端之间的管路上，
制冷剂输出端，连接至所述冷凝器(13)的制冷剂输出端与所述储液罐(15)的制冷剂输入端之间的管路上，
入水口，连接至冷水进口(45)，以及
出水口，连接至所述显热换热器(42)的入水口，
所述显热换热器(42)的出水口连接至热水出口(46)。
4.根据权利要求3所述的整体式热回收型水源热泵装置，其特征在于，还包括第一转换阀门(V9)和第二转换阀门(V10)，
所述第一转换阀门(V9)连接在所述冷凝器(13)的制冷剂输入端与所述显热换热器(42)的制冷剂输出端之间，
所述第二转换阀门(V10)一端连接至所述热水换热器(44)的制冷剂输入端，
所述第二转换阀门(V10)的另一端连接至所述显热换热器(42)的制冷剂输出端与所述第一转换阀门(V9)之间的管路上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的整体式热回收型水源热泵装置，其特征在于，还包括具有多组水路切换系统(20)的水路系统，所述各水路切换系统(20)连接到所述冷凝器(13)和所述蒸发器(18)。
6.根据权利要求5所述的整体式热回收型水源热泵装置，其特征在于，所述水路切换系统(20)为两组，其中一组所述水路切换系统(20)包括第一阀门(V1)、第二阀门(V2)、第七阀门(V7)和第八阀门(V8)，另一组所述水路切换系统(20)包括第三阀门(V3)、第四阀门(V4)、第五阀门(V5)和第六阀门(V6)，
所述第一阀门(V1)和所述第八阀门(V8)依次连接在所述冷凝器(13)的水路第一端与所述蒸发器(18)的水路第二端之间，
所述第二阀门(V2)和所述第七阀门(V7)依次连接在所述冷凝器(13)的水路第一端与所述蒸发器(18)的水路第二端之间，并与所述第一阀门(V1)和所述第八阀门(V8)并列布置，
所述第三阀门(V3)和所述第六阀门(V6)依次连接在所述冷凝器(13)的水路第二端与所述蒸发器(18)的水路第一端之间，
所述第四阀门(V4)和所述第五阀门(V5)依次连接在所述冷凝器(13)的水路第二端与所述蒸发器(18)的水路第一端之间，并与所述第三阀门(V3)和所述第六阀门(V6)并列布置，
所述第一阀门(V1)和所述第八阀门(V8)之间设置有第一流体第一接口(61)，
所述第二阀门(V2)和所述第七阀门(V7)之间设置有第二流体第一接口(62)，
所述第三阀门(V3)和所述第六阀门(V6)之间设置有第一流体第二接口(63)，
所述第四阀门(V4)和所述第五阀门(V5)之间设置有第二流体第二接口(64)。
7.根据权利要求6所述的整体式热回收型水源热泵装置，其特征在于：
所述冷凝器(13)的水路第一端对应于所述冷凝器(13)的制冷剂输入端，
所述冷凝器(13)的水路第二端对应于所述冷凝器(13)的制冷剂输出端，
所述蒸发器(18)的水路第一端对应于所述蒸发器(18)的制冷剂输入端，
所述蒸发器(18)的水路第二端对应于所述蒸发器(18)的制冷剂输出端。
8.根据权利要求7所述的整体式热回收型水源热泵装置，其特征在于，所述第一阀门(V1)、第二阀门(V2)、第三阀门(V3)、第四阀门(V4)、第五阀门(V5)、第六阀门(V6)、第七阀门(V7)、和第八阀门(V8)为二位二通阀门。
9.根据权利要求8所述的整体式热回收型水源热泵装置，其特征在于：
所述水路切换系统(20)中，任一个所述二位二通阀门都可以与其相邻的其中一个所述二位二通阀门一体形成为一个二位三通阀门。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的整体式热回收型水源热泵装置，其特征在于：还包括防冻装置，所述防冻装置具有旁通阀门(38)，所述旁通阀门(38)连接在所述冷凝器(13)的制冷剂输出端与所述蒸发器(18)的制冷剂输入端之间，并与所述节流元件(17)并列布置。
11.根据权利要求10所述的整体式热回收型水源热泵装置，其特征在于，所述旁通阀门(38)的输入端连接到所述节流元件(17)的输入端，所述旁通阀门(30)的输出端连接到所述节流元件(17)的输出端。
12.根据权利要求11所述的整体式热回收型水源热泵装置，其特征在于，还包括：
干燥过滤器(16)，设置在所述储液罐(15)之后，所述节流元件(17)的输入端和所述旁通阀门(38)的输入端的连接处之前；以及
气液分离器(19)，设置在所述蒸发器(18)的制冷剂输出端与所述压缩机(11)的输入端之间。
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2007
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