以二氧化碳为载冷剂的水源热泵系统的制作方法

本实用新型涉及水源热泵系统技术领域，尤其涉及一种以二氧化碳为载冷剂的水源热泵系统。

背景技术：

水源热泵技术是一种有效利用可再生能源和低品位热能的技术。近年来，在能源与环境问题的推动下，水源热泵技术得到了快速的发展和应用。我国拥有丰富的地表水资源，将地表水作为低位热源的水源热泵系统在我国有着极其广阔的发展和应用前景。

但是，水源地一般都距离需供冷供热的建筑物较远，若建立管路系统将水引至建筑物附近，需超长管路系统铺设，输送阻力过大，输送功耗过高，经济性及利用率不高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种解决长距离传输功耗高、经济性差的以二氧化碳为载冷剂的水源热泵系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种以二氧化碳为载冷剂的水源热泵系统，包括压缩机、四通阀、第一换热器、第二换热器和第三换热器；所述四通阀的四个开口分别与所述压缩机的排气口、所述压缩机的吸气口、所述第一换热器和所述第二换热器相连；所述第一换热器和所述第二换热器之间设有节流元件；所述第二换热器设有冷媒通路和二氧化碳换热通路，所述二氧化碳换热通路的两个开口分别通过气体管路和液体管路与所述第三换热器相连接，所述第三换热器用于浸没在地表水源中，所述液体管路设有二氧化碳循环泵。

在一个实施例中，所述节流元件为电子膨胀阀。

在一个实施例中，所述节流元件为第一膨胀阀，所述第二换热器通过第四单向阀与所述第一膨胀阀的第一端连通，所述第四单向阀的导通方向是从所述第二换热器到所述第一膨胀阀，所述第一膨胀阀的第二端通过第三单向阀与所述第一换热器连通，所述第三单向阀的导通方向是从所述第一膨胀阀到所述第一换热器；所述第一换热器通过第二单向阀与所述第一膨胀阀的第一端连通，所述第二单向阀的导通方向是从所述第一换热器到所述第一膨胀阀，所述第一膨胀阀的第二端通过第一单向阀与所述第二换热器连通，所述第一单向阀的导通方向是从所述第一膨胀阀到所述第二换热器。

在一个实施例中，所述节流元件是第二膨胀阀和第三膨胀阀，所述第二膨胀阀和所述第三膨胀阀相串联地设置在所述第一换热器和所述第二换热器之间，所述第二膨胀阀的两端并联有第五单向阀，所述第三膨胀阀的两端并联有第六单向阀，所述第五单向阀和所述第三膨胀阀的导通方向为从所述第一换热器到所述第二换热器，所述第六单向阀和所述第二膨胀阀的导通方向为从所述第二换热器到所述第一换热器。

在一个实施例中，所述二氧化碳循环泵为离心式循环泵或容积式循环泵。

在一个实施例中，所述压缩机的数量为多个，多个所述压缩机相并联。

在一个实施例中，所述压缩机为普通离心式压缩机、气悬浮离心式压缩机、磁悬浮离心式压缩机或螺杆式压缩机。

在一个实施例中，所述第一换热器和所述第二换热器为套管换热器、壳管换热器或板壳式换热器。

在一个实施例中，所述第三换热器为肋片管式换热器。

在一个实施例中，所述第三换热器设有清洁毛刷。

本实用新型的有益效果是：由于设置了沉浸于地表水的第三换热器，可以合理利用地表水热源；由于在第三换热器中使用二氧化碳作为载冷剂，便于长距离输送。

附图说明

图1是本实用新型实施例中以二氧化碳为载冷剂的水源热泵系统的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中另一种以二氧化碳为载冷剂的水源热泵系统的结构示意图。

图3是本实用新型实施例中的自清洁装置的结构示意图。

附图标记说明：1、第一换热器；2、压缩机；3、四通阀；4、第二换热器；51、第一单向阀；52、第二单向阀；53、第三单向阀；54、第四单向阀；55、第五单向阀；56、第六单向阀；61、第一膨胀阀；62、第二膨胀阀；63、第三膨胀阀；7、二氧化碳循环泵；8、气体管路；9、第三换热器；10、液体管路；11、换热管路；12、清洁毛刷。

具体实施方式

为使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实用新型中的附图，对实用新型中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于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，都属于实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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实用新型实施例和简化描述，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实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1和图2所示，本实用新型实施例中的以二氧化碳为载冷剂的水源热泵系统，包括压缩机2、四通阀3、第一换热器1、第二换热器4和第三换热器9；四通阀3的四个开口分别与压缩机2的排气口、压缩机2的吸气口、第一换热器1和第二换热器4相连，第一换热器1和第二换热器4之间设有节流元件；第二换热器4设有冷媒通路和二氧化碳换热通路，二氧化碳换热通路的两个开口分别通过气体管路8和液体管路10与第三换热器9相连接，第三换热器9用于浸没在地表水源中，液体管路10设有二氧化碳循环泵7。具体地，地表水源泛指江、河、湖、海等。节流元件具有节流降压调节功能，其可以为各种形式，比如可以是电子膨胀阀、孔板、热力膨胀阀等。

由于设置了沉浸于地表水的第三换热器，可以合理利用地表水热源；由于在第三换热器以及二氧化碳换热通路中使用二氧化碳作为载冷剂，便于长距离输送。以二氧化碳作为载冷剂的优势具体为：1、二氧化碳压力高，流动性好，压损小；2、二氧化碳相变潜热大，循环流量小，使用二氧化碳为载冷剂的管路相对于运送水的管路尺寸更小；3、二氧化碳循环泵的流量小，扬程低，功率相比较水泵更节能。

在一个实施例中，节流元件为电子膨胀阀。

如图1所示，在一个实施例中，节流元件为第一膨胀阀61，第二换热器4通过第四单向阀54与第一膨胀阀61的第一端连通，第四单向阀54的导通方向是从第二换热器4到第一膨胀阀61，第一膨胀阀61的第二端通过第三单向阀53与第一换热器1连通，第三单向阀53的导通方向是从第一膨胀阀61到第一换热器1；第一换热器1通过第二单向阀52与第一膨胀阀61的第一端连通，第二单向阀52的导通方向是从第一换热器1到第一膨胀阀61，第一膨胀阀61的第二端通过第一单向阀51与第二换热器4连通，第一单向阀51的导通方向是从第一膨胀阀61到第二换热器4。

该实施例的以二氧化碳为载冷剂的水源热泵系统的工作过程为：

制冷工况时，液态的二氧化碳经液体管路10由二氧化碳循环泵7输送至热泵系统的第二换热器4的二氧化碳循环换热通路，进入二氧化碳循环换热通路的二氧化碳液体与流经第二换热器4的第一换热通路的气态冷媒换热，从而使气态冷媒冷凝成高温高压的液体；高温高压的液态冷媒经第四单向阀54(此时第一单向阀51和第二单向阀52为反向不导通状态)进入第一膨胀阀61节流降压成低温低压的气液混合物，再经第三单向阀53进入第一换热器1，与第一换热器1内的介质进行热交换，吸收介质的热量，蒸发成低温低压的气体；冷媒经四通阀3后进入压缩机2，由压缩机2压缩成高温高压的气体，再经四通阀3进入第二换热器4内，完成制冷循环；液态的二氧化碳与第二换热器4中的气态冷媒换热后，吸热蒸发成气体，经气体管路8进入第三换热器9内与地表水源进行热交换，将携带的热量释放到地表水源中；二氧化碳冷凝成液体后，继续参与循环。

制热工况时，由于第三换热器9浸没在地表水源内，液体的二氧化碳与地表水进行热交换，二氧化碳吸热汽化，经气体管路8将地表水资源的低位热能输送至第二换热器4；在第二换热器4内液态冷媒与气体的二氧化碳进行热交换，二氧化碳放热冷凝，冷凝后的形成的液态二氧化碳经液体管路10由二氧化碳循环泵7输送至第三换热器9内，继续吸热蒸发，完成载冷循环；第二换热器4内液态冷媒吸热变成低温低压的气体，经四通阀3回到压缩机2，再由压缩机2压缩成高温高压的气体，经四通阀3进入第一换热器1内，与第一换热器1内的介质进行热交换，将热量传递给介质后，冷凝成高温高压的液体，经第二单向阀52(此时第三单向阀53和第四单向阀54为反向不导通状态)，然后进入第一膨胀阀61节流降压成低温低压的气液混合物，再经第一单向阀51进入第二换热器4内继续吸热循环。

如图2所示，在一个实施例中，节流元件是第二膨胀阀62和第三膨胀阀63，第二膨胀阀62和第三膨胀阀63相串联地设置在第一换热器1和第二换热器4之间，第二膨胀阀62的两端并联有第五单向阀55，第三膨胀阀63的两端并联有第六单向阀56，第五单向阀55和第三膨胀阀63的导通方向为从第一换热器1到第二换热器4，第六单向阀56和第二膨胀阀62的导通方向为从第二换热器4到第一换热器1。

该实施例的以二氧化碳为载冷剂的水源热泵系统的工作过程为：

制冷工况时，液态二氧化碳经液体管路10由二氧化碳循环泵7输送至热泵系统第二换热器4，在第二换热器4内与气态冷媒换热；气态冷媒冷凝成高温高压的液体，经第六单向阀56(此时第五单向阀55为反向不导通状态，第三膨胀阀63为关闭状态)，然后进入第二膨胀阀62节流降压成低温低压的气液混合物，进入第一换热器1，与第一换热器1内的介质进行热交换，吸收介质的热量，蒸发成低温低压的气体；冷媒经四通阀3后进入压缩机2，由压缩机2压缩成高温高压的气体，再经四通阀3进入第二换热器4内，完成制冷循环；二氧化碳液体与气态冷媒换热后，吸热蒸发成气体，经气体管路8进入第三换热器9内与地表水源进行热交换，将携带的热量释放到地表水源中，二氧化碳冷凝成液体，继续参与循环。

制热工况时，第三换热器9浸没在地表水源内，二氧化碳液体与地表水进行热交换，二氧化碳吸热汽化，经气体管路8将地表水资源的低位热能输送至热泵第二换热器4，在第二换热器4内液态冷媒与二氧化碳气体进行热交换，二氧化碳放热冷凝，冷凝后的二氧化碳液体经液体管路10由二氧化碳循环泵7输送至第三换热器9内，继续吸热蒸发，完成载冷循环；第二换热器4内液态冷媒吸热变成低温低压的气体，经四通阀3回到压缩机2，再由压缩机2压缩成高温高压的气体，经四通阀3进入第一换热器1内，与第一换热器1内的介质进行热交换，将热量传递给介质后，冷凝成高温高压的液体，经第五单向阀55(此时第六单向阀56为反向不导通状态，第二膨胀阀62为关闭状态)，然后进入第三膨胀阀63节流降压成低温低压的气液混合物，回到第二换热器4内继续吸热循环。

在一个实施例中，二氧化碳循环泵为离心式循环泵或容积式循环泵。

在一个实施例中，所述二氧化碳循环泵7为双向泵，将二氧化碳循环泵7设置为双向泵便于切换液体管路10中的二氧化碳流动方向，使液体管路10中的液体二氧化碳从第三换热器9输送至第二换热器4，或使液体管路10中的液体二氧化碳从第二换热器4输送至第三换热器9。也可以不在液体管路10中使用双向泵，这种情况下需要在二氧化碳循环泵7的周围设置用于换向的管路和阀门等元件。

在一个实施例中，以二氧化碳为载冷剂的水源热泵系统可以包括多台压缩机2，多个压缩机2相串联或相并联。

在一个实施例中，压缩机2为有油压缩机或无油压缩机；具体地，压缩机2为普通离心式压缩机、气悬浮离心式压缩机、磁悬浮离心式压缩机、螺杆式压缩机等。

在一个实施例中，以二氧化碳为载冷剂的水源热泵系统可以包括多个第一换热器1和多个第二换热器4。

在一个实施例中，第一换热器1和第二换热器4为套管换热器、壳管换热器、板壳式换热器中的一种或多种。

在一个实施例中，第三换热器9为肋片管式换热器。使用肋片管式换热器作为第三换热器9，在同等尺寸的情况下增大了换热面积，从而加强了换热效果。

如图3所示，在一个实施例中，第三换热器9设有清洁毛刷12。清洁毛刷12是用于换热器的自清洁装置。清洁毛刷12可以在电机和传动部件(图中未示出)的带动下在第三换热器9的各个换热管路11之间旋转和往复滑动。当换热管路11表面的污垢和杂质沉积到一定程度时，可以开启清洁毛刷12，对第三换热器9的表面进行清洁。

虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。