復(fù)疊式地源熱泵及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機械設(shè)計與制造領(lǐng)域，特別提供了一種高效環(huán)保的復(fù)疊式地源熱累及 其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國改革開放地不斷深入，大力發(fā)展第二產(chǎn)業(yè)，能源消耗日漸增加。在經(jīng)濟發(fā) 展的同時，環(huán)境污染問題百姓重點關(guān)屯、問題。特別是第十四屆"全國兩會"，環(huán)保問題已經(jīng)超 過住房、教育等問題，百姓關(guān)注率排進(jìn)前五位。然而在我國北方，用于采暖的能源消耗與污 染問題仍然是一大難題。目前我國大力扶持發(fā)展水源熱累行業(yè)，廣泛解決新建筑因采暖過 程造成的環(huán)境污染，節(jié)約資源，避免能源浪費。
[0003] 在我國，地下水源的溫度通常介于10~15°c。當(dāng)該種熱源條件應(yīng)用于普通的單級 水源熱累機組時，一般只能提供40~50°C的熱水。當(dāng)溫度需求高于70°C時，由于機組的能 效極低，無法達(dá)到指定溫度要求。因此，傳統(tǒng)的地源熱累還不能滿足現(xiàn)有高水溫需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種能直接利用地?zé)嶂迫?0°CW上高溫?zé)崴臒崂蹤C組。
[0005] 本發(fā)明具體提供了復(fù)疊式地源熱累，包括初級熱累、二級熱累和復(fù)疊冷凝器1，初 級熱累和二級熱累通過復(fù)疊冷凝器1連接；其中：
[0006] 初級熱累包括地源水管2、初級循環(huán)管路3、低溫級壓縮機4、低溫級蒸發(fā)器5、低溫 級儲液器6,低溫級壓縮機4和低溫級儲液器6通過初級循環(huán)管路3連通，初級循環(huán)管路3 穿過低溫級蒸發(fā)器5和復(fù)疊冷凝器1，地源水管2穿過低溫級蒸發(fā)器5 ;低溫級儲液器6用 于存儲低溫工質(zhì)。
[0007] 二級熱累包括熱水管7、二級循環(huán)管路8、高溫級壓縮機9、高溫級蒸發(fā)器10、高溫 級儲液器11，高溫級壓縮機.9和高溫級儲液器11通過二級循環(huán)管路8連通，二級循環(huán)管路 8穿過高溫級蒸發(fā)器10和復(fù)疊冷凝器1，熱水管7穿過高溫級蒸發(fā)器10。高溫級儲液器11 用于存儲高溫工質(zhì)。
[000引所述的初級熱累還設(shè)置有低溫級膨脹閥12、低溫級視液鏡13、低溫級干燥過濾器 14,前述=者均布置在初級循環(huán)管路3上。低溫級膨脹閥12用于節(jié)流，低溫級視液鏡13用 于觀察管路內(nèi)部液位，低溫級干燥過濾器14用于去除低溫工質(zhì)中的水份。
[0009] 所述的二級熱累還設(shè)置有高溫級膨脹閥15、高溫級視液鏡16、高溫級干燥過濾器 17,前述=者均布置在二級循環(huán)管路8上。高溫級膨脹閥15用于節(jié)流，高溫級視液鏡16用 于觀察管路內(nèi)部液位，高溫級干燥過濾器17用于去除高溫工質(zhì)中的水份。
[0010] 復(fù)疊式地源熱累的初級熱累使用普通工質(zhì)作為初級循環(huán)管路3的循環(huán)介質(zhì)，二級 熱累使用高溫工質(zhì)作為二級循環(huán)管路8的循環(huán)介質(zhì)。
[0011] 普通工質(zhì)為R22、R407C、R134a其中之一或其組合，二級熱累使用高溫工質(zhì)為HR01 和/或HR02。
[0012] 普通工質(zhì)具體為R407C，二級熱累使用高溫工質(zhì)具體為HROl。
[0013] 所述復(fù)疊式地源熱累的使用方法，其特征在于初級熱累中的0~l〇°C的普通工質(zhì) 液體，通過低溫級蒸發(fā)器5吸收地源水管2中地下水的熱量后蒸發(fā)為氣體，地下水被從12°C 冷卻到rc后返回地下，蒸發(fā)后的普通工質(zhì)氣體被低溫級壓縮機4吸入并壓縮成高溫高壓 氣體，并通過低溫級蒸發(fā)器5將熱量釋放給30~50°C的高溫工質(zhì)，普通工質(zhì)被冷凝為45°C 液體，通過低溫級節(jié)流閥再被節(jié)流為0~l〇°C普通工質(zhì)液體；
[0014] 二級熱累，高溫工質(zhì)液體在30~50°C的溫度下吸收了普通工質(zhì)的熱量后蒸發(fā)為 氣體，蒸發(fā)后的高溫工質(zhì)氣體被高溫級壓縮機9吸入并壓縮成高溫高壓高溫工質(zhì)氣體，高 溫高壓高溫工質(zhì)氣體通過高溫級冷凝器將熱量釋放到熱水管7,使熱水管7中液體從75°C 升至80°C，高溫工質(zhì)被冷凝為75~90°C的液體，通過高溫級節(jié)流閥再被節(jié)流為30~50°C 高溫工質(zhì)液體。
[0015] 初級熱累中的2°C的普通工質(zhì)液體，通過低溫級蒸發(fā)器5吸收地源水管2中地下水 的熱量后蒸發(fā)為氣體，地下水被從i2°c冷卻到rc后返回地下，蒸發(fā)后的普通工質(zhì)氣體被 低溫級壓縮機4吸入并壓縮成高溫高壓氣體，并通過低溫級蒸發(fā)器5將熱量釋放給40°C的 高溫工質(zhì)，普通工質(zhì)被冷凝為45°C液體，通過低溫級節(jié)流閥再被節(jié)流為2°C普通工質(zhì)液體；
[0016] 二級熱累，高溫工質(zhì)液體在40°C的溫度下吸收了普通工質(zhì)的熱量后蒸發(fā)為氣體， 蒸發(fā)后的高溫工質(zhì)氣體被高溫級壓縮機9吸入并壓縮成高溫高壓高溫工質(zhì)氣體，高溫高壓 高溫工質(zhì)氣體通過高溫級冷凝器將熱量釋放到熱水管7,使熱水管7中液體從75°C升至 80°C，高溫工質(zhì)被冷凝為85°C的液體，通過高溫級節(jié)流閥再被節(jié)流為40°C高溫工質(zhì)液體。
[0017] 本發(fā)明采用高、低溫兩種不同的工質(zhì)，將熱累循環(huán)系統(tǒng)分成高、低溫兩級進(jìn)行溫度 遞增復(fù)疊式循環(huán)。初級熱累為普通工質(zhì)系統(tǒng)，相當(dāng)于普通熱累，機組中2°c左右的普通工質(zhì) 液體，通過低溫級蒸發(fā)器5吸收地下水中的熱量后蒸發(fā)為氣體，地下水從12°C被冷卻到rc 后排出。而蒸發(fā)后的普通工質(zhì)氣體被低溫級壓縮機4吸入并壓縮成高溫高壓氣體。但此時 普通工質(zhì)氣體不是通過冷凝器將高溫高壓氣體的熱量釋放到采暖回水中，而是通過復(fù)疊冷 凝器1將熱量釋放至40°C左右的高溫工質(zhì)；而普通工質(zhì)被冷凝為45°CW上的液體，并通過 低溫級膨脹閥12節(jié)流為2°C左右普通工質(zhì)液體。該樣循環(huán)往復(fù)。二級熱累為高溫工質(zhì)系 統(tǒng)，高溫工質(zhì)液體在40°C左右的溫度下吸收了普通工質(zhì)的熱量后蒸發(fā)為氣體。蒸發(fā)后的高 溫工質(zhì)氣體被高溫級壓縮機9吸入并壓縮成高溫高壓氣體。高溫高壓的高溫工質(zhì)氣體通過 高溫級蒸發(fā)器10將熱量釋放到采暖回水中，使采暖水升至80°C左右。高溫工質(zhì)被冷凝為 85°C左右的液體后，通過高溫級膨脹閥15節(jié)流為40°C左右高溫工質(zhì)液體。該樣循環(huán)往復(fù)。
[0018] 本發(fā)明將兩個循環(huán)系統(tǒng)疊加，使高、低溫兩種工質(zhì)在最佳工況下平穩(wěn)運行。本發(fā)明 中低溫級部分是用來從地下水中提取低品位熱；高溫級部分是用來將低溫級部分排出的氣 體使之在一定的溫度下冷凝、液化。
[0019] 本發(fā)明增加了大溫差熱累循環(huán)的能效比，使正常運行時供水溫度在70°CW上，能 效比高達(dá)2.8W上。通過模擬計算，高溫水源熱累機組的能效比如下表所示：
[0020]
【主權(quán)項】
1. 復(fù)疊式地源熱泵，其特征在于包括初級熱泵、二級熱泵和復(fù)疊冷凝器（1)，初級熱泵 和二級熱泵通過復(fù)疊冷凝器（1)連接；其中： 初級熱泵包括地源水管（2)、初級循環(huán)管路（3)、低溫級壓縮機（4)、低溫級蒸發(fā)器（5)、 低溫級儲液器（6)，低溫級壓縮機（4)和低溫級儲液器（6)通過初級循環(huán)管路（3)連通，初 級循環(huán)管路（3)穿過低溫級蒸發(fā)器（5)和復(fù)疊冷凝器（1)，地源水管（2)穿過低溫級蒸發(fā)器 (5)； 二級熱泵包括熱水管（7)、二級循環(huán)管路（8)、高溫級壓縮機（9)、高溫級蒸發(fā)器（10)、 高溫級儲液器（11)，高溫級壓縮機（9)和高溫級儲液器（11)通過二級循環(huán)管路（8)連通， 二級循環(huán)管路（8)穿過高溫級蒸發(fā)器（10)和復(fù)疊冷凝器（1)，熱水管（7)穿過高溫級蒸發(fā) 器（10)〇
2. 按照權(quán)利要求1所述的復(fù)疊式地源熱泵，其特征在于所述的初級熱泵還設(shè)置有低溫 級膨脹閥（12)、低溫級視液鏡（13)、低溫級干燥過濾器（14)，前述三者均布置在初級循環(huán) 管路（3)上。
3. 按照權(quán)利要求1所述的復(fù)疊式地源熱泵，其特征在于所述的二級熱泵還設(shè)置有高溫 級膨脹閥（15)、高溫級視液鏡（16)、高溫級干燥過濾器（17)，前述三者均布置在二級循環(huán) 管路⑶上。
4. 按照權(quán)利要求1~3其中之一所述的復(fù)疊式地源熱泵，其特征在于所述的復(fù)疊式地 源熱泵的初級熱泵使用普通工質(zhì)作為初級循環(huán)管路（3)的循環(huán)介質(zhì)，二級熱泵使用高溫工 質(zhì)作為二級循環(huán)管路（8)的循環(huán)介質(zhì)。
5. 按照權(quán)利要求4所述的復(fù)疊式地源熱泵，其特征在于所述的普通工質(zhì)為R22、R407C、 R134a其中之一或其組合，二級熱泵使用高溫工質(zhì)為HR01和/或HR02。
6. 按照權(quán)利要求5所述的復(fù)疊式地源熱泵，其特征在于所述的普通工質(zhì)具體為R407C， 二級熱泵使用高溫工質(zhì)具體為HR01。
7. 按照權(quán)利要求1~3或5或6其中之一所述復(fù)疊式地源熱泵的使用方法，其特征 在于所述的初級熱泵中的〇~l〇°C的普通工質(zhì)液體，通過低溫級蒸發(fā)器（5)吸收地源水管 (2)中地下水的熱量后蒸發(fā)為氣體，地下水被從12°C冷卻到7°C后返回地下，蒸發(fā)后的普通 工質(zhì)氣體被低溫級壓縮機（4)吸入并壓縮成高溫高壓氣體，并通過低溫級蒸發(fā)器（5)將熱 量釋放給30~50°C的高溫工質(zhì)，普通工質(zhì)被冷凝為45°C液體，通過低溫級節(jié)流閥再被節(jié)流 為0~10°C普通工質(zhì)液體； 二級熱泵，高溫工質(zhì)液體在30~50°C的溫度下吸收了普通工質(zhì)的熱量后蒸發(fā)為氣體， 蒸發(fā)后的高溫工質(zhì)氣體被高溫級壓縮機（9)吸入并壓縮成高溫高壓高溫工質(zhì)氣體，高溫高 壓高溫工質(zhì)氣體通過高溫級冷凝器將熱量釋放到熱水管（7)，使熱水管（7)中液體從75°C 升至80°C，高溫工質(zhì)被冷凝為75~90°C的液體，通過高溫級節(jié)流閥再被節(jié)流為30~50°C 高溫工質(zhì)液體。
8. 按照權(quán)利要求7所述復(fù)疊式地源熱泵的使用方法，其特征在于所述的初級熱泵中的 2°C的普通工質(zhì)液體，通過低溫級蒸發(fā)器（5)吸收地源水管（2)中地下水的熱量后蒸發(fā)為氣 體，地下水被從12°C冷卻到7°C后返回地下，蒸發(fā)后的普通工質(zhì)氣體被低溫級壓縮機（4)吸 入并壓縮成高溫高壓氣體，并通過低溫級蒸發(fā)器（5)將熱量釋放給40°C的高溫工質(zhì)，普通 工質(zhì)被冷凝為45°C液體，通過低溫級節(jié)流閥再被節(jié)流為2°C普通工質(zhì)液體； 二級熱泵，高溫工質(zhì)液體在40°C的溫度下吸收了普通工質(zhì)的熱量后蒸發(fā)為氣體，蒸發(fā) 后的高溫工質(zhì)氣體被高溫級壓縮機（9)吸入并壓縮成高溫高壓高溫工質(zhì)氣體，高溫高壓高 溫工質(zhì)氣體通過高溫級冷凝器將熱量釋放到熱水管（7)，使熱水管（7)中液體從75°C升至 80°C，高溫工質(zhì)被冷凝為85°C的液體，通過高溫級節(jié)流閥再被節(jié)流為40°C高溫工質(zhì)液體。
【專利摘要】本發(fā)明具體提供了復(fù)疊式地源熱泵，包括初級熱泵、二級熱泵和復(fù)疊冷凝器，初級熱泵和二級熱泵通過復(fù)疊冷凝器連接；其中初級熱泵包括地源水管、初級循環(huán)管路、低溫級壓縮機、低溫級蒸發(fā)器、低溫級儲液器，二級熱泵包括熱水管、二級循環(huán)管路、高溫級壓縮機、高溫級蒸發(fā)器、高溫級儲液器。本發(fā)明增加了大溫差熱泵循環(huán)的能效比，使正常運行時供水溫度在70℃以上，能效比高達(dá)2.8以上。本發(fā)明熱源側(cè)與普通水源熱泵相同，可利用普通地下水源。本發(fā)明能直接利用例如地下水源等低品位熱源制取70℃以上高溫?zé)崴?，最高水溫可達(dá)90℃。本發(fā)明主要應(yīng)用在需應(yīng)用較高溫度熱水的場所，如賓館、飯店、工廠、石油石化系統(tǒng)、供熱行業(yè)、食品醫(yī)藥加工行業(yè)等。
【IPC分類】F25B30-06, F25B7-00
【公開號】CN104713261
【申請?zhí)枴緾N201510121182
【發(fā)明人】李艷嬌, 張興科
【申請人】沈陽一冷新能源技術(shù)有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月18日