CN2731364Y - 提取水能量的热泵系统 - Google Patents

Abstract

一种提取水能量的热泵系统，包括依次串联在一起的水能量采集装置、第二换热装置、能量提升装置、第一换热装置和散热器，水能量采集装置包括：由装在集热井内的潜水泵、低位能侧换热盘管和集热井依次串联组成的回路，能量提升装置包括：由蒸发器、二个并联的压缩机、冷凝器和膨胀阀依次串联组成的回路，散热器包括：由能量输入盘管、循环泵和若干个散热片依次串联组成的回路，第一换热装置和第二换热装置回路中流动的液体为防冻液，该系统设备简单，安装、维修方便，可以保证系统在任何状态下正常向用户供暖或供冷。

Description

提取水能量的热泵系统

技术领域

本实用新型涉及提取水能量的热泵系统，特别是涉及提取江河湖海或地下水能量的热泵系统，它是通过热泵把低品位热能变成高品位热能达到冬季供暖、夏季供冷和日常供应生活热水的目的。

背景技术

本实用新型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。但是该系统在冬季常常会因为江河湖海水的温度较低，导致热泵的蒸发器冻结；或因停电、停水导致蒸发器冻结，使该系统无法正常工作，因此使该系统不能广泛推广和使用。

实用新型内容

为了克服现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种提取水能量的热泵系统，它能安全、有效地利用江河湖海或地下水中的热量来达到冬季供暖和夏季供冷的目的。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种提取水能量的热泵系统，它包括：依次串联在一起的水能量采集装置、能量提升装置和散热器，所述水能量采集装置包括由装在集热井内的潜水泵、低位能侧换热盘管和集热井依次串联组成的回路，所述能量提升装置包括：由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀依次串联组成的回路，所述散热器包括：由能量输入盘管、循环泵和若干个散热片依次串联组成的回路，其中在所述能量提升装置和所述散热器之间设有第一换热装置，第一换热装置包括：由高位能侧换热盘管、出液泵和能量输出盘管依次串联组成的回路，所述冷凝器和所述高位能侧换热盘管相耦合，所述散热器的能量输入盘管和所述第一换热装置的能量输出盘管相耦合，在所述能量提升装置和所述水能量采集装置之间设有第二换热装置，第二换热装置包括：由能量输入盘管、能量输出盘管和回液泵依次串联组成的回路，所述第二换热装置的能量输入盘管与所述低位能侧换热盘管相耦合，所述第二换热装置的能量输出盘管与所述蒸发器相耦合，第一换热装置和第二换热装置回路中流动的液体为防冻液，所述压缩机由相互并联在一起的第一压缩机和第二压缩机组成。

本实用新型的提取水能量的热泵系统，其中所述提取水能量的热泵系统还包括：第一二位四通换向阀和第二二位四通换向阀，其中第一二位四通换向阀的第一接口与第二换热装置能量输入盘管的出液端相连，第一二位四通换向阀的第二接口与第一换热装置高位能侧换热盘管的进液端相连，第一二位四通换向阀的第三接口与第一换热装置能量输出盘管的出液端相连，第一二位四通换向阀的第四接口与第二换热装置能量输出盘管的进液端相连；第二二位四通换向阀的第一接口与第二换热装置的回液泵的出液端相连，第二二位四通换向阀的第二接口与第一换热装置的能量输出盘管的进液端相连，第二二位四通换向阀的第三接口与第一换热装置的出液泵的出液端相连，第二二位四通换向阀的第四接口与第二换热装置的能量输入盘管的进液端相连。

本实用新型的提取水能量的热泵系统，其中所述第一压缩机和第二压缩机是可调速的压缩机。

本实用新型的提取水能量的热泵系统，其中所述第一、第二压缩机与所述冷凝器之间串联热水器的加热管。

本实用新型的提取水能量的热泵系统，其中所述水能量采集装置的低位能侧换热盘管和与其相耦合的第二换热装置的能量输入盘管制成板式换热器，所述第二换热装置的能量输出盘管和与其相耦合的蒸发器制成钎焊板式换热器，所述冷凝器和与其相耦合的第一换热装置的高位能侧换热盘管制成钎焊板式换热器，所述第一换热装置的能量输出盘管和与其相耦合的散热器的能量输入盘管制成板式换热器。

本实用新型的提取水能量的热泵系统，其中所述水为江河湖海的水或地下水。

本实用新型提取水能量的热泵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.因为能量提升装置提供的热量随蒸发器温度的降低，制热量会下降，在冬季供暖和夏季制冷的负荷也是随着气温的变化而变化的。气温的变化刚好与热泵提供的能量相反。为了合理利用能源，在本实用新型中选用了二台压缩机并联的结构，在冬季天气不冷时选用一台压缩机工作，天气寒冷时选用二台压缩机工作，并且采用可调速压缩机，通过提高或降低压缩机的速度，使能量提升装置提供的热量增多或减少，这样可以最合理的使用能源。又因本实用新型第一和第二换热装置中流动的液体为防冻液，不会发生冻结，从而保证了系统在低温条件下也能正常工作。

2.由于钎焊板式换热器的不可拆性，堵塞和冻坏等限制了其广泛使用。本实用新型将冷凝器和与之相耦合的第一换热装置高位能侧换热盘管制成了钎焊板式换热器，第一换热装置的能量输出盘管和与之耦合的散热器的能量输入盘管制成可拆卸的板式换热器，第一换热装置封闭回路中流动的液体为防冻液；蒸发器和与之耦合的第二换热装置的能量输出盘管制成了钎焊板式换热器，第二换热装置的能量输入盘管和与之相耦合的水能量采集装置的低位能侧换热盘管制成可拆卸的板式换热器，第二换热装置封闭回路中流动的液体也为防冻液，本实用新型使两个钎焊板式换热器的内侧流动制冷剂，外侧流动防冻液，这样就充分发挥了钎焊板式换热器的长处，同时避开了短处，既提高了换热效率又增加了钎焊板式换热器的使用寿命，不会发生冻结、堵塞和结垢等现象，从而保证提取水能量的热泵系统无障碍运行。

3.在提取水能量的热泵系统上配置了两个二位四通换向阀，通过改变二位四通换向阀的位置来进行供暖或制冷。

4.由于采用钎焊板式换热器，使系统的体积大大缩小。同时可以把除了集热井和散热片之外的系统元件和配电屏作成一个集成件，省去了现场的安装，真正达到了现场安装工厂化，这样既节约了成本又保证了工程质量。

附图说明

图1为本实用新型提取水能量的热泵系统的示意图。

具体实施方式

参照图1。图1所示的提取水能量的热泵系统所使用的“水”指江河湖海的水或挖掘地下得到的水，该系统包括：依次串联在一起的水能量采集装置4、能量提升装置1和散热器3，水能量采集装置4包括：由装在集热井20内的潜水泵23、低位能侧换热盘管5和集热井20依次串联组成的回路，能量提升装置1包括：由蒸发器18、压缩机、冷凝器19和膨胀阀15依次串联组成的回路，散热器3包括：由能量输入盘管6、循环泵9和若干个散热片21依次串联组成的回路，在能量提升装置1和散热器3之间设有第一换热装置2，第一换热装置2包括：由高位能侧换热盘管16、出液泵8和能量输出盘管17依次串联组成的回路，在能量提升装置1和水能量采集装置4之间设有第二换热装置22，第二换热装置22包括：由能量输入盘管24、能量输出盘管25和回液泵7依次串联组成的回路，第一换热装置2和第二换热装置22回路中流动的液体为防冻液，能量提升装置1包括：可调速的第一压缩机11和第二压缩机12，它们并联在能量提升装置1的回路中，在两个压缩机11，12与所述冷凝器19之间串联热水器的加热管10，为日常生活提供热水。

提取水能量的热泵系统还包括：第一二位四通换向阀13和第二二位四通换向阀14，通过改变二位四通换向阀的位置来达到冬季供暖和夏季制冷的目的。其中第一二位四通换向阀13的第一接口13a与第二换热装置22能量输入盘管24的出液端相连，第一二位四通换向阀13的第二接口13b与第一换热装置2高位能侧换热盘管16的进液端相连，第一二位四通换向阀13的第三接口13c与第一换热装置2能量输出盘管17的出液端相连，第一二位四通换向阀13的第四接口13d与第二换热装置22能量输出盘管25的进液端相连；第二二位四通换向阀14的第一接口14a与第二换热装置22回液泵7的出液端相连，第二二位四通换向阀14的第二接口14b与第一换热装置2能量输出盘管17的进液端相连，第二二位四通换向阀14的第三接口14c与第一换热装置2出液泵8的出液端相连，第二二位四通换向阀14的第四接口14d与第二换热装置22能量输入盘管24的进液端相连。

水能量采集装置4的低位能侧换热盘管5和与其相耦合的第二换热装置22的能量输入盘管24制成板式换热器，第二换热装置22的能量输出盘管25和与其相耦合的能量提升装置1的蒸发器18制成钎焊板式换热器，能量提升装置1的冷凝器19和与其耦合的第一换热装置2的高位能侧换热盘管16制成钎焊板式换热器，第一换热装置2的能量输出盘管17和与其耦合的散热器3的能量输入盘管6制成板式换热器。

提取水能量的热泵系统的工作原理；

(一)本实用新型提取水能量的热泵系统在冬季供暖时的工作过程

图1为提取水能量的热泵系统的示意图。在冬季供暖状态下，第一二位四通换向阀13和第二二位四通换向阀14的阀芯位置如图所示，即：垂直于与之相连的管道，这时，第一二位四通换向阀13和第二二位四通换向阀14的第一接口a分别与和它们相应的第四接口d相连通，第二接口b分别与和它们对应的第三接口c相连通。

启动潜水泵23，潜水泵23抽取集热井20中的水进入低位能侧换热盘管5释放热量，释放热量后降温的水进入集热井20吸收集热井20中水的热量，然后，继续通过潜水泵进入低位能侧换热盘管5释放热量。同时启动回液泵7，回液泵7抽取第二换热装置22的能量输出盘管25的防冻液，防冻液通过第二二位四通换向阀14的第一接口14a和第四接口14d流入第二换热装置22的能量输入盘管24中，防冻液从第二换热装置22的能量输入盘管24中得到热量，升温后的防冻液通过第一二位四通换向阀13的第一接口13a和第四接口13d再次进入第二换热装置22的能量输出盘管25释放热量。

能量提升装置1的蒸发器18内的工质吸收流过第二换热装置22的能量输出盘管25的能量蒸发成气体，气体通过第一压缩机11和/或第二压缩机12压缩升温(视外界气温而决定启动一个压缩机还是启动两个压缩机，一般来说当外界气温不太低时，只需要启动一个压缩机，当外界气温很低时，要同时启动两个压缩机)，并通过热水器的加热管10加热生活热水，供人们洗漱。再通过冷凝器19释放热量给与冷凝器19相耦合第一换热装置2的高位能侧换热盘管16，冷凝后的液态工质通过膨胀阀15减压后，再次进入蒸发器18内吸热......如此反复循环。

由出液泵8将升温后的防冻液通过第二二位四通换向阀14的第三接口14c和第二接口14b送至第一换热装置2的能量输出盘管17释放热量，降温后的防冻液通过第一二位四通换向阀13的第三接口13c和第二接口13b流入第一换热装置2的高位能侧换热盘管16吸收热量，如此反复循环，不断地把热量供给与第一换热器2的能量输出盘管17相耦合的散热器3的能量输入盘管6，再通过循环泵9不断地把热量输送给散热片21(即用户)，从而达到供暖的目的。

(二)本实用新型提取水能量的热泵系统在夏季制冷时工作过程

在该状态下，第一二位四通换向阀13和第二二位四通换向阀14的阀芯相对图1所示的位置转动90°，处于平行于与之相连的管道的位置，这时，第一二位四通换向阀13和第二二位四通换向阀14的第一接口a分别与和它们对应的第二接口b相连通，第三接口c分别与和它们对应的第四接口d相连通。

启动潜水泵23，潜水泵23抽取集热井20中的水进入低位能侧换热盘管5释放冷量，释放冷量后升温的水进入集热井20吸收集热井20的冷量，然后，继续通过潜水泵进入低位能侧换热盘管5释放冷量。第二换热装置22的能量输入盘管24吸收低位能侧换热盘管25的冷量，在出液泵8的作用，防冻液通过第一二位四通阀13的第一接口13a和第二接口13b进入第一换热装置2的高位能侧换热盘管16释放冷后，升温后的防冻液通过第二二位四通阀14的第三接口14c和第四接口14d回到第二换热装置22的能量输入盘管24中。

与冬季供暖相反，在能量提升装置1的作用下，第二换热装置22的输出盘管25产生了低位能的能量，回液泵7把第二换热装置22的能量输出盘管25中的降温后的防冻液通过第二二位四通阀14的第一接口14a和第二接口14b进入第一换热装置2的能量输出盘管17释放冷能给散热器3的能量输入盘管6，升温后的防冻液从第一换热装置2的能量输出盘管17出来后，经过第一二位四通阀13的第三接口13c和第四接口13d进入第二换热装置22的能量输出盘管25吸收冷能，而散热器3的能量输入盘管6与第一换热装置2的能量输出盘管17耦合，散热器3从第一换热装置2的能量输出盘管17中不断地得到冷能，通过循环泵9输送给散热片21(即用户)。如此反复循环，从而达到供冷的目的。

同理，为了合理利用能源，可以适当地选择使用一台压缩机或两台压缩机，在夏季天气不太热时选用一台压缩机工作，天气炎热时选用二台压缩机工作，并且采用可调速压缩机，通过提高或降低压缩机的速度，使能量提升装置提供的冷量增多或减少。

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的采暖或制冷温度，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。

Claims (6)

1.一种提取水能量的热泵系统，它包括：依次串联在一起的水能量采集装置(4)、能量提升装置(1)和散热器(3)，所述水能量采集装置(4)包括由装在集热井(20)内的潜水泵(23)、低位能侧换热盘管(5)和集热井(20)依次串联组成的回路，所述能量提升装置(1)包括：由蒸发器(18)、压缩机、冷凝器(19)和膨胀阀(15)依次串联组成的回路，所述散热器(3)包括：由能量输入盘管(6)、循环泵(9)和若干个散热片(21)依次串联组成的回路，其特征在于：在所述能量提升装置(1)和所述散热器(3)之间设有第一换热装置(2)，第一换热装置(2)包括：由高位能侧换热盘管(16)、出液泵(8)和能量输出盘管(17)依次串联组成的回路，所述冷凝器(19)和所述高位能侧换热盘管(16)相耦合，所述散热器(3)的能量输入盘管(6)和所述第一换热装置(2)的能量输出盘管(17)相耦合，在所述能量提升装置(1)和所述水能量采集装置(4)之间设有第二换热装置(22)，第二换热装置(22)包括：由能量输入盘管(24)、能量输出盘管(25)和回液泵(7)依次串联组成的回路，所述第二换热装置(22)的能量输入盘管(24)与所述低位能侧换热盘管(5)相耦合，所述第二换热装置(22)的能量输出盘管(25)与所述蒸发器(18)相耦合，第一换热装置(2)和第二换热装置(22)回路中流动的液体为防冻液，所述压缩机由相互并联在一起的第一压缩机(11)和第二压缩机(12)组成。

2.如权利要求1所述的提取水能量的热泵系统，其特征在于：所述提取水能量的热泵系统还包括：第一二位四通换向阀(13)和第二二位四通换向阀(14)，其中第一二位四通换向阀(13)的第一接口(13a)与第二换热装置(22)能量输入盘管(24)的出液端相连，第一二位四通换向阀(13)的第二接口(13b)与第一换热装置(2)高位能侧换热盘管(16)的进液端相连，第一二位四通换向阀(13)的第三接口(13c)与第一换热装置(2)能量输出盘管(17)的出液端相连，第一二位四通换向阀(13)的第四接口(13d)与第二换热装置(22)能量输出盘管(25)的进液端相连；第二二位四通换向阀(14)的第一接口(14a)与第二换热装置(22)的回液泵(7)的出液端相连，第二二位四通换向阀(14)的第二接口(14b)与第一换热装置(2)的能量输出盘管(17)的进液端相连，第二二位四通换向阀(14)的第三接口(14c)与第一换热装置(2)的出液泵(8)的出液端相连，第二二位四通换向阀(14)的第四接口(14d)与第二换热装置(22)的能量输入盘管(24)的进液端相连。

3.如权利要求2所述的提取水能量的热泵系统，其特征在于：所述第一压缩机(11)和第二压缩机(12)是可调速的压缩机。

4.如权利要求2或3所述的提取水能量的热泵系统，其特征在于：所述第一、第二压缩机(11，12)与所述冷凝器(19)之间串联热水器的加热管(10)。

5.如权利要求4所述的提取水能量的热泵系统，其特征在于：所述水能量采集装置(4)的低位能侧换热盘管(5)和与其相耦合的第二换热装置(22)的能量输入盘管(24)制成板式换热器，所述第二换热装置(22)的能量输出盘管(25)和与其相耦合的蒸发器(18)制成钎焊板式换热器，所述冷凝器(19)和与其相耦合的第一换热装置(2)的高位能侧换热盘管(16)制成钎焊板式换热器，所述第一换热装置(2)的能量输出盘管(17)和与其相耦合的散热器(3)的能量输入盘管(6)制成板式换热器。

6.如权利要求5所述的提取水能量的热泵系统，其特征在于：所述水为江河湖海的水或地下水。