CN1755294A - 江河湖海低品位能量提取系统 - Google Patents

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Abstract

一种江河湖海低品位能量提取系统，包括依次串接在一起的能量采集装置、能量提升装置和散热器，所述能量采集装置包括：置于集热井中的集热器、低位能侧换热盘管和潜水泵组成的回路，所述集热器包括虹吸管、排水管和真空系统，上述虹吸管的一端置于江河湖海附近的集热井中，另一端置于江河湖海中，真空系统与虹吸管相连，上述排放管的一端与低位能侧换热盘管的出液端相连，排放管的另一端置于江河湖海之上或之中，潜水泵置于集热井中，并且其一端与低位能侧换热盘管的进液端相连。本发明的能量提取系统具有设备简单、安装和维修方便、造价低，并且可以保证系统在任何状态下正常工作。

Description

江河湖海低品位能量提取系统
技术领域
本发明涉及一种江河湖海低品位能量提取系统，特别是涉及了一种在江河湖海附近的地区提取江河湖海低品位能量的系统，它是通过能量提升装置把低品位热能变成高品位热能达到冬季供暖、夏季供冷、日常供应生活热水和冷源的四联供的目的。
背景技术
本发明申请人在先申请的中国发明专利号为ZL00123491.9的利用江河湖海水作能源的液体冷热源系统为人们提供了一种利用海水、河水或江水作为能源、无污染、占地面积小并能提供生活用热水的冷热源系统。但是该系统的集热器必须放置在江河湖海的液面之下，江河湖海中的水在不停地流动，时时还会有很大或很剧烈的波动，这样给集热器的安装、维修带来了很多不便，集热器也因受江河湖海中的水波动的影响而不能正常工作，尤其是冬天，江河湖海中的水结冰后直接影响着该系统的正常工作。
发明内容
为克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种江河湖海低品位能量提取系统，它能安全、有效地利用江河湖海中的热量来达到冬季供暖和夏季供冷的目的。
本发明江河湖海低品位能量提取系统，包括依次串接在一起的能量采集装置、能量提升装置和散热器，所述能量采集装置包括：置于集热井中的集热器、低位能侧换热盘管和潜水泵组成的回路，其中所述集热器包括虹吸管、排水管和真空系统，上述虹吸管的一端置于江河湖海附近的集热井中，另一端置于江河湖海中，真空系统与虹吸管相连，上述排放管的一端与低位能侧换热盘管的出液端相连，排放管的另一端置于江河湖海之上或之中，潜水泵置于集热井中，并且其一端与低位能侧换热盘管的进液端相连。
本发明江河湖海低品位能量提取系统，其中所述虹吸管由两根竖管和一根横管组成，其中一根竖管置于集热井内，该竖管内设有一个逆止阀，另一根竖管置于江河湖海中，所述真空系统与上述的横管相连，该真空系统包括：真空泵、单向阀和放气阀，放气阀通过管道与虹吸管相连，虹吸管与放气阀之间的管道与单向阀和真空泵相连。
本发明江河湖海低品位能量提取系统，其中所述虹吸管套装在排放管内。
本发明江河湖海低品位能量提取系统，其中在所述能量采集装置与能量提升装置之间设有第一换热器，第一换热器由第一换热器的能量输入盘管、第十一阀门、第一换热器的能量输出盘管、回液泵和第五阀门依次串联组成的回路，第一换热器的能量输入盘管与低位能侧换热盘管相耦合；在所述散热器与能量提升装置之间设有第二换热器，第二换热器是由高位能侧换热盘管、出液泵、第八阀门、第二换热器的能量输出盘管和第四阀门依次串联组成的回路，所述能量输出盘管与散热器的能量输入盘管相耦合；所述第一换热器的能量输入盘管的进液端与出液泵和第八阀门的连接点之间并联第七阀门；所述第二换热器的能量输出盘管的出液端与第一换热器的能量输出盘管的进液端之间并联第十二阀门；所述高位能侧换热盘管的进液端与第一换热器的能量输入盘管的出液端之间并联第三阀门；所述能量提升装置由第一级热泵和第二级热泵串联组成，第一级热泵是由第一蒸发器、第十三阀门、第一压缩机、第一冷凝器、第一膨胀阀和第十四阀门依次串联组成的回路；第二级热泵是由第二蒸发器、第十五阀门、第二压缩机、第二冷凝器、第二膨胀阀和第十六阀门依次串联组成的回路；第一蒸发器的输出端与第十五阀门和第二压缩机的连接点之间并联第一阀门；第一蒸发器的输入端与第十六阀门和第二膨胀阀的连接点之间并联第二阀门；所述第一蒸发器与第一换热器的能量输出盘管相耦合，所述第二冷凝器与所述高位能侧换热盘管相耦合。
本发明江河湖海低品位能量提取系统，其中所述第二压缩机与所述第二冷凝器之间串联热水器的加热管。
本发明江河湖海低品位能量提取系统，其中在所述回液泵和第五阀门之间并联相互串接在一起的冷库的换热盘管和第九阀门，冷库的换热盘管的进液端与回液泵的出液端相连，冷库的换热盘管的出液端通过第九阀门和第六阀门与第二换热器能量输出盘管的进液端相连，冷库的换热盘管的进液端和第九阀门的出液端之间并联第十阀门，第五阀门和第十阀门之间的管道与第九阀门和第六阀门之间的管道用四通管接头相互连接在一起。
本发明江河湖海低品位能量提取系统与现有技术的利用江河湖海水作能源的液体冷热源系统相比，具有以下优点：
1.设备简单、安装和维修方便，造价低，并且可以保证系统在任何状态下正常工作。
2.两个换热器的置入使防冻液和水无论是制冷还是制热都彻底分开，以保证整个系统正常工作。
3.无论是制冷或制热，冷库都能得到稳定的冷源，热泵工作时，置于压缩机后部的热水器始终能得到稳定的高温显热，从而提供稳定的生活热水。
附图说明
图1为本发明江河湖海低品位能量提取系统在冬季供热状态下的示意图；
图2为本发明江河湖海低品位能量提取系统在夏季供冷状态下的示意图；
图3为图1至图2中的热泵的放大示意图，它表示只有一级热泵启动的状态。
具体实施方式
从图1和图2可以看出，两张图中各个部件之间的连接关系是相同的，所不同的是在上述两种状态下，各个阀门的开、关状态不同，为了清楚起见，用两张图表示，其中，未涂黑的阀门表示“打开”状态，涂黑的阀门表示“关闭”状态。
参照图1至图2，本发明江河湖海低品位能量提取系统包括：能量采集装置5、能量提升装置1和散热器4，能量采集装置5通过第一换热器2的能量输出盘管25与能量提升装置1的第一热泵28的第一蒸发器133(见图3)相耦合，散热器4的能量输入盘管与第二换热器3的能量输出盘管34相耦合，能量采集装置5是低品位能量采集装置，它包括：置于集热井6中的集热器31、低位能侧换热盘管32和潜水泵11，集热器31包括：虹吸管35、排水管30和真空系统，虹吸管35由两根竖管和一根横管组成，其中一根竖管置于集热井6内，该竖管内设有一个逆止阀9，另一根竖管置于江河湖海中，真空系统与上述的横管相连，该真空系统包括：真空泵8、单向阀12和放气阀7，放气阀7通过管道与虹吸管35相连，虹吸管35与放气阀7之间的管道与单向阀12和真空泵8相连；排放管30套在虹吸管35外，排放管30的一端与低位能侧换热盘管32的出液端相连，排放管30的另一端置于江河湖海之上或之中，潜水泵11置于集热井6中，并且其一端与低位能侧换热盘管32的进液端相连。
第一换热器2由第一换热器的能量输入盘管33、第十一阀门21、第一换热器的能量输出盘管25、回液泵24、第十阀门20和第五阀门15依次串联组成的回路，回路中充满热交换介质，在回液泵24和第五阀门15之间并联相互串接在一起的冷库的换热盘管10和第九阀门19，冷库的换热盘管10的进液端与回液泵24的出液端相连，冷库的换热盘管10的出液端通过第九阀门19和第六阀门16与第二换热器3能量输出盘管34的进液端相连，第五阀门15和第十阀门20之间的管道与第九阀门19和第六阀门16之间的管道用四通管接头相互连接在一起，第一换热器的能量输入盘管33与低位能侧换热盘管32相耦合。
第二换热器3是由高位能侧换热盘管26、出液泵23、第八阀门18、第二换热器的能量输出盘管34和第四阀门14依次串联组成的回路，回路中充满热交换介质，上述的高位能侧换热盘管26与能量提升装置1的第二热泵29的第二冷凝器117相耦合；第一换热器2的能量输入盘管33的进液端与出液泵23和第八阀门18的连接点之间并联第七阀门17；第二换热器的能量输出盘管34出液端与第一换热器2的能量输出盘管25的进液端之间并联第十二阀门22；高位能侧换热盘管26进液端与第一换热器2的能量输入盘管33的出液端之间并联第三阀门13。
参照图3。能量提升装置1由第一级热泵28和第二级热泵29串联组成，第一级热泵28由第一蒸发器116、第十三阀门136、第一压缩机121、第一冷凝器124、第一膨胀阀123和第十四阀门134依次串联组成的回路；第二级热泵29由第二蒸发器125、第十五阀门132、第二压缩机112、热水器的加热管113、第二冷凝器117、第二膨胀阀114和第十六阀门135依次串联组成的回路；第一蒸发器116的输出端与第十五阀门132和第二压缩机112的连接点之间并联第一阀门131；第一蒸发器116的输入端与第十六阀门135和第二膨胀阀114的连接点之间并联第二阀门133；第一蒸发器116与第一换热器的能量输出盘管25相耦合，第二冷凝器117与第二换热器3的高位能侧换热盘管26相耦合。
能量提升装置1的工作过程如下：
冬天，当所利用的能源高于5℃时，开启第一阀门131、第二阀门133，关闭第十五阀门132、第十四阀门134、第十六阀门135和第十三阀门136(如图4所示)。这时能量提升装置1的第一蒸发器116、第一阀门131、第二压缩机112、热水器加热管113、第二冷凝器117、第二膨胀阀114和第二阀门133组成一个回路，第一蒸发器116内的工质吸收流过第一换热器的能量输出盘管25的低位能量蒸发成气体，气体通过第一阀门131进入第二压缩机112压缩升温，并通过热水器的加热管113加热生活热水，供人们洗漱。再通过第二冷凝器117释放热量给与冷凝器117相耦合的第二换热器3的高位能侧换热盘管26，换热器3的能量输出盘管34与散热器4的能量输入盘管相耦合，最终将热能输送给用户达到采暖目的，冷凝后的液态工质通过第二膨胀阀114减压，经过第二阀门133再次进入第一蒸发器116内吸热......如此反复循环。
当所利用的能源低于5℃时，该第一热泵28不能正常工作，也就是说，其提升的热量不足以进行采暖时，第一热泵28和第二热泵29共同工作，关闭第一阀门131、第二阀门133，开启第十五阀门132、第十四阀门134、第十六阀门135和第十三阀门136(如图1和图3所示)。同时启动第一和第二压缩机121和112，此时有两个回路同时工作，即当低于5℃的液体流过第一换热器的能量输出盘管25时，第一蒸发器116内的工质吸收第一换热器的能量输出盘管25的低品位能量蒸发成气体，气体被第一压缩机121压缩升温(15℃左右)进入第一冷凝器124，第一冷凝器124与第二蒸发器125相耦合，工质在第一冷凝器124中冷凝释放热量给的第二蒸发器125中的工质，工质吸收热量蒸发成气体，经过第二压缩机112压缩升温后进入热水器的加热管113加热生活热水，供人们洗漱，再进入第二冷凝器117中冷凝(50℃左右)释放热量，将其热量释放给与第二冷凝器117相耦合的高位能侧换热盘管26的工质，再通过换热器3的能量输出盘管34输送给用户进行采暖。第一冷凝器124中的工质在冷凝器124中释放热量后经第一膨胀阀123减压后进入第一蒸发器116吸热蒸发，第二冷凝器117中的工质在第二冷凝器117中释放热量后经第二膨胀阀114减压后进入第二蒸发器125吸热蒸发，如此反复循环。
当夏天需要制冷时，第二换热器的输出盘管34与第一换热器的能量输出盘管25相连，同时与第二冷凝器117相耦合的高位能侧换热盘管26与第一热交换器2的能量输入盘管33相连，经过一级或二级热泵的工作，将降温后的冷能传送给第一换热器的能量输出盘管25，再通过第二换热器3的能量输出盘管34传送给用户达到制冷的目的。
由运行过程可以看出，能量提升装置1是一种适应外界气温变化而改变运行工况的一种热泵。它可以根据需要提供不同温度的采暖热源温度，机动、灵活、适用范围广。它的两个回路的压缩机可选择相同压缩机，也可选择不同压缩机，根据不同需要选择最佳配置。
江河湖海低品位能量提取系统的工作原理如下：
(一)能量采集装置5的工作过程：
启动真空泵8，此时虹吸管35中的空气不断地被排出，逆止阀9处于关闭状态，水不断地流入虹吸管35中，当水到达逆止阀9时，逆止阀9打开，水通过逆止阀9流入集热井6中，直至水位与江河湖海的水位相同时虹吸停止。在水通过逆止阀9时真空泵8关闭。
启动潜水泵11，井中之水被抽取送入能量采集装置5的能量输入盘管32，水在能量输入盘管32释放热量后，通过与虹吸管5同心的排水管30流入江河湖海中，当潜水泵11从集热井6抽取水时，江河湖海中的水源源不断地补充到集热井6中，集热井6中的水总是新水，而释放完热量的水被排出。
当需要检修集热井6时，打开放气阀7，虹吸现象被破坏，启动潜水泵11只需把井内的水抽干即可。
(二)本发明能量提取系统在冬季供暖时的工作过程：
图1为本发明江河湖海低品位能量提取系统在冬季供热状态下的示意图，如图所示，在该状态下，阀门15、21、18、14和19是打开的，阀门20、22、13、16和17是关闭的。
启动回液泵24，回液泵24把第一换热器2的能量输出盘管25内降温后的热交换介质送入冷库的换热盘管10，然后热交换介质通过第九阀门19和第五阀门15流入第一换热器10的能量输入盘管33中吸收与其相耦合的低位能侧换热盘管32释放出的热量，如此反复，第一换热器2的能量输出盘管25得到的热量通过能量提升装置1把低品位热能升至第二冷凝器117中的高品位热能，第二冷凝器117与第二换热器3的高位能侧换热盘管26相耦合，出液泵23把从高位能侧换热盘管26得到热量的防冻液通过阀门18送入第二换热器3的能量输出盘管34释放热量，如反复循环，不断地把热量输送给第二换热器3的能量输出盘管34。循环泵27把从第二换热器3能量输出盘管34得到热量的水送入散热器4，释放热量从而保证散热器4正常工作，达到供暖的目的。与此同时，冷库的的换热盘管10得到足够的冷供冷库使用。
(三)本发明能量提取系统在夏季制冷时的工作过程：
图2为江河湖海低品位能量提取系统在夏季供冷状态下的示意图；如图所示，在该状态下，阀门22、13、17、19和16处于“打开”状态，而阀门21、14、15、18、20处于“关闭”状态。
第一换热器2的能量输入盘管33中的热交换介质在出液泵23的作用下，经过第三阀门13进入第二换热器3的高位能侧换热盘管26释放冷后，升温后的热交换介质经过出液泵23、第七阀门17回到第一换热器2的能量输入盘管33中，启动能量提升装置1，在能量提升装置1的作用下，能量提升装置1的第一蒸发器116蒸发吸热，第一蒸发器116与第一换热器2的能量输出盘管25耦合，第一蒸发器116把冷量传送给第一换热器2的能量输出盘管25，回液泵24把第一换热器2的能量输出盘管25中的降温后的防冻液送入冷库的换热盘管10，通过阀门19和16进入第二换热器3的能量输出盘管34释放冷量，而散热器4的能量输入盘管从第二换热器3的能量输出盘管34中不断地得到冷量，通过循环泵27输送给用户制冷，升温后的防冻液从第二换热器3的能量输出盘管34出来后，经过阀门22进入第一换热器2的能量输出盘管25，如此反复循环，从而达到供冷的目的。

Claims (6)

1.一种江河湖海低品位能量提取系统，包括：依次串接在一起的能量采集装置(5)、能量提升装置(1)和散热器(4)，所述能量采集装置(5)包括：置于集热井(6)中的集热器(31)、低位能侧换热盘管(32)和潜水泵(11)组成的回路，其特征在于：所述集热器(31)包括虹吸管(35)、排水管(30)和真空系统，上述虹吸管(35)的一端置于江河湖海附近的集热井(6)中，另一端置于江河湖海中，真空系统与虹吸管(35)相连，上述排放管(30)的一端与低位能侧换热盘管(32)的出液端相连，排放管(30)的另一端置于江河湖海之上或之中，潜水泵(11)置于集热井(6)中，并且其一端与低位能侧换热盘管(32)的进液端相连。
2.如权利要求1所述的江河湖海低品位能量提取系统，其特征在于：所述虹吸管(35)由两根竖管和一根横管组成，其中一根竖管置于集热井(6)内，该竖管内设有一个逆止阀(9)，另一根竖管置于江河湖海中，所述真空系统与上述的横管相连，该真空系统包括：真空泵(8)、单向阀(12)和放气阀(7)，放气阀(7)通过管道与虹吸管(35)相连，虹吸管(35)与放气阀(7)之间的管道与单向阀(12)和真空泵(8)相连。
3.如权利要求1至2所述的江河湖海低品位能量提取系统，其特征在于：所述虹吸管(35)套装在排放管(30)内。
4.如权利要求3所述的江河湖海低品位能量提取系统，其特征在于：在所述能量采集装置(5)与能量提升装置(1)之间设有第一换热器(2)，第一换热器(2)由第一换热器的能量输入盘管(33)、第十一阀门(21)、第一换热器的能量输出盘管(25)、回液泵(24)和第五阀门(15)依次串联组成的回路，第一换热器的能量输入盘管(33)与低位能侧换热盘管(32)相耦合；在所述散热器(4)与能量提升装置(1)之间设有第二换热器(3)，第二换热器(3)是由高位能侧换热盘管(26)、出液泵(23)、第八阀门(18)、第二换热器的能量输出盘管(34)和第四阀门(14)依次串联组成的回路，所述能量输出盘管(34)与散热器(4)的能量输入盘管相耦合；所述第一换热器的能量输入盘管(33)的进液端与出液泵(23)和第八阀门(18)的连接点之间并联第七阀门(17)；所述第二换热器的能量输出盘管(34)的出液端与第一换热器的能量输出盘管(25)的进液端之间并联第十二阀门(22)；所述高位能侧换热盘管(26)的进液端与第一换热器的能量输入盘管(33)的出液端之间并联第三阀门(13)；所述能量提升装置(1)由第一级热泵(28)和第二级热泵(29)串联组成，第一级热泵(28)是由第一蒸发器(116)、第十三阀门(136)、第一压缩机(121)、第一冷凝器(124)、第一膨胀阀(123)和第十四阀门(134)依次串联组成的回路；第二级热泵(29)是由第二蒸发器(125)、第十五阀门(132)、第二压缩机(112)、第二冷凝器(117)、第二膨胀阀(114)和第十六阀门(135)依次串联组成的回路；第一蒸发器(116)的输出端与第十五阀门(132)和第二压缩机(112)的连接点之间并联第一阀门(131)；第一蒸发器(116)的输入端与第十六阀门(135)和第二膨胀阀(114)的连接点之间并联第二阀门(133)；所述第一蒸发器(116)与第一换热器的能量输出盘管(25)相耦合，所述第二冷凝器(117)与所述高位能侧换热盘管(26)相耦合。
5.如权利要求4所述的江河湖海低品位能量提取系统，其特征在于：所述第二压缩机(112)与所述第二冷凝器(117)之间串联热水器的加热管(113)。
6.如权利要求5所述的江河湖海低品位能量提取系统，其特征在于：在所述回液泵(24)和第五阀门(15)之间并联相互串接在一起的冷库的换热盘管(10)和第九阀门(19)，冷库的换热盘管(10)的进液端与回液泵(24)的出液端相连，冷库的换热盘管(10)的出液端通过第九阀门(19)和第六阀门(16)与第二换热器(3)能量输出盘管(34)的进液端相连，冷库的换热盘管(10)的进液端和第九阀门(19)的出液端之间并联第十阀门(20)，第五阀门(15)和第十阀门(20)之间的管道与第九阀门(19)和第六阀门(16)之间的管道用四通管接头相互连接在一起。
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