CN103727705A - 双源热泵纳米流体热能技术系统 - Google Patents

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刘波
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Abstract

本发明涉及热物理技术及高效热能利用技术领域，采用双源热泵技术、纳米流体传热技术，并以能源系统负熵集成技术进行系统集成，实现一种新型高效的热能集聚利用系统。该系统将双源热泵的高效集热、纳米流体的高效传热等特点融为一体，可以同时利用不同介质特性的低温热源来制取高品位的热能。通过采用间接式增焓技术优化热力循环过程，满足低温工况下的运行特点，实现低温环境下的高效集热功能。整套系统通过能源系统负熵集成(ES-NEI)技术控制运行，完成高效节能工况下的智能化运行。

Description

双源热泵纳米流体热能技术系统
所属技术领域
本发明涉及热物理技术及高效热能利用技术领域，采用双源热泵技术、纳米流体传热技术，并以能源系统负熵集成技术进行系统集成，实现一种新型高效的热能集聚利用系统。
背景技术
在建筑采暖、生活热水及工业生产过程热能利用等领域，传统的锅炉系统及空气源热泵系统等均存在需要解决问题。锅炉的热效率有限，排放污染严重；一般空气源热泵对外界环境温度十分敏感，较低的温度环境直接影响热泵的COP。高效节能、无排放污染的热能系统一直是研究发明的重要技术领域之一。
发明内容
本发明提出一种全新的高效热能集聚利用系统，采用双源热泵作为热能集聚器，通过纳米流体传递热能，实现高效节能的热能集聚系统。
本发明所采用的多项技术，分别具有如下创新点：
1、双源热泵技术：可以同时利用气体和液体热交换作为低温热源，通过电能驱动压缩机不断从环境空气或者水源(地源、河水、冷却水等)中吸收热量并释放到待加热的介质中，将水源热泵及空气源热泵的特点融为一体，大大提高了机组的集热效率，冬季综合制热COP达到3.0～4.5；另外热力循环过程中采用低温工况间接式增焓技术，当环境温度低于-20℃时机组也能正常运行制热。
2、纳米流体传热技术：使用纳米级的金属微粒混合流体介质，作为热能传输工质，将双源热泵集聚的热能高效传输至热能末端设备，大大减少了热能输送过程中的热阻、降低热能集聚利用过程的热损耗。
3、能源系统负熵集成技术：将环境温度的改变、使用末端参数等主要影响热能供应变化的因素进行信息采集、数值模拟，按照热力学熵参数原理通过智能逻辑运算获得系统瞬时最佳运行方案，并由数据采集模块、运行控制模块及人机界面模块全自动控制热能集聚利用系统的运行。
本发明提供的热能集聚利用系统，采用全自动智能化运行控制，人机界面采用液晶触摸屏，一键式启动后全年自动运行。系统高效节能、绿色环保、安全可靠。
附图说明
本发明系统附图如下：
图1：双源热泵运行原理图
图2：热能集聚利用系统运行原理图
图3：能源系统负熵集成技术原理图。
在图1中，1.翅片管式换热器，2.涡旋式压缩机，3、4.板式换热器，5.四通换向阀，6.三通换向阀，7.气液分离器，8.储液器，9、11.过滤器，10.热力膨胀阀
具体实施方式
在图1中，双源热泵机组中，可以通过调整三通换向阀6选择低温热源，如果翅片管式换热器1作为蒸发器，管中的制冷剂在低压环境下直接吸取环境中热量蒸发，如果选择板式换热器3作为蒸发器，管中的制冷剂在低压环境下可以吸取液体的热量蒸发，制冷剂经过四通换向阀5的两个接口进入气液分离器7，气液分离器7的作用是防止压缩机2出现液击，制冷剂由压缩机2吸气口吸入，经过压缩机2压缩做功，排出高温高压的制冷剂气体，经过四通换向阀5进入板式换热器4，制冷剂蒸气在板式换热器4中被冷却后变为制冷剂液体，经过过滤器11过滤后进入到热力膨胀阀10，在热力膨胀阀10节流降压后，制冷剂液体转化成低温低压的制冷剂液体，通过过滤器9、与储液器8后构成一个完整的制冷剂循环，多余的制冷剂被储存到储液器8中。
在图2中，双源热泵机组运行时，吸取低温热源(气态介质或液态介质)的热量，消耗压缩功制取高品位热能，制取的高品位热能被建筑物热能使用末端及工业生产过程热能使用设备充分利用。
能源负熵集成系统根据各个运行数据，如冷媒水温度、压力、流量、环境温度等参数，结合实际运行条件，比较能源专家数据库的信息，分析计算得出最佳运行方式，向控制中心输入产生“负熵”的信息，进而控制耗能设备和部件的高效运行。

Claims (4)

1.一种实现热能高效集聚利用的技术系统，其特征为：所述双源热泵技术是可以同时利用二种不同特性介质的低温热源进行热交换集热，热力循环过程采用低温工况间接式增焓技术；所述纳米流体传热技术是将集聚的热能高效地传输至热能利用末端设备；所述能源系统负熵集成(ES-NEI)技术是按照热力学熵参数原理，通过控制系统智能逻辑运算获得系统运行的最佳方案。
2.根据权利要求1中所述的双源热泵机组，其特征为：机组具有二个蒸发器及二个冷凝器的功能组件，通过三通或者四通换向阀进行转换蒸发器或者冷凝器之间的角色，可以同时从二个不同特性介质的低温热源获取热能，也可以同时输出二个不同温度范围的热汇满足不同需求。
3.根据权利要求1中所述低温工况间接式增焓技术，其特征为：空气能蒸发器与热力循环工质为间接式换热，通过辅助方式调配控制温度参数实现低温工况时的增焓作用。
4.如权利要求1中所述纳米流体传热介质，其特征为：一种含有特殊金属纳米材料的强化传热流体介质，用于装置中的热能传递过程，降低运行过程的热损耗。
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