一种多热源互补供热的VM循环热泵系统技术方案

一种多热源互补供热的VM循环热泵系统，它包括VM循环热泵、高温热源回路、中温热源回路、低温热源回路、供热回路及供冷回路。VM循环热泵通过高温热源回路、中温热源回路、低温热源回路从高温热源、中温热源、低温热源吸收热量，通过供热回路及供冷回路向住户供热和供冷。本实用新型专利技术提供了一个新的VM循环热泵系统，通过将热腔分级来实现多热源互补供热的功能。它可以同时使用太阳能、余热、地热等多种不同温度梯度的热源，通过多热源互补驱动VM循环热泵，达到夏季供冷和冬季供热的目的。利用太阳能、地热能、余热等能源，有效的减小环境污染。同时，将热源温度分级可以提高热源的利用率，减少损失，提高了系统的效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种VM循环热泵系统，尤其是一种利用多热源作为驱动能源的VM循环热泵系统，属于热泵

技术介绍
我国每年能源耗量十分巨大，能源的消耗主要以化石能源为主。然而，化石能源不仅储量有限，而且已经造成了严重的生态平衡和环境污染。因此，采用太阳能、地热能等无污染的可再生能源是科学界的当务之急，也是未来经济和技术发展的制高点。同时，我国的废热利用率远逊于发达国家，目前我国的能源利用效率大约72％，存在大量的浪费。浪费的能源表现形式主要为烟气、余热等，对于这些浪费的能源，提倡与用地热、太阳能等可再生能源进行综合利用，势必对节能具有重要意义。对于这些热源，存在温度低、利用难度大的问题，一般作为供暖或制冷用途。以热能作为驱动能源的VM循环热泵具有良好的前景。维勒米尔(vuilleumier，以下简称VM)循环，由Vuilleumier在1918年提出，它的本质可以看成正向斯特林循环和逆向斯特林循环的有机组合。VM循环热泵可以利用余热、太阳能、地热等热能作为驱动能源，可以制冷或制热，满足用户的供冷和供热需求。只需在启动时需要少量的机械动力，之后便可自行运转，具有结构紧凑、磨损和噪声小、寿命长等优点。同时，由于它采用氦气、氮气等气体作为工质，对减少温室效应和臭氧层破坏具有积极的作用。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有VM循环热泵只能采用单一热源供热的缺点。在本技术中，通过将热腔分级来实现多热源互补驱动的功能。如图1所示，将热腔分级，每级热腔对应一种热源，提供一种多热源同时驱动，可以对外供冷和供热的VM循环热泵系统，对于能源的综合利用及提高能源利用效率都有重要的作用。本技术所述问题是以下技术方案实现的：一种多热源的VM循环热泵系统，其特征在于：它包括VM循环热泵、高温热源回路、中温热源回路，低温热源回路、供热回路及供冷回路。所述VM循环热泵由三级热腔，三级热回热器，二级热腔，二级热回热器，一级热腔，一级热回热器，室温腔，冷腔，冷回热器，热推移活塞，冷推移活塞以及驱动推移活塞的连杆机构组成；三个热腔体积的变化是同相位的，三个热腔输入不同的热源。所述高温热源回路由高温热源换热器、三级热腔换热器组成。所述中温热源回路由中温热源换热器、二级热腔换热器组成。所述低温热源回路由低温热源换热器、低温热腔换热器组成。所述供热回路由供热换热器、室温腔换热器组成。所述供冷回路由供冷换热器、冷腔换热器组成。上述多热源互补供热的VM循环热泵系统，热源位置进行高低配置，依据温度梯度排序，三级热腔通过高温热源回路与高温热源连接，二级热腔通过中温热源回路与中温热源连接，一级热腔通过低温热源回路与低温热源连接；本文描述的是三级VM循环热泵，若增加热源数量，则可以可以增加级数；若减少热源数量，则可以相应的减少VM循环热泵的级数。上述多热源互补供热的VM循环热泵系统，热腔吸收热量与热腔容积成比例关系。上述多热源互补供热的VM循环热泵系统，如果某热源停止供热，则温度相近的热源进行支援调配，满足系统的正常运行。本技术采用多级热腔VM循环热泵技术，将热腔分级来实现多热源互补驱动的功能。通过对太阳能、余热、地热等多热源作为VM循环热泵的驱动能源，来打到制冷与制热的目的。不但可以满足人们对供冷与供热的需求，同时可以有效的利用能源，提高了能源的利用率。另外，本技术还具有如下优点：1、跟传统的VM循环热泵相比，增加了输入热源的种类，可以根据不同温度梯度区间，同时利用多种热源，如太阳能、余热、地热等。可以根据实际需要，将更多热源进行利用，接入多热源VM循环热泵，可以更广泛的利用能源。2、本技术采用的工质是氦气、氮气等，不会对环境产生破坏。不会像氟利昂制冷剂一样，引发环境问题。3、跟传统的VM循环热泵相比，多热源VM循环热泵将热源温度分级，减小换热损失。以本文的三级VM循环热泵为例，若热源温度区间为100——500℃，则可分级为一级热腔1——300℃，二级热腔为300——450℃，三级热腔为450℃——500摄氏度。由于温度梯度变小，因此可以显著的提高换热效率。4、整个装置工质为气体，具有结构紧凑、磨损和振动小、寿命长等优点。5、由于该热泵可以供冷和供热，可以广泛应用于居民供冷、供热系统中。附图说明下面结合附图对本技术作进一步说明。图1是本技术多热源互补供热的VM循环热泵系统流程图；图2是本技术多热源互补供热的VM循环热泵系统结构图；图3是本技术多热源互补供热的VM循环热泵系统循环过程图；图4是本技术多热源互补供热的VM循环热泵系统的热源调配图。图中各标号为：1、三级热腔；2、三级热回热器；3、二级热腔；4、二级热回热器；5、一级热腔；6、一级热回热器；7、室温腔；8、冷腔；9.冷回热器；10、热推移活塞；11、冷推移活塞；12、高温热源换热器、13、三级热腔换热器；14、中温热源换热器；15、二级热腔换热器；16、低温热源换热器；17、低温热腔换热器；18、供热换热器；19、室温腔换热器；20、供冷换热器；21、冷腔换热器；22、连杆机构。具体实施方式本技术基于多级VM循环制冷机的改进。传统的VM循环制冷机，将冷腔分级来获取更低的低温。本技术中将分级技术应用于热泵领域，将热腔分级，采用了多级热腔的结构，用不同温度梯度的热源进行供热，实现了多热源互补驱动的功能。如图2所示，整个系统由VM循环热泵系统、高温热源回路、中温热源回路、低温热源回路、供热回路及供冷回路组成。三级VM循环热泵系统由三级热腔1，三级热回热器2，二级热腔3，二级热回热器4，一级热腔5，一级热回热器6，室温腔7，冷腔8，冷回热器9，热推移活塞10，冷推移活塞11以及推移活塞的连杆机构22组成；高温热源回路由高温热源换热器12、三级热腔换热器13组成；所述中温热源回路由中温热源换热器14、二级热腔换热器15组成；低温热源回路由低温热源换热器16、低温热腔换热器17组成；供热回路由供热换热器18、室温腔换热器19组成；供冷回路由供冷换热器20、冷腔换热器21组成。多热源互补供热的VM循环热泵系统的工作过程如图3所示。过程a-b：冷腔和热腔总容积同时减小，三级热腔中的工质通过三级热回热器，被填料冷却到近乎二级热腔温度后进入二级热腔，与二级热腔中的工质混合，进入二级热回热器，被填料冷却到近乎一级热腔温度后进入一级热腔，之后与一级热腔的工质混合，共同经过一级热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多热源互补的供热VM循环热泵系统，其特征在于：它包括VM循环热泵、高温热源回路、中温热源回路、低温热源回路、供热回路及供冷回路。所述VM循环热泵由三级热腔(1)，三级热回热器(2)，二级热腔(3)，二级热回热器(4)，一级热腔(5)，一级热回热器(6)，室温腔(7)，冷腔(8)，冷回热器(9)，热推移活塞(10)，冷推移活塞(11)以及驱动推移活塞的连杆机构(22)组成；三个热腔体积的变化是同相位的，三个热腔输入不同的热源。所述高温热源回路由高温热源换热器(12)、三级热腔换热器(13)组成。所述中温热源回路由中温热源换热器(14)、二级热腔换热器(15)组成。所述低温热源回路由低温热源换热器(16)、一级热腔换热器(17)组成。所述供热回路由供热换热器(18)、室温腔换热器(19)组成。所述供冷回路由供冷换热器(20)、冷腔换热器(21)组成。

【技术特征摘要】
1.一种多热源互补的供热VM循环热泵系统，其特征在于：它包括VM循环热泵、高温
热源回路、中温热源回路、低温热源回路、供热回路及供冷回路。所述VM循环热泵由三级
热腔(1)，三级热回热器(2)，二级热腔(3)，二级热回热器(4)，一级热腔(5)，一级热
回热器(6)，室温腔(7)，冷腔(8)，冷回热器(9)，热推移活塞(10)，冷推移活塞(11)
以及驱动推移活塞的连杆机构(22)组成；三个热腔体积的变化是同相位的，三个热腔输入
不同的热源。
所述高温热源回路由高温热源换热器(12)、三级热腔换热器(13)组成。
所述中温热源回路由中温热源换热器(14)、二级热腔换热器(15)组成。
所述低温热源回路由低温热源换热器(16)、一级热腔换热器(17)组成。
所述供热回路由供热换热器(18)、室...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢英柏，陈健阳，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：新型
国别省市：河北;13