复叠式地源热泵及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机械设计与制造领域，特别提供了一种高效环保的复叠式地源热累及 其使用方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国改革开放地不断深入，大力发展第二产业，能源消耗日渐增加。在经济发 展的同时，环境污染问题百姓重点关屯、问题。特别是第十四届"全国两会"，环保问题已经超 过住房、教育等问题，百姓关注率排进前五位。然而在我国北方，用于采暖的能源消耗与污 染问题仍然是一大难题。目前我国大力扶持发展水源热累行业，广泛解决新建筑因采暖过 程造成的环境污染，节约资源，避免能源浪费。
[0003] 在我国，地下水源的温度通常介于10~15°c。当该种热源条件应用于普通的单级 水源热累机组时，一般只能提供40~50°C的热水。当温度需求高于70°C时，由于机组的能 效极低，无法达到指定温度要求。因此，传统的地源热累还不能满足现有高水温需求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种能直接利用地热制取70°CW上高温热水的热累机组。
[0005] 本发明具体提供了复叠式地源热累，包括初级热累、二级热累和复叠冷凝器1，初 级热累和二级热累通过复叠冷凝器1连接；其中：
[0006] 初级热累包括地源水管2、初级循环管路3、低温级压缩机4、低温级蒸发器5、低温 级储液器6,低温级压缩机4和低温级储液器6通过初级循环管路3连通，初级循环管路3 穿过低温级蒸发器5和复叠冷凝器1，地源水管2穿过低温级蒸发器5 ;低温级储液器6用 于存储低温工质。
[0007] 二级热累包括热水管7、二级循环管路8、高温级压缩机9、高温级蒸发器10、高温 级储液器11，高温级压缩机.9和高温级储液器11通过二级循环管路8连通，二级循环管路 8穿过高温级蒸发器10和复叠冷凝器1，热水管7穿过高温级蒸发器10。高温级储液器11 用于存储高温工质。
[000引所述的初级热累还设置有低温级膨胀阀12、低温级视液镜13、低温级干燥过滤器 14,前述=者均布置在初级循环管路3上。低温级膨胀阀12用于节流，低温级视液镜13用 于观察管路内部液位，低温级干燥过滤器14用于去除低温工质中的水份。
[0009] 所述的二级热累还设置有高温级膨胀阀15、高温级视液镜16、高温级干燥过滤器 17,前述=者均布置在二级循环管路8上。高温级膨胀阀15用于节流，高温级视液镜16用 于观察管路内部液位，高温级干燥过滤器17用于去除高温工质中的水份。
[0010] 复叠式地源热累的初级热累使用普通工质作为初级循环管路3的循环介质，二级 热累使用高温工质作为二级循环管路8的循环介质。
[0011] 普通工质为R22、R407C、R134a其中之一或其组合，二级热累使用高温工质为HR01 和/或HR02。
[0012] 普通工质具体为R407C，二级热累使用高温工质具体为HROl。
[0013] 所述复叠式地源热累的使用方法，其特征在于初级热累中的0~l〇°C的普通工质 液体，通过低温级蒸发器5吸收地源水管2中地下水的热量后蒸发为气体，地下水被从12°C 冷却到rc后返回地下，蒸发后的普通工质气体被低温级压缩机4吸入并压缩成高温高压 气体，并通过低温级蒸发器5将热量释放给30~50°C的高温工质，普通工质被冷凝为45°C 液体，通过低温级节流阀再被节流为0~l〇°C普通工质液体；
[0014] 二级热累，高温工质液体在30~50°C的温度下吸收了普通工质的热量后蒸发为 气体，蒸发后的高温工质气体被高温级压缩机9吸入并压缩成高温高压高温工质气体，高 温高压高温工质气体通过高温级冷凝器将热量释放到热水管7,使热水管7中液体从75°C 升至80°C，高温工质被冷凝为75~90°C的液体，通过高温级节流阀再被节流为30~50°C 高温工质液体。
[0015] 初级热累中的2°C的普通工质液体，通过低温级蒸发器5吸收地源水管2中地下水 的热量后蒸发为气体，地下水被从i2°c冷却到rc后返回地下，蒸发后的普通工质气体被 低温级压缩机4吸入并压缩成高温高压气体，并通过低温级蒸发器5将热量释放给40°C的 高温工质，普通工质被冷凝为45°C液体，通过低温级节流阀再被节流为2°C普通工质液体；
[0016] 二级热累，高温工质液体在40°C的温度下吸收了普通工质的热量后蒸发为气体， 蒸发后的高温工质气体被高温级压缩机9吸入并压缩成高温高压高温工质气体，高温高压 高温工质气体通过高温级冷凝器将热量释放到热水管7,使热水管7中液体从75°C升至 80°C，高温工质被冷凝为85°C的液体，通过高温级节流阀再被节流为40°C高温工质液体。
[0017] 本发明采用高、低温两种不同的工质，将热累循环系统分成高、低温两级进行温度 递增复叠式循环。初级热累为普通工质系统，相当于普通热累，机组中2°c左右的普通工质 液体，通过低温级蒸发器5吸收地下水中的热量后蒸发为气体，地下水从12°C被冷却到rc 后排出。而蒸发后的普通工质气体被低温级压缩机4吸入并压缩成高温高压气体。但此时 普通工质气体不是通过冷凝器将高温高压气体的热量释放到采暖回水中，而是通过复叠冷 凝器1将热量释放至40°C左右的高温工质；而普通工质被冷凝为45°CW上的液体，并通过 低温级膨胀阀12节流为2°C左右普通工质液体。该样循环往复。二级热累为高温工质系 统，高温工质液体在40°C左右的温度下吸收了普通工质的热量后蒸发为气体。蒸发后的高 温工质气体被高温级压缩机9吸入并压缩成高温高压气体。高温高压的高温工质气体通过 高温级蒸发器10将热量释放到采暖回水中，使采暖水升至80°C左右。高温工质被冷凝为 85°C左右的液体后，通过高温级膨胀阀15节流为40°C左右高温工质液体。该样循环往复。
[0018] 本发明将两个循环系统叠加，使高、低温两种工质在最佳工况下平稳运行。本发明 中低温级部分是用来从地下水中提取低品位热；高温级部分是用来将低温级部分排出的气 体使之在一定的温度下冷凝、液化。
[0019] 本发明增加了大温差热累循环的能效比，使正常运行时供水温度在70°CW上，能 效比高达2.8W上。通过模拟计算，高温水源热累机组的能效比如下表所示：
[0020]
【主权项】
1. 复叠式地源热泵，其特征在于包括初级热泵、二级热泵和复叠冷凝器（1)，初级热泵 和二级热泵通过复叠冷凝器（1)连接；其中： 初级热泵包括地源水管（2)、初级循环管路（3)、低温级压缩机（4)、低温级蒸发器（5)、 低温级储液器（6)，低温级压缩机（4)和低温级储液器（6)通过初级循环管路（3)连通，初 级循环管路（3)穿过低温级蒸发器（5)和复叠冷凝器（1)，地源水管（2)穿过低温级蒸发器 (5)； 二级热泵包括热水管（7)、二级循环管路（8)、高温级压缩机（9)、高温级蒸发器（10)、 高温级储液器（11)，高温级压缩机（9)和高温级储液器（11)通过二级循环管路（8)连通， 二级循环管路（8)穿过高温级蒸发器（10)和复叠冷凝器（1)，热水管（7)穿过高温级蒸发 器（10)〇
2. 按照权利要求1所述的复叠式地源热泵，其特征在于所述的初级热泵还设置有低温 级膨胀阀（12)、低温级视液镜（13)、低温级干燥过滤器（14)，前述三者均布置在初级循环 管路（3)上。
3. 按照权利要求1所述的复叠式地源热泵，其特征在于所述的二级热泵还设置有高温 级膨胀阀（15)、高温级视液镜（16)、高温级干燥过滤器（17)，前述三者均布置在二级循环 管路⑶上。
4. 按照权利要求1~3其中之一所述的复叠式地源热泵，其特征在于所述的复叠式地 源热泵的初级热泵使用普通工质作为初级循环管路（3)的循环介质，二级热泵使用高温工 质作为二级循环管路（8)的循环介质。
5. 按照权利要求4所述的复叠式地源热泵，其特征在于所述的普通工质为R22、R407C、 R134a其中之一或其组合，二级热泵使用高温工质为HR01和/或HR02。
6. 按照权利要求5所述的复叠式地源热泵，其特征在于所述的普通工质具体为R407C， 二级热泵使用高温工质具体为HR01。
7. 按照权利要求1~3或5或6其中之一所述复叠式地源热泵的使用方法，其特征 在于所述的初级热泵中的〇~l〇°C的普通工质液体，通过低温级蒸发器（5)吸收地源水管 (2)中地下水的热量后蒸发为气体，地下水被从12°C冷却到7°C后返回地下，蒸发后的普通 工质气体被低温级压缩机（4)吸入并压缩成高温高压气体，并通过低温级蒸发器（5)将热 量释放给30~50°C的高温工质，普通工质被冷凝为45°C液体，通过低温级节流阀再被节流 为0~10°C普通工质液体； 二级热泵，高温工质液体在30~50°C的温度下吸收了普通工质的热量后蒸发为气体， 蒸发后的高温工质气体被高温级压缩机（9)吸入并压缩成高温高压高温工质气体，高温高 压高温工质气体通过高温级冷凝器将热量释放到热水管（7)，使热水管（7)中液体从75°C 升至80°C，高温工质被冷凝为75~90°C的液体，通过高温级节流阀再被节流为30~50°C 高温工质液体。
8. 按照权利要求7所述复叠式地源热泵的使用方法，其特征在于所述的初级热泵中的 2°C的普通工质液体，通过低温级蒸发器（5)吸收地源水管（2)中地下水的热量后蒸发为气 体，地下水被从12°C冷却到7°C后返回地下，蒸发后的普通工质气体被低温级压缩机（4)吸 入并压缩成高温高压气体，并通过低温级蒸发器（5)将热量释放给40°C的高温工质，普通 工质被冷凝为45°C液体，通过低温级节流阀再被节流为2°C普通工质液体； 二级热泵，高温工质液体在40°C的温度下吸收了普通工质的热量后蒸发为气体，蒸发 后的高温工质气体被高温级压缩机（9)吸入并压缩成高温高压高温工质气体，高温高压高 温工质气体通过高温级冷凝器将热量释放到热水管（7)，使热水管（7)中液体从75°C升至 80°C，高温工质被冷凝为85°C的液体，通过高温级节流阀再被节流为40°C高温工质液体。
【专利摘要】本发明具体提供了复叠式地源热泵，包括初级热泵、二级热泵和复叠冷凝器，初级热泵和二级热泵通过复叠冷凝器连接；其中初级热泵包括地源水管、初级循环管路、低温级压缩机、低温级蒸发器、低温级储液器，二级热泵包括热水管、二级循环管路、高温级压缩机、高温级蒸发器、高温级储液器。本发明增加了大温差热泵循环的能效比，使正常运行时供水温度在70℃以上，能效比高达2.8以上。本发明热源侧与普通水源热泵相同，可利用普通地下水源。本发明能直接利用例如地下水源等低品位热源制取70℃以上高温热水，最高水温可达90℃。本发明主要应用在需应用较高温度热水的场所，如宾馆、饭店、工厂、石油石化系统、供热行业、食品医药加工行业等。
【IPC分类】F25B30-06, F25B7-00
【公开号】CN104713261
【申请号】CN201510121182
【发明人】李艳娇, 张兴科
【申请人】沈阳一冷新能源技术有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月18日