一种带热回收功能的冷热水型地源热泵系统的制作方法

一种带热回收功能的冷热水型地源热泵系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带热回收功能的冷热水型地源热泵系统，包括压缩机、热回收器、四通换向阀、热源侧换热器、节流装置、及控制回路，压缩机采用双机并联设计，热回收器连接在压缩机与四通换向阀之间，可承担显热回收以及单压缩机全热回收功能，控制器通过控制四通阀的流向切换及电磁阀的通断，可实现系统的制冷、制热、热水及热回收相组合的多种运行模式。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：提供一种既可进行部分热回收，亦可安全进行全热回收的热泵机组解决方案，具有一机多能、稳定可靠、高效、性价比高的优点，可广泛应用于舒适性空调及工艺冷却领域。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及制冷与空调设备【技术领域】，具体是一种带热回收功能的冷热水型 地源热泵系统。 一种带热回收功能的冷热水型地源热泵系统

【背景技术】
[0002] 在空调制冷系统中，压缩机排气冷凝热是通过机组内冷凝器来进行热交换的，对 于空气源热泵而言，这部分冷凝热传递给空气而散发于大气环境中，对传统冷水机组而言 则被冷却水吸收后再由冷却塔释放至大气中。随着国内空调装机容量日渐高涨，空调的热 岛效应已成为城市一大垢病，建筑空调节能降耗已成为国家迫切需求，进而催生了配置热 回收功能的空调机组。采用热回收技术的空调，可以部分或全部回收压缩机排气冷凝热，一 则可直接减小向大气的排热；二则可以提高机组的制冷运行能效，有益于空调的节能减排； 三则回收冷凝热制取的生活热水可提高人民群众舒适生活质量；另一方面，对于新兴的地 源热泵机组，采用制冷热回收技术可减小向土壤的排热，从而可减小地下环路换热器设计 面积，降低工程造价，同时也有利于热平衡。可以预见，配置热回收功能的空调机组应用前 景广阔。
[0003] 目前采用热回收技术的空调机组，一般分两大类，一类只能进行部分热回收，即显 热回收，其系统见示意图1，其特点是热回收器串接于压缩机与四通换向阀之间，热回收器 容量小，一般只能回收机组标准冷量的25%以下。此系统若使用于全热回收，因四通换向 阀位于热回收器之后，液体的不可液压缩性可能会导致四通换向阀出现故障，系统可靠性 低，因而不实用。另一类可进行全部热回收，即压缩机排气的显热与潜热均可回收，系统构 成一般有2种，第一种见示意图2,其特点是通过两个四通换向阀以及三个换热器的流向控 制组合来实现，这种全热回收系统管路构成以及控制均相当复杂，使机组可靠性降低、成本 较高，特别是俩个四通换向阀串接后会因四通阀需要足够压差切换而存在切换不到位的隐 患。第二种见示意图3,其特点是通过多个电磁阀来控制制冷剂流向进而实现全部热回收， 该系统也存在四通换向阀切换的隐患，以及电磁阀长期处于排气高温中影响可靠性问题。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种将部分热回收与全部热回收集于一体的带热回 收功能的冷热水型地源热泵系统，该热泵系统构成简单，性能可靠，成本合理，实施价值高， 以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
[0006] -种带热回收功能的冷热水型地源热泵系统，包括压缩机单元、热回收器、地源侧 换热器、干燥过滤器、电子膨胀阀和控制回路，压缩机单元的进口连接四通换向阀，压缩机 单元的出口连接热回收器的进口，热回收器的出口的支路I连接四通换向阀的接口 D，热回 收器与外部的热水箱、热水泵构成循环系统，四通换向阀的接口 E连接用户侧换热器的进 口，用户侧换热器与外部的空调、空调水泵构成循环系统，四通换向阀的接口 C连接地源侧 换热器的进口，地源侧换热器与外部的地埋管换热器、地源侧水泵构成循环系统，用户侧换 热器的出口、热回收器出口的支路II和地源侧换热器出口的支路I均与干燥过滤器的进口 连接，热回收器出口的支路II和干燥过滤器的进口之间设有电磁阀，干燥过滤器的出口连 接电子膨胀阀，电子膨胀阀的出口和地源侧换热器出口支路II均与单向阀P连接，单向阀P 的出口与用户侧换热器的出口连接。
[0007] 作为本实用新型进一步的方案：所述用户侧换热器的出口与干燥过滤器的进口之 间设有单向阀M，所述地源侧换热器出口的支路I与干燥过滤器的进口之间设有单向阀L， 所述地源侧换热器出口的支路II与单向阀P之间设有单向阀N。
[0008] 作为本实用新型进一步的方案：所述压缩机单元为定容量压缩机A和定容量压缩 机B构成的可变容量的并联系统、单个变容量压缩机或单个定容量压缩机和单个变容量压 缩机构成的系统。
[0009] 作为本实用新型再进一步的方案：所述热回收器的换热面积是地源侧换热器换热 面积的60?80%。
[0010] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0011] 压缩机变容量配置，一方面可提高机组部分负荷下的运行能效，另一方面兼顾部 分热回收与全热回收融于一体的系统安全设计。
[0012] 热回收器串接于压缩机排气口与四通换向阀之间，热回收器容量按照既可进行压 缩机单元冷凝显热回收，又可安全承担双压缩机中单个压缩机全部冷凝热或者单个变容量 压缩机降载60%以下运行时压缩机排气冷凝热全部回收设计。
[0013] 设计电磁阀旁通冷凝液支路，在全部热回收时，将热回收器出口冷凝液体依靠压 力差分流至节流装置前液体管路，防范冷凝液体全部通过四通换向阀而造成不利影响。
[0014] 通过简单控制该系统的四通换向阀的流向切换及电磁阀的通断，可实现制冷、制 热、热水、热回收相组合的多种运行模式，实现一机多能，可大幅降低用户空调设备投资，同 时拥有的制冷运行热回收功能，可免费制取生活热水，提高机组运行能效。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 图1为部分热回收的空调系统流程示意图。
[0016] 图2为全部热回收的空调系统1流程示意图。
[0017] 图3为全部热回收的空调系统2流程示意图。
[0018] 图4为带热回收功能的冷热水型地源热泵系统流程示意图。
[0019] 图中：1_压缩机A ;2_压缩机B ;3_热回收器；4-四通换向阀；5-地源侧换热器； 6-干燥过滤器；7-电子膨胀阀；8-用户侧换热器；9-电磁阀；10-单向阀L ; 11-单向阀P ; 12-单向阀Μ ;13_单向阀N ;14_空调水泵；15-地源侧水泵；16-热水泵；17-热水箱；18-空 调；19-地埋管换热器；20-冷凝器；21-蒸发器。

【具体实施方式】
[0020] 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、完整地描述，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。
[0021] 请参阅图1?4,本实用新型实施例中，一种带热回收功能的冷热水型地源热泵系 统，包括压缩机单元、热回收器3、地源侧换热器5、干燥过滤器6、电子膨胀阀7和控制回路。
[0022] 压缩机单元为一种低成本配置、两台定容量压缩机并联而成，设置油平衡管及相 应运行措施保证均衡运行；热回收器3设置在压缩机排气口与四通换向阀4之间的高压区， 兼顾合理的排气压损以及能安全承担部分热回收以及全部热回收功能，热回收器3为公共 通道式换热器，其换热面积按照地源侧换热器5换热面积的75%设计，减小系统充注量而 省去高压贮液器，简化系统并提高能效。
[0023] 四通换向阀4的接口 D连接热回收器3,接口 E连接用户侧换热器8,接口 C连接 地源侧换热器5 ;当四通换向阀4处于失电状态时，制冷剂从管口 D流向管口 C，此为传统制 冷运行方向；如果整年制冷运行时间短，则可将四通换向阀4管口 C接至用户侧换热器8， 在制冷运行时使四通换向阀4得电；电磁阀9为常闭型，在常规制冷与制热运行时，一般处 于关闭状态。
[0024] 通过简单控制四通换向阀4、电磁阀9的导通状态以及水泵的运行即可实现热回 收与制冷、制热相组合的多种工作模式，阀件与水泵的控制参见表1。
[0025] 工作模式 |四通换向阀|电磁阀 |空调水泵|地源侧水泵|热水水泵 制冷_失电 失电 运行 运行 关闭 制热_得电 失电 运行 运行 关闭 热水__关闭 运行_3|?τ_ +部分热回€失电 失电 运行"运行 运行 ^ 全热回收 I失电 I得电或失电I运行 I停止或运行I运行或停止
[0026] 在制冷与制热运行时，空调水泵14与地源侧水泵15运行，系统不进行热回收即热 水水泵关闭，热回收器3作为排气通道，电磁阀9失电，制冷时排气经四通换向阀4导向地 源侧换热器5进行冷凝放热，制热时则被导向用户侧换热器8进行冷凝换热。
[0027] 在热水运行时，用户侧空调18末端不工作，空调水泵14关闭，地源侧水泵15与热 水泵16运行，四通换向阀4得电，电磁阀9得电；热回收器3作为系统的冷凝器吸收压缩机 的排气冷凝热量而加热卫生热水，其冷凝下来的制冷剂液体经电磁阀9支路导向电子膨胀 阀7,节流后的低压低温制冷剂在地源侧换热器5与来自地埋管换热器19的水或防冻液进 行换热。
[0028] 热水运行按全部回收单个压缩机的排气冷凝热设计，此时单台压缩机运行，空调 水泵14停止，地源侧水泵15与热水泵16运行，电磁阀9得电，压缩机高温高压排气经热回 收器3冷凝，再将热量传递给热水使之加热升温，冷凝成液体的制冷剂经电磁阀9支路至电 子膨胀阀7,节流后变成低压低温汽液混合物，再进入地源侧换热器5吸收地下环路热量蒸 发。
[0029] 同时热水运行通过适当控制，亦可实现回收双压缩机冷凝热。机组开启后，空调水 泵14停止，地源侧水泵15与热水泵16运行，电磁阀9得电，单台压缩机投入运行后，机组 预先回收单压缩机全部冷凝热；当系统容量加载，第二台压缩机投入运行，随着热水水温升 高以及系统排气压力的逐步增大，当系统的排气压力Pd > P1 (热水切换排气压力设定值） 时，退出一台压缩机运行，回归至单压缩机制热水模式。
[0030] 部分热回收在制冷与制热运行模式中，只要热水泵16开启，热回收器3可以输出 热水。在制冷运行时，热水泵16工作后，热回收器3所制取的热水是免费的，而且因回收系 统的部分冷凝热使冷凝器负荷减小，冷凝温度降低而使系统效率提高；制热运行时，因需首 先满足用户侧的供热需求，一般不开启热水泵16,即实际应用时不采用制热+部分热回收 运行模式。
[0031] 制冷+全热回收模式中，以制冷为优先模式，并根据系统排气压力以及水温控制 目标来处理热水泵16及电磁阀9运行。若进入此运行模式，机组开机后，空调水泵14运行， 热水泵16运行，地源侧水泵15停止，电磁阀9得电，压缩机投入运行后，热回收器3回收压 缩机全部冷凝热，随着热水水温升高以及系统排气压力的增大，当系统的排气压力Pd > P2 (全热回收切换排气压力设定值)时，地源侧水泵15投入运行，电磁阀9失电，退出全热回收 运行模式，此时执行制冷+部分热回收模式。当热水水温达到控制点而制冷水温末到时，若 以制冷优先模式，则空调水泵14保持运行，地源侧水泵15运行，热水泵16停止运行，电磁 阀9失电；若以热水优先模式，则压缩机停止运行，地源侧水泵15停止运行，空调水泵14与 热水泵16保持运行，电磁阀9失电。当制冷水温达到目标值而热水水温控制点未到时，以 制冷优先模式，则压缩机停止运行，地源侧水泵15保持原状态，热水泵16停止运行，空调水 泵14保持运行，电磁阀9失电。
[0032] 控制回路中，控制器接收传感器检测的压力与温度信号、各类保护输入信号以及 人工智能终端的按键输入信号后，根据内置的控制逻辑，向所控制水泵、四通换向阀、电子 膨胀阀、电磁阀、压缩机发出指令并执行相应动作。
[0033] 对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而 且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新 型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新 型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含 义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制 所涉及的权利要求。
[〇〇34] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。
【权利要求】
1. 一种带热回收功能的冷热水型地源热泵系统，包括压缩机单元、热回收器（3)、地源 侧换热器（5)、干燥过滤器（6)、电子膨胀阀（7)和控制回路，其特征在于，压缩机单元的进 口连接四通换向阀（4)，压缩机单元的出口连接热回收器（3)的进口，热回收器（3)出口的 支路I连接四通换向阀（4)的接口 D，热回收器（3)与外部的热水箱（17)、热水泵（16)构成 循环系统，四通换向阀（4)的接口 E连接用户侧换热器（8)的进口，用户侧换热器（8)与外 部的空调（18)、空调水泵（14)构成循环系统，四通换向阀（4)的接口 C连接地源侧换热器(5)的进口，地源侧换热器（5)与外部的地埋管换热器（19)、地源侧水泵（15)构成循环系 统，用户侧换热器（8)的出口、热回收器（3)出口的支路II和地源侧换热器（5)出口的支路 I均与干燥过滤器（6)的进口连接，热回收器（3)出口的支路II和干燥过滤器（6)的进口之 间设有电磁阀（9)，干燥过滤器（6)的出口连接电子膨胀阀（7)，电子膨胀阀（7)的出口和地 源侧换热器（5)出口的支路II均与单向阀P (11)连接，单向阀P (11)的出口与用户侧换 热器（8)的出口连接。
2. 根据权利要求1所述的带热回收功能的冷热水型地源热泵系统，其特征在于，所述 用户侧换热器（8)的出口与干燥过滤器（6)的进口之间设有单向阀Μ (12)，所述地源侧换 热器（5)出口的支路I与干燥过滤器（6)的进口之间设有单向阀L (10)，所述地源侧换热 器（5)出口的支路II与单向阀Ρ (11)之间设有单向阀Ν (13)。
3. 根据权利要求1所述的带热回收功能的冷热水型地源热泵系统，其特征在于，所述 压缩机单元为定容量压缩机A (1)和定容量压缩机Β (2)构成的可变容量的并联系统、单 个变容量压缩机或单个定容量压缩机和单个变容量压缩机构成的系统。
4. 根据权利要求1所述的带热回收功能的冷热水型地源热泵系统，其特征在于，所述 热回收器（3)的换热面积是地源侧换热器（5)换热面积的60?80%。
【文档编号】F25B31/00GK203893493SQ201420256078
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】龙清泳, 吴锋, 余庆良, 王文祥, 季海军 申请人:江西挪宝电器有限公司