技术领域
[0001] 本
发明涉及谷电利用及热泵供热技术领域，尤其涉及一种低谷电蓄热复叠式热泵供热系统及方式。
背景技术
[0002] 随着生活
水平的提高及城市住房面积的不断扩大，建筑供暖能耗需求也日益增加，其中北方寒冷地区的建筑供
热能耗占建筑总能耗的50％，以
煤为主要燃烧材料的非清洁采暖方式引起了严重的雾霾问题，同时长江中下游等夏热冬冷地区供热需求日益上升，加之，随着我国北方冬季供暖“限煤”、“煤改电”等系列政策的相继出台，并实施“峰谷”电价规定，通过清洁
能源代替化石
燃料是我国能源结构升级的必要措施。
电能是清洁的高品位能源，低谷电蓄热供暖技术虽然具有较好的经济性，但是无法充分发挥电能的高品位特性，同时，在严寒地区单独采用蒸气压缩式热泵或吸收式热泵供热方式通常会出现低温制热能
力差、能源利用率低、污染重等问题。
发明内容
[0003] (一)要解决的技术问题
[0004] 为了提高制热能力，提高能源利用效率，同时体现出电能的高品位能源的特点，本发明将热泵技术与低谷电蓄热技术相结合，提出了一种低谷电蓄热复叠式热泵供热系统及方式。
[0005] (二)技术方案
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
[0007] 本发明提供了一种低谷电蓄热复叠式热泵供热系统，该供热系统包括有谷电蓄热装置、发生器、吸收器、
冷凝器、
蒸发器、
压缩机、气液分离器和用户供热装置；
[0008] 该供热系统包括有谷电蓄热装置、发生器、吸收器、冷凝器、
蒸发器、压缩机、气液分离器和用户供热装置；
[0009] 所述谷电蓄热装置的热媒出口经高温
循环泵与发生器的热媒入口连接，发生器的热媒出口与谷电蓄热装置的热媒入口连接；
[0010] 所述发生器与吸收器之间设有溶液
热交换器，溶液热交换器上分别设有高温侧及低温侧，发生器的高温溶液出口通过溶液热交换器的高温侧经减压
阀与吸收器的高温溶液入口相连，吸收器的低温溶液出口经溶液循环泵通过溶液热交换器的低温侧与发生器的低温溶液入口相连；
[0011] 所述发生器的制冷剂出口经第一阀
门与冷凝器的制冷剂入口相连；所述冷凝器的制冷剂出口经第一
节流阀后分为两条支路，分别为第五支路和第六支路，所述第五支路经第五阀门与所述蒸发器的制冷剂入口连接；所述第六支路经第六阀门与气液分离器的制冷剂入口连接；所述气液分离器具有气相制冷剂出口及液相制冷剂出口，所述气液分离器气相制冷剂出口与吸收器制冷剂入口连接，所述气液分离器液相制冷剂出口经第二节流阀、第七阀门与蒸发器制冷剂入口相连；
[0012] 所述蒸发器制冷剂出口设有两条支路，分别为第一支路和第二支路，所述第一支路经第八阀门与所述吸收器制冷剂入口连接；所述第二支路经第二阀门与压缩机入口相连接；
[0013] 所述压缩机出口设有两条支路，分别为第三支路和第四支路，所述第三支路经第三阀门与冷凝器制冷剂入口连接；所述第四支路经第四阀门与第一节流阀出口连接；
[0014] 所述冷凝器的热媒出口经热媒循环泵与用户供热装置的热媒入口相连，所述用户供热装置的热媒出口与吸收器的热媒入口相连，所述吸收器的热媒出口与冷凝器的热媒入口连接。
[0015] 根据本发明，所述供热系统的工质对包括但不限于为NH3/LiNO3、NH3/H2O、R22/二甲替甲酰胺中的任一种。
[0016] 根据本发明，所述发生器与冷凝器之间还设有精馏器，发生器的制冷剂出口先经精馏器，再与冷凝器的制冷剂入口连接。
[0017] 根据本发明，所述节流阀采用定截面节流元件，和/或，变截面节流元件；
[0018] 所述定截面节流元件包括但不限于孔板、短管和毛细管；
[0019] 所述变截面节流元件包括但不限于
热力膨胀阀、
电子膨胀阀。
[0020] 根据本发明，所述用户供热装置包括
风机盘管、地板
辐射盘管、
散热器、烘干器中的一种或几种。
[0021] 根据本发明，所述精馏器和气液分离器外部设有保温层，所述保温层包括聚
氨酯
泡沫、聚苯板、酚
醛泡沫、气凝胶毡、保温
棉、微纳
隔热材料中的一种或几种。
[0022] 根据本发明，所述蒸发器的热源为单一热源，和/或，复合热源，所述单一热源包括但不限于
太阳能、浅层
土壤热能、空气能，所述复合热源为单一热源
串联或并联组成。
[0023] 根据本发明，所述蒸发器的换热方式包括但不限于风冷、水冷和/或循环喷淋换热。
[0024] 根据本发明，该供热方式通过开闭供热系统中各个连接管路上的阀门实现各供热方式的切换：
[0025] 谷电蓄热装置与发生器相连，热媒在谷电蓄热装置与发生器之间通
过热媒循环泵循环往复，保证吸收式热泵供热循环及复叠式热泵供热循环的运行；
[0026] 蒸发压缩式热泵供热方式中，液态制冷剂在蒸发器内吸收外界热量后
气化为气态制冷剂，经过压缩机升压进入到冷凝器中，在冷凝器中气态制冷剂被冷凝为液态制冷剂，经过节流阀降压后重新进入蒸发器；
[0027] 吸收式热泵供热方式中，发生器内的含制冷剂浓度较高的低温溶液与谷电蓄热装置内的热媒换热后产生高温制冷剂蒸气及含制冷剂浓度较低的高温溶液，高温溶液进入溶液热交换器内，发生器产生的高温制冷剂蒸气进入冷凝器内被冷凝成液态制冷剂，液态制冷剂经节流阀降压后沿第五支路进入蒸发器中，在蒸发器内液态制冷剂吸收外部热源的热量后气化为气态制冷剂，并沿第一支路进入到吸收器内，吸收器内气态制冷剂与吸收剂溶液混合并放热形成低温溶液，经溶液循环泵进入到溶液热交换器内与来自发生器的高温溶液换热，换热后的低温溶液被输送进发生器再次受热产生制冷剂蒸气，换热后的高温溶液则经减压阀降压后进入吸收器；
[0028] 复叠式热泵供热方式中，发生器产生的高温制冷剂蒸气进入冷凝器内被冷凝为液态制冷剂，经节流阀降压后产生第一气水混合物，与此同时蒸发器内的液态制冷剂吸热气化为气态制冷剂，该气态制冷剂经压缩机升压后，沿第四支路与第一气水混合物混合形成第二气水混合物后沿第六支路进入到气液分离器中，第二气水混合物中的液态制冷剂经节流阀降压后回到蒸发器中，气态制冷剂则进入吸收器内与吸收剂溶液混合；
[0029] 蒸气压缩式热泵供热方式中，冷凝器内的冷凝热借助供热热媒进入用户供热装置中，与用户发生换热，换热量用于向用户供热，完成供热的热媒经过吸收器后再进入到冷凝器中，完成用户供热循环；
[0030] 吸收式热泵供热方式及复叠式热泵供热方式中，吸收器内气态制冷剂与吸收剂溶液混合后放出的冷凝热与冷凝器内的冷凝热一同被输送进用户供热装置，与用户发生换热，换热量用于向用户供热，完成供热的热媒经过吸收器后再进入到冷凝器中，完成用户供热循环。
[0031] (三)有益效果
[0032] 本发明的有益效果是：
[0033] 该低谷电蓄热复叠式热泵供热系统充分利用了热泵能源利用率高的特性，同时结合了低谷电的经济优势，使系统供热性能得到显著提高，运行
费用也大大降低。本发明通过设置气液分离器实现包括蒸气压缩制热循环与吸收制热循环的双级复叠循环，减少了两级热泵之间的
传热损失，提高了系统制热效率，使系统结构更加紧凑。本发明所述的供热系统具有多种供热方式，可针对供热前、中、后期，谷电、非谷电时期，在不同运行条件下实现单级制热循环和双级复叠制热循环的灵活切换，确保了系统的供热可靠性，有利于供热量与热负荷匹配，实现能源
梯级利用，同时利用低谷电蓄热也有利用提高电厂发电效率，实现电力
移峰填谷。
附图说明
[0035] 图2为本发明的蒸气压缩式热泵供热方式示意图；
[0036] 图3为本发明的吸收式热泵供热方式示意图；
[0037] 图4为本发明的复叠式热泵供热方式示意图。
[0038] 【附图标记说明】
[0039] 01：第一气水混合物；02：第二气水混合物；
[0040] 1：谷电蓄热装置；2：高温循环泵；3：发生器；4：溶液热交换器；5：减压阀；6：溶液循环泵；7：吸收器；8：精馏器；9：第一阀门；10：蒸发器；11：第二阀门；12：压缩机；13：第三阀门；14：冷凝器；15：第一节流阀；16：第四阀门；17：第五阀门；18：第六阀门；19：气液分离器；20：第二节流阀；21：第七阀门；22：第八阀门；23：热媒循环泵；24：用户供热装置。
具体实施方式
[0041] 为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
[0042] 本发明提供了一种低谷电蓄热复叠式热泵供热系统，如图1所示，该供热系统中包括谷电蓄热装置1、发生器3、精馏器8、冷凝器14、溶液热交换器4、蒸发器10、压缩机12、气液分离器19、吸收器7以及用户供热装置24。
[0043] 谷电蓄热装置1上设有热媒入口及热媒出口，发生器3上设有热媒入口、热媒出口、低温溶液入口、高温溶液出口及制冷剂出口，吸收器7上设置有高温溶液入口、低温溶液出口、热媒入口、热媒出口和制冷剂入口，冷凝器14上设有制冷剂入口、制冷剂出口、热媒入口及热媒出口，用户供热装置24上设有热媒入口及热媒出口，蒸发器10设有制冷剂入口及制冷剂出口，气液分离器19上设有制冷剂入口、制冷剂液相出口和制冷剂气相出口。
[0044] 蒸发器10的制冷剂出口设有两条支路，分别为第一支路和第二支路，其中，第一支路经第八阀门22与吸收器7的制冷剂入口相连接；第二支路经第二阀门11与压缩机12的入口相连接。
[0045] 压缩机12的出口同样设有两条支路，分别为第三支路和第四支路，其中，第三支路经第三阀门13与冷凝器14的制冷剂入口相连接；第四支路经第四阀门16与第一节流阀15的出口相连。
[0046] 冷凝器14的制冷剂出口经第一节流阀15后分为两条支路，分别为第五支路和第六支路，其中，第五支路经第五阀门17与蒸发器10的制冷剂入口相连接，第六支路经第六阀门18与气液分离器19的制冷剂入口相连。
[0047] 谷电蓄热装置1与发生器3相连，谷电蓄热装置1的热媒出口经高温循环泵2与发生器3的热媒入口相连接，发生器3的热媒出口与谷电蓄热装置1的热媒入口相连接。
[0048] 发生器3与吸收器7之间设置有溶液热交换器4，溶液热交换器4上设有高温侧及低温侧，高温侧设有高温侧入口及高温侧出口，低温侧设有低温侧入口及低温侧出口，发生器3的高温溶液出口与溶液热交换器4的高温侧入口相连，溶液热交换器4的高温侧出口经减压阀5与吸收器7的高温溶液入口相连，吸收器7的低温溶液出口经溶液循环泵6与溶液热交换器4的低温侧入口相连，溶液热交换器4的低温侧出口与发生器3的低温溶液入口相连接。
[0049] 发生器3的制冷剂出口经精馏器8和第一阀门9与冷凝器14的制冷剂入口相连接。
[0050] 气液分离器19的制冷剂液相出口经第二节流阀20、第七阀门21与蒸发器10的制冷剂入口相连接，气液分离器19的制冷剂气相出口与吸收器7的制冷剂入口相连接。
[0051] 冷凝器14的热媒出口经热媒循环泵23与用户供热装置24的热媒入口相连，用户供热装置24的热媒出口与吸收器7的热媒入口相连，吸收器7的热媒出口与冷凝器14的热媒入口连接。
[0052] 本发明中还提供了三种不同热泵供热方式，各热泵供热方式通过对供热系统中各阀门进行开闭实现供热方式之间的切换：
[0053] 如图2所示，关闭系统中第一阀门9、第四阀门16、第六阀门18、第七阀门21以及第八阀门22，开启第二阀门11、第三阀门13和第五阀门17，为蒸气压缩式热泵供热方式。
[0054] 该供热方式可应用于供暖前、后期的谷电时刻，此时室外
温度较高，单级热泵供热效率较高，建筑热负荷较小，且谷电时刻电价低廉，整个供热系统享受“谷电优惠”政策，适合电热泵运行，谷电蓄热装置可在谷电时刻进行蓄热。
[0055] 如图3所示，关闭系统第二阀门11、第三阀门13、第四阀门16、第六阀门18以及第七阀门21，开启第一阀门9、第五阀门17和第八阀门22，为吸收式热泵供热方式。
[0056] 该供热方式可应用于供暖前、后期的非谷电时刻，此时室外温度较高，单级热泵供热效率较高，建筑热负荷小，非谷电时刻电价昂贵，整个供热系统实行“峰电”政策，不适宜运行蒸气压缩式热泵供热方式，谷电蓄热装置在非谷电时刻可为整个供热系统提供热源，驱动整个供热系统运行。
[0057] 如图4所示，关闭系统第三阀门13、第五阀门17以及第八阀门22，开启第一阀门9、第二阀门11、第四阀门16、第六阀门18和第七阀门21时，为复叠式热泵供热方式。
[0058] 该供热方式可应用于供暖中期任何时刻。此时室外温度较低，建筑热负荷较大，单独运行蒸气压缩式或吸收式等单级热泵进行供热，其供热效果不理想。
[0059] 在吸收式热泵供热方式及复叠式热泵供热方式中，谷电蓄热装置1在实行“谷电价”时期，利用电能作为能源对蓄热介质进行加热，并将该热量储蓄在蓄热装置内部，该热量是驱动吸收式热泵供热循环系统和复叠式热泵供热循环系统的动力，热媒在谷电蓄热装置1与发生器3之间通过高温循环泵2循环往复，谷电蓄热装置1内热量通过高温循环泵2进入到发生器3中，与发生器3内的制冷剂浓度较高的低温溶液进行换热后再返回到谷电蓄热装置1中。
[0060] 发生器3中的含制冷剂浓度较高的低温溶液与谷电蓄热热媒换热后产生高温制冷剂蒸气及含制冷剂浓度较低的高温溶液，其中含制冷剂浓度较低的高温溶液经溶液热交换器4上的高温侧入口进入溶液热交换器4中，在吸收器7内气态制冷剂与吸收剂溶液混合并放热形成含制冷剂浓度较高的低温溶液，含制冷剂浓度较高的低温溶液由溶液循环泵6经低温侧入口被送入溶液热交换器4内，与溶液热交换器4中的来自发生器3的含制冷剂浓度较低的高温溶液发生换热，换热后的含制冷剂浓度较高的低温溶液从溶液热交换器4上的低温侧出口流出到发生器3中再次受热产生制冷剂蒸气；换热后的含制冷剂浓度较低的高温溶液则从溶液热交换器4的高温侧出口流出，并经减压阀5进入到吸收器7内。发生器3产生的高温制冷剂蒸气经精馏器8和第一阀门9进入冷凝器14中，并被冷凝为液态制冷剂。
[0061] 精馏器8可分离发生器3出口的制冷剂与吸收剂，从而提高系统运行效率和制热总量，根据整个供热系统所选的工质对性质，在发生器3的制冷剂出口的高温制冷剂蒸气中，当所含吸收剂的浓度在允许范围内时，本发明的供热系统还可省去精馏器8，使系统装置简化，减少初投资。
[0062] 在蒸气压缩式热泵供热方式中，液态制冷剂在蒸发器10中吸收外界热量，气化为气态制冷剂，沿第二支路进入压缩机12，经压缩机12升压后沿第三支路进入到冷凝器14中，在冷凝器14中气态制冷剂被冷凝为液态制冷剂，经过第一节流阀15降压后沿第五支路重新进入蒸发器10。
[0063] 在吸收式热泵供热方式中，发生器3产生的高温制冷剂蒸气经精馏器8和第一阀门9进入冷凝器14中，并被冷凝为液态制冷剂，液态制冷剂经第一节流阀15沿第五支路进入到蒸发器10中，在蒸发器10内液态制冷剂吸收外部热源的热量后气化为气态制冷剂，该气态制冷剂沿第一支路进入到吸收器7中。
[0064] 在复叠式热泵供热方式中，发生器3产生的高温制冷剂蒸气经精馏器8和第一阀门9进入冷凝器14中，并被冷凝为液态制冷剂，液态制冷剂经第一节流阀15节流降压后，产生第一气水混合物01。与此同时，蒸发器10内的液体制冷剂因吸热气化为气态制冷剂，气态制冷剂沿第二支路进入压缩机12，升压后沿第四支路与第一气水混合物01混合，形成第二气水混合物02，第二气水混合物02沿第六支路进入到气液分离器19中，第二气水混合物02中的液态制冷剂经第二节流阀20、第七阀门21回到蒸发器10中，气态制冷剂进入吸收器7与吸收剂溶液混合。
[0065] 在蒸气压缩式热泵供热方式中，冷凝器14内的冷凝热借助供热热媒经热媒循环泵23输送到用户供热装置24内，与用户发生换热，换热量用于向用户供热，完成供热的热媒经过吸收器7后再进入到冷凝器14中。
[0066] 在吸收式热泵供热方式及复叠式热泵供热方式中，吸收器7内气态制冷剂与吸收剂溶液混合后放出的冷凝热与冷凝器14内的冷凝热一同输送进用户供热装置24内，与用户发生换热，换热量用于向用户供热，完成供热的热媒经过吸收器7后再进入到冷凝器14中，完成用户供热循环。
[0067] 用户供热装置24可以为风机盘管、地板辐射盘管、
散热器等供暖装置，也可以为烘干器等干燥除湿设备。本供热系统利用冷凝热供热，增加了系统能源利用效率，既可用于建筑采暖，也可用于工、农业物料除湿，增加了供热系统适用场合。
[0068] 系统可根据所在地区的自然条件选择合适的蒸发热源，有利于扩大供热系统适用范围，提高系统供热效率。
[0069] 本发明中，精馏器和气液分离器外部均设有保温层，保温材料可选择有机保温材料如聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫等，也可选择无机保温材料如气凝胶毡、保温棉、微纳隔热材料等，减少系统散
热损失，提高供热效率。
[0070] 本发明中，蒸发器的蒸发热源可以是单一热源如太阳能、浅层土壤热能、空气能等，也可以是单一热源串联或并联而成的复合热源。蒸发器的换热方式取决于蒸发热源种类，可以采用风冷、水冷和/或喷淋等换热形式。
[0071] 整个供热系统中的节流阀可采用定截面节流元件，如孔板、短管或毛细管，也可采用变截面节流元件，如热力膨胀阀、电子膨胀阀。
[0072] 吸收式热泵供热系统及复叠式热泵供热系统中的工质对通常是由高沸点的吸收剂和低沸点的制冷剂组成，在本发明的供热系统中，该工质对具有良好的互溶性、沸点差异大及彼此不发生化学反应的特点，可采用NH3/LiNO3、NH3/H2O、R22/二甲替甲酰胺，也可根据外界工况选择适宜工质对，以此提高系统的供热效率。
[0073] 当驱动热源温度较高时，可采用多效吸收剂循环环路；当驱动热源温度较低时，可采用单效吸收剂循环环路。本发明可根据不同驱动热源温度选择不同形式的吸收剂循环环路，提高了系统运行效率，扩大系统使用范围。
[0074] 需要理解的是，以上对本发明的具体
实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明
权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
