[发明专利]一种利用人工水体采集能量的热泵一体化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸发热量来自于人工水体的热泵集成装置，特别涉及一种间接采集空气能来恢复循环水温的人工水体热泵装置，尤其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。目前常用的蒸气压缩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，然后经过压缩机被压缩，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，可以利用水源、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步，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水体热泵一体化装置，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。本发明将人工水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水体热泵一体化装置，包括人工水体能量采集装置和热泵循环装置，其中人工水体能量采集装置包括水循环单元和空气循环单元。人工水体能量采集装置的水循环单元包括水—工质换热器(水侧)、空气—水换热器(水侧)、集水槽、水泵、管路等；空气循环单元包括空气—水换热器(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，包括水—工质换热器的工质侧(热泵循环装置的蒸发器工质侧)、压缩机、节流元件、冷凝器中的部分或者全部部件，冷凝器向高温热源释放热量。

水循环单元中，水泵的进口与集水槽连接，出口通过管道进入水—工质换热器的水侧进口，水—工质换热器的水侧出口连接空气—水换热器的水侧进口，空气—水换热器的水侧出口连接集水槽。

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—水换热器的空气侧进口，再从空气—水换热器的空气侧出口排放至环境中，形成空气循环。水循环单元和空气循环单元通过空气—水换热器进行热交换。

热泵循环装置中，水—工质换热器的工质侧进口与节流元件出口连接，出口与压缩机进口连接，压缩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接，热泵工质在装置中循环。热泵循环装置和水循环单元通过水—工质换热器进行热交换。

水循环单元的工作过程：本发明使用的水(或其它液体介质)，进入水—工质换热器的水侧，释放热量降温(工质侧吸热蒸发)，低温水从水—工质换热器出来后，进入空气—水换热器水侧，和空气进行换热，吸热升温，然后高温水进入集水槽，再被水泵泵入水—工质换热器完成水循环。

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—水换热器空气侧，释放热量(若空气与水发生直接接触，将还伴随有空气中水蒸汽的传质)，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，然后进入水—工质换热器的工质侧，吸收水侧的热量后蒸发，气态的工质经压缩机压缩，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。