专利名称：一种利用人工液体采集能量的热泵一体化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蒸发热量来自于人工液体的热泵集成装置，特别涉及一种间接采集 空气能来恢复循环液体温的人工液体热泵装置，是一种利用新能源的高度集成高效的热 泵装置。
背景技术：
热泵是一种消耗少部分高级能量(电能、燃料燃烧能等)来做功，从低温热源吸取 大量能量，然后向高温热源释放热量的装置。目前常用的蒸气压縮式热泵的制热是通过 使用热泵工质的蒸发冷凝来实现的液态低压工质通过蒸发器与外界环境换热，吸收环 境中的热量后蒸发，然后经过压縮机被压縮，工质温度升高，再经过冷凝器时放热给高 温热源，热泵工质被液化，然后经过节流元件节流膨胀，温度和压力降低，再回流到蒸 发器进入下一循环。在现有的热泵装置中，可以利用水、地源、空气源等多种能量来源。 但是，应用水、地源热泵需要有合适的水体资源，开展水中抛管、地下埋管施工，因而 水、地源热泵受到使用场所地表、地下自然条件的限制。使用空气源受空气温、湿度影 响比较大，在冬季湿度较高的地区运行时，蒸发器结霜严重，从而导致热泵不能长时间 高效工作，严重时使热泵机组停止运行。除霜环节中，除霜耗能导致整个热泵系统效率 的降低。随着社会的发展及技术的进歩，人们更加需要一种更节能、高效的热泵能量采 集装置。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种采热效率更高、更加节能的、 使用更方便的间接采集空气能的人工液体热泵一体化装置，该热泵系统在低温高湿的冬 季能够稳定运行，可靠性高，无结霜困扰，省去了除霜环节。本发明将人工液体能量采 集装置与热泵部件(压缩机、节流阀和蒸发器等) 一体化集成，无需顾虑使用环境的地 表、地下自然条件，应用方便。
本发明的技术方案是这样实现的
一种间接采集空气能的人工液体热泵一体化装置，包括人工液体能量采集装置和热 泵循环装置，其中人工液体能量采集装置包括液体循环单元和空气循环单元。人工液体 能量采集装置的液体循环单元包括液体一工质换热器(液侧)、空气一液体换热器(液 体侧)、集液体槽、液体泵、管路等；空气循环单元包括空气一液体换热器(空气侧)
和风机系统等。热泵循环装置根据一体化装置的集成程度，包括液体一工质换热器的工 质侧(热泵循环装置的蒸发器工质侧)、压縮机、节流元件、冷凝器中的部分部件或者
全部部件，冷凝器装进水箱。液体一工质换热器21的液体侧出口连接空气一液体换热 器42的液体侧进口，空气一液体换热器42的液体侧出口连接集液体槽52，形成人工 液体体的循环单元。
液体循环单元中，液体泵的进口与集液体槽连接，出口通过管道进入液体一工质换 热器的液体侧进口 ，液体一工质换热器的液体侧出口连接空气一液体换热器的液体侧进 口，空气一液体换热器的液体侧出口连接集液体槽。
空气循环单元中，在风机系统的驱动下，环境中的空气经空气流道后进入空气一液 体换热器的空气侧进口，再从空气一液体换热器的空气侧出口排放至环境中，形成空气 循环。
热泵循环装置中，液体一工质换热器的工质侧进口与节流元件出口连接，出口与压 縮机进口连接，压縮机的出口与冷凝器进口连接，冷凝器出口与节流元件进口连，，热 泵工质在装置中循环。液体循环单元和空气循环单元均通过液体一工质换热器进行热交换。
液体循环单元的工作过程本发明使用的液体(或其它液体介质)，进入液体一工 质换热器的液体侧，释放热量降温(工质侧吸热蒸发)，低温液体从液体—工质换热器 出来后，进入空气一液体换热器液体侧，和空气进行换热，吸热升温，然后高温液体进 入集液体槽，再被液体泵泵入液体一工质换热器完成液体循环。
空气循环装置的工作过程环境中的空气在风机系统的推动下，进入空气一液体换 热器空气侧，释放热量(并有空气中液体蒸汽的传质)，然后空气排入环境，完成空气 的循环。
热泵循环装置的工作过程液态热泵工质通过节流元件后温度、压力均降低，然后 进入液体一工质换热器的工质侧，吸收液体侧的热量后蒸发，气态的工质经压縮机压缩， 压力和温度都升高，高温气态工质通过冷凝器进行冷凝放热，将热量传递给高温热源， 形成的液态工质重新回到节流元件的进口，完成热泵工质的循环。
本发明的热泵工质在液体一工质换热器的工质侧中和循环液体进行热量的交换，这 部分循环液体类似于人工的液体体。区别与自然环境中的液体体和环境(空气、液体底 固体岩土)在自然状态下的换热，这部分人工液体体采用强制换热的方式和自然环境中 的空气进行换热，构成了本发明的人工液体热泵的能量来源。由于液体可以由低冰点温 度的介质代替，实现在零度以下一定温度内不结冰；空气一液体换热器可以采用混合的 方式进行传热传质，使液体一工质换热器实现了液体间的间壁换热，换热途径突破了空 气源热泵常规风冷蒸发器的空气一液体工质换热的相态模式。因此，形成结霜的基础因 素发生了变化，也具有了提高换热效率的潜力，这样可以避免热泵在低温高湿气候下使 用的结霜问题，获得稳定高效的工作性能。
本发明与现有的产品相比，具有耐冷湿气候、稳定节能的特点。
图1为本发明提供的人工液体热泵一体化装置的原理图，其空气一液体换热器的液 体恻采用喷淋方式和空气进行开放式的自由接触，发生传热传质。
图2为本发明提供的人工液体热泵一体化装置，其空气一液体换热器和液体一工质 换热器的液体侧均采用喷淋方式，并和空气进行开放式的自由接触，发生传热传质。
图3为本发明提供的人工液体热泵一体化装置，其空气一液体换热器采用间壁换热 的方式传热。
下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。
具体实施例方式
实施例l参见图l，本发明的一种利用人工液体采集能量的热泵一体化装置，包 括压縮机l、节流元件5、液体泵64、冷凝器31、集液体槽52、风机系统63、空气一 液体换热器42、液体一工质换热器21、喷淋器53、连接管道ll、 12、 13、 14、 71。液 体一工质换热器21工质侧的进口通过管道12与节流元件5出口连接，出口与压縮机1 进口通过管道11连接，压縮机1出口与冷凝器31进口通过管道14连接，冷凝器31 出口与节流元件5进口通过管道13连接，形成热泵循环装置。液体泵64的进口与集液 体槽52连接，出口通过管道71与喷淋器53连接，喷淋器53的出液体进入液体一工质 换热器21的液体侧进口，液体一工质换热器21的液体侧出口连接空气一液体换热器 42的液体侧进口，空气一液体换热器42的液体侧出口连接集液体槽52，形成人工液体 体的循环单元。环境中的空气，进入空气一液体换热器42，空气一液体换热器42的空 气侧出口连接风机系统63，风机系统排气进入环境，形成空气的开式循环单元。
热泵中液态工质通过节流元件5后温度、压力均降低，然后进入液体一工质换热器 21的工质侧，吸收液体侧的热量后蒸发，气态的工质经压縮机1压縮，压力和温度都 升高，高温气态工质流入冷凝器31进行冷凝放热，形成的液态工质重新回到节流元件5，完成热泵工质的循环。
液体循环单元的人工液体体(或其它液体介质)，经过喷淋器53，进入液体一工质 换热器21的液体侧，放热降温，低温液体从液体一工质换热器21出来后，进入空气一 液体换热器42的液体侧，和空气进行换热，吸热升温，然后进入集液体槽52，再被液 体泵64泵入喷淋器53，完成人工液体体的循环。
环境中的空气在风机系统的推动下，从空气一液体换热器42的空气侧入口，进入 空气一液体换热器42与液体进行热交换，释放热量，温度降低，低温空气排入环境， 完成空气的循环。
实施例2参见图2，液体一工质换热器21工质侧的进口通过管道12与节流元件 5出口连接，出口与压缩机l进口端通过管道ll连接，压縮机l出口与冷凝器31进口 通过管道14连接，冷凝器31出口与节流元件5进口通过管道13连接，形成热泵循环 装置。液体泵64的进口与集液体槽52连接，出口通过管道71与喷淋器53连接，喷淋 器53的出液体进入液体一工质换热器21的液体侧进口，液体一工质换热器21的液体 侧出口连接空气一液体换热器42的液体侧进口 ，空气一液体换热器42的液体侧出口连 接集液体槽52，形成人工液体体的循环单元。环境中的空气进入空气一液体换热器42 的空气侧进口，空气一液体换热器42的空气侧出口连接风机系统63，在风机系统后排 入环境，形成空气循环。同时，由于液体一工质换热器21的液体侧采用喷淋方式进液 体，开放于环境， 一部分环境中的空气会进入液体一工质换热器21的液体侧并同液体 一起流出，发生空气和液体间的传热传质现象，这部分空气在风机系统的驱动下最后也 排入环境，形成空气循环单元。
环境中的空气在风机系统的推动下， 一部分进入空气一液体换热器42的空气侧， 另一部分进入液体一工质换热器21的液体侧，经过液体一工质换热器21然后进入空气 一液体换热器42的空气侧，释放热量，低温空气排入环境。
实施例3参见图3，本发明的一种利用人工液体采集能量的热泵一体化装置，包 括压縮机l、节流元件5、液体泵64、冷凝器31、集液体槽52、风机系统63、空气一 液体换热器42、液体一工质换热器21、连接管道71、 11、 12、 13、 14、 15、 16。液体 一工质换热器21 (蒸发器)的进口通过管道12与节流元件5出口连接，出口与压縮机 l进口通过管道ll连接，压縮机l出口与冷凝器31进口通过管道14连接，冷凝器31 出口与节流元件5进口通过管道13连接，形成热泵循环装置。液体泵64的进口与集液 体槽52连接，出口通过管道71与液体一工质换热器21连接，液体一工质换热器21 的出口通过管道16与空气一液体换热器42的液体侧进口连接，空气一液体换热器42 的液体侧出口与集液体槽52通过管道15，形成人工液体体的循环单元。空气一液体换 热器42的空气侧进口与大气连通，出口连接风机系统63，风机系统63出口连接环境， 形成空气循环单元。
集液体槽52的液体(或其它液体介质)，经泵64后沿管道71直接进入液体一工质 换热器21的液体侧，放热降温，低温液体从液体一工质换热器21出口沿管道16流进 空气一液体换热器42液体恻，与空气进行换热，吸热升温，然后沿管道15进入集液体 槽52。
所述人工液体为水或低冻点液体。如乙二醇或丙三醇的水溶液，对金属等有所保护 的乙二醇、丙三醇二甘醇单烷基醚或二縮三丙二醇单烷基醚、硼酸酯为原料复配制得的 溶液等。
权利要求
1. 一种利用人工液体采集能量的热泵一体化装置，包括压缩机(1)、节流元件(5)、液体泵(64)、冷凝器(31)、集液体槽(52)、风机系统(63)、空气—液体换热器(42)、液体—工质换热器(21)、喷淋器(53)、连接管道；其特征在于，液体—工质换热器(21)的进口通过管道(12)与节流元件(5)出口连接，出口与压缩机(1)进口端通过管道(11)连接，压缩机(1)出口与冷凝器(31)进口通过管道(14)连接，冷凝器(31)出口与节流元件(5)进口通过管道(13)连接；液体泵(64)的进口与集液体槽(52)连接，出口通过管道(71)与喷淋器(53)连接，喷淋器(53)的出液体进入液体—工质换热器(21)的液体侧进口，液体—工质换热器(21)的液体侧出口连接空气—液体换热器(42)的液体侧进口，空气—液体换热器(42)的液体侧出口连接集液体槽(52)；空气—液体换热器(42)的空气侧出口与风机系统(63)连接，冷凝器装进水箱；液体—工质换热器(21)的液体侧出口连接空气—液体换热器(42)的液体侧进口，空气—液体换热器(42)的液体侧出口连接集液体槽(52)，形成人工液体的循环单元。
2、 根据权利要求l所述的一种利用人工液体采集能量的热泵一体化装置，其特征 在于，液体循环单元和空气循环单元构成一体化装置的，对于热泵循环装置，装置只集 成热泵循环装置的液体一工质换热器(21)的工质侧和热泵装置管路(11)、 (12);或液 体一工质换热器(21)的工质侧、压縮机(l)、节流元件(5)和热泵装置管路(11)、 (12)、(13)、 (14);或者液体一工质换热器(21)的工质侧、压縮机(l)、节流元件(5)、冷凝器 (31)和热泵装置管路(11)、 (12)、 (13)、 (14)。
3、 根据权利要求1所述的一种利用人工液体采集能量的热泵一体化装置，其特征 在于，风机系统(63)对空气的驱动，采用吸风式或吹风式，风机系统放置在空气循环单 元的终点或者起点，或放置在空气循环单元中间的某一位置。
4、 根据权利要求l所述的一种利用人工液体采集能量的热泵一体化装置，其特征 在于，液体一工质换热器(21)中液体与工质的换热采用喷淋器(53)喷淋的开放方式换热， 或采用套管式、管壳式、蛇管式换热器结构。
5、 根据权利要求1所述的一种利用人工液体采集能量的热泵一体化装置，其特征 在于，所述人工液体为水或低冻点液体。
6、 根据权利要求1所述的一种利用人工液体采集能量的热泵一体化装置，其特征 在于，空气一液体换热器(42)釆用逆流、顺流或错流换热流道；换热器采用液体在空气 流中直接喷淋接触，或采用填料塔、泡罩塔或筛板塔传热传质设备来强化传热、传质， 换热器采用间壁换热的方式来交换热量。
7、 根据权利要求l所述的一种利用人工液体采集能量的热泵一体化装置，其特征 在于，液体一工质换热器(21)与空气一液体换热器(42)连接为一体或者分开。
全文摘要
利用人工液体采集能量的热泵一体化装置，包括压缩机(1)、节流元件(5)、液体泵、冷凝器、集液体槽、风机系统、空气—液体换热器、液体—工质换热器、喷淋器、连接管道，液体—工质换热器的进口通过管道与节流元件(5)出口连接，出口与压缩机(1)进口端通过管道连接，液体泵的进口与集液体槽连接，出口通过管道与喷淋器连接，喷淋器的出液体进入液体—工质换热器的液体侧进口，液体—工质换热器的液体侧出口连接空气—液体换热器的液体侧进口，空气—液体换热器的液体侧出口连接集液体槽；液体—工质换热器的液体侧出口连接空气—液体换热器的液体侧进口，空气—液体换热器的液体侧出口连接集液体槽，形成人工液体的循环单元。
文档编号F25B30/00GK101413737SQ200810235400
公开日2009年4月22日 申请日期2008年12月1日 优先权日2008年12月1日
发明者科 强, 王高元, 邓建强, 韦帮远 申请人:南京翠波新能源发展有限公司