用于海水源的冷暖空调系统及其制冷和制热工况切换方法

1.本发明涉及一种空调系统，特别涉及一种用于海水源的冷暖空调系统及其制冷和制热工况切换方法。


背景技术：

2.目前，海上平台所使用的海水源空调机组多为单冷机组，在冬季用热季节，则采用电加热进行供暖，其能耗水平和环境经济性，均远低于热泵系统。对于海上平台所使用的单冷空调机组，经过有限范围内的改造，即可使其具备热泵功能，用于冬季高效供暖。然而，为了便于清洗换热器海水侧的换热面，对于海水源空调系统所采用的的管壳式换热器，海水走管程，制冷剂走壳程。当空调系统制冷工况运行时，管壳式换热器作为系统冷凝器，为了实现及时回油以及最大程度的有效换热面积，要求换热器内液态制冷剂液位处于低位，而热泵工况运行时，管壳式换热器成为满液式蒸发器，为了减小蒸发器出口制冷剂蒸气过热度，提高系统性能，要求蒸发器内液态制冷剂处于高液位。由于液位调节措施的缺乏，导致管壳式海水
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制冷剂相变换热器只能作为空调系统的冷凝器运行，当空调系统需转为热泵运行时，换热器内液位太低，导致压缩机吸气过热度过大，换热器效率以及制热效率大幅下降，同时，较低的液位也不利压缩机回油，导致系统稳定性降低。因此，为了使单冷海水源制冷机组具备热泵功能，就需要解决海水源空调机组在制冷和制热工况下，对管壳式换热器内壳程液位截然不同的控制需求。


技术实现要素：

3.本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于海水源的冷暖空调系统及其制冷和制热工况切换方法。
4.本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用于海水源的冷暖空调系统，包括：依次连通的第一电子膨胀阀、第一干燥过滤器、第一换热器，依次连通的压缩机、油分离器、四通换向阀，以及第一至第五截止阀、储液器、第二换热器、流量检知装置、海水加热系统；海水加热系统用于加热海水并提供热媒，其包括冷海水输入口和热海水输出口；第二换热器为管壳式换热器，其包括顶部工质接口、底部工质接口、冷海水接口、热海水接口；海水加热系统的热海水输出口与管壳式换热器的热海水接口连通；海水加热系统的冷海水输入口与管壳式换热器的冷海水接口连通；储液器上设有均与其内腔连通的上部连通管和下部连通管；上部连通管的管口底端位于储液器内腔上部；下部连通管的管口底端位于储液器内腔下部；四通换向阀，其c口与第一换热器的工质接口连通，其s口与压缩机的输入口连通，其e口与管壳式换热器的顶部工质接口连通，其d口与油分离器的出气口连通；管壳式换热器的底部工质接口，其依次通过第一截止阀、第二截止阀与第一电子膨胀阀相连通，其依次通过第一截止阀、第三截止阀与上部连通管相连通；其通过第四截止阀与下部连通管相连通；其依次通过第一截止阀、第五截止阀与油分离器的出气口相连通；油分离器的进气口与压缩机的工质输出口相连通；油分离器的出油口与压缩机的回油口相
连通；流量检知装置，其用于检知从储液器流出的液态制冷剂的流量，其安装在第四截止阀的进口或出口。
5.进一步地，第一换热器为翅片换热器。
6.进一步地，还包括相互连通的第六截止阀、第七截止阀及气液分离器；第六截止阀的输入口分别与四通换向阀的s口及第七截止阀的输入口连通；第六截止阀的输出口与气液分离器的输入口连通；气液分离器的输出口分别与第七截止阀的输出口及压缩机的工质输入口连通。
7.进一步地，还包括第二电子膨胀阀、第二干燥过滤器；由第一电子膨胀阀、第一干燥过滤器依次串联形成的支路，与由第二电子膨胀阀、第二干燥过滤器依次串联形成的支路并联。
8.进一步地，在第二截止阀和第一电子膨胀阀之间还设有第三干燥过滤器。
9.进一步地，还包括引射泵；引射泵包括高压输入口、低压输入口和输出口，其高压输入口与压缩机输出口连通；其低压输入口与管壳式换热器的底部润滑油输出口连通；其输出口与压缩机的输入口连通。
10.进一步地，在压缩机输出口和引射泵的高压输入口之间还设有第四干燥过滤器。
11.进一步地，在第一换热器的工质输入输出口均设置压力表；在管壳式换热器的顶部工质接口及底部工质接口均设置压力表；在压缩机的输入口设置压力表；在油分离器的输出口设置压力表。
12.进一步地，流量检知装置包括视液镜和/或流量计。
13.本发明还提供了一种上述的用于海水源的冷暖空调系统的制冷和制热工况切换方法，当空调系统处于制冷工况运行时，海水加热系统不工作，四通换向阀断电，其d口和e口导通，其c口和s口导通；使第一截止阀、第五截止阀截止，使第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀导通；管壳式换热器作为冷凝器，第一换热器作为蒸发器；使压缩机输出的气态工质，依次经过油分离器、四通换向阀的d口和e口，从管壳式换热器顶部的工质接口进入其壳程；使管壳式换热器的冷海水接口输入冷海水，冷海水将经由壳程的工质冷凝为液态工质，液态工质从管壳式换热器底部的工质接口排出后流入储液器，当储液器内的工质液位超过上部连通管的管口底端时，使液态工质依次经由储液器的上部连通管、第三截止阀、第二截止阀、第一电子膨胀阀、第一干燥过滤器、第一换热器、四通换向阀的c口和s口，流至压缩机的输入口，实现制冷循环；当空调系统处于制热工况运行时，管壳式换热器作为蒸发器，使四通换向阀通电，其s口和e口导通，其c口和d口导通；使第一截止阀、第二截止阀截止，使第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀导通，开启压缩机，使压缩机输出气态工质经由上部连通管进入储液器，将液态制冷剂压入管壳式换热器；当从储液器流出的液态制冷剂的流量被流量检知装置检知小于设定值时，使第三截止阀、第四截止阀及第五截止阀截止，使第一截止阀、第二截止阀导通，开启海水加热系统；使压缩机输出的气态工质，依次经过油分离器、四通换向阀的d口和c口、第一换热器、第一干燥过滤器、第一电子膨胀阀、第二截止阀、第一截止阀，从管壳式换热器底部的工质接口进入其壳程，海水加热系统输出的热海水将经由壳程的工质加热气化；使气化后的工质从管壳式换热器顶部的工质接口排出后，依次经由四通换向阀的e口和s口流至压缩机的输入口，实现制热循环。
14.本发明具有的优点和积极效果是：通过在系统内设置储液器及上部连通管和下部
连通管；使上部连通管的管口底端位于储液器内腔上部；使下部连通管的管口底端位于储液器内腔下部；可以使管壳式海水
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制冷剂相变换热器既能作为空调系统的冷凝器运行又可以当做蒸发器运行。制冷工况下，液态制冷剂存于储液罐，降低了冷凝器内的液位，增加了冷凝器内的有效换热面积，有利于提高冷凝器换热量。制热工况下，储液罐内液态工质被排入满液式蒸发器后被关断，提高了蒸发器内液位，增加了蒸发器内的有效换热面积，增加换热量，同时，较高的液位有益于压缩机回油。
附图说明
15.图1是本发明的一种用于海水源的冷暖空调系统结构示意图。
16.图2是本发明的一种用于海水源的冷暖空调系统优选实施例的制冷循环示意图。
17.图3是本发明的一种用于海水源的冷暖空调系统优选实施例的制热循环示意图。
18.图中：1、第一干燥过滤器；2、第二干燥过滤器；3、第一压力表；4、第三压力表；5、回油弯管；6、管壳式换热器；7、引射泵；8、翅片换热器；9、第二压力表；10、第四干燥过滤器；11、四通换向阀；12、第六截止阀；13、第七截止阀；14、气液分离器；15、第六压力表；16、油分离器；17、压缩机；18、第五压力表；19、第四压力表；20、第五截止阀；21、第八截止阀；22、下部连通管；23、第四截止阀；24、储液器；25、上部连通管；26、第三截止阀；27、第一截止阀；28、第二截止阀；29、第三干燥过滤器；30、第二电子膨胀阀；31、第一电子膨胀阀；32、视液镜。
19.c、d、e、s分别表示四通换向阀的c口、d口、e口、s口。
具体实施方式
20.为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
21.请参见图1至图3，一种用于海水源的冷暖空调系统，包括：第一电子膨胀阀31、第一干燥过滤器1、第一换热器、压缩机17、油分离器16、四通换向阀11、第一截止阀27、第二截止阀28、第三截止阀26、第四截止阀23、第五截止阀20、储液器24、第二换热器、流量检知装置、海水加热系统；其中，第一电子膨胀阀31、第一干燥过滤器1、第一换热器依次连通，压缩机17、油分离器16、四通换向阀11依次连通。
22.将上述装置分成3部分，即包括：依次连通的第一电子膨胀阀31、第一干燥过滤器1、第一换热器，依次连通的压缩机17、油分离器16、四通换向阀11，以及第一至第五截止阀20、储液器24、第二换热器、流量检知装置、海水加热系统。
23.海水加热系统用于加热海水并提供海水热媒，其包括冷海水输入口和热海水输出口；第二换热器为管壳式换热器6，其包括顶部工质接口、底部工质接口、冷海水接口、热海水接口；海水加热系统的热海水输出口与管壳式换热器6的热海水接口连通；海水加热系统的冷海水输入口与管壳式换热器6的冷海水接口连通；储液器24上设有均与其内腔连通的上部连通管25和下部连通管22；上部连通管25的管口底端位于储液器24内腔上部；下部连通管22的管口底端位于储液器24内腔下部；四通换向阀11，其c口与第一换热器的工质接口连通，其s口与压缩机17的输入口连通，其e口与管壳式换热器6的顶部工质接口连通，其d口与油分离器16的出气口连通；管壳式换热器6的底部工质接口，其依次通过第一截止阀27、
第二截止阀28与第一电子膨胀阀31相连通，其依次通过第一截止阀27、第三截止阀26与上部连通管25相连通；其通过第四截止阀23与下部连通管22相连通；其依次通过第一截止阀27、第五截止阀20与油分离器16的出气口相连通；油分离器16的进气口与压缩机17的工质输出口相连通；油分离器16的出油口与压缩机17的回油口相连通；流量检知装置，其用于检知从储液器24流出的液态制冷剂的流量，其安装在第四截止阀23的进口或出口。
24.优选地，第一换热器可为翅片换热器8。翅片换热器8可通过在普通的基管上加装翅片来达到强化传热的目的。基管可以用钢管；不锈钢管；铜管等。翅片也可以用钢带；不锈钢带，铜带，铝带等。
25.为更好地实现凝液回收或者气相净化，还可包括相互连通的第六截止阀12、第七截止阀13及气液分离器14；第六截止阀12的输入口分别与四通换向阀11的s口及第七截止阀13的输入口连通；第六截止阀12的输出口与气液分离器14的输入口连通；气液分离器14的输出口分别与第七截止阀13的输出口及压缩机17的工质输入口连通。系统在制冷运行中,汽液分离器的作用是：饱和气体在降温或者加压过程中，一部分可凝气体组分会形成小液滴，随气体一起流动。汽液分离器作用就是处理含有少量凝液的气体，实现凝液回收或者气相净化。制冷剂可进入气液分离器14做进一步气液分离，再进入压缩机17。
26.优选地，还可包括第二电子膨胀阀30、第二干燥过滤器2；由第一电子膨胀阀31、第一干燥过滤器1依次串联形成的支路，与由第二电子膨胀阀30、第二干燥过滤器2依次串联形成的支路并联。增加一并联支路的作用是每一膨胀阀支路各承担一半负荷，或者开启单一膨胀支路实现机组部分负荷运行，以适应随气温变化的空调负荷。
27.第一电子膨胀阀31、第二电子膨胀阀30均为双向电子膨胀阀；第一干燥过滤器1、第二干燥过滤器2均为双向干燥过滤器。
28.为进一步过滤干燥制冷剂，在第二截止阀28和第一电子膨胀阀31之间还可设有第三干燥过滤器29。第三干燥过滤器29为双向干燥过滤器。
29.为更好地回收润滑油，还可包括引射泵7；引射泵7包括高压输入口、低压输入口和输出口，其高压输入口与压缩机17输出口连通；其低压输入口与管壳式换热器6的底部润滑油输出口连通；其输出口与压缩机17的输入口连通。引射泵7又称喷射泵，在满液式系统中，管壳式换热器6内制冷剂走壳程，海水走管程，此时制冷剂在管外全程沸腾换热，因润滑油比制冷剂重，制冷剂蒸发后其中携带的润滑油大量存积于管壳式换热器6底部，不易回压缩机17，所以在使用满液式系统时，为促进回油，采用引射泵7帮助回油。此外还可在管壳式换热器6的顶部工质接口处设置回油弯管5，进一步利于回油。
30.为进一步过滤干燥制冷剂，在压缩机17输出口和引射泵7的高压输入口之间还设有第四干燥过滤器10。
31.优选地，为便于检知系统中的压力状况，在第一换热器的工质输入输出口可均设置压力表，在其中的一个工质接口可设置第一压力表3，在另一个工质接口可设置第二压力表9；在管壳式换热器6的顶部工质接口及底部工质接口均可设置压力表；其中在顶部工质接口可设置第三压力表4；在底部工质接口可设置第四压力表19；在压缩机17的输入口可设置第五压力表18；在油分离器16的输出口可设置第六压力表15。
32.优选地，流量检知装置包括视液镜32和/或流量计。流量计可以读数也可以输出信号至系统的控制系统。视液镜32可以目视，两种装置可以单独使用也可以同时使用。
33.管壳式换热器6的底部工质接口还可设置第八截止阀21，第八截止阀21一端与管壳式换热器6的底部工质接口连通；一端分别与第一截止阀27及第四截止阀23连通。当制冷工质从管壳式换热器6的底部工质接口流出后，可经由第八截止阀21后分成两路，一路流向第一截止阀27，一路流向第四截止阀23。
34.上述第一至第八截止阀可为手动阀也可以为电动阀。
35.上述第一至第四干燥过滤器，第一至第六压力表，第一至第八截止阀、第一至第二电子膨胀阀，第一至第二换热器中的序号皆为便于区分编序，无特殊含义。
36.本发明还提供了一种上述的用于海水源的冷暖空调系统的制冷和制热工况切换方法，当空调系统处于制冷工况运行时，海水加热系统不工作，四通换向阀11断电，其d口和e口导通，其c口和s口导通；使第一截止阀27、第五截止阀20截止，使第二截止阀28、第三截止阀26、第四截止阀23导通；管壳式换热器6作为冷凝器，第一换热器作为蒸发器；使压缩机17输出的气态工质，依次经过油分离器16、四通换向阀11的d口和e口，从管壳式换热器6顶部的工质接口进入其壳程；输入冷海水将经由壳程的工质冷凝为液态工质，液态工质从管壳式换热器6底部的工质接口排出后流入储液器24，当储液器24内的工质液位超过上部连通管25的管口底端时，使液态工质依次经由储液器24的上部连通管25、第三截止阀26、第二截止阀28、第一电子膨胀阀31、第一干燥过滤器1、第一换热器、四通换向阀11的c口和s口，流至压缩机17的输入口，实现制冷循环；当空调系统处于制热工况运行时，使四通换向阀11通电，其s口和e口导通，其c口和d口导通；使第一截止阀27、第二截止阀28截止，使第三截止阀26、第四截止阀23、第五截止阀20导通，开启压缩机17，使压缩机17输出气态工质经由上部连通管25进入储液器24，将液态制冷剂压入管壳式换热器6；当从储液器24流出的液态制冷剂的流量被流量检知装置检知小于设定值时，使第三截止阀26、第四截止阀23及第五截止阀20截止，使第一截止阀27、第二截止阀28导通，开启海水加热系统；使压缩机17输出的气态工质，依次经过油分离器16、四通换向阀11的d口和c口、第一换热器、第一干燥过滤器1、第一电子膨胀阀31、第二截止阀28、第一截止阀27，从管壳式换热器6底部的工质接口进入其壳程，海水加热系统输出的热海水将经由壳程的工质加热气化；使气化后的工质从管壳式换热器6顶部的工质接口排出后，依次经由四通换向阀11的e口和s口流至压缩机17的输入口，实现制热循环。
37.下面以本发明的一个优选实施例来进一步说明本发明的工作原理：
38.一种用于海水源的冷暖空调系统，包括：依次连通的第一电子膨胀阀31、第一干燥过滤器1、第一换热器，依次连通的压缩机17、油分离器16、四通换向阀11，以及第一至第五截止阀20、储液器24、第一换热器、流量检知装置、海水加热系统；海水加热系统用于加热海水并提供热媒，其包括冷海水输入口和热海水输出口；第一换热器为翅片换热器8；海水加热系统包括热泵。
39.第二换热器为管壳式换热器6，其包括顶部工质接口、底部工质接口、冷海水接口、热海水接口；海水加热系统的热海水输出口与管壳式换热器6的热海水接口连通；海水加热系统的冷海水输入口与管壳式换热器6的冷海水接口连通；储液器24上设有均与其内腔连通的上部连通管25和下部连通管22；上部连通管25的管口底端位于储液器24内腔上部；下部连通管22的管口底端位于储液器24内腔下部；四通换向阀11，其c口与第一换热器的工质接口连通，其s口与压缩机17的输入口连通，其e口与管壳式换热器6的顶部工质接口连通，
其d口与油分离器16的出气口连通；管壳式换热器6的底部工质接口，其依次通过第一截止阀27、第二截止阀28与第一电子膨胀阀31相连通，其依次通过第一截止阀27、第三截止阀26与上部连通管25相连通；其通过第四截止阀23与下部连通管22相连通；其依次通过第一截止阀27、第五截止阀20与油分离器16的出气口相连通；油分离器16的进气口与压缩机17的工质输出口相连通；油分离器16的出油口与压缩机17的回油口相连通；流量检知装置，其用于检知从储液器24流出的液态制冷剂的流量，其安装在第四截止阀23的进口或出口。
40.还包括相互连通的第六截止阀12、第七截止阀13及气液分离器14；第六截止阀12的输入口分别与四通换向阀11的s口及第七截止阀13的输入口连通；第六截止阀12的输出口与气液分离器14的输入口连通；气液分离器14的输出口分别与第七截止阀13的输出口及压缩机17的工质输入口连通。
41.还包括引射泵7；引射泵7包括高压输入口、低压输入口和输出口，其高压输入口与压缩机17输出口连通；其低压输入口与管壳式换热器6的底部润滑油输出口连通；其输出口与压缩机17的输入口连通。
42.在压缩机17输出口和引射泵7的高压输入口之间还设有第四干燥过滤器10。
43.管壳式换热器6的底部工质接口还设置第八截止阀21，第八截止阀21一端与管壳式换热器6的底部工质接口连通；一端分别与第一截止阀27及第四截止阀23连通。
44.当空调系统处于制冷工况运行时，海水加热系统不工作，四通换向阀11断电，其d口和e口导通，其c口和s口导通；使第一截止阀27、第五截止阀20截止，使第二截止阀28、第三截止阀26、第四截止阀23导通；管壳式换热器6作为冷凝器，第一换热器作为蒸发器；使压缩机17输出的气态工质，依次经过油分离器16、四通换向阀11的d口和e口，从管壳式换热器6顶部的工质接口进入其壳程；输入冷海水将经由壳程的工质冷凝为液态工质，液态工质从管壳式换热器6底部的工质接口排出后流入储液器24，当储液器24内的工质液位超过上部连通管25的管口底端时，使液态工质依次经由储液器24的上部连通管25、第三截止阀26、第二截止阀28、第一电子膨胀阀31、第一干燥过滤器1、第一换热器、四通换向阀11的c口和s口，流至压缩机17的输入口，实现制冷循环，保证本应积存于管壳式换热器6内的液态制冷剂进入到储液器24，当储液器24内的液位超过上部连通管25的管口底端时，液态工质由上部连通管25进入系统，参与制冷循环。
45.当空调系统处于制热工况运行时，使四通换向阀11通电，其s口和e口导通，其c口和d口导通；使第一截止阀27、第二截止阀28截止，使第三截止阀26、第四截止阀23、第五截止阀20导通，开启压缩机17，使压缩机17输出气态工质经由上部连通管25进入储液器24，将液态制冷剂压入管壳式换热器6；管壳式换热器6成为满液式蒸发器，制冷剂以气液混合的状态从管壳式换热器6底部接口进入，蒸发吸热变成蒸气状态经管壳式换热器6顶部排出，此时需要制冷剂在管壳式换热器6壳程保持较高液位，以减小压缩机17吸气口的过热度，提高系统制热性能。
46.当从储液器24流出的液态制冷剂的流量被流量检知装置检知小于设定值时，此时储液器24内绝大部分液态制冷剂进入管壳式换热器6，使管壳式换热器6壳程保持较高液位。
47.使第三截止阀26、第四截止阀23及第五截止阀20截止，使第一截止阀27、第二截止阀28导通，开启海水加热系统；使压缩机17输出的气态工质，依次经过油分离器16、四通换
向阀11的d口和c口、第一换热器、第一干燥过滤器1、第一电子膨胀阀31、第二截止阀28、第一截止阀27，从管壳式换热器6底部的工质接口进入其壳程，海水加热系统输出的热海水将经由壳程的工质加热气化；使气化后的工质从管壳式换热器6顶部的工质接口排出后，依次经由四通换向阀11的e口和s口流至压缩机17的输入口，实现制热循环。
48.四通换向阀11是由主阀和四通先导阀组成。其工作原理如下：
49.制冷循环工况：当电磁线圈处于断电状态，导阀小滑块左移，d口和e口导通，c口和s口导通，形成制冷循环。制热循环工况：当电磁线圈处于通电状态，导阀小滑块右移，d、c口导通，e、s口导通，形成制热循环。
50.压缩机17油分离器16的作用是：为了防止没有蒸发的液体直接进入压缩机17,造成压缩机17液击现象。压缩机17的润滑油会有一部分随着压缩机17的做功而被排入高压仓进入高压管，这样系统中就会有润滑油的存在，其实油也是和制冷剂一起在系统中循环的，最后回到压缩机17，但是有些系统不允许有油或者系统设计的可能会回油不好，这样会造成压缩机17缺油而损坏，这样就会安装一个油气分离器，把油和气分离开来，油直接回到压缩机17，从而保证了系统的正常运行。
51.以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。