專利名稱：一種利用人工液體采集能量的熱泵一體化裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種蒸發熱量來自于人工液體的熱泵集成裝置，特別涉及一種間接采集 空氣能來恢復循環液體溫的人工液體熱泵裝置，是一種利用新能源的高度集成高效的熱 泵裝置。
背景技術：
熱泵是一種消耗少部分高級能量(電能、燃料燃燒能等)來做功，從低溫熱源吸取 大量能量，然后向高溫熱源釋放熱量的裝置。目前常用的蒸氣壓縮式熱泵的制熱是通過 使用熱泵工質的蒸發冷凝來實現的液態低壓工質通過蒸發器與外界環境換熱，吸收環 境中的熱量后蒸發，然后經過壓縮機被壓縮，工質溫度升高，再經過冷凝器時放熱給高 溫熱源，熱泵工質被液化，然后經過節流元件節流膨脹，溫度和壓力降低，再回流到蒸 發器進入下一循環。在現有的熱泵裝置中，可以利用水、地源、空氣源等多種能量來源。 但是，應用水、地源熱泵需要有合適的水體資源，開展水中拋管、地下埋管施工，因而 水、地源熱泵受到使用場所地表、地下自然條件的限制。使用空氣源受空氣溫、濕度影 響比較大，在冬季濕度較高的地區運行時，蒸發器結霜嚴重，從而導致熱泵不能長時間 高效工作，嚴重時使熱泵機組停止運行。除霜環節中，除霜耗能導致整個熱泵系統效率 的降低。隨著社會的發展及技術的進歩，人們更加需要一種更節能、高效的熱泵能量采 集裝置。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種采熱效率更高、更加節能的、 使用更方便的間接采集空氣能的人工液體熱泵一體化裝置，該熱泵系統在低溫高濕的冬 季能夠穩定運行，可靠性高，無結霜困擾，省去了除霜環節。本發明將人工液體能量采 集裝置與熱泵部件(壓縮機、節流閥和蒸發器等) 一體化集成，無需顧慮使用環境的地 表、地下自然條件，應用方便。
本發明的技術方案是這樣實現的
一種間接采集空氣能的人工液體熱泵一體化裝置，包括人工液體能量采集裝置和熱 泵循環裝置，其中人工液體能量采集裝置包括液體循環單元和空氣循環單元。人工液體 能量采集裝置的液體循環單元包括液體一工質換熱器(液側)、空氣一液體換熱器(液 體側)、集液體槽、液體泵、管路等；空氣循環單元包括空氣一液體換熱器(空氣側)
和風機系統等。熱泵循環裝置根據一體化裝置的集成程度，包括液體一工質換熱器的工 質側(熱泵循環裝置的蒸發器工質側)、壓縮機、節流元件、冷凝器中的部分部件或者
全部部件，冷凝器裝進水箱。液體一工質換熱器21的液體側出口連接空氣一液體換熱 器42的液體側進口，空氣一液體換熱器42的液體側出口連接集液體槽52，形成人工 液體體的循環單元。
液體循環單元中，液體泵的進口與集液體槽連接，出口通過管道進入液體一工質換 熱器的液體側進口 ，液體一工質換熱器的液體側出口連接空氣一液體換熱器的液體側進 口，空氣一液體換熱器的液體側出口連接集液體槽。
空氣循環單元中，在風機系統的驅動下，環境中的空氣經空氣流道后進入空氣一液 體換熱器的空氣側進口，再從空氣一液體換熱器的空氣側出口排放至環境中，形成空氣 循環。
熱泵循環裝置中，液體一工質換熱器的工質側進口與節流元件出口連接，出口與壓 縮機進口連接，壓縮機的出口與冷凝器進口連接，冷凝器出口與節流元件進口連，，熱 泵工質在裝置中循環。液體循環單元和空氣循環單元均通過液體一工質換熱器進行熱交換。
液體循環單元的工作過程本發明使用的液體(或其它液體介質)，進入液體一工 質換熱器的液體側，釋放熱量降溫(工質側吸熱蒸發)，低溫液體從液體—工質換熱器 出來后，進入空氣一液體換熱器液體側，和空氣進行換熱，吸熱升溫，然后高溫液體進 入集液體槽，再被液體泵泵入液體一工質換熱器完成液體循環。
空氣循環裝置的工作過程環境中的空氣在風機系統的推動下，進入空氣一液體換 熱器空氣側，釋放熱量(并有空氣中液體蒸汽的傳質)，然后空氣排入環境，完成空氣 的循環。
熱泵循環裝置的工作過程液態熱泵工質通過節流元件后溫度、壓力均降低，然后 進入液體一工質換熱器的工質側，吸收液體側的熱量后蒸發，氣態的工質經壓縮機壓縮， 壓力和溫度都升高，高溫氣態工質通過冷凝器進行冷凝放熱，將熱量傳遞給高溫熱源， 形成的液態工質重新回到節流元件的進口，完成熱泵工質的循環。
本發明的熱泵工質在液體一工質換熱器的工質側中和循環液體進行熱量的交換，這 部分循環液體類似于人工的液體體。區別與自然環境中的液體體和環境(空氣、液體底 固體巖土)在自然狀態下的換熱，這部分人工液體體采用強制換熱的方式和自然環境中 的空氣進行換熱，構成了本發明的人工液體熱泵的能量來源。由于液體可以由低冰點溫 度的介質代替，實現在零度以下一定溫度內不結冰；空氣一液體換熱器可以采用混合的 方式進行傳熱傳質，使液體一工質換熱器實現了液體間的間壁換熱，換熱途徑突破了空 氣源熱泵常規風冷蒸發器的空氣一液體工質換熱的相態模式。因此，形成結霜的基礎因 素發生了變化，也具有了提高換熱效率的潛力，這樣可以避免熱泵在低溫高濕氣候下使 用的結霜問題，獲得穩定高效的工作性能。
本發明與現有的產品相比，具有耐冷濕氣候、穩定節能的特點。
圖1為本發明提供的人工液體熱泵一體化裝置的原理圖，其空氣一液體換熱器的液 體惻采用噴淋方式和空氣進行開放式的自由接觸，發生傳熱傳質。
圖2為本發明提供的人工液體熱泵一體化裝置，其空氣一液體換熱器和液體一工質 換熱器的液體側均采用噴淋方式，并和空氣進行開放式的自由接觸，發生傳熱傳質。
圖3為本發明提供的人工液體熱泵一體化裝置，其空氣一液體換熱器采用間壁換熱 的方式傳熱。
下面結合附圖對本發明的內容作進一步詳細說明。
具體實施例方式
實施例l參見圖l，本發明的一種利用人工液體采集能量的熱泵一體化裝置，包 括壓縮機l、節流元件5、液體泵64、冷凝器31、集液體槽52、風機系統63、空氣一 液體換熱器42、液體一工質換熱器21、噴淋器53、連接管道ll、 12、 13、 14、 71。液 體一工質換熱器21工質側的進口通過管道12與節流元件5出口連接，出口與壓縮機1 進口通過管道11連接，壓縮機1出口與冷凝器31進口通過管道14連接，冷凝器31 出口與節流元件5進口通過管道13連接，形成熱泵循環裝置。液體泵64的進口與集液 體槽52連接，出口通過管道71與噴淋器53連接，噴淋器53的出液體進入液體一工質 換熱器21的液體側進口，液體一工質換熱器21的液體側出口連接空氣一液體換熱器 42的液體側進口，空氣一液體換熱器42的液體側出口連接集液體槽52，形成人工液體 體的循環單元。環境中的空氣，進入空氣一液體換熱器42，空氣一液體換熱器42的空 氣側出口連接風機系統63，風機系統排氣進入環境，形成空氣的開式循環單元。
熱泵中液態工質通過節流元件5后溫度、壓力均降低，然后進入液體一工質換熱器 21的工質側，吸收液體側的熱量后蒸發，氣態的工質經壓縮機1壓縮，壓力和溫度都 升高，高溫氣態工質流入冷凝器31進行冷凝放熱，形成的液態工質重新回到節流元件5，完成熱泵工質的循環。
液體循環單元的人工液體體(或其它液體介質)，經過噴淋器53，進入液體一工質 換熱器21的液體側，放熱降溫，低溫液體從液體一工質換熱器21出來后，進入空氣一 液體換熱器42的液體側，和空氣進行換熱，吸熱升溫，然后進入集液體槽52，再被液 體泵64泵入噴淋器53，完成人工液體體的循環。
環境中的空氣在風機系統的推動下，從空氣一液體換熱器42的空氣側入口，進入 空氣一液體換熱器42與液體進行熱交換，釋放熱量，溫度降低，低溫空氣排入環境， 完成空氣的循環。
實施例2參見圖2，液體一工質換熱器21工質側的進口通過管道12與節流元件 5出口連接，出口與壓縮機l進口端通過管道ll連接，壓縮機l出口與冷凝器31進口 通過管道14連接，冷凝器31出口與節流元件5進口通過管道13連接，形成熱泵循環 裝置。液體泵64的進口與集液體槽52連接，出口通過管道71與噴淋器53連接，噴淋 器53的出液體進入液體一工質換熱器21的液體側進口，液體一工質換熱器21的液體 側出口連接空氣一液體換熱器42的液體側進口 ，空氣一液體換熱器42的液體側出口連 接集液體槽52，形成人工液體體的循環單元。環境中的空氣進入空氣一液體換熱器42 的空氣側進口，空氣一液體換熱器42的空氣側出口連接風機系統63，在風機系統后排 入環境，形成空氣循環。同時，由于液體一工質換熱器21的液體側采用噴淋方式進液 體，開放于環境， 一部分環境中的空氣會進入液體一工質換熱器21的液體側并同液體 一起流出，發生空氣和液體間的傳熱傳質現象，這部分空氣在風機系統的驅動下最后也 排入環境，形成空氣循環單元。
環境中的空氣在風機系統的推動下， 一部分進入空氣一液體換熱器42的空氣側， 另一部分進入液體一工質換熱器21的液體側，經過液體一工質換熱器21然后進入空氣 一液體換熱器42的空氣側，釋放熱量，低溫空氣排入環境。
實施例3參見圖3，本發明的一種利用人工液體采集能量的熱泵一體化裝置，包 括壓縮機l、節流元件5、液體泵64、冷凝器31、集液體槽52、風機系統63、空氣一 液體換熱器42、液體一工質換熱器21、連接管道71、 11、 12、 13、 14、 15、 16。液體 一工質換熱器21 (蒸發器)的進口通過管道12與節流元件5出口連接，出口與壓縮機 l進口通過管道ll連接，壓縮機l出口與冷凝器31進口通過管道14連接，冷凝器31 出口與節流元件5進口通過管道13連接，形成熱泵循環裝置。液體泵64的進口與集液 體槽52連接，出口通過管道71與液體一工質換熱器21連接，液體一工質換熱器21 的出口通過管道16與空氣一液體換熱器42的液體側進口連接，空氣一液體換熱器42 的液體側出口與集液體槽52通過管道15，形成人工液體體的循環單元。空氣一液體換 熱器42的空氣側進口與大氣連通，出口連接風機系統63，風機系統63出口連接環境， 形成空氣循環單元。
集液體槽52的液體(或其它液體介質)，經泵64后沿管道71直接進入液體一工質 換熱器21的液體側，放熱降溫，低溫液體從液體一工質換熱器21出口沿管道16流進 空氣一液體換熱器42液體惻，與空氣進行換熱，吸熱升溫，然后沿管道15進入集液體 槽52。
所述人工液體為水或低凍點液體。如乙二醇或丙三醇的水溶液，對金屬等有所保護 的乙二醇、丙三醇二甘醇單烷基醚或二縮三丙二醇單烷基醚、硼酸酯為原料復配制得的 溶液等。
權利要求
1. 一種利用人工液體采集能量的熱泵一體化裝置，包括壓縮機(1)、節流元件(5)、液體泵(64)、冷凝器(31)、集液體槽(52)、風機系統(63)、空氣—液體換熱器(42)、液體—工質換熱器(21)、噴淋器(53)、連接管道；其特征在于，液體—工質換熱器(21)的進口通過管道(12)與節流元件(5)出口連接，出口與壓縮機(1)進口端通過管道(11)連接，壓縮機(1)出口與冷凝器(31)進口通過管道(14)連接，冷凝器(31)出口與節流元件(5)進口通過管道(13)連接；液體泵(64)的進口與集液體槽(52)連接，出口通過管道(71)與噴淋器(53)連接，噴淋器(53)的出液體進入液體—工質換熱器(21)的液體側進口，液體—工質換熱器(21)的液體側出口連接空氣—液體換熱器(42)的液體側進口，空氣—液體換熱器(42)的液體側出口連接集液體槽(52)；空氣—液體換熱器(42)的空氣側出口與風機系統(63)連接，冷凝器裝進水箱；液體—工質換熱器(21)的液體側出口連接空氣—液體換熱器(42)的液體側進口，空氣—液體換熱器(42)的液體側出口連接集液體槽(52)，形成人工液體的循環單元。
2、 根據權利要求l所述的一種利用人工液體采集能量的熱泵一體化裝置，其特征 在于，液體循環單元和空氣循環單元構成一體化裝置的，對于熱泵循環裝置，裝置只集 成熱泵循環裝置的液體一工質換熱器(21)的工質側和熱泵裝置管路(11)、 (12);或液 體一工質換熱器(21)的工質側、壓縮機(l)、節流元件(5)和熱泵裝置管路(11)、 (12)、(13)、 (14);或者液體一工質換熱器(21)的工質側、壓縮機(l)、節流元件(5)、冷凝器 (31)和熱泵裝置管路(11)、 (12)、 (13)、 (14)。
3、 根據權利要求1所述的一種利用人工液體采集能量的熱泵一體化裝置，其特征 在于，風機系統(63)對空氣的驅動，采用吸風式或吹風式，風機系統放置在空氣循環單 元的終點或者起點，或放置在空氣循環單元中間的某一位置。
4、 根據權利要求l所述的一種利用人工液體采集能量的熱泵一體化裝置，其特征 在于，液體一工質換熱器(21)中液體與工質的換熱采用噴淋器(53)噴淋的開放方式換熱， 或采用套管式、管殼式、蛇管式換熱器結構。
5、 根據權利要求1所述的一種利用人工液體采集能量的熱泵一體化裝置，其特征 在于，所述人工液體為水或低凍點液體。
6、 根據權利要求1所述的一種利用人工液體采集能量的熱泵一體化裝置，其特征 在于，空氣一液體換熱器(42)釆用逆流、順流或錯流換熱流道；換熱器采用液體在空氣 流中直接噴淋接觸，或采用填料塔、泡罩塔或篩板塔傳熱傳質設備來強化傳熱、傳質， 換熱器采用間壁換熱的方式來交換熱量。
7、 根據權利要求l所述的一種利用人工液體采集能量的熱泵一體化裝置，其特征 在于，液體一工質換熱器(21)與空氣一液體換熱器(42)連接為一體或者分開。
全文摘要
利用人工液體采集能量的熱泵一體化裝置，包括壓縮機(1)、節流元件(5)、液體泵、冷凝器、集液體槽、風機系統、空氣—液體換熱器、液體—工質換熱器、噴淋器、連接管道，液體—工質換熱器的進口通過管道與節流元件(5)出口連接，出口與壓縮機(1)進口端通過管道連接，液體泵的進口與集液體槽連接，出口通過管道與噴淋器連接，噴淋器的出液體進入液體—工質換熱器的液體側進口，液體—工質換熱器的液體側出口連接空氣—液體換熱器的液體側進口，空氣—液體換熱器的液體側出口連接集液體槽；液體—工質換熱器的液體側出口連接空氣—液體換熱器的液體側進口，空氣—液體換熱器的液體側出口連接集液體槽，形成人工液體的循環單元。
文檔編號F25B30/00GK101413737SQ200810235400
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月1日 優先權日2008年12月1日
發明者科 強, 王高元, 鄧建強, 韋幫遠 申請人:南京翠波新能源發展有限公司