CN104613677A - 一种水与空气复合型热泵*** - Google Patents

一种水与空气复合型热泵*** Download PDF

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吴荣华
孙源渊
杨启容
孙春锦
李康
刘敏
郑记莘
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Abstract

一种水与空气复合型热泵***，属于能源技术领域。为解决空气源热泵热效率不高而水源热泵水源利用受限的问题，提出了一种水与空气复合型热泵***。蒸发器的末端循环水进、出口与末端循环水主进、出水管路连通，热泵机组中的蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀之间制冷剂进出口依次连通，构成一个制冷剂循环；换热器中介水出口与冷凝器中介水进口连通，冷凝器中介水出口与换热器中介水进口连通，换热器地表水进口与蓄水池第一出水口连通，换热器地表水出口与蓄水池第一进水口连通；冷却水塔进水口与蓄水池第二出水口连通，冷却水塔出水口与蓄水池第二进水口连通。本发明用于建筑物制冷供热。

Description

一种水与空气复合型热泵***
技术领域
本发明涉及一种热泵***，属于能源技术领域。
背景技术
热泵是一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置，是全世界备受关注的新能源技术。在能源日益紧张的今天，为了回收排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热能，热泵被用来将低温物体中的热能传送到高温物体中，用于加热水或采暖。按热源种类不同可分为：空气源热泵，水源热泵，土壤源热泵等。
空气源热泵机组适用范围广，适用温度范围在-7～40℃，并且一年四季全天候使用，不受阴、雨、雪等恶劣天气和冬季夜晚的影响。然而，由于空气能是分散能源，制热速度慢，热效率不是很高。另外，空气源热泵容易出现结霜问题，使用受地域限制，空气源热泵更适合在中南部使用。
水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12～22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体温度为18～35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。传统的地下水源热泵，必须回灌，如果回灌不利，有可能会导致地表下沉；传统的地表水源热泵又会受到地表水地理位置和水位稳定性的影响。可见，水源热泵机组节能效果较好，但是可利用的水源却受到很多的限制。
发明内容
本发明为解决以上所述的空气源热泵***使用范围广但热效率不高而水源热泵***虽然节能效果较好但水源的利用受到很多限制的技术问题，提出了一种空气先与蓄水池中的水换热，然后蓄水池中的水作为水源进入热泵机组换热的水与空气复合型热泵***。
为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种水与空气复合型热泵***，它包括热泵机组1、换热器2、中介水输送水泵3、第一地表水输送水泵4、第一中介水管路5、第二中介水管路6、第一地表水管路7、第二地表水管路8，所述的热泵机组1包括冷凝器9、压缩机10、膨胀阀11、蒸发器12；
所述的蒸发器12的末端循环水进口与末端循环水主进水管路13连通，蒸发器12的末端循环水出口与末端循环水主出水管路14连通，蒸发器12的制冷剂出口与压缩机10的制冷剂进口连通，压缩机10的制冷剂出口与冷凝器9的制冷剂进口连通，冷凝器9的制冷剂出口与膨胀阀11的制冷剂进口连通，膨胀阀11的制冷剂出口与蒸发器12的制冷剂进口连通；
所述的换热器2的中介水出口通过第一中介水管路5与冷凝器9的中介水进口连通，冷凝器9的中介水出口通过第二中介水管路6与换热器2的中介水进口连通，第二中介水管路6上安装有中介水输送水泵3；
换热器2的地表水进口通过第一地表水管路7与蓄水池15连通，第一地表水管路7上安装有第一地表水输送水泵4，换热器2的地表水出口通过第二地表水管路8与所述的蓄水池15连通。
一种水与空气复合型热泵***，所述的一种水与空气复合型热泵***还包括冷却水塔16、第二地表水输送水泵17、第三地表水管路18、第四地表水管路19，所述的冷却水塔16的进水口通过第三地表水管路18与所述的蓄水池15连通，第三地表水管路18上安装有第二地表水输送水泵17，冷却水塔16的出水口通过第四地表水管路19与蓄水池15连通。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
本发明利用蓄水池中的水作为水源，可以不受水源和地质条件的限制，大大提高了热泵的适用范围；并且可以降低初投资和***的设计施工要求。
本发明先利用冷却塔将空气与水直接接触换热，可以保持水源温度的稳定，不仅可以提高热效率，而且可以避免室外气候条件的影响，解决了空气源热泵夏季室外空气温度过高，热效率较低，而冬季空气源热泵翅片结霜的问题。
附图说明
图1是本发明的一种水与空气复合型热泵***整体结构俯视示意图；
图2是热泵机组的结构示意图。
图1中为了使结构在一个视图中完整表达，冷却水塔表示的主视方向的视图。
附图中的各零部件名称及标号分别如下：
热泵机组1、换热器2、中介水输送水泵3、第一地表水输送水泵4、第一中介水管路5、第二中介水管路6、第一地表水管路7、第二地表水管路8、冷凝器9、压缩机10、膨胀阀11、蒸发器12、末端循环水主进水管路13、末端循环水主出水管路14、蓄水池15、冷却水塔16、第二地表水输送水泵17、第三地表水管路18、第四地表水管路19、播水管20、散热填料21、风机22、进风口23、底盆24、第一进水口25、第一出水口26、第二进水口27、第二出水口28。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1、图2所示，一种水与空气复合型热泵***，它包括热泵机组1、换热器2、中介水输送水泵3、第一地表水输送水泵4、第一中介水管路5、第二中介水管路6、第一地表水管路7、第二地表水管路8、蓄水池15、冷却水塔16、第二地表水输送水泵17、第三地表水管路18、第四地表水管路19，所述的热泵机组1包括冷凝器9、压缩机10、膨胀阀11、蒸发器12；
所述的蒸发器12的末端循环水进口与末端循环水主进水管路13连通，蒸发器12的末端循环水出口与末端循环水主出水管路14连通，蒸发器12的制冷剂出口与压缩机10的制冷剂进口连通，压缩机10的制冷剂出口与冷凝器9的制冷剂进口连通，冷凝器9的制冷剂出口与膨胀阀11的制冷剂进口连通，膨胀阀11的制冷剂出口与蒸发器12的制冷剂进口连通；
所述的换热器2的中介水出口通过第一中介水管路5与冷凝器9的中介水进口连通，冷凝器9的中介水出口通过第二中介水管路6与换热器2的中介水进口连通，第二中介水管路6上安装有中介水输送水泵3；
换热器2的地表水进口通过第一地表水管路7与蓄水池15第一出水口26连通，第一地表水管路7上安装有第一地表水输送水泵4，换热器2的地表水出口通过第二地表水管路8与蓄水池15的第一进水口25连通；
所述的冷却水塔16的进水口通过第三地表水管路18与所述的蓄水池15的第二出水口28连通，第三地表水管路18上安装有第二地表水输送水泵17，冷却水塔16的出水口通过第四地表水管路19与蓄水池15的第二进水口27连通。
具体实施方式二：如图1所示，本实施方式的一种水与空气复合型热泵***，所述的蓄水池15的外形为立方体形状，立方体形状的蓄水池15的四个侧壁底部分别设有所述的第一进水口25、第一出水口26、第二进水口27及第二出水口28，且第二进水口27及第一出水口26相邻设置在立方体形状的蓄水池15的一个底角部，第一进水口25及第二出水口28相邻设置在立方体形状的蓄水池15的另一个底角部，立方体形状的蓄水池15的所述的一个底角部与所述的另一个底角部相对应。
工作原理：
结合图1、图2说明，夏季制冷时,末端循环水由热泵机组1的蒸发器12的末端循环水进口进入蒸发器12内，蒸发器12内低温低压的液态制冷剂吸收末端循环水的热量变为低压制冷剂蒸汽，低压制冷剂蒸汽由蒸发器12的制冷剂出口排出，而换热后的末端循环水则由蒸发器12的末端循环水出口流出换热机组1。上述的低压制冷剂蒸汽由压缩机10的制冷剂进口被吸入压缩机10内，经压缩机10压缩做功后变为高温高压的制冷剂蒸汽，高温高压的制冷剂蒸汽由压缩机10的制冷剂出口排出；高温高压的制冷剂蒸汽由冷凝器9的制冷剂进口进入冷凝器9内，同时中介水由冷凝器9的中介水进口进入冷凝器9内，高温高压的制冷剂蒸汽被中介水冷却凝结为高压液态制冷剂，高压液态制冷剂由冷凝器9的制冷剂出口流出，而吸收热量后的中介水由冷凝器9的中介水出口流出热泵机组1，高压的液态制冷剂由膨胀阀11的制冷剂进口进入膨胀阀11内，经膨胀阀11的节流降压后高压液态制冷剂变为低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂由膨胀阀11的制冷剂出口流出。低温低压的液态制冷剂由蒸发器12的制冷剂进口进入到蒸发器12内，这样制冷剂完成一个循环。
由冷凝器9的中介水出口流出的中介水经中介水输送水泵3的输送由换热器2的中介水进口进入换热器2内，同时蓄水池中的地表水由第一地表水输送水泵4输送至换热器2的地表水进口，地表水进入换热器2后与中介水逆流换热；换热后吸收热量的地表水由换热器2的地表水出口排出流回蓄水池15，而释放热量后的中介水由换热器2的中介水出口流出后再次由冷凝器9的中介水进口进入冷凝器9内吸收热量，这样中介水完成一个循环。
末端循环水经上述热泵机组1、换热器2换热后，末端循环水的热量最终被排入蓄水池15中，而为了降低蓄水池15中地表水的水温增强换热效果，本设计加装一冷却水塔16。由于夏季白天气温高、夜间气温低，白天机组运行一段时间后蓄水池15中地表水的水温升高，降低了热泵***的运行效率，夜间可通过冷却水塔16对蓄水池15中的地表水降温处理。蓄水池15中的热水通过第二地表水输送水泵17以一定压力输送至冷却水塔16内，由冷却水塔16的进水口进入冷却水塔16的播水***内，热水通过播水管20上的小孔均匀的洒在散热填料21上面。干燥的空气在风机22的作用下由冷却水塔16侧壁底部的进风口23进入冷却水塔16内，空气与洒在散热填料21上的热水进行强制对流换热。热量被空气以热风的形式由冷却水塔16顶部的出风口排出，被冷却的水流入底盆24从冷却水塔16出水口经第四地表水管路19流回蓄水池15中。
整个***的热量传递过程是：末端循环水传递给中介水，中介水传递给蓄水池15中的地表水，地表水传递给空气。
冬季供热时,将末端水引入热泵***的冷凝器9内,而中介水进入蒸发器12内换热。由于冬季白天气温高、夜间气温低，白天冷却水塔16工作将热量补充给蓄水池15以维持热泵***的高效换热。工作原理与夏季制冷的不同在于：热量反向传递,是由空气传递给蓄水池15中的地表水,地表水传递给中介水,中介水传递给末端循环水。

Claims (2)

1.一种水与空气复合型热泵***，它包括热泵机组1、换热器2、中介水输送水泵3、第一地表水输送水泵4、第一中介水管路5、第二中介水管路6、第一地表水管路7、第二地表水管路8、蓄水池15、冷却水塔16、第二地表水输送水泵17、第三地表水管路18、第四地表水管路19，所述的热泵机组1包括冷凝器9、压缩机10、膨胀阀11、蒸发器12；其特征是：
所述的蒸发器12的末端循环水进口与末端循环水主进水管路13连通，蒸发器12的末端循环水出口与末端循环水主出水管路14连通，蒸发器12的制冷剂出口与压缩机10的制冷剂进口连通，压缩机10的制冷剂出口与冷凝器9的制冷剂进口连通，冷凝器9的制冷剂出口与膨胀阀11的制冷剂进口连通，膨胀阀11的制冷剂出口与蒸发器12的制冷剂进口连通；
所述的换热器2的中介水出口通过第一中介水管路5与冷凝器9的中介水进口连通，冷凝器9的中介水出口通过第二中介水管路6与换热器2的中介水进口连通，第二中介水管路6上安装有中介水输送水泵3；
换热器2的地表水进口通过第一地表水管路7与蓄水池15第一出水口26连通，第一地表水管路7上安装有第一地表水输送水泵4，换热器2的地表水出口通过第二地表水管路8与蓄水池15的第一进水口25连通；
所述的冷却水塔16的进水口通过第三地表水管路18与所述的蓄水池15的第二出水口28连通，第三地表水管路18上安装有第二地表水输送水泵17，冷却水塔16的出水口通过第四地表水管路19与蓄水池15的第二进水口27连通。
2.根据权利要求1所述的一种水与空气复合型热泵***，其特征在于：所述的蓄水池15的外形为立方体形状，立方体形状的蓄水池15的四个侧壁底部分别设有所述的第一进水口25、第一出水口26、第二进水口27及第二出水口28，且第二进水口27及第一出水口26相邻设置在立方体形状的蓄水池15的一个底角部，第一进水口25及第二出水口28相邻设置在立方体形状的蓄水池15的另一个底角部，立方体形状的蓄水池15的所述的一个底角部与所述的另一个底角部相对应。
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