直膨式空調系統的製作方法

2023-10-18 00:30:49 1

本發明涉及空調領域，尤其涉及一種直膨式空調系統。

背景技術：

能源是人類生存和社會發展的物質基礎，不僅是國民經濟發展的動力，而且是衡量國家綜合國力和人民生活水平的重要指標。隨著工業化進程的推進，我國國民經濟和科技得到了突飛猛進的發展，對各類資源的需求和消耗也與日俱增。由此可見，能源與環境問題已成為約束我國工業化進程和經濟社會發展的「瓶頸」問題，提高能源利用效率，實施節能減排政策，是應對嚴峻的能源、環境形勢的需要，也是實現可持續發展的必經之路。

熱泵系統是一種環保高效節能的、能夠給採暖、空調與生活熱水提供能源的系統。根據獲取的能源不同可大致分為土壤源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵、太陽能熱泵等幾大類。現有的熱泵系統普遍採用二次換熱的形式，系統能效相對較低，且整體結構較為複雜，投資和運行成本較高。而現有的直膨式熱泵系統又受限於單一熱源類型的限制，難以適應多種工況下的製冷/制熱需求。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種直膨式空調系統，能夠提高系統能效，並能夠適應多種工況下的製冷/制熱需求。

為實現上述目的，本發明提供了一種直膨式空調系統，包括：具有壓縮機、節流裝置、室外換熱單元和室內換熱單元的製冷劑循環迴路，其中，所述室外換熱單元包括至少兩套採用不同熱源的直膨式熱泵子系統，能夠實現所述直膨式熱泵子系統內流通的製冷劑與熱源之間的直接熱交換。

進一步地，至少兩套所述直膨式熱泵子系統並聯設置在所述製冷劑循環迴路中，並通過閥門實現至少兩套所述直膨式熱泵子系統的獨立工作和聯合協調工作的切換。

進一步地，至少兩套所述直膨式熱泵子系統包括在地埋管中循環製冷劑以實現與土壤直接換熱的地埋管直膨式熱泵子系統和在太陽能集散熱器內直接對循環的製冷劑進行蒸發或冷凝的太陽能直膨式熱泵子系統。

進一步地，所述地埋管直膨式熱泵子系統和所述太陽能直膨式熱泵子系統並聯設置在所述製冷劑循環迴路中，且在所述地埋管直膨式熱泵子系統和所述太陽能直膨式熱泵子系統中均設有控制製冷劑在本子系統內流通的閥門，通過所述閥門的開閉能夠實現所述室外換熱單元的熱源選擇和供能能力的補充。

進一步地，所述室外換熱單元以所述地埋管直膨式熱泵子系統作為主室外換熱單元，以所述太陽能直膨式熱泵子系統作為輔助室外換熱單元。

進一步地，至少兩套所述直膨式熱泵子系統還包括空氣源直膨式熱泵子系統。

進一步地，所述室內換熱單元包括採用製冷劑作為直接加熱熱媒的直接地板輻射採暖系統。

進一步地，所述室內換熱單元還包括實現室內溫度調節的室內換熱器。

進一步地，在所述壓縮機的排氣口的連接管路段上還並聯有熱水單元，通過所述製冷劑循環迴路中的製冷劑對所述熱水單元中的流通水進行加熱。

進一步地，所述壓縮機的排氣口的連接管路段和所述熱水單元所在的並聯管路段中均設有閥門，通過閥門的開閉控制能夠實現製冷劑流向的切換。

進一步地，所述熱水單元包括熱回收換熱器，能夠從製冷劑中吸取熱量，並對在所述熱回收換熱器內的流通水進行加熱。

進一步地，所述熱水單元還包括電輔助加熱器，能夠輔助所述熱回收換熱器對在所述熱回收換熱器內的流通水進行加熱。

進一步地，在所述室外換熱單元和所述室內換熱單元之間還設有高壓儲液罐，能夠根據不同工況下所述製冷劑循環迴路中製冷劑需求量對多餘的製冷劑進行儲存。

進一步地，在所述製冷劑循環迴路中還包括四通閥，能夠實現製冷循環和制熱循環的切換。

進一步地，所述節流裝置設置在所述室外換熱單元和所述室內換熱單元之間，且所述節流裝置包括：至少兩個串聯在所述製冷劑循環迴路中的可開閉節流元件和分別與所述可開閉節流元件並聯設置的單向閥，至少有兩個所述單向閥的流向不同。

進一步地，所述太陽能直膨式熱泵子系統中還包括太陽能光伏電池，用於給所述壓縮機提供電力。

基於上述技術方案，本發明在室外換熱單元採用至少兩套直膨式熱泵子系統，利用直膨式熱泵子系統中流通的製冷劑直接與不同類型的熱源進行熱交換，省去了製冷劑與熱源之間的進行能量傳遞的中間換熱裝置，從而無需設計中心換熱裝置中二次熱媒的相關輸送設備，使得整體結構更為簡化，也減少了輸送過程中的耗能和製冷劑循環過程中的能量損失，進而提高了系統能效，此外通過採用不同熱源的直膨式熱泵子系統作為室外換熱單元能夠適應不同工況的製冷/制熱需求。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明直膨式空調系統的一實施例的原理示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

如圖1所示，為本發明直膨式空調系統的一實施例的原理示意圖。在本實施例中，直膨式空調系統包括具有壓縮機15、節流裝置、室外換熱單元21和室內換熱單元3的製冷劑循環迴路。壓縮機15能夠從排氣口將高溫高壓的製冷劑排出，經過節流裝置、室外換熱單元21和室內換熱單元3等功能元件後返回到壓縮機15的吸氣口，從而形成製冷劑循環迴路。壓縮機15、節流裝置、室外換熱單元21和室內換熱單元3的設置順序並不限於圖1所示的順序，只要能夠實現完整的製冷劑循環迴路即可。除了這幾個功能單元之外，本實施例也可以增加氣液分離器14、高壓儲液罐等功能部件。

在本實施例的直膨式空調系統中，室外換熱單元21可以包括至少兩套採用不同熱源的直膨式熱泵子系統，能夠實現所述直膨式熱泵子系統內流通的製冷劑與熱源之間的直接熱交換。通過採用不同熱源的直膨式熱泵子系統實現室外換熱功能，可以針對於不同的工況進行子系統的選擇和搭配，進而滿足不同工況下的製冷制熱需求。而且，直膨式熱泵子系統中流通的製冷劑能夠直接與不同類型的熱源進行熱交換，省去了製冷劑與熱源之間的進行能量傳遞的中間換熱裝置，從而無需設計中心換熱裝置中二次熱媒的相關輸送設備，使得整體結構更為簡化，也減少了輸送過程中的耗能和製冷劑循環過程中的能量損失，進而提高了系統能效。

對於室外換熱單元來說，至少兩套直膨式熱泵子系統可以根據設計需求選擇在製冷劑循環迴路中的接入方式，例如串聯接入方式、串並聯接入方式等，優選採用並聯接入方式，即至少兩套直膨式熱泵子系統並聯設置在所述製冷劑循環迴路中。這樣，通過閥門就可以方便的實現至少兩套所述直膨式熱泵子系統的獨立工作和聯合協調工作的切換。

圖1實施例示出了兩種直膨式熱泵子系統的實例，包括地埋管直膨式熱泵子系統和太陽能直膨式熱泵子系統。其中，地埋管直膨式熱泵子系統具有埋在土壤中的地埋管，而當直膨式空調系統運行時，製冷劑能夠在地埋管1中循環，並與土壤直接換熱。夏季製冷時，地埋管直膨式熱泵子系統可以作為冷凝器向土壤散熱，而在冬季供暖時，則作為蒸發器從土壤中吸收熱量。通過這種直接換熱方式，省略了中間換熱器及相關換熱循環所需的管路、泵以及閥門，使整體系統結構更為簡單，換熱效率也得到了提高。另一方面，地埋管不容易發生凍結的問題，因此也無需在製冷劑中添加防凍劑。

太陽能直膨式熱泵子系統可具體包括太陽能集散熱器2，太陽能集散熱器2能夠吸收太陽能來實現其內部循環的製冷劑的蒸發或冷凝作用。通過直接換熱的方式，可以使太陽能的轉化效率更高，同時結構也更簡單實用。當太陽能直膨式熱泵子系統與地埋管直膨式熱泵子系統進行配合時，能夠在實現更高系統能效的同時滿足更多工況下的製冷/制熱需求。另外，太陽能直膨式熱泵子系統中還可以進一步包括太陽能光伏電池，用於給所述壓縮機15提供電力，從而實現整個直膨式空調系統低能耗，甚至零能耗運行。

參考圖1，地埋管直膨式熱泵子系統和太陽能直膨式熱泵子系統優選並聯設置在所述製冷劑循環迴路中，且在所述地埋管直膨式熱泵子系統和所述太陽能直膨式熱泵子系統中均設有控制製冷劑在本子系統內流通的閥門20、19，通過所述閥門20、19的開閉能夠實現所述室外換熱單元21的熱源選擇和供能能力的補充。考慮到太陽能受限於天氣狀況，其供熱或散熱的能力不太穩定，而地埋管因此優選室外換熱單元21以地埋管直膨式熱泵子系統作為主室外換熱單元。在確定太陽能直膨式熱泵子系統的供熱或散熱能力滿足工況需求時，可以以太陽能直膨式熱泵子系統作為輔助室外換熱單元來輔助地埋管直膨式熱泵子系統進行供熱或散熱。當需要太陽能直膨式熱泵子系統進行輔助時，通過開啟閥門19即可，而當不需要太陽能直膨式熱泵子系統進行輔助時，則可以關閉閥門19。閥門19、20均可採用電磁閥，以便於控制器進行控制，閥門19、20也可以採用其他形式，例如手動或行程式的閥門。

在另外的實施例中，採用不同熱源的直膨式熱泵子系統的主次並不是確定的，可以根據不同地區的氣候情況或其他因素靈活的進行選擇。例如根據太陽能的集熱成本低廉、受到地質條件的限制較少等優點，也可以作為主室外換熱單元使用。如果包括了地埋管直膨式熱泵子系統和太陽能直膨式熱泵子系統的直膨式空調系統仍然無法滿足工況需求，則可以在至少兩套所述直膨式熱泵子系統中進一步包括空氣源直膨式熱泵子系統，以利用空氣源作為熱源來滿足系統的製冷/制熱需求。

直膨式空調系統在冬季時能夠滿足用戶的採暖需求，而相比於傳統的熱水地板輻射採暖系統，本發明直膨式空調系統中的室內換熱單元3優選包括直接地板輻射採暖系統6，這種直接地板輻射採暖系統6採用製冷劑作為直接加熱熱媒，製冷劑直接冷凝放熱，不需要能量傳遞的中間環節，也無需二次熱媒，相應地也不需要循環泵、風管等輸送系統。在節省了換熱設備的同時，也減少了能量傳遞環節和傳熱熱阻，進而減少了熱媒輸送過程中的熱媒自身的能量損失和傳輸所消耗的能源。除此之外，室內換熱單元3還可以包括實現室內溫度調節的室內換熱器5，該室內換熱器5可以採用圖1所示的全空氣系統，在另一實施例中也可以採用具有風機盤管的空氣-水系統。

參考圖1，在壓縮機15的排氣口的連接管路段上還可並聯設置熱水單元4，利用壓縮機15排出的高溫高壓的製冷劑對所述熱水單元4中的流通水進行加熱。為方便控制，在壓縮機15的排氣口的連接管路段設有閥門21，在熱水單元4所在的並聯管路段中設有閥門22，通過閥門21、22的開閉控制能夠實現製冷劑流向的切換。如果當前沒有制熱水的需求時，可以關閉閥門22，開啟閥門21，使壓縮機15排出的製冷劑直接流向作為冷凝器的室外換熱單元或者室內換熱單元，而如果需要制熱水時，可以關閉閥門21，開啟閥門22，使壓縮機15排出的製冷劑經由熱水單元4後再流向作為冷凝器的室外換熱單元或者室內換熱單元。閥門21、22均可採用電磁閥，以便於控制器進行控制，閥門21、22也可以採用其他形式，例如手動或行程式的閥門。在另一個實施例中，也可以將熱水單元4直接串聯設置在壓縮機15的排氣口的連接管路段上。

熱水單元4包括熱回收換熱器16(即熱水箱)，能夠從流經自身的高溫高壓的製冷劑中吸取熱量，並對在所述熱回收換熱器16內的流通水進行加熱，被加熱的流通水可以提供給用戶使用。當由於太陽能或地埋管的面積受限而無法使熱回收換熱器16滿足制熱水溫的需求時，還可以在熱水單元4中進一步包括電輔助加熱器12，以輔助所述熱回收換熱器16對在所述熱回收換熱器16內的流通水進行加熱。

上述直膨式空調系統的實施例通過不同的製冷劑循環方式可以滿足用戶側的室內換熱單元的製冷需求或者制熱需求，為了在同一套直膨式空調系統中既能夠滿足製冷需求也能夠滿足制熱需求，則可以在製冷劑循環迴路中進一步包括四通閥13，通過四通閥13的切換可以改變製冷劑循環迴路中製冷劑的流向，進而實現製冷循環和制熱循環的切換。相應地，圖1中的節流裝置設置在所述室外換熱單元21和所述室內換熱單元3之間，且所述節流裝置包括：至少兩個串聯在所述製冷劑循環迴路中的可開閉節流元件7，8和分別與所述可開閉節流元件7，8並聯設置的單向閥9，10，至少有兩個所述單向閥9，10的流向不同。當四通閥13切換而改變製冷劑的流向時，通過可開閉節流元件7，8的開閉配合著不同流向的單向閥9，10能夠滿足不同工況的節流要求。可開閉節流元件7，8可採用電子膨漲閥等元件。

在製冷劑循環時可能出現迴路中製冷劑量超過當前工況下的製冷劑需求量的情況，進而優選在室外換熱單元21和室內換熱單元3之間進一步設置高壓儲液罐11，能夠根據不同工況下所述製冷劑循環迴路中製冷劑需求量對多餘的製冷劑進行儲存，而在當前工況下需要更多製冷劑時，可由高壓儲液罐11給循環迴路提供更多量的製冷劑。

針對於圖1所示的直膨式空調系統實施例，其可以支持以下幾種工況運行模式，分別為：

(1)製冷/制熱水模式：四通閥13斷電，可開閉節流元件7關閉，閥門20、22開啟，閥門21關閉。製冷劑經過壓縮機15壓縮後，流經熱回收換熱器16(可製得熱水)、四通閥13進入地埋管1中冷凝，而後依次通過單向閥9、高壓儲液罐11、可開閉節流元件8、用戶端出入口18進入室內換熱單元3，製冷劑在室內換熱單元3與房間直接換熱後，經由用戶端出入口17、四通閥13，再經過氣液分離器14後被壓縮機15的吸氣口吸入，被壓縮機15壓縮後參與下一次循環。該製冷循環不斷重複以維持夏季製冷模式。閥門19是否開啟可取決於太陽能集散熱器2是否有足夠的散熱能力，控制器可根據地埋管入口溫度和太陽能集散熱器表面溫度對閥門19進行控制。

(2)制熱/制熱水模式：四通閥13上電，可開閉節流元件8關閉，閥門19、20、22開啟，閥門21關閉。製冷劑經過壓縮機15壓縮後，流經熱回收換熱器16(可製得熱水)、四通閥13、用戶出入口17進入室內換熱單元3，製冷劑在室內換熱單元3中的直接地板輻射採暖系統6和室內換熱器5中與房間直接換熱，以實現採暖供熱和室內氣溫調節，然後依次通過單向閥10、高壓儲液罐11、可開閉節流元件7進入地埋管1和太陽能集散熱器2，再經過四通閥13和氣液分離器14後被壓縮機15的吸氣口吸入，被壓縮機15壓縮後參與下一次循環。閥門20是否開啟取決於太陽能集散熱器2是否有足夠的供熱能力。當室外溫度很低且無太陽時，由於地埋管全年溫度基本恆定，在制熱同時同樣能滿足熱水需求，而熱水單元4可以關閉或不設置電輔助加熱器。

上述兩種工況運行模式可以共同實現夏季製冷，冬季制熱，全年制熱水的需求，而如果希望製冷或制熱時不制熱水，則可以關閉熱水單元4所在並聯管路段的閥門22，開啟壓縮機12排氣口的連接管路段的閥門21，以使得壓縮機15排出的製冷劑經過連接管路段流向四通閥13，而當希望切換回制熱水的工況運行模式時，則只需將閥門21關閉，閥門22開啟即可。而相應的前述製冷/制熱水模式即為僅製冷模式，而前述的制熱/制熱水模式即為僅制熱模式，製冷劑的具體循環過程均可參考前述兩種工況運行模式，這裡不再贅述。

最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍當中。