本发明公开了一种高效空气能水源热泵一体化 机组， 属于空气源热泵、 水源热泵系统应用领域。

背景技术

目前能源问题已经成为全球经济发展面临的主 要制约。 随着经济的发展 和人们生活水平的提高， 建筑能耗己经占全社会总能耗的 30%以上， 并且还 在以较快的速度增长。 建筑能耗中空调夏季制冷、 冬季采暖的能耗所占的比 重最大， 空调技术的不断创新将对节能减排具有重大意 义。

太阳能具有间歇性和不稳定性等特点， 这些特性使太阳能的大规模直接 应用受到很大制约。

空气源 （风冷） 热泵虽然具有使用灵活， 能够制冷、 制热的优点， 但空 气源热泵不仅在夏季制冷 COP (制冷性能系数）不高， 而且在冬季制热时存 在除霜问题， 而其除霜方式的好坏严重影响着空气源热泵的 制热性能、 安全 可靠性和寿命。

由于冬季室外空气温度随地域气候差异变化很 大， 导致空气源 （风冷） 热泵在使用过程中存在以下问题：

1. 在寒冷地区， 冬季室外空气温度很低。 随着室外空气温度的下降， 风 冷热泵机组的 COP值将明显下降，当室外温度降至一定限度时 （通常为 -5 〜 -10°C， 少数设备可达 -15°C )， 机组将难以启动， 无法正常使用。

2. 即使冬季室外气温在 -5 〜0°C， 热泵可以启动， 但由于此时室外换热 器盘管表面温度在 0°C以下， 换热器表面会使空气中水蒸气在盘管表面凝露 结霜。 换热器表面霜层厚度增加， 不仅增大管壁附加热阻减小换热器的传热 系数， 降低传热效率， 而且使盘管的空气流道变窄， 妨碍对流， 增加空气流 动阻力， 造成风机功率增加。

3. 在结霜情况下， 风冷热泵机组一般采用电加热或逆循环进行融 霜方 式，这两种融霜方法前者耗电量大，后者融霜 时风冷热泵不仅不向室内供热， 相反还从室内提取融霜热量， 造成 6〜12%的供热量损失。

水源热泵则利用土壤、地下水、地表水等作为 低位冷热源进行供冷供热。 实际情况下， 不同地区的地质条件、 水资源利用的成本差异相当大， 因此， 地质条件、 以及是否有合适的水源成为水源热泵应用的一 个关键。

传统的空调方 ^：虽可达到一般情况下的制冷、 制热要求， 但空调机房占 地面积大、 初投资高、 运行费用高、 安装复杂、 工程量大、 专业性强、 施工 烦琐、 管理维护麻烦， 不利于大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供 一种结构简单、 体积小、 能效比高、 成本较低、 安装、 施工容易、 运行经济、 维护方便的高效空气能 水源热泵一体化机组， 充分利用换热塔的换热热量以便最大限度降低 空调运 行能耗。

本发明是采用下述技术方案实现的： 高效空气能水源热泵一体化机组， 包括压缩机、 第一换热器、 第二换热器、 换热塔、 水泵、 膨胀阔、 换向阀、， 所述第一换热器安装在所述换热塔内； 所述压缩机的出口通过所述换向阀与 所述第一换热器的入口连接， 所述第一换热器的出口分为两路， 一路通过一 个单向阔与所述膨胀阀的入口连接， 另一路通过一个单向阀与所述膨胀阀的 入出口连接； 所述膨胀阀的出口通过单向阀与所述第二换热 器的入口连接， 第二换热器的入口还通过一个单向阀与所述膨 胀阀的入口连接； 所述第二换 热器的出口通过所述换向阀与所述压缩机的入 口连接， 所述换热塔上安装有 提供冷却介质循环动力的水泵。

本发明中， 所述第一换热器的出口与所述膨胀阔的入口之 间还连接有储 液器、 干燥过滤器、 视镜。

本发明中， 所述第二换热器的入口与所述膨胀阔的入口之 间还连接有储 液器、 干燥器、 视镜。

本发明中， 所述压缩机与所述第一换热器出口与第二换热 器入口之间还 连接有用于吸收压缩机的压缩热和冷却润滑油 的喷液膨胀阀。

本发明中， 所述压縮机为活塞式、 螺杆式、 涡旋式、 离心式中的一种。 本发明中， 所述换向阀为四通换向阀。

本发明中， 所述换向阀与所述压缩机入口之间连接有气液 分离器。 本发明中， 所述换热塔中换热介质为水或水溶液中的一种 ， 且该换热介 质直接喷淋于第一换热器表面。

本发明中， 所述换热塔的水溶液换热介质选自具有较低的 表面蒸汽压、 较高的溶解度、 低粘度， 高沸点， 溶液性质稳定， 低挥发性、 低腐蚀性， 无 毒性， 溶质价格低廉， 容易获得的溶液， 包括： 添加了碘化锂溶液， 硝酸锂 溶液， 溴化锌抑止结晶的尿素溶液、 氯化锂溶液、 溴化锂溶液、 溴化锂与氯 化钙混合溶液、 氯化锂和氯化钙混合溶液中的一种。

本发明由于采用上述结构， 将第一换热器直接放置于换热塔中， 制冷剂 在换热器与压缩机之间循环流动， 通过换热塔与空气进行间接热质交换， 夏 季通过换热塔喷淋水向室外空气中散热， 带走换热器中制冷剂的热量； 冬季 通过喷淋合适的水溶液从室外空气中吸热， 换热器中制冷剂从水溶液中获取 热量。 特别是冬季， 使用具有较低的表面蒸汽压、 较高的溶解度、 低粘度， 高沸点， 溶液性质稳定， 低挥发性、 低腐蚀性， 无毒性， 溶质价格低廉， 容 易获得的水溶液， 可以保证冷却介质在极低的温度下保持液态， 不结冰， 保 证设备的正常运行。

与现有风冷热泵、 水源热泵、 常规制冷机等相比， 具有以下优点和积极 效果： 1、 本发明采用一体式整体组合结构， 将高效制冷、 制热装置和双温转 换装置装配结合在一体， 具有结构紧凑的优点， 使制冷、 制热结合成一体， 实现转换制冷或制热的功能。

2、 本发明克服了空气源热泵、 水源热泵受环境条件限制使用的缺陷， 通过更换冷却介质， 可有效保证设备能长期稳定、 高效地运行使用， 不受环 境条件的限制， 且换热效率高， 系统的能效比高； 冬季可在室外气温 -15°C以 上正常稳定运行， 整个冬季， 机组的能效比可达 2.8〜3.5； 夏季制冷的性能 系数可达 4.2〜4.8， 节能效果显著， 相比风冷热泵可节能 25%〜30%。。

3、 本发明采用一体化组合结构， 安装方便、 快捷， 可实现即装即用， 大大縮短施工周期， 降低了施工难度和费用， 整机性能稳定可靠， 便于操作， 另外， 该一体化机组为组装结构， 安装、 拆卸方便， 便于管理， 便于维护检 修， 适应性广。

4、 本发明可根据不同的用途、 不同环境温湿度条件， 进行设计和配置， 可节省大量的运行费用，节约一次性水资源， 可同时获得更多的热量或冷量， 适用于供热采暖和制冷空调， 彻底解决无锅炉供热采暖、 空气源热泵冬季制 热效率低水源热泵受各种条件限制、 以及空调机房面积紧张等问题， 使空调 热泵技术提高到一个新水平。

综上所述， 本发明结构简单、 体积小、 能效比高、 成本较低、 安装、 施 工容易、 运行经济、 维护方便， 是一种极具有发展潜力的空调制冷、 制热、 制卫生热水方式， 适于工业化应用； 对于缓解日益紧张的能源危机、 保护环 境具有十分重要的意义；此外还可以解决空气 源的气候不稳定性因素，地源、 水源的条件限制以及初投资过高等问题。

附图说明

. 附图 1 为本发明一种实施例的结构示意图。

附图 2 为本发明另一种实施例的结构示意图。 附图 1中， 1压缩机， 2四通换向阀， 3换热塔， 4换热器， 5换热器， 6 储液器， 7干燥过滤器， 8视液镜， 9膨胀阀， 10气液分离器， 11喷液膨胀 阀， 12水泵， 13、 14、 15、 16止逆阀， 17、 18电磁阀， 实线箭头表示实施 例 1高效空气能水源热泵一体化机组制冷时制冷� �循环方向， 虚线箭头表示 制热时制冷剂循环方向。

附图 2中， 1压缩机， 2四通换向阀， 3换热塔， 4换热器， 5换热器， 6 储液器， 7干燥过滤器， 8视液镜， 9制冷热力膨胀阀， 10制热热力膨胀阀， 11喷液膨胀阀， 12水泵， 13， 14止逆阀， 15、 16电磁阀， 实线箭头表示实 施例 2高效空气能水源热泵一体化机组制冷时制冷� �循环方向， 虚线箭头表 示制热时制冷剂循环方向。

具体实施方式

本发明提供的具体实施方案为本发明的优选实 施例， 并不能对本发明的 权利要求进行限定， 其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的 改变或其 它等效的置换方式， 均包含在本发明的保护范围之内。

以下结合附图和实施例进一步说明本发明。

实施例 1: 参见附图 1， 本发明实施例 1由压縮机 1， 四通换向阀 2， 换 热塔 3， 第一换热器 4， 第二换热器 5， 储液器 6， 干燥过滤器 7， 视液镜 8， 膨胀阀 9， 气液分离器 10， 喷液膨胀阀 11， 水泵 12， 止逆阀 13、 14、 15、 16, 电磁阔 18构成。

所述第一换热器 4安装在所述换热塔 3内；所述压縮机 1的出口 G通过 所述四通换向阀 2与所述第一换热器 4的入口 A连接，所述第一换热器 4的 出口 B分为两路， 一路通过止逆阀 16与所述膨胀阀 9的入口 C连接， 另一 路通过止逆阀 15与所述膨胀阀 9的出口 D连接； 所述膨胀阀 9的出口 D通 过止逆阀 13与所述第二换热器 5的入口 E连接， 第二换热器 5的入口 E还 通过止逆阀 14与所述膨胀阀 9的入口 C连接； 所述第二换热器 5的出口 F 通过所述换向阀 2与所述压缩机 1的入口 H连接，所述换热塔 3上安装有提 供冷却介质循环动力的水泵 12; 所述第一换热器 4的出口 B与所述膨胀阀 9 的入口 C之间还连接有储液器 6、 干燥过滤器 7、 视镜 8; 所述第二换热器 5 的入口 E与所述膨胀阀 9的入口 C之间也连接有储液器 6、 干燥过滤器 7、 视镜 8; 所述压缩机 1与所述第一换热器 4出口 B与第二换热器 5入口 E之 间还连接有用于吸收压缩机 1的压缩热和冷却润滑油的喷液膨胀阀 11 ;所述 换向阀 2与所述压缩机 1入口 H之间连接有气液分离器 10。

本实施例中， 所述压縮机为活塞式、 螺杆式、 涡旋式、 离心式中的一种。 本实施例中， 所述换热塔的换热介质， 制冷时， 换热介质为水； 制热时， 换热介质为添加了碘化锂溶液， 硝酸锂溶液， 溴化锌抑止结晶的尿素溶液、 氯化锂溶液、 溴化锂溶液、 溴化锂与氯化钙混合溶液、 氯化锂和氯化钙混合 溶液中的一种水溶液。

本实施例的工作原理简述于下： 制冷剂经设置在换热塔 3内的第一换热 器 4直接与换热塔 3内的冷却水或水溶液进行换热。 换热塔 3内的第一换热 器 4呈盘管结构，第一换热器 4的一端与一体化机组中的四通换向阀 2连接， 第一换热器 4的另一端通过止逆阀 16与储液器 6连接。

参见附图 1中实线箭头所示， 本实施例高效空气能水源热泵一体化机组 制冷运行时， 从压缩机 1排出的高压气态制冷剂通过四通换向阀 2直接进入 换热塔 3中的第一换热器 4的入口 A, 在压力不变的情况下被换热塔 3中的 冷却水冷却，冷却水通过水泵 12在换热塔 3中进行循环，释放冷凝热到外界 大气环境中。 换热塔 3中的第一换热器 （冷凝器） 4内的制冷剂蒸汽温度降 低， 凝结成液体从换热塔 3中的第一换热器 （冷凝器） 4出口 B排出， 高压 制冷剂液体通过止逆阀 16进入储液器 6， 然后经过干燥过滤器 7、视液镜 8、 电磁阀 17， 在膨胀阀 9处节流降压， 导致部分制冷剂液体汽化， 吸收汽化潜 热， 使其本身的温度也相应降低， 成为低温低压下的湿蒸汽， 经过止逆阀 13 进入第二换热器（蒸发器） 5的入口 E， 在第二换热器（蒸发器） 5中制冷剂 液体在压力不变的情况下， 吸收被冷却介质 （空调冷冻水） 的热量而汽化， 形成的低温低压蒸汽从第二换热器 （蒸发器） 5的出口 F经过四通换向阀 2 后， 通过气液分离 10回到压缩机 1， 如此反复循环。

参见附图 1中虚线箭头所示， 本实施例高效空气能水源热泵一体化机组 制热运行时， 四通换向阀 2动作， 制冷剂反向循环， 从压缩机 1排出的高压 气态制冷剂通过四通换向阀 2进入第二换热器 （冷凝器） 5加热空调用水， 在压力不变的情况下， 第二换热器 （冷凝器） 5 内制冷剂蒸汽温度降低， 凝 结成液体从第二换热器（冷凝器） 5排出， 高压制冷剂液体通过止逆阀 14进 入储液器 6， 然后经过干燥过滤器 7、视液镜 8、 电磁阀 17， 在膨胀阀 9处节 流降压，成为低温低压下的湿蒸汽，经过止逆 阀 15进入换热塔 3中的第一换 热器（蒸发器） 4， 在换热塔 3中的第一换热器（蒸发器） 4中制冷剂液体在 压力不变的情况下， 吸收换热塔 3水溶液的热量而汽化（水溶液通过水泵 12 在换热塔 3中进行循环喷淋，吸收外界大气环境中热量� �，形成的低温低压蒸 汽再经过四通换向阀 2后，通过气液分离器 10回到压缩机 1，如此反复循环。

该高效空气能水源热泵一体化机组中采用喷液 膨胀阀 11经过电磁阀 18 向压缩机 1的压缩腔喷液， 用于吸收压缩机 1的压缩热和冷却润滑油， 从而 保证压缩机 1正常工作。

实施例 2: 参见附图 2， 本发明实施例 2由压缩机 1， 四通换向阀 2， 换 热塔 3， 第一换热器 4， 第二换热器 5， 储液器 6， 干燥过滤器 7， 视液镜 8， 制冷热力膨胀阀 9， 制热热力膨胀阀 19、 喷液膨胀阀 11， 水泵 12， 止逆阀 13、 14， 电磁阀 18构成， 本发明实施例 2是将实施例 1中的止逆阔 15、 16 用膨胀阀 19代替， 所述第一换热器 4的出口 B分为两路， 一路通过止逆阀 13分别与所述膨胀阀 9的入口 C及所述膨胀阀 19入口 I连接， 另一路与所 述膨胀阀 19的出口 J连接； 所述膨胀阀 9的出口 D与所述第二换热器 5的 入口 E连接， 第二换热器 5的入口 E还通过止逆阀 14分别与所述膨胀阀 9 的入口 C及所述膨胀阀 19入口 I连接； 所述第二换热器 5的出口 F通过所 述换向阀 2与所述压缩机 1的入口 H连接。

本实施例的工作原理简述于下： 制冷剂经设置在换热塔 3内的第一换热 器 4直接与换热塔 3内的冷却水或水溶液进行换热。 换热塔 3内的第一换热 器 4呈盘管结构,第一换热器 4的一端与一体化机组中的四通换向阀 2连接， 第一换热器 4的另一端通过止逆阀 13与储液器 6连接， 或直接与膨胀阀 19 连接。

参见附图 2中实线箭头所示， 高效空气能水源热泵一体化机组制冷运行 时， 从压缩机 1排出的高压气态制冷剂通过四通换向阀 2直接进入换热塔 3 中的第一换热器 4 (冷凝器）， 在压力不变的情况下被换热塔 3中的冷却水冷 却，冷却水通过水泵 12在换热塔 3中进行循环喷淋，释放冷凝热到外界大气 环境中。 换热塔 3中的第一换热器 （冷凝器） 4内的制冷剂蒸汽温度降低， 凝结成液体从换热塔 3中的第一换热器 （冷凝器） 4排出， 高压制冷剂液体 通过止逆阀 13进入储液器 6， 然后经过干燥过滤器 7、视液镜 8、 电磁阀 15， 在膨胀阀 9处节流降压， 导致部分制冷剂液体汽化， 吸收汽化潜热， 使其本 身的温度也相应降低， 成为低温低压下的湿蒸汽， 进入第二换热器（蒸发器） 5， 在第二换热器（蒸发器） 5中制冷剂液体在压力不变的情况下， 吸收被冷 却介质 （空调冷冻水） 的热量而汽化， 形成的低温低压蒸汽再经过四通换向 阀 2后， 通过气液分离器 10回到压缩机 1， 如此反复循环。

参见附图 2中虚线箭头所示， 高效空气能水源热泵一体化机组制热运行 时， 四通换向阀 2动作， 制冷剂反向循环， 从压缩机 1排出的高压气态制冷 剂通过四通换向阀 2迸入第二换热器 （冷凝器） 5加热空调用水， 在压力不 变的情况下， 第二换热器 （冷凝器） 5 内制冷剂蒸汽温度降低， 凝结成液体 从第二换热器（冷凝器） 5排出， 高压制冷剂液体通过止逆阀 14进入储液器 6， 然后经过干燥过滤器 7、 视液镜 8、 电磁阀 15， 在膨胀阀 19处节流降压， 成为低温低压下的湿蒸汽， 进入换热塔 3中的第一换热器（蒸发器） 4， 在换 热塔 3中的第一换热器 （蒸发器） 4中制冷剂液体在压力不变的情况下， 吸 收换热塔 3水溶液的热量而汽化 (水溶液通过水泵 12在换热塔 3中进行循环 喷淋， 吸收外界大气环境中热量）， 形成的低温低压蒸汽再经过四通换向闽 2 后， 通过气液分离器 10回到压缩机 1， 如此反复循环。

该高效空气能水源热泵一体化机组中采用喷液 膨胀阀 11经过电磁阀 18 向压縮机 1的压缩腔喷液， 用于吸收压縮机 1的压縮热和冷却润滑油， 从而 保证压缩机 1正常工作。

本实施例中，所述压缩机为活塞式、螺杆式、 涡旋式、离心式中的一种。。 本实施例中， 所述换热塔的换热介质， 制冷时， 换热介质为水； 制热时， 换热介质为添加了碘化锂溶液， 硝酸锂溶液， 溴化锌抑止结晶的尿素溶液、 氯化锂溶液、 溴化锂溶液、 溴化锂与氯化钙混合溶液、 氯化锂和氯化钙混合 溶液中的一种水溶液。