CN114992900A - 一种甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统 - Google Patents

一种甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于供暖设备技术领域，公开了一种甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统，包括：发生器，所述发生器包括：甲醇汽化室、空气加热室、氨水加热室和尾气室；甲醇汽化室通过第一连接管与空气加热室联通，空气加热室通过第二连接管与氨水加热室联通，氨水加热室通过第三连接管与尾气室联通；第一列管安装在甲醇汽化室与空气加热室之间；甲醇气入口安装在甲醇汽化室的左侧，甲醇气入口上还安装有第一加热装置，用于将甲醇进行预加热；第二加热装置通过管道与甲醇汽化室的右侧连接，甲醇汽化室通过第二加热装置与空气进风口连接。本发明采用热量耦合预热空气，节省电力和能源，利用空气加热室和甲醇汽化室位置相互安排，合理利用列管热量。

Description

一种甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统
技术领域
本发明属于供暖设备技术领域，尤其涉及一种甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统。
背景技术
目前，由于供热方式的选择和发展随着一个国家所处的地理位置、能源资源、经济环境、能源技术水平等情况的差异而有所不同。莫斯科有世界上最大的热网、最大直径的供热管道、最大功率的热电厂。目前，俄罗斯城市集中供热占总热量需求的86％，其中热电厂供热占36％，大型及超大型锅炉房占46％。美国是世界上第一个热电冷联供系统建成并投入运行的国家。丹麦几十年来一直不遗余力的发展热电联产，每座大城市都建有热电厂和垃圾焚烧炉用于集中供热。热电联产、天然气和再生能源满足丹麦全国3/4的热负荷需求。近年来，日本集中供热(冷)系统发展速度也较快，特别是以东京为中心的关东地区尤为明显，已占日本全国的60％，集中供热(冷)系统比较注重节能和环保，如采用热电供给系统、蓄热槽及利用城市废热作为能源等，以提高能源的利用效率。德国集中供热总热量为1961万GJ，也是集中供热发展较好的国家。韩国集中供热的历史与中国相当，基本上都是始于七十年代，八十年代中期进入快速发展阶段。世界各国几十年的供热发展证明，热电联产是最有效的生活用能供应方式。除集中供热外，国外还有与其优势能源相对应的供热方式。日本、冰岛、法国、美国、新西兰等都大量利用地热采暖。随着能源利用技术的提升，电采暖经过几十年的发展历程，在各类建筑中均有体现。在北欧和美国，电采暖被热用户普遍使用，他们将电采暖以壁挂式、吊顶式、地面式等形式敷设在建筑物内进行供暖。
我国城市集中供热的热源基本形成以热电联产为主，其他热源补充的格局。从供暖方式看，集中采暖方式占70％，分散供热约占30％。近几年，随着社会和经济的发展以及人民生活质量的提高，清洁供暖发展的趋势主要有以下几个方面：一是从传统能源供暖向清洁能源供暖发展；二是非节能建筑供暖向节能建筑供暖发展；三是城镇供暖向乡村供暖发展；四是北方供暖向南方供暖发展；五是粗放式供暖向清洁供暖健康采暖发展。随着材料技术、智能控制技术和物联网技术的发展，清洁供暖技术的发展趋势主要有以下几个方面：一是传统的集中供暖向分布式供暖发展；二是传统的水循环供暖向电地板辐射供暖发展；三是热源端集中蓄热向末端分散式蓄热发展；四是蓄能方式由蓄电向蓄热发展，高温蓄热向低温蓄热发展；五是电直接供暖向电调峰蓄热供暖发展。目前我国供热行业存在突出的“三高”问题：一是总能耗占比高：我国的建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列，成为我国能源消耗的第一大“耗能大户”。建筑的能耗(包括建造能耗、生活能耗、采暖空调等)约占全社会总能耗的30％，如果再加上建材生产过程中耗掉的能源16.7％，和建筑相关的能耗将占到社会总能耗的 46.7％，其中建筑采暖空调能耗占建筑能耗的36％，为建筑能耗最大组成部分。二是排放高：等效污染排放指数供暖占55％。冬季供暖期是雾霾天气频发季节，冬季供暖化石能源燃烧是导致雾霾的主要原因之一。三是单位面积能耗高：目前我国供暖行业具有高能耗、高排放、高投入、低效率的“三高一低”特点，城镇单位建筑面积供暖能耗是同纬度国家的2-3倍。
甲醇的分子式为CH4O(CH3OH)，既载能量，又富含氧，而且在含碳燃料中又属于低碳，被称为含氧的天然气。甲醇是高效清洁燃料，甲醇是所有燃料中最简单、最小的化学分子，与柴油和汽油相比，甲醇燃烧无硫化物、无颗粒物、无重金属、无多环芳烃排放，三废污染物几乎实现零排放。如果直接燃烧的话，甲醇内在能量得不到最大释放应用，一次能源利用系数低，造成能源的浪费。
近年来，随着热泵技术、材料技术、智能控制技术和物联网技术的发展，实现了石化能源与可再生能源的耦合，达到了能源的“品味对口，梯级利用”，带来多能互补清洁供热的革命，甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统应运而生。
目前国内外对吸收式热泵的研究主要包括工质对、传热传质过程强化、系统集成等方面。吸收式热泵系统的工质对由制冷剂和吸收剂组成，工质对的化学和热力学性质直接影响系统性。有研究表明适于吸收式热泵的制冷剂有40多种，吸收剂有200多种，但最常用的工质对主要为氨/水和溴化锂/水两种。近年来通过添加无机盐、纳米流体等添加剂来改善吸收或发生过程的研究得到广泛关注。吸收式热泵主要部件的内部过程都是传热传质过程，尤其是吸收器的传热传质性能对整个系统至关重要，因此对各种吸收器(比如降膜式吸收)内部传热传质过程的强化成为吸收式热泵领域的另一个研究热点。吸收式热泵系统集成研究具有大幅提高系统的热力性能的潜力，相关研究最为活跃。为了更加高效利用余热的高温部分热量，吸收式热泵已经从最初的单效循环发展成双效或三效循环；针对系统内部存在高温热量排放问题，提出了GAX循环和1.x效吸收式循环，回收部分吸收器高温排热用于发生过程，大幅提高了系统性能；为了在不提高热源温度的前提下降低制冷温度，提出了多级复合型吸收式热泵系统。
传统中，吸收式空气能热泵的发生器是以煤或者燃气有焰燃烧方式提供热量的方式存在运行费用高，为燃气与空气混合燃烧，燃气与空气混合燃烧的明火燃烧的方式存在燃烧不充分且排放甲醛和氮氧化物等问题，而且很容易产生空气污染物和安全隐患。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统。
本发明是这样实现的，一种甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统，包括：发生器，所述发生器包括：甲醇汽化室、空气加热室、氨水加热室和尾气室；
空气进风口安装在所述空气加热室的右侧，所述甲醇汽化室通过第一连接管与所述空气加热室联通，所述空气加热室通过第二连接管与所述氨水加热室联通，所述氨水加热室通过第三连接管与所述尾气室联通；
第一列管安装在所述甲醇汽化室与所述空气加热室之间；
甲醇气入口安装在所述甲醇汽化室的左侧，所述甲醇气入口上还安装有第一加热装置，用于将甲醇进行预加热；第二加热装置通过管道与所述甲醇汽化室的右侧连接，所述甲醇汽化室通过第二加热装置与所述空气进风口连接。
可选的，所述第一列管内催化氧化反应的催化剂分布线性均匀，内部气体流动为直流流动；空气先经过所述第二加热装置预热在第一列管和甲醇汽化室内充分混合；
所述甲醇汽化室、空气加热室、氨水加热室、尾气室、第一连接管、第二连接管和第三连接管加封头密封连接。
可选的，采用由第一列管和第二列管组成的双回程列管式结构，第二列管安装在所述空气加热室与所述氨水加热室之间。
可选的，所述甲醇汽化室和所述空气加热室之间安装有管板，所述空气加热室和所述氨水加热室之间安装有管板，所述氨水加热室和尾气室之间安装有管板。
可选的，所述发生器通过管道与精馏器连接，所述精馏器通过管道与冷凝器连接，所述冷凝器通过管道与过冷器连接，所述过冷器与储液器连接，所述储液器通过管道与翅片式换热器连接，所述储液器和所述翅片式换热器之间的管道上安装有电子膨胀阀；
所述发生器通过管道与吸收器连接，所述发生器和所述吸收器之间的管道上安装有稀溶液孔板电磁阀，所述吸收器通过管道与水冷换热器连接，所述水冷换热器通过管道与溶液泵连接，所述溶液泵通过管道与所述精馏器连接。
可选的，在所述电子膨胀阀与所述翅片式换热器连接的一端管道上和所述冷凝器的进入管道上安装有除霜阀；
所述吸收器与所述水冷换热器联通。
可选的，所述甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统还包括：
用于从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，确定加热时段、加热时长和加热温度等参量的气候补偿控制模块，所述气候补偿控制模块具体包括：
气象数据获取子模块，用于从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，获取近24小时的气象数据；
功率分布和热量耗散子模块，用于根据近24小时的温度曲线，计算建筑物后24小时的耗散功率分布和耗散热量；
参量计算子模块，用于根据计算的耗散功率分布和耗散热量确定加热时段、加热时长和加热温度等参量；
信息处理子模块，根据参量计算子模块传输的参量进行机器学习，获取基于不同时间段且不同位置的最佳温度；
反馈子模块，用于根据信息处理子模块的机器学习的计算结果反馈至控制模块，控制模块发出对应的指令。
可选的，所述甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统还包括：用于检测室内开窗行为的防止开窗散热温度骤降控制模块，所述防止开窗散热温度骤降控制模块具体包括：
温度采集子模块，用于采集当前室内温度，采集室内的多个温度采集器的温度数据，带入加权平均温度多项式模型，获取室内的近一段时间加权平均温度计算值；
温度变化率计算子模块，用于计算当前室内温度与近一段时间的平均温度的变化率；
在检测到当前室内温度处于升温状态的情况下，获取第一温度变化率；所述第一温度变化率表征预设单位时间内所述当前室内温度的变化值；
获取第二温度变化率；所述第二温度变化率表征所述预设单位时间内室内温度的变化值；
判断所述第二温度变化率是否大于所述第一温度变化率；
开窗行为识别子模块，在所述第二温度变化率大于所述第一温度变化率的情况下，确定窗户处于开启状态，并向发送报警提示；用于根据温度的变化率识别开窗行为，在检测到有开窗行为时，并发送到用户的终端。
可选的，所述甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统还包括：
用于实现低温运行控制的空置房屋低温运行控制模块，所述空置房屋低温运行控制模块具体包括：
数据无线采集子模块，由中心收集器、ZigBee无线网络网络、室内温度节点、人体移动状态节点、人体移动时间节点构成，它们共同构建起整个ZigBee 无线传感网络；其中中心收集器是ZigBee无线传感网络的主节点；室内温度节点、人体移动状态节点、人体移动时间节点为ZigBee无线传感网络的终端节点；
数据无线发送子模块，用于通过无线采集室内温度、人体移动状态及移动时间等数据发送至服务器；
数据处理子模块，用于将服务器中的数据进行并行处理，所述并行处理包括对采集的数据进行汇总、分析和决策，识别空置房间和空置规律，对大数据平台的信息按照时间、种类进行产业信息的分类；
存储子模块，用于存储采集的数据进行汇总、分析和决策，识别空置房间和空置规律，将所有信息数据进行收集存储组成一个数据平台。
可选的，所述甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统还包括：
用于实现不同供暖时间、供暖温度的分时分区控制模块，所述分时分区控制模块具体包括：
建筑用途识别子模块，用于通过无人机对取暖的建筑用途进行识别，包含居民建筑、公共建筑和工商建筑；根据无人机巡检装置在取暖的建筑区域的视频监测数据，进行地物识别；根据所述地物识别的识别结果确定连片建筑物的分布信息，并根据所述连片建筑物的分布信息和/或所述识别结果，将所述监测区域划分为多个连续的监测子区域；分别获取各所述监测子区域内连片建筑物的建筑物属性；
分类子模块，用于根据建筑用途识别子模块的建筑物属性的结果对建筑进行分类，确定需要供暖的时间，按照时间和区域进行处理；
分时控制子模块，用于分类子模块的结果，对需要按照时间段供暖的建筑进行控制；
分区控制子模块，用于分类子模块的结果，对需要按照区域供暖的建筑进行控制。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明采用热量耦合预热空气，节省了电力和能源，利用空气加热室和甲醇汽化室位置的相互安排，合理利用列管热量，放热反应与吸热反应、汽化与反应之间实现了良好的热量耦合，达到了增加传热和提高热量的应用效果，正常工作后靠自身热量就满足空气预热，无需电力。
本发明的结构设计巧妙且结合紧凑，设备主体为圆柱体，整个发生器主要部分采用列管式结构，甲醇汽化室、空气加热室、氨水加热室和尾气室四个室巧妙结合，集甲醇汽化室、空气加热室、氨水加热室和尾气室于一体。本发明利用列管结构分布使得列管内催化氧化反应的催化剂分布线性均匀，空气先经过管壳加热后在甲醇汽化室内充分混合，同时传热效率的提高使得发生器结构更加紧凑。
本发明实现了大换热面积，高热效率，采用双回程列管式结构，大面积换热，使得排气温度比排气温度高30℃左右，甚至与进水温度持平，热效率远高于传统的锅炉。
本发明无需燃烧机，无需配套点火装置或预热设备，催化剂作用下常温即可起燃，整个产热过程为无火焰催化氧化反应，减少了明火可能产生闪爆的因素，升温迅速，系统运行安全稳定可靠。不需要大的炉膛，发生器整体为列管结构，化整为零，反应分布在无数个列管内部，避免了急剧反应带来的高压危险。催化剂使用方便，保存方便，无需隔绝空气，无需活化，常年使用，无需再生，使用寿命长，节约了运行成本。催化剂活性高，燃烧速率快，燃烧彻底。低温无火焰燃烧，无NOx生成。燃烧产物为无害的CO2和H2O，无固废、污水、废溶剂及废气等二次污染物。
本发明甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统采用一次性清洁能源甲醇作为驱动能源，运行费用低；热效率COP为1.5-2.0，是传统甲醇锅炉的两倍；使用范围广泛，可在环境温度-30℃到43℃内稳定运行，水温可从5℃到55℃宽工况范围内灵活调节；采用氨水工质，对生态无破坏作用(ODP＝GWP＝0)，不破坏臭氧层，保护人类生存环境；采用模块化设计，自由组合，分散安装，独立控制，适用范围广。
本发明的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统改善了工质的物理和化学特性，加大了工质的沸点差，使其分离难度小、纯度高；作为制冷剂的水价廉、易得、气化潜热大、无毒、无味、安全性能好；溶液比热小，有利于提高循环效率；饱和气压低，溶液吸水性强，能够吸收低温水蒸气，且过程传质推动力强等。本发明改进了吸收循环，在简单吸收循环的基础上，围绕吸收循环所做的工作使得吸收式热泵向高温升、高效率、高经济性、多用途、柔性化等方向发展。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述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是本发明实施例提供的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的发生器的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的气候补偿控制模块的原理图；
图4是本发明实施例提供的防止开窗散热温度骤降控制模块的原理图；
图5是本发明实施例提供的空置房屋低温运行控制模块的原理图；
图6是本发明实施例提供的分时分区控制模块的原理图；
图中：1、发生器；2、精馏器；3、冷凝器；4、除霜阀；5、稀溶液孔板电磁阀；6、过冷器；7、吸收器；8、水冷换热器；9、溶液泵；10、储液器；11、电子膨胀阀；12、翅片式换热器；13、空气进风口；14、甲醇汽化室；15、第一连接管；16、空气加热室；17、第二连接管；18、氨水加热室；19、尾气室； 20、管板；21、第三连接管；22、第一列管；23、第二列管；24、第一加热装置；25、甲醇气入口；26、第二加热装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例提供的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统包括：发生器1、精馏器2、冷凝器3、除霜阀4、稀溶液孔板电磁阀5、过冷器6、吸收器7、水冷换热器8、溶液泵9、储液器10、电子膨胀阀11、翅片式换热器 12。
所述发生器1通过管道与精馏器2连接，所述精馏器2通过管道与冷凝器3 连接，所述冷凝器3通过管道与过冷器6连接，所述过冷器6与储液器10连接，所述储液器10通过管道与翅片式换热器12连接，所述储液器10和所述翅片式换热器12之间的管道上安装有电子膨胀阀11。
所述发生器1通过管道与吸收器7连接，所述发生器1和所述吸收器7之间的管道上安装有稀溶液孔板电磁阀5，所述吸收器7通过管道与水冷换热器8 连接，所述水冷换热器8通过管道与溶液泵9连接，所述溶液泵9通过管道与所述精馏器2连接。
在所述电子膨胀阀11与所述翅片式换热器12连接的一端管道上和所述冷凝器3的进入管道上安装有除霜阀4。
所述吸收器7与所述水冷换热器8联通。
本发明实施例提供的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统采用一次性清洁能源甲醇作为驱动能源，运行费用低；热效率COP为1.5-2.0，是传统甲醇锅炉的两倍；使用范围广泛，可在环境温度-30℃到43℃内稳定运行，水温可从5℃到 55℃宽工况范围内灵活调节；采用氨水工质，对生态无破坏作用(ODP＝GWP＝0)，不破坏臭氧层，保护人类生存环境；采用模块化设计，自由组合，分散安装，独立控制，适用范围广。
本发明的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统可在环境温度-30℃到43℃内稳定运行，水温可从5℃到55℃宽工况范围内灵活调节；设置有除霜阀4的全智能化霜控制系统，能大幅减少化霜次数，并且保障化霜时有足够热量继续输出，有效保持供水温度的稳定性；采用模块化设计，自由组合，分散安装，独立控制，适用范围广。
实施例2：
如图2所示，在实施例1的基础上，本发明实施例提供的发生器1包括：空气进风口13、甲醇汽化室14、第一连接管15、空气加热室16、第二连接管 17、氨水加热室18、尾气室19、管板20、第三连接管21、第一列管22、第二列管23、第一加热装置24、甲醇气入口25和第二加热装置26。
空气进风口13安装在空气加热室16的右侧，甲醇汽化室14通过第一连接管15与空气加热室16联通，空气加热室16通过第二连接管17与氨水加热室 18联通，氨水加热室18通过第三连接管21与尾气室联通，甲醇汽化室14和空气加热室16之间安装有管板20，空气加热室16和氨水加热室18之间安装有管板20，氨水加热室18和尾气室19之间安装有管板20，第一列管22安装在甲醇汽化室14与空气加热室16之间，第二列管23安装在空气加热室16与氨水加热室18之间。甲醇气入口25安装在甲醇汽化室14的左侧，甲醇气入口25 上还安装有第一加热装置24，用于将甲醇进行预加热；第二加热装置26通过管道与甲醇汽化室14的右侧连接，甲醇汽化室14通过第二加热装置26与空气进风口13连接。
在未通入甲醇时第二加热装置26对空气加热室16的空气进行预加热；在通入甲醇时第一加热装置24对甲醇进行预加热；预热的甲醇和预热的空气形成预热的甲醇混合气，当甲醇混合气在第二列管23在催化剂进行反应，产生热量；本发明通过对甲醇和空气预热，使得甲醇反应很容易得到所需温度，同时次啊用催化剂，避免了甲醇燃烧时的明火，提高安全性。
本发明采用气体直流流动阻力小的列管结构；第一列管22内部气体流动为直流流动，甲醇和空气在列管催化氧化反应的催化剂上发生无焰催化氧化制热反应(非明火燃烧)，放出大量的热量，热量大部分直接通过列管壁传递给内部中的甲醇、空气、氨水，热量使甲醇汽化，使空气加热，使水加热。此外本发明的甲醇汽化室14、空气加热室16、氨水加热室18、尾气室19、第一连接管15、第二连接管17和第三连接管21加封头密封连接。
本发明采用热量耦合预热空气，节省了电力和能源，利用空气加热室16和甲醇汽化室14位置的相互安排，合理利用列管热量，放热反应与吸热反应、汽化与反应之间实现了良好的热量耦合，达到了增加传热和提高热量的应用效果，正常工作后靠自身热量就满足空气预热，无需电力。
本发明的结构设计巧妙且结合紧凑，为圆柱体，整个发生器主要部分采用列管式结构，甲醇汽化室14、空气加热室16、氨水加热室18和尾气室19四个室巧妙结合，集甲醇汽化室14、空气加热室16、氨水加热室18和尾气室19于一体。本发明利用列管结构分布使得列管内催化氧化反应的催化剂分布线性均匀，空气先经过所述第二加热装置26预热在第一列管22和甲醇汽化室14内充分混合。同时传热效率的提高使得发生器1结构更加紧凑。
本发明实现了大换热面积，高热效率，采用双回程列管式结构，大面积换热，使得排气温度比排气温度高30℃左右，甚至与进水温度持平，热效率远高于传统的锅炉。
实施例3：
在实施例2的基础上，本发明实施例提供的发生器的工作原理为：
空气先经过第一列管22加热后在所述甲醇汽化室14内充分混合得到混合的汽化甲醇，然后进入所述空气加热室16和所述氨水加热室28，产生的尾气进入所述尾气室19。
传统的甲醇制热方法为燃气与空气混合燃烧，这种明火燃烧的方式存在燃烧不充分且排放甲醛和氮氧化物(NOx)等空气污染物的问题，并且明火燃烧存在安全隐患。本发明采用的甲醇无火焰燃烧即甲醇化学链燃烧，甲醇在汽化反应器和氧化反应器内进行催化氧化转换成CO2和H2O，其催化燃烧反应放热总方程式：2CH3OH(L)+3O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(L)H＝5400Kcal/kg。甲醇常温燃烧制热催化剂是以金属复合氧化物为载体，以重金属为主要活性组分，通过添加其他助剂，采用独特的调配方法制备而成。其特点是比表面积大、使用空速高、催化剂用量少、活性强。产品活性组分均匀分布在外表面，分散度高，催化效果好。
本发明无需燃烧机，无需配套点火装置或预热设备，催化剂作用下常温即可起燃，整个产热过程为无火焰催化氧化反应，减少了明火可能产生闪爆的因素，升温迅速，系统运行安全稳定可靠。不需要大的炉膛，发生器整体为列管结构，化整为零，反应分布在无数个列管内部，避免了急剧反应带来的高压危险。催化剂使用方便，保存方便，无需隔绝空气，无需活化，常年使用，无需再生，使用寿命长，节约了运行成本。催化剂活性高，燃烧速率快，燃烧彻底。低温无火焰燃烧，无NOx生成。燃烧产物为无害的CO2和H2O，无固废、污水、废溶剂及废气等二次污染物。
实施例4：
在实施例1的基础上，本发明实施例提供的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统的工作原理为：
(1)制冷剂循环：发生器1中的浓溶液被来自发生器获得的热量加热后，在发生器1中产生的高温高压氨蒸汽，经提馏、精馏后进入冷凝器3(水冷热交换器)冷凝，高温高压的氨蒸汽被冷凝为高温高压的液氨进入过冷器6；在过冷器6中，与来自翅片式换热器12的低温低压的氨蒸汽进行热量交换成为低温高压的过冷液氨，过冷后的液氨进入储液器10，经电子膨胀阀11节流后成为低温低压气液混合物进入翅片式换热器12，在翅片式换热器12中吸收空气中的热量而发生相变成为低温低压的氨蒸汽，在过冷器6成为过热的氨蒸汽，然后进入吸收器7中被从吸收器7顶部喷淋的稀溶液吸收成为浓溶液，经溶液泵9加压输送回发生器1，进入下一个制冷剂的循环。
(2)吸收剂循环：在发生器1中，浓溶液吸收来自发生器的热量，使氨从浓溶液中不断蒸发，溶液浓度逐渐降低，成为高温高压的稀溶液；高温稀溶液经稀溶液孔板电磁阀11进入吸收器7，吸收来自过冷器6的过热氨蒸汽，氨蒸汽与稀溶液混合释放出溶解热，同时与吸收器7内GAX(基于发生器-吸收器的热交换)高效换热器中的浓溶液进行热量交换，温度不断降低，浓度逐渐升高，浓溶液进入水冷换热器8与水进行热量交换(制热)，冷却后，经溶液泵9加压与精馏器2中高温高压的氨蒸汽进行换热，氨蒸汽被冷却，浓溶液被加热；加热后的浓溶液一部分进入发生器1顶部，一部分进入降膜吸收器内的GAX循环中进行热量交换，被加热后再进入发生器1，进入下一个吸收剂的循环。
本发明的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统改善了工质的物理和化学特性，加大了工质的沸点差，使其分离难度小、纯度高；作为制冷剂的水价廉、易得、气化潜热大、无毒、无味、安全性能好；溶液比热小，有利于提高循环效率；饱和气压低，溶液吸水性强，能够吸收低温水蒸气，且过程传质推动力强等。本发明改进了吸收循环，在简单吸收循环的基础上，围绕吸收循环所做的工作使得吸收式热泵向高温升、高效率、高经济性、多用途、柔性化等方向发展。
实施例5：
如图3所示，在实施例1的基础上，本发明实施例提供的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统还包括：用于从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，确定加热时段、加热时长和加热温度等参量的气候补偿控制模块，所述气候补偿控制模块具体包括：
气象数据获取子模块，用于从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，获取近24小时的气象数据；
功率分布和热量耗散子模块，用于根据近24小时的温度曲线，计算建筑物后24小时的耗散功率分布和耗散热量；
参量计算子模块，用于根据计算的耗散功率分布和耗散热量确定加热时段、加热时长和加热温度等参量；
信息处理子模块，根据参量计算子模块传输的参量进行机器学习，获取基于不同时间段且不同位置的最佳温度；
反馈子模块，用于根据信息处理子模块的机器学习的计算结果反馈至控制模块，控制模块发出对应的指令。
本发明从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，获取近24小时的气象数据，根据计算的耗散功率分布和耗散热量确定加热时段、加热时长和加热温度等参量，使得控制模块能够根据参量进行对应的控制，可以控制制冷剂循环模块、吸收剂循环模块和发生器的工作效率，一定程度上节约了能源，保护了环境，减少了废气排放，降低了成本，提高了甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统的智能化水平。
实施例6：
如图4所示，在实施例1的基础上，本发明实施例提供的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统还包括：用于检测室内开窗行为的防止开窗散热温度骤降控制模块，所述防止开窗散热温度骤降控制模块具体包括：
温度采集子模块，用于采集当前室内温度，采集室内的多个温度采集器的温度数据，带入加权平均温度多项式模型，获取室内的近一段时间加权平均温度计算值；
温度变化率计算子模块，用于计算当前室内温度与近一段时间的平均温度的变化率；
在检测到当前室内温度处于升温状态的情况下，获取第一温度变化率；所述第一温度变化率表征预设单位时间内所述当前室内温度的变化值；
获取第二温度变化率；所述第二温度变化率表征所述预设单位时间内室内温度的变化值；
判断所述第二温度变化率是否大于所述第一温度变化率；
开窗行为识别子模块，在所述第二温度变化率大于所述第一温度变化率的情况下，确定窗户处于开启状态，并向发送报警提示；用于根据温度的变化率识别开窗行为，在检测到有开窗行为时，并发送到用户的终端。
本发明对室内温度进行计算，通过对室内温度的变化率的监测，能够检测到是否是开窗导致温度降低，并及时将结果发送至终端，避免了热量的散失，同时有利于节约能源；另外，本发明采用加权平均温度多项式模型提高了在计算室内温度的加权平均温度的精度，提高了甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统的智能化水平。本发明在检测到当前室内温度处于升温状态的情况下，获取第一温度变化率；获取第二温度变化率；判断所述第二温度变化率是否大于所述第一温度变化率。在所述第二温度变化率小于或等于所述第一温度变化率的情况下，确定窗户处于关闭状态。比较第一温度变化率和第二温度变化率，来确定窗户的状态，并且，第一温度变化率和第二温度变化率，均通过预先安装在室内的多个温度采集器，本发明能够准确有效地识别窗户的状态。
实施例7：
如图5所示，在实施例1的基础上，本发明实施例提供的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统还包括：用于实现低温运行控制的空置房屋低温运行控制模块，所述空置房屋低温运行控制模块具体包括：
数据无线采集子模块，由中心收集器、ZigBee无线网络网络、室内温度节点、人体移动状态节点、人体移动时间节点构成，它们共同构建起整个ZigBee 无线传感网络；其中中心收集器是ZigBee无线传感网络的主节点；室内温度节点、人体移动状态节点、人体移动时间节点为ZigBee无线传感网络的终端节点；
数据无线发送子模块，用于通过无线采集室内温度、人体移动状态及移动时间等数据发送至服务器；
数据处理子模块，用于将服务器中的数据进行并行处理，所述并行处理包括对采集的数据进行汇总、分析和决策，识别空置房间和空置规律，对大数据平台的信息按照时间、种类进行产业信息的分类；
存储子模块，用于存储采集的数据进行汇总、分析和决策，识别空置房间和空置规律，将所有信息数据进行收集存储组成一个数据平台。
本发明提供的多点温度无线采集系统，突出了温度实时采集与无线传送的功能，操作简单，并能够自动连续采集，效率得到了提高，为温度舒适度提供了保证。本发明实现了采集的数据进行汇总、分析和决策，识别空置房间和空置规律的统一处理和村粗，具备效率高、成本低、准确度高、节约了人力成本等多种优点，适宜推广使用。
实施例8：
如图6所示，在实施例1的基础上，本发明实施例提供的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统还包括：用于实现不同供暖时间、供暖温度的分时分区控制模块，所述分时分区控制模块具体包括：
建筑用途识别子模块，用于通过无人机对取暖的建筑用途进行识别，包含居民建筑、公共建筑和工商建筑；根据无人机巡检装置在取暖的建筑区域的视频监测数据，进行地物识别；根据所述地物识别的识别结果确定连片建筑物的分布信息，并根据所述连片建筑物的分布信息和/或所述识别结果，将所述监测区域划分为多个连续的监测子区域；分别获取各所述监测子区域内连片建筑物的建筑物属性；
分类子模块，用于根据建筑用途识别子模块的建筑物属性的结果对建筑进行分类，确定需要供暖的时间，按照时间和区域进行处理；
分时控制子模块，用于分类子模块的结果，对需要按照时间段供暖的建筑进行控制；
分区控制子模块，用于分类子模块的结果，对需要按照区域供暖的建筑进行控制。
本发明设置有分时控制子模块和分区控制子模块，实现了按照建筑的用途实现不同供暖时间、供暖温度的控制，避免了资源的浪费，可以集中资源，最大发挥其作用。本发明的分时分区控制模块节约了能源，保护了生态，便于降低取暖成本，带来了巨大的社会效益和经济效益。本发明根据无人机巡检装置在取暖的建筑区域的视频监测数据，进行地物识别，对建筑物的用途进行了准确的判定，提高了效率和准确率；同时，采用无人机方便快捷。
实施例9：
在实施例7的基础上，本发明实施例提供的数据无线采集子模块接收ZigBee 无线传感网络的信号模型表示为：
r(t)＝x1(t)+x2(t)+…+xn(t)+v(t)
Figure RE-GDA0003712007500000171
其中，xi(t)为时频重叠ZigBee无线传感网络信号的各个信号分量，各分量ZigBee无线传感网络信号独立不相关，n为时频重叠ZigBee无线传感网络信号分量的个数，θki表示对各个ZigBee无线传感网络信号分量载波相位的调制，fci为载波频率，Aki为第i个ZigBee无线传感网络信号在k时刻的幅度，Tsi为码元长度，pi(t)为滚降系数为α的升余弦成形滤波函数，且
Figure RE-GDA0003712007500000172
n(t)是均值为0，方差为σ2的平稳高斯白噪声。
本发明采用信号模型，提高了ZigBee无线传感网络的无线信号处理效率，提高室内温度节点、人体移动状态节点、人体移动时间节点的采集效率，有助于中心收集器的数据收集；很好的实现了多点室内温度的采集；便于对采集的数据进行汇总、分析和决策，识别空置房间和空置规律。
实施例10：
本发明实施例提供的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统的应用领域：适用于广大北方地区和部分中南部省区，无市政供暖或市政供暖难以覆盖的新建项目，包括各类居民建筑、公共建筑和工商建筑。居民建筑包括住宅区、别墅区、新农居、城镇化等；公共建筑包括办公及综合楼、文体卫机构、营房等；工商建筑包括产业园、商业体、营业机构、宾馆等。该系统可整体实施集中供暖运营，也可独户、独栋分布建设自主使用。
本发明的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统的主要用户涵盖所有需要用热取暖单位，包括：开发商、社区物业、供热企业、政府平台，尤其适用于有进行分区域或个性化需求进行分布式供暖的项目，如宾馆、酒店、办公楼、学校、医院、部队、小区等供热采暖终端用户。
本发明的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统能够实现节能减排的目的，为全球应对气候变化作出贡献。
随着城镇化进程的深入发展，工业、商业、服务业和房地产等行业迅速发展，热能需求不断提升，供热行业也进入了一个快速发展的阶段，截至2018年底全国城市集中供热面积94亿平米，比上年增长13％。2022年预计全国集中供热总面积将达到140亿平方米。到2021年，北方地区供暖总面积为252亿平方米，其中清洁供暖面积为176.5亿平方米，清洁供暖率达到70％。新增清洁供暖的面积为91亿平方米，按100元/平方米计算，清洁供暖的市场规模为9100 亿元，也就是常说的清洁供暖万亿市场，本发明甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统的实施适应了社会需求的发展，能够带来很大的社会效益、经济效益和生态效益。
本发明甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统采用甲醇化学链型氨水吸收式热泵技术，制热效率是普通甲醇锅炉的两倍，COP达到1.5-2.0。甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统在-20℃到43℃的环境下稳定运行，对外部环境有良好的适应性。本发明甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统本身为氨水系统，无类似溴化锂机组的防冻问题；采取PLC智能化控制，甲醇燃料的消耗根据室内负荷采用PID 无级调节，水温自动控制，达到舒适与节能的完美结合；选用新型扇叶结构，优化风场设计，大幅降低运行噪音；机组采用低噪减震设计，地面、楼顶均可安装。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统，其特征在于，包括：发生器，所述发生器包括：甲醇汽化室、空气加热室、氨水加热室和尾气室；
所述甲醇汽化室通过第一连接管与所述空气加热室联通，所述空气加热室通过第二连接管与所述氨水加热室联通，所述氨水加热室通过第三连接管与所述尾气室联通；第一列管安装在所述甲醇汽化室与所述空气加热室之间；
甲醇气入口安装在所述甲醇汽化室的左侧，所述甲醇气入口上还安装有第一加热装置，用于将甲醇进行预加热；第二加热装置通过管道与所述甲醇汽化室的右侧连接，所述甲醇汽化室通过第二加热装置与所述空气进风口连接。
2.如权利要求1所述的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统，其特征在于，所述第一列管内催化氧化反应的催化剂分布线性均匀，内部气体流动为直流流动；空气先经过所述第二加热装置预热在第一列管和甲醇汽化室内充分混合；
所述甲醇汽化室、空气加热室、氨水加热室、尾气室、第一连接管、第二连接管和第三连接管加封头密封连接；
空气进风口安装在所述空气加热室的右侧。
3.如权利要求1所述的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统，其特征在于，采用由第一列管和第二列管组成的双回程列管式结构，第二列管安装在所述空气加热室与所述氨水加热室之间。
4.如权利要求1所述的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统，其特征在于，所述甲醇汽化室和所述空气加热室之间安装有管板，所述空气加热室和所述氨水加热室之间安装有管板，所述氨水加热室和尾气室之间安装有管板。
5.如权利要求1所述的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统，其特征在于，所述发生器通过管道与精馏器连接，所述精馏器通过管道与冷凝器连接，所述冷凝器通过管道与过冷器连接，所述过冷器与储液器连接，所述储液器通过管道与翅片式换热器连接，所述储液器和所述翅片式换热器之间的管道上安装有电子膨胀阀；
所述发生器通过管道与吸收器连接，所述发生器和所述吸收器之间的管道上安装有稀溶液孔板电磁阀，所述吸收器通过管道与水冷换热器连接，所述水冷换热器通过管道与溶液泵连接，所述溶液泵通过管道与所述精馏器连接。
6.如权利要求5所述的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统，其特征在于，在所述电子膨胀阀与所述翅片式换热器连接的一端管道上和所述冷凝器的进入管道上安装有除霜阀；
所述吸收器与所述水冷换热器联通。
7.如权利要求1所述的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统，其特征在于，所述甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统还包括：
用于从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，确定加热时段、加热时长和加热温度等参量的气候补偿控制模块，所述气候补偿控制模块具体包括：
气象数据获取子模块，用于从气象网中获取气候补偿参量建立供热模型，获取近24小时的气象数据；
功率分布和热量耗散子模块，用于根据近24小时的温度曲线，计算建筑物后24小时的耗散功率分布和耗散热量；
参量计算子模块，用于根据计算的耗散功率分布和耗散热量确定加热时段、加热时长和加热温度等参量；
信息处理子模块，根据参量计算子模块传输的参量进行机器学习，获取基于不同时间段且不同位置的最佳温度；
反馈子模块，用于根据信息处理子模块的机器学习的计算结果反馈至控制模块，控制模块发出对应的指令。
8.如权利要求1所述的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统，其特征在于，所述甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统还包括：用于检测室内开窗行为的防止开窗散热温度骤降控制模块，所述防止开窗散热温度骤降控制模块具体包括：
温度采集子模块，用于采集当前室内温度，采集室内的多个温度采集器的温度数据，带入加权平均温度多项式模型，获取室内的近一段时间加权平均温度计算值；
温度变化率计算子模块，用于计算当前室内温度与近一段时间的平均温度的变化率；
在检测到当前室内温度处于升温状态的情况下，获取第一温度变化率；所述第一温度变化率表征预设单位时间内所述当前室内温度的变化值；
获取第二温度变化率；所述第二温度变化率表征所述预设单位时间内室内温度的变化值；
判断所述第二温度变化率是否大于所述第一温度变化率；
开窗行为识别子模块，在所述第二温度变化率大于所述第一温度变化率的情况下，确定窗户处于开启状态，并向发送报警提示；用于根据温度的变化率识别开窗行为，在检测到有开窗行为时，并发送到用户的终端。
9.如权利要求1所述的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统，其特征在于，所述甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统还包括：
用于实现低温运行控制的空置房屋低温运行控制模块，所述空置房屋低温运行控制模块具体包括：
数据无线采集子模块，由中心收集器、ZigBee无线网络网络、室内温度节点、人体移动状态节点、人体移动时间节点构成，它们共同构建起整个ZigBee无线传感网络；其中中心收集器是ZigBee无线传感网络的主节点；室内温度节点、人体移动状态节点、人体移动时间节点为ZigBee无线传感网络的终端节点；
数据无线发送子模块，用于通过无线采集室内温度、人体移动状态及移动时间等数据发送至服务器；
数据处理子模块，用于将服务器中的数据进行并行处理，所述并行处理包括对采集的数据进行汇总、分析和决策，识别空置房间和空置规律，对大数据平台的信息按照时间、种类进行产业信息的分类；
存储子模块，用于存储采集的数据进行汇总、分析和决策，识别空置房间和空置规律，将所有信息数据进行收集存储组成一个数据平台。
10.如权利要求1所述的甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统，其特征在于，所述甲醇无火焰吸收式空气能热泵系统还包括：
用于实现不同供暖时间、供暖温度的分时分区控制模块，所述分时分区控制模块具体包括：
建筑用途识别子模块，用于通过无人机对取暖的建筑用途进行识别，包含居民建筑、公共建筑和工商建筑；根据无人机巡检装置在取暖的建筑区域的视频监测数据，进行地物识别；根据所述地物识别的识别结果确定连片建筑物的分布信息，并根据所述连片建筑物的分布信息和/或所述识别结果，将所述监测区域划分为多个连续的监测子区域；分别获取各所述监测子区域内连片建筑物的建筑物属性；
分类子模块，用于根据建筑用途识别子模块的建筑物属性的结果对建筑进行分类，确定需要供暖的时间，按照时间和区域进行处理；
分时控制子模块，用于分类子模块的结果，对需要按照时间段供暖的建筑进行控制；
分区控制子模块，用于分类子模块的结果，对需要按照区域供暖的建筑进行控制。
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王红军等编著: "《网电对抗目标信号侦测与识别》", 30 June 2019, 国防工业出版社, pages: 32 - 33 *

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