一种高温水源热泵系统的制作方法

本发明涉及热泵系统技术领域，具体涉及一种高温水源热泵系统。

背景技术：

水源热或地热泵机组的热源侧水温全年比较稳定，充分利用水源热或地热为用户制冷和制热，可以有效地节约能源、降低成本。

现有的一些热泵系统，包括蒸发器和冷凝器，在制热时采用热源侧水作为系统中蒸发器的热源，冷凝器的冷凝热为用户供热；在制冷时冷凝器采用水冷或风冷，蒸发器的蒸发热为用户供冷。当冷凝器采用水冷时，需要增设冷却水源；采用风冷时，需要增设风机。由于热源侧水温全年比较稳定，为了避免增设冷却水源或风机，也有一些热泵系统在制冷时采用热源侧水作为系统中冷凝器的冷却水，如申请号为cn200610085335.3的一种风冷水冷式双蒸发器热水机组，由压缩机、水冷式冷凝器、水冷式蒸发器组成制冷循环，水冷式冷凝器设有热水回水口和热水出水口，水冷式蒸发器设有废热水进出口。制热时，水冷式蒸发器吸收热源侧水的热能，将热能转换到制冷剂中，水冷式冷凝器连接用户管道，将热能转换到供送给用户的热水中；制冷时，水冷式冷凝器被热源侧水冷却，水冷式蒸发器连接用户管道，为用户供送冷水。

制热时，热源侧进水温度越高，系统中蒸发器的蒸发温度越高，能效越高，对制热有利，但是制冷时，热源侧作为系统中冷凝器的冷却水，水温度偏高会导致冷凝温度偏高，降低系统中冷凝器的工作效率，继而降低系统的能效。

技术实现要素：

为了解决现有技术的缺陷，本发明提供一种高温水源热泵系统，既可以在制冷时提高系统的能效，又可以在制热时提高制热量。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种高温水源热泵系统，包括冷媒循环、用户制冷循环、用户制热循环，压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器通过冷媒管道依次连接形成冷媒循环，用户端、蒸发器通过用户管道相连形成用户制冷循环，用户端、冷凝器通过用户管道相连形成用户制热循环，所述冷媒循环还包括辅助换热器，辅助换热器连接在蒸发器和压缩机之间；所述高温水源热泵系统还包括高温水制冷循环、高温水制热循环，高温水源、辅助换热器、冷凝器通过管道相连形成高温水制冷循环，高温水源、辅助换热器、蒸发器通过管道相连形成高温水制热循环。

高温水源热泵系统包括两个工况：制热工况和制冷工况。制热时供给用户端热水，制冷时供给用户端冷水。

无论是制热工况和制冷工况，冷媒循环都处于工作状态。从压缩机中排出高温高压的制冷剂，进入冷凝器中进行换热后变成低温高压的制冷剂，然后通过膨胀阀变成低温低压的制冷剂，再进入蒸发器进行换热变成高温低压的制冷剂，再进入辅助换热器进行换热，最后返回压缩机完成一次制冷剂的工作循环。

在制热工况下，用户制冷循环和高温水制冷循环处于非工作状态，用户制热循环和高温水制热循环处于工作状态。

在用户制热循环中，从用户端排出的水经过冷凝器，与制冷剂换热后温度升高，再回到用户端，从而为用户端输送热水。在高温水制热循环中，从高温水源取出的高温水进入辅助换热器，与制冷剂进行第一次换热后温度下降，再进入蒸发器，与制冷剂进行第二次换热后温度进一步下降，最后回到高温水源或者排出系统。辅助换热器可以辅助换热器的换热工作，提高制冷剂与高温水的换热面积，从而使制冷剂充分换热，充分利用高温水源的热量。

在制冷工况下，用户制热循环和高温水制热循环处于非工作状态，用户制冷循环和高温水制冷循环处于工作状态。

在用户制冷循环中，从用户端排出的水经过蒸发器，与制冷剂换热后温度下降，再回到用户端，从而为用户端输送冷水。在高温水制冷循环中，从高温水源取出的高温水经过辅助换热器，与制冷剂换热后温度下降，再经过冷凝器与制冷剂换热后温度上升，最后回到高温水源或者排出系统。辅助换热器使高温水源排出的高温水温度下降，并使其可以作为冷凝器的冷却水，带走制冷剂的冷凝热。另外，制冷剂在回到压缩机之前先通过辅助换热器与高温水源排出的高温水进行换热，可以实现过热，提高压缩机的可靠性。

进一步地，所述用户制冷循环还包括第一用户制冷阀门，用户端、第一用户制冷阀门、蒸发器通过用户管道依次连接形成用户制冷循环；

所述用户制热循环还包括第一用户制热阀门，用户端、第一用户制热阀门、冷凝器通过用户管道依次连接形成用户制热循环。

进一步地，所述用户制冷循环还包括第二用户制冷阀门，用户端、第一用户制冷阀门、蒸发器、第二用户制冷阀门通过用户管道依次连接形成用户制冷循环；

所述用户制热循环还包括第二用户制热阀门，用户端、第一用户制热阀门、冷凝器、第二用户制热阀门通过用户管道依次连接形成用户制热循环。

在制热工况下，第一用户制冷阀门和第二用户制冷阀门关闭，第一用户制热阀门和第二用户制热阀门开启。用户端与冷凝器的连接通路被关闭的第一用户制冷阀门和第二用户制冷阀门阻断，从用户端排出的水经开启的第一用户制热阀门流向蒸发器，与制冷剂换热后温度升高，再通过开启的第二用户制热阀门流回用户端，从而为用户端输送热水。

在制冷工况下，第一用户制热阀门和第二用户制热阀门关闭，第一用户制冷阀门和第二用户制冷阀门开启。用户端与蒸发器的连接通路被关闭的第一用户制热阀门和第二用户制热阀门阻断，从用户端排出的水经开启的第一用户制冷阀门流向冷凝器，与制冷剂换热后温度升高，再通过开启的第二用户制冷阀门流回用户端，从而为用户端输送冷水。

进一步地，所述高温水制冷循环还包括第一高温水制冷阀门，高温水源、辅助换热器、第一高温水制冷阀门、冷凝器通过管道依次连接形成高温水制冷循环；

所述高温水制热循环还包括第一高温水制热阀门，高温水源、辅助换热器、第一高温水制热阀门、蒸发器通过管道依次连接形成高温水制热循环。

进一步地，所述高温水制冷循环还包括第二高温水制冷阀门，高温水源、辅助换热器、第一高温水制冷阀门、冷凝器、第二高温水制冷阀门通过管道依次连接形成高温水制冷循环；

所述高温水制热循环还包括第二高温水制热阀门，高温水源、辅助换热器、第一高温水制热阀门、蒸发器、第二高温水制冷阀门通过管道依次连接形成高温水制热循环。

在制热工况下，第一高温水制冷阀门和第二高温水制冷阀门关闭，第一高温水制热阀门和第二高温水制热阀门开启。辅助换热器与冷凝器的连接通路被关闭的第一高温水制冷阀门和第二高温水制冷阀门阻断，从高温水源取出的高温水经过辅助换热器进行第一次换热，然后通过开启的第一高温水制热阀门流向蒸发器进行第二次换热，最后通过开启的第二高温水制热阀门回到高温水源或者排出系统，从而使制冷剂充分换热，提高系统的制热量。

在制冷工况下，第一高温水制热阀门和第二高温水制热阀门关闭，第一高温水制冷阀门和第二高温水制冷阀门开启。辅助换热器与蒸发器的连接通路被关闭的第一高温水制热阀门和第二高温水制热阀门阻断，从高温水源取出的高温水经过辅助换热器，与制冷剂换热后温度下降，然后通过开启的第一高温水制冷阀门流向冷凝器作为冷凝器的冷却水，带走制冷剂的冷凝热，最后通过开启的第二高温水制冷阀门回到高温水源或者排出系统，从而降低冷凝器的工作压力，提高系统制冷能效。

进一步地，所述用户制冷循环和用户制热循环中还包括使用侧循环水泵，用户端、第一用户制冷阀门、蒸发器、第二用户制冷阀门、使用侧循环水泵通过用户管道依次连接形成用户制冷循环；用户端、第一用户制热阀门、冷凝器、第二用户制热阀门、使用侧循环水泵通过用户管道依次连接形成用户制热循环。

在用户制冷循环以及用户制热循环中增加使用侧循环水泵，可以提高用户管道中的水压，保证用户制冷循环和用户制热循环中水的流动，从而为用户端不断地提供冷水或热水。

进一步地，所述用户制冷循环和用户制热循环中还包括使用侧膨胀水箱，用户端、第一用户制冷阀门、蒸发器、第二用户制冷阀门、使用侧膨胀水箱、使用侧循环水泵通过用户管道依次连接形成用户制冷循环；用户端、第一用户制热阀门、冷凝器、第二用户制热阀门、使用侧膨胀水箱、使用侧循环水泵通过用户管道依次连接形成用户制热循环。

在用户制冷循环和用户制热循环中，在水进入用户端之前先通过使用侧膨胀水箱，可以保证用户制冷循环和用户制热循环中的水压力，从而为用户端提供稳定的冷水或热水。

进一步地，所述高温水制冷循环和高温水制热循环中还包括热源侧循环水泵，高温水源、热源侧循环水泵、辅助换热器、第一高温水制冷阀门、冷凝器、第二高温水制冷阀门通过高温水管道依次连接形成高温水制冷循环；高温水源、热源侧循环水泵、辅助换热器、第一高温水制热阀门、蒸发器、第二高温水制冷阀门通过高温水管道依次连接形成高温水制热循环。

在高温水制冷循环和高温水制热循环中，采用热源侧循环水泵从高温水源中抽取高温水，保证源源不断地为高温水制冷循环和高温水制热循环提供高温水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）制热时，制冷剂经过蒸发器和辅助换热器进行换热蒸发，换热面积增大，有利于提高系统的制热量；

（2）制冷时，热源侧的高温水先进入辅助换热器与低温制冷剂换热降温，再进入冷凝器。这样可以降低高温水作为冷凝器冷却水时的温度，降低系统冷凝压力，提高系统制冷能效；

（3）制冷时，制冷剂在蒸发器中换热后，再经过辅助换热器实现过热，提高压缩机的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的高温水源热泵系统制热循环示意图。

图2为本发明实施例的高温水源热泵系统制冷循环示意图。

说明：1.压缩机；2.冷凝器；3.膨胀阀；4.蒸发器；5.辅助换热器；6.热源侧循环水泵；7.使用侧循环水泵；9.使用侧膨胀水箱；81.第一高温水制热阀门；82.第一高温水制冷阀门；83.第一用户制热阀门；84.第一用户制冷阀门；85.第二高温水制冷阀门；86.第二用户制热阀门；87.第二用户制冷阀门；88.第二高温水制热阀门。

图1、图2中实线表示冷媒循环，双点划线表示用户制冷循环、用户制热循环和高温水制冷循环、高温水制热循环，实线箭头表示管道内介质的运行方向。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。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发明的具体含义。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例

如图1、图2所示，一种高温水源热泵系统，包括冷媒循环、用户制冷循环、用户制热循环，压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3、蒸发器4通过冷媒管道依次连接形成冷媒循环，用户端10、蒸发器4通过用户管道相连形成用户制冷循环，用户端10、冷凝器2通过用户管道相连形成用户制热循环，所述冷媒循环还包括辅助换热器5，辅助换热器5连接在蒸发器4和压缩机1之间；所述高温水源热泵系统还包括高温水制冷循环、高温水制热循环，高温水源11、辅助换热器5、冷凝器2通过高温水管道相连形成高温水制冷循环，高温水源11、辅助换热器5、蒸发器4通过高温水管道相连形成高温水制热循环。

高温水源热泵系统包括两个工况：制热工况和制冷工况。制热时提供热水给用户端10，制冷时提供冷水给用户端10。

无论是制热工况和制冷工况，冷媒循环都处于工作状态。从压缩机1中排出高温高压的制冷剂，进入冷凝器2中进行换热后变成低温高压的制冷剂，然后通过膨胀阀3变成低温低压的制冷剂，再进入蒸发器4进行换热变成高温低压的制冷剂，再进入辅助换热器5进行换热，最后返回压缩机1完成一次制冷剂的工作循环。

在制热工况下，用户制冷循环和高温水制冷循环处于非工作状态，用户制热循环和高温水制热循环处于工作状态。

在用户制热循环中，从用户端10排出的水经过冷凝器2，与制冷剂换热后温度升高，再回到用户端10，从而为用户端10输送热水。在高温水制热循环中，从高温水源11取出的高温水进入辅助换热器5，与制冷剂进行第一次换热后温度下降，再进入蒸发器4，与制冷剂进行第二次换热后温度进一步下降，最后回到高温水源11或者排出系统。辅助换热器5可以辅助换热器4的换热工作，提高制冷剂与高温水的换热面积，从而使制冷剂充分换热，充分利用高温水源11的热量。

在制冷工况下，用户制热循环和高温水制热循环处于非工作状态，用户制冷循环和高温水制冷循环处于工作状态。

在用户制冷循环中，从用户端10排出的水经过蒸发器4，与制冷剂换热后温度下降，再回到用户端10，从而为用户端10输送冷水。在高温水制冷循环中，从高温水源11取出的高温水经过辅助换热器5，与制冷剂换热后温度下降，再经过冷凝器2与制冷剂换热后温度上升，最后回到高温水源11或者排出系统。辅助换热器5使高温水源11排出的高温水温度下降，并使其可以作为冷凝器2的冷却水，带走制冷剂的冷凝热。另外，制冷剂在回到压缩机1之前先通过辅助换热器5与高温水源11排出的高温水进行换热，可以实现过热，提高压缩机1的可靠性。

进一步地，所述用户制冷循环还包括第一用户制冷阀门84和第二用户制冷阀门87，用户端10、第一用户制冷阀门84、蒸发器4、第二用户制冷阀门87通过用户管道依次连接形成用户制冷循环；所述用户制热循环还包括第一用户制热阀门83和第二用户制热阀门86，用户端10、第一用户制热阀门83、冷凝器2、第二用户制热阀门86通过用户管道依次连接形成用户制热循环。

用户端10的输出端分别与冷凝器2、蒸发器4通过用户管道连接，在用户端10输出端与冷凝器2连接的用户管道上设有第一用户制热阀门83，在用户端10输出端与蒸发器4连接的用户管道上设有第一用户制冷阀门84；用户端10的输入端分别与冷凝器2、蒸发器4通过用户管道连接，在用户端10输入端与冷凝器2连接的用户管道上设有第二用户制热阀门86，在用户端10输入端与蒸发器4连接的用户管道上设有第二用户制冷阀门87。

在制热工况下，第一用户制冷阀门84和第二用户制冷阀门87关闭，第一用户制热阀门83和第二用户制热阀门86开启。用户端10输出端与蒸发器4的连接通路被关闭的第一用户制冷阀门84阻断，用户端10输入端与蒸发器4的连接通路也被关闭的第二用户制冷阀门87阻断，从用户端10输出端排出的水经开启的第一用户制热阀门83流向冷凝器2，与制冷剂换热后温度升高，再通过开启的第二用户制热阀门86流回用户端10输入端，从而为用户端10输送热水。

在制冷工况下，第一用户制热阀门83和第二用户制热阀门86关闭，第一用户制冷阀门84和第二用户制冷阀门87开启。用户端10输入端与冷凝器2的连接通路被关闭的第一用户制热阀门83阻断，用户端10输出端与冷凝器2的连接通路也被关闭的第二用户制热阀门86阻断，从用户端10输出端排出的水经开启的第一用户制冷阀门84流向蒸发器4，与制冷剂换热后温度下降，再通过开启的第二用户制冷阀门87流回用户端10输入端，从而为用户端10输送冷水。

进一步地，所述高温水制冷循环还包括第一高温水制冷阀门82和第二高温水制冷阀门85，高温水源11、辅助换热器5、第一高温水制冷阀门82、冷凝器2、第二高温水制冷阀门85通过高温水管道依次连接形成高温水制冷循环；所述高温水制热循环还包括第一高温水制热阀门81和第二高温水制热阀门88，高温水源11、辅助换热器5、第一高温水制热阀门81、蒸发器4、第二高温水制冷阀门88通过高温水管道依次连接形成高温水制热循环。

高温水源11的输出端连接辅助换热器5的输入端，辅助换热器5的输出端分别与冷凝器2、蒸发器4通过高温水管道连接，在辅助换热器5输出端与冷凝器2连接的高温水管道上设有第一高温水制冷阀门82，在高温水源11输入端与蒸发器4连接的高温水管道上设有第一高温水制热阀门81；高温水源11的输入端分别与冷凝器2、蒸发器4通过高温水管道连接，在高温水源11输入端与冷凝器2连接的高温水管道上设有第二高温水制冷阀门85，在高温水源11输入端与蒸发器4连接的高温水管道上设有第二高温水制热阀门88。

在制热工况下，第一高温水制冷阀门82和第二高温水制冷阀门85关闭，第一高温水制热阀门81和第二高温水制热阀门88开启。辅助换热器5输出端与冷凝器2的连接通路被关闭的第一高温水制冷阀门82阻断，高温水源11输入端与冷凝器2的连接通路也被关闭的第二高温水制冷阀门85阻断，从高温水源11取出的高温水经过辅助换热器5进行第一次换热，再通过开启的第一高温水制热阀门81流向蒸发器进行第二次换热，然后通过开启的第二高温水制热阀门88流回高温水源11或者排出系统，从而使制冷剂充分换热，提高系统的制热量。

在制冷工况下，第一高温水制热阀门81和第二高温水制热阀门88关闭，第一高温水制冷阀门82和第二高温水制冷阀门85开启。辅助换热器5输出端与蒸发器4的连接通路被关闭的第一高温水制热阀门81阻断，高温水源11输入端与蒸发器4的连接通路也被关闭的第二高温水制热阀门88阻断，从高温水源11取出的高温水经过辅助换热器5进行换热，再通过开启的第一高温水制冷阀门82流向冷凝器作为冷凝器的冷却水，然后通过开启的第二高温水制冷阀门85流回到高温水源11或者排出系统，从而降低冷凝器的工作压力，提高系统制冷能效。

进一步地，所述用户制冷循环和用户制热循环中还包括使用侧循环水泵7，用户端10、第一用户制冷阀门84、蒸发器4、第二用户制冷阀门87、使用侧循环水泵7通过用户管道依次连接形成用户制冷循环；用户端10、第一用户制热阀门83、冷凝器2、第二用户制热阀门86、使用侧循环水泵7通过用户管道依次连接形成用户制热循环。

本实施例中，在连接用户端10输入端与冷凝器2、蒸发器4的用户管道上设置使用侧循环水泵7。在用户制冷循环以及用户制热循环中增加使用侧循环水泵7，可以提高用户管道中的水压，保证用户制冷循环和用户制热循环中水的流动，从而为用户端10不断地提供冷水或热水。

进一步地，所述用户制冷循环和用户制热循环中还包括使用侧膨胀水箱9，用户端10、第一用户制冷阀门84、蒸发器4、第二用户制冷阀门87、使用侧膨胀水箱9、使用侧循环水泵7通过用户管道依次连接形成用户制冷循环；用户端10、第一用户制热阀门83、冷凝器2、第二用户制热阀门86、使用侧膨胀水箱9、使用侧循环水泵7通过用户管道依次连接形成用户制热循环。

本实施例中，在连接用户端10输入端与冷凝器2、蒸发器4的用户管道上设置使用侧膨胀水箱9。在用户制冷循环和用户制热循环中，在水进入用户端10之前先通过使用侧膨胀水箱9，可以保证用户制冷循环和用户制热循环中的水压力，从而为用户端10提供稳定的冷水或热水。

进一步地，所述高温水制冷循环和高温水制热循环中还包括热源侧循环水泵6，高温水源11、热源侧循环水泵6、辅助换热器5、第一高温水制冷阀门82、冷凝器2、第二高温水制冷阀门85通过高温水管道依次连接形成高温水制冷循环；高温水源11、热源侧循环水泵6、辅助换热器5、第一高温水制热阀门81、蒸发器4、第二高温水制冷阀门88通过高温水管道依次连接形成高温水制热循环。

本实施例中，在连接高温水源11输出端与辅助换热器5的高温水管道上设置热源侧循环水泵6，在高温水制冷循环和高温水制热循环中，采用热源侧循环水泵6从高温水源11中抽取高温水，保证源源不断地为高温水制冷循环和高温水制热循环提供高温水。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。