CN201819480U - 高效节能热泵装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效节能热泵装置，包括太阳能吸收式热泵单元、中间工作介质循环装置和压缩式热泵单元，盘管加热器的进出口之间连接有低品位热能加热装置，所述发生器的蒸汽出口通过管道依次串接有冷凝器、第一节流部件、第一单向阀，蒸发器的出口与吸收器的制冷剂进口相连，太阳能驱动太阳能吸收式热泵单元制取较低温度中间工作介质或较高温度中间工作介质，中间工作介质先经第一热质交换设备承担用户所需要部分全部冷能/热能，再进入压缩式热泵单元的中间换热器换热，通过热泵机组单元再次回收利用中间工作介质所含有的冷能/热能。该高效节能热泵装置运行稳定可靠、能源利用效率、节能效果好，应用前景广阔。

Description

高效节能热泵装置

技术领域

本实用新型涉及热泵技术领域，尤其涉及吸收式热泵和压缩式热泵。

背景技术

太阳能驱动吸收式热泵以太阳能为驱动力，以溴化锂水溶液或氨水溶液为吸收剂，以水、氨为制冷剂，节能环保，是代替电驱动的压缩式热泵的较好制冷方式之一。然而，太阳能驱动吸收式热泵存在发生温度要求较高、需要辅助加热、机组效率低、日照强度变化呈现间歇工作等缺点，限制其推广应用。

电能驱动压缩式热泵具有满足用户冷热需求、连续稳定运行等优点，然而电能驱动的压缩式热泵消耗的是高品位的电能，不具有节能减排优势。此外，电能驱动的压缩式热泵的大量使用也容易引起冬夏季“电力峰谷”问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种低耗电量的高效节能热泵装置。 

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种高效节能热泵装置，包括用于与室内进行热交换的热质交换设备，还包括太阳能吸收式热泵单元、中间工作介质循环装置和压缩式热泵单元；太阳能吸收式热泵单元包括发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，所述发生器具有溶液进口、溶液出口和蒸汽出口，发生器内设有用于对其中的工质溶液加热的盘管加热器，盘管加热器的进出口之间连接有低品位热能加热装置，所述吸收器具有制冷剂进口、吸收器溶液进口、和吸收器溶液出口，所述冷凝器和吸收器内均设有用于对其内的流体降温的冷却装置，所述蒸发器具有进口、出口及其内设的串接于所述中间工作介质循环装置上的换热盘管，所述发生器的蒸汽出口通过管道依次串接有冷凝器、第一节流部件、第一单向阀，发生器的溶液出口通过管道接入溶液热交换器的高温侧通道，溶液热交换器的高温侧通道出口的下游管路被分为两路，一路通过经第一控制阀与吸收器的溶液进口相连，另一路经第二控制阀与所述第一单向阀的正向出口汇合再与蒸发器进口相连，蒸发器5）的出口与吸收器的制冷剂进口相连，吸收器的吸收器溶液出口通过管道依次串接溶液泵、溶液热交换器的低温侧通道后接入发生器的溶液进口；所述的热质交换设备为连接中间工作介质循环装置的第一热质交换设备和连接压缩式热泵单元的第二热质交换设备；所述中间工作介质循环装置和压缩式热泵单元之间设有介于两者间的中间换热器，所述中间换热器中包含可相互进行热交换的接入中间工作介质循环装置的中间工作介质通道和接入压缩式热泵单元的制冷工质通道；所述中间工作介质循环装置包括通过管道沿流体的流动正向依次串接的循环泵、设于所述蒸发器内的换热盘管、设于所述第一热质交换设备中的中间工作介质通道、中间换热器的中间工作介质通道；所述压缩式热泵单元包括压缩机、四通换向阀、室外换热器、中间换热器的制冷工质通道、第二热质交换设备的制冷工质通道，所述压缩机排气口与四通换向阀入口相连，四通换向阀共三个出口，分别与压缩机吸气口、第二热质交换设备的制冷工质通道的一个端口、室外换热器的一个端口相连，室外换热器的另一个端口通过管道与中间换热器的制冷工质通道、第二节流部件、第二热质交换设备的制冷工质通道另一个端口依次连接。

所述冷凝器和吸收器中冷却装置为所述冷凝器和吸收器内分别设置的由冷却塔或河水、地下水提供冷量的冷却盘管。

所述的低品位热能加热装置是从盘管加热器的出口端向进口端通过管道依次串接的加热循环泵、太阳能集热器、辅助加热器。

所述太阳能吸收式热泵单元所采用工质溶液为溴化锂水溶液或者氨水溶液，所述中间工作介质循环装置所采用中间工作介质为水、盐水溶液或乙二醇溶液,所述压缩式热泵单元制冷工质为HFC类或HC类制冷剂。

所述第一热质交换设备为辐射板、风冷翅片管式换热器或喷淋室，所述第二热质交换设备为水冷式换热器或风冷式换热器。

所述冷凝器与第一节流部件之间串接有制冷剂液体储罐，所述溶液热交换器的高温侧通道出口的下游管路上串接有溶液储罐，所述的被分成两路的管路是从所述溶液储罐的出口处被分开。

本实用新型效果和益处是利用太阳能驱动吸收式热泵单元所制取较低温度中间工作介质或较高温度中间工作介质承担用户所需要部分冷能/热能，并通过热泵机组单元再次回收利用中间工作介质所含有的冷能/热能供给用户，从而实现冷能/热能分级利用。

进一步的，通过设置制冷剂液体储罐和溶液储罐将太阳能转化为潜热或显热储存起来，以保证热泵装置在夜间或阴天连续工作。

本实用新型的太阳能驱动吸收式热泵和电能驱动压缩式热泵可独立工作也可联合工作，当太阳能充足时，太阳能驱动吸收式热泵独立工作提供冷能/热能可满足用户冷热需求，节能效果最好；当太阳能不太充足时，太阳能驱动吸收式热泵和电能驱动压缩式热泵共同提供用户所需的冷能/热能，节能效果较好；当吸收式热泵无法工作时，电能驱动压缩式热泵可独立承担用户所需的冷能/热能。该热泵装置实现低品位可再生能源如太阳能的高效利用，具有运行稳定可靠、能源利用效率、节能效果好，应用前景广阔。

附图说明

图1是本实用新型的热泵装置的实施例的结构原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的高效节能热泵装置的一种实施例，包括太阳能吸收式热泵单元、中间工作介质循环装置和压缩式热泵单元三部分。图中箭头显示方向为流体流动的正向。在该实施例中，所述太阳能吸收式热泵单元所采用工质溶液为溴化锂水溶液，所述中间工作介质循环装置所采用中间工作介质为水，所述压缩式热泵单元制冷工质为HFC类制冷剂。当然在本实用新型的其他实施方式中，所述太阳能吸收式热泵单元或者采用氨水溶液为工质溶液，所述中间工作介质循环装置或者采用盐水溶液或乙二醇溶液为中间工作介质，所述压缩式热泵单元或者采用HC类制冷剂为制冷工质。

所述太阳能吸收式热泵单元包括发生器1、冷凝器2、制冷剂液体储罐3、第一节流部件4、第一单向阀8b、蒸发器5、吸收器6、溶液泵7、溶液热交换器9、溶液储罐3a、第一控制阀8、第二控制阀8a。太阳能吸收式热泵单元中的吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器、节流部件的结构与现有的吸收式热泵的结构类似。所述发生器1设有溶液进口、溶液出口和蒸汽出口，发生器1内设有用于加热流入发生器1内的工质溶液的盘管加热器22，盘管加热器22的进出口之间连接有低品位热能加热装置，本实用新型的该实施例中的低品位热能加热装置是从盘管加热器22的出口端向进口端通过管道依次串接的加热循环泵20、太阳能集热器19、辅助加热器21，太阳能集热器19可对盘管加热器22中提供加热用的热水，燃气或燃油的辅助加热器21可在太阳照射不足时提供辅助加热。在本实用新型的其他实施方式中，低品位热能加热装置可仅设置太阳能集热器而不设置辅助加热器。所述吸收器6具有制冷剂进口、吸收器溶液进口和吸收器溶液出口，其中吸收器溶液进口与吸收器6内设的喷淋器连通。所述蒸发器5内设有串接于所述中间工作介质循环装置中的换热盘管5a，蒸发器5具有进口和出口，蒸发器进口与蒸发器5中的喷淋器连通。所述冷凝器2和吸收器6内分别设有第一冷却盘管17和第二冷却盘管18，两冷却盘管所需的冷却水由冷却塔提供，也可以由河水或地下水等较低温度的水源提供。所述第一节流部件4可选择U形节流阀、手动节流阀、热力膨胀阀或电子膨胀阀。所述溶液热交换器9具有可相互进行热交换的低温侧通道和高温侧通道。

发生器1的蒸汽出口与冷凝器2、制冷剂液体储罐3、第一节流部件4、第一单向阀8b正向进口依次连接，发生器1的溶液出口与溶液热交换器9高温侧通道的溶液进口相连，溶液热交换器9的高温侧通道的溶液出口与溶液储罐3a相连，溶液储罐3a的出口分为两路，一路经第一控制阀8与吸收器6的溶液进口相连，另一路经第二控制阀8a与第一单向阀8b正向出口汇合再与蒸发器5进口相连，蒸发器5的出口与吸收器6的制冷剂进口相连，吸收器6的吸收器溶液出口通过管道、溶液泵7接入溶液热交换器9的低温侧通道的溶液进口，溶液热交换器9的低温侧通道的溶液出口与发生器1的溶液进口相连。 

所述中间工作介质循环装置包括通过管道沿流体的流动正向依次串接的循环泵7a、设于所述蒸发器5内的换热盘管5a、第一热质交换设备10的中间工作介质通道、中间换热器11的中间工作介质通道。所述中间换热器11是介于中间工作介质循环装置与压缩式热泵单元两者之间的换热装置，其中既包含接入中间工作介质循环装置的中间工作介质通道，又包含接入压缩式热泵单元的制冷工质通道，本实用新型的实施例中的中间换热器11可选择板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器。第一热质交换设备10负责向房间供冷或供热，本实用新型的实施例中的第一热质交换设备10为辐射板、风冷翅片管式换热器或喷淋室。 

所述压缩式热泵单元与现有技术中的以电能驱动的压缩机式冷暖空调结构大致相同，包括压缩机15、四通换向阀14、室外换热器16、中间换热器11的制冷工质通道、第二热质交换设备13的制冷工质通道，压缩机15排气口与四通换向阀14入口相连，四通换向阀14共三个出口，分别与压缩机15吸气口、第二热质交换设备13的制冷工质通道的一个端口、室外换热器16的一个端口相连，室外换热器16的另一个端口通过管道与中间换热器11的制冷工质通道、第二节流部件12、第二热质交换设备13的制冷工质通道另一个端口依次连接。

第二热质交换设备13负责向房间供冷或供热，本实用新型的实施例中的第一热质交换设备13为水冷式换热器或风冷式换热器。所述第二节流部件12可选择现有技术中常用的毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀。室外换热器16负责和外界环境换热，本实用新型的实施例中的室外换热器16可选择现有技术中常用的风冷式热换热或水冷式换热器。

本实用新型的上述实施例中的太阳能吸收式热泵单元和压缩式热泵单元既可联合工作，也可独立工作；当太阳能吸收式热泵单元和压缩式热泵单元联合工作时，利用太阳能驱动吸收式热泵单元制取较低温度中间工作介质或较高温度中间工作介质，中间工作介质先经第一热质交换设备承担用户所需要的部分冷能/热能，再进入中间换热器与压缩式热泵单元中的制冷工质换热，通过热泵机组单元再次回收利用中间工作介质所含有的冷能/热能供给用户；当太阳能吸收式热泵单元独立工作时，利用太阳能驱动吸收式热泵单元制取较低温度中间工作介质或较高温度中间工作介质，经第一热质交换设备承担用户所需要全部冷能/热能；当压缩式热泵单元独立工作时，压缩式热泵单元通过第二热质交换设备提供用户所需要全部冷能/热能。

本实用新型中的上述实施例中的制冷剂液体储罐和溶液储罐是为了储存冷/热量以供无太阳光情况使用，当然在本实用新型的其他实施例中也可以不设置制冷剂液体储罐和溶液储罐，而将这样的实施例设定为仅在有阳光情况下使用吸收式热泵辅助工作，也能在一定程度上实现节能降耗目的。

采用上述的高效节能热泵装置的实施例在制冷模式或制热模式下的工作过程为：

当太阳能驱动吸收式热泵单元以制冷模式工作时，第一控制阀8开启，第二控制阀8a关闭，制冷模式工作时，利用太阳能间接加热发生器1所产生的高温溶液进入溶液热交换器9与其中的低温侧通道中的溶液换热后进入溶液储罐3a，一部分溶液在溶液储罐3a内被储存起来，另一部分溶液经控制阀8、吸收器6的吸收器溶液进口进入吸收器6，吸收来自蒸发器5的制冷剂蒸汽并被冷却成温度较低的溶液，再由吸收器溶液出口经溶液泵7送入溶液热交换器9低温侧进口后重新流入发生器1；发生器1内工质溶液被加热所产生制冷剂蒸汽经冷凝器2冷凝成液体再进入制冷剂液体储罐3，一部分液体制冷剂在制冷剂液体储罐3内被储存起来，另一部分经第一节流部件4被节流降压后变成低温液体制冷剂进入蒸发器5与换热盘管5a内中间工作介质换热汽化成制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽经蒸发器5出口、吸收器6的制冷剂进口而进入吸收器6内。所述换热盘管5a内中间工作介质温度降至20℃以下，当第一热质交换设备10全部承担用户侧所需要冷量时，压缩式热泵单元停止工作，仅太阳能驱动吸收式热泵和中间工作介质循环装置工作，太阳能驱动吸收式热泵提供制冷量满足用户所需冷量要求，当第一热质交换设备10和第二热质交换设备13共同承担用户侧所需要冷量时，太阳能驱动吸收式热泵、中间工作介质循环装置和压缩式热泵单元均工作，太阳能驱动吸收式热泵驱动吸收式热泵单元制取较低温度中间工作介质，中间工作介质先经第一热质交换设备10直接承担用户所需要部分冷能，再进入压缩式热泵单元的中间换热器11换热，通过热泵机组单元再次回收利用中间工作介质所含有的冷能, 当第二热质交换设备13独立承担用户侧所需要冷量时，太阳能驱动吸收式热泵和中间工作介质循环装置均停止工作，压缩式热泵单元制取用户所需要冷量。

当太阳能驱动吸收式热泵单元以制热模式工作时，第二控制阀8a开启，第一控制阀8关闭；利用太阳能间接加热发生器1所产生的高温溶液进入溶液热交换器9与低温侧溶液换热后进入溶液储罐3a，一部分溶液在溶液储罐3a内被储存起来，另一部分溶液经管道及控制阀8a进入蒸发器5吸收来自发生器1的制冷剂蒸汽并被换热盘管5a内中间工作介质冷却成较低温度溶液，较低温度溶液流入吸收器6由溶液泵7送入溶液热交换器9后重新流入发生器1；发生器1内工质溶液被加热所产生制冷剂蒸汽依次流过冷凝器（无冷凝过程）、制冷剂液体储罐3后进入蒸发器5被来自溶液储罐3a的溶液所吸收，吸收过程所释放吸收热被用于加热换热盘管5a内中间工作介质，换热盘管5a内中间工作介质温度升至30℃以上，当第一热质交换设备10全部承担用户侧所需要热负荷时，压缩式热泵单元停止工作，仅太阳能驱动吸收式热泵和中间工作介质循环装置工作，太阳能驱动吸收式热泵提供制热量满足用户所需热负荷要求，当第一热质交换设备10和第二热质交换设备13共同承担用户侧所需要热负荷时，太阳能驱动吸收式热泵、中间工作介质循环装置和压缩式热泵单元均工作，太阳能驱动吸收式热泵驱动吸收式热泵单元制取较高温度中间工作介质，中间工作介质先经第一热质交换设备10直接承担用户所需要部分热负荷，再进入压缩式热泵单元的中间换热器11换热，通过热泵机组单元再次回收利用中间工作介质所含有的热能，当第二热质交换设备独立承担用户侧所需要热负荷时，太阳能驱动吸收式热泵和中间工作介质循环装置均停止工作，压缩式热泵单元制取用户所需要热能。

所述制冷剂液体储罐3设置在冷凝器2与第一节流部件4之间用以储存液体制冷剂，所述溶液储罐3a设置在溶液热交换器9的高温侧溶液出口、第一控制阀8与第二控制阀8a之间用于储存溶液，制冷剂液体储罐和溶液储罐在有阳光的白天将太阳能转化为潜热或显热储存起来，以保证夜间或阴天连续工作。当夜间或阴天无日光照射且吸收式热泵以制冷模式工作时，制冷剂液体储罐3内制冷剂经第一节流部件4节流后进入蒸发器5中与换热盘管5a内中间工作介质换热而汽化为制冷剂蒸汽，再进入吸收器6被来自溶液储罐3a内的溶液所吸收，吸收器6内被冷却后的溶液经溶液泵7重新送回溶液储罐3a；当夜间或阴天无日光照射且吸收式热泵以供热模式工作时，溶液储罐3a内的温度较高溶液被溶液泵7送入蒸发器5与换热盘管5a内中间工作介质换热，溶液温度下降，中间工作介质温度升高。

Claims (6)

1.一种高效节能热泵装置，包括用于与室内进行热交换的热质交换设备，其特征在于：还包括太阳能吸收式热泵单元、中间工作介质循环装置和压缩式热泵单元；太阳能吸收式热泵单元包括发生器（1）、冷凝器（2）、蒸发器（5）和吸收器（6），所述发生器（1）具有溶液进口、溶液出口和蒸汽出口，发生器（1）内设有用于对其中的工质溶液加热的盘管加热器（22），盘管加热器（22）的进出口之间连接有低品位热能加热装置，所述吸收器（6）具有制冷剂进口、吸收器溶液进口、和吸收器溶液出口，所述冷凝器和吸收器内均设有用于对其内的流体降温的冷却装置，所述蒸发器（5）具有进口、出口及其内设的串接于所述中间工作介质循环装置上的换热盘管（5a），所述发生器（1）的蒸汽出口通过管道依次串接有冷凝器（2）、第一节流部件（4）、第一单向阀（8b），发生器（1）的溶液出口通过管道接入溶液热交换器（9）的高温侧通道，溶液热交换器（9）的高温侧通道出口的下游管路被分为两路，一路通过经第一控制阀（8）与吸收器（6）的溶液进口相连，另一路经第二控制阀（8a）与所述第一单向阀（8b）的正向出口汇合再与蒸发器（5）进口相连，蒸发器（5）的出口与吸收器（6）的制冷剂进口相连，吸收器（6）的吸收器溶液出口通过管道依次串接溶液泵（7）、溶液热交换器（9）的低温侧通道后接入发生器（1）的溶液进口；所述的热质交换设备为连接中间工作介质循环装置的第一热质交换设备（10）和连接压缩式热泵单元的第二热质交换设备（13）；所述中间工作介质循环装置和压缩式热泵单元之间设有介于两者间的中间换热器（11），所述中间换热器（11）中包含可相互进行热交换的接入中间工作介质循环装置的中间工作介质通道和接入压缩式热泵单元的制冷工质通道；所述中间工作介质循环装置包括通过管道沿流体的流动正向依次串接的循环泵（7a）、设于所述蒸发器（5）内的换热盘管（5a）、设于所述第一热质交换设备（10）中的中间工作介质通道、中间换热器（11）的中间工作介质通道；所述压缩式热泵单元包括压缩机（15）、四通换向阀（14）、室外换热器（16）、中间换热器（11）的制冷工质通道、第二热质交换设备（13）的制冷工质通道，所述压缩机（15）排气口与四通换向阀（14）入口相连，四通换向阀（14）共三个出口，分别与压缩机（15）吸气口、第二热质交换设备（13）的制冷工质通道的一个端口、室外换热器（16）的一个端口相连，室外换热器（16）的另一个端口通过管道与中间换热器（11）的制冷工质通道、第二节流部件（12）、第二热质交换设备（13）的制冷工质通道另一个端口依次连接。

2.根据权利要求1所述的高效节能热泵装置，其特征在于：所述冷凝器和吸收器中冷却装置为所述冷凝器（2）和吸收器（6）内分别设置的由冷却塔或河水、地下水提供冷量的冷却盘管。

3.根据权利要求1所述的高效节能热泵装置，其特征在于：所述的低品位热能加热装置是从盘管加热器（22）的出口端向进口端通过管道依次串接的加热循环泵（20）、太阳能集热器（19）、辅助加热器（21）。

4.根据权利要求1所述的高效节能热泵装置，其特征在于：所述太阳能吸收式热泵单元所采用工质溶液为溴化锂水溶液或者氨水溶液，所述中间工作介质循环装置所采用中间工作介质为水、盐水溶液或乙二醇溶液,所述压缩式热泵单元制冷工质为HFC类或HC类制冷剂。

5.根据权利要求1所述的高效节能热泵装置，其特征在于：所述第一热质交换设备（10）为辐射板、风冷翅片管式换热器或喷淋室，所述第二热质交换设备（13）为水冷式换热器或风冷式换热器。

6.据权利要求1～5中任意一项所述的高效节能热泵装置，其特征在于：所述冷凝器（2）与第一节流部件（4）之间串接有制冷剂液体储罐（3），所述溶液热交换器（9）的高温侧通道出口的下游管路上串接有溶液储罐（3a），所述的被分成两路的管路是从所述溶液储罐（3a）的出口处被分开。

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