專利名稱：梯級熱泵空調(diào)機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制冷空調(diào)及熱泵技術(shù)，尤其涉及梯級熱泵空調(diào)機(jī)組。
背景技術(shù)：
目前，熱泵系統(tǒng)以其節(jié)能、環(huán)保、運(yùn)行效果好等優(yōu)點得到越來越多的人們的認(rèn)可。雖然 熱泵技術(shù)日漸成熟，但存在的問題也不能忽視，例如正在推廣應(yīng)用的戶型地源熱泵系統(tǒng)，如 何進(jìn)一步提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約運(yùn)行費用，讓熱泵系統(tǒng)成為普通住戶可以選擇的空調(diào)系統(tǒng) ;大多數(shù)地區(qū)冬夏季負(fù)荷不同，由此引起的地下溫度場的改變不僅會影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率， 也會影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境；目前的空調(diào)采暖系統(tǒng)中制冷劑仍以R22為主， 一方面為保護(hù)全球 環(huán)境，HCFCs制冷劑的使用正在逐步受限制，需要其它環(huán)境友好型制冷劑替代。另一方面， 受R22臨界溫度的影響，冷凝溫度不能過高，否則排氣壓力過高，壓縮機(jī)耗功較大，且制冷 劑的冷凝效果極差。由于以上原因，目前以R22為制冷劑的熱泵系統(tǒng)中，機(jī)組冬季出風(fēng)溫度 一般低于4(TC，但在某些需要保持較高溫度的場合，此出風(fēng)溫度偏低，甚至當(dāng)風(fēng)的射程較長 時，還會有涼風(fēng)感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種梯級制冷、制熱循環(huán)、可以平衡地下 溫度場、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的梯級熱泵空調(diào)機(jī)組。
本發(fā)明的梯級熱泵空調(diào)機(jī)組，它包括其殼程出、入口依次串連相連的表面冷卻式換熱器 、 一級、二級冷劑一空氣換熱器，所述的二級冷劑一空氣換熱器的殼程出口與一個風(fēng)機(jī)的入 口相連，所述的一級、二級冷劑一空氣換熱器的管程出口、入口之間分別通過管路依次連接 有壓縮機(jī)、冷劑一水換熱器、毛細(xì)管，所述的每一壓縮機(jī)與一個四通換向閥相連，所述的四 通換向閥的另外兩個管口分別與一級或二級冷劑一空氣換熱器的出口以及冷劑-水換熱器的 入口相連， 一端與供水源相連的其上裝有第一截止閥的供水管路與所述的表面冷卻式換熱器 的管程入口相連通并且在位于第一截止閥的入水口端的供水管路上連通有其上裝有第二截止 閥的供水支管，所述的供水支管的另一端與所述的冷劑一水換熱器的殼程入口相連，所述的表面冷卻式換熱器的管程出口通過供水回水管路與所述的位于第二截止閥的出水口端的供水 支管相連通，所述的冷劑一水換熱器的殼程出口與一個出水管路相連通。 采用本發(fā)明裝置的有益效果是
(1) 經(jīng)濟(jì)、節(jié)能。本機(jī)組設(shè)置表面冷卻式換熱器，夏季部分負(fù)荷時可以直接利用表面 冷卻式換熱器進(jìn)行室內(nèi)空氣的調(diào)節(jié)，節(jié)省壓縮機(jī)運(yùn)行的耗電量，提高了機(jī)組長期運(yùn)行的能效 比并減少了夏季排入地下的熱量；夏季滿負(fù)荷時，將表面冷卻式換熱器的水和冷劑-水側(cè)換 熱器的水串聯(lián)，風(fēng)先進(jìn)入表面冷卻式換熱器預(yù)冷，再進(jìn)入一級、二級冷劑一空氣換熱器，這 樣能在送風(fēng)溫度滿足設(shè)計要求的前提下減小壓縮機(jī)耗功；冬季，將閥門進(jìn)行轉(zhuǎn)換，水不經(jīng)過 表面冷卻式換熱器，直接進(jìn)入冷劑-水側(cè)換熱器，進(jìn)行制熱循環(huán)。
(2) 平衡地下溫度場。機(jī)組可在過渡季節(jié)通過表面冷卻式換熱器蓄冷(蓄熱)。將室 外空氣直接與表面冷卻式換熱器換熱，利用過度季節(jié)的室外較低(高)溫度的空氣冷卻地下 水，再回灌到井里(地下水源熱泵系統(tǒng))，或者將溫度降低后的循環(huán)水與周圍土壤進(jìn)行換熱
(土壤源地源熱泵系統(tǒng))。這樣能調(diào)節(jié)全年系統(tǒng)運(yùn)行時造成的熱量不平衡問題。
(3) 梯級制冷、制熱循環(huán)。將兩級空氣-冷劑換熱器串聯(lián)，兩系統(tǒng)使用不同的制冷劑 第一級(與空氣最先換熱的一級)使用中溫制冷劑(如二氟一氯甲烷(R22));第二級 使用高溫制冷劑(如1， 1-二氟乙烷(R152a))，可以實現(xiàn)較大的進(jìn)出風(fēng)溫差。實驗機(jī)組 中第一級使用R22，第二級使用R152a，以冬季制熱為例，當(dāng)飽和溫度高于40度時，在相同的 飽和壓力下，R152a與R22相比飽和溫度高，與換熱器內(nèi)的空氣之間的換熱溫差大，效果較好 ，在不提高壓縮機(jī)的壓縮比的前提下，空氣能被處理到較高的溫度，而且循環(huán)狀況良好，設(shè) 備在合理的工況下運(yùn)行。


附圖是本發(fā)明的梯級熱泵空調(diào)機(jī)組的系統(tǒng)圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明裝置基于下述原理夏季部分負(fù)荷時，可以直接利用機(jī)組進(jìn)行地下水與空氣的直 接換熱， 一方面可以節(jié)省占耗電量比例最大的壓縮機(jī)的耗電量，另一方面可以減少夏季排入 地下的熱量，對于保持地下溫度場有利。滿負(fù)荷運(yùn)行時，空氣先經(jīng)過表面冷卻式換熱器預(yù)冷 ，降低壓縮機(jī)耗功；機(jī)組還可以在過度季節(jié)進(jìn)行地下溫度場的調(diào)節(jié)夏季負(fù)荷高于冬季負(fù)荷 的地區(qū)，當(dāng)室外溫度低于地下溫度時，可以利用室外空氣降低循環(huán)水溫度的方式將冷量蓄進(jìn)地下；在夏季負(fù)荷低于冬季負(fù)荷的地區(qū)，當(dāng)室外溫度高于地下溫度時，可以利用室外空氣提 升循環(huán)水溫度的方式將熱量蓄進(jìn)地下，調(diào)節(jié)地下溫度場，使其盡量保持原狀態(tài)；機(jī)組采取梯 級循環(huán)方式，機(jī)組中第一級采用R22對空氣進(jìn)行初級處理，第二級采用R152a對空氣進(jìn)行二次 處理，實驗證明冬季空氣經(jīng)兩級處理后溫度升高的幅度比一般機(jī)組要大，夏季經(jīng)三級處理( 表面冷卻式換熱器、一、二級冷劑-空氣換熱器)溫度降低的幅度也較大。以后還可考慮選 取其它制冷劑，以達(dá)到最佳運(yùn)行效果。
基于上述原理本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)如附圖所示本發(fā)明的梯級熱泵空調(diào)機(jī)組，它包括壓縮 機(jī)l、冷劑-水換熱器2、其殼程出、入口依次串連相連的表面冷卻式換熱器5、 一級、二級冷 劑一空氣換熱器4、 3，風(fēng)機(jī)6、毛細(xì)管7、四通換向閥8、截止閥9。所述的二級冷劑一空氣換 熱器3的殼程出口與一個風(fēng)機(jī)6的入口相連，所述的一級、二級冷劑一空氣換熱器4、 3的管程 出口、入口之間分別通過管路依次連接有壓縮機(jī)l、冷劑一水換熱器2、毛細(xì)管7，所述的每 一壓縮機(jī)1與一個四通換向閥8相連，所述的四通換向閥8的另外兩個管口分別與一級或二級 冷劑一空氣換熱器4、 3的出口以及冷劑-水換熱器2的入口相連， 一端與供水源相連的其上裝 有第一截止閥10的供水管路與所述的表面冷卻式換熱器5的管程入口相連通并且在位于第一 截止閥10的入水口端的供水管路上連通有其上裝有第二截止閥9的供水支管，所述的供水支 管的另一端與所述的冷劑一水換熱器2的殼程入口相連，所述的表面冷卻式換熱器5的管程出 口通過供水回水管路與所述的位于第二截止閥9的出水口端的供水支管相連通，所述的冷劑 一水換熱器2的殼程出口與一個出水管路相連通。
本發(fā)明裝置的操作方法如下
夏季運(yùn)行工況時系統(tǒng)運(yùn)行流程見

(1)循環(huán)水系統(tǒng)關(guān)閉截止閥9，開啟截止 閥10，井水先經(jīng)過表面冷卻式換熱器5與室內(nèi)空氣換熱，再經(jīng)過冷劑-水換熱器2與制冷劑換 熱后回灌到地下；(2)空氣循環(huán)系統(tǒng)空氣先經(jīng)過表面冷卻式換熱器5預(yù)冷，再經(jīng)過一級、 二級冷劑-空氣換熱器4、 3換熱后送入室內(nèi)。
過度季節(jié)運(yùn)行工況(1)循環(huán)水系統(tǒng)關(guān)閉壓縮機(jī)，關(guān)閉第二截止閥9，開啟第一截止 閥10，井水經(jīng)過表面冷卻式換熱器5與室內(nèi)空氣換熱后回灌到地下。(2)空氣循環(huán)系統(tǒng)空 氣與表面冷卻式換熱器5中的水進(jìn)行換熱后送入室內(nèi)。
冬季運(yùn)行工況(1)水循環(huán)系統(tǒng)關(guān)閉第一截止閥IO，開啟第二截止閥9，井水直接進(jìn) 入冷劑-水換熱器2與制冷劑進(jìn)行換熱，回灌到地下。(2)室內(nèi)空氣循環(huán)部分與夏季相同。
過度季節(jié)蓄能工況(1)水系統(tǒng)與過度季節(jié)運(yùn)行相同，井水與低于井水溫度的空氣經(jīng) 過表面冷卻式換熱器5換熱后回灌到地下。(2)將回風(fēng)口與室外空氣連通，室內(nèi)空氣循環(huán)變成室外空氣循環(huán)。
本裝置經(jīng)測試經(jīng)冬季運(yùn)行經(jīng)過兩級制熱循環(huán)，機(jī)組進(jìn)風(fēng)溫度為14'C時，出風(fēng)溫度可以
達(dá)到42。C，且壓縮機(jī)的壓縮比在3左右，機(jī)組制冷效率(cop)可以達(dá)到4。經(jīng)過長期實驗證 明運(yùn)行穩(wěn)定，機(jī)組性能良好。機(jī)組蓄能能效比為4.3，這說明利用過度季節(jié)向地下蓄能是較 經(jīng)濟(jì)的，可以達(dá)到平衡地下溫度場的目的。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1梯級熱泵空調(diào)機(jī)組，其特征在于它包括其殼程出、入口依次串連相連的表面冷卻式換熱器、一級、二級冷劑—空氣換熱器，所述的二級冷劑—空氣換熱器的殼程出口與一個風(fēng)機(jī)的入口相連，所述的一級、二級冷劑—空氣換熱器的管程出口、入口之間分別通過管路依次連接有壓縮機(jī)、冷劑—水換熱器、毛細(xì)管，所述的每一壓縮機(jī)與一個四通換向閥相連，所述的四通換向閥的另外兩個管口分別與一級或二級冷劑—空氣換熱器的出口以及冷劑水換熱器的入口相連，一端與供水源相連的其上裝有第一截止閥的供水管路與所述的表面冷卻式換熱器的管程入口相連通并且在位于第一截止閥的入水口端的供水管路上連通有其上裝有第二截止閥的供水支管，所述的供水支管的另一端與所述的冷劑—水換熱器的殼程入口相連，所述的表面冷卻式換熱器的管程出口通過供水回水管路與所述的位于第二截止閥的出水口端的供水支管相連通，所述的冷劑—水換熱器的殼程出口與一個出水管路相連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了梯級熱泵空調(diào)機(jī)組，它包括其殼程出、入口依次串連相連的表面冷卻式換熱器、一級、二級冷劑—空氣換熱器，二級冷劑—空氣換熱器的殼程出口與風(fēng)機(jī)的入口相連，一級、二級冷劑—空氣換熱器的管程出口、入口之間分別通過管路依次連接有壓縮機(jī)、冷劑—水換熱器、毛細(xì)管，一端與供水源相連的其上裝有第一截止閥的供水管路與表面冷卻式換熱器的管程入口相連通并且在供水管路上連通有其上裝有第二截止閥的供水支管，供水支管的另一端與冷劑—水換熱器的殼程入口相連，表面冷卻式換熱器的管程出口通過供水回水管路與供水支管相連通，冷劑—水換熱器的殼程出口與一個出水管路相連通。采用本裝置可以梯級制冷、制熱循環(huán)、平衡地下溫度場。
文檔編號F25B13/00GK101545663SQ200910302288
公開日2009年9月30日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月14日
發(fā)明者帥 何, 張于峰, 胡曉微, 娜 鄧, 陳成敏 申請人:天津大學(xué)