江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组的制作方法

本实用新型涉及水冷热泵机组技术领域，具体涉及一种江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组。

背景技术：

船用水冷热泵机组以船舶的天然水环境作为冷却源相比风冷空调耗电量可低30％左右，具有制冷效果好、安装隐蔽等特点，目前常作为大中小型船舶的首选。现有的船用水冷热泵机组在热泵状态下其制热原理是从水中吸取热量，但是冬季里江河海水的温度往往较低，江河海水水温越低，取其热量就越困难，从而造成水冷热泵机组的制热能力差甚至无法制热。目前市场上大部分产品在江河海水温低于6℃时，已无法采用水源热泵制热方式进行制热，即使个别高端产品也只能做到江河海水不低于4℃的技术水准，所以只能通过外部热源如电加热形式作为辅助制热，而电加热制热能耗非常高，而且电加热功率还受船舶电力供应系统的限制，从而导致冬季船舶上制热效果不理想。

现有的水冷热泵机组在江河海水的低温环境下(4-6℃)采用热泵制热时具有两个技术难点：一是低温水被吸热后，容易达到冰点，水在水冷热泵机组换热器内结冰会导致机组无法继续吸热，从而无法制热，如果当换热器内的水全部结冰时，甚至会造成换热器被胀裂从而导致机组报废的隐患；二是水冷热泵机组制冷剂在换热器中无法从低温水中吸取能使其完全蒸发的热量，从而导致机组吸气过热度不够，而如果通过关小膨胀阀来提高吸气过热度，则会导致机组内的低压压力很低，引起低压报警，同时压缩机的排气温度会快速上升至100℃以上，如果监控不好，甚至有烧毁压缩机的隐患，若人为干预膨胀阀开度，则会使过热度不够的制冷剂不能完全蒸发，导致压缩机湿压缩，进而造成压缩机的寿命大幅度下降。而采用电加热制热时，往往制热效率低且能耗高，如采用热泵制热时能效比可达3左右，而电加热制热的能效比仅为1，而且为船舶提供电力往往采用的是配套的发电机组，如果要使电加热制热提供和热泵制热一样的热量，则需要增大发电机组的容量，极大地提高了船用空调的制热成本。

因此，提供一种制热效率高、能耗低、使用安全的江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组，通过压缩机的排气热量来提高未能从海水换热器完全吸热的制冷剂的温度，从而确保制冷剂在压缩机吸气口有足够的过热度，并可保持蒸发温度及蒸发压力都在机器报警值以上，最终实现在海水温度低温工况下，该水冷热泵机组能够进行高效、安全制热。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组，包括：

压缩机、海水换热器、膨胀阀、使用侧换热器和连接管，所述压缩机、所述海水换热器、所述膨胀阀和所述使用侧换热器通过所述连接管依次连接；

及换热管和四通阀，所述换热管包括换热管内管和换热管外管，所述换热管外管套设于所述换热管内管外部，并与所述换热管内管同轴布置且固定连接；所述四通阀的输入端与所述压缩机的输出端连通，所述四通阀的三个输出端分别和所述换热管内管、所述压缩机的输入端及所述使用侧换热器连接。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组，该机组中的换热管内管和换热管外管之间可进行强效换热，通过采用压缩机排气+换热管可实现对制冷剂的二次加热，从而使制冷剂完全蒸发，并可保持较高的蒸发压力和蒸发温度，从而实现了在海水低温工况下热泵机组能够安全、高效制热，有效解决了现有技术中在江河海水水温低于4℃时水源热泵机组制热效率低下，甚至不能制热的问题以及电加热制热效率低、能耗高的问题。

进一步的，所述换热管为同轴换热器结构。

采用上述技术方案产生的有益效果是，同轴换热器结构的换热管，能够通过利用其内管和外管实现强效换热功能。

进一步的，所述连接管包括第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管、第五连接管、第六连接管和第七连接管；

所述压缩机的输出端与所述第一连接管的进液口连接，所述压缩机内具有工作介质，所述第一连接管的出液口与所述四通阀的输入端连接；

所述第二连接管、所述第三连接管、所述第四连接管的进液口分别和所述四通阀的三个输出端连接；所述第二连接管的出液口与所述换热管内管的输入端连接，所述第三连接管的出液口与所述压缩机的输入端连接，所述第四连接管的出液口与所述使用侧换热器的一端连接；

所述换热管内管的输出端与所述第五连接管的进液口连接，所述第五连接管的出液口与所述海水换热器的输入端连接，所述海水换热器的输出端与所述第六连接管的进液口连接，所述第六连接管的出液口与所述膨胀阀的一端连接，所述膨胀阀的另一端与所述第七连接管的进液口连接，所述第七连接管的出液口与所述使用侧换热器的另一端连接。

采用上述技术方案产生的有益效果是，通过使第五连接管与换热管内管进行串联连接，可使得该热泵机组在制热时换热管内的部分热量传递至海水换热器，从而提高未能从海水换热器中完全吸热的制冷剂的温度，进而确保制冷剂在压缩机吸气口有足够的过热度。

进一步的，所述连接管还包括第八连接管和第九连接管，所述第八连接管和所述第九连接管的一端分别与所述第一连接管的中部连通，另一端分别与所述换热管外管的输入端和输出端连接。

采用上述技术方案产生的有益效果是，可使得第一连接管中的部分热量传输至换热管外管内部，为换热管内管和换热管外管强效换热提供足够的热量。

进一步的，还包括三通阀，所述三通阀设于所述第一连接管上，并与所述第一连接管固定连接。

采用上述技术方案产生的有益效果是，三通阀能够使第一连接管与换热管连接，并将第一连接管内的制冷剂热量分散至换热管内。

进一步的，所述三通阀有两个，两个所述三通阀均匀布置在所述第一连接管上；两个所述三通阀的两端分别与所述第一连接管连接，两个所述三通阀的另外一端分别与所述第八连接管和所述第九连接管的一端连接。

采用上述技术方案产生的有益效果是，两个三通阀的设置使得该机组制冷时，通过利用四通阀使得内外管都连接压缩机排气，从而造成换热管不起作用；而当该机组制热时，通过利用四通阀使换热管内管走从海水换热器排出的低温制冷剂，换热管外管走第一连接管内排出的高温制冷剂，从而完成换热管内管和换热管外管之间的强效换热。

进一步的，所述工作介质为空调制冷剂。

进一步的，所述空调制冷剂为氟利昂类介质或其他导热流体材料。

采用上述技术方案产生的有益效果是，能够保证该水冷水泵机组实现高效的制冷和制热功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组的结构示意图；

图2附图为本实用新型提供的江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组的制冷原理图；

图3附图为本实用新型提供的江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组的制热原理图。

其中：1-压缩机，2-海水换热器，3-膨胀阀，4-使用侧换热器，5-连接管，51-第一连接管，52-第二连接管，53-第三连接管，54-第四连接管，55-第五连接管，56-第六连接管，57-第七连接管，58-第八连接管，59-第九连接管，6-换热管，61-换热管内管，62-换热管外管，7-四通阀，8-三通阀。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型为江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组，包括：

压缩机1、海水换热器2、膨胀阀3、使用侧换热器4和连接管5，压缩机1、海水换热器2、膨胀阀3和使用侧换热器4通过连接管5依次连接；

及换热管6和四通阀7，换热管6包括换热管内管61和换热管外管62，换热管外管62套设于换热管内管61外部，并与换热管内管61同轴布置且固定连接；四通阀7的输入端与压缩机1的输出端连通，四通阀7的三个输出端分别和换热管内管61、压缩机1的输入端及使用侧换热器4连接。

如图1-图3所示，根据本实用新型的一个可选实施例，连接管5包括第一连接管51、第二连接管52、第三连接管53、第四连接管54、第五连接管55、第六连接管56和第七连接管57；

压缩机1的输出端与第一连接管51的进液口连接，压缩机1内具有工作介质，第一连接管51的出液口与四通阀7的输入端连接；

第二连接管52、第三连接管53、第四连接管54的进液口分别和四通阀7的三个输出端连接；第二连接管52的出液口与换热管内管61的输入端连接，第三连接管53的出液口与压缩机1的输入端连接，第四连接管54的出液口与使用侧换热器4的一端连接；

换热管内管61的输出端与第五连接管55的进液口连接，第五连接管55的出液口与海水换热器2的输入端连接，海水换热器2的输出端与第六连接管56的进液口连接，第六连接管56的出液口与膨胀阀3的一端连接，膨胀阀3的另一端与第七连接管57的进液口连接，第七连接管57的出液口与使用侧换热器4的另一端连接。通过使第五连接管与换热管内管进行串联连接，可使得该热泵机组在制热时换热管内的部分热量传递至海水换热器，从而提高未能从海水换热器中完全吸热的制冷剂的温度，进而确保制冷剂在压缩机吸气口有足够的过热度。

根据本实用新型的一个可选实施例，连接管5还包括第八连接管58和第九连接管59，第八连接管58和第九连接管59的一端分别与第一连接管51的中部连通，另一端分别与换热管外管62的输入端和输出端连接，从而使得第一连接管中的部分热量传输至换热管外管内部，为换热管内管和换热管外管强效换热提供足够的热量。

根据本实用新型的一个可选实施例，还包括三通阀8，三通阀8设于第一连接管51上，并与第一连接管51固定连接，三通阀能够使第一连接管与换热管连接，并将第一连接管内的制冷剂热量分散至换热管内。

根据本实用新型的一个可选实施例，三通阀8有两个，两个三通阀8均匀布置在第一连接管51上；两个三通阀8的两端分别与第一连接管51连接，两个三通阀8的另外一端分别与第八连接管58和第九连接管59的一端连接，从而使得该机组制热时，通过利用四通阀使换热管内管走从海水换热器排出的低温制冷剂，换热管外管走第一连接管内排出的高温制冷剂，进而完成换热管内管和换热管外管之间的强效换热。

根据本实用新型的一个可选实施例，工作介质为氟利昂，从而能够保证该水冷水泵机组实现高效的制冷和制热功能。

本实用新型的江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组的工作原理如下：

当该热泵机组制冷时，换热管不发挥作用，制冷剂循环过程是：压缩机1-第一连接管51-分两路，一路-换热管内管61-第五连接管55-海水换热器2-膨胀阀3-使用侧换热器4，另一路-三通阀8-第八连接管58-换热管外管62-第九连接管59-三通阀8-第一连接管51-四通阀7-分三路，第一路-第二连接管52-换热管内管61-第五连接管55-海水换热器2-膨胀阀3-使用侧换热器4，第二路-第三连接管53-压缩机1，第四路-第四连接管54-使用侧换热器4；通过上述循环，热泵机组为使用侧换热器提供冷风，实现该热泵机组的制冷效果。

当该热泵机组制热时，若海水温度在机组额定工况下(12℃)，制冷剂循环过程是：压缩机1-第一连接管51-分两路，一路-换热管内管61-第二连接管52-四通阀7，另一路-三通阀8-第八连接管58-换热管外管62-第九连接管59-三通阀8-第一连接管51-四通阀7，两路合一-分两路，一路-第三连接管53-压缩机1，另一路-第四连接管54-使用侧换热器4-第七连接管57-膨胀阀3-第六连接管56-海水换热器2-第五连接管55-换热管内管61-第二连接管52-四通阀7-分两路，见上述四通阀循环回路。此时，制冷剂在海水换热器中可充分吸热蒸发，海水换热器制冷剂出口温度可达到合适的过热值，制冷剂温度较高；同时蒸发压力可以达到0.45mpa左右，因此压缩机压缩比较小，排气温度不高，而且由于换热管内外管之间的制冷剂温差小，所以换热量小，对整机的制热影响较小。

在热泵机组制热时，若海水温度较低(<4℃)，制冷剂循环过程仍然如上述循环回路所示，此时，由于制冷剂在海水换热器的换热效率下降，膨胀阀自动关小开度后，蒸发压力下降，蒸发温度下降——即海水换热器制冷剂出口温度下降，而压缩机排气温度上升，所以随着海水温度的下降，换热器的换热量逐级增大。因此该机组通过压缩机排气热量提高未能从海水换热器完全吸热的制冷剂温度，从而确保制冷剂在压缩机吸气口有足够的过热度，并可保持蒸发温度及蒸发压力都在机器报警值以上。最终实现在海水温度低温工况下，机组有着高效的表现。

根据本实用新型的一个具体实施例，在该热泵机组进行制热的过程中，经过试验，在江河海水温为2℃时，换热管内管的制冷剂温度可以提升3℃，蒸发压力高于0.3mpa，排气温度85℃,该热泵机组的制热能力增加额定工况下的70％以上。

本实用新型江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组在低温工况下通过利用换热管内管和换热管外管之间的强效换热，以及采用压缩机排气+换热管可实现对制冷剂的二次加热，从而使制冷剂完全蒸发，并可保持较高的蒸发压力和蒸发温度，从而实现了在海水低温工况下热泵机组能够安全、高效制热，有效解决了现有技术中在江河海水水温低于4℃时水源热泵机组制热效率低下，甚至不能制热的问题以及电加热制热效率低、能耗高的问题。本实用新型的热泵机组不用电加热就可高效的实现制热效果，且能效达到了电加热的3倍以上，如对于一条4400吨的全回转工作大型船舶而言，采用该热泵机组制热相比电加热制热可节省50万/年的采暖费。本实用新型的江河海水低温工况下无需电加热制热的船用水冷热泵机组不仅结构简单，使用寿命长，而且制热效果好，能耗低，是对现有热泵机组作出的重大改进，具有广阔的市场应用前景。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。