[發明專利]直接膨脹式地源熱泵儲液控制方法

有效

• 申請號: 200910044728.3
• 申請日: 2009-11-09
• 公開（公告）號: CN101750970A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 張國強;郭永輝;周晉;吳加勝
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G05B19/02
• 分類號: G05B19/02
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及地源熱泵技術，具體是指直接膨脹式地源熱泵的設計與控制。

背景技術

直接膨脹式地源熱泵是一種高效利用淺層地表土壤中低品味熱能的先進技術。與傳統的地源熱泵相比，它在地下換熱器管路系統中直接充注制冷劑與土壤換熱，減少了中間換熱環節，系統效率得到提高。由于制冷劑直接與土壤換熱的效率高，地下換熱器埋管數量減少，相應的地下施工量也減少，具有不存在結凍，也不需要添加防凍劑的特點。

但直接膨脹式地源熱泵系統地下換熱管路系統冬夏季共用一套，在制冷工況運行時，地下換熱器管路作用為冷凝器，制冷劑的狀態為高溫高壓的氣體；在制熱工況運行時，地下換熱器管路作用為蒸發器，制冷劑的狀態為低溫低壓的液體。在相同管路條件下，制冷與制熱工況不同時，管路中制冷劑的質量差別很大，造成熱泵系統無法正常工作。為保證系統的正常工作，必須對系統的制冷劑充注量隨工況改變進行調節，這極大限制了直接膨脹式地源熱泵系統的推廣和應用。

目前解決上述制冷劑充注量問題的常用方法有：(1)在系統中加裝較大的儲液器；(2)在冬夏季工況切換時，進行人工調節。但是通用的措施要么作用不明顯，要么實施很繁瑣，以致影響系統運行。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對上述現有技術的缺陷，提出一種直接膨脹式地源熱泵儲液控制方法，依據冬季和夏季直接膨脹式地源熱泵機組與土壤交換的熱量，安裝兩套地下換熱器管路系統，分別在其間設置閥門而使其能夠相互獨立并與主機相連；根據地下換熱器管路進口壓力，切換不同長度的管路系統，使相應的換熱器管路系統對應相應的運行工況，另一套管路系統充當儲液器，從而實現系統的正常高效工作。

本發明的技術方案是，所述直接膨脹式地源熱泵儲液控制方法包括：

(1)系統組成：包括主機和兩套地下換熱器管路系統，其中一套為滿足冬季制熱工況的地下換熱器管路系統而另一套為滿足夏季制冷工況的地下換熱器管路系統；根據不同運行工況，通過閥門切換使一套地下換熱器管路系統與主機相匹配而實現機組的正常高效工作，另一套地下換熱器管路系統為起儲液作用的儲液器；

(2)控制方法：

a.設定熱泵系統夏季制冷工況蒸發壓力范圍為P_z1～P_z2，冬季制熱工況冷凝壓力范圍P₁₁～P₁₂；

b.連續檢測地下換熱器管路系統進口壓力P，當P在P_z1～P_z2范圍時，控制相應的地下換熱器管路系統的切換閥門，選擇滿足冬季制熱工況的地下換熱器管路系統與主機相匹配；當P在P₁₁～P₁₂范圍時，控制相應的地下換熱器管路系統的切換閥門，選擇滿足夏季制冷工況的地下換熱器管路系統與主機相匹配；當P在P_z2～P₁₁范圍時，管路閥門全部關閉；

c.系統完成地下換熱器的上述切換后，進入正常工作。

熱泵機組的蒸發壓力、冷凝壓力工作范圍根據實際系統機組設計及運行工況而定。

本發明系統中，當滿足冬季制熱工況的一套地下換熱器管路系統與主機匹配時，該套地下換熱器管路系統功能上為蒸發器；當滿足夏季制冷工況的一套地下換熱器管路系統與主機匹配時，該套地下換熱器管路系統功能上為冷凝器。亦即，利用長度不同的地下換熱器管路系統的切換，實現了制冷劑量的儲存，避免冬夏季系統切換時頻繁的制冷劑充注、排出與調節等繁瑣工作，大大降低了制冷劑的消耗。

所述兩套地下換熱器管路系統，是從功能上定義的，不受地下換熱器組數與連接形式的限制，夏季使用的地下換熱器管路系統功能上為冷凝器，冬季使用的地下換熱器管路系統功能上為蒸發器；地下換熱器的結構形式包括豎直單U管、雙U管換熱器、水平埋管、螺旋埋管等地下換熱器；連接關系包括并聯與串聯；其系統形式包括同程式與異程式。

所述閥門可以是電磁閥或截止閥等，聯動形式包括電動與液壓傳動等。

由上可知，本發明為一種直接膨脹式地源熱泵儲液控制方法，它在兩套地下換熱管路中進行切換，使其分別擔任冬季蒸發器、夏季冷凝器的作用，解決了制冷劑充注量冬夏季不同的問題，實現了制冷劑量的儲存，避免冬夏季系統切換時頻繁的制冷劑充注、排出與調節等繁瑣工作，大大降低了制冷劑的消耗，實現了熱泵機組的正常高效工作；與現有技術相比，本發明還具有以下的優點：

1、方法可靠，能夠保障系統正常高效工作；