CN210070284U - 一种包含有多个冷热源换热器的热泵机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种包含有多个冷热源换热器的热泵机组，它包括冷热源侧换热器和使用侧换热器，在冷热源侧换热器和使用侧换热器之间设有制冷剂循环驱动装置，特点是，所述冷热源侧换热器包括有多个换热器，多个冷热源侧换热器之间通过管路及阀门连接，通过阀门的切换，各冷热源侧换热器之间可以串联，也可以并联，还可以串并联连接，本实用新型将冷热源侧换热器及制冷系统优化设计，使机组制冷、制热均高效运行，避免了传统产品制冷时冷凝器易结垢、制热时蒸发器传热温差大、易结霜、机组效率低下的问题。

Description

一种包含有多个冷热源换热器的热泵机组

技术领域

本实用新型涉及一种以空气、水等流体为冷热源，采用高效换热器的热泵机组，具体地说是一种包含有多个冷热源换热器的热泵机组，属热泵技术。

背景技术

目前，中大型冷水、热泵机组主要包括水冷冷水机组、蒸发冷冷水机组、风冷热泵机组和水源热泵机组，其冷热源侧换热器的换热形式单一，要么与空气换热，要么与水换热。归纳起来，基于不同换热器的结构特点，这几款产品的优点和局限性分别是：

发明内容

本实用新型是将冷热源侧换热器及制冷系统优化设计，使机组制冷、制热均高效运行，同时回避传统产品制冷时冷凝器易结垢、制热时蒸发器传热温差大、易结霜、机组效率低下的问题，相比空气源热泵，制冷时机组能效提高40%以上，制热时机组能效提高20%以上。

本实用新型的技术方案是：一种包含有多个冷热源换热器的热泵机组，它包括冷热源侧换热器和使用侧换热器，在冷热源侧换热器和使用侧换热器之间设有制冷剂循环驱动装置，其特征是，所述冷热源侧换热器包括有多个换热器，多个冷热源侧换热器之间通过管路、阀门连接，其中，

制冷时，多个冷热源侧换热器作为冷凝器使用，通过阀门的切换，各冷热源侧换热器之间为串联连接，或者为串并联连接，

制热时，多个冷热源侧换热器作为再循环式蒸发器使用，通过阀门的切换，各冷热源侧换热器之间为串联连接，或者为并联连接，或者为串并联连接。

本实用新型是一种冷热源侧换热器为多个换热器串并联连接的热泵机组，机组冷热源侧换热器由多个换热器构成，各冷热源侧换热器的制冷剂进口与进口、出口与出口以及进出口之间采用管路、阀门连接。通过多个换热器多次换热，不同段采用不同形式换热器（可为风冷、水冷、蒸发冷等），根据需要，各段之间，通过阀门的切换，不同形式的换热器可串联连接，也可并联连接。

制冷运行时，冷热源侧换热器作为冷凝器使用。该换热器包括多个独立换热器，各换热器通过管路阀门串联或者串并联连接。高温制冷剂首先进入不易结垢的换热器被预冷，如风冷换热器（如：盘管式换热器或者表面式换热器）、水冷换热器（如：壳管式换热器，可用于热回收）或者二者组合。经预冷降温后的制冷剂进入蒸发式冷凝器。蒸发式冷凝器的换热器可为盘管式换热器、板式换热器等，或者多种形式换热器组合。蒸发式冷凝器设置有喷淋系统，喷淋系统喷淋冷却水等液体在换热器表面蒸发，通过液体的蒸发和空气流动，制冷剂被进一步冷却。

制热运行时，冷热源侧换热器转换为蒸发器使用，该蒸发器为再循环式蒸发器。各换热器并联，或者串联，或者串并联连接，制冷剂在换热器内部循环。蒸发器从空气等流体中吸收热量，作为热泵机组的低温热源。

制冷系统设置制冷剂再循环泵，再循环泵根据需要开启。制热运行时，通过制冷剂再循环泵让制冷剂数倍于蒸发量在蒸发器内循环，使得蒸发器内制冷剂主要以液态形式存在。

当冷热源侧换热器采用表面式换热器方式时，翅片之间采用较大的间距（≥3mm），以减少产生传统小翅片间距易结霜的问题。当冷热源侧换热器采用板式换热器时，则通过风机等空气驱动装置让空气高速流过/冲击换热器表面，避免空气中水蒸气或者喷淋到换热器表面的水相变后粘附在换热器表面影响换热，从而使得换热器可吸收空气的显热、水蒸气相变潜热和水凝固热。

通过以上设计，热泵机组制冷时冷凝器侧较传统蒸发式冷却方式优势是冷却更加充分，且通过将冷凝器分为多段，进入蒸发冷换热器的制冷剂温度较低，不易结垢。

通过以上设计，热泵机组制热时因热源侧换热器通过制冷剂再循环使热源侧换热器内制冷剂以液相为主，缩小了制冷剂与空气的传热温差，实现小温差传热，从而提高了机组的制热能力和能效。

本机组可模块化生产，安装简单，可直接放置于室外。热泵机组可用电力、燃气、蒸气等能源驱动。

下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细地解释说明。

附图说明

图1-本实用新型的冷热型蒸气压缩式热泵机组制冷系统示意图；

图2-本实用新型的冷热型蒸气压缩式热泵机组（带热回收）制冷系统示意图；

图3-本实用新型的单热型蒸气压缩式热泵机组制冷系统示意图；

图4-本实用新型的单冷型蒸气压缩式制冷机组制冷系统示意图一；

图5-本实用新型的单冷型蒸气压缩式制冷机组制冷系统示意图二；

图6-本实用新型冷热型第一类吸收式热泵机组制冷系统示意图；

图7-本实用新型单热型第一类吸收式热泵机组制冷系统示意图；

图8-本实用新型单冷型吸收式制冷机组制冷系统示意图一；

图9-本实用新型单冷型吸收式制冷机组制冷系统示意图二。

附图图面说明：

1、19—冷热源换热器，2—水槽（带补水装置）， 3、11、12、20、21、22—阀门，4-制冷剂再循环泵，5、6、7、9、10—单向阀，8-节流阀，13-低压循环桶，14—压缩机，15-四通阀，16—使用侧换热器进口管，17—使用侧换热器出口管，18—使用侧换热器，23、27—填料，24—风机，25—挡水装置，26—喷淋装置，28—喷淋泵，29—热回收器，

1’、19’—冷热源换热器，2’—水槽（带补水装置）， 3’、5’、7’、8’、14’、17’、18’、20’、21’、22’、30’—阀门，4’-制冷剂再循环泵，6’-制冷剂循环桶，9’—吸收器，10’—溶液泵，11’、29’—制冷剂节流阀，12’—溶液热交换器，13’—使用侧换热器，15’—发生器，16’—溶液节流阀，23’、27’—填料，24’—风机，25’—挡水装置，26’—喷淋装置，28’—喷淋泵。

具体实施方式

图1为冷热型蒸气压缩式热泵机组制冷系统的结构及流程，冷热源侧换热器包括冷热源换热器19和冷热源换热器1，冷热源换热器19和冷热源换热器1通过阀门串联、并联或者串并联连接。

制冷模式：

冷热源换热器19与冷热源换热器1通过阀门串联连接。压缩机14排气经过四通阀15进入冷热源换热器19，在该换热器内第一次冷却，然后经过阀门21进入冷热源换热器1，热量被风机24和喷淋水带走（喷淋泵28从水槽2抽取冷却水，通过喷淋装置26喷淋至冷热源换热器1表面，或者喷淋至填料23、27上。挡水装置25用于防止喷淋水被高速空气带走），冷凝成液体。液体经单向阀7进入节流阀8，被节流成低温气液混合物，气液混合物经阀门11进入低压循环桶13。位于低压循环桶13下部的低温制冷剂液体经单向阀5、制冷剂再循环泵4和阀门12进入使用侧换热器18，需要冷却的流体介质从进口管16进入使用侧换热器18，与制冷剂进行热交换，热量被吸收，降温后的流体介质从出口管17流出。制冷剂吸热后汽化，经四通阀15、低压循环桶13重新回压缩机14。

本制冷循环中，关闭阀门11、12，节流阀8节流后的制冷剂亦可经单向阀10直接进入使用侧换热器18，制冷剂吸热后变成气体，经四通阀15、低压循环桶13重新回压缩机14。

本制冷循环中，也可根据需要，将阀门20、21、22保持一定开度，冷热源换热器19与冷热源换热器1串并联。

制热模式：

冷热源换热器19与冷热源换热器1通过阀门并联连接。四通阀内部切换，压缩机14排气经过四通阀15进入使用侧换热器18。需要加热的流体介质从进口管16进入使用侧换热器18，与制冷剂热交换，吸收热量，加热后的流体介质升温后从出口管17流出。制冷剂热量被吸收后冷凝为液体，经单向阀9进入节流阀8，被节流成低温气液混合物，经阀门11进入低压循环桶13。低压循环桶13内的低温制冷剂液体经单向阀5、制冷剂再循环泵4和阀门3后分别进入冷热源换热器1、冷热源换热器19，从流动空气吸收热量，制冷剂蒸发。蒸发后的制冷剂经四通阀15、低压循环桶13回压缩机14。制热模式下当冷热源换热器1、冷热源换热器19结霜时，可通过四通阀15换向除霜，此时制冷剂流向同制冷模式，除霜结束后重新回到制热模式。冷热源换热器1、冷热源换热器19也可采用外部热源除霜（如设置电加热、防冻液喷淋等），此时阀门无需切换。

本制冷循环中，也可根据需要，关闭阀门20、22，打开阀门21，将冷热源换热器19与冷热源换热器1串联；或者，将阀门20、21、22保持一定开度，冷热源换热器19与冷热源换热器1串并联。

根据需要，冷热源侧换热器可设置两个以上，比如，可以在排气侧增加热回收器，典型流程图见图2。图2所示压缩机排气首先经过热回收器29，热回收器29后的制冷剂流向同图1。

对于单制热模式蒸气压缩式热泵机组，如通过电加热器等外界热量直接除霜，热泵机组无需四通阀换向，制冷系统得以简化，制冷系统流程图见图3。制冷剂流向为：压缩机14→使用侧换热器18→节流阀8→低压循环桶13→制冷剂再循环泵4→冷热源换热器1、冷热源换热器19→低压循环桶13→压缩机14。根据需要，冷热源换热器19、冷热源换热器1可用其中一个，也可同时使用。同时使用时，通过调节阀门20、21、22的开度，冷热源换热器19与冷热源换热器1之间可串联，也可并联，还可串并联。

对于单制冷模式蒸气压缩式制冷机组，机组也无需四通阀换向，制冷系统得以简化，制冷系统流程图见图4。制冷剂流向为：压缩机14→热回收器29（可不装设）→冷热源换热器19→冷热源换热器1→节流阀8→低压循环桶13→制冷剂再循环泵4→使用侧换热器18→低压循环桶13→压缩机14。根据需要，冷热源换热器19、冷热源换热器1可用其中一个，也可同时使用。同时使用时，阀门20、22关闭，阀门21开启，冷热源换热器19与冷热源换热器1串联。也可根据需要，阀门20、21、22保持一定开度，冷热源换热器19与冷热源换热器1串并联。

对于单制冷模式蒸气压缩式制冷机组，制冷系统还可进一步简化，制冷系统流程图见图5。制冷剂流向为：压缩机14→热回收器29（可不装设）→冷热源换热器19→冷热源换热器1→节流阀8→使用侧换热器18→压缩机14。根据需要，冷热源换热器19、冷热源换热器1可用其中一个，也可同时使用。同时使用时，阀门20、22关闭，阀门21开启，冷热源换热器19与冷热源换热器1串联。也可根据需要，阀门20、21、22保持一定开度，冷热源换热器19与冷热源换热器1串并联。

以上为机组整体制冷系统流程示意，根据各产品运行工况范围不同还需要追加相应节能、保护措施，以及回油系统管路等，以确保机组高效、稳定运行。

图6为冷热型第一类吸收式热泵机组流程。说明如下：

制冷模式：在发生器15’内，溶液被外界高温热源加热，溶液中的制冷剂沸腾蒸发变为气体，溶液得以浓缩。制冷剂气体经阀门17’先后进入冷热源换热器19’、冷热源换热器1’ （两者为串联方式连接），被外界空气、喷淋泵28’喷淋的冷却水冷却，冷凝成液体。制冷剂液体经过阀门5’、制冷剂节流阀29’进入使用侧换热器13’（此时使用侧换热器13’为蒸发器）。在使用侧换热器13’内，制冷剂吸收需要冷却的流体的热量，变为气体，将需要冷却流体的温度降低。蒸发后的制冷剂气体经阀门8’，进入吸收器9’，被吸收器9’内的吸收剂吸收，重新变为液体。为了维持溶液吸收能力，吸收剂吸收制冷剂后产生的热量通过冷却水带着。吸收剂吸收制冷剂气体后浓度变稀，稀溶液被溶液泵10’经溶液热交换器12’预热后输送到发生器15’内重新加热浓缩，浓缩后的溶液经经溶液热交换器12’预冷后，再经溶液节流阀16’节流，回到吸收器9’，继续吸收制冷剂气体。

本制冷循环中，也可根据需要，将阀门20’、21’、22’保持一定开度，冷热源换热器19’与冷热源换热器1’串并联。

制热模式：在发生器15’内，溶液被外界高温热源加热，溶液中的制冷剂沸腾蒸发变为气体，溶液得以浓缩。制冷剂气体经阀门14’后使用侧换热器13’（此时使用侧换热器13’为冷凝器）。在使用侧换热器13’内，制冷剂气体将热量释放给需要加热的流体，使需要加热的流体的温度得以升高。释放了热量的制冷剂冷凝为液体，制冷剂液体经过制冷剂节流阀11’进入制冷剂循环桶6’，制冷剂再循环泵4’从制冷剂循环桶6’内抽取制冷剂液体，分别输入冷热源换热器19’、冷热源换热器1’ （两者为并联方式连接），从外界空气、水等热源吸收热量蒸发，变为气液混合物。制冷剂气液混合物经阀门18’，进入制冷剂循环桶6’。循环桶上部的制冷剂气体经阀门7’进入吸收器9’，被吸收器9’内的吸收剂吸收，重新变为液体。吸收剂吸收制冷剂后产生的热量通过需要加热的流体带走。吸收剂吸收制冷剂气体后浓度变稀，被溶液泵10’经溶液热交换器12’预热后输送到发生器15’内重新加热浓缩，浓缩后的溶液经溶液热交换器12’预冷后，再经溶液节流阀16’节流，回到吸收器9’，继续吸收制冷剂气体。制热模式运行下当冷热源换热器19’、冷热源换热器1’结霜时，机组可转换为制冷模式运行除霜，待除霜结束后重新回到制热模式。冷热源换热器1’、冷热源换热器19’也可采用外部热源除霜（如设置电加热、防冻液喷淋等），此时阀门无需切换。

本制冷循环中，也可根据需要，关闭阀门20’、22’，打开阀门21’，将冷热源换热器19’与冷热源换热器1’串联；或者，将阀门20’、21’、22’保持一定开度，冷热源换热器19’与冷热源换热器1’串并联。

以上为冷热型单效第一类吸收式热泵机组制冷、制热循环，热泵机组可为双效和多效，以适应不同温度范围使用。对于氨水吸收式热泵，为了提高氨的质量分数，制冷系统中还须增设精馏和分凝设备，设置方法与常规氨水吸收式制冷机相同，不再叙述。

对于单热型第一类吸收式热泵机组，如通过电加热器等外界热量直接除霜，制冷系统流程图简化为图7。制冷剂流向为：发生器15’→使用侧换热器13’（为冷凝器）→制冷剂节流阀11’→制冷剂循环桶6’→制冷剂再循环泵4’→冷热源换热器19’、冷热源换热器1’→制冷剂循环桶6’→吸收器9’→溶液泵10’→溶液热交换器12’→发生器15’。吸收剂流向为：发生器15’→溶液热交换器12’→吸收器9’→溶液泵10’→溶液热交换器12’→发生器15’。需要加热的流体被吸收器9’和使用侧换热器13’加热。根据需要，冷热源换热器19’、冷热源换热器1’可用其中一个，也可同时使用。同时使用时，通过调节阀门20’、21’、22’的开度，冷热源换热器19’与冷热源换热器1’之间可串联，也可并联，还可串并联。

对于单制冷吸收式制冷机组，制冷系统流程图见图8。制冷剂流向为：发生器15’→冷热源换热器19’→冷热源换热器1’→制冷剂节流阀29’→ 制冷剂循环桶6’→制冷剂再循环泵4’ →使用侧换热器13’（为蒸发器）→制冷剂循环桶6’→吸收器9’→溶液泵10’→溶液热交换器12’→发生器15’。吸收剂流向为发生器15’→溶液热交换器12’→吸收器9’→溶液泵10’→溶液热交换器12’→发生器15’。根据需要，冷热源换热器19’、冷热源换热器1’可用其中一个，也可同时使用。同时使用时，通过阀门20’、21’、22’的开度，冷热源换热器19’与冷热源换热器1’之间可串联，也可串并联。

对于单制冷吸收式制冷机组，制冷系统还可简化，流程图见图9。制冷剂流向为：发生器15’→冷热源换热器19’→冷热源换热器1’→制冷剂节流阀29’→使用侧换热器13’（为蒸发器）→吸收器9’→溶液泵10’→溶液热交换器12’→发生器15’。吸收剂流向为发生器15’→溶液热交换器12’→吸收器9’→溶液泵10’→溶液热交换器12’→发生器15’。根据需要，冷热源换热器19’、冷热源换热器1’可用其中一个，也可同时使用。同时使用时，通过阀门20’、21’、22’的开度，冷热源换热器19’与冷热源换热器1’之间可串联，也可串并联。

通过以上各制冷循环的周而复始，达到连续制冷、制热目的。

以上各制冷系统之冷热源换热器1（1’）、冷热源换热器19（19’）的回路数和流程数根据需要确定，可为一个或者数个。

以上各阀门可为手动或者自动，单向阀亦可采用截止阀替代。

当冷热源侧换热器采用板式换热器时，风机也可采用其它空气驱动装置替代。空气驱动装置让空气高速流过或者冲击换热器表面，使得换热器可吸收流过的气体的显热、水蒸气相变潜热和水凝固热。

典型应用

多冷热源换热器之冷热型蒸气压缩式冷热水机组。该机组制冷时冷凝器串联或者串并联，制冷剂多段冷却（其中，蒸发冷段位于后段），制热时再循环蒸发器串联、并联或者串并联。

多冷热源换热器之冷热型蒸气压缩式冷热风机组（直膨机）。该机组制冷时冷凝器串联或者串并联，制冷剂多段冷却（其中，蒸发冷段位于后段），制热时再循环蒸发器串联、并联或者串并联。

多冷热源换热器之冷热型吸收式冷热水机组。该机组制冷时冷凝器串联或者串并联，制冷剂多段冷却（其中，蒸发冷段位于后段），制热时再循环蒸发器串联、并联或者串并联。

多冷热源换热器之冷热型吸收式冷热风机组（直膨机）。该机组制冷时冷凝器串联或者串并联，制冷剂多段冷却（其中，蒸发冷段位于后段），制热时再循环蒸发器串联、并联或者串并联。

多蒸发器之单热型蒸气压缩式热泵机组。该机组再循环蒸发器之间并联、并联或者串并联。

多冷凝器之单冷型蒸气压缩式制冷机组。该机组冷凝器（含热回收器）串联或者串并联联连接（其中，蒸发冷段位于后段）。

多蒸发器之单热型吸收式热泵机组。该机组再循环蒸发器并联、并联或者串并联，机组带制冷剂再循环泵。该机组冷凝器用来加热空气、水等流体。

多冷凝器之吸收式制冷机组。该机组冷凝器（含热回收器）串联或者串并联连接（其中，蒸发冷段位于后段）。

Claims (4)

1.一种包含有多个冷热源换热器的热泵机组，它包括冷热源侧换热器和使用侧换热器，在冷热源侧换热器和使用侧换热器之间设有制冷剂循环驱动装置，其特征是，所述冷热源侧换热器包括有多个换热器，多个冷热源侧换热器之间通过管路、阀门连接，其中，

制冷时，多个冷热源侧换热器作为冷凝器使用，通过阀门的切换，各冷热源侧换热器之间为串联连接，或者为串并联连接，

制热时，多个冷热源侧换热器作为再循环式蒸发器使用，通过阀门的切换，各冷热源侧换热器之间为串联连接，或者为并联连接，或者为串并联连接。

2.根据权利要求1所述的一种包含有多个冷热源换热器的热泵机组，其特征是，所述冷热源侧换热器为多种结构形式换热器的组合，换热器的数量为两个或两个以上，换热器结构形式包括表面式换热器、壳管式换热器、盘管式换热器、套管式换热器、板式换热器、蒸发式冷凝器、微通道换热器。

3.根据权利要求1所述的一种包含有多个冷热源换热器的热泵机组，其特征是，当冷热源侧换热器采用表面式换热器时，表面式换热器的翅片之间间距≥3mm。

4.根据权利要求1所述的一种包含有多个冷热源换热器的热泵机组，其特征是，当冷热源侧换热器采用板式换热器时，在板式换热器处设有使空气高速流过冲击板片表面的空气驱动装置。

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