CN109959101A - 换热装置及具有其的热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种换热装置及具有其的热泵空调系统，其中的换热装置包括三介质换热器、循环泵、控制阀及外接口，同时实现冷媒_水_空气三种介质通道的切换控制及高效换热；其中的热泵空调系统包括室外机、换热装置、室内空调末端、蓄能换热末端，该系统集分体机、多联氟机、多联水机系统优点于一体，简单实现热泵空调系统的环保节能、快速调温、低噪音、高舒适度要求目的。

Description

换热装置及具有其的热泵空调系统

技术领域

本发明属于空调技术领域，特别涉及一种换热装置及具有其的热泵空调系统。

背景技术

现有空调系统包括室外机和室内机，结构形式一般为1拖1的分体空调和1拖多的中央空调；其中，分体空调室内机为冷媒_空气两介质换热器结构的单联冷媒机，中央空调管路换热介质又分为氟系统和水系统两种：氟系统是室外机空气_冷媒两介质换热、室内机冷媒_空气两介质换热的多末端相变直膨式多联机，水系统是室外机空气（或水）_冷媒一次换热然后冷媒_水二次换热、室内机水_空气两介质换热的多末端液体循环式多联机；上述三类空调系统中：单联冷媒机安装容易、室温调节速度快、运行控制简单、稳定高效，但室外机多、安装分散、噪音影响大，室内舒适度差；多联冷媒机室外机集中安装、室温调节速度快、噪音控制好、室内舒适度较好，但现场安装要求高、制冷剂充注量大、易泄露、运行控制复杂、稳定性较低；多联水机室外机集中安装、现场安装要求较低、制冷剂不易泄露、环保安全、噪音控制好、室内舒适度最好，但因存在二次换热，泵阀部件多、运行效率较低、室温调节速度较慢；如何克服现有三类空调系统的缺点并集合三类系统的优点，设计出简单、高效、低噪音、高舒适度的空调系统，是本领域技术人员研究的方向；在先提交的中国专利申请201821519297.2公开了一种三介质换热器结构，可同时实现冷媒_水_空气三种介质两两之间的直接无阻碍高效换热，可以替代两台普通的两介质换热器，减少换热器和电磁阀数量、降低系统复杂性，该结构的三介质换热器为空调系统设计创新、提高空调系统性能奠定了基础。

发明内容

本发明的目的，一方面提供一种简单可靠的换热装置，同时实现冷媒_水_空气三种介质通道的循环控制及高效换热；另一方面，提供一种热泵空调系统，克服现有空调系统缺点，集合多联机、分体机、水机三种系统优点，简单实现热泵空调系统的环保节能、快速调温、低噪音、高舒适度目的。

为实现上述目的，一方面本发明提供一种换热装置，该换热装置包括三介质换热器、第一外接口、第二外接口、第三外接口、第四外接口、循环泵，所述三介质换热器包括第一介质通道、第二介质通道、第三介质通道，这三条介质通道中的两两通道之间均直接换热，所述第一外接口、第二外接口分别与所述第一介质通道的第一端口、第二端口对应连通，所述第三外接口与所述循环泵的第一接口连通，所述循环泵的第二接口与所述第三介质通道的第一端口连通，第四外接口与所述第三介质通道的第二端口对应连通。

优选的，该换热装置还包括第五外接口、第一控制阀、第二控制阀，所述第五外接口通过所述第一控制阀与所述循环泵的第一接口连通，所述第五外接口还通过所述第二控制阀与所述循环泵的第二接口连通。

进一步的，该换热装置还包括第三控制阀、第四控制阀，所述第三控制阀的两端分别与所述循环泵的第一接口、所述第三介质通道的第一端口连通，所述第四控制阀串联设置在所述循环泵的第二接口与所述第三介质通道的第一端口之间。

优选的，该换热装置还包括第五外接口、第一三通控制阀，所述第一三通控制阀的第一接口、第二接口、第三接口分别与所述循环泵的第一接口、所述第五外接口、所述循环泵的第二接口对应连通。

进一步的，该换热装置还包括第二三通控制阀，所述第二三通控制阀串联设置在所述循环泵的第二接口与所述第三介质通道的第一端口之间，所述第二三通控制阀的第一接口、第二接口、第三接口分别与所述循环泵的第一接口、所述循环泵的第二接口、所述第三介质通道的第一端口对应连通。

优选的，该换热装置还包括设置在所述第二介质通道中的风机或循环泵，以增强所述第二介质通道内对应气体或液体换热介质的循环，提高换热效率。

另一方面，本发明提供一种热泵空调系统，包括室外机、室内空调末端、换热装置，所述换热装置是前述任一项换热装置，室外机的两个循环接口分别与所述换热装置的第一外接口、第二外接口对应连通，构成源端换热循环，所述室内空调末端的两个循环接口分别与所述换热装置的第三外接口、第四外接口对应连通，构成用户末端换热循环，所述室内空调末端的数量至少是1个。

优选的，该热泵空调系统还包括蓄能换热末端，所述蓄能换热末端的第一端口、第二端口分别与所述换热装置的第五外接口、第四外接口对应连通，构成蓄能换热循环回路。

进一步的，蓄能换热末端是蓄能缓冲罐、生活换热水箱、蓄能辐射换热末端的其中一种或多种的组合。

进一步的，所述室外机包括气体冷媒接口、液体冷媒接口、节流装置、室外换热器、四通换向阀、压缩机，所述液体冷媒接口、节流装置、室外换热器、四通换向阀、压缩机、气体冷媒接口顺序连接，构成热泵循环的源端室外机部分。

优选的，所述室外换热器是前述任一项换热装置。

有益效果

一方面本发明提供的一种换热装置，由于采用两两通道之间直接无阻碍高效换热的三介质换热器为核心部件，该换热装置泵阀部件少、管路简单，实现冷媒_空气换热的同时进行冷媒_水换热、冷媒_空气换热的同时进行水_空气换热、水_空气换热的同时进行水_冷媒换热等多种热交换模式。

另一方面本发明提供的包括前述换热装置的一种热泵空调系统，一台室外机拖带一台换热装置、多台室内空调末端及蓄能换热末端稳定高效运行，通过对所述室外机压缩机、换热装置内泵阀、室内机循环回路的切换控制，简单实现节能快速调温的冷媒—风直膨循环、环保舒适的冷媒—水—空气循环两种系统的复合互补：冷媒充注量小、现场安装要求低、噪音小、成本低、节能环保、舒适度高。

附图说明

图1是本发明实施例1中的一种换热装置结构示意图；

图2是本发明实施例1中另一种换热装置结构示意图；

图3是本发明实施例2中一种室外机结构示意图；

图4是本发明实施例2中一种热泵空调系统结构示意图；

图5是本发明实施例3中一种热泵空调系统结构示意图；

图6是本发明实施例3中一种热泵空调系统制冷（制热）缓冲蓄能模式循环示意图；

图7是本发明实施例3中一种热泵空调系统高负荷制冷（制热）模式循环示意图；

图8是本发明实施例3中一种热泵空调系统不降温除霜同时制热模式循环示意图；

图9是本发明实施例4中一种热泵空调系统结构示意图。

附图标记：

1、换热装置；11、三介质换热器；111、第一介质通道；112、第二介质通道；113、第三介质通道；101、第一外接口；102、第二外接口；103、第三外接口；104、第四外接口；105、第五外接口；12、循环泵；131、第一控制阀；132、第二控制阀；133、第三控制阀；134、第四控制阀；135、第一三通控制阀；136、第二三通控制阀； 14、风机；2、室外机；21、室外换热器；22、压缩机；23、节流装置；24、四通换向阀；251、气体冷媒接口；252、液体冷媒接口； 31、室内空调末端；32、蓄能换热末端。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述；在本发明的描述中，除非另有说明，术语“第一”、“第二”等指示的顺序关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的先后顺序，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种换热装置，该换热装置包括三介质换热器（11）、第一外接口（101）、第二外接口（102）、第三外接口（103）、第四外接口（104），三介质换热器（11）包括第一介质通道（111）、第二介质通道（112）、第三介质通道（113），这三条介质通道中的两两通道之间均直接换热，第一外接口（101）、第二外接口（102）分别与第一介质通道（111）的第一端口、第二端口对应连通，第三外接口（103）、第四外接口（104）分别与第三介质通道（113）的第一端口、第二端口对应连通，第三外接口（103）与循环泵（12）的第一接口连通，循环泵（12）的第二接口与第三介质通道（113）的第一端口连通，第四外接口（104）与第三介质通道（113）的第二端口对应连通。

该换热装置还包括设置在第二介质通道（112）中的风机（14），以增强第二介质通道（112）内空气循环，提高换热效率。

由于三介质换热器（11）的两两通道之间均直接换热，循环于第一外接口（101）、第一介质通道（111）、第二外接口（102）的冷媒与第二介质通道（112）中风机（14）驱动的空气介质换热，同时所述冷媒还与循环泵（12）驱动的第三介质通道（113）中液体介质换热。

该换热装置还包括第五外接口（105）、第一控制阀（131）、第二控制阀（132），第五外接口（105）通过第一控制阀（131）与循环泵（12）的第一接口连通，第五外接口（105）还通过第二控制阀（132）与循环泵（12）的第二接口连通。

该换热装置还包括第三控制阀（133）、第四控制阀（134），第三控制阀（133）的两端分别与循环泵（12）的第一接口、第三介质通道（113）的第一端口连通，第四控制阀（134）串联设置在循环泵（12）的第二接口与第三介质通道（113）的第一端口之间。

可见，第一控制阀（131）、第二控制阀（132）、第三控制阀（133）、第四控制阀（134）的开启或截止，配合风机（14）的运转或停止，可与循环泵（12）组合构成多种不同的循环通路及循环方向，适应不同的换热需求。

在本实施例1中，如图2所示的另一种换热装置结构，与前一种换热装置区别在于，用第一三通控制阀（135）等效代换第一控制阀（131）、第二控制阀（132），用第二三通控制阀（136）等效代换第三控制阀（133）、第四控制阀（134）；第一三通控制阀（135）的第一接口、第二接口、第三接口分别与循环泵（12）的第一接口、第五外接口（105）、循环泵（12）的第二接口对应连通；第二三通控制阀（136）串联设置在循环泵（12）的第二接口与第三介质通道（113）的第一端口之间，第二三通控制阀（136）的第一接口、第二接口、第三接口分别与循环泵（12）的第一接口、循环泵（12）的第二接口、第三介质通道（113）的第一端口对应连通。

该结构的换热装置与前一种换热装置功能相同，控制更可靠，成本更低。

本实施例1中所述换热装置的两种结构管路简单、泵阀部件少，一台换热装置可替代两台普通的两介质换热器，换热器和电磁阀数量减少，泵阀管路切换控制简单可靠，可以实现冷媒_空气换热的同时进行冷媒_水换热、冷媒_空气换热的同时进行水_空气换热、水_空气换热的同时进行水_冷媒换热等多种热交换模式。

实施例2

如图3、图4所示，本实施例2提供了一种热泵空调系统，该系统包括室外机（2）、室内空调末端（31）、换热装置（1），换热装置（1）是实施例1所述的一种换热装置，换热装置（1）包括三介质换热器（11）、循环泵（12）、风机（14）、第一外接口（101）、第二外接口（102）、第三外接口（103）、第四外接口（104）。

室外机（2）内部结构如图3所示：室外机（2）包括气体冷媒接口（251）、液体冷媒接口（252）、节流装置（23）、室外换热器（21）、四通换向阀（24）、压缩机（22），液体冷媒接口（252）、节流装置（23）、室外换热器（21）、四通换向阀（24）、压缩机（22）、气体冷媒接口（251）顺序连接，构成热泵循环的室外机部分。

室外机（2）的气体冷媒接口（251）、液体冷媒接口（252）分别与换热装置（1）的第一外接口（101）、第二外接口（102）对应连通，构成源端换热循环。

室内空调末端（31） 的两个循环接口分别与换热装置（1）的第三外接口（103）、第四外接口（104）对应连通，构成用户末端换热循环，室内空调末端（31）的数量至少是1个。

本实施例2的热泵空调系统运行时，室外机（2）与三介质换热器（11）的第一介质通道（111）构成冷媒循环，该冷媒循环与风机（14）驱动的第二介质通道（112）的空气高效换热、快速调节换热装置（1）所处主区的环境温度，同时该冷媒循环还与循环泵（12）驱动的第三介质通道（113）的液体换热介质高效换热，该液体换热介质通过室内空调末端（31）调节室内空调末端（31）所处分区的环境温度，分区舒适度高，按主区、分区实际需要调节改变压缩机（22）、风机（14）及循环泵（12）的转速，可以控制和改变第一介质通道（111）分别与第二介质通道（112）、第三介质通道（113）的换热量，满足主区快速、高效与分区静音舒适的不同空调需求。

实施例3

如图5、图6、图7、图8所示，本实施例3提供了一种热泵空调系统，该系统包括室外机（2）、换热装置（1）、室内空调末端（31） ，换热装置（1）是实施例1所述的一种换热装置。

该热泵空调系统室外机（2）、室内空调末端（31）结构及管路连接，都与前述实施例2相同。

该热泵空调系统与前述实施例2不同之处在于：换热装置（1）包括三介质换热器（11）、循环泵（12）、风机（14）、第一控制阀（131）、第二控制阀（132）、第三控制阀（133）、第四控制阀（134）、第一外接口（101）、第二外接口（102）、第三外接口（103）、第四外接口（104），第五外接口（105）。

与前述实施例2不同之处还在于：该热泵空调系统还包括蓄能换热末端（32）；蓄能换热末端（32）的第一端口、第二端口分别与换热装置（1）的第五外接口（105）、第四外接口（104）对应连通，构成蓄能换热循环回路；蓄能换热末端（32）是蓄能缓冲罐、生活换热水箱、蓄能辐射换热末端的其中一种或多种的组合。

该热泵空调系统 的实际运行模式包括：

1、制冷（制热）缓冲蓄能模式，如图6所示，室外机（2）与三介质换热器（11）的第一介质通道（111）构成冷媒循环，该模式下三介质换热器（11）作为制冷蒸发器（制热冷凝器），第一介质通道（111）中的蒸发（冷凝）冷媒与风机（14）驱动的第二介质通道（112）的空气直接换热，实现换热装置（1）所在主区的环境快速降温（升温）目的，同时该蒸发（冷凝）冷媒还与循环泵（12）驱动的第三介质通道（113）的液体换热介质高效换热，由于一次换热的温差大、能效高，该主区换热强度大、调温速度快、节能高效。

该模式下，所述液体换热介质在第三介质通道（113）中被降温（升温）后，一部分经第四控制阀（134）、循环泵（12）、进入室内空调末端（31），与室内空调末端（31）所在分区的空气换热后重新回到第三介质通道（113）中换热降温（升温），开始下一轮循环，由于二次换热的温差较小，该分区风感柔和、舒适度高、噪音影响低。

该模式下，所述液体换热介质的另一部分经第四控制阀（134）、循环泵（12）、第一控制阀（131）进入蓄能换热末端（32），蓄能换热末端（32）内温度较高（较低）液体换热介质重新回到第三介质通道（113）中换热降温（升温），开始下一轮循环，蓄能换热末端（32）内温度逐渐降低（升高），制冷（制热）同时实现蓄能缓冲功能；该模式下第二控制阀（132）、第三控制阀（133）处于截止状态，第一控制阀（131）、第四控制阀（134）处于开启状态。

该模式下，根据实际需要，切换四通换向阀（24）的冷媒流向，可改变三介质换热器（11）用作制冷蒸发器或制热冷凝器，实现制冷、制热功能切换。

该模式下，根据实际需要，调节风机（14）、循环泵（12）及压缩机（22）的转速，可以改变主区、分区、蓄能换热末端（32）的制冷（热）量分配比例。

该模式下，根据实际需要，调控第一控制阀（131）、第四控制阀（134）的开启或截止，可以改变分区、蓄能换热末端（32）制冷（制热）循环的运行或停止。

该模式可以实现快速制冷（制热）、舒适节能的温度调节、同时进行稳定可靠的蓄能缓冲。

2、高负荷制冷（制热）模式，如图7所示：

该模式下，蓄能换热末端（32）作为补充冷热源与换热装置（1）共同为主区和分区提供冷量（热量），满足一定时间段内整个系统高负荷制冷（制热）需求。

该模式下，换热装置（1）的第一控制阀（131）、第三控制阀（133）截止，第二控制阀（132）、第四控制阀（134）开启。

该模式下，蓄能换热末端（32）蓄存的低温（高温）液体换热介质经第二控制阀（132）、第三介质通道（113）中被降温（升温）的液体换热介质经第四控制阀（134）汇流于循环泵（12）的入口端，经循环泵（12）驱动全部进入室内空调末端（31）换热，升温（降温）后的液体换热介质分为两部分，分别再次进入蓄能换热末端（32）、第三介质通道（113）中被降温（升温）构成循环。

该模式下，调节风机（14）、循环泵（12）及压缩机（22）的转速，可以改变换热装置（1）所在主区、室内空调末端（31）所在分区的制冷（热）量分配比例，实现高负荷下的快速制冷（制热）、舒适节能的温度调节。

该模式下室外机（2）、室内空调末端（31）的运行原理及控制方法与前述制冷（制热）蓄能缓冲模式相同，此处不再赘述。

3、不降温除霜同时制热模式，如图8所示：

该模式下蓄能换热末端（32）作为整个系统的热源，三介质换热器（11）既是室外机除霜时的吸热蒸发器同时还是为换热装置（1）所在主区放热的冷凝器，室内空调末端（31）为所在分区放热。

该模式下，换热装置（1）的第一控制阀（131）、第四控制阀（134）处于截止状态，第二控制阀（132）、第三控制阀（133）处于开启状态。

该模式下，蓄能换热末端（32）蓄存的高温液体换热介质经第二控制阀（132）进入循环泵（12），经循环泵（12）驱动后分为两部分，一部分直接进入室内空调末端（31）换热，为室内空调末端（31）是所在分区制热；另一部分经第三控制阀（133）进入三介质换热器（11）的第三介质通道（113），同时分别与第一介质通道（111）循环的蒸发冷媒、第二介质通道（112）的室内空气换热；此时，第一介质通道（111）与第三介质通道（113）蒸发换热，作为室外机（2）冷媒反向除霜的热源，完成室外换热器（21）的除霜，同时第三介质通道（113）与第二介质通道（112）换热，换热装置（1）所在主区空气受热，保持换热装置（1）对所在主区空气不降温或升温。

该模式下，调节风机（14）、循环泵（12）的转速，可以改变换热装置（1）所在主区、室内空调末端（31）所在分区的制热量分配比例，实现室内主区、分区不降温制热同时室外机除霜的目的。

该模式下，切换四通换向阀（24）的冷媒流向，室外换热器（21）作为冷凝器，室外机（2）运行除霜程序。

本实施例3的热泵空调系统，采用一台室外机（2）通过一台换热装置（1）拖带多台室内空调末端（31）及蓄能换热末端（32）的系统结构，简单实现节能快速调温的冷媒—空气直膨循环、环保舒适的冷媒—水—空气循环两种系统的复合互补，具有系统冷媒充注量小、现场安装要求低、噪音小、成本低、稳定高效运行及不降温除霜同时制热的效果，通过对室外机（2）的压缩机（22）、换热装置的泵阀、室内循环回路的简单切换控制，达到稳定、节能、环保、舒适的目的。

实施例4

如图9所示，本实施例4提供了一种热泵空调系统，该系统包括室外机（2）、换热装置（1）、室内空调末端（31） ，换热装置（1）是实施例1所述的一种换热装置。

该热泵空调系统换热装置（1）、室内空调末端（31）的结构及管路连接都与前述实施例2相同。

该热泵空调系统与前述实施例2不同之处在于：室外机（2）的室外换热器（21）是是实施例1所述的一种换热装置，室外机（2）的液体冷媒接口（252）、节流装置（23）、室外换热器（21）的第一介质通道（111）、四通换向阀（24）、压缩机（22）、气体冷媒接口（251）顺序连接，构成热泵循环的室外机部分，室外换热器（21）的第三介质通道（113）通过室外换热器（21）的循环泵与外部热源连通。

该热泵空调系统的用户端结构管理与前述实施例2相同，其连接及运行过程不再赘述。

由于该热泵空调系统的室外换热器（21）具有三种介质两两直接换热功能，所以，一方面该热泵空调系统可以分别或同时利用空气、水、太阳能等多种冷热源，满足各种环境下的使用要求，系统节能、高效、环保；另一方面该热泵空调系统可以回收制冷时室外机（2）的冷凝废热。

在先提交的中国专利申请201821519297中公开的一种三介质换热器，可以满足本发明所述的三介质换热器的功能要求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种换热装置，其特征在于，包括三介质换热器、第一外接口、第二外接口、第三外接口、第四外接口、循环泵，所述三介质换热器包括第一介质通道、第二介质通道、第三介质通道，这三条介质通道中的两两通道之间均直接换热，所述第一外接口、第二外接口分别与所述第一介质通道的第一端口、第二端口对应连通，所述第三外接口与所述循环泵的第一接口连通，所述循环泵的第二接口与所述第三介质通道的第一端口连通，第四外接口与所述第三介质通道的第二端口对应连通。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，还包括第五外接口、第一控制阀、第二控制阀，所述第五外接口通过所述第一控制阀与所述循环泵的第一接口连通，所述第五外接口还通过所述第二控制阀与所述循环泵的第二接口连通。

3.根据权利要求2所述的换热装置，其特征在于，还包括第三控制阀、第四控制阀，所述第三控制阀的两端分别与所述循环泵的第一接口、所述第三介质通道的第一端口连通，所述第四控制阀串联设置在所述循环泵的第二接口与所述第三介质通道的第一端口之间。

4.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，还包括第五外接口、第一三通控制阀，所述第一三通控制阀的第一接口、第二接口、第三接口分别与所述循环泵的第一接口、所述第五外接口、所述循环泵的第二接口对应连通。

5.根据权利要求4所述的换热装置，其特征在于，还包括第二三通控制阀，所述第二三通控制阀串联设置在所述循环泵的第二接口与所述第三介质通道的第一端口之间，所述第二三通控制阀的第一接口、第二接口、第三接口分别与所述循环泵的第一接口、所述循环泵的第二接口、所述第三介质通道的第一端口对应连通。

6.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，还包括设置在所述第二介质通道中的风机或循环泵，以增强所述第二介质通道内对应气体或液体换热介质的循环，提高换热效率。

7.一种热泵空调系统，包括室外机、室内空调末端，其特征在于，还包括换热装置，所述换热装置是权利要求1-6任一项所述换热装置，室外机的两个循环接口分别与所述换热装置的第一外接口、第二外接口对应连通，构成源端换热循环，所述室内空调末端的两个循环接口分别与所述换热装置的第三外接口、第四外接口对应连通，构成用户末端换热循环，所述室内空调末端的数量至少是1个。

8.根据权利要求7所述的热泵空调系统，其特征在于，还包括蓄能换热末端，所述蓄能换热末端的第一端口、第二端口分别与所述换热装置的第五外接口、第四外接口对应连通，构成蓄能换热循环回路。

9.根据权利要求7所述的热泵空调系统，其特征在于，所述室外机包括气体冷媒接口、液体冷媒接口、节流装置、室外换热器、四通换向阀、压缩机，所述液体冷媒接口、节流装置、室外换热器、四通换向阀、压缩机、气体冷媒接口顺序连接，构成热泵循环的源端室外机部分。

10.根据权利要求9所述的热泵空调系统，其特征在于，所述室外换热器是权利要求1-6任一项所述换热装置。