CN1311207C - 一种环保热泵 - Google Patents

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Abstract

一种环保热泵，属空调技术领域。包括高氢气平衡压贮氢合金反应器和低氢气平衡压贮氢合金反应器，二者的氢气充放口之间并联抽气泵和旁通电磁阀。第一三通电磁阀(5)的进口管路通过水泵接地下水，其两个出口管路分别通过两个反应器后接第二三通电磁阀(6)进口，第二三通电磁阀(6)出口接带出水阀的第一水箱；第四三通电磁阀(15)进口管接换热器循环管路出口，其两个出口管路分别通过两个反应器后接第三三通电磁阀(14)的两个进口，第三三通电磁阀(14)的出口管可通过带出水阀的第二水箱和溶液泵接换热器循环管路进口。第一三通电磁阀(5)的出口管路和第三三通电磁阀(14)的进口管路连通，第二三通电磁阀(6)的进口管路和第四三通电磁阀(15)的出口管路连通。本发明环保效果好。

Description

一种环保热泵
技术领域
本发明属于空调技术领域，特别涉及一种利用地源热泵技术和合金贮氢技术提供制冷、制热和生活热水的环保热泵。
背景技术
随着臭氧层破坏和全球温室效应等环境问题的突出，制冷空调行业的制冷剂替代问题变成一个全球性的大问题。目前已经开发出包括R407C、R410A等在内的“环保”制冷剂，但是这些制冷剂只是在臭氧耗损潜值ODP方面有改进，在全球变暖潜值GWP方面还存在很大的问题。因此，开发采用完全环保制冷剂的制冷空调系统具有现实意义和价值。解决办法之一是采用合金贮氢技术，由合金与氢的化学反应来实现制冷的目的。中国专利01134891.7号(贮氢合金空调装置)和01134879.8号(贮氢合金冷热空调装置)提出了一种采用贮氢合金实现空调的技术方案，这两个技术方案的反应器采用相同的贮氢合金，需要消耗更多的电能来实现氢的转移，同时放热反应的热量被白白地浪费掉；贮氢合金的导热系数和传热系数小，用空气吹过贮氢合金反应器的周围时不容易与蓄氢合金进行热交换，传热速度慢，系统效率低；另外，冬季制热时，随着室外温度的降低，在换热器上将结霜，需要进行化霜操作，既浪费能量又影响供暖的舒适度。
发明内容
本发明目的在于提供一种采用真正环保工质的空调系统，并且利用地下水和大地的蓄热体资源，提供既能够提供生活用热水、又能实现制冷、制热的一种环保热泵。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：一种环保热泵，包括高氢气平衡压贮氢合金反应器和低氢气平衡压贮氢合金反应器，二者的氢气充放口之间连接有抽气泵；第一三通电磁阀5的进口管路通过水泵接地下水，其两个出口管路分别通过两个反应器后接第二三通电磁阀6的进口，第二三通电磁阀6的出口接带出水阀的第一水箱；第四三通电磁阀15的进口管接换热器循环管路出口，其两个出口管路分别通过两个反应器后接第三三通电磁阀14的两个进口，第三三通电磁阀14的出口管接换热器循环管路进口，第三三通电磁阀14与换热器之间串接有溶液泵；抽气泵上并联有旁通电磁阀。
第三三通电磁阀14与溶液泵之间管路上串接有带出水阀的第二水箱。
第一三通电磁阀5的出口管路和第三三通电磁阀14的进口管路连通，第二三通电磁阀6的进口管路和第四三通电磁阀15的出口管路连通。
换热器循环工质为乙二醇水溶液。
换热器循环工质为水。
本发明采用地下水或与土壤等进行过热交换的水来吸收放热反应的热量，利用地下水常年恒温的特性，提高换热效果并提供生活用热水；采用由具有不同氢气平衡压力的贮氢合金对组成两个不同的反应器，在高平衡压力反应器向低平衡压力反应器放氢时不消耗抽气泵的电能；在反应器内部埋设传热管强化传热，可以提高传热速度和系统的效率；为了提高贮氢量，采用碳纳米管/贮氢合金复合材料作为贮氢介质；采用地下水，利用大地作为蓄热体，常年能够提供温度恒定在13℃左右的水，提供较大的传热温差，能够加速与贮氢合金之间的热交换，提高传热速度和系统的效率，并且能够提供生活用热水；在抽气泵上并联一个电磁阀，系统从高平衡压力反应器向低平衡压力反应器放氢时打开电磁阀，关闭抽气泵，节约电能消耗。通过吸热放氢反应器的冷水在水泵的作用下与室内风机盘管系统进行热交换，实现制冷的目的。
附图说明
图1为实施例1结构示意图。
图2为实施例2结构示意图。
图3为实施例3结构示意图。
图4为实施例4结构示意图。
附图中各序号如下：高氢气平衡压贮氢合金反应器1，低氢气平衡压贮氢合金反应器2，旁通电磁阀3，抽气泵4，第一、二、三、四三通电磁阀5、6、14、15，第一、二水箱7、19，调节阀8、9、20，生活用水管10，地下水返回水管11，地下水抽出水管12和水泵13，溶液泵16，风机17和换热器18组成的风机盘管。
具体实施方式
实施例1、一种环保热泵，包括高氢气平衡压贮氢合金反应器1和低氢气平衡压贮氢合金反应器2，二者的氢气充放口之间连接有抽气泵4，抽气泵4上并联有旁通电磁阀3。第一三通电磁阀5的进口管路通过水泵13接地下水，其两个出口管路分别通过两个反应器后接第二三通电磁阀6的进口，第二三通电磁阀6的出口接带出水阀8、9的第一水箱7；第四三通电磁阀15的进口管接换热器18的循环管路出口，其两个出口管路分别通过两个反应器后接第三三通电磁阀14的两个进口，第三三通电磁阀14的出口管接换热器18的循环管路进口，第三三通电磁阀14与换热器18之间串接有溶液泵16。第一三通电磁阀5的出口管路和第三三通电磁阀14的进口管路连通，第二三通电磁阀6的进口管路和第四三通电磁阀15的出口管路连通。换热器18的循环工质为水。17为风机。
制冷工作原理为：关闭旁通电磁阀3，打开抽气泵4，氢气从低氢气平衡压贮氢合金反应器2释放出来并被排送到高氢气平衡压贮氢合金反应器1。这样，反应器2发生释氢吸热反应，吸收流经反应器2的工作介质的热量，工作介质被降温；反应器1发生吸氢放热反应，放出的热量被流经反应器1的水带走，水的温度升高，升温后的水可以提供生活用热水，也可以排出到地下部分。生活热水从调节阀9和连接管10取出。这时，地下水的循环路径为从第一三通电磁阀5的A口进、A1口出，流经反应器1后从第二三通电磁阀6的B1口进、B口流出到第一水箱7；工作介质部分循环路径为经过室内换热器(风机盘管)的工作介质从第四三通电磁阀15的D口进、D2口出，流经反应器2后从第三三通电磁阀14的C2口进、C口流出进入到溶液泵16。
当反应器1的氢气饱和后，打开旁通电磁阀3，关闭抽气泵4，氢气从高氢气平衡压贮氢合金反应器1释放出来并被低氢气平衡压贮氢合金反应器2吸收。此时，反应器1发生释氢吸热反应，吸收流经反应器1的工作介质的热量，工作介质被降温；反应器2发生吸氢放热反应，放出的热量被流经反应器2的水带走，水的温度升高，升温后的水可以提供生活用热水，也可以排出到地下部分。生活热水从调节阀9和连接管10取出。这时，地下水的循环路径为从第一三通电磁阀5的A口进、A2口出，流经反应器2后从第二三通电磁阀6的B2口进、B口流出到第一水箱7；工作介质部分循环路径为经过室内风机盘管的工作介质从第四三通电磁阀15的D口进、D1口出，流经反应器1后从第三三通电磁阀14的C1口进、C口流出进入到水泵16。
室外地下水循环部分的技术已经在地源热泵中得到广泛应用，地下水与大地蓄热体的换热可以采用水平埋管换热器技术、竖直埋管换热器技术、水井回灌技术等技术手段来实现。利用地下水可以加大水与反应器之间的传热温差，加速传热。水路循环回路为图中的实线部分，工作介质循环回路为图中的虚线部分，氢气的循环如图中的点划线部分。
为了提高贮氢量，采用碳纳米管/贮氢合金复合材料作为贮氢介质。碳纳米管/贮氢合金复合材料已经是一项成熟的技术，比如中国专利储氢合金/碳纳米管复合储氢材料(专利号00100505.7)公布了一种很方便的制作方法，其中贮氢合金的重量百分比可以为1-90％。
通过反应器1和反应器2循环发生释氢吸热反应，连续提供冷量给室内工作介质，并在室内风机盘管作用下实现空调功能；同时，通过反应器1和反应器2循环发生吸氢放热反应，加热冷却水，提供生活用热水。
制热工作原理为：关闭旁通电磁阀3，打开抽气泵4，氢气从低氢气平衡压贮氢合金反应器2释放出来并被排送到高氢气平衡压贮氢合金反应器1。这样，反应器2发生释氢吸热反应，吸收流经反应器2的水的热量，水温度降低；反应器1发生吸氢放热反应，放出的热量被流经反应器1的工作介质带走，工作介质的温度升高，工作介质通过室内风机盘管与室内空气进行热交换，实现供暖功能。这时，地下水的循环路径为从第一三通电磁阀5的A口进、A2口出，流经反应器2后从第二三通电磁阀6的B2口进、B口流出到第一水箱7；工作介质部分循环路径为经过室内风机盘管的工作介质从第四三通电磁阀15的D口进、D1口出，流经反应器1后从第三三通电磁阀14的C1口进、C口流出进入到水泵16。
当反应器1的氢气饱和后，打开旁通电磁阀3，关闭抽气泵4，氢气从高氢气平衡压贮氢合金反应器1释放出来并被低氢气平衡压贮氢合金反应器2吸收。此时，反应器1发生释氢吸热反应，吸收流经反应器1的水的热量，水温降低；反应器2发生吸氢放热反应，放出的热量被流经反应器2的工作介质带走，工作介质的温度升高，工作介质通过室内风机盘管与室内空气进行热交换，实现供暖功能。这时，地下水的循环路径为从第一三通电磁阀5的A口进、A1口出，流经反应器1后从第二三通电磁阀6的B1口进、B口流出到第一水箱7；工作介质部分循环路径为经过室内风机盘管的工作介质从第四三通电磁阀15的D口进、D2口出，流经反应器2后从第三三通电磁阀14的C2口进、C口流出进入到水泵16。
通过反应器1和反应器2循环发生吸氢放热反应，连续提供热量给室内工作介质，并在室内风机盘管作用下实现供暖功能；同时，通过反应器1和反应器2循环发生释氢吸热反应，吸收地下水的热量，由于13℃左右的地下水的温度相对冬季的空气温度高，不发生结霜现象，不用化霜，可以节约化霜能源和提高供暖的舒适度。
实施例2、本实施例中，在反应器1和2的内部分别设置地下水和室内工作介质的传热管(见图2)，其他同实施例1。本实施例的制冷、制热工作过程与实施例1相同。
本实施例室内侧的工作介质可以采用水、乙二醇水溶液、NaCl水溶液等，乙二醇水溶液、NaCl水溶液等在蓄冷空调技术中得到广泛应用，是一项成熟的技术。
实施例3、本实施例中，室内侧工作介质回路的第三三通电磁阀14和溶液泵16之间设置一个第二水箱19(见图3)，其他同实施例1。本实施例的制冷、制热工作过程与实施例1相同。本实施例室内侧的工作介质可以采用水，在制热工况通过第二水箱19的调节阀20可以取出生活用热水。
实施例4、本实施例中，室内侧工作介质回路的第三三通电磁阀14和溶液泵16之间设置一个第二水箱19(见图4)，其他同实施例2。本实施例的制冷、制热工作过程与实施例2相同。本实施例室内侧的工作介质可以采用水、乙二醇水溶液、NaCl水溶液等；当采用水时，在制热工况通过第二水箱19的调节阀20可以取出生活用热水。
从上面几个实施例的介绍可以看出，本发明用到的工质为氢气、水、乙二醇水溶液或NaCl水溶液，这些都是对环境没有污染的物质，属于环保技术，具有很好的推广使用前景。

Claims (5)

1、一种环保热泵，其特征在于，包括高氢气平衡压贮氢合金反应器和低氢气平衡压贮氢合金反应器，二者的氢气充放口之间连接有抽气泵；第一三通电磁阀(5)的进口管路通过水泵接地下水，其两个出口管路分别通过两个反应器后接第二三通电磁阀(6)的进口，第二三通电磁阀(6)的出口接带出水阀的第一水箱；第四三通电磁阀(15)的进口管接换热器循环管路出口，其两个出口管路分别通过两个反应器后接第三三通电磁阀(14)的两个进口，第三三通电磁阀(14)的出口管接换热器循环管路进口，第三三通电磁阀(14)与换热器之间串接有溶液泵；抽气泵上并联有旁通电磁阀。
2、如权利要求1所述的环保热泵，其特征在于，第三三通电磁阀(14)与溶液泵之间管路上串接有带出水阀的第二水箱。
3、如权利要求1或2所述的环保热泵，其特征在于，第一三通电磁阀(5)的出口管路和第三三通电磁阀(14)的进口管路连通，第二三通电磁阀(6)的进口管路和第四三通电磁阀(15)的出口管路连通。
4、如权利要求2所述的环保热泵，其特征在于，换热器循环工质为乙二醇水溶液。
5、如权利要求3所述的环保热泵，其特征在于，换热器循环工质为水。
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