CN215001823U - 一种基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖*** - Google Patents

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CN215001823U CN202120484698.4U CN202120484698U CN215001823U CN 215001823 U CN215001823 U CN 215001823U CN 202120484698 U CN202120484698 U CN 202120484698U CN 215001823 U CN215001823 U CN 215001823U
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杨磊
李华山
黄思浩
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Abstract

本实用新型公开了一种基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，包括双级吸收式热泵和水‑水换热器，双级吸收式热泵是由通过管路依次连接并形成回路的低压吸收器、低压溶液泵、低压溶液热交换器、低压发生器、低压节流阀、高压吸收器、高压溶液泵、高压溶液热交换器、高压发生器、高压节流阀、冷凝器、制冷剂节流阀以及蒸发器组成。本实用新型供热***采用外接水‑水换热器与双级吸收式热泵共同运行的方式，降低了供热***的驱动热源温度，提高了供热***的使用范围，同时对高温地热水的梯级利用，有效降低了地热水回灌温度，大幅提高了地热取水与回灌的温差，从而在很大程度上降低了供热管网初投资和管线输配能耗，降低了供热的运营成本。

Description

一种基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***
技术领域
本实用新型涉及供热技术领域，尤其涉及一种基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***。
背景技术
随着技术进步和新材料、新设备的使用，采用热水地面辐射供暖***的温度已降低到 40℃，这就使得利用大量存在于工业生产和可再生能源(太阳能、地热能等)中低品位热能为我国北方城镇采暖成为可能。如果这些中低品位热源能够被使用或再利用，不仅可以提高整个***的能源效率，而且还可以减少对环境的污染。但是以地热能供暖为例，传统的地热供暖中，地热水与热媒循环水之间的换热采用的是板式换热器。在板式换热器中，为实现换热的进行并保证一定的换热效率，冷热流体之间必须留有较大的传热温差，而大温差换热过程存在较大的不可逆损失，将造成大量可用能的浪费。
实用新型内容
针对现有技术中的不足，本实用新型提供一种基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，它以NH3(氨)/LiNO3(硝酸锂)作为双级吸收式热泵的工质，采用双级吸收式热泵和水-水换热器组合的方式，提高了用户侧供水的温度，同时降低了高温热水管路的出口温度，可以在高温热水温度为80～95℃时，提供用户侧40～50℃的热水，高温热水出口温度低于35℃，具有较高的COP和较大的制热量。
NH3/LiNO3具有良好的热物理性质，与H2O/LiBr热泵***相比，NH3/LiNO3热泵***具有无需真空，不宜结晶的优点；与NH3/H2O热泵***相比，LiNO3在液态NH3中以离子形态存在，无挥发性，***不需要设置精馏设备。此外，理论分析的结果表明，双级NH3/LiNO3吸收式热泵***的性能要优于常规的NH3/H2O***。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，包括低压吸收器、低压发生器、高压吸收器、高压发生器、冷凝器、蒸发器以及水-水换热器，其中，
地热水流动：来自取水井的高温地热水依次进入所述高压发生器、所述低压发生器、所述水-水换热器和所述蒸发器后流回至回灌井，以降低来自地热水回灌温度以及增大地热水取水与回灌的温差；
用户热水流动，其分为两路：一路依次进入所述低压吸收器、所述高压吸收器和所述冷凝器，另一路进入所述水-水换热器，两路混合后进入用户热水供水管路，以提高用户热水的供水温度；
在所述水-水换热器中，所述用户热水流动与用户热水流动进行换热。
如上所述的基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，进一步地，还包括低压溶液泵、低压溶液热交换器、低压节流阀、高压溶液泵、高压溶液热交换器、高压节流阀、制冷剂节流阀以及热水泵，其中，
所述的低压吸收器的第一端口与蒸发器的第四端口相连，低压吸收器的第四端口与低压溶液泵的第一端口相连，低压吸收器的第五端口与低压节流阀的第二端口相连，低压溶液泵的第二端口与低压溶液热交换器的第一端口相连，低压溶液热交换器的第二端口与低压发生器的第一端口相连，低压溶液热交换器的第三端口与低压发生器的第五端口相连，低压溶液热交换器的第四端口与低压节流阀的第一端口相连，低压发生器的第四端口与高压吸收器的第一端口相连，高压吸收器的第二端口与高压溶液泵的第一端口相连，高压吸收器的第三端口与高压节流阀的第二端口相连，高压溶液泵的第二端口与高压溶液热交换器的第一端口相连，高压溶液热交换器的第二端口与高压发生器的第一端口相连，高压溶液热交换器的第三端口与高压发生器的第五端口相连，高压溶液热交换器的第四端口与高压节流阀的第一端口相连，高压发生器的第四端口与冷凝器的第一端口相连，冷凝器的第三端口与制冷剂节流阀的第一端口相连，制冷剂节流阀的第二端口与蒸发器的第一端口相连。
如上所述的基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，进一步地，高温热水进入热水泵第一端口，热水泵第二端口与高压发生器第三端口相连，高压发生器的第二端口与低压发生器的第三端口相连，低压发生器的第二端口与水- 水换热器的第一端口相连，水-水换热器的第四端口与蒸发器的第三端口相连，蒸发器的第二端口与回灌井管路相连；用户热水回水一路进入低压吸收器的第三端口，低压吸收器的第二端口与高压吸收器的第五端口相连，高压吸收器的第四端口与冷凝器的第二端口相连，用户热水回水一路进入水-水换热器的第三端口，冷凝器的第四端口和水-水换热器的第二端口与用户热水供水管路相连。
如上所述的基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，进一步地，低压吸收器和蒸发器在第一压级运转；低压溶液热交换器、低压发生器和高压吸收器在第二压级运转；高压溶液热交换器、高压发生器和冷凝器在第三压级运转，其中，第一压级、第二压级和第三压级的压力逐渐增大。具体地，所述的双级吸收式热泵***在三个压力下运行，其中低压吸收器和蒸发器在低压级运转；低压溶液热交换器、低压发生器和高压吸收器在中压级运转；高压溶液热交换器、高压发生器和冷凝器在高压级运转。
如上所述的基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，进一步地，所述的来自取水井的高温地热水经过热水泵依次进入高压发生器、低压发生器、水- 水换热器和蒸发器换热，降低了地热水的回灌温度，增大了地热取水井与回灌井的温差，实现了地热能梯级利用；提高了通过水-水换热器一路用户热水回水温度，进而提高了用户热水供水温度，增大了用户热水回、供水温差。
如上所述的基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，进一步地，采用NH3为制冷剂，NH3/LiNO3溶液为吸收剂。
本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：
(1)增加了外部的水-水换热器，高温地热水经高压发生器、低压发生器和水-水换热器逐级降温后，可以直接进入蒸发器中，蒸发器无需外接其他热源，提高了热泵***的可靠性；
(2)在满足用户热水供热温度的条件下，***要求的驱动高温地热水温度进一步降低，同时地热水回灌温度也降低，扩大了双级吸收式热泵供热***的使用范围，更加充分地利用了地热能，实现了对于地热能的梯级利用；
(3)双级NH3/LiNO3吸收式热泵***属于正压***，无需真空，且NH3/LiNO3溶液不宜结晶，LiNO3无挥发性，热泵***无需精馏装置，提高了热泵***的性能系数。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***示意图。
附图标记说明：1、低压吸收器；2、低压溶液泵；3、低压溶液热交换器；4、低压发生器；5、低压节流阀；6、高压吸收器；7、高压溶液泵；8、高压溶液热交换器；9、高压发生器；10、高压节流阀；11、冷凝器；12、制冷剂节流阀；13、蒸发器；14、水-水换热器；15、热水泵。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例：
需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本实用新型实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
参见图1，图1为基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***示意图。
本实用新型的目的在于提供一种基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，它以NH3 (氨)/LiNO3(硝酸锂)作为双级吸收式热泵的工质，采用双级吸收式热泵和水-水换热器组合的方式，提高了用户侧供水的温度，同时降低了高温热水管路的出口温度，可以在高温热水温度为80～95℃时，提供用户侧40～50℃的热水，高温热水出口温度低于35℃，具有较高的COP和较大的制热量。
需要说明的是，吸收式热泵是一种采用热能直接驱动，利用低品位热源，实现将热量从低温热源向高温热源输送的循环***，是一种回收利用低品位热能的有效装置，具有节约能源、保护环境的双重作用。近几年来，吸收式热泵技术得到了广泛的推广应用，利用吸收式热泵回收包括可再生能源在内的低品位热能用于供热，可带来较佳的节能收益。具有两个发生器和两个吸收器的热水型双级吸收式热泵可以利用70～90℃的低品位热源作为驱动热源，在冷凝器出口可以输出温度较高的热水。以氨-硝酸锂为工质对的吸收式热泵***除了在可再生能源利用表现出来的独特优点外，与传统水-溴化锂吸收式热泵相比，还具有无需真空、不宜结晶等优点。此外，因硝酸锂在液氨溶液中以离子形式存在，无挥发性，与氨-水吸收式热泵相比，氨-硝酸锂***无需精馏装置，大大简化了***组成，并在降低***成本的同时提高了***运行的可靠性。
一个实施例中，一种基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，包括低压吸收器1、低压溶液泵2、低压溶液热交换器3、低压发生器4、低压节流阀5、高压吸收器6、高压溶液泵7、高压溶液热交换器8、高压发生器9、高压节流阀10、冷凝器11、制冷剂节流阀12、蒸发器13、水-水换热器14、热水泵15；低压吸收器1的第一端口1a与蒸发器13的第四端口13d相连，低压吸收器1的第四端口1d与低压溶液泵2的第一端口2a相连，低压吸收器1的第五端口1e与低压节流阀5的第二端口5b相连，低压溶液泵2的第二端口2b与低压溶液热交换器3的第一端口3a相连，低压溶液热交换器3的第二端口3b与低压发生器4 的第一端口4a相连，低压溶液热交换器3的第三端口3c与低压发生器4的第五端口4e相连，低压溶液热交换器3的第四端口3d与低压节流阀5的第一端口 5a相连，低压发生器4的第四端口4d与高压吸收器6的第一端口6a相连，高压吸收器6的第二端口6b与高压溶液泵7的第一端口7a相连，高压吸收器6 的第三端口6c与高压节流阀10的第二端口10b相连，高压溶液泵7的第二端口7b与高压溶液热交换器8的第一端口8a相连，高压溶液热交换器8的第二端口8b与高压发生器9的第一端口9a相连，高压溶液热交换器8的第三端口 8c与高压发生器9的第五端口9e相连，高压溶液热交换器8的第四端口8d与高压节流阀10的第一端口10a相连，高压发生器9的第四端口9d与冷凝器11 的第一端口11a相连，冷凝器11的第三端口11c与制冷剂节流阀12的第一端口 12a相连，制冷剂节流阀12的第二端口12b与蒸发器13的第一端口13a相连。
所述的来自取水井的高温地热水经过热水泵15依次进入高压发生器9、低压发生器4、水-水换热器14、蒸发器13后流回至回灌井管路；用户热水回水分为两路，一路依次进入低压吸收器1、高压吸收器6、冷凝器11，另一路进入水- 水换热器14，两路混合后进入用户热水供水；高温地热水进入热水泵15第一端口15a，热水泵15第二端口15b与高压发生器9第三端口9c相连，高压发生器 9的第二端口9b与低压发生器4的第三端口4c相连，低压发生器4的第二端口 4b与水-水换热器14的第一端口14a相连，水-水换热器14的第四端口14d与蒸发器13的第三端口13c相连，蒸发器13的第二端口13b与高温热水出口相连；用户热水回水一路进入低压吸收器1的第三端口1c，低压吸收器1的第二端口 1b与高压吸收器6的第五端口6e相连，高压吸收器6的第四端口6d与冷凝器 11的第二端口11b相连，用户热水回水一路进入水-水换热器14的第三端口14c，冷凝器11的第四端口11d和水-水换热器14的第二端口14b与用户热水供水管路相连。
所述的低压吸收器1、低压发生器4、高压吸收器6、高压发生器9、冷凝器 11以及蒸发器13均是换热器，形式包括沉浸式、套管式、喷淋式或其他形式，其中换热管包括普通管和强化管两种形式；低压溶液热交换器3、高压溶液热交换器8以及水-水换热器14均是板式换热器。
所述的低压吸收器1用于吸收蒸发器产生的低压NH3蒸气，释放的热量由用户热水回路吸收。
所述的低压发生器4用于吸收高温热水的热量，产生中压NH3蒸气。
所述的高压吸收器6用于吸收低压发生器产生的中压NH3蒸气，释放的热量由用户热水回路吸收。
所述的高压发生器9用于吸收高温热水的热量，产生高压NH3蒸气。
所述的低压溶液泵2和高压溶液泵7均为磁力泵。
所述的热水泵15为离心泵。
上述所述的各个部件之间的连接采用金属管路连接。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，热泵***采用NH3为制冷剂，NH3/LiNO3为吸收剂。
NH3/LiNO3浓溶液在低压吸收器1吸收来自蒸发器13蒸发的低压NH3蒸气，形成NH3/LiNO3稀溶液由低压溶液泵2加压，经过低压溶液热交换器3升温进入低压发生器4，在其中由高温热水驱动产生中压NH3蒸气和NH3/LiNO3浓溶液，分离后，中压NH3蒸气向上进入高压吸收器6中被吸收，NH3/LiNO3浓溶液经低压溶液热交换器3降温和低压节流阀5降压后回到低压吸收器1，另一NH3/LiNO3浓溶液在高压吸收器6吸收来自低压发生器4的中压NH3蒸气，形成NH3/LiNO3稀溶液由高压溶液泵7加压，经过高压溶液热交换器8升温进入高压发生器9，在其中由高温热水驱动产生高压NH3蒸气和NH3/LiNO3浓溶液，分离后，高压NH3蒸气进入冷凝器11，NH3/LiNO3浓溶液经高压溶液热交换器8降温和高压节流阀10 降压后回到高压吸收器6，冷凝器11中高压NH3蒸气冷凝放热为高压NH3液，通过制冷剂节流阀12降压，回到蒸发器13中，形成制冷剂循环。
来自取水井高温地热水经过热水泵15，依次通过高压发生器9、低压发生器4、水-水换热器14和蒸发器13逐级放热降温后流出供热***；用户热水回水分为两路，一路依次通过低压吸收器1、高压吸收器6和冷凝器11吸热升温，另一路通过水-水换热器14吸热升温，两路混合后流出供热***。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，其特征在于，包括低压吸收器、高压吸收器、低压发生器、高压发生器、冷凝器、蒸发器以及水-水换热器，其中，
地热水流动：来自取水井的高温地热水依次进入所述高压发生器、所述低压发生器、所述水-水换热器和所述蒸发器后流回至回灌井；
用户热水流动，其分为两路：一路依次进入所述低压吸收器、所述高压吸收器和所述冷凝器，另一路进入所述水-水换热器，两路混合后进入用户热水供水管路；
在所述水-水换热器中，所述用户热水流动与用户热水流动进行换热。
2.根据权利要求1所述的基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，其特征在于，还包括低压溶液泵、低压溶液热交换器、低压节流阀、高压溶液泵、高压溶液热交换器、高压节流阀、制冷剂节流阀以及热水泵，其中，
所述的低压吸收器的第一端口与蒸发器的第四端口相连，低压吸收器的第四端口与低压溶液泵的第一端口相连，低压吸收器的第五端口与低压节流阀的第二端口相连，低压溶液泵的第二端口与低压溶液热交换器的第一端口相连，低压溶液热交换器的第二端口与低压发生器的第一端口相连，低压溶液热交换器的第三端口与低压发生器的第五端口相连，低压溶液热交换器的第四端口与低压节流阀的第一端口相连，低压发生器的第四端口与高压吸收器的第一端口相连，高压吸收器的第二端口与高压溶液泵的第一端口相连，高压吸收器的第三端口与高压节流阀的第二端口相连，高压溶液泵的第二端口与高压溶液热交换器的第一端口相连，高压溶液热交换器的第二端口与高压发生器的第一端口相连，高压溶液热交换器的第三端口与高压发生器的第五端口相连，高压溶液热交换器的第四端口与高压节流阀的第一端口相连，高压发生器的第四端口与冷凝器的第一端口相连，冷凝器的第三端口与制冷剂节流阀的第一端口相连，制冷剂节流阀的第二端口与蒸发器的第一端口相连。
3.根据权利要求1所述的基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，其特征在于，高温热水进入热水泵第一端口，热水泵第二端口与高压发生器第三端口相连，高压发生器的第二端口与低压发生器的第三端口相连，低压发生器的第二端口与水-水换热器的第一端口相连，水-水换热器的第四端口与蒸发器的第三端口相连，蒸发器的第二端口与回灌井管路相连；用户热水回水一路进入低压吸收器的第三端口，低压吸收器的第二端口与高压吸收器的第五端口相连，高压吸收器的第四端口与冷凝器的第二端口相连，用户热水回水一路进入水-水换热器的第三端口，冷凝器的第四端口和水-水换热器的第二端口与用户热水供水管路相连。
4.根据权利要求1所述的基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，其特征在于，低压吸收器和蒸发器在第一压级运转；低压溶液热交换器、低压发生器和高压吸收器在第二压级运转；高压溶液热交换器、高压发生器和冷凝器在第三压级运转，其中，第一压级、第二压级和第三压级的压力逐渐增大。
5.根据权利要求1所述的基于双级吸收式热泵的地热能梯级供暖***，其特征在于，采用NH3为制冷剂，NH3/LiNO3溶液为吸收剂。
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