一种地埋管式高温热泵机组制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有安全、可靠、经济、高效、可维修并便于操作等特点的地埋管式高温热泵机组，包括主循环回路和辅助循环回路。主循环回路的主蒸发器的水侧进口连接热源，主蒸发器的蒸汽出口与主压缩机的吸气口连接，主压缩机的排气口与主冷凝器的进汽口连接，主冷凝器的进水口连接使用侧回水，该主冷凝器的液体出口与过冷器的入液口连接，过冷器的出液口与主蒸发器的二相液入口连接；辅助循环回路的辅助压缩机的吸气口与过冷器的过热气出口连接，辅助压缩机的排气口与辅助冷凝器的热气入口连接，辅助冷凝器的水侧出口与供热管网的入口连接，辅助冷凝器的水侧入口与主冷凝器的水侧出口连接，辅助冷凝器的出液口与过冷器的二相液入口连接。

【技术实现步骤摘要】
一种地埋管式高温热泵机组
本技术涉及一种地埋管式高温热泵机组。
技术介绍
现阶段北方的雾霾日益严重，而雾霾的“元凶”之一采暖或生活热水用化石燃料锅炉尤其是燃煤锅炉的替代，现在处于越来越紧迫的阶段。热泵是替代化石燃料锅炉进行采暖或热水制备的一种有效应用手段。对于一个适合集中供热热源改造应用的高温热泵机组，必须满足以下几项条件:A.合适的热源选择，现有的热泵热源无外乎空气源、地下水、土壤源、江河水、污水源。由于北方严寒气候，使用空气源作为集中供热热源是不可取的；地下水在北方发展了一定阶段后，由于回灌困难，对地下水资源破坏严重，现在也处于严格的管控阶段；污水源是一个很好的热源，但存在不稳定及不可推广性等缺点，因此也不能作为集中供热热源改造的主要方法。而土壤源只要有相当的埋管面积就能稳定的提供低位热量；同样的只要改造项目离江河近，江河水也是一个很好的热源。B.较高的C0P，虽然化石燃料锅炉尤其是煤锅炉的效率较低，但由于煤的成本较低，在使用热泵替代煤锅炉应用时，必须有较好的能效，才能降低用电成本，接近或比燃煤锅炉的成本更低，才能有较好的经济价值。以一公斤煤成本0.7元计算，一公斤煤的热值为5000kcal，通过锅炉燃烧可得到5000*0.6 = 3000kcal的有用热量，而使用热泵得到相同热量3000/860 = 3.5kw必须不耗费等价0.7元的电量即0.7/0.6=1.17kw，此时热泵的COP为 2.99。C.相当的可靠性，由于集中供热不能长时间停，长时间停会带来用户暖气片冻裂危险。因此对使用热泵替代锅炉的设备要求可靠性高，故障率低。D.相当的安全性，由于集中供热主要为民用建筑服务，而民用建筑的特点是人口密度大，安全防范措施差。因此热泵设备应具有极高的安全性。E.相当的经济性，适用于集中供热用热泵主机的造价不能太高，否则将影响投资回收期。无论是土壤源还是江河源，都有一个共同的特点就是低位热源的温度很低，大多数都在(TC附近，而集中供热暖气片的水温又很高，大多在70°C左右。现阶段完全符合上述论述的作为一种集中供热应用的具有使用侧的高温特点和热源侧的低温特点的热泵，还没有一个完全可推广的并具有经济价值的替代方案，现有的热泵技术要么虽然对热源温度要求不高，但要求使用侧温度不能太高，要么虽然能满足较高的使用侧温度要求，但对热源侧的温度要求很高，即使有同时能满足较低热源温度和较高热源温度的热泵技术也掌握在少数西方发达国家，设备价格昂贵，经济性不高。1.现有的常规水地源热泵的技术特点:局限在空调应用，技术比较成熟，设备成本不高，维修简便；但其热泵系统不适合集中供暖的高水温特点，即使能超范围应用，也存在制热量衰减严重、COP低，压缩机寿命减小等问题。2.现有的高温水源热泵的技术特点:使用专利调配的混合制冷剂，具有较高临界温度，较低工作压力等特点，适合在常规压缩机上使用。虽然使用侧水温能够满足集中供暖的水温要求，但对热源的温度要求很高，以GBT25861-2010水源高温热泵的工况要求为例，在使用侧70°C出水的条件下，热源温度在28°C?48°C变化。显然这种热源温度不适合以地埋管为工况条件的热泵系统。3.现有的双级压缩式热泵技术特点:使用双级压缩技术，能够满足较低的热源温度，很高的使用侧水温的地埋管式地源热泵的技术要求；但现有的双级热泵应用压缩机价格昂贵，并且制热量较小，机组成本较高。4.现有的喷气增焓热泵技术特点:类似于螺杆压缩机的经济器系统，在较低热源温度时，通过提高系统过冷度来加大热泵制热量，提升热泵效率。但由于压缩机制冷剂流量有一部分分给了过冷器使用，使蒸发器的制冷剂流量降低，因此热泵制热量提升能力受限。同时受限于热泵压缩机的规格容量和运行范围，虽然使用侧能有较高的水温，但还是达不到集中供暖的水温要求。5.现有的复叠式热泵技术特点:适用于低温空气源热泵热水技术，极低的蒸发温度和极高的冷凝温度，使得系统压比极高，排气温度也很高；因此利用复迭式热泵技术能很好的解决这一问题；但地埋管工况条件下的高温热泵应用的额定工况点在地埋管出水零度、即蒸发器回水温度0°c下的应用，此时的蒸发温度在-8°c，单级压缩的能效大于复迭系统的能效；因此复叠式系统对于在地埋管工况条件下的高温地源热泵并不适合。6.现有的二氧化碳高温热泵技术特点:能够在C02跨临界热泵应用上制取高达90°C的热水，并且允许热源水温低于0°C，因此可以适合地埋管工况的高温热泵应用，但二氧化碳热泵的应用现集中在一次加热式的生活热水应用，即使用侧的大温差应用；对于采暖应用的20°C、15°C温差，甚至10°C温差二氧化碳热泵的制热量将大为缩减并且效率也有所下降，同时二氧化碳热泵机组的成本也很高。7.现有的氨高温热泵的技术特点:使用氨作为循环工质，单级压缩，可以制取80°C热水；由于氨为有毒可燃的B2制冷剂分类，在民用建筑上的使用会带来安全隐患，并且价格昂贵，因此不适合民用建筑的集中供暖应用。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种地埋管式高温热泵机组，即按照GBT19409-2003热泵机组能正常工作的热源温度范围_5°C?25°C，使用侧能满足集中供暖或生活热水使用要求的最高能达到75°C热水的热泵来替代化石燃料热水锅炉，并且这种热泵机组应具有替代化石燃料锅炉所应具备的安全性、可靠性、经济性、高效性、可维修并便于操作等特点。本技术的目的是这样实现的:一种地埋管式高温热泵机组，包括主循环回路和辅助循环回路，其中，所述主循环回路包括主蒸发器、主压缩机、主冷凝器和过冷器，其中，所述主蒸发器的水侧进口连接热源，该主蒸发器的冷媒蒸汽出口与所述主压缩机的吸气口连接，该主压缩机的排气口与所述主冷凝器的进汽口连接，该主冷凝器的进水口通过管道连接使用侧回水，该主冷凝器的过冷液体出口与所述过冷器的入液口连接，该过冷器的出液口通过一个主膨胀阀与所述主蒸发器的二相液入口连接；所述辅助循环回路包括一辅助压缩机、一辅助冷凝器和一辅助膨胀阀，其中，辅助压缩机的吸气口与所述过冷器的过热气出口连接，该辅助压缩机的排气口与辅助冷凝器的热气入口连接，该辅助冷凝器的水侧出口与供热管网的入口连接，该辅助冷凝器的水侧入口与所述主冷凝器的水侧出口连接，该辅助冷凝器的出液口通过所述辅助膨胀阀与所述过冷器的二相液入口连接；所述主蒸发器从室外埋管系统的土壤中吸取热源后变为低压低温的过热冷媒蒸汽，经所述主压缩机压缩后变为高压高温的过热冷媒蒸汽，经所述主冷凝器的一级冷凝而加热所述使用侧回水，冷凝后的高温制冷液体流经所述过冷器进一步冷却，经所述主膨胀阀节流后进入所述主蒸发器吸热，再次变为低压低温的过热冷媒蒸汽，形成一个标准的单级压缩循环；从所述主冷凝器流出的高温制冷液体放出的热量，经所述过冷器换热后变为低压过热蒸汽进入所述辅助压缩机，经所述辅助压缩机压缩后变为高温高压蒸汽进入所述辅助冷凝器进行二级冷凝，对被所述主冷凝器加热过的使用侧回水进一步加热升温，冷凝后的制冷液体经所述辅助膨胀阀节流后进入所述过冷器继续吸收所述主循环回路的高温制冷液体的热量，变为过热低压蒸汽再次被所述辅助压缩机压缩，也形成一个标准的单级压缩循环。上述的地埋管式高温热泵机组，其中，所述过冷器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地埋管式高温热泵机组，包括主循环回路和辅助循环回路，其特征在于，所述主循环回路包括主蒸发器、主压缩机、主冷凝器和过冷器，其中，所述主蒸发器的水侧进口连接热源，该主蒸发器的冷媒蒸汽出口与所述主压缩机的吸气口连接，该主压缩机的排气口与所述主冷凝器的进汽口连接，该主冷凝器的进水口通过管道连接使用侧回水，该主冷凝器的过冷液体出口与所述过冷器的入液口连接，该过冷器的出液口通过一个主膨胀阀与所述主蒸发器的二相液入口连接；所述辅助循环回路包括一辅助压缩机、一辅助冷凝器和一辅助膨胀阀，其中，辅助压缩机的吸气口与所述过冷器的过热气出口连接，该辅助压缩机的排气口与辅助冷凝器的热气入口连接，该辅助冷凝器的水侧出口与供热管网的入口连接，该辅助冷凝器的水侧入口与所述主冷凝器的水侧出口连接，该辅助冷凝器的出液口通过所述辅助膨胀阀与所述过冷器的二相液入口连接；所述主蒸发器从室外埋管系统的土壤中吸取热源后变为低压低温的过热冷媒蒸汽，经所述主压缩机压缩后变为高压高温的过热冷媒蒸汽，经所述主冷凝器的一级冷凝而加热所述使用侧回水，冷凝后的高温制冷液体流经所述过冷器进一步冷却，经所述主膨胀阀节流后进入所述主蒸发器吸热，再次变为低压低温的过热冷媒蒸汽，形成一个标准的单级压缩循环；从所述主冷凝器流出的高温制冷液体放出的热量，经所述过冷器换热后变为低压过热蒸汽进入所述辅助压缩机，经所述辅助压缩机压缩后变为高温高压蒸汽进入所述辅助冷凝器进行二级冷凝，对被所述主冷凝器加热过的使用侧回水进一步加热升温，冷凝后的制冷液体经所述辅助膨胀阀节流后进入所述过冷器继续吸收所述主循环回路的高温制冷液体的热量，变为过热低压蒸汽再次被所述辅助压缩机压缩，也形成一个标准的单级压缩循环。...

【技术特征摘要】
1.一种地埋管式高温热泵机组，包括主循环回路和辅助循环回路，其特征在于， 所述主循环回路包括主蒸发器、主压缩机、主冷凝器和过冷器，其中，所述主蒸发器的水侧进口连接热源，该主蒸发器的冷媒蒸汽出口与所述主压缩机的吸气口连接，该主压缩机的排气口与所述主冷凝器的进汽口连接，该主冷凝器的进水口通过管道连接使用侧回水，该主冷凝器的过冷液体出口与所述过冷器的入液口连接，该过冷器的出液口通过一个主膨胀阀与所述主蒸发器的二相液入口连接； 所述辅助循环回路包括一辅助压缩机、一辅助冷凝器和一辅助膨胀阀，其中，辅助压缩机的吸气口与所述过冷器的过热气出口连接，该辅助压缩机的排气口与辅助冷凝器的热气入口连接，该辅助冷凝器的水侧出口与供热管网的入口连接，该辅助冷凝器的水侧入口与所述主冷凝器的水侧出口连接，该辅助冷凝器的出液口通过所述辅助膨胀阀与所述过冷器的二相液入口连接； 所述主蒸发器从室外埋管系统的土壤中吸取热源后变为低压低温的过热冷媒蒸汽，经所述主压缩机压缩后变为高压高温的过热冷媒蒸汽，经所述主冷凝器的一级冷凝而加热所述使用侧回水，冷凝后的高温制冷液体流经所述过冷器进一步冷却，经所述主膨胀阀节流后进入所述主蒸发器吸热，再次变为低压低温的过热冷媒蒸汽，形成一个标准的单级压缩循环； 从所述主冷凝器流出的高温制冷液体放出的热量，经所述过冷器换热后变为低压过热蒸汽进入所述辅助压缩机，经所述辅助压缩机压缩后变为高温高压蒸汽进入所述辅助冷凝器进行二级冷凝，对被所述主冷凝器加热过的使用侧回水进一步加热升温，冷凝后的制冷液体经所述辅助膨胀阀节流后进入所述过冷器继续吸收所述主循环回路的高温制冷液体的热量，变为过热低压 蒸汽再次被所述辅助压...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈建刚，周盛，龙清泳，
申请(专利权)人：挪信能源技术上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31