CN104792005A - 一种生物能吸收方法及基于该方法的空气能热泵*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物能吸收方法及基于该方法的空气能热泵***，用于解决：现有技术中在新风引入过程中一般会采用空调或其他加热设备对养殖场进行增温，以上空调或其他加热设备在此情况下一般运行在较大的负荷下，以上能源支出对养殖成本影响较大的问题，以上问题的解决依赖于将生物废热引入到热泵吸热段的特定部位，使得热泵有效吸收即将被排出的生物热能，以将上述生物热能转换为其他用途，提高热泵的功率输出。本发明结构简单，用途广泛，便于推广，可有效利用生物能废热，同时以上废热吸收效率高，利于降低生产、生活过程中耗能、提高热泵的功率输出。

Description

一种生物能吸收方法及基于该方法的空气能热泵***

技术领域

    本发明涉及能源回收利用领域，特别是涉及一种生物能吸收方法及基于该方法的空气能热泵***。

背景技术

家禽、家畜养殖业是我国畜牧业的支柱产业，也是规模化集约化程度高、与国际先进水平最接近的产业。家禽、家畜饲养品种多，数量大，包括鸡、鸭、鹅、火鸡、鹌鹑、鸽、猪、牛以及特种禽类等。改革开放以来，特别是近些年来，我国家禽、家畜养殖业快速发展，养殖业综合生产能力显著增强，已成为农民增收的重要来源，其产品也是最受消费者欢迎的产品。

同时，集约化养殖场内养殖数量多，密度大，易滋生细菌病毒，细菌扩散到空气中易导致动物或人感染；同时高密度养殖也存在耗氧量大的特点。为保证人畜健康，现有技术中针对养殖场饲养环境中的空气存在的上述问题，多采用增加空气净化装置和引入新风的方案加以解决。特别是在冬季，为保证养殖场内的室温维持在一个较高的温度范围以利于家禽、家畜的存活和生长，而在新风引入过程中会加大采用空调或其他加热设备对养殖场进行增温的负担，以上空调或其他加热设备在此情况下一般运行在较大的负荷下，以上能源支出对养殖成本影响较大，同时浪费了大量家禽、家畜产生的生物能量。

现有技术中，如实用新型200920106922.5、200420017455.6等，均公开了余热回收利用技术或装置，这些方案中对热泵主机本身改动很大，室内外机组也均有较大改动，还在墙体上增加开孔。热泵技术是现代社会中运用广泛的成熟技术，其安装布局均被大家广泛接受。这些改动将极大地增加生产厂家的生产难度和营销风险。也很难让广大用户接受，不利于推广。其热回收利用方式并不科学，其直接将室内空气单独或混合室外空气，作用于热泵蒸发器上。由于室外空气温度不高但热总量无限，室内热量温度高但总量是有限的。如果单独参与蒸发器换热，受热总量限制可能反而导致吸热不足，还将室内温度降得太低。如混合室外空气则不能有效提高蒸发器换热温度。所以并不能直接有效提高热介质温度。

发明内容

针对上述现有技术中在新风引入过程中一般会采用空调或其他加热设备对养殖场进行增温，以上空调或其他加热设备在此情况下一般运行在较大的负荷下，以上能源支出对养殖成本影响较大的问题，本发明提供了一种生物能吸收方法及基于该方法的空气能热泵***。

为解决上述问题，本发明提供的一种生物能吸收方法及基于该方法的空气能热泵***通过以下技术要点来解决问题：一种生物能吸收方法，用于空气能热泵***中，通过空气能热泵对排风管或换气口中的热能进行吸收利用，所述热泵的吸热段分为两部分：包括前端的低品位热能吸收部和后端的高品位热能吸收部，所述低品位热能吸收部中的热载体吸收自然环境中的空气热量，所述热载体流经高品位热能吸收部时，所述热载体与排风管或换气口中的气流进行热交换。

同时本发明提供了一种基于该种生物能吸收方法的空气能热泵***：一种空气能热泵***，包括热泵，所述热泵包括通过管路依次相连的压缩机、冷凝器和蒸发器，所述蒸发器的出口端连接在压缩机的入口端上，压缩机的出口端与冷凝器的入口端相连，所述蒸发器的后端还设置有高品位热流体入口。

进一步的技术方案为：

排风管或换气口中的气流与高品位热能吸收部中热载体完成热交换后，全部或部分被单次或多次引入到所述热泵的吸热段中进行进一步的热交换。

还包括旁通管路，所述旁通管路的入口端和出口端分别位于蒸发器的后端和前端。

所述蒸发器的热流体进口端和热流体出口端相邻。

所述旁通管路内还设置有第一轴流风机。

所述蒸发器包括引风管和位于引风管中的金属盘管，所述引风管中还设置有多块导流隔板。

所述导流隔板固定于金属盘管上，相邻的导流隔板在金属盘管上错开布置。

所述导流隔板固定于引风管的内壁面，导流隔板呈平板状、弧形板状或螺旋板状，且相邻的导流隔板在引风管中错开布置。

所述导流隔板为夹层结构，所述夹层结构包括两侧的为金属材质的强度层和位于强度层之间的填充层，所述引风管中还设置有第二轴流风机。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种生物能吸收方法，该方法用于空气能热泵***中，通过空气能热泵对排风管或换气口中的热能进行吸收利用。由于以上排风管或换气口中包含生物废热和其他人为因素产生的热量，特别是在冬天，以上排气温度可能高于室外环境30℃以上。本方法中，通过热泵中热载体流经热泵的吸热段时，首先在低品位热能吸收部中吸收自然环境中的空气热量、再在高品位热能吸收部中吸收排风管或换气口中排出的空气流热量，由于排风管或换气口中排出的气体的温度必然高于自然环境的空气温度，故热载体在蒸发过程中首先从自然环境中吸收到大量的热量，在流动过程中温度不断升高，在热载体流至吸热段的后端时又与排风管或换气口中排出的空气进行换热，以上形式的热载体吸热方式可使得其从自然环境中吸收到大部分热量，在接近环境温度时，与温度更高的排风管或换气口中的气流进行热交换，故冷热介质仍然具有较大的温度梯度，使得热载体进一步升温到高于环境温度，这样便能够有效提高热载体进入到热泵压缩机时的温度，发挥热泵对以上排风管或换气口中排出气体热量的良好利用，提高热泵的功率输出。作为具体的一种工况，如热泵中热载体在冷态下温度为-15℃，环境温度为15℃，首先以上冷态的热载体从环境中吸收热量，由于环境的热容量可视作热总量无限，故热载体可由环境中大量吸热，作为一种优选工艺，在热载体温度上升到12℃左右时（在温差梯度过小时热交换不明显，如温差梯度小于5℃，不利于热交换效率），将排风管或换气口中排出的空气引入，以使得热载体与上述空气进行热交换，而上述空气一般为30℃左右，这样，以上热载体可较为容易的升温至28℃左右。

2、本发明提供的方法及相应的热泵***结构，不需要对现有通用热泵机组和安装***有大的改动，在不提高现有压缩机能耗的情况下，便能够通过回收利用室内高品位热能提高热泵机组的功率输出，本发明运用推广方便。

3、作为本领域的技术人员，本余热***也可被运用于人类生产生活的其他方面，以上排风管也可以是其他区域的排风管，特别是办公楼宇排风主管、车间厂房排风管等。

附图说明

图1为本发明所述的一种空气能热泵***一个具体实施例的结构及工艺流程示意图；

图2为实施例2所述的导流隔板的结构示意图。

图中标记分别为：1、引风管，2、压缩机，3、冷凝器，4、蒸发器，5、第一轴流风机，6、旁通管路，7、导流隔板，71、强度层，72、填充层，8、高品位热流体入口。

具体实施方式

本发明提供了一种生物能吸收方法及基于该方法的空气能热泵***，用于解决：现有技术中在新风引入过程中一般会采用空调或其他加热设备对养殖场进行增温，以上空调或其他加热设备在此情况下一般运行在较大的负荷下，以上能源支出对养殖成本影响较大的问题，以上问题的解决依赖于将生物废热引入到热泵吸热段的特定部位，使得热泵有效吸收即将被排出的生物热能，以将上述生物热能转换为其他用途，提高热泵的功率输出。下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1所示，一种生物能吸收方法及基于该方法的空气能热泵***，提供了一种生物能吸收方法，该方法用于空气能热泵***中，通过空气能热泵对排风管或换气口中的热能进行吸收利用，所述热泵的吸热段分为两部分：包括前端的低品位热能吸收部和后端的高品位热能吸收部，所述低品位热能吸收部中的热载体吸收自然环境中的空气热量，所述热载体流经高品位热能吸收部时，所述热载体与排风管或换气口中的气流进行热交换。

同时本发明提供了一种基于该种生物能吸收方法的空气能热泵***：该***包括热泵，所述热泵包括通过管路依次相连的压缩机2、冷凝器3和蒸发器4，所述蒸发器4的出口端连接在压缩机2的入口端上，压缩机2的出口端与冷凝器3的入口端相连，所述蒸发器4的后端还设置有高品位热流体入口8。

本实施例中，该方法用于空气能热泵***中，通过空气能热泵对排风管或换气口中的热能进行吸收利用。由于以上排风管或换气口中包含生物废热和其他人为因素产生的热量，特别是在冬天，以上排气温度可能高于室外环境30℃以上。本方法中，通过热泵中热载体流经热泵的吸热段时，首先在低品位热能吸收部中吸收自然环境中的空气热量、再在高品位热能吸收部中吸收排风管或换气口中排出的空气流热量，由于排风管或换气口中排出的气体的温度必然高于自然环境的空气温度，故热载体在蒸发过程中首先从自然环境中吸收到大量的热量，在流动过程中温度不断升高，在热载体流至吸热段的后端时又与排风管或换气口中排出的空气进行换热，以上形式的热载体吸热方式可使得其从自然环境中吸收到大部分热量，在接近环境温度时，与温度更高的排风管或换气口中的气流进行热交换，故冷热介质仍然具有较大的温度梯度，使得热载体进一步升温到高于环境温度，这样便能够有效提高热载体进入到热泵压缩机2时的温度，发挥热泵对以上排风管或换气口中排出气体热量的良好利用，提高热泵的功率输出。

本实施例提供的热泵***中，设置在蒸发器4上的高品位热流体入口8用于与排风管或换气口相连，使得排风管或换气口中的热流体特定流向蒸发器4的后端，通过使得蒸发器4后端的冷热介质具有较大的温度梯度的方法来提高蒸发器4内热载体的吸热效果，达到通过生物热来提高热载体进入到热泵压缩机2时的温度的目的。

本实施例中，高品位热流体入口8在蒸发器4上的设置位置视排风管或换气口的气流量大小和温度而定，相较于热泵的功率输出，若上述排风管或换气口的气流中内能和温度较大或较高，高品位热流体入口8与蒸发器4末端热流体流程可设置得较大，反之可设置得较小。作为本实施例的进一步优选方案，以上高品位热流体入口8相对于蒸发器4末端的位置可调。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1和图2所示，排风管或换气口中的气流与高品位热能吸收部中热载体完成热交换后，全部或部分被单次或多次引入到所述热泵的吸热段中进行进一步的热交换。

以上对实施例1中生物能吸收方法的进一步限定，便于尽可能多的排风管或换气口中排出气体的热量，即以上排出气体作为后端热流体，在后端热流体温度明显高于吸热段前端热流体时，对后端热流体中内能的进一步吸收利用具有良好的吸收价值。

实施例3：

本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，为便于对高品位热流体中内能的充分利用，可反复使得高品位热流体与热载体热交换，作为一种实现上述方案的方式，还包括旁通管路6，所述旁通管路6的入口端和出口端分别位于蒸发器4的后端和前端。

为便于对高品位热流体中内能的充分利用，可反复使得高品位热流体与热载体热交换，作为一种实现上述方案的另一种方式，所述蒸发器4的热流体进口端和热流体出口端相邻。本方式可通过将蒸发器4的整体结构设置为弯折的形状，如U形，即在不改变冷热流体热交换总流道长度的情况下，使得蒸发器4热流体进口端和热流体出口端相邻，在热流体排出时，能够较为轻易的又由进口端进入以进行反复热交换。

为便于旁通管路6发挥引流作用，所述旁通管路6内还设置有第一轴流风机5。

作为一种热载体吸热效果好的蒸发器4结构，所述蒸发器4包括引风管1和位于引风管1中的金属盘管，所述引风管1中还设置有多块导流隔板7。以上引风管1便于在金属盘管的外侧实现稳定的热流体强制流动，以上导流隔板7用于引导引风管1中热流体的流动，发挥折流板的作用。

作为一种便于制造和安装的结构形式，所述导流隔板7固定于金属盘管上，相邻的导流隔板7在金属盘管上错开布置。

进一步的，以上金属盘管为并联的多个，即由引风管1中央到侧壁不同直径上分布有不同直径的金属盘管，以使得蒸发器4的受热面均布分布在引风管1的截面上，以尽可能多的吸收到热流体的热能。

所述导流隔板7固定于引风管1的内壁面，导流隔板7呈平板状、弧形板状或螺旋板状，且相邻的导流隔板7在引风管1中错开布置。

以上结构中，通过在引风管1的内壁面上布置导流隔板7，改变引风管1中形成的热流体流道形状，使得热流体在引风管1中呈紊流流动，热流体的各个质点作的不规则、互相混掺、轨迹曲折混乱的流动形态便于实现热流体的混合，使得各种形式的热载体能够成分吸收热能，图2中一次给出了导流隔板7分别呈螺旋板状、平板状和弧形板状的一个具体实施例的结构示意图，同时，优选将导流隔板7上设置螺栓座，采用导流隔板7与其他部件的形式采用螺纹连接的形式，以避免焊接过程中对各个部件材料性能的影响。

为降低本方案中热量吸收部分的重量，便于本方案在不同安装条件下的运用，所述导流隔板7为夹层结构，所述夹层结构包括两侧的为金属材质的强度层71和位于强度层71之间的填充层72，所述引风管1中还设置有第二轴流风机。

以上采用为夹层结构的导流隔板7形式可使得导流隔板7的整体厚度增加，配合设置在强度层71之间填充层72，可使得导流隔板7在重量较轻、耐用的条件下具有足够的刚度，优选填充层72为通过灌装后能硬化成形的胶制品，这不仅使得此种形式的导流隔板7安装制造容易，同时能够实现对导流隔板7内侧层的密封，利于导流隔板7的防腐性能和吸振降噪性能。设置的第二轴流风机用于制动引风管1中热流体的强制流动。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种生物能吸收方法，用于空气能热泵***中，通过空气能热泵对引风管或换气口中的热能进行吸收利用，其特征在于，所述热泵的吸热段分为两部分：包括前端的低品位热能吸收部和后端的高品位热能吸收部，所述低品位热能吸收部中的热载体吸收自然环境中的空气热量，所述热载体流经高品位热能吸收部时，所述热载体与引风管或换气口中的气流进行热交换。

2.根据权利要求1所述的一种生物能吸收方法，其特征在于，引风管或换气口中的气流与高品位热能吸收部中热载体完成热交换后，全部或部分被单次或多次引入到所述热泵的吸热段中进行进一步的热交换。

3.一种空气能热泵***，包括热泵，所述热泵包括通过管路依次相连的压缩机、冷凝器和蒸发器，所述蒸发器的出口端连接在压缩机的入口端上，压缩机的出口端与冷凝器的入口端相连，其特征在于，所述蒸发器的后端还设置有高品位热流体入口。

4.根据权利要求3所述的一种空气能热泵***，其特征在于，还包括旁通管路，所述旁通管路的入口端和出口端分别位于蒸发器的后端和前端。

5.根据权利要求3所述的一种空气能热泵***，其特征在于，所述蒸发器的热流体进口端和热流体出口端相邻。

6.根据权利要求4所述的一种空气能热泵***，其特征在于，所述旁通管路内还设置有第一轴流风机。

7.根据权利要求3所述的一种空气能热泵***，其特征在于，所述蒸发器包括引风管和位于引风管中的金属盘管，所述引风管中还设置有多块导流隔板。

8.根据权利要求7所述的一种空气能热泵***，其特征在于，所述导流隔板固定于金属盘管上，相邻的导流隔板在金属盘管上错开布置。

9.根据权利要求7所述的一种空气能热泵***，其特征在于，所述导流隔板固定于引风管的内壁面，导流隔板呈平板状、弧形板状或螺旋板状，且相邻的导流隔板在引风管中错开布置。

10.根据权利要求7至9中任意一个所述的一种空气能热泵***，其特征在于，所述导流隔板为夹层结构，所述夹层结构包括两侧的为金属材质的强度层和位于强度层之间的填充层，所述引风管中还设置有第二轴流风机。