一种高效的水地源热泵机器

技术领域

本公开涉及热泵技术领域，特别涉及一种高效的水地源热泵机器。

背景技术

水地源热泵机器是一种利用地下浅层地热资源，即地下水、土壤或地表水等的既可供热又可制冷的节能空调机器。该机器通过输入少量的电能实现低温位热能向高温位转移，分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源。

在相关技术中，采用水地源热泵机器作为夏季空调的冷源时，通过将冷却水导入到空调室外机的换热器中的毛细管中，对由室内机流出，并通过压缩机增压的高温气态制冷剂进行降温，使制冷剂吸冷液化，而采用水地源热泵机器作为夏季空调的热源时，又可以对液态制冷剂进行加热，使制冷剂汽化。

相关技术中的水地源热泵机器，需要将冷却水输入到位于地上的换热器中进行循环使用，而当外界空气较低时，容易在换热管道中结冰造成换热管道堵塞，导致换热管道中的地下水的温度和流量降低，进而使与制冷剂之间的换热效率低。

发明内容

本公开实施例提供了一种高效的水地源热泵机器，能够避免用于进行热量交换的地下水在换热管道中凝结造成堵塞，提高与制冷剂之间的换热效率。

所述技术方案如下：

本公开实施例提供了一种高效的水地源热泵机器，包括：

冷媒管，用于与空调室内机连通，冷媒管具有第一热交换管段，

第一换热管，用于输送地下水，第一换热管具有第二热交换管段，

第二换热管，第二换热管呈环形，第二换热管内具有导热介质，导热介质被配置在第二换热管内循环流动，

第二换热管包括第一管体和第二管体，第一管体和第二管体间隔布置，第一热交换管段位于第一管体内部，第二热交换管段位于第二管体内部。

可选地，第二换热管上具有第一离心泵，第一离心泵被配置为驱动导热介质在第二换热管内循环流动。

可选地，水地源热泵机器包括第一冷媒管和第二冷媒管，第一冷媒管和第二冷媒管均具有第一热交换管段。

可选地，第一管体包括第一支管和第二支管，第一支管和第二支管并联布置，第一冷媒管的第一热交换管段位于第一支管内部，第二冷媒管的第一热交换管段位于第二支管内部。

可选地，第一热交换管段的管壁上具有第一换热部，第一换热部沿冷媒管的径向向冷媒管的中心内凹布置；第二热交换管段的管壁上具有第二换热部，第二换热部沿第一换热管的径向向第一换热管的中心内凹布置。

可选地，水地源热泵机器还包括除垢组件，除垢组件包括加药泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门和三通管，第一阀门的出口与第二热交换管段的进口连通，第二阀门的进口与第二热交换管段的出口连通，三通管包括第一接口、第二接口和第三接口，第一接口和第二接口分别与第二热交换管段连通并间隔布置，加药泵的加药口与第三阀门的进口连通，第三阀门的出口与第三接口连通。

可选地，水地源热泵机器还包括保温层，保温层套设在冷媒管的外壁上。

可选地，保温层为聚氨酯保温棉保温层。

可选地，水地源热泵机器还包括外壳体，冷媒管和第二换热管均位于外壳体内部。

可选地，导热介质为盐水。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

通过冷媒管与空调室内机连通，制冷剂通过冷媒管在水地源热泵机器与空调室内机之间循环流动。第一换热管与地下水管连接，使恒温的地下水能够通过第一换热管在地下与水地源热泵机器之间循环流动。而通过设置第二换热管，第二换热管包括间隔布置的第一管体和第二管体，将第一热交换管段和第二热交换管段穿过第二换热管的管体并分别设置在第一管体和第二管体的内部，使在第二换热管内循环流动的导热介质能够同时与第一换热管内的地下水以及冷媒管内的制冷剂进行热量交换。当外界空气较低时，位于第一换热管中的地下水会通过位于第二管体中的第二热交换管段与第二换热管中流动的导热介质进行热交换。之后吸收这部分热量的导热介质流经第一管体，并通过位于第一管体中的第一热交换管段与冷媒管中的制冷剂进行热交换。通过选用凝固点较低的导热介质来进行热量的交换和传导，避免直接通过地下水与制冷剂进行交换时，因为外界气温较低造成第一换热管中的地下水在管体内结冰堵塞，避免用于进行热量交换的地下水在换热管道中凝结造成堵塞，提高与制冷剂之间的换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例提供的一种高效的水地源热泵机器的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的一种第一热交换管段的局部结构示意图；

图3是本公开实施例提供的一种如图1中A-A处的结构剖视图；

图4是本公开实施例提供的一种第一热交换管段的另一种局部结构示意图；

图5是本公开实施例提供的一种第二热交换管段的局部结构示意图；

图6是本公开实施例提供的一种如图1中B-B处的结构剖视图；

图7是本公开实施例提供的一种除垢组件的结构示意图；

图8是本公开实施例提供的一种冷媒管的剖视结构示意图；

图9是本公开实施例提供的一种外壳体的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

在相关技术中，采用水地源热泵机器作为夏季空调的冷源时，通过将冷却水导入到空调室外机的换热器中的毛细管中，对由室内机流出，并通过压缩机增压的高温气态制冷剂进行降温，使制冷剂吸冷液化，而采用水地源热泵机器作为夏季空调的热源时，又可以对液态制冷剂进行加热，使制冷剂汽化。

相关技术中的水地源热泵机器，需要将冷却水输入到位于地上的换热器中进行循环使用，而在夏季和冬季，外界温度的温差较大，冷却水的水温难以控制，往往需要消耗额外的能量对冷却水进行升温和降温，导致水地源热泵机器的使用功耗增加。发明人通过将用于与制冷剂管道进行热交换的换热管道与地下水管连通，利用恒温的地下水作为冷源或者热源，能够有效降低水地源热泵机器的使用功耗。而在长时间使用后，发明人发现而当外界空气较低时，地下水容易在换热管道中结冰造成换热管道堵塞，导致换热管道中的地下水的温度和流量降低，进而使与制冷剂之间的换热效率低。发明人首先采用在换热管道上设置保温层，通过将换热管道与外界隔离的方式防止换热管道结冰冻结。但是在多次试验后发现，当外界空气温度处于零下20℃至零下30℃的范围时，单纯通过在换热管道外部设置保温层的方式效果较差，换热管道内的地下水依然存在结冰冻结的问题。

图1是本公开实施例提供的一种高效的水地源热泵机器的结构示意图。图2是本公开实施例提供的一种第一热交换管段的局部结构示意图。图3是本公开实施例提供的一种如图1中A-A处的结构剖视图。图4是本公开实施例提供的一种第一热交换管段的另一种局部结构示意图。图5是本公开实施例提供的一种第二热交换管段的局部结构示意图。图6是本公开实施例提供的一种如图1中B-B处的结构剖视图。图7是本公开实施例提供的一种除垢组件的结构示意图。图8是本公开实施例提供的一种冷媒管的剖视结构示意图。图9是本公开实施例提供的一种外壳体的结构示意图。如图1至图9所示，通过实践，本发明人提供了一种高效的水地源热泵机器，包括冷媒管100、第一换热管200和第二换热管300。其中，

冷媒管100用于与空调室内机连通，冷媒管100具有第一热交换管段110。第一换热管200用于输送地下水，第一换热管200具有第二热交换管段210。第二换热管300呈环形，第二换热管300内具有导热介质m，导热介质m被配置在第二换热管300内循环流动。第二换热管300包括第一管体310和第二管体320，第一管体310和第二管体320间隔布置，第一热交换管段110位于第一管体310内部，第二热交换管段210位于第二管体320内部。

在本公开实施例中，水地源热泵机器通过冷媒管100与空调室内机连通，制冷剂通过冷媒管100在水地源热泵机器与空调室内机之间循环流动，其中第一热交换管段110位冷媒管100上的任意一段管体。第一换热管200与地下水管连接，使恒温的地下水能够通过第一换热管200在地下与水地源热泵机器之间循环流动，其中第二热交换管段210位第一换热管200上的任意一段管体。而通过设置第二换热管300，第二换热管300包括间隔布置的第一管体310和第二管体320，将第一热交换管段110和第二热交换管段210穿过第二换热管300的管体并分别设置在第一管体310和第二管体320的内部，使在第二换热管300内循环流动的导热介质m能够同时与第一换热管200内的地下水以及冷媒管100内的制冷剂进行热量交换。当外界空气较低时，位于地下的恒温地下水的温度与位于冷媒管100中的制冷剂，以及第二换热管300中的导热介质m相比温度较高，位于第一换热管200中的地下水会通过位于第二管体320中的第二热交换管段210与第二换热管300中流动的导热介质m进行热交换。之后吸收这部分热量的导热介质m流经第一管体310，并通过位于第一管体310中的第一热交换管段110与冷媒管100中的制冷剂进行热交换。通过选用凝固点较低的导热介质m来进行热量的交换和传导，避免直接通过地下水与制冷剂进行交换时，因为外界气温较低造成第一换热管200中的地下水在管体内结冰堵塞，避免用于进行热量交换的地下水在换热管道中凝结造成堵塞，提高与制冷剂之间的换热效率。

需要说明的是，在本公开实施例中，第一换热管200通常设置在地面下方并与同样铺设在地下的地下水管道相连通，而第二换热管300的第二管体320，也即是包含第一换热管200的第二热交换管段210相连通的部分也同时设置在地面下方，使流经第一换热管200中的地下水与外界空气隔离，避免在冬季或者外界天气较低的情况与外界空气接触，造成第一换热管200中的地下水凝结导致换热效率降低。由于选用了凝固点较低的导热介质m，第二换热管300的第一管体310则既可设置在地面下方，进一步保证导热介质m的热量不发生散失浪费，也可以设置在地面上方，方便工作人员进行拆卸维护。本公开实施例对此不作限定。

示例性地，在本公开实施例中，通过在冷媒管100和第一换热管200之间设置第二换热管300，并通过第二换热管300中的导热介质m对制冷剂和地下水进行换热，在保证换热效率的同时，无需设置大尺寸的毛细管，降低了水地源热泵机器的整体尺寸和占用体积，进而降低生产成本。

可选地，第二换热管300上具有第一离心泵330，第一离心泵330被配置为驱动导热介质m在第二换热管300内循环流动。示例性地，在本公开实施例中，通过在第二换热管300上设置离心泵330，当需要利用水地源热泵机器和空调室内机进行联动工作时，通过启动第一离心泵330，离心泵330的叶轮旋转使第二换热管300内部形成压差，进而驱动位于第二换热管300内的液态导热介质m循环流动，实现分别在第一管体310中与第一热交换管段110中的制冷剂进行热交换，在第二管体320中与第二热交换管段300中的地下水进行热交换。避免导热介质m因动力不足，流动缓慢等问题造成导热效率降低，进一步提高了地下水与制冷剂之间的换热效率。

可选地，水地源热泵机器包括第一冷媒管100a和第二冷媒管100b，第一冷媒管100a和第二冷媒管100b均具有第一热交换管段110。示例性地，在本公开实施例中，通过同时设置两根冷媒管100，也即是第一冷媒管100a以及第二冷媒管100b，并将第一冷媒管100a上的第一热交换管段110以及第二冷媒管100b上的第一热交换管段110均设置在第二换热管300的第一管体310中。当第二换热管300中的导热介质m在第二管体320中完成与地下水之间的热量交换，并流经第一管体310时，能够同时与第一冷媒管100a上的第一热交换管段110以及第二冷媒管100b上的第一热交换管段110中的制冷剂进行热量交换。水地源热泵机器的第一冷媒管100a和第二冷媒管100b能够分别于两个不同的空调室内机连通，以达到利用地下水中的热量同时对两个空调系统提供热源，即“一拖二”功能，提高了水地源热泵机器的工作效率。

需要说明的是，在本公开实施例中，采用一个水地源热泵机器对两个空调系统进行热源或者冷源的提供仅为示例，根据不同型号空调的功耗，以及不同尺寸的第一换热管200和第二换热管300之间的实际换热效率，也可以设置三根、四根或者更多的冷媒管100，本公开实施例对此不作限定。

可选地，第一管体310包括第一支管311和第二支管312，第一支管311和第二支管312并联布置，第一冷媒管100a的第一热交换管段110位于第一支管311内部，第二冷媒管100b的第一热交换管段110位于第二支管312内部。本发明人在对水地源热泵机器进行设计和实验时发现，当同时对两个空调系统提供热源时，若将第一冷媒管100a的第一热交换管段110和第二冷媒管100b的第一热交换管段110同时设置在一根导通的第二换热管300中时，流经第一管体310中的导热介质m在与第一冷媒管100a和第二冷媒管100b的其中一根的第一热交换管段110进行换热后，其温度会降低。此时这部分导热介质m再和第一冷媒管100a和第二冷媒管100b的其中另一根的第一热交换管段110进行换热时，其换热效果则会相对较差。

示例性地，在本公开实施例中，通过将第二换热管300设置为并联布置的第一支管311和第二支管312，一部分导热介质m可以在第一支管311中单独与第一冷媒管100a中的制冷剂进行热交换，而另一部分导热介质m可以在第二支管312中单独与第二冷媒管100b中的制冷剂进行热交换。流经第一支管311和第二支管312中的导热介质m相互独立且温度相同，能够保证达到相同的换热效果。

示例性地，在本公开实施例中，由于仅需要考虑与多个第一热交换管段110之间的换热效果，故仅需要将第一管体310设置为并联布置的第一支管311和第二支管312。对于与第一换热管200进行换热的第二管体320则仅需要选用一根完整的管体即可，减少了水地源热泵机器的装配难度和生产成本。

可选地，第一热交换管段110的管壁上具有第一换热部111，第一换热部111沿冷媒管100的径向向冷媒管100的中心内凹布置；第二热交换管段210的管壁上具有第二换热部211，第二换热部211沿第一换热管200的径向向第一换热管200的中心内凹布置。示例性地，在本公开实施例中，第一热交换管段110位于第一管体310内部并与第一管体310同轴布置，保证第一热交换管段110的外表面能最大程度的接触导热介质m，保证换热效果；第二热交换管段210位于第二管体320内部并与第二管体320同轴布置，保证第二热交换管段210的外表面能最大程度的接触导热介质m，保证换热效果。而通过在第一热交换管段110的管壁上设置内凹的第一换热部111，在第二热交换管段210的管壁上设置内凹的第二换热部211，可以进一步增大第一热交换管段110和第二热交换管段210与导热介质m的接触面积，使换热更加充分，进一步提高了水地源热泵机器的换热效率。

示例性地，参见图4，在本公开实施例中，第一换热部111的外表面上设置有多个第一换热翅片1111，每个第一换热翅片1111的内部具有与第一热交换管段110连通的内腔，多个第一换热翅片1111沿第一热交换管段110的长度方向均匀间隔布置，冷媒管100中的制冷剂可以在多个第一换热翅片1111的内腔中与导热介质m进行充分的热交换，进一步提高了第一热交换管段110与导热介质m之间的接触面积，提高了水地源热泵机器的换热效率。同时，多个第一换热翅片1111以及第一换热部111之间也形成了多个凹槽结构，流动的导热介质m会在多个凹槽结构之间形成涡流并停留一段时间再在后续流过的导热介质m的推动下离开多个第一换热翅片1111，从而增加单位时间内导热介质m与第一热交换管段110之间的接触时间，使导热介质m与制冷剂之间的热交换更加充分，进一步提高了水地源热泵机器的换热效率。

示例性地，在第二换热部211的外表面上也可以设置多个与第一换热翅片1111相同的换热翅片结构，以进一步提高地下水与导热介质m之间的换热效率，本公开在此不做赘述。

可选地，水地源热泵机器还包括除垢组件400，除垢组件400包括加药泵410、第一阀门420、第二阀门430、第三阀门440和三通管450，第一阀门420的出口与第二热交换管段210的进口连通，第二阀门430的进口与第二热交换管段210的出口连通，三通管450包括第一接口451、第二接口452和第三接口453，第一接口451和第二接口452分别与第二热交换管段210连通并间隔布置，加药泵410的加药口与第三阀门440的进口连通，第三阀门440的出口与第三接口453连通。

由于地下水中往往混杂有大量的泥沙等杂质，即使在经过水泵抽离以及通过滤网等过滤设备过滤后，最终进入第一换热管200以及第二热交换管段210中时，其中仍可能含有一部分杂质。在长时间循环使用的过程中，地下水中的杂质会在第二热交换管段210中沉积造成堵塞，导致与第二换热管300的热交换效率降低。

示例性地，在本公开实施例中，通过设置除垢组件400，在水地源热泵机器与空调室内机联动正常工作时，第一阀门420和第二阀门430处于导通状态，地下水通过第一阀门420和第二阀门430进出第二热交换管段210中进行换热以及循环。而当水地源热泵机器不工作时，即可控制第一阀门420和第二阀门430关闭，由于三通管450的第一接口451和第二接口452分别与第二热交换管段210连通并间隔布置，此时位于三通管450的第一接口451和第二接口452之间的管道即与第二热交换管段210形成闭环。之后通过启动加药泵410并导通第三阀门440，将净化药剂注入到第二热交换管段210中，净化药剂与沉积在第二热交换管段210中的杂质发生化学反应并实现对杂质分解和沉降，之后再导通第一阀门420和第二阀门430，经过沉降后的后的颗粒状的杂质即可跟随地下水一起排会地下，完成对第二热交换管段210进行除垢净化，避免发生堵塞，进一步提高了水地源热泵机器的换热效率。

示例性地，在本公开实施例中，三通管450上还可以设置有第二离心泵454，通过第二离心泵454的叶轮转动驱动净化药剂跟随地下水在第二热交换管段210中流动，使净化药剂能充分与沉积在第二热交换管段210中的杂质接触，避免净化药剂因动力不足，流动缓慢等问题造成除垢新效果差的问题，提高了除垢组件400对地下水的净化效果，进一步提高了水地源热泵机器的换热效率。

可选地，水地源热泵机器还包括保温层500，保温层500套设在冷媒管100的外壁上。示例性地，在本公开实施例中，通过在冷媒管100上套设保温层500，能够将冷媒管100与外界空气相隔离，在外界空气温度较低时，特别是在冬天，能够防止冷媒管100发生冻裂损坏；而在外界空气温度较高时，则可以避免冷媒管100的外表面产生冷凝水，避免因潮湿导致空调系统中的电子元件受潮损坏。同时保温层500也可以减少冷媒管100中的制冷剂与外界空气发生热量交换，减少空调系统的冷量损失。

可选地，保温层500为聚氨酯保温棉保温层500。聚氨酯具有质量轻、导热系数低、耐热性好、耐老化、容易与其它基材黏结、燃烧不产生熔滴等优异性能。能够有效提高保温层500的保温效果和使用寿命，同时相比其他保温材料价格便宜，能够减少水地源热泵机器的生产成本。

可选地，水地源热泵机器还包括外壳体600，冷媒管100和第二换热管300均位于外壳体600内部。示例性地，在本公开实施例中，通过设置外壳体600，并将冷媒管100和第二换热管300均设置在外壳体600内部，使冷媒管100和第二换热管300位于地面上方的部分，即第一管体310与外界空气隔离，为水地源热泵机器中用于制冷剂与地下水进行换热的部位处于恒温环境中，避免能量损失，进一步提高了水地源热泵机器的换热效率。

可选地，导热介质m为盐水。盐水的凝固点远低于水，在正常大气压下饱和盐水的凝固点通常为-20°至-25°。采用盐水作为导热介质m来实现制冷剂与地下水之间的热交换以及热量传导，能够有效避免因外界温度较低而凝结导致导热效率降低，提高水地源热泵机构的导热效率。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。