CN102235745A - 一种高温热泵制热方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种高温热泵制热方法及装置，它是新能源技术中一种绿色循环的可再生能源技术，属于空调、制冷热泵锅炉供应热能行业。高温热泵制热装置包括制冷热泵装置、中间介质封闭循环传热装置、热管换热器；其中有蒸发器、压缩机、冷凝器、储液器、节流装置、泵、管道、热管换热器、制冷剂、中间介质、终端载热介质。0℃～40℃的中间介质在冷凝器换热升温后，经热管传热，实现供热温度90℃～250℃具有相应压力的热泵供应热能技术。有益结果是：简单、降低成本、提高能效比50％、制冷热泵型锅炉新品种。应用范围：冷源与热能同时或者单独需求的家庭、工农业、卫生医疗、食品加工业、机关学校、文化事业、商业餐饮等。

Description

一种高温热泵制热方法及装置

技术领域

一种高温热泵制热方法及装置，更具体地说，它渋及制冷热泵循环与热管传热构成的联合循环制热方法和装置的技术，它是新能源技术中一种绿色循环的可再生能源技术，属于空调、制冷热泵锅炉供应热能行业。

技术背景

热泵制热技术属于空调制冷科学技术领域，它是利用自然环境中的低温热能的技术。在热泵标准工况的条件下，其供热的温度是55℃，凡是高于55℃的热泵技术，在热泵行业可以称为高温热泵，目前高温热泵的供热温度一般是80～90℃，但是其能效比EER显著的下降40～60％；目前，制冷热泵行业内的科学研究机构和企业内部科学创新都是坚持在现有的科学理论和热泵循环的范围内的创新，努力实现高温的技术，其创新的理论和逻辑是两级或者多级压缩或者多级热泵的组合、希望新的高温热泵的特殊工质出现。热泵科学技术界的发展方向是研究高效的新型热泵工质和新的热泵循环(例如复合循环技术和理论)。热泵行业这种状态和能力，把热泵技术限制在低温45°～60℃热能的应用范围之内，一般的热水能源利用：洗涤、沐浴、采暖，还不能应用于工业。目前，还没有见到：能效比EER＞4、温度大于90°～250℃具有相应压力的热泵供应热能技术的高温热泵技术、更没有制冷热泵循环与热管组成的联合循环高温制热技术-突破传统制冷热泵循环的技术。

2008年5月欧洲议会依法律的形式把制冷热泵确定为低碳经济革命时代的新能源技术，制冷热泵技术的发展进入一个历史性转折的新时代。以制冷热泵技术为先锋的热能技术革命，正在蓬勃发展，它改变热能的供应能源物质结构、能源技术、能源利用效率的格局和发展战略；一般的热能应用效率是小于1的衰减过程、不可再生的；然而，制冷热泵技术的热能应用是绿色循环并且可再生循环的热能供应和应用技术、它的能效比大于4～6甚至更大-这是能源科学的奇迹，极大的推动热能供应结构和技术及理论领域的翻天覆地的变革，其中最先进、核心、独一无二的前沿是各种科学技术交叉的高温热泵技术-温度在90℃～250℃具有相应压力气体或者液体的热泵供应热能技术。无论是制冷热泵行业还是可再生的绿色循环的新能源行业都期待制冷热泵制热技术在高温供热方面有突破性的进步，改变以煤、油、液化气、电为能源的供热的历史和结构；改写用锅炉生产热能的独一无二的历史、使用高温热泵产品取代传统锅炉的地位，以400％～500％的能效比节约一次性消耗的矿物能源资源。目前，在以煤、油、液化气、电资源为能源的供热锅炉，还没有见到制冷热泵型锅炉供应热能的技术和产品、更没有能效比提高400％～500％的新能源制冷热泵型锅炉技术和产品。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、节能、降低成本能效比大、高温的绿色新能源的热泵制热方法及装置。

为了解决上述的技术问题，本发明通过以下技术方案实现的：高温热泵制热方法及用这种方法设计的装置。

高温热泵制热方法，包括：液体制冷剂经蒸发器吸收外界低温热源的热能变为气体，气体经压缩机、进入冷凝换热器并且变为液体同时放出热能，液体进入储液器、节流装置，再次进入蒸发器的制冷热泵循环，冷凝换热器放出的热能经中间介质的封闭循环传递给热管换热器及终端载热介质的制热方法。上面所述的高温热泵是终端载热介质供热温度90℃～250℃具有相应压力的气体或者液体；上面所述的高温热泵制热是制冷热泵与热管换热的联合循环制热方法；上面所述的冷凝换热器中的热能传递是由中间介质水或者工业载热介质的封闭循环实现的；上面所述的终端载热介质是在热管换热器的制热端，终端载热工质是水或者气体或者工业油介质或者工艺过程的用热能处理的工质；上面所述的液体制冷剂是环保的普通制冷工质；上面所述的外界低温热源是空气源或者水源或者污水源或者工艺过程需要冷却的工质；上面所述的联合循环制热是制冷热泵循环产生的热能经过中间介质水或者工业载热介质的封闭循环传递给热管换热器，热管换热器把热能从发生端传递到制热端及终端载热介质，终端载热介质供应高温具有压力的热能；上面所述的中间介质的封闭循环是0°～40℃的中间介质经入口进入冷凝换热器并且升温，从冷凝换热器的出口经管道进入热管换热器发生端的进口，在热管换热器的发生端放热降温后，从热管换热器的出口经管道、泵、管道、冷凝换热器的进口完成中间介质传热的封闭循环。

高温热泵制热装置是用高温热泵制热方法设计的，包括装在机架(1)上的如下的各个部件：蒸发换热器(2)、压缩机(3)、冷凝换热器(4)、储液器(5)、节流装置(6)、制冷剂(7)完成制冷热泵循环，冷凝换热器的热能传递给终端载热介质(8)实现高温供热，上面所述的高温热泵制热装置是包括制冷热泵装置、中间介质封闭循环传热装置、热管换热器；上面所述的中间介质封闭循环传热装置是中间介质(15)经冷凝换热器进口(9)、冷凝换热器出口(10)、管道(11)进入热管换热器发生端进口(12)、从热管换热器发生端的出口(13)、经管道进入泵(14)、管道、冷凝换热器进口(9)实现中间介质(15)传热循环；上面所述的热管换热器是包括热管发生端(16)、热管制热端(17)、隔板(18)分开中间介质(15)与终端载热介质(8)，在热管发生端(16)有中间介质的进口(12)及出口(13)分别连接管道(11)、泵(14)、冷凝换热器的进口(9)及出口(10)；上面所述的终端载热介质(8)实现高温供热是载热介质(8)安装在热管换热器的制热端(17)内、热管制热端(17)有终端载热介质的出口(19)及进口(20)；上面所述的制冷热泵装置中的蒸发换热器是低温热源能量转换装置或者制冰装置或者冷水装置；上面所述的热管换热器是终端载热介质传热装置或者是热管与工艺过程中需要热能相结合的装置；

本发明的有益结果是：1，高温90℃～250℃具有相应压力的气体或者液体的热泵供应热能技术的热泵产品，改变煤油液化气能源的锅炉供热的历史；2，它比电锅炉或者热水器节能75～80％；3，它是绿色循环的可再生新能源技术和产品，改变工业、农业、轻工业、医疗卫生、食品加工业等热能的构成；4，提高热泵循环的能效比；5，结构简单、成本低、机器寿命长；6，使用热管/热泵联合循环，改造普通热泵制热技术，实现高温热泵供热；在锅炉行业是制冷热泵型锅炉、锅炉的新品种。

附图说明

图1一种高温热泵制热装置

图中：(1)机架，(2)蒸发换热器，(3)压缩机，(4)冷凝换热器，(5)储液器，(6)节流装置，(7)制冷剂，(8)终端载热介质，(9)冷凝换热器进口，(10)冷凝换热器出口，(11)管道，(12)热管换热器发生端进口，(13)热管换热器发生端的出口，(14)泵，(15)中间介质，(16)热管发生端，(17)热管制热端，(18)隔板，(19)热管制热端的出口，(20)热管制热端进口，

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明做进一步的描述，根据制冷热泵的理论和循环的基本规律、以及它所具备的新能源的特点，采用常温热管技术进行一级匹配，终端的供热温度最大值是250℃具有相应压力气体或者液体的热泵供应热能技术，为了简单、明了的说明问题、考虑应用量最大的需求，采用供热温度是90℃的对比例与实施例进行比较，比较的核心是节能减排效果-能效比的变化。

对比例1：普通制冷热泵装置，包括：普通环保制冷剂的循环系统中有蒸发器、压缩机、冷凝器、储液器、节流装置、经冷凝器换热的终端供热介质。热泵工况是蒸发温度7℃，冷凝供热温度55℃(即终端供热温度)，进水温度15℃，制冷工质R22，制热量116KW，消耗电能32KW，能效比是3.6；

对比例2：条件同对比例1，热泵工况是蒸发温度7℃，冷凝供热温度90℃(即终端供热温度)，进水温度15℃，制冷工质R22，制热量116KW，消耗电能46KW，能效比是2.52；

实施例1：在普通制冷热泵装置上进行技术改造，增加中间介质的封闭循环传热、热能从制冷热泵循环传递给热管换热器的联合循环高温制热装置，包括：装在机架(1)上的如下的各个部件：蒸发换热器(2)、压缩机(3)、冷凝换热器(4)、储液器(5)、节流装置(6)、制冷剂(7)完成制冷热泵循环，冷凝换热器的热能传递给终端载热介质(8)实现高温供热，上面所述的高温热泵制热装置是包括制冷热泵装置、中间介质封闭循环传热装置、热管换热器；上面所述的中间介质封闭循环传热装置是中间介质(15)经冷凝换热器进口(9)、冷凝换热器出口(10)、管道(11)进入热管换热器发生端进口(12)、从热管换热器发生端的出口(13))、经管道进入泵(14)、管道、冷凝换热器进口(9)实现中间介质(15)传热循环；上面所述的热管换热器是包括热管发生端(16)、热管制热端(17)、隔板(18)分开中间介质(15)与终端载热介质(8)，在热管发生端(16)有中间介质的进口(12)及出口(13))分别连接管道(11)、泵(14)、冷凝换热器的进口(9)及出口(10)；上面所述的终端载热介质(8)实现高温供热是载热介质(8)安装在热管换热器的制热端(17)内、经热管制热端(17)的出口(19)及进口(20)；上面所述的制冷热泵装置中的蒸发换热器是低温热源能量转换装置或者制冰装置或者冷水装置；上面所述的热管换热器是终端载热介质传热装置；热管换热器是一个独立传热装置或者与泵(14)、管道(11)一起组成一个独立装置。制冷剂通过储液器加入制冷热泵系统、中间介质通过泵的吸入口加入中间介质的封闭循环系统、终端载热介质加入热管换热器制热端。实施例1的热泵工况是蒸发温度7℃，冷凝供热温度30℃，进水温度15℃，制冷工质R22，制热量116KW；中间介质发表循环的工质是蒸馏水，进入冷凝器的温度20℃，出冷凝器的温度30℃，热管换热器的供热温度90℃，压缩机和泵的总消耗电能是泵消耗1.5KW、压缩机消耗19.2KW、二者之和是20.7KW，其能效比EER＝5.6；

从对比例1与实施例1进行比较：在热泵循环、工质、制热量相同的条件下，实施例1的工况变化，本发明的技术终端供热温度提高到高温，其能效比是5.6，比普通热泵制热的能效比3.6提高155.5％；终端供热温度是90℃远远高于普通热泵供热温度55℃；从对比例2与实施例1进行比较：对比例2是改变工况的对比例1，对比例2的能效比是2.52，对比例2与实施例1二者的终端供热温度都是90℃，其能效比的差别更大，实施例1的能效比是5.6而对比例2的能效比是2.52，本发明的技术比对比例2普通热泵终端供热温度相同时节能效果提高222％。上述事实说明，采用普通制冷热泵循环与热管制热联合循环的原理和技术是可以大幅度提高制冷热泵循环的能效比，实现更大的节能减排。

Claims (6)

1.一种高温热泵制热方法，液体制冷剂经蒸发器吸收外界低温热源的热能变为气体，气体经压缩机、进入冷凝换热器并且变为液体同时放出热能，液体进入储液器、节流装置，再次进入蒸发器的制冷热泵循环，冷凝换热器放出的热能传递给终端载热介质的制热方法，其特征是，上面所述的高温热泵是终端载热介质供热温度90℃～250℃具有相应压力气体或者液体；其特征是，上面所述的高温热泵制热是制冷热泵与热管换热的联合循环制热方法；其特征是，上面所述的冷凝换热器中的热能传递是由中间介质水或者工业载热介质的封闭循环实现的；其特征是，上面所述的终端载热介质是在热管换热器的制热端，终端载热介质是水或者气体或者工业油介质或者工艺过程的用热工质；其特征是，上面所述的液体制冷剂是环保的普通制冷工质；其特征是，上面所述的外界低温热源是空气源或者水源或者污水源或者工艺过程需要冷却的工质；

2.根据权利要求1所述的一种高温热泵制热方法，其特征是，上面所述的联合循环制热是制冷热泵循环产生的热能经过水或者工业载热介质封闭的中间循环传递给热管换热器，热管换热器把热能从发生端传递到制热端及终端载热介质，终端载热介质供应高温具有压力的热能；

3.根据权利要求1或者2所述的一种高温热泵制热方法，其特征是，上面所述的中间介质的封闭循环是0°～40℃的中间介质经入口进入冷凝换热器并且升温，从冷凝换热器的出口经管道进入热管换热器发生端的进口，在热管换热器的发生端放热降温后，从热管换热器的出口经管道、泵、管道连接冷凝换热器的进口完成中间介质传热的封闭循环；

4.一种高温热泵制热装置，包括装在机架(1)上的蒸发换热器(2)、压缩机(3)、冷凝换热器(4)、储液器(5)、节流装置(6)，制冷剂(7)完成制冷热泵循环、冷凝换热器的热能传递给终端载热介质(8)实现高温供热，其特征是，上面所述的高温热泵制热装置是包括制冷热泵装置、中间介质封闭循环传热装置、热管换热器；其特征是，上面所述的中间介质封闭循环传热装置是中间介质(15)经冷凝换热器进口(9)、冷凝换热器出口(10)、管道(11)进入热管换热器发生端进口(12)、从热管换热器发生端的出口(13)、经管道进入泵(14)、管道、冷凝换热器进口(9)实现中间介质(15)传热循环；其特征是，上面所述的热管换热器是包括热管发生端(16)、热管制热端(17)、隔板(18)分开中间介质(15)与终端载热介质(8)，在热管发生端(16)有中间介质的进口(12)及出口(13)分别连接管道(11)、泵(14)、冷凝换热器的进口(9)及出口(10)；其特征是，上面所述的终端载热介质(8)实现高温供热是载热介质(8)安装在热管换热器的制热端(17)内、热管制热端(17)有终端载热介质的出口(19)及进口(20)；

5.根据权利要求4所述的一种高温热泵制热装置，其特征是，上面所述的制冷热泵装置中的蒸发换热器是低温热源能量转换装置或者制冰装置或者冷水装置；

6.根据权利要求4所述的一种高温热泵制热装置，其特征是，上面所述的热管换热器是终端载热介质传热装置或者是热管与工艺过程中需要热能相结合的装置；

Images