適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組的製作方法
2023-08-07 15:47:16
專利名稱：適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於熱泵供熱空調技術領域，特別是涉及一種適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組，適用於寒冷地區冬季供熱需求量較大的民用建築、賓館、辦公建築等。
背景技術：
目前，以太陽能、環境空氣熱能、淺層土壤熱能作為低溫熱源的熱泵空調系統被逐漸應用於寒冷地區的民用建築供熱領域，然而以單一熱源為熱泵機組的低溫熱源在寒冷地區進行空調供暖時，往往存在各種問題。如空氣源熱泵機組在溫度過低時，室外的換熱器表面會結霜，導致壓縮機容積效率下降，制熱量下降，有時甚至無法啟動，現有的空氣源熱泵機組通常採用電輔熱的方式保障供暖效果，機組綜合運行性能下降。而以淺層土壤作為熱泵熱源的地源熱泵系統在嚴寒地區應用時，由於夏季向土壤的排熱量遠小於冬季對土壤的取熱量，造成換熱器周圍土壤溫度逐年降低，降低了地源熱泵系統的運行性能和可靠性。由於太陽能具有低能流密度、間歇性和不穩定性的特點，以太陽能為熱源的熱泵系統往往需要較大的集熱器面積，同時需要輔助熱源，雖然系統節能性較好，但系統複雜，初期投資較高，經濟性差。為了克服單一自然能源熱泵系統存在的問題，將多種自然能源綜合互補利用是良好的解決方案，然而現有的採用多種自然能源的系統相對複雜，初期投資較高。
實用新型內容針對現有技術存在的問題，本實用新型提供一種適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組，該熱泵機組實現了太陽能、環境空氣熱能、淺層土壤熱能交替利用，並且結構緊湊，便於安裝，運行控制靈活。為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案，一種蓄熱型多熱源熱泵機組，包括壓縮機、用戶側換熱器、貯液器、乾燥過濾器、節流裝置、土壤側換熱器、氣液分離器及與土壤側換熱器並聯的翅片管換熱器；所述壓縮機的出口與用戶側換熱器的一端相連接，用戶側換熱器的另一端經貯液器與乾燥過濾器的一端相連接，乾燥過濾器的另一端與節流裝置的入口相連接；節流裝置的出口依次通過第三閥門、第一閥門與土壤側換熱器的低埠相連接，土壤側換熱器的高埠經氣液分離器與壓縮機的入口相連接；在所述土壤側換熱器和第一閥門的串聯支路的兩端並聯有翅片管換熱器支路，所述翅片管換熱器支路由單向閥、翅片管換熱器及第二閥門組成；所述翅片管換熱器的低埠經第二閥門連接於第一閥門與第三閥門之間，翅片管換熱器的高埠與單向閥的入口相連接，單向閥的出口連接於土壤側換熱器與氣液分離器之間，所述土壤側換熱器安裝位置高於翅片管換熱器。所述用戶側換熱器為風冷換熱器或水冷換熱器。所述土壤側換熱器為水冷換熱器。所述翅片管換熱器為風冷換熱器。所述翅片管換熱器的翅片表面塗有太陽能選擇性吸收材料的塗層。所述第一閥門、第二閥門和第三閥門採用電動式、電磁式或手動閥。[0010]所述節流裝置採用電子膨脹閥、孔板、毛細管、浮球閥或是其組合。本實用新型設置有三種供熱模式及一種蓄熱模式:太陽能-空氣源-地源熱泵供熱模式、太陽能-空氣源熱泵供熱模式、地源熱泵供熱模式及分離式熱管蓄熱模式；運行所述太陽能-空氣源-地源熱泵供熱模式時，土壤側換熱器、用戶側換熱器及翅片管換熱器工作；運行所述太陽能-空氣源熱泵供熱模式時，用戶側換熱器及翅片管換熱器工作；運行所述地源熱泵供熱模式時，用戶側換熱器及土壤側換熱器工作；運行所述分離式熱管蓄熱模式時，翅片管換熱器及土壤側換熱器工作。本實用新型的有益效果:1、本實用新型實現了多種熱源互補利用，既有效利用了自然能源，又減少了對外界環境的影響；通過翅片管換熱器與土壤側換熱器並聯，實現了多種能源的交替使用，減少了從土壤中的取熱量，有助於實現換熱器周圍土壤的熱平衡，多種循環共用壓縮機、用戶側換熱器、節流裝置，使得熱泵機組結構更加簡單、緊湊；2、本實用新型通過分離式熱管蓄熱模式，將夏季空氣中的熱量蓄存於土壤中，提高了土壤溫度和熱泵機組冬季制熱效果，進一步緩解了冬季取熱、排熱的不平衡問題；3、本實用新型在翅片管換熱器的翅片表面塗有選擇性吸收材料的塗層，提高了翅片管換熱器的工作溫度及換熱量，實現了空氣熱能與太陽能兩種自然能源的綜合利用，既提高了供暖期熱泵系統的供暖性能，同時提高了非供暖期分離式熱管的蓄熱性能。
圖1為本實用新型的適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組的結構示意圖；圖2為去除土壤側換熱器和第一閥門後的本實用新型的結構示意圖；圖3為去除翅片管換熱器支路後的本實用新型的結構示意圖；圖4為翅片管換熱器支路、土壤側換熱器和第一閥門連接的結構示意圖；圖中，I一壓縮機，2—用戶側換熱器，3—貯液器，4一乾燥過濾器，5—節流裝置，6—第三閥門，7—土壤側換熱器，8—氣液分離器，9一翅片管換熱器，10—第一閥門，11一第二閥門，12—單向閥。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。如圖1所示，一種適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組，包括壓縮機1，用戶側換熱器2、貯液器3、乾燥過濾器4、節流裝置5、土壤側換熱器7、氣液分離器8、及與土壤側換熱器7並聯的翅片管換熱器9 ;壓縮機I的出口與用戶側換熱器2的一端相連接，用戶側換熱器2的另一端與貯液器3的一端相連接，貯液器3的另一端與乾燥過濾器4的一端相連接，乾燥過濾器4的另一端與節流裝置5的入口相連接；節流裝置5的出口依次通過第三閥門
6、第一閥門10與土壤側換熱器7的低埠相連接，土壤側換熱器7的高埠與氣液分離器8的一端相連接；氣液分離器8的另一端與壓縮機I的入口相連接；在所述土壤側換熱器7和第一閥門10的串聯支路的兩端並聯有翅片管換熱器9支路，所述翅片管換熱器9支路由單向閥12、翅片管換熱器9及第二閥門11組成；所述翅片管換熱器9的低埠經第二閥門11連接於第一閥門10與第三閥門6之間，翅片管換熱器9的高埠與單向閥12的入口相連接，單向閥12的出口連接於土壤側換熱器7與氣液分離器8之間，所述土壤側換熱器7安裝位置高於翅片管換熱器9。所述用戶側換熱器2為風冷換熱器或者水冷換熱器。所述土壤側換熱器7為水冷換熱器。所述翅片管換熱器9為風冷換熱器。所述翅片管換熱器9的翅片表面塗有太陽能選擇性吸收材料的塗層。所述第一閥門10、第二閥門11和第三閥門6採用電動式、電磁式或手動閥。所述節流裝置5採用電子膨脹閥、孔板、毛細管、浮球閥或是其組合。本實用新型設置有三種供熱模式及一種蓄熱模式:太陽能-空氣源-地源熱泵供熱模式、太陽能-空氣源熱泵供熱模式、地源熱泵供熱模式及分離式熱管蓄熱模式；運行所述太陽能-空氣源-地源熱泵供熱模式時，用戶側換熱器2、土壤側換熱器7及翅片管換熱器9工作；運行所述太陽能-空氣源熱泵供熱模式時，用戶側換熱器2及翅片管換熱器9工作；運行所述地源熱泵供熱模式時，用戶側換熱器2及土壤側換熱器7工作；運行所述分離式熱管蓄熱模式時，土壤側換熱器7及翅片管換熱器9工作。
以下結合附圖說明本實用新型的使用過程:如圖1所示，當室外溫度高於系統的設定值一，例如-10°C，且室內溫度低於系統的設定值二，例如18°C，同時開啟第三閥門6、第二閥門11、第一閥門10，運行太陽能-空氣源-地源熱泵供熱模式；從本實用新型的壓縮機I出來的高溫高壓製冷劑通過連接管進入到室內用戶側換熱器2，在室內用戶側換熱器2中放熱後，製冷劑冷凝後依次經過貯液器3、乾燥過濾器4進入節流裝置5，此時第三閥門6、第二閥門11、第一閥門10均為開啟狀態，製冷劑在節流裝置5中降壓節流後經過第三閥門6分為兩路，一路低溫低壓製冷劑經過第二閥門11通過連接管進入翅片管換熱器9吸收太陽能和空氣中的熱量，另一路低溫低壓製冷劑經過第一閥門10通過連接管進入土壤側換熱器7吸收土壤中的熱量，製冷劑分別在兩個並聯的換熱器中吸熱氣化，翅片管換熱器9中流出的製冷劑經過單向閥12之後與土壤側換熱器7中流出的製冷劑匯合，一同進入氣液分離器8，再經過連接管流入壓縮機I，實現太陽能-空氣源-地源熱泵供熱模式。在翅片管換熱器9出口處安裝單向閥12，可防止土壤側換熱器7中的製冷劑流入翅片管換熱器9。如圖2所示，當室外溫度高於系統的設定值一，例如-10°C，且室內溫度高於系統的設定值二，例如18°C，開啟第三閥門6、第二閥門11，關閉第一閥門10，運行太陽能-空氣源熱泵供熱模式；從本實用新型的壓縮機I出來的高溫高壓製冷劑通過連接管進入到室內用戶側換熱器2，在室內用戶側換熱器2中放熱後，製冷劑冷凝後依次經過貯液器3、乾燥過濾器4進入節流裝置5，降壓節流後的製冷劑經過第三閥門6、第二閥門11通過連接管進入翅片管換熱器9吸收太陽能和空氣中的熱量，吸熱氣化後的製冷劑依次經過單向閥12、氣液分離器8流入壓縮機1，實現太陽能-空氣源熱泵供熱模式，此模式適用於熱負荷較小的情況，此時單獨使用翅片管換熱器9提供的熱量就能滿足室內的供熱。如圖3所示，當室外溫度低於系統的設定值一，例如-10°C，開啟第一閥門10、第三閥門6，關閉第二閥門11，運行地源熱泵供熱模式；從節流裝置5中流出的製冷劑經過第三閥門6、第一閥門10通過連接管進入土壤側換熱器7吸收土壤中的熱量，製冷劑吸熱氣化後經氣液分離器8流入壓縮機I中，實現地源熱泵供熱模式，適用於室外溫度較低、熱負荷較大的情況。此時，單獨使用土壤側換熱器7提供的熱量可以滿足室內的供熱。如圖4所示，在非供暖季，當室外溫度與土壤側換熱器7周圍土壤溫度差高於系統設定值三時，例如10°c，開啟第二閥門11、第一閥門10，關閉第三閥門6，運行分離式熱管蓄熱模式；製冷劑在翅片管換熱器9中吸收太陽能和空氣中的熱量，氣化後的製冷劑向上流至位置高於它的土壤側換熱器7，在土壤側換熱器7中冷凝放熱，將熱量貯存至土壤中，冷凝後的製冷劑由於重力原因流入低處的翅片管換熱器9中，實現了在夏季利用分離式熱管的原理將太陽能和空氣中的熱量一同排至土壤中的蓄熱模式。貯液器3是用來貯存液體製冷劑的容器，安裝在本實用新型中供熱模式時為冷凝器的用戶側換熱器2出口處，用來貯存用戶側換熱器2排出的高壓製冷劑；當熱負荷增大或減小時，供給在供熱模式時為蒸發器的土壤側換熱器7的製冷劑流量就相應的增多或減少，以滿足設備調節變化的需要。還可防止在用戶側換熱器2中存有過多的製冷劑，以保證用戶側換熱器2的有效換熱面積。在製冷設備大修時，還可將製冷系統中的製冷劑收貯在貯液器3中，以備再用。乾燥過濾器4用來過濾設備中殘留的雜質和製冷劑中的雜質，並吸收製冷劑中的水分，防止產生冰堵、髒堵現象。本實施例中，製冷劑可採用R22、R134a等；太陽能選擇性吸收材料的塗層可採用
黑鎮、黑絡等。
權利要求1.一種適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組，其特徵在於包括壓縮機、用戶側換熱器、貯液器、乾燥過濾器、節流裝置、土壤側換熱器、氣液分離器及與土壤側換熱器並聯的翅片管換熱器；所述壓縮機的出口與用戶側換熱器的一端相連接，用戶側換熱器的另一端經貯液器與乾燥過濾器的一端相連接，乾燥過濾器的另一端與節流裝置的入口相連接；節流裝置的出口依次通過第三閥門、第一閥門與土壤側換熱器的低埠相連接，土壤側換熱器的高埠經氣液分離器與壓縮機的入口相連接；在所述土壤側換熱器和第一閥門的串聯支路的兩端並聯有翅片管換熱器支路，所述翅片管換熱器支路由單向閥、翅片管換熱器及第二閥門組成；所述翅片管換熱器的低埠經第二閥門連接於第一閥門與第三閥門之間，翅片管換熱器的高埠與單向閥的入口相連接，單向閥的出口連接於土壤側換熱器與氣液分離器之間，所述土壤側換熱器安裝位置高於翅片管換熱器。
2.根據權利要求1所述的適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組，其特徵在於所述用戶側換熱器為風冷換熱器或水冷換熱器。
3.根據權利要求1所述的適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組，其特徵在於所述土壤側換熱器為水冷換熱器。
4.根據權利要求1所述的適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組，其特徵在於所述翅片管換熱器為風冷換熱器。
5.根據權利要求1所述的適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組，其特徵在於所述翅片管換熱器的翅片表面塗有太陽能選擇性吸收材料的塗層。
6.根據權利要求1所述的適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組，其特徵在於所述第一閥門、第二閥門和第三閥門採用電動式、電磁式或手動閥。
7.根據權利要求1所述的適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組，其特徵在於所述節流裝置採用電子膨脹閥、孔板、毛細管、浮球閥或是其組合。
8.權利要求1所述的適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組，其特徵在於設置有三種供熱模式及一種蓄熱模式:太陽能-空氣源-地源熱泵供熱模式、太陽能-空氣源熱泵供熱模式、地源熱泵供熱模式及分離式熱管蓄熱模式；運行所述太陽能-空氣源-地源熱泵供熱模式時，土壤側換熱器、用戶側換熱器及翅片管換熱器工作；運行所述太陽能-空氣源熱泵供熱模式時，用戶側換熱器及翅片管換熱器工作；運行所述地源熱泵供熱模式時，用戶側換熱器及土壤側換熱器工作；運行所述分離式熱管蓄熱模式時，翅片管換熱器及土壤側換熱器工作。
專利摘要適用於寒冷地區的多熱源熱泵機組，屬於熱泵供熱空調技術領域。本實用新型實現了太陽能、環境空氣熱能、淺層土壤熱能交替利用。本實用新型包括壓縮機、用戶側換熱器、貯液器、乾燥過濾器、節流裝置、土壤側換熱器、氣液分離器及與土壤側換熱器並聯的翅片管換熱器；壓縮機與用戶側換熱器相連接，用戶側換熱器經貯液器與乾燥過濾器相連接，乾燥過濾器與節流裝置相連接，節流裝置依次通過第三閥門、第一閥門與土壤側換熱器相連接，土壤側換熱器經氣液分離器與壓縮機相連接；在土壤側換熱器和第一閥門的串聯支路的兩端並聯有翅片管換熱器支路，翅片管換熱器支路由單向閥、翅片管換熱器及第二閥門組成，本實用新型設置有三種供熱模式及一種蓄熱模式。
文檔編號F25B27/00GK203024489SQ201220734040
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者韓宗偉, 王一茹, 楊軍, 孟欣, 丁慧婷, 趙晶 申請人:東北大學