CN110595097A - 热泵*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热泵***，包括：换热结构；第一换热器，第一换热器的第一流通口与换热结构的第一端口连通，第一换热器的第二流通口与换热结构的第二端口连通，以使换热结构内的制冷剂流入至第一换热器内并与外界空气进行换热；第一支路，设置在换热结构的第一端口和第一换热器的第一流通口之间，第一换热器通过第一支路与换热结构连通；其中，第一支路上设置有制冷剂泵，以通过制冷剂泵泵送制冷剂。通过本发明提供的技术方案，能够解决现有技术中的热泵***能耗较大的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及热泵装置技术领域，具体而言，涉及一种热泵***。
背景技术
目前，现有技术中的常规空调采用的是压缩机进行机械制冷，对于冬季需要供冷的基站或数据中心而言，采用压缩机机械制冷能耗巨大。对于过度季节而言，由于冷热负荷不大且室外温度适宜，这样的情况下若继续采用耗能的压缩式制冷制热将造成能量消耗较大。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种热泵***，以解决现有技术中的热泵***能耗较大的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种热泵***，包括：换热结构；第一换热器，第一换热器的第一流通口与换热结构的第一端口连通，第一换热器的第二流通口与换热结构的第二端口连通，以使换热结构内的制冷剂流入至第一换热器内并与外界空气进行换热；第一支路，设置在换热结构的第一端口和第一换热器的第一流通口之间，第一换热器通过第一支路与换热结构连通；其中，第一支路上设置有制冷剂泵，以通过制冷剂泵泵送制冷剂。
进一步地，热泵***还包括：第二支路，设置在换热结构的第一端口和第一换热器的第一流通口之间，第二支路与第一支路并联设置，第二支路上设置有节流装置；第三支路，第三支路设置在换热结构的第二端口和第一换热器的第二流通口之间，第三支路与第二支路串联设置，第三支路上设置有压缩机，以通过压缩机对制冷剂进行压缩。
进一步地，热泵***还包括：第二控制阀，设置在第一支路上，以通过第二控制阀控制第一支路的通断状况。
进一步地，热泵***还包括：第三控制阀，设置在第二支路上，以通过第三控制阀控制第二支路的通断状况。
进一步地，热泵***还包括：第四支路，第四支路设置在换热结构的第一端口和第一换热器的第一流通口之间，第四支路与第一支路并联设置，第四支路上设置有第四控制阀，以通过第四控制阀控制第四支路的通断状况。
进一步地，热泵***还包括：第五支路，第五支路的一端与第一换热器的第一连通口连接，第五支路的另一端与第一换热器的第二连通口连接，第五支路上设置有第五控制阀，以通过第五控制阀控制第五支路的通断状况。
进一步地，热泵***还包括：第六支路，设置在换热结构的第二端口和第一换热器的第二流通口之间，第六支路与第三支路并联设置，第六支路上设置有第六控制阀，以通过第六控制阀控制第六支路的通断状况。
进一步地，热泵***还包括：四通阀，设置在第三支路上，四通阀具有第一连通状态和第二连通状态，第三支路具有相对设置的第一连通端口和第二连通端口，当四通阀处于第一连通状态时，第三支路内的制冷剂由第一连通端口流向至第二连通端口；当四通阀处于第二连通状态时，第三支路内的制冷剂由第二连通端口流向至第一连通端口。
进一步地，热泵***还包括：第二换热器，设置在第三支路上，第二换热器用于与水介质进行换热以提供热水。
进一步地，热泵***还包括：出水管，与第二换热器连接，以通过出水管排出热水。
进一步地，热泵***还包括：第一控制阀，设置在第三支路上，以通过第一控制阀控制第三支路的通断状况。
应用本发明的技术方案，通过在第一支路上设置有制冷机泵，通过制冷剂泵能够将换热结构内的制冷剂传送至第一换热器内，不需要通过压缩机对制冷剂进行压缩制冷或制热。因此，通过本发明提供的技术方案，能够解决现有技术中的热泵***能耗较大的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的实施例提供的热泵***的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、换热结构；11、竖直式冷媒管；12、水平式冷媒管；20、第一换热器；30、第一支路；40、制冷剂泵；50、第二支路；60、节流装置；70、第三支路；80、压缩机；90、四通阀；100、第二换热器；110、出水管；120、第一控制阀；130、第二控制阀；140、第三控制阀；150、第四支路；160、第四控制阀；170、第五支路；180、第五控制阀；190、第六支路；200、第六控制阀；210、贮液器；220、气液分离器；230、第七控制阀；240、第八控制阀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种热泵***，该热泵***包括换热结构10、第一换热器20和第一支路30。第一换热器20的第一流通口与换热结构10的第一端口连通，第一换热器20的第二流通口与换热结构10的第二端口连通，以使换热结构10内的制冷剂流入至第一换热器20内并与外界空气进行换热。第一支路30设置在换热结构10的第一端口和第一换热器20的第一流通口之间，第一换热器20通过第一支路30与换热结构10连通。其中，第一支路30上设置有制冷剂泵40，以通过制冷剂泵40泵送制冷剂。
采用本实施例提供的技术方案，通过制冷剂泵40能够便于将制冷剂泵40送至第一换热器20内，第一换热器20可以用于设置在室内，以通过第一换热器20与室内空气进行换热。这样，不需要通过压缩机80对制冷剂进行压缩制冷或制热，因而，能够降低压缩机80的能耗，从而能够解决现有技术中的热泵***的能耗较大的技术问题。具体的，当冬季需要对基站或数据中心进行制冷时，或者过渡季节冷热负荷不大且室外温度适宜的情况下，均可以直接通过制冷机泵的泵送以便于制冷剂的循环，通过制冷剂泵40实现自然传热的方式。
同时，换热结构10的至少部分埋在地下，另外，地源(包括土壤、地下水、地表水)常年能源温度稳定，基本不受大气温度的影响，制冷制热工况稳定，能耗低，效果好。
在本实施例中，热泵***还包括第二支路50和第三支路70，第二支路50设置在换热结构10的第一端口和第一换热器20的第一流通口之间，第二支路50与第一支路30并联设置，第二支路50上设置有节流装置60。第三支路70设置在换热结构10的第二端口和第一换热器20的第二流通口之间，第三支路70与第二支路50串联设置，第三支路70上设置有压缩机80，以通过压缩机80对制冷剂进行压缩。采用这样的设置，在室内外温差较小至不能利用自然能源进行供冷或供热时，切换至常规蒸汽压缩式模式，通过压缩机80压缩制冷剂以实现制冷或制热。
具体的，本实施例中的热泵***还包括第二控制阀130，第二控制阀130设置在第一支路30上，以通过第二控制阀130控制第一支路30的通断状况。采用这样的设置，通过第二控制阀130能够控制制冷剂泵40的工作，以根据实际使用情况选择是否利用制冷剂泵40泵送制冷剂。
在本实施例中，热泵***还包括第三控制阀140，第三控制阀140设置在第二支路50上，以通过第三控制阀140控制第二支路50的通断状况。当需要使用压缩机80进行压缩制冷或制热时，使第二支路50处于连通状态，并使节流装置60正常工作。
具体的，本实施例中的热泵***还包括第四支路150，第四支路150设置在换热结构10的第一端口和第一换热器20的第一流通口之间，第四支路150与第一支路30并联设置，第四支路150上设置有第四控制阀160，以通过第四控制阀160控制第四支路150的通断状况。当室内与地源温差较大时，压缩机80及制冷剂泵40停止工作，第四支路150处于连通状态，以便于使换热结构10内的制冷剂流向第一换热器20。
在本实施例中，热泵***还包括第五支路170，第五支路170的一端与第一换热器20的第一连通口连接，第五支路170的另一端与第一换热器20的第二连通口连接，第五支路170上设置有第五控制阀180，以通过第五控制阀180控制第五支路170的通断状况。采用这样的设置，第五支路170处于连通状态时，第一换热器20处于非工作状态；当第五支路170处于断开状态时，第一换热器20可以处于正常工作状态。
具体的，本实施例中的热泵***还包括第六支路190，第六支路190设置在换热结构10的第二端口和第一换热器20的第二流通口之间，第六支路190与第三支路70并联设置，第六支路190上设置有第六控制阀200，以通过第六控制阀200控制第六支路190的通断状况。采用这样的设置，当需要使用压缩机80时，第三支路70处于连通状态，第六支路190处于断开状态；当不需要使用压缩机80时，第六支路190处于断块状态，第三支路70处于连通状态，以便于使压缩机80进行正常工作。
在本实施例中，热泵***还包括四通阀90，四通阀90设置在第三支路70上，四通阀90具有第一连通状态和第二连通状态，第三支路70具有相对设置的第一连通端口和第二连通端口，当四通阀90处于第一连通状态时，第三支路70内的制冷剂由第一连通端口流向至第二连通端口。当四通阀90处于第二连通状态时，第三支路70内的制冷剂由第二连通端口流向至第一连通端口。具体的，当四通阀90处于第一连通状态时，压缩机80处于制冷模式；当四通阀90处于第二连通状态时，压缩机80处于制热模式。
具体的，本实施例中的热泵***还包括第二换热器100，第二换热器100设置在第三支路70上，第二换热器100用于与水介质进行换热以提供热水。采用这样的设置，能够便于向室内提供热水。具体的，本实施例中的第二换热器100为冷媒-水换热装置。
具体的，本实施例中的热泵***还包括出水管110，出水管110与第二换热器100连接，以通过出水管110排出热水。采用这样的设置，能够进一步提高装置的便捷性。
具体的，本实施例中的热泵***还包括第一控制阀120，第一控制阀120设置在第三支路70上，以通过第一控制阀120控制第三支路70的通断状况。采用这样的设置，能够便于控制第三支路70的通断情况，以便于控制是否通过压缩机80进行压缩制冷或制热。
在本实施例中，热泵***为直膨式地源热泵结构。通过采用直膨式地源热泵，可以将地源热泵机组内的制冷剂铜管环路直接埋入地下，并使铜管环路与地源直接进行热交换。与传统地源热泵相比，直膨式地源热泵耗功率低，能效比高，***简单，安装方便，初投资降低，埋管所需土地面积和其他铺设面积减少。优选的，本实施例中的换热结构10可以为水平式冷媒管12或竖直式冷媒管11，可以根据实际的使用情况选择采用水平式换热管、竖直式换热管，以便于更好地与地源进行换热。
采用本实施例提供的热泵***，实现制冷供暖制热水的功能原理如图1所示，功能实现如下：
一、当室内与地源温差较大时，压缩机80及工质泵停机，***切换至主动热管工作模式，即关闭第一控制阀120、第二控制阀130、第三控制阀140、第七控制阀230、第八控制阀240、第五控制阀180，打开第六控制阀200、第四控制阀160。有如下模式：
模式1：冬季制冷(基站或数据中心场合)或夏季制热(场合少)
制冷或制热模式：制冷剂经过换热结构10(室外换热器)，可以是水平式冷媒管12或竖直式冷媒管11，制冷剂铜管直接与地源换热后，流经贮液器210、第四控制阀160，进入第一换热器20(室内换热器)与室内进行热交换，通过第六控制阀200，流回换热结构10，依次循环。
二、当室内外温差较小时，开启工质泵(制冷剂泵40)，***切换至被动热管工作模式，即关闭第一控制阀120、第三控制阀140、第四控制阀160、第七控制阀230、第五控制阀180，打开第六控制阀200、第二控制阀130、第八控制阀240。有如下模式：
模式1：被动热管工作模式(比如过渡季节)
制冷或制热模式：制冷剂经过换热结构10(室外换热器)，换热结构10可以是水平式换热管或竖直式换热管，制冷剂铜管直接与地源换热后，流经贮液器210、第二控制阀130、制冷剂泵40、第八控制阀240，进入室内换热器(第一换热器20)与室内进行热交换，通过第六控制阀200，流回室外换热器，依次循环。
三、当室内外温差减少至不能利用自然能源供冷供热时，切换至常规蒸汽压缩式模式，即关闭第六控制阀200、第二控制阀130、第四控制阀160、第八控制阀240，打开第一控制阀120、第三控制阀140、第七控制阀230。单独制热水时第五控制阀180打开，其余时间都关闭。有如下几种模式：
模式1、制冷(常规蒸汽压缩式)
制冷模式：四通阀90内通道实线段管道流通，虚线段管道关闭。制冷剂经过压缩机80压缩后，流经四通阀90进室外换热器可以是水平式或竖直式，制冷剂铜管(换热结构10包括制冷剂铜管)直接与地源换热冷凝后依次通过贮液罐、第三控制阀140、节流装置60进入室内换热器(第一换热器20)进行热交换给室内制冷，流经四通阀90经过气液分离器220后被压缩机80的吸气口吸入，被压缩机80压缩后参与下一次循环。
模式2、制冷+热水(常规蒸汽压缩式)
模式2：四通阀90内通道实线段管道流通，虚线段管道关闭。制冷剂经过压缩机80压缩后，流经冷媒-水换热装置进行热回收(接通热水接口接热水箱供生活热水，热水***回水进冷媒-水换热装置循环加热)，流经四通阀90进室外换热器可以是水平式或竖直式，制冷剂铜管直接与地源换热冷凝后依次通过贮液器210、第三控制阀140、节流装置60进入室内换热器进行热交换给室内制冷，流经四通阀90经过气液分离器220后被压缩机80的吸气口吸入，被压缩机80压缩后参与下一次循环。
模式3、制热(常规蒸汽压缩式)
制热模式：四通阀90内通道虚线段管道流通，实线段管道关闭。制冷剂经过压缩机80压缩后，流经四通阀90进入室内换热器冷凝后制热为用户供暖，然后通过节流装置60、第六控制阀200、贮液器210进入室外换热器可以是水平式或竖直式，制冷剂铜管直接与地源换热后流经四通阀90经过气液分离器220后被压缩机80的吸气口吸入，被压缩机80压缩后参与下一次循环。
模式4、制热+热水(常规蒸汽压缩式)
模式4：四通阀90内通道虚线段管道流通，实线段管道关闭。制冷剂经过压缩机80压缩后，流经冷媒-水换热装置(接通热水接口接热水箱供生活热水，热水***回水进冷媒-水换热装置循环加热)，流经四通阀90，进入用户侧换热器冷凝后制热为用户供暖，然后通过节流元件、第六控制阀200、贮液器210进入室外换热器可以是水平式或竖直式，制冷剂铜管直接与地源换热后流经四通阀90经过气液分离器220后被压缩机80的吸气口吸入，被压缩机80压缩后参与下一次循环。
模式5、热水(常规蒸汽压缩式)
仅制热水模式：室外机开启四通阀90内通道虚线段管道流通，实线段管道关闭。制冷剂经过压缩机80压缩后，流经冷媒-水换热装置(接通热水接口接热水箱供生活热水，热水***回水进冷媒-水换热装置循环加热)，通过四通阀90，第五控制阀180后进入节流装置60、第六控制阀200、贮液器210进入室外换热器可以是水平式或竖直式，制冷剂铜管直接与地源换热后流经四通阀90经过气液分离器220后被压缩机80的吸气口吸入，被压缩机80压缩后参与下一次循环。
本实施例中的直膨式地源热泵的地源可以是土壤源、地下水或者地表水。地源侧冷媒管布置方式可以是水平式、竖直式。热水接口可以接热水箱工生活热水，同时也可以接常规地暖或辐射板等走水的供暖末端。室内机换热器可以是风机盘管、天井式室内机、单面天井式室内机、壁挂式室内机、无水地暖、无水暖气片等。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、本发明实施例采用了制冷剂泵，解决过度季节制冷制热可以实现自然传热的过程，无需耗费压缩机做功的电耗，起到了节能的作用；另外对于冬季需要大量冷负荷的基站机房或数据中心，采用压缩机机械式制冷耗能巨大，采用制冷剂泵实现热管原理的自然传热节省能耗。制冷剂泵循环利用了自然冷源，无需启动压缩机，使压缩机工作时间缩短了近1/3以上，大大延长了压缩机的使用寿命。
2、直膨式地源热泵不需要使用中间换热器和中间换热工质，而是将地源热泵机组内的制冷剂铜管环路直接埋入地下，通过制冷剂铜管与地源比如地下水、土壤或地表水直接进行热交换。与传统地源热泵相比，直膨式地源热泵耗功率低，能效比高，***简单，安装方便，，初投资降低，埋管所需土地面积减少。冷媒直接与地源换热，减少二次换热带来的能耗，提高能效10％左右。
3、可以实现1户1套设备解决制冷供暖和热水的需求，只需一个室外装置解决用户制冷、供暖及供热水。
4、***无需添加防冻液，减少了维护工作量，机房无水患忧虑，大大提高了机房的安全可靠性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种热泵***，其特征在于，包括：
换热结构(10)，所述换热结构(10)的至少部分埋设在地下；
第一换热器(20)，所述第一换热器(20)的第一流通口与所述换热结构(10)的第一端口连通，所述第一换热器(20)的第二流通口与所述换热结构(10)的第二端口连通，以使所述换热结构(10)内的制冷剂流入至所述第一换热器(20)内并与外界空气进行换热；
第一支路(30)，设置在所述换热结构(10)的第一端口和所述第一换热器(20)的第一流通口之间，所述第一换热器(20)通过所述第一支路(30)与所述换热结构(10)连通；
其中，所述第一支路(30)上设置有制冷剂泵(40)，以通过所述制冷剂泵(40)泵送所述制冷剂。
2.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括：
第二支路(50)，设置在所述换热结构(10)的第一端口和所述第一换热器(20)的第一流通口之间，所述第二支路(50)与所述第一支路(30)并联设置，所述第二支路(50)上设置有节流装置(60)；
第三支路(70)，所述第三支路(70)设置在所述换热结构(10)的第二端口和所述第一换热器(20)的第二流通口之间，所述第三支路(70)与所述第二支路(50)串联设置，所述第三支路(70)上设置有压缩机(80)，以通过所述压缩机(80)对所述制冷剂进行压缩。
3.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括：
第二控制阀(130)，设置在所述第一支路(30)上，以通过所述第二控制阀(130)控制所述第一支路(30)的通断状况。
4.根据权利要求2所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括：
第三控制阀(140)，设置在所述第二支路(50)上，以通过所述第三控制阀(140)控制所述第二支路(50)的通断状况。
5.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括：
第四支路(150)，所述第四支路(150)设置在所述换热结构(10)的第一端口和所述第一换热器(20)的第一流通口之间，所述第四支路(150)与所述第一支路(30)并联设置，所述第四支路(150)上设置有第四控制阀(160)，以通过所述第四控制阀(160)控制所述第四支路(150)的通断状况。
6.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括：
第五支路(170)，所述第五支路(170)的一端与所述第一换热器(20)的第一连通口连接，所述第五支路(170)的另一端与所述第一换热器(20)的第二连通口连接，所述第五支路(170)上设置有第五控制阀(180)，以通过所述第五控制阀(180)控制所述第五支路(170)的通断状况。
7.根据权利要求2所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括：
第六支路(190)，设置在所述换热结构(10)的第二端口和所述第一换热器(20)的第二流通口之间，所述第六支路(190)与所述第三支路(70)并联设置，所述第六支路(190)上设置有第六控制阀(200)，以通过所述第六控制阀(200)控制所述第六支路(190)的通断状况。
8.根据权利要求2所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括：
四通阀(90)，设置在所述第三支路(70)上，所述四通阀(90)具有第一连通状态和第二连通状态，所述第三支路(70)具有相对设置的第一连通端口和第二连通端口，当所述四通阀(90)处于所述第一连通状态时，所述第三支路(70)内的制冷剂由所述第一连通端口流向至第二连通端口；当所述四通阀(90)处于所述第二连通状态时，所述第三支路(70)内的制冷剂由所述第二连通端口流向至所述第一连通端口。
9.根据权利要求2所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括：
第二换热器(100)，设置在所述第三支路(70)上，所述第二换热器(100)用于与水介质进行换热以提供热水。
10.根据权利要求9所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括：
出水管(110)，与所述第二换热器(100)连接，以通过所述出水管(110)排出热水。
11.根据权利要求2所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括：
第一控制阀(120)，设置在第三支路(70)上，以通过所述第一控制阀(120)控制所述第三支路(70)的通断状况。
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