CN220728571U - 一种水源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种水源热泵系统，包括真空泵(1)和用于容纳液态冷媒(2)的冷媒液压罐(3)，用于容纳水源(4)的水箱(5)和冷凝器(6)，真空泵与水箱通过管道相连接，水箱与冷凝器之间设有蒸汽压缩机(7)；冷媒液压罐用于向水箱内输入液态冷媒；蒸汽压缩机用于抽出水箱内的冷媒蒸汽，并加压后形成高温冷媒蒸汽；冷媒蒸汽由液态冷媒吸收水源的热能发生汽化后形成；冷凝器用于将高温冷媒蒸汽与热介质进行热交换发生液化形成液态冷媒，从冷凝器排出的液态冷媒回流至冷媒液压罐内，热介质被加热后输送至热能应用单位。本实用新型能耗低，可获得清洁、干净的冷媒蒸汽，使整个热泵循环系统工作可靠，SCOP系数高，可适应任何水源。

Description

一种水源热泵系统

技术领域

本实用新型涉及供能技术领域，特别是涉及一种水源热泵系统。

背景技术

水源热泵是利用自然界水体中的低品位热能能源，通过热泵原理进行能源转换的技术。水源热泵系统以地表水为冷热源，向地表水放出热量或吸收热量，转换出的能源能满足生活中的供暖、制冷及生活热水等需求。且水源热泵耗能少，在冬季供暖中，水源热泵与电采暖相比较，电耗减少70％以上。

水源热泵的主要工作原理是借助热泵以水体为媒介进行能源转换。夏季高温，将建筑物中的热量转移到水源中，达到制冷的效果。冬季就从相对稳定、温暖的水源中提取能量，提升温度后送到建筑物中，以达到制暖的效果。水源热泵所运用到的原材料为自然界中的水体，利用水体进行能源的转换，整个能源转换过程既不会产生废渣，也不制造废弃和烟尘，对环境造不成任何污染，是一种绿色环保技术。

传统的水源热泵一般是采用换热器从各种水源(地热水，地表水，污水源，海水等)获得热量，再热泵升温后利用，但这种技术，需要消耗较大的抽水功率，同时存在水与冷媒的换热温差，使SCOP(热泵的综合能效系数)系数大为降低，一般均在5以下。并且，当热源水内杂质量高，或存在腐蚀性成份时，采热单元极易结垢或发生腐蚀，至使SCOP进一步降低。

中国专利文献上公开了“水源热泵系统”，其公告号为CN 216080471U，该实用新型通过与冷媒进行换热提升了使用范围，通过配置所述双级冷凝器提升了使用侧制取热水的温度差，进一步地提高了热泵系统的制热效率。但是，该实用新型并没有解决热源水内杂质量高，或存在腐蚀性成份时，采热单元极易结垢或发生腐蚀的问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种水源热泵系统，用于解决现有水源热泵系统存在能耗高、热泵的综合能效系数低、热源水内杂质量高，或存在腐蚀性成份时，采热单元极易结垢或发生腐蚀的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型是通过包括如下的技术方案实现的。

本实用新型提供一种水源热泵系统，包括真空泵和依次通过管道闭环连接的用于容纳液态冷媒的冷媒液压罐，用于容纳水源的水箱和冷凝器，所述真空泵与水箱通过管道相连接，所述水箱与冷凝器之间设有蒸汽压缩机；

所述冷媒液压罐用于向水箱内输入液态冷媒；

所述蒸汽压缩机用于抽出水箱内的冷媒蒸汽，并加压后形成高温冷媒蒸汽；所述冷媒蒸汽由位于水箱内的液态冷媒吸收水源的热能发生汽化后形成；

所述冷凝器用于将高温冷媒蒸汽与热介质进行热交换发生液化形成液态冷媒，从冷凝器排出的液态冷媒回流至冷媒液压罐内，热介质被加热后输送至热能应用单位。

本实用新型的水源热泵系统基于液态冷媒与水源直接接触的方式从水源中高效采集热量，采集热量的过程中，几乎不消耗电能，而且可获得清洁、干净的冷媒蒸汽，使整个热泵循环系统工作可靠，SCOP系数极高。同时，本申请的技术方案无需采热单元，不存在采热单元结垢或发生腐蚀的问题，因此对于水源是否存在杂质、是否具有腐蚀性无特殊要求，可适应任何水源，应用范围广。

优选的，所述热介质采用水、海水、水蒸气和熔岩等可以发生热传导的介质。

优选地，所述水箱上端设有抽气口和冷媒蒸汽排出口，所述抽气口与真空泵相连接，所述冷媒蒸汽排出口与蒸汽压缩机的一端相连接；所述水箱的下端设有冷媒注入口，所述冷媒注入口与冷媒液压罐相连接。先通过真空泵将水箱抽真空，再注入液态冷媒，避免空气残留影响热交换；冷媒注入口设计在下端有利于液态冷媒与水源之间充分进行热交换。

优选地，所述冷凝器的一端设有冷媒蒸汽入口和热介质出口，另一端设有液态冷媒出口和热介质入口，所述蒸汽压缩机的另一端与冷媒蒸汽入口通过管道相连接，所述液态冷媒出口与冷媒液压罐通过管道相连接。

优选地，所述冷媒液压罐的上端设有冷媒进料口，下端设有冷媒出料口，所述冷媒进料口通过管道与液态冷媒出口相连接，所述冷媒出料口与冷媒注入口通过管道相连接。

优选地，所述液态冷媒出口与冷媒进料口之间的管道设有第一节流阀，所述冷媒出料口与冷媒注入口之间的管道设有第二节流阀。节流阀有利于精准调节液态冷媒的流量，可控性强。

优选地，所述水箱的下端还设有水源入口和水源出口，所述水源入口和冷媒注入口通过三通管道连接后与水箱的下端相连通，水源与液态冷媒可以在进料阶段充分混合，有利于热交换，进一步提高热泵的综合能效系数。

优选地，所述水箱底部设有挡板，所述挡板将水箱底部的空间分隔为两个容纳空间，所述水源入口和水源出口分别位于两个容纳空间的底部。挡板设计一方面可以防止热的水源直接从水源出口流出，另一方面防止液态冷媒进入水箱后直接随热的水源流出，使得液态冷媒与热的水源可以先在水源入口处的容纳空间发生热交换，汽化形成冷媒蒸汽离开水源上升至水箱上方的空间，有利于冷媒与水源的分离；不含有冷媒的水源再进入水源出口处的容纳空间从水源出口流出。

优选地，所述水源体积不超过水箱总体积的80％，有利于液态冷媒与水源之间充分进行热交换，并形成冷媒蒸汽。

优选地，所述液态冷媒与水源不相容且不反应，所述液态冷媒的密度小于水源的密度。确保液态冷媒漂浮于水源表面，避免液态冷媒随水源排出而发生损失。

如上所述，本实用新型的水源热泵系统，具有以下有益效果：基于液态冷媒与水源直接接触的方式从水源中高效采集热量，采集热量的过程中，几乎不消耗电能，而且可获得清洁、干净的冷媒蒸汽，使整个热泵循环系统工作可靠，SCOP系数极高。同时，本申请的技术方案无需采热单元，不存在采热单元结垢或发生腐蚀的问题，因此对于水源是否存在杂质、是否具有腐蚀性无特殊要求，可适应任何水源，应用范围广。

附图说明

图1显示为水源热泵系统的结构示意图。

图2显示为水源热泵系统的工作原理示意图。

附图标号说明

1 真空泵

2 液态冷媒

3 冷媒液压罐

4 水源

5 水箱

6 冷凝器

7 蒸汽压缩机

8 抽气口

9 冷媒蒸汽排出口

10 冷媒注入口

11 冷媒蒸汽入口

12 热介质出口

13 液态冷媒出口

14 热介质入口

15 冷媒进料口

16 冷媒出料口

17 第一节流阀

18 第二节流阀

19 水源入口

20 水源出口

21 三通管道

22 挡板

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，本实用新型提供一种水源热泵系统，包括真空泵1和依次通过管道闭环连接的用于容纳液态冷媒2的冷媒液压罐3，用于容纳水源4的水箱5和冷凝器6，所述真空泵与水箱通过管道相连接，所述水箱与冷凝器之间设有蒸汽压缩机7；所述水箱上端设有抽气口8和冷媒蒸汽排出口9，所述抽气口与真空泵相连接，所述冷媒蒸汽排出口与蒸汽压缩机的一端相连接；所述水箱的下端设有冷媒注入口10，所述冷媒注入口与冷媒液压罐相连接；所述冷凝器的一端设有冷媒蒸汽入口11和热介质出口12，另一端设有液态冷媒出口13和热介质入口14，所述蒸汽压缩机的另一端与冷媒蒸汽入口通过管道相连接，所述液态冷媒出口与冷媒液压罐通过管道相连接；所述冷媒液压罐的上端设有冷媒进料口15，下端设有冷媒出料口16，所述冷媒进料口通过管道与液态冷媒出口相连接，所述冷媒出料口与冷媒注入口通过管道相连接；所述液态冷媒出口与冷媒进料口之间的管道设有第一节流阀17，所述冷媒出料口与冷媒注入口之间的管道设有第二节流阀18；所述水箱的下端还设有水源入口19和水源出口20，所述水源入口和冷媒注入口通过三通管道21连接后与水箱的下端相连通；所述水箱底部设有挡板(22)，所述挡板将水箱底部的空间分隔为两个容纳空间，所述水源入口和水源出口分别位于两个容纳空间的底部；所述液态冷媒与水源不相容且不反应，且密度大于水源。

所述冷媒液压罐用于向水箱内输入液态冷媒；所述蒸汽压缩机用于抽出水箱内的冷媒蒸汽，并加压后形成高温冷媒蒸汽；所述冷媒蒸汽由位于水箱内的液态冷媒吸收水源的热能发生汽化后形成；所述冷凝器用于将高温冷媒蒸汽与热介质进行热交换发生液化形成液态冷媒，从冷凝器排出的液态冷媒回流至冷媒液压罐内，热介质被加热后输送至热能应用单位。

结合1和图2，本实用新型的水源热泵系统的工作原理如下：

通过真空泵1将水箱5内的空气抽出，通过水源入口19向水箱5内注入热的水源，通过冷媒注入口10向水箱5内注入液态冷媒，热的水源和液态冷媒在三通管道21处混合均匀，同时发生部分热交换，液态冷媒与热的水源和在水箱内充分热交换后发生汽化后形成冷媒蒸汽，采用蒸汽压缩机7抽出水箱内的冷媒蒸汽，并加压后形成高温冷媒蒸汽，高温冷媒蒸汽通过冷媒蒸汽入口11进入冷凝器，与热介质进行热交换后发生液化形成液态冷媒，并从液态冷媒出口13排出，调节第一节流阀17，液态冷媒通过冷媒进料口15进入到冷媒液压罐内，并经过冷媒出料口16排出，调节第二节流阀18使其通过冷媒注入口10再次进入水箱5内循环使用。

以钛白粉生产工艺为例，钛白粉生产工艺中会产出40～45℃的废水，采用本申请的水源热泵系统可以获得温度为60℃以上的热水，可用于为脱盐水加热，也可用于为钛液预热，热泵的综合能效系数(SCOP)可以达到9以上，即每获得1吨蒸汽的电耗仅在80KW.H以下。

以温度为5℃左右的污水，或江河地表水为热源，采用本申请的水源热泵系统可以产出温度为40℃左右的热水，为居民供热，热泵的综合能效系数(SCOP)可以达到5以上，远高于一般空气源热泵。

综上所述，本实用新型基于液态冷媒与水源直接接触的方式从水源中高效采集热量，采集热量的过程中，几乎不消耗电能，而且可获得清洁、干净的冷媒蒸汽，使整个热泵循环系统工作可靠，SCOP系数极高。同时，本申请的技术方案无需采热单元，不存在采热单元结垢或发生腐蚀的问题，因此对于水源是否存在杂质、是否具有腐蚀性无特殊要求，可适应任何水源，应用范围广。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种水源热泵系统，其特征在于，包括真空泵（1）和依次通过管道闭环连接的用于容纳液态冷媒（2）的冷媒液压罐（3），用于容纳水源（4）的水箱（5）和冷凝器（6），所述真空泵与水箱通过管道相连接，所述水箱与冷凝器之间设有蒸汽压缩机（7）；所述水箱的下端还设有水源入口（19）和水源出口（20），所述水源入口和冷媒注入口通过三通管道（21）连接后与水箱的下端相连通；所述水箱底部设有挡板（22），所述挡板将水箱底部的空间分隔为两个容纳空间，所述水源入口和水源出口分别位于两个容纳空间的底部；

所述冷媒液压罐用于向水箱内输入液态冷媒；

所述蒸汽压缩机用于抽出水箱内的冷媒蒸汽，并加压后形成高温冷媒蒸汽；所述冷媒蒸汽由位于水箱内的液态冷媒吸收水源的热能发生汽化后形成；

所述冷凝器用于将高温冷媒蒸汽与热介质进行热交换发生液化形成液态冷媒，从冷凝器排出的液态冷媒回流至冷媒液压罐内，热介质被加热后输送至热能应用单位。

2.根据权利要求1所述的水源热泵系统，其特征在于：所述水箱上端设有抽气口（8）和冷媒蒸汽排出口（9），所述抽气口与真空泵相连接，所述冷媒蒸汽排出口与蒸汽压缩机的一端相连接；所述水箱的下端设有冷媒注入口（10），所述冷媒注入口与冷媒液压罐相连接。

3.根据权利要求2所述的水源热泵系统，其特征在于：所述冷凝器的一端设有冷媒蒸汽入口（11）和热介质出口（12），另一端设有液态冷媒出口（13）和热介质入口（14），所述蒸汽压缩机的另一端与冷媒蒸汽入口通过管道相连接，所述液态冷媒出口与冷媒液压罐通过管道相连接。

4.根据权利要求3所述的水源热泵系统，其特征在于：所述冷媒液压罐的上端设有冷媒进料口（15），下端设有冷媒出料口（16），所述冷媒进料口通过管道与液态冷媒出口相连接，所述冷媒出料口与冷媒注入口通过管道相连接。

5.根据权利要求4所述的水源热泵系统，其特征在于：所述液态冷媒出口与冷媒进料口之间的管道设有第一节流阀（17），所述冷媒出料口与冷媒注入口之间的管道设有第二节流阀（18）。