CN105318589A

CN105318589A - 液差动力低热源热泵

Info

Publication number: CN105318589A
Application number: CN201410316456.9A
Authority: CN
Inventors: 刘秋克; 章立标; 成剑林; 黄国和; 殷浪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-05
Filing date: 2014-07-05
Publication date: 2016-02-10

Abstract

本发明型公开了液差动力低热源热泵，其包括由闪蒸重力供液热泵设备构造，逆卡诺循环闪蒸重力液系统组成，特征在于通过管程工质重力液蒸发器管程流动重力循环工质蒸发液、壳程流动循环介质的工艺流程，提高对开式热源塔热泵系统设备的配套，提高换热器传热效率增加抗冻性能；闪蒸供液回汽分离器液位线要高于管程工质重力液蒸发器，并形成一定的⊿H重度差，克服管路阻力保证其重力供液的蒸发性能，在于按冬季按热源温度-23℃热源工况配置压缩机模块保证极限低热源工况下供热，对比常规地源热泵机组按15℃热源工况配置压缩机，在热源温度-23℃下至少提高一倍以上的供热能力。

Description

液差动力低热源热泵

技术领域

本发明型涉及的液差动力低热源热泵涉及到我国新能源节能技术、环境保护与资源两大领域。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们对建筑环境的要求也越来越高。各种制冷空调通风及供热技术日益在建筑中得到推广使用，在当前节能低碳，减少雾霾天气，创建生态城市、绿色生态小区、绿色低碳建筑的大形式下，热源塔作为热泵冷(热)源来源的低碳环保节能供热方式，在人们生产生活的发展中扮演着重要角色。

然而，在长期运行项目调研发现：开式热源塔可在南方冬季利用外置廉价的冷冻盐溶液直接在填料表面形成液膜吸收来自雾霾空气中的湿冷热源，循环空气中含湿量大、相对的潜热资源能量丰富，冷冻溶液在获取能量的同时吸收了空气中的凝结水分，冷冻溶液析湿稀释现象严重，造成溶液浓度冰点上升。一旦控制不到位，易造成热泵满液式机组蒸发器管程换热管冻胀损毁。因而提高开式热源塔热泵机组的耐低温抗冻性能，成为南方地区推广应用热源塔热泵技术替代化石能源的关键。

液差动力低热源热泵，将传统低效率的干式蒸发热泵机组的管程/壳程汽—液蒸发模式转变为高效率的重力+动力循环管程/壳程液—液蒸发模式。对比目前应用的壳程内流动工质，管程内流动介质（水体）模式的满液式热泵、降膜式热泵，本热泵具有较高良好的抗冻性能，不会发生热源侧循环介质浓度不足导致的冻胀换热管、造成机组损坏的现象，能够广泛应用于开式热源塔热泵系统中。重力+动力循环管程/壳程液—液蒸发效率提高，减小了换热管内外传热差，提高热泵供热使用低温位热源的经济性和抗冻性，经济环保替代化石能源。

发明内容

本发明型的目的，在于提供一种应用于开式热源塔热泵系统的液差动力低热源热泵。

本发明型的技术方案是：由闪蒸重力供液热泵设备构造1，逆卡诺循环闪蒸重力液系统2组成。

所述闪蒸重力供液热泵设备构造1，包括：低温工况模块压缩机，排气油分离器，壳程工质冷凝器，工质循环节流阀，闪蒸供液回汽分离器，重力供液循环泵，管程工质重力液蒸发器。

所述管程工质重力液蒸发器、壳程工质冷凝器安装于同水平标高，并通过管路并联固定，上面分布有低温工况模块压缩机支架、排气油分离器支架、闪蒸供液回汽分离器支架、重力供液循环泵支架，低温工况模块压缩机、排气油分离器、工质循环节流阀、闪蒸供液回汽分离器、重力供液循环泵分别通过支架安装于管程工质重力液蒸发器、壳程工质冷凝器壳体外部上方。闪蒸供液回汽分离器除要高于管程工质重力液蒸发器外，还应具有克服管程阻力的重度差⊿H。

所述逆卡诺循环闪蒸重力液系统2，包括：低温工况模块压缩机，排气油分离器，冷凝器壳程工质侧，冷凝器管程介质侧，工质循环节流阀，工质过滤装置，分离器闪蒸供液回油腔，分离器回汽液汽分离腔，重力供液循环泵，蒸发器管程工质侧，蒸发器管程介质侧。

所述低温工况模块压缩机排气口阀门通过管路与排气油分离器进气口连接，排气油分离器出气口通过管路与冷凝器壳程工质侧进气口连接，排气油分离器出油口通过阀门、电磁阀及管路与低温工况模块压缩机回油阀连接，冷凝器壳程工质侧出液口经工质过滤装置、管路与工质循环节流阀入口连接，工质循环节流阀出口通过管路与分离器闪蒸供液回油腔低压节流入口连接，分离器闪蒸供液回油腔出液口经管路、控制阀与重力供液循环泵入口连接，分离器闪蒸供液回油腔泡沫状多点回油阀通过电磁阀及管路与低温工况模块压缩机吸汽集管连接，重力供液循环泵出口经经管路、控制阀与蒸发器管程工质侧入口连接，蒸发器管程工质侧出口通过管路与分离器回汽液汽分离腔进汽口连接，分离器回汽液汽分离腔出汽口通过管路与低温工况模块压缩机吸汽口阀门连接，冷凝器管程介质侧热水出口通过外管道与供热负荷侧进水连接，冷凝器管程介质侧热水回口通过外管道与供热负荷侧回水连接，蒸发器管程介质侧低温介质出口通过外管道与热源侧热源塔进液口连接，蒸发器管程介质侧低温介质进口通过外管道与热源侧热源塔出液口连接。

本发明与现有技术比较，具有如下优点：

1.通过管程工质重力液蒸发器管程流动重力循环工质蒸发液、壳程流动循环介质的工艺流程，提高对开式热源塔热泵系统设备的配套，提高换热器传热效率增加抗冻性能；

2.闪蒸供液回汽分离器液位线要高于管程工质重力液蒸发器，并形成一定的⊿H重度差克服管路阻力，液体工质依靠重力循环仍可以保证管程充满液体，保证其重力供液的蒸发性能，对比常规直接膨胀干式汽液两项流体蒸发可提高30%的换热性能；

3.按低温工况配置多模块模块压缩机在于按冬季-18℃空气温度，热源温度-23℃热源工况配置压缩机（按低热源衰减量增加压缩机并联台数）保证了极限低热源工况下管程工质重力液蒸发器、壳程工质冷凝器换热器换热面积得到了充分利用，整体减少了按常规地源热泵机组配置台数，常规地源热泵机组按15℃热源工况配置压缩机，在热源温度-23℃下运行供热能力约衰减50--60%，导致热泵机组配置的台数增多至少一倍以上。

本发明经济、合理地运行，能够解决目前我国热源塔泵开式冷却塔取热、应用管程流动介质的易冻胀问题，液差动力低热源热泵可以为南方地区开式热源塔热泵技术成熟提供安全可靠经济性保障。

附图说明

图1为本发明型一实施例“液差动力低热源热泵”结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图：图1对本发明型“液差动力低热源热泵”分别以结构示意图作进一步说明。

说明：图中空心箭头表示空气、工质气体流动方向，实心箭头表示循环介质、工质液体、水体循环流动方向。

所述闪蒸重力液低热源热泵构造1，包括由低温工况模块压缩机1.0；排气油分离器2.0；壳程工质冷凝器3.0；工质循环节流阀4.0；闪蒸供液回汽分离器5.0；重力供液循环泵6.0；管程工质重力液蒸发器7.0构成。

所述管程工质重力液蒸发器7.0、壳程工质冷凝器3.0同水平标高并联固定，上面分布有低温工况模块压缩机1.0支架、排气油分离器2.0支架、闪蒸供液回汽分离器5.0支架、重力供液循环泵6.0支架；低温工况模块压缩机1.0、排气油分离器2.0、工质循环节流阀4.0、闪蒸供液回汽分离器5.0、重力供液循环泵6.0分别通过支架安装于管程工质重力液蒸发器7.0、壳程工质冷凝器3.0壳体外部上方；闪蒸供液回汽分离器5.0除要高于管程工质重力液蒸发器7.0外，还应具有克服管程阻力的重度差⊿H。

所述逆卡诺循环闪蒸重力液系统2，包括由低温工况模块压缩机1.0；排气油分离器2.0；冷凝器壳程工质侧3.1，冷凝器管程介质侧3.2；工质循环节流阀4.0，工质过滤装置4.1；分离器闪蒸供液回油腔5.1，分离器回汽液汽分离腔5.2；重力供液循环泵6.0；蒸发器管程工质侧7.1，蒸发器管程介质侧7.2构成。

所述低温工况模块压缩机1.0排气口阀门P通过管路与排气油分离器2.0进气口H1连接；排气油分离器2.0出气口H2通过管路与冷凝器壳程工质侧3.1进气口QA连接；排气油分离器2.0出油口H3通过阀门、电磁阀Y及管路与低温工况模块压缩机1.0回油阀Z连接；冷凝器壳程工质侧3.1出液口QB经工质过滤装置4.1、管路与工质循环节流阀4.0入口连接；工质循环节流阀4.0出口通过管路与分离器闪蒸供液回油腔5.1低压节流入口A连接；分离器闪蒸供液回油腔5.1出液口B经管路、控制阀F与重力供液循环泵6.0入口连接；分离器闪蒸供液回油腔5.1泡沫状多点回油阀E通过电磁阀Z及管路与低温工况模块压缩机1.0吸汽集管连接；重力供液循环泵6.0出口经经管路、控制阀G与蒸发器管程工质侧7.1入口ZA连接；蒸发器管程工质侧7.1出口ZB通过管路与分离器回汽液汽分离腔5.2进汽口C连接；分离器回汽液汽分离腔5.2出汽口D通过管路与低温工况模块压缩机1.0吸汽口阀门L连接；冷凝器管程介质侧3.2热水出口QY通过外管道与供热负荷侧进水管道连接，冷凝器管程介质侧3.2热水回口QZ通过外管道与供热负荷侧回水管道连接；蒸发器管程介质侧7.2低温介质出口ZY通过外管道与热源侧热源塔进液口连接，蒸发器管程介质侧7.1低温介质进口ZW通过外管道与热源侧热源塔出液口连接。

液差动力低热源热泵结构功能与工作原理。

液差动力低热源热泵由闪蒸重力液低热源热泵构造1，逆卡诺循环闪蒸重力液系统2组成。

所述闪蒸重力液低热源热泵构造1功能原理，见图1。

所述管程工质重力液蒸发器7.0、壳程工质冷凝器3.0并联增加上部设备的稳定性，成为其他设备的支撑；低温工况模块压缩机1.0为应用多模块配置，设计原理在于按冬季-18℃空气温度，热源温度-23℃热源工况配置压缩机（按低热源衰减量增加压缩机并联台数）保证了极限低热源工况下管程工质重力液蒸发器7.0、壳程工质冷凝器3.0换热器换热面积得到充分利用，整体减少了按常规地源热泵机组配置台数，常规地源热泵机组按15℃热源工况配置压缩机，在热源温度-23℃下运行供热能力约衰减50--60%，导致热泵机组配置的台数增多至少一倍以上；闪蒸供液回汽分离器5.0闪蒸供液回油腔5.1液位线至少要高于管程工质重力液蒸发器7.0水平中心线1000毫米以上形成⊿H重度差，其原理是克服管路阻力，在重力供液循环泵6.0停止循环运行下，液体靠重力循环仍可以保证管程充满液体保证其重力供液的蒸发性能，对比常规直接膨胀干式汽液两项流体蒸发可提高30%的性能。

所述逆卡诺循环闪蒸重力液系统2系统原理，见图1。

所述来自分离器回汽液汽分离腔5.2低压制冷剂蒸汽由低温工况模块压缩机1.0吸汽口阀门L进入，经热泵做功压缩提升为高压制冷剂过热气体由低温工况模块压缩机1.0排气口阀门P排出进入排气油分离器2.0分离掉润滑油，润滑油经排气油分离器2.0出油口H3阀门、电磁阀Y进入低温工况模块压缩机1.0回油阀Z完成高压回油过程。经除去油蒸汽的高压制冷剂过热气体经排气油分离器2.0出气口H2进入冷凝器壳程工质侧3.1，向冷凝器管程介质侧3.2进出口QY/QZ循环介质释放高温位热能向负荷侧供热，冷却后的高压制冷剂液体由出液口QB经工质过滤装置4.1进入工质循环节流阀4.0。高压制冷剂液体经节流膨胀为低压制冷剂汽液两相流体进入分离器闪蒸供液回油腔5.1入口A，蒸发掉闪发气体冷却为制冷剂过冷液体和分离出油液泡沫体，液体经分离器闪蒸供液回油腔5.1出液口B进入重力供液循环泵6.0加载循环供液动能；油液泡沫体经分离器闪蒸供液回油腔5.1泡沫状多点阀门回油口E，在电磁阀Z间歇控制下依靠虹吸和位差作用进入低温工况模块压缩机1.0吸汽集管完成低压回油过程。低压制冷剂过冷液体经重力供液循环泵6.0加载循环供液动能后进入蒸发器管程工质侧7.1入口ZA，低压制冷剂过冷液体管程蒸发吸收来自蒸发器管程介质侧7.1进出口ZW/ZY循环介质携带的低温位热源蒸发为制冷剂液汽混合流体，液体通过分离器回汽液汽分离腔5.2进汽口C进入分离器闪蒸供液回油腔5.1分离掉液体，由重力供液循环泵6.0吸入继续进入蒸发器管程循环蒸发；湿汽体穿过滤层S去除湿蒸汽进入分离器回汽液汽分离腔5.2出口D进入低温工况模块压缩机1.0吸汽口集管完成逆卡诺循环闪蒸重力液系统循环过程。

Claims

1.液差动力低热源热泵，其包括由闪蒸重力供液热泵设备构造，逆卡诺循环闪蒸重力液系统组成，其特征在于闪蒸重力供液热泵设备构造1，逆卡诺循环闪蒸重力液系统2组成。

2.根据权利要求1所述的液差动力低热源热泵，所述的闪蒸重力供液热泵设备构造，其特征在于管程工质重力液蒸发器、壳程工质冷凝器安装于同水平标高，并通过管路并联固定，上面分布有低温工况模块压缩机支架、排气油分离器支架、闪蒸供液回汽分离器支架、重力供液循环泵支架，低温工况模块压缩机、排气油分离器、工质循环节流阀、闪蒸供液回汽分离器、重力供液循环泵分别通过支架安装于管程工质重力液蒸发器、壳程工质冷凝器壳体外部上方。

3.闪蒸供液回汽分离器除要高于管程工质重力液蒸发器外，还应具有克服管程阻力的重度差⊿H。

4.根据权利要求1所述的液差动力低热源热泵，所述逆卡诺循环闪蒸重力液系统，其特征在于低温工况模块压缩机排气口阀门通过管路与排气油分离器进气口连接，排气油分离器出气口通过管路与冷凝器壳程工质侧进气口连接，排气油分离器出油口通过阀门、电磁阀及管路与低温工况模块压缩机回油阀连接，冷凝器壳程工质侧出液口经工质过滤装置、管路与工质循环节流阀入口连接，工质循环节流阀出口通过管路与分离器闪蒸供液回油腔低压节流入口连接，分离器闪蒸供液回油腔出液口经管路、控制阀与重力供液循环泵入口连接，分离器闪蒸供液回油腔泡沫状多点回油阀通过电磁阀及管路与低温工况模块压缩机吸汽集管连接，重力供液循环泵出口经经管路、控制阀与蒸发器管程工质侧入口连接，蒸发器管程工质侧出口通过管路与分离器回汽液汽分离腔进汽口连接，分离器回汽液汽分离腔出汽口通过管路与低温工况模块压缩机吸汽口阀门连接，冷凝器管程介质侧热水出口通过外管道与供热负荷侧进水连接，冷凝器管程介质侧热水回口通过外管道与供热负荷侧回水连接，蒸发器管程介质侧低温介质出口通过外管道与热源侧热源塔进液口连接，蒸发器管程介质侧低温介质进口通过外管道与热源侧热源塔出液口连接。