CN208567199U - 一种地热能空气源吸收式热泵装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地热能空气源吸收式热泵装置，包括氨水吸收式热泵和用于向所述氨水吸收式热泵提供热能的地热能部件和空气源部件；所述地热能部件包括热水供应管道和温水回灌管道；所述热水供应管道与所述氨水吸收式热泵的热水入口连通；所述温水回灌管道与所述氨水吸收式热泵的温水出口连通。本实用新型提供的地热能空气源吸收式热泵装置采用地热能和空气能提供热源，地热能不需要考虑日照时间问题，节省了大量的投资成本，同时大大提高了地热能转换热能的效率；且以氨水作为工质，可以在很低的温度下运行。另外，该地热能空气源吸收式热泵装置还提高了机组能源的利用率，进而提高制热能效比COP，使其COP高达1.9~2.5。

Description

一种地热能空气源吸收式热泵装置

技术领域

本实用新型涉及热泵技术领域，更具体地，涉及一种地热能空气源吸收式热泵装置。

背景技术

目前在一般民用建筑物，空调的能耗占了58％以上，给电力供应带来很大的压力。传统的空气源热泵装置，采用压缩机作为机组的驱动部件，磨损程度大，噪音大，使用寿命短。例如：中国专利:CN 102012129A中的一种节能型太阳能空气源热泵多功能机，使用压缩机作为驱动部件。

传统的吸收式热泵装置大多数采用天然气、工业余热作为机组的驱动力，需要驱动能源购买成本，增加运行费用。例如：中国专利CN 201561564U所公开的技术内容中，就是以燃气作为机组运行动力的。传统的吸收式热泵采用天然气作为驱动力，产生的烟气中带走了大量的热量，能源的利用率低，并且传统热泵机组所用的制冷剂工质的性质决定了其不能在低温下稳定运行。

还有的吸收式热泵装置采用太阳能，例如：中国专利CN 102840719 A所公开的技术内容中，就是利用太阳能热驱动热泵机组的；传统的太阳能吸收式热泵虽然利用率高，但是受季节和天气的影响较大，系统无法长期运转，且太阳能利用装置投资较大。

因此，需要开发出不受季节和天气影响、投资成本低且能在低温下稳定运行的吸收式热泵。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的太阳能容易受季节和天气影响、投资成本高且传统工质不能在低温下运行的缺陷，提供一种地热能空气源吸收式热泵装置，该地热能空气源吸收式热泵装置不受季节和天气影响、投资成本低且能够在低温下运行。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种地热能空气源吸收式热泵装置，包括氨水吸收式热泵和用于向所述氨水吸收式热泵提供热能的地热能部件和空气源部件；

所述地热能部件包括热水供应管道和温水回灌管道；所述热水供应管道与所述氨水吸收式热泵的热水入口连通；所述温水回灌管道与所述氨水吸收式热泵的温水出口连通。

本实用新型提供的地热能空气源吸收式热泵装置采用地热能和空气能提供热源，作为驱动氨水吸收式热泵的驱动能源，地热能不需要考虑日照时间问题，节省了大量的投资成本，同时大大提高了地热能转换热能的效率。

该地热能空气源吸收式热泵装置，不以天然气、太阳能或者工业余热作为驱动能源，采用地热能直驱的方式供热，解决了传统吸收式热泵能源使用率低的问题，使能源的一次利用率提高到88％以上。

以氨水作为工质，可以在很低的温度下运行；氨水工质产生的制冷剂NH₃的凝固点为-77.7℃，在我国北方的冬天都能够正常使用。

优选地，所述热水供应管道设有热水泵。

优选地，所述温水回灌管道与末端热用户连通。

优选地，所述氨水吸收式热泵包括依次连通的蒸发器、发生器、冷凝器、冷却器、空气侧换热器、吸收器、换热器和用于使工质流动的工质泵；

所述蒸发器设有热水加热装置，所述热水加热装置的热水入口与热水供应管道连通，所述热水加热装置的温水出口与温水回灌管道连通。

经蒸发器、发生器产生的制冷剂蒸汽浓度为99.0％~99.7％，蒸发器内蒸发后剩余的制冷剂浓度为4％~7％。制冷剂为氨水。

优选地，所述蒸发器的氨气出口与发生器的氨气入口连通；

所述发生器的氨气出口与冷凝器的管程入口连通；

所述冷凝器的管程出口与冷却器的管程入口连通；

所述冷却器的管程出口与空气侧换热器的氨气入口通过节流阀连通；

所述空气侧换热器的氨气出口与冷却器的壳程入口；

所述冷却器的壳程出口与吸收器的氨气入口连通；

所述蒸发器的稀氨水出口与吸收器的稀氨水入口连通；

所述吸收器的浓氨水出口与换热器的管程入口连通；

所述换热器的管程出口与蒸发器的浓氨水入口连通。

优选地，所述工质泵为隔膜式工质泵。

隔膜式工质泵作为机组的驱动部件，为吸收式制热，没有运动部件的磨损，使用寿命长、噪音小。

优选地，所述蒸发器包括第一工质布膜器、提馏段和液膜蒸发段，浓氨水进入所述蒸发器后依次进入第一工质布膜器、提馏段和液膜蒸发段，液膜蒸发段中为稀氨水。

优选地，所述第一工质布膜器为U形分流管或者圆盘溢流管。

优选地，所述U形分流管为铜管或不锈钢管。

优选地，所述圆盘溢流管上设置有10~20个通孔和10~20个铆钉。

优选地，所述蒸发器的热水加热装置设有螺旋导流管或螺旋折流板。

通过螺旋导流管或螺旋折流板，提高了地热能的热水与蒸发器的换热效率。

优选地，所述氨水吸收式热泵还包括除霜装置，所述除霜装置的氨气入口与发生器的氨气出口连通，所述除霜装置的氨气出口与所述空气侧换热器的氨气入口连通。

空气侧换热器有霜时，会影响空气侧换热器与空气接触，不利于热交换。除霜装置将高温高压的氨气通入空气侧换热器，空气侧换热器被加热，从而除霜。

该装置融霜时，空气侧热交换器出来的氨气在吸收器中与稀溶液溶解放出的溶解热，然后通过换热器对外提供热量，保证了在除霜时仍然能够稳定地提供热量。

优选地，所述发生器包括用于预热浓氨水的第一换热管，所述第一换热管的入口与换热器的管程出口连通，所述换热管的出口与蒸发器的浓氨水入口连通。

从吸收器出来的浓氨水在进入蒸发器之前，先通过发生器换热，使浓氨水得到预热，提高机组的制热能效比COP。

优选地，所述第一换热管内不规则排布有填料环。

优选地，所述吸收器包括第二工质布膜器，所述第二工质布膜器与吸收器的稀氨水入口连通。

优选地，所述第二工质布膜器为环形分流管。

优选地，所述吸收器包括第二换热管，所述第二换热管的入口与第一换热管的出口连通，所述第二换热管的出口与蒸发器的浓氨水入口连通。

预热后的浓氨水经过吸收器进一步预热，吸收器的热量，之后再进入蒸发器，进一步提高机组的制热能效比COP。

优选地，所述第二换热管为等距螺纹管。

优选地，所述等距螺纹管均匀双层紧密排布在吸收器内。

优选地，所述蒸发器的稀氨水出口与吸收器的稀氨水入口之间的管道上设有稀溶液电磁阀；

所述吸收器设有温度传感器和液位传感器；

所述地热能空气源吸收式热泵装置还包括控制模块，所述控制模块与所述稀溶液电磁阀、温度传感器和液位传感器电连接。

控制模块根据接收到的温度信号和液位信号控制稀溶液电磁阀的开度，以控制通过稀溶液电磁阀的工质流量，从而控制整个循环系统的循环。

优选地，所述空气源部件包括风机，所述风机用于向所述空气侧换热器提供空气。

经蒸发器、发生器产生的制冷剂蒸汽浓度能够达到99.7％，蒸发器内蒸发后剩余的制冷剂浓度能够达到为5％。制冷剂为氨水。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的地热能空气源吸收式热泵装置采用地热能和空气能提供热源，作为驱动氨水吸收式热泵的驱动能源，地热能不需要考虑日照时间问题，节省了大量的投资成本，同时大大提高了地热能转换热能的效率；且以氨水作为工质，可以在很低的温度下运行。

另外，隔膜式工质泵作为机组的驱动部件，为吸收式制热，没有运动部件的磨损，使用寿命长、噪音小；该地热能空气源吸收式热泵装置还提高了机组能源的利用率，进而提高制热能效比COP，使其COP高达1.9~2.5；且该装置除霜时仍然能够通过吸收器和换热器稳定地对外提供热量。

附图说明

图1为实施例1的地热能空气源吸收式热泵装置的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

一种地热能空气源吸收式热泵装置，如图1所示，包括氨水吸收式热泵1、地热能部件2和空气源部件3；

地热能部件2包括热水供应管道21和温水回灌管道22，热水供应管道21设有热水泵23，温水回灌管道22与末端热用户24连通；空气源部件3包括风机31；

氨水吸收式热泵1为第一类氨水吸收式热泵，氨水吸收式热泵1包括蒸发器11、发生器12、冷凝器13、冷却器14、空气侧换热器15、吸收器16、换热器17和用于使工质流动的工质泵18；

蒸发器11包括第一工质布膜器113、提馏段112、液膜蒸发段111和热水加热装置114，热水加热装置114为螺旋导流管和螺旋折流板，热水加热装置114的热水入口与热水供应管道21连通，热水加热装置114的温水出口与温水回灌管道22连通；第一工质布膜器113采用U形分流管或者圆盘溢流管，U形分流管为铜管或不锈钢管，圆盘溢流管上设置有10~20个通孔和10~20个铆钉；

地热水通过热水泵23抽入蒸发器11的热水加热装置114放热，蒸发器11吸收地热水的热量，放热后的地热水通过末端热用户24后通过温水回灌管22重新回到下；

发生器12的氨气入口与蒸发器11顶部的氨气出口连通，发生器12的氨气出口接冷凝器13管程；发生器12的管程设有第一换热管121，第一换热管121为换热盘管，管程入口连接有工质泵18，发生器12的管程出口分成两路，一路接蒸发器11的工质布膜器113，另一路接吸收器16管程；工质泵18为隔膜式工质泵；

冷凝器13设置有冷水入口和热水出口，冷凝器13管程设置有换热盘管，冷凝器13管程的出口连接冷却器14管程入口；

冷却器14 内设有换热盘管；

空气侧换热器15配有风机31，空气侧换热器15的入口连接冷却器14管程的出口且之间设置有节流阀141，空气侧换热器15的出口连接冷却器14的壳程入口；发生器12的氨气出口连接空气侧换热器15的氨气入口且之间设置有除霜装置19，除霜装置19为除霜阀；

吸收器16顶部设置有第二工质布膜器161，吸收器16的氨气入口与冷却器14的壳程出口连接，吸收器16的管程设置有第二换热管162，第二换热管162为换热盘管，管程出口连接蒸发器11的提馏装置112，第二工质布膜器161连接蒸发器11的液膜蒸发段111且之间设置有稀溶液电磁阀115；第二工质布膜器161为环形分流管；

换热器17设置有冷水入口和热水出口，其管程入口连接吸收器16的浓氨水出口，换热器17的管程出口连接工质泵18。

高温高压的氨气从发生器12出来后进入冷凝器13，与冷凝器13中的空调回水进行热交换（制取热量），高温高压的氨气冷凝为液氨之后进入冷却器14，与来自空气侧换热器15的氨气进行热量交换成为过冷的氨水溶液，过冷的氨水溶液然后经过节流阀141节流后进入空气侧换热器，吸收空气中的热量（制冷）后进入冷却器14变为过热的氨气，然后进入吸收器16被稀溶液吸收，变为浓溶液，进入下一制冷剂的循环；融霜时，利用进入空气侧换热器15的制冷剂蒸汽除霜后与稀溶液溶解后放出的溶解热，保证了在除霜时仍然能够通过换热器17稳定地提供热量。

吸收器16内布置有第二换热管162，第二换热管162为等距螺纹管，等距螺纹管均匀双层紧密排布在吸收器16内；吸收式热泵中蒸发器11与吸收器16进行内部回热，将吸收过程中放出的吸收热回收，并送至蒸发器11以供发生之用，从而提高机组的热效率，改善循环性能。

稀溶液进入吸收器16后，一方面吸收来自冷却器14的过热氨气并且释放熔解热；一方面混合后与进入的浓溶液进行热量交换，温度不断降低，浓度不断升高，之后进入换热器17，与空调回水进行热交换后进入下一次循环。

从换热器17出来的浓溶液经过工质泵18加压后送入发生器12的换热盘管中与从蒸发器11中出来的高温高压的氨气在发生器12进行热交换，发生器12空腔中充满填料环通过不规则排布及其特殊结构，加强了传热、传质的交换。

发生器12内获得热量的浓溶液分为两部分，一部分直接进入蒸发器1，通过蒸发器11顶部的U型分流管或者圆盘溢流管使浓溶液均匀的分布，并进入提馏装置112，一部分进入吸收器16与从蒸发器11中进入吸收器16的稀溶液与制冷剂蒸汽混合后的溶解热进行热交换，充分利用系统内部的热量交换来提高能源的利用率。

进入提馏装置112的浓溶液经过在提馏装置112中进一步换热，和来自吸收器16的的浓溶液一起进入蒸发器11的中间部位，在蒸发器11中浓溶液通过螺旋导流管和螺旋折流板114向下流动，在向下流动的过程中继续吸地热能的热量，不断地在液膜蒸发部位进行充分的蒸发，溶液浓度逐渐降低，成为稀溶液，浓度为3％~8％，稀溶液通过螺旋导流管、稀溶液电磁阀115进入吸收器16顶部；

制冷剂经加热、提馏、精馏后的纯度99.1％~99.8％之间；蒸发器11内蒸发后剩余的制冷剂浓度为4％~8％。本实施例中，制冷剂在蒸发器11内经加热、提馏、精馏后制冷剂蒸汽浓度能够达到99.7％，蒸发器 11内蒸发后剩余的制冷剂浓度能够达到5％。

除霜时，融霜时除霜阀打开，通过空气侧换热器15上的温传，控制热气流量，保证用最少的热量将空气侧换热器15的空气热交换盘管的霜层去掉，同时融霜用的制冷剂蒸汽在空气热交换盘管除霜后通过冷却器14进入吸收器16，与吸收器16顶部环形分流管将吸收剂均匀地喷在吸收器16中的螺旋式换热管上面，实现吸收剂与制冷剂最大程度的吸收；吸收剂与制冷剂混合之后变为高温的浓溶液，这部分高温的浓溶液进入换热器17与换热器17中空调回水进行热量传递，从而可以实现除霜时仍然生产热水的功能，解决了传统热泵机组除霜时不制热的问题，大大提高了能源的使用效率，高效环保，有利于能源结构的调整。

稀溶液电磁阀115连接有控制模块，吸收器16设有温度传感器、液位传感器，控制模块与温度传感器、液位传感器电连接，控制模块根据接收到的温度信号和液位信号控制稀溶液电磁阀115的开度，以控制通过稀溶液电磁阀115的溶液流量，从而控制整个循环系统的循环量。稀溶液进入吸收的量由热源温度或出水温度等组成的控制逻辑来进行控制，保证稀溶液的量与制冷剂蒸汽的量实现最佳匹配。

本实用新型提供的地热能空气源吸收式热泵装置采用地热能和空气能提供热源，作为驱动氨水吸收式热泵的驱动能源，地热能不需要考虑日照时间问题，节省了大量的投资成本，同时大大提高了地热能转换热能的效率。

该地热能空气源吸收式热泵装置，不以天然气、太阳能或者工业余热作为驱动能源，采用地热能直驱的方式供热，解决了传统吸收式热泵能源使用率低的问题，使能源的一次利用率提高到88％以上。

以氨水作为工质，可以在很低的温度下运行；氨水工质产生的制冷剂NH₃的凝固点为-77.7℃，在我国北方的冬天都能够正常使用。

本实用新型所需的制冷剂不采用氟利昂改用氨水溶液。从环保意义上说，它适合当下的环保要求。减少CFC的排放量，即减少产生温室效应的气体，保护了臭氧层，对降低温室效应起了积极的作用。采用地热能作为热源带动空调系统，将在环保上发挥巨大作用。采用纯氨作为制冷剂，由于氨的凝固点为-77.7 ℃，可以在-20℃的低温下持续稳定地提供热。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地热能空气源吸收式热泵装置，其特征在于，包括氨水吸收式热泵（1）和用于向所述氨水吸收式热泵（1）提供热能的地热能部件（2）和空气源部件（3）；

所述地热能部件（2）包括热水供应管道（21）和温水回灌管道（22）；所述热水供应管道（21）与所述氨水吸收式热泵（1）的热水入口连通；所述温水回灌管道（22）与所述氨水吸收式热泵（1）的温水出口连通。

2.根据权利要求1所述的地热能空气源吸收式热泵装置，其特征在于，所述热水供应管道（21）设有热水泵（23）。

3.根据权利要求1所述的地热能空气源吸收式热泵装置，其特征在于，所述氨水吸收式热泵（1）包括依次连通的蒸发器（11）、发生器（12）、冷凝器（13）、冷却器（14）、空气侧换热器（15）、吸收器（16）、换热器（17）和用于使工质流动的工质泵（18）；

所述蒸发器（11）设有热水加热装置（114），所述热水加热装置（114）的热水入口与热水供应管道（21）连通，所述热水加热装置（114）的温水出口与温水回灌管道（22）连通。

4.根据权利要求3所述的地热能空气源吸收式热泵装置，其特征在于，所述蒸发器（11）包括第一工质布膜器（113）、提馏段（112）和液膜蒸发段（111），浓氨水进入所述蒸发器后依次进入第一工质布膜器（113）、提馏段（112）和液膜蒸发段（111），液膜蒸发段（111）中为稀氨水。

5.根据权利要求3所述的地热能空气源吸收式热泵装置，其特征在于，所述蒸发器（11）的热水加热装置（114）设有螺旋导流管或螺旋折流板。

6.根据权利要求3所述的地热能空气源吸收式热泵装置，其特征在于，所述氨水吸收式热泵（1）还包括除霜装置（19），所述除霜装置（19）的氨气入口与发生器（12）的氨气出口连通，所述除霜装置（19）的氨气出口与所述空气侧换热器（15）的氨气入口连通。

7.根据权利要求3所述的地热能空气源吸收式热泵装置，其特征在于，所述发生器（12）包括用于预热浓氨水的第一换热管（121），所述第一换热管（121）的入口与换热器（17）的管程出口连通，所述第一换热管（121）的出口与蒸发器（11）的浓氨水入口连通。

8.根据权利要求7所述的地热能空气源吸收式热泵装置，其特征在于，所述吸收器（16）包括第二换热管（162），所述第二换热管（162）的入口与第一换热管（121）的出口连通，所述第二换热管（162）的出口与蒸发器（11）的浓氨水入口连通。

9.根据权利要求3所述的地热能空气源吸收式热泵装置，其特征在于，所述蒸发器（11）的稀氨水出口与吸收器（16）的稀氨水入口之间的管道上设有稀溶液电磁阀（115）；

所述吸收器（16）设有温度传感器和液位传感器；

所述地热能空气源吸收式热泵装置还包括控制模块，所述控制模块与所述稀溶液电磁阀、温度传感器和液位传感器电连接。

10.根据权利要求3所述的地热能空气源吸收式热泵装置，其特征在于，所述空气源部件（3）包括风机（31），所述风机（31）用于向所述空气侧换热器（15）提供空气。