CN210663445U - 一种耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于教学实验平台领域，并具体公开了一种耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台。该试验台包括共用水箱、地源热泵系统和吸收式制冷系统，其中：共用水箱包括第一水箱和第二水箱；地源热泵系统中第一换热器与第一水箱连接，第二换热器与第二水箱连接，压缩机与气液分离器连接形成内循环，并通过四通阀控制液体的流动方向，从而为第一换热器和第二换热器的换热提供介质；吸收式制冷系统包括沿制冷剂流动方向依次连接的发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，以及与发生器连接的发生器侧水箱。本实用新型能够将地源热泵和吸收式制冷耦合到一个实验台上，有效减少教学实验中的设备投资和场地占用，并且不会影响教学效果。

Description

一种耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台

技术领域

本实用新型属于教学实验平台领域，更具体地，涉及一种耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台。

背景技术

地源热泵是利用地下浅层地热资源作为冷、热源进行能量转换的供热制冷系统，热泵与地能之间的换热介质以水介质为主，这种系统既高效又节能。以土壤为热源或热汇，将土壤换热器置于地下，冬季将地下的低位地热能取出，通过热泵提升温度后实现对建筑供暖和供热水，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季将建筑中的余热取出，通过热泵排至地下实现对建筑降温，同时蓄存热量以备冬用。地表浅层是一个巨大的蓄能体，它可将热泵迁移的能量蓄存，实现冷、热源的交替与再利用。近年来，随着能源的短缺，我国已有很多的居民建筑、商用建筑应用地源热泵系统，其逐渐取代传统的空调系统，广泛应用于人们的生活中。

吸收式制冷系统用热源在发生器中加热溶液，使其中低沸点组分部分被蒸发出来，然后送入冷凝器冷凝成为液体，由节流阀降压到蒸发压力，在蒸发器中蒸发制冷。蒸发出来的制冷剂蒸汽被已完成发生过程的浓溶液吸收，使溶液重新恢复到原有浓度，再由溶液泵送到发生器中，构成完整循环。吸收式制冷系统由于具有可以直接利用太阳能、地热能及工业废热等低品位能源的特点而受到广泛关注，且运转过程中噪声小、振动小。目前应用最广泛的吸收式制冷机为水-溴化锂吸收式制冷机，采用水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂，利用水的相变过程制冷。

地源热泵技术和吸收式制冷技术都是制冷原理应用的重要技术，是热能与动力工程专业生产教学的重要知识。如何根据地源热泵技术和吸收式制冷技术的原理，将两种技术中需要用到的水箱进行耦合共用，形成地源热泵技术和吸收式制冷技术耦合实验教学台，从而满足两种技术的教学和研究需要，对加深学生对制冷原理与制冷技术的理解有重要作用。此外，如何将其推广至室内或工业实际应用也是一个重要的研究方向，具有较大的研究意义。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台，其中将地源热泵和吸收式制冷的水箱进行共用，能够有效降低实验台的占地空间，因而尤其适用于生产教学的应用场合。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台，该实验台包括共用水箱、地源热泵系统和吸收式制冷系统，其中：

所述共用水箱包括第一水箱和第二水箱，所述第一水箱作为所述地源热泵系统的热源侧水箱或所述吸收式制冷系统的冷却水水箱，所述第二水箱作为所述地源热泵系统的使用侧水箱或所述吸收式制冷系统的使用侧水箱；

所述地源热泵系统包括第一换热器、第二换热器、压缩机、气液分离器和四通阀，所述第一换热器与所述第一水箱连接，所述第二换热器与所述第二水箱连接，所述压缩机与所述气液分离器连接形成内循环，并通过四通阀控制液体的流动方向，从而为所述第一换热器和第二换热器的换热提供介质；

所述吸收式制冷系统包括沿制冷剂流动方向依次连接的发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，以及与所述发生器连接的发生器侧水箱，所述发生器和吸收器之间设置有吸收剂溶液输送通道，并通过第三换热器对输送的所述吸收剂溶液进行换热，所述吸收器和冷凝器的内部管道与所述第一水箱连接，用于输送冷却水，所述蒸发器的内部管道与所述第二水箱连接，用于降低所述第二水箱的水温，从而实现制冷功能。

作为进一步优选地，所述共用水箱还包括第一电加热器和第二电加热器，所述第一电加热器设置在所述第一水箱内部，所述第二电加热器设置在所述第二水箱内部，分别用于控制所述第一水箱和第二水箱的水温。

作为进一步优选地，所述吸收式制冷系统还包括第三电加热器，所述第三电加热器设置在所述发生器侧水箱的内部，用于控制所述发生器侧水箱的水温。

作为进一步优选地，所述共用水箱还包括与所述第一水箱连接的第一风机盘管，用于调节所述第一水箱的水温。

作为进一步优选地，所述共用水箱还包括与所述第二水箱连接的第二风机盘管，用于向室内送风，从而将水温转换为室内温度。

作为进一步优选地，所述吸收式制冷系统采用水作制冷剂，采用溴化锂作为吸收剂。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本实用新型通过将地源热泵的热源侧水箱和使用侧水箱与吸收式制冷的冷却水水箱和使用侧水箱进行共用，能够将两个系统耦合到一个实验台上，同时节省地埋管所需的巨大空间，从而有效减少教学实验中的设备投资和场地占用，并且不会影响教学效果；

2.此外，本实用新型通过在第一水箱、第二水箱和第三水箱设置电加热器，能够准确控制实验条件，满足教学实验要求；

3.尤其是，本实用新型通过将风机盘管与第二水箱连接，能够将该实验台推广至工业应用，从而充分利用太阳能、地热能、工业废热等低品位能源，降低能源消耗。

附图说明

图1是按照本实用新型优选实施例构建的耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台；

图2是本实用新型提供的实验台工作时第一水箱和第二水箱的液体流向示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-第一水箱，2-第一电加热，3-第一换热器，4-第二水箱，5-第二电加热器，6-第二换热器，7-第一风机盘管，8-四通阀，9-压缩机，10-气液分离器，11-发生器侧水箱，12-第三电加热器，13-冷凝器，14-发生器，15-第三换热器，16-蒸发器，17-吸收器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台，该实验台包括共用水箱、地源热泵系统和吸收式制冷系统，其中：

共用水箱包括第一水箱1和第二水箱4，第一水箱1作为地源热泵系统的热源侧水箱或吸收式制冷系统的冷却水水箱，第二水箱4作为地源热泵系统的使用侧水箱或吸收式制冷系统的使用侧水箱；

地源热泵系统包括第一换热器3、第二换热器6、压缩机9、气液分离器10和四通阀8，第一换热器3与第一水箱1连接，第二换热器6与第二水箱4连接，压缩机9与气液分离器10连接形成内循环，并通过四通阀8控制液体的流动方向，从而为第一换热器3和第二换热器6的换热提供介质；

吸收式制冷系统包括沿制冷剂流动方向依次连接的发生器14、冷凝器13、蒸发器16和吸收器17，以及与发生器14连接的发生器侧水箱11，发生器14和吸收器17之间设置有吸收剂溶液输送通道，并通过第三换热器15对输送的吸收剂溶液进行换热，吸收器17和冷凝器13的内部管道与第一水箱1连接，用于提供冷却水，蒸发器16的内部管道与第二水箱4连接，用于降低第二水箱4的水温，从而实现制冷功能。

进一步，共用水箱还包括设置在第一水箱1内部的第一电加热器2、设置在第二水箱4内部的第二电加热器5、设置在发生器侧水箱11内部的第三电加热器12以及与第一水箱1连接的第一风机盘管7，从而控制上述水箱中水的温度，运行时可向第一水箱1、第二水箱4和发生器侧水箱11内通入相应温度的工质水，也可利用第一电加热器2、第二电加热器5、第三电加热器12和第一风机盘管7结合PID控制使其温度达到实验所需的水温。

进一步，共用水箱还与第二水箱4连接的第二风机盘管，用于向室内送风，从而将水温转换为室内温度。

利用上述耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台实现地源热泵功能时，利用第一水箱1模拟浅层地埋管的温度，利用第二水箱4模拟室内应用温度；利用上述耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台实现吸收式制冷功能时，利用第一水箱1模拟冷却水的温度，利用第二水箱4模拟室内温度，利用发生器侧水箱11模拟水或烟气等低品位热源的温度。

其中，利用地源热泵进行制冷时，第一换热器3为冷凝器，第二换热器6为蒸发器，工作时利用第二换热器6使第二水箱4中的水获得冷量而降温，内循环中的制冷剂蒸汽经过气液分离器10后进入压缩机9，从而被压缩到冷凝压力，并通过第一换热器3将热量传递到第一水箱1中，使得第一水箱1中的水温升高，并通过第一风机盘管7散热并移至地下水或土壤中以供冬用。

利用地源热泵进行制热时，第一换热器3为蒸发器，第二换热器6为冷凝器，工作时通过四通阀8将内循环中制冷剂的流动方向进行换向，制冷剂蒸汽经压缩机9压缩后在第二换热器6中冷凝放出热量，热量被第二水箱4中的水吸收进而使得水温升高，制冷剂蒸汽经节流阀节流后压力降低到蒸发压力，在第一换热器3中吸热蒸发，使得第一水箱1中的水温降低，利用第一电加热器2对其进行加热。

实现吸收式制冷功能时，采用水作制冷剂，溴化锂作吸收剂，通过溴化锂对水的吸收和释放使得水发生相变，同时伴随吸热和放热过程，工作时发生器侧水箱11作为热源，将高温水输送至发生器14中，从而加热发生器14中的稀溴化锂溶液，水蒸气蒸发后浓缩的溴化锂溶液被送入吸收器17中，同时水蒸气在冷凝器13中冷凝，经节流U管节流后压力降低到蒸发压力并进入蒸发器16中，在低压下蒸发吸热使得第二水箱4的水温降低，实现制冷功能，吸收器17中的浓缩溴化锂溶液吸收来自蒸发器16的水蒸气形成稀释溴化锂溶液并送入发生器14中，为保证吸收器17中的吸收过程连续进行下去，需要不断加入冷却水，同时冷凝器13也需要冷却水，以便将来自发生器14的水蒸气冷凝，因此第一水箱1与吸收器17和冷凝器13连接，冷却水流经吸收器17后进入冷凝器13，最后回到第一水箱1。

上述耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台也可以进行工业应用，实现地源热泵功能时，将第一水箱1与地埋管进行换热，利用循环流动于地埋管中的水如水井、湖泊、河流、海洋中的水、生活污水或工业废水提供热量，同时利用与第二水箱4连接的第二风机盘管向室内送风；实现吸收式制冷功能时，利用太阳能、地热能或工业废热向发生器侧水箱11供能，利用第一水箱1提供冷却水，同时利用与第二水箱4连接的第二风机盘管向室内送风。

下面对本实用新型提供的耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台的工作过程作具体描述。

实现地源热泵功能时，阀门C1、C2、C5、C6、C7为调节热源侧水流量的阀门，阀门H1、H2、H5、H6、H7为调节使用侧水流量的阀门，上述阀门运行时为打开状态，阀门C3、C4、H3、H4为排水阀门，上述运行时为关闭状态。

在吸收式制冷系统中，阀门C3、C4、C5、C6、C7为调节冷却水侧水流量的阀门，阀门H3、H4、H5、H6、H7为调节使用侧水流量的阀门，阀门F1、F2、F3为调节发生器侧水流量的阀门，阀门V2为调节溴化锂吸收式制冷机再循环倍率的阀门，上述阀门运行时为打开状态，阀门C1、C2、H1、H2为排水阀门，阀门V1为冷剂放空阀、阀门V3为溶液放空阀，上述阀门运行时为关闭状态。

利用地源热泵功能在冬天做制热测试时，假设室内环境温度为7℃，第二水箱4及第一水箱1的水温都为18℃，可把第二水箱4的温度PID表设置为35℃-40℃，把第一水箱1的温度PID表设置为20℃-25℃，开启第一电加热器2和第二电加热器5把第一水箱1和第二水箱4的温度升至设置温度，随后开始运行实验系统，如图1所示，制冷剂蒸气经压缩机9压缩后在第二换热器6中冷凝放出热量，热量被第二水箱4中的水吸收，使用侧水温升高至35℃-40℃，制冷剂蒸气经节流阀节流后压力降低到蒸发压力，在蒸发器中吸热蒸发，第一水箱1的水温降低。

利用地源热泵功能在夏天做制冷测试时，假设室内环境温度为35℃，第二水箱4及第一水箱1的水温都为20℃，可把第二水箱4的温度PID表设置为20℃-25℃，把第一水箱1的温度PID表设置为25℃-30℃，开启第一电加热器2和第二电加热器5把第一水箱1和第二水箱4的温度升至设置温度，随后开始运行实验系统，如图1所示，通过四通阀8将制冷剂流动方向换向，制冷剂蒸气在第二换热器6中吸热蒸发，使第二水箱4中的水获得冷量而降温，经气液分离器10后进入压缩机9被压缩到冷凝压力，在第一换热器3中被第一水箱1中的水循环冷凝，第一水箱1中的水温度升高，流向见图2中实线。

利用吸收式制冷功能做制冷测试时，假设室内环境温度为35℃，第二水箱4和第一水箱1的水温为20℃，可把第二水箱4的温度PID表设置为20℃-25℃，把第一水箱1的温度PID表设置为15℃-20℃，发生器侧水箱11的温度PID表设置为95℃，开启第一电加热器2和第二电加热器5把第一水箱1和第二水箱4的温度升至设置温度，随后开始运行实验系统，如图1所示，发生器侧水箱11作为热源，由发生器侧水泵输送高温水至发生器14，通过在发生器14中加热溴化锂溶液产生水蒸气，水蒸气在冷凝器13中通过与第一水箱1的水换热被冷凝，经节流U管节流后压力降低到蒸发压力，进入蒸发器16，在低压下蒸发吸热，产生制冷效应，流向见图2中虚线。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台，其特征在于，该实验台包括共用水箱、地源热泵系统和吸收式制冷系统，其中：

所述共用水箱包括第一水箱(1)和第二水箱(4)，所述第一水箱(1)作为所述地源热泵系统的热源侧水箱或所述吸收式制冷系统的冷却水水箱，所述第二水箱(4)作为所述地源热泵系统的使用侧水箱或所述吸收式制冷系统的使用侧水箱；

所述地源热泵系统包括第一换热器(3)、第二换热器(6)、压缩机(9)、气液分离器(10)和四通阀(8)，所述第一换热器(3)与所述第一水箱(1)连接，所述第二换热器(6)与所述第二水箱(4)连接，所述压缩机(9)与所述气液分离器(10)连接形成内循环，并通过四通阀(8)控制液体的流动方向，从而为所述第一换热器(3)和第二换热器(6)的换热提供介质；

所述吸收式制冷系统包括沿制冷剂流动方向依次连接的发生器(14)、冷凝器(13)、蒸发器(16)和吸收器(17)，以及与所述发生器(14)连接的发生器侧水箱(11)，所述发生器(14)和吸收器(17)之间设置有吸收剂溶液输送通道，并通过第三换热器(15)对输送的所述吸收剂溶液进行换热，所述吸收器(17)和冷凝器(13)的内部管道与所述第一水箱(1)连接，用于输送冷却水，所述蒸发器(16)的内部管道与所述第二水箱(4)连接，用于降低所述第二水箱(4)的水温，从而实现制冷功能。

2.如权利要求1所述的耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台，其特征在于，所述共用水箱还包括第一电加热器(2)和第二电加热器(5)，所述第一电加热器(2)设置在所述第一水箱(1)内部，所述第二电加热器(5)设置在所述第二水箱(4)内部，分别用于控制所述第一水箱(1)和第二水箱(4)的水温。

3.如权利要求1或2所述的耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台，其特征在于，所述吸收式制冷系统还包括第三电加热器(12)，所述第三电加热器(12)设置在所述发生器侧水箱(11)的内部，用于控制所述发生器侧水箱(11)的水温。

4.如权利要求1所述的耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台，其特征在于，所述共用水箱还包括与所述第一水箱(1)连接的第一风机盘管(7)，用于调节所述第一水箱(1)的水温。

5.如权利要求1所述的耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台，其特征在于，所述共用水箱还包括与所述第二水箱(4)连接的第二风机盘管，用于向室内送风，从而将水温转换为室内温度。

6.如权利要求1所述的耦合地源热泵和吸收式制冷功能的实验台，其特征在于，所述吸收式制冷系统采用水作制冷剂，采用溴化锂作为吸收剂。

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