专利名称：单管式土壤换热制冷制暖系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及空调设备，具体是一种新型环保的单管式土壤换热制 冷制暖系统。
背景技术：
在能源日益匮乏的今天，节能已经成为国际性话题。各国科学家 纷纷提出各种节能电器(例如节能冰箱、节能洗衣机、节能空调等)。 近年来，在空调设备方面，逐渐有人提出了根据热交换原理实现
的利用地热作为能源的空调设备。例如中国专利申请CN 02157731.5 提出的地热辐射供冷暖全新风中央空调系统(参见图1 )，它包括土壤 热交换液体循环系统、两套制冷剂循环系统、空调水循环系统、新风 系统和排风系统。土壤热交换器P24通过液体泵P22与第二个板式换热 器P12的液体进口相连，第二个板式换热器P12的液体出口与土壤热交 换器P24相连，第一个压缩机P20的出口经第一个四通换向阀P19与第 二个板式换热器P12的一个制冷剂进口相连，第二个板式换热器P12 的一个制冷剂出口经第二个双向干燥过滤器P13、第二个双向节流膨 胀装置P14与翅片管式换热器P16的进口相连，翅片管式换热器P16的 出口经第一个四通换向阀P19、第一个汽液分离器P21与第一个压缩机 P20的进口相连，第二个压缩机P25的出口经第二个四通换向阀P23与 第二个板式换热器P12的另一个制冷剂进口相连，第二个板式换热器 P12的另一个制冷剂出口经第一个双向干燥过滤器Pll、第一个双向节 流膨胀装置P10与第一个板式换热器P9的制冷剂进口相连，第一个板 式换热器P9的制冷剂出口经第二个四通换向阀P23、第二个汽液分离 器P26与第二个压缩机P25的进口相连，第一个板式换热器P9的水出口 经水泵P8与辐射空调末端P27的进口相连，辐射空调末端P27出口与第
一个板式换热器P9的水进口相连，新风口P18经空气过滤器P17与翅片 管式换热器16的空气进口相连，翅片管式换热器P16的空气出口经加 湿器P15与空气热交换器P3的新风进口相连，空调区域的出风口P5经 三通闽P4余空气热交换器P3的排风机P2相连，排风机P2与排风口P1相连。
这套系统结构复杂，造价高。它需要使用多个大功率水泵、多个 压缩机，其工艺复杂、换热效率低、每个房间不能独立制冷/供暖、 能源消耗大、在节能环保方面尤其不足。
发明内容
要解决的技术问题
本发明的目的是要克服现有技术的不足，提供一种结构简单、造 价低、换热效率高的环保型制冷制暖系统，满足建筑物系统内单独使 用的实际要求。
技术方案
为了达到上述目的，本发明提供一种单管式土壤换热制冷制暖系 统，它包括换热系统和制冷出风系统。其中，换热系统使用单管式土 壤换热系统，它包括换热管13、与换热管13相连通的上水总管11 和下水总管12。该上水总管11和下水总管12都可以有多条相通的 支管，即上水支管15和下水支管14。在上水支管15或下水支管14 上有水泵10。所述制冷出风系统是压缩相变的制冷制热系统，它包 括换热器l、双向热力膨胀阀2、盘管风机3、四通换向阀4、压缩机 5，在制冷出风系统中有制冷剂。其中，上水支管15的出水口与换热 器1的热水进口 6相连，换热器1的冷水出口 7与下水管12的进水 口相连。换热器l的s端口与双向热力膨胀阀2的一端相连，双向热 力膨胀阀的另 一端与盘管风机3的一端相连。四通换向阀4的a端口 与换热器1的t端口相连、b端口与压縮机出口 8相连、c端口与盘
管风机3的另一端相连、d端口与压缩机进口 9相连。
其中，所述制冷出风系统所用的制冷剂选自HFCs、天然制冷剂 (如碳氢化合物、二氧化碳、氛等)、JL-134a、 R134a、 R22。
根据上述单管式土壤换热制冷制暖系统的一种优选实施方式，其 中所述上水总管ll和下水总管12与同一个换热管13相连，每一对 上水支管15和下水支管14与 一个换热器1相连。
优选地，上水总管11和/或下水总管12是直通管道。
根据上述制冷制暖系统的一种优选实施方式，其中所述换热管 13是一种底部密封的容器，可以做成管或水箱的形状。在换热管13 中有循环水。
根据上述制冷制暖系统的另 一种优选实施方式，其中换热器1可 以是板式换热器或套管换热器。
优选地，上述制冷制暖系统还包括自动补水装置16，它安装在 下水总管12的水路上。当换热系统中的循环水减少时，它会自动向 系统中补水，起到平衡系统水压的作用。所述自动补水装置16可以 选用浮球箱或电磁水箱。
优选地，在本系统的上水支管15和下水支管14上有单向阀17。
更优选地，选用具有单向阀功能的水泵10，把它安装在上水支 管15的水路上，并在下水支管14的水路上安装单向阀，以防止循环 水倒流。
根据上述单管式土壤换热制冷制暖系统的 一种优选实施方式，整 套中央空调系统可以包括 一套换热系统和/或多套制冷出风系统。
根据上述的单管式土壤换热制冷制暖系统的制冷方法，其中在四 通换向阀4内，a端口与b端口相连，而且c端口与d端口相连，即 盘管风机3输出端与压缩机进口 9相连，压縮机出口 8与换热器1的 t端口 (在制冷过程中作为换热器的输入端)相连。空调系统制冷时， 从换热器l的s端口(在制冷过程中作为换热器的输出端)输出的高
形夙m温,忿刺，刑，输入到盘 管风机3，盘管风机3吹出冷风；从盘管风机3输出的低温气态制冷 剂经四通换向闽4输入到压缩机进口 9被压缩成液态，再经四通换向 阀4输入到换热器1第四端口，被换热器加热至高温。
根据上述的单管式土壤换热制冷制暖系统的制热方法，其中在四 通换向阀4内，a端口与d端口相连，而且b端口与c端口相连，即 换热器l的t端口作为输出端与压缩机进口 9相连，压缩机出口 8与 盘管风机3的输入端相连。空调系统制热时，从换热器l输出端(即 换热器的t端口 )输出的高温气态制冷剂经四通换向阀4输入到压缩 机进口 9被压缩成液态，高温液态制冷剂经四通换向阀4输入到盘管 风机3进行热交换，盘管风机3吹出热风；从盘管风机3输出的低温 液体制冷剂输入到双向热力膨胀阀2形成低温气态制冷剂，再输入到 换热器ls端口 (在制热过程中作为换热器输入端)，被换热器加热高 温。
有益效果
一方面，本发明的单管式土壤换热制冷制暖系统以换热管中的水 作为主要能源，循环使用，而无须抽取地表热源。有效节省能源，环 保意义重大。
另一方面，本系统结构简单，可以以同一套设备完成制冷或制热 工作。具体到应用上， 一栋楼房只需一套换热系统，在每个房间可以 安装一套制冷出风系统，实现每个房间单独供暖、按需供暖的目的。 每套制冷出风系统中的水泵由于只供一个房间使用，因此实际功率很 小，有效节能同时还能有效节省成本，有利于巿场普及。
图1为中国专利申请CN 02157731.5地热辐射供冷暖全新风中央 空调系统结构图2为本发明的结构图3为本空调系统制冷时的运作示意图； 图4为本空调系统制热时的运作示意图。
图中，Pl、排风口； P2、排风机；P3、空气热交换器；P4、三通 阀P5、空调区域的出风口； P8、水泵；P9、第一个板式换热器；PIO、 第一个双向节流膨胀装置；Pll、第一个双向干燥过滤器；Pl2、第二 个板式换热器；Pl3、第二个双向干燥过滤器；Pl4、第二个双向节流 膨胀装置；P15、加湿器；P16、翅片管式换热器；P17、空气过滤器; P18、新风口； P19、第一个四通换向阀；P20、第一个压缩机；P21、 第一个汽液分离器；P22、通过液体泵；P23、第二个四通换向闽；P24、 土壤热交换器；P25、第二个压缩机；P26、第二个汽液分离器；P27、 辐射空调末端；
1、换热器；2、双向热力膨胀阀；3、盘管风机；4、四通换向闽； 5、压缩机；6、换热器的热水进口； 7、换热器的冷水出口； 8、压缩 机出口； 9、压缩机进口； 10、水泵；11、上水管；12、下水管；13、 换热管；14、下水支管；15、上水支管；16、自动补水装置；17、单 向阀。
具体实施例方式
下述实施例结合附图非限制性地说明本发明单管式土壤换热制 冷制暖系统。本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和 范围的情况下，还可以对本发明做出各种变化和修改，但所有等效的 技术方案都属于本发明的范畴，本发明保护范围是由本申请权利要求 书所限定的。
为一幢共有12个需要制冷供暖的房间的楼房安装本发明的系统。 参照图2。其中，换热管13做成位于地表以下的水箱状，高度 5m,长宽均为lm。上水总管11和下水总管12从换热管13顶部插 入，其中下水总管12延伸到换热管13内接近底部，上水总管11较 短，只延伸到换热管13内接近顶部。从上水总管11和下水总管12
分别引出12条支管，分别安装到12个房间。在每条上水支管15的 水路上安装一个含有单向阀功能的水泵10,单个水泵功率为80w。 每个水泵10的出水口连接到换热器1的热水进口 6。在每条下水支 管14的水路上安装一个单向阀17。水泵10和单向阀17都能起到防 止循环水倒流的作用。
在下水总管12的水路上还安装了一套自动补水装置17，选用最 常见的浮球箱。当换热系统缺水达到一定程度时，该装置自动向系统 中补水，平衡系统水压。
在每个房间内分别安装一套制冷出风系统，包括换热器l、双向 热力膨胀阀2、盘管风机3、四通换向阀4、压缩机5，该系统中使用 的制冷剂是R22。
其中，换热器1采用天津巿恒通换热成套设备有限公司生产的板 式换热器，它有4个端口，分别是热水进口 6、冷水出口 7、 s端口和 t端口。水泵IO将地下热水(温度在16'C左右)泵到换热器1中， 地下热水从热水进口 6进入，在换热器l中进行热交换，放出热量， 再从冷水出口 7输出。换热器的冷水出口 7直接与下水管12直接相 连，将放出热量后的低温水(温度在4"C左右)排放回地下水中。
板式换热器的s端口与双向热力膨胀阀2的一端相连。双向热力 膨胀阀2选用奉化巿合力控制器有限公司生产的R型通用膨胀阀，它 的作用是通过节流使高压液体制冷剂成为低压湿蒸汽，同时膨胀阀通 过蒸发器末端的过热度变化来控制阀门流量，防止出现蒸发器面积利 用不足和敲缸现象。
双向热力膨胀阀2的另一端与盘管风机3的一端连接。盘管风机 3釆用山东顺凯空调风机有限公司生产的YDFS2.5S1型外转子直联 空调风机。
参见图2。盘管风机3的另一端连接到四通换向阀4的c端口， 而四通换向阀4的a端口与换热器的t端口相连，四通换向阀4的b
端口与压缩机出口 8相连，四通换向阀4的d端口与压缩机进口 9相 连。压缩机5釆用北京德兰伟业机电设备有限公司生产的P系列4缸 半封闭往复式制冷压缩机5。
参见图3。制冷时，将四通换向阀4的a端口与b端口相连，c 端口与d端口相连，这样，盘管风机3的输出端与压缩机进口 9相连， 压缩机出口 8与换热器的t端口，这时候换热器的t端口作为换热器 的输入端，而s端口作为换热器的输出端。运作时，液态制冷剂在换 热器中吸收热量而升温，从换热器输出端(s端口 )输出的高温液态 制冷剂进入双向热力膨胀阀2，通过热力膨胀阀的作用形成低温气态 制冷剂。随后，低温气态制冷剂进入盘管风机3，盘管风机3吹出冷 风。这样，从盘管风机3输出端输出的气态制冷剂仍然是低温的，但 温度稍高于输入到盘管风机3时的温度。这些低温气态制冷剂经四通 换向阀4进入压缩机5，被压缩成低温液态，再经过四通换向阀4输 出到换热器输入端(t端口 )。低温液态制冷剂在换热器获得热量而升 温，如此循环。
实际使用情况是夏天制冷时，以室温控制在26"C测量，下水总 管12出水(即接近换热管13底部的位置)温度为22°C。循环水在 换热管13中向上流动，温度逐渐降至约17°C (即接近换热管13顶 部的位置)。
参见图4。制热时，将四通换向阀4的a端口与d端口相连，b 端口与c端口相连，这样，使得换热器的t端口与压缩机进口 9相连， 压缩机出口 8与盘管风机3的输入端相连，这时，换热器的t端口作 为换热器输出端，而s端口作为换热器输入端。运作时，低温气态制 冷剂从换热器输入端(s端口 )进入，在换热器中获得热量而升温。 从换热器输出端(t端口 )输出的高温气态制冷剂经四通换向阀4输 入到压缩机5，被压缩成液态。然后，高温液态制冷剂再经过四通换 向阀4输入到盘管风机3，盘管风机3吹出热风，而髙温液态制冷剂
随之降低一定程度。随后，这些温度稍降的液态制冷剂进入双向热力 膨胀阀2，通过热力膨胀阀的作用形成低温气态制冷剂，回到换热器 输入端(S端口)，再次升温，如此循环。
实际使用情况是冬天制冷时，以室温控制在18。C测量，下水总
管12出水(即接近换热管13底部的位置)温度为7°C。循环水在换 热管13中向上流动，温度逐渐升至约15°C (即接近换热管13顶部 的位置)。
对比现有技术可以看出，本发明的单管式土壤换热制冷制暖系统 不依赖其它热源、不需要地热、无地下水污染，只是循环使用换热系 统中的水。因此，该系统有效节省能源，其环保意义重大。
另一方面，很明显本系统结构简单，制冷、制热都以同一套设备 完成。每一套制冷出风系统安装在一个房间内，可独立运作，按需制 冷/供暖，有效节约能源。构成本系统的组件都是现有的，能有效节 省制造成本，有利于巿场普及。
权利要求
1、一种单管式土壤换热制冷制暖系统，它包括换热系统和制冷出风系统，其特征在于所述换热系统是单管式土壤换热系统，它包括换热管(13)、与换热管(13)相连通的上水总管(11)和下水总管(12)；所述上水总管(11)有多条相通的上水支管(15)，下水总管(12)有多条相通的下水支管(14)，在上水支管(15)或下水支管(14)上安装水泵(10)；所述制冷出风系统是压缩相变的制冷制热系统，它包括换热器(1)、双向热力膨胀阀(2)、盘管风机(3)、四通换向阀(4)、压缩机(5)，在制冷出风系统中有制冷剂；其中，上水支管(15)的出水口与换热器(1)的热水进口(6)相连，换热器(1)的冷水出口(7)与下水支管(14)的进水口相连；换热器(1)的s端口与双向热力膨胀阀(2)的一端相连，双向热力膨胀阀的另一端与盘管风机(3)的一端相连；四通换向阀(4)的a端口与换热器(1)的t端口相连、b端口与压缩机出口(8)相连、c端口与盘管风机(3)的另一端相连、d端口与压缩机进口(9)相连。
2、 根据权利要求1所述的单管式土壤换热制冷制暖系统，其特 征在于所述上水总管(11)和下水总管(12)与同一个换热管(13沐连，每 一对上水支管(15)和下水支管(14)与 一个换热器(l)相连。
3、根据权利要求2所述的单管式土壤换热制冷制暖系统，其特 征在于所述上水总管(ll)、下水总管(12)是直通管道。
4、 根据权利要求2所述的单管式土壤换热制冷制暖系统，其特 征在于所述换热管(13)是底部密封的容器。
5、 根据权利要求1所述的单管式土壤换热制冷制暖系统，其特 征在于所述换热器(l)是板式换热器或套管换热器。
6、 根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的单管式土壤换热 制冷制暖系统，其特征在于还包括自动补水装置(16),所述自动补水 装置(16)与下水总管(12)相连。
7、 根据权利要求1所述的单管式土壤换热制冷制暧系统，其特征在于它包括一套换热系统和多套制冷出风系统。
8、 根据权利要求1所述的单管式土壤换热制冷制暖系统，其特征在于在所述上水支管(15)和下水支管(14)上有单向阀(17)。
9、 根据权利要求1所述的单管式土壤换热制冷制暖系统的制冷 方法，其特征在于在四通换向阀(4)内，a端口与b端口相连，而且c 端口与d端口相连；从换热器(l)的s端口输出的高温液态制冷剂经过 双向热力膨胀阀(2)形成低温气态制冷剂，输入到盘管风机(3);从盘 管风机(3)输出的低温气态制冷剂经四通换向阆(4)输入到压缩机进口 (9)被压缩成液态，再经四通换向阀(4)输入到换热器(1),被换热器(l) 加热至高温。
10、 根据权利要求1所述的单管式土壤换热制冷制暖系统的制热 方法，其特征在于在四通换向阀(4)内，a端口与d端口相连，而且b 端口与c端口相连；从换热器(l)的t端口输出的高温气态制冷剂经四 通换向阀(4)输入到压缩机进口(9)被压缩成液态，高温液态制冷剂经 四通换向阀(4)输入到盘管风机(3)进行热交换；从盘管风机(3)输出的 低温液体制冷剂输入到双向热力膨胀阀(2)形成低温气态制冷剂，再输 入到换热器(l)，被换热器(l)加热髙温。
全文摘要
本发明提供一种单管式土壤换热制冷制暖系统，它包括换热系统和制冷出风系统，其中换热系统是单管式土壤换热系统。本发明的空调系统不依赖其它热源，无地下水污染，每一套制冷出风系统可独立运作，按需制冷/供暖，有效节省能源，其环保意义重大。
文档编号F24J3/08GK101109584SQ20071012039
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月17日 优先权日2007年8月17日
发明者洋 于, 于大成 申请人:于大成;于 洋