[發明專利]多熱源驅動的VM循環熱泵系統

在審

• 申請號: 201610045402.2
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN106996659A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 謝英柏;陳健陽
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: F25B29/00
• 分類號: F25B29/00;F25B27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種VM循環熱泵系統，尤其是一種利用多熱源作為驅動能源的VM循環熱泵系統，屬于熱泵技術領域。

背景技術

我國每年能源耗量十分巨大，能源的消耗主要以化石能源為主。然而，化石能源不僅儲量有限，而且已經造成了嚴重的生態平衡和環境污染。因此，采用太陽能、地熱能等無污染的可再生能源是科學界的當務之急，也是未來經濟和技術發展的制高點。同時，我國的廢熱利用率遠遜于發達國家，目前我國的能源利用效率大約72％，存在大量的浪費。浪費的能源表現形式主要為煙氣、余熱等，對于這些浪費的能源，提倡與用地熱、太陽能等可再生能源進行綜合利用，勢必對節能具有重要意義。

對于這些熱源，存在溫度低、利用難度大的問題，一般作為供暖或制冷用途。以熱能作為驅動能源的VM循環熱泵具有良好的前景。維勒米爾(vuilleumier，以下簡稱VM)循環，由Vuilleumier在1918年提出，它的本質可以看成正向斯特林循環和逆向斯特林循環的有機組合。VM循環熱泵可以利用余熱、太陽能、地熱等熱能作為驅動能源，可以制冷或制熱，滿足用戶的供冷和供熱需求。只需在啟動時需要少量的機械動力，之后便可自行運轉，具有結構緊湊、磨損和噪聲小、壽命長等優點。同時，由于它采用氦氣、氮氣等氣體作為工質，對減少溫室效應和臭氧層破壞具有積極的作用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有VM循環熱泵只能采用單一熱源供熱的缺點。在本發明中，通過將熱腔分級來實現多熱源互補驅動的功能。如圖1所示，將熱腔分級，每級熱腔對應一種熱源，提供一種多熱源同時驅動，可以對外供冷和供熱的VM循環熱泵系統，對于能源的綜合利用及提高能源利用效率都有重要的作用。

本發明所述問題是以下技術方案實現的：

一種多熱源的VM循環熱泵系統，其特征在于：它包括VM循環熱泵、高溫熱源回路、中溫熱源回路，低溫熱源回路、供熱回路及供冷回路。所述VM循環熱泵由三級熱腔，三級熱回熱器，二級熱腔，二級熱回熱器，一級熱腔，一級熱回熱器，室溫腔，冷腔，冷回熱器，熱推移活塞，冷推移活塞以及驅動推移活塞的連桿機構組成；三個熱腔體積的變化是同相位的，三個熱腔輸入不同的熱源。

所述高溫熱源回路由高溫熱源換熱器、三級熱腔換熱器組成。

所述中溫熱源回路由中溫熱源換熱器、二級熱腔換熱器組成。

所述低溫熱源回路由低溫熱源換熱器、低溫熱腔換熱器組成。

所述供熱回路由供熱換熱器、室溫腔換熱器組成。

所述供冷回路由供冷換熱器、冷腔換熱器組成。

上述多熱源VM循環熱泵系統，熱源位置進行高低配置，依據溫度梯度排序，三級熱腔通過高溫熱源回路與高溫熱源連接，二級熱腔通過中溫熱源回路與中溫熱源連接，一級熱腔通過低溫熱源回路與低溫熱源連接；本文描述的是三級VM循環熱泵，若增加熱源數量，則可以可以增加級數；若減少熱源數量，則可以相應的減少VM循環熱泵的級數。

上述多熱源VM循環熱泵系統，熱腔吸收熱量與熱腔容積成比例關系。

上述多熱源VM循環熱泵系統，如果某熱源停止供熱，則溫度相近的熱源進行支援調配，滿足系統的正常運行。

本發明采用多級熱腔VM循環熱泵技術，將熱腔分級來實現多熱源互補驅動的功能。通過對太陽能、余熱、地熱等多熱源作為VM循環熱泵的驅動能源，來打到制冷與制熱的目的。不但可以滿足人們對供冷與供熱的需求，同時可以有效的利用能源，提高了能源的利用率。

另外，本發明還具有如下優點：

1、跟傳統的VM循環熱泵相比，增加了輸入熱源的種類，可以根據不同溫度梯度區間，同時利用多種熱源，如太陽能、余熱、地熱等?？梢愿鶕嶋H需要，將更多熱源進行利用，接入多熱源VM循環熱泵，可以更廣泛的利用能源。

2、本發明采用的工質是氦氣、氮氣等，不會對環境產生破壞。不會像氟利昂制冷劑一樣，引發環境問題。

3、跟傳統的VM循環熱泵相比，多熱源VM循環熱泵將熱源溫度分級，減小換熱損失。以本文的三級VM循環熱泵為例，若熱源溫度區間為100——500℃，則可分級為一級熱腔1——300℃，二級熱腔為300——450℃，三級熱腔為450℃——500攝氏度。由于溫度梯度變小，因此可以顯著的提高換熱效率。

4、整個裝置工質為氣體，具有結構緊湊、磨損和振動小、壽命長等優點。

5、由于該熱泵可以供冷和供熱，可以廣泛應用于居民供冷、供熱系統中。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步說明。