CN105783332B - 实现绿态小区的热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了实现绿态小区的热泵系统，包括每户热泵系统、贮热水池、盘管式贮热交换器、传递热能的液相保温管、汽相保温管、以及通过液相保温管、汽相保温管与每户热泵系统相连的电磁阀，其特征是所述每户热泵系统是由套管换热器、供热交换器、低温压缩机、热泵压缩机、蒸发器、冷凝器、水膜蒸发器、和旋转式双缸汽泵、以及电子膨胀阀、热回收蒸发器、智能控制板组成等设施。该实现绿态小区的热泵系统、具有投资省、实用性强、对解决城市空气污染、创建低碳绿态小区、具有极强的可操作性。

Description

实现绿态小区的热泵系统

技术领域

本发明属于城市节能、低碳绿态、智慧社区的实施应用，包括中水的利用、低谷电的存贮及应用、特别涉及实现绿态小区的热泵系统。

背景技术

我国是一个人口众多、贫油、贫气、煤碳应用占国内总能源应用70％的发展中国家，各行各业正处在发展时期，人们对生活的消费追求与日俱增，消费带来的碳排放已严重威胁着城市的环境。为治理环境、政府提出以电代煤战略、这是一项非常艰巨的举措、一方面城市供电设施、网线配置均要翻二倍，同时输送电能的电力网线和电厂均要翻倍，国家要花巨资和很长的时间才能实现这一举措，既使实现、碳排放仍然增加、只不过是从国土的东部、移到了西部。另外我国的电力、经几十年的升级改造是相对富裕的清洁能源、但低谷电没被很好利用、这一资源的浪费很可惜。还有、我国是一个贫油、贫气的国家、政府为改善我国城乡居民的生活能源方式，花大量外汇购入天然气、这是一种清洁能源、将它用于汽車以气代油改造、可净化汽车尾气排放。将它用于小区先发电后供暖、可提高能效好几倍、可我国天然气有近一半是用来城乡居民烧热水的简单应用。

利用低谷电吸收空气能、转化成低温水存贮，第二天将其热量经热泵取出再升温供热的方案，和利用空气经过比表面较大的水膜产生蒸发、使空气和水同时降温、利用这降低了温度的风、加速对冷凝器中制冷剂的冷凝、从而加大了蒸发效果，使进风温度下降，降低了温度的风和比表面积较大的水膜接触、使水的温度进一步下降，但制冷功耗很大。

经本发明人反复的实验，本发明进行了实质性改进，低谷电贮能用水泵传递热量、（贮能和用能都要开水泵）、能耗大，尤其是6层以上的房屋、用水来传递热量、其功耗都是非常大的。

制冷部分的蒸发器每一排都经上部的汽液分离器连在一起、冷凝器的每一排也连在一起、每排之间没有温度梯度，因此不能造成第一排蒸发器降低空气中水份、以增加水膜蒸发器更好蒸发降温的正能量。蒸发器、冷凝器均由蛇型肋片管式组成、但各蒸发器中制冷剂供给的均匀性，和热交换效率都存在实质性问题。

北方的冬天、室外温度低至零下近10度、吸收的蒸汽、经压缩机升温再经冷凝器冷凝成液体后，其冷凝温度就是供热温度，如40℃、其冷凝液经节流阀回到蒸发器、其显热全部散失在冷风中，如冷风为零下10℃。这种低温工况下，系统有25％到30％的热能被浪费。

制冷部分的强冷辅助泵、采用的刮片泵、其机械效率低，不耐用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，实现绿态小区的热泵系统，为城乡居民提供一种显著降低制冷、取暖、烧热水耗能的热泵系统。该产品节电显著、一度电能取得几度电的能效、既能显著降低南方城乡夏天空调制冷的负荷（在保证舒适供冷的前提下），又能解决北方城乡以电代煤取暖、供电能力不够的缺陷。该设备利用低谷电吸收低温空气热能，转为低温水贮热、制热效率既使在零下10度也能达到3以上，第二天取出经热泵系统升温、以少量的电制得几倍的热能用以供暖。既能适应我国城市现有供电能力，又极大的净化了城市的空气质量、同时大大降低了整个国家的碳排放。该设备烧热水较天然气烧热水要省几倍的能耗费。

实现绿态小区的热泵系统、包括每户热泵系统、贮热水池、盘管式贮热交换器、传递热能的液相保温管、汽相保温管、以及通过液相保温管、汽相保温管与每户热泵系统相连的电磁阀，其特征是所述每户热泵系统是由套管换热器、供热交换器、低温压缩机、热泵压缩机、蒸发器、冷凝器、水膜蒸发器、和旋转式双缸汽泵、以及电子膨胀阀、热回收蒸发器、智能控制板组成。

所述热回收蒸发器由贮液腔内置热交换盘管构成，热交换盘管的一端经一节流管与电子膨胀阀入口相连、热交换盘管的另一端与热泵压缩机的进汽管相连、热回收蒸发器的贮液腔的上端与套管换热器的外盘管下端经电磁阀相连，所述热回收蒸发器上端的另一侧与供热交换器下端出口相连；所述热回收蒸发器的贮液腔下端与电子膨胀阀入口相连，贮液腔下端的另一侧与套管换热器的外盘管下端相连，所述贮液腔与所述套管换热器之间设有毛细管和电磁阀串联后相连。

所述蒸发器，冷凝器均由若干排蛇管铝肋片式换热器构成，且蒸发器与冷凝器的排数相对应，并分布在所述水膜蒸发器的二侧，所述蒸发器设于进风端，所述冷凝器设于出风端，制冷液经管分配头均分给每排蒸发器、和冷凝器液相管的下部进液口；每组换热器的底部管口均与液相管相连、液相管的上部与汽液分离器的底部相连；每组换热器的上部出口均与汽相管相联、汽相管的上部出口插入汽液分离器的上部、并与汽液分离器腔体的下部固定连接。

所述蒸发器上部的汽液分离器与旋转式双缸汽泵的一压缩腔入口相连，压缩腔的出口与设于冷凝器上的汽液分离器相连，所述旋转式双缸汽泵的压缩腔出口和压缩腔入口间并连设有单向阀，设于所述冷凝器上的汽液分离器与所述热泵压缩机的入口有一电磁阀，所述旋转式双缸泵的另一压缩腔入口与设于蒸发器上的汽液分离器相连，所述旋转式双缸泵的另一压缩腔出口与设于其相应的冷凝器上的汽液分离器相连、所述旋转式双缸泵的压缩腔出口和压缩腔入口间并连设有单向阀，且冷凝器上的汽液分离器与低温压缩机的入口相连。

所述水膜蒸发器包括若干根ppR管按垂直错列式分布的低翅片管构成，水从上端每根PPR管的缝隙中溢出、沿着整个外管壁面流下，由下部的托盘收集。

所述智能控制板有户式制冷、制热、烧热水显示及控制，还包括热贮档案，用户低谷电开机、贮热，用户取暖用能、存、欠查询

所述低温压缩机由控制板检测其电流，温度，通过电子膨胀阀调整制冷剂供给量。

所述套管式换热器包括大管内套小管，内管空间和外管内壁与内管外壁构成的空间内均为制冷剂、呈相变工作态。

所述贮热池，是一种将一栋房若干户住宅的热泵系统集散式控制、利用晚上低谷电吸收空气能，经套管式热交换器将热量传给液相保温管和汽相保温管、经液相保温管和汽相保温管将热能传至地下贮热池的盘管式贮热交换器、经螺旋桨电动机搅动、不断把热量传至水中集中存贮；次日再经盘管式贮热交换器、经螺旋桨电动机搅动、不断把热量经液相保温管和汽相保温管传给每户、再由每户的热泵系统升温供热。

所述盘管式贮热交换器为由若干圈盘管组成的热交换器，所述盘管式贮热交换器设于贮热池中部，且盘绕于螺旋桨外部，汽相保温管与盘管式贮热交换器的上部相连，液相保温管与盘管热交换器的底部相连，液相保温管上设有贮热供液泵。

本发明与当前所用电取暖设备相比，节能显著、利用我国富裕的夜间低谷电、吸收空气能、以获得几倍的低温热能存贮、第二天经热泵升温供暖，以一度电提供几倍的热能供暖、大大降低对电网峰谷电的压力。

实施简单，利用城市现有供电网络便可实现以电代煤、可节约—大笔城市电网增容费。

在建或已建的小区、只要在每幢房的一个角落挖一个池、按每户2－3立方计，挖完、砌好池后，池面仍盖以50公分的土、种值树木花草、只需很小的投入、便可实现低谷电贮能，非取暖季，利用贮热水池作贮雨水和中水用，将回收的水用作喷灌树木或洗车用。

创新驱动、拉动内需、本发明与现有空调制冷相比、节能显著、不仅电耗大大下降、而且恒温、恒湿、恒氧（引入室外自然风循行），尤其备有生活热水功能、具有贮热供暖功能，整机简单（沒采用变频系统）、耐用（制冷系统全封闭、永不漏氟）、价廉物美、省能耗费。既是搬进新居的城乡百姓急需的产品，也是政府及公共建筑节能减排的必须产品。

附图说明：

图1为本发明的实施结构示意图，

图中：1.盘管式贮热交换器；2.贮热供液泵；3.螺旋桨电动机；4.液相保温管；5.汽相保温管；6.贮热液相阀；7.贮热汽相阀；8.套管换热器；9.供热交换器；10.低温压缩机；11.液相阀；12.热回收蒸发器；13.电子膨胀阀；14.热回收毛细管；15.微型管道泵；16.贮热电磁阀；17.托盘；18.电磁阀；19.贮液腔；20.毛细管；21.热泵压缩机；22.压缩腔入口；23.单向阀；24.压缩腔出口；25.旋转式双缸汽泵；26.汽液分离器；27.换热器；28.空调室内机；29.蒸发器；3O.智能控制板；31.冷凝器；32.取暖阀；33.室外机风扇；34.水膜蒸发器；35.化霜阀；36.制冷循环泵；37.三通电磁阀；38.贮热水池；39.循环泵；40.热水桶；41.地暖；42.管分配器。

具体实施方式

为了能进一步了解本发明的技术方案，由以下实施例结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

低谷电贮能应用

考虑到楼房高度的因素，采用水泵循环传递热量很费电，本系统采用先进的相变式传热，利用蒸汽传输压差甚小的优势、使热量传递几乎不耗能。

每当晚上十点钟后，电控板程序进入低谷电贮能、此时、贮热水池38中的螺旋桨电动机3转动，带动液体由下往上翻动、同时贮热供液泵2开动，盘管式贮热交换器1中的制冷剂输入各家热泵的套管换热器8中，同时各家的热泵也自动设为贮能模式，将贮热液相阀6、贮热汽相阀7打开，将电磁阀18、液相阀11、电子膨胀阀13打开，将室外机风扇33、低温压缩机10、热泵压缩机21启动，此时冷凝器也当蒸发器使用，压缩机吸收蒸发器的汽体、经压缩机升温后输入套管换热器8的外层套管、将内层管的制冷液汽化、产生的汽体经汽相保温管5输至贮热水池38中的盘管式贮热交换器1中、将热量传给贮热水池38中，汽体冷凝成液体，周而复始。低温压缩机10内腔空间比国家标准大，通过智能控制板30检测其电流、温度，通过电子膨胀阀调整制冷剂供给量、从而增大压缩机在低吸入压，低排出压工况的产热能力。

在套管换热器8的外层管中冷凝的液体、经液相阀11流入热回收蒸发器12的贮液腔19，将制冷剂的显热传递给腔内热回收蒸发器12，使其管内制冷剂汽化、管外制冷液被冷却后，流经电子膨胀阀13、将制冷液经管分配器42均分到各蒸发器，周而复始；贮液腔19可以是腔、也可以是套在交换盘管外的套管。

实施例2

集散式供暖

白天系统进入供热取暖、贮热池中的螺旋桨转动，制冷剂蒸汽充满汽相保温管5中，有取暖需求的用户、按取暖键后、系统将该户的贮热液相阀6和贮热汽相阀7打开、套管换热器8的内层管充满着蒸汽、此时系统将贮热电磁阀16打开，开动热泵压缩机21，此时套管换热器8外层管中的蒸汽被吸入热泵压缩机21，经压缩升温产生高温气体送至供热交换器9的盘管中，对循环水加热，升温后的水经循环泵39．经三通电磁阀37．经取暖阀32对室内的地暖41循环供暖、回水流入供热交换器9的上部入口，周而复始。供热交换器9的热交换盘管内的蒸汽冷凝后、从底部管口流入热回收蒸发器的贮液腔19，释放显热后、由贮液腔19底部经电磁阀18和毛细管20流至盘管换热器8的外盘管的底部进液口吸热蒸发，周而复始。

当有寒潮来临，室外温度特低，智能控制板30检测到贮热温度欠佳时、会自动启动低温压缩机10、打开电磁阀18、适度打开电子膨胀阀13．开动空调室内机28．为室内增加供热。

实施例3

低能耗的制冷

这是一种水循环制冷、电控板根据环境温度、或人的指令将制冷分成，32度以上为强冷，32度以下为一般制冷。

一般制冷段不需开旋转式双缸汽泵25、只须开室外机风扇33、制冷循环泵36、开微型管道泵15．制冷液经管分配器42均分、进入第一排蒸发器27和第二排蒸发器27的底部进液口。由于每排蒸发器都是若干组并连、在热风的作用下、产汽量特别大、汽体上升至相应的汽液分离器26．经单向阀23进入第一排冷凝器31和汽液分离器26，由于第一排冷凝器31受到水膜蒸发器34产生的冷风作用，其冷凝温度低于蒸发温度、促使蒸发加剧、使蒸发器铝肋片上温度进一步下降，使空气中水份析出，降低了温度和湿度的空气进入第二排蒸发器29和第二排冷凝器31构成的降温循环圈后，空气的温度又得到进一步下降。然后进入水膜蒸发器34，使水的温度进一步下降。这低温的水循环进入室内的空调室内机28中．可得到恒温恒湿的舒适凉风。

当环境温度高于32度、系统开动旋转双缸汽泵25．仍开微型管道泵15和室外机风扇33．同理由于冷凝器31受到水膜蒸发器34冷风的作用、冷凝器31和蒸发器29之间的气体压差非常小、因此旋转式双缸汽泵25的功率也非常小、一般不超过同等制冷功率空调耗能的五分之一。

实施例4

四季热水

提供生活热水有几种模式，由用户自选，但系统提供一种基本模式、此模式工作时，系统将电磁阀18得电打开，开动循环泵39，室外机风扇33，热泵压缩机21，热泵压缩机21不停的通过蒸发器29及冷凝器31，吸收空气中的热量、压缩升温再经供热交换器9把热量传给循环水，蒸汽冷凝后、制冷液自供热交换器9的盘管底部、流入热回收蒸发器12的贮液腔19，释放显热后经电子膨胀阀13流入蒸发器29、周而复始。随着循环水温的不断升高、循环泵39把热量不断转移到热水桶40中、直至给定温度停机。

实施例5

智能管家

一个好的节能产品、必须要有一个好的控制系统。该智能控制板30除完成设备运行全程监控、显示外，还可以对家庭的用电、能月、周、日查询，可对该用户每天向贮热水池38提供了多少热量，每天又从贮热水池38取走了多少热量有累计，警示用户要有节余，超支月底结算会罚款。使人们养成一种节能意识。本系统是采用89C51来完成这智能管家任务的。

实施例6

绿态小区

一个节能低碳的小区并不一定是绿态小区，将每幢房的贮热池在非取暖季当贮水池用（因取暖季也正是植物的休眠期、不需要水）。开春后将雨水和中水（因地域而异）收集，用于对树木花草植被的滴灌或喷灌、将小区的路边角落种满各式树木、郁郁丛丛、有水树木生长旺盛，充满着生机、空气也因此滋润、充满着树木清香。这样的小区多宜人。

Claims (7)

1.实现绿态小区的热泵系统，包括每户热泵系统、贮热水池、盘管式贮热交换器、传递热能的液相保温管、汽相保温管、以及通过液相保温管、汽相保温管与每户热泵系统相连的电磁阀，其特征是所述每户热泵系统是由套管换热器、供热交换器、低温压缩机、热泵压缩机、蒸发器、冷凝器、水膜蒸发器、和旋转式双缸汽泵、以及电子膨胀阀、热回收蒸发器、智能控制板组成，所述热回收蒸发器由贮液腔内置热交换盘管构成；热交换盘管的一端经一节流管与电子膨胀阀入口相连、热交换盘管的另一端与热泵压缩机的进汽管相连、热回收蒸发器的贮液腔的上端与套管换热器的外盘管下端经电磁阀相连，所述热回收蒸发器上端的另一侧与供热交换器下端出口相连；所述热回收蒸发器的贮液腔下端与电子膨胀阀入口相连，贮液腔下端的另一侧与套管换热器的外盘管下端相连，所述套管换热器经与毛细管和电磁阀串联后与贮液腔相连，所述蒸发器、冷凝器均由若干排蛇管铝肋片式换热器构成，且蒸发器与冷凝器的排数相对应，并分布在所述水膜蒸发器的二侧，所述蒸发器设于进风端，所述冷凝器设于出风端，制冷液经管分配头均分给每排蒸发器、和冷凝器液相管的下部进液口；每排换热器的底部管口均与液相管相连、液相管的上部与汽液分离器的底部相连；每排换热器的上部出口均与汽相管相联、汽相管的上部出口插入汽液分离器的上部、并与汽液分离器腔体的下部固定连接；所述蒸发器上部的汽液分离器与旋转式双缸汽泵的一压缩腔入口相连、压缩腔的出口与设于冷凝器上的汽液分离器相连，所述旋转式双缸汽泵的压缩腔出口和压缩腔入口间并连设有单向阀，设于所述冷凝器上的汽液分离器与所述热泵压缩机的入口有一电磁阀，所述旋转式双缸汽泵的另一压缩腔入口与设于蒸发器上的汽液分离器相连，所述旋转式双缸汽泵的另一压缩腔出口与设于其相应的冷凝器上的汽液分离器相连、所述旋转式双缸汽泵的压缩腔出口和压缩腔入口间并连设有单向阀，且冷凝器上的汽液分离器与低温压缩机的入口相连。

2.根据权利要求1所述实现绿态小区的热泵系统，其特征是所述水膜蒸发器包括若干根ppR管按垂直错列式分布的低翅片管构成、水从上端每根PPR管的缝隙中溢出、沿着整个外管壁面流下，由下部的托盘收集。

3.根据权利要求1所述实现绿态小区的热泵系统，其特征是所述智能控制板有户式制冷、制热、烧热水显示及控制，还包括热贮档案，用户用低谷电开机、贮热，用户取暖用能、存、欠查询。

4.根据权利要求1所述实现绿态小区的热泵系统，其特征是所述低温压缩机由智能控制板检测其电流、温度，通过电子膨胀阀调整制冷剂供给量。

5.根据权利要求1所述实现绿态小区的热泵系统、其特征是所述套管式换热器包括大管内套小管、内管空间和外管内壁与内管外壁构成的空间内均为制冷剂、呈相变工作态。

6.根据权利要求1所述实现绿态小区的热泵系统，其特征是所述贮热水池是一种将一栋房若干户住宅的热泵系统集散式控制、利用晚上低谷电吸收空气能，经盘管式贮 热交换器将热量传给液相保温管和汽相保温管、经液相保温管和汽相保温管将热能传至地下贮热水池的盘管式贮热交换器、经螺旋桨电动机搅动、不断把热量传至水中集中存贮；次日再经盘管式贮热交换器、经螺旋桨电动机搅动、不断把热量经液相保温管和汽相保温管传给每户、再由每户的热泵系统升温供热。

7.根据权利要求1或6所述实现绿态小区的热泵系统，其特征是所述盘管式贮热交换器为由若干圈盘管组成的热交换器，所述盘管式贮热交换器设于贮热水池中部，且盘绕于螺旋桨外部，汽相保温管与盘管式贮热交换器的上部相连，液相保温管与盘管式贮热交换器的底部相连，液相保温管上设有贮热供液泵。