[發明專利]一種燃氣空氣源熱聲熱泵系統

有效

• 申請號: 201711384687.3
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN109945543B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 羅二倉;孫巖雷;胡劍英;張麗敏;羅開琦;胡江風
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F25B13/00
• 分類號: F25B13/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明提供一種燃氣空氣源熱聲熱泵系統，包括燃氣與空氣混合裝置、高溫燃燒器、熱聲發動機、諧振子、熱聲熱泵和四通閥，高溫燃燒器的一端連接燃氣與空氣混合裝置，高溫燃燒器的另一端通過高溫換熱器連接熱聲發動機的一端，熱聲發動機的另一端通過諧振子連接熱聲熱泵；第一四通閥的C口連接低溫換熱器，第一四通閥的A口通過第一水泵分別與熱聲發動機換熱器和中溫換熱器連接，第一四通閥的B口連接室外換熱器，第一四通閥的D口連接室內換熱器。本發明利用天然氣和空氣混合燃燒獲得的高溫熱源驅動熱聲發動機，并利用熱聲發動機帶動熱聲熱泵，熱聲熱泵連接低溫換熱器，熱聲熱泵通過低溫換熱器從室外環境中吸取熱量，并通過室內換熱器輸出熱量。

技術領域

本發明涉及清潔供暖與能源高效利用領域，特別涉及一種燃氣空氣源熱聲熱泵系統。

背景技術

燃氣熱泵技術是一種新型熱泵技術，以燃氣作為驅動能源，將室外環境中的熱量泵送到高溫端，實現供熱的效能，具有節能環保，無污染的優點，響應了國家的煤改氣號召，因此具有廣泛的應用前景。而現有的燃氣熱泵技術主要是溴化鋰—水吸收式熱泵技術以及氨系工質對吸收式熱泵技術，傳統吸收式熱泵的核心部件包括發生器、冷凝器、蒸發器、吸收器、溶液泵、膨脹閥以及溶液換熱器。在燃氣鍋爐產生的高溫熱水或者蒸汽(常利用200℃以下的熱量)的驅動下，發生器產生制冷劑蒸汽，制冷劑蒸汽進入冷凝器中放熱，冷凝后的液體制冷劑通過膨脹閥節流降壓后進入蒸發器，在蒸發器中蒸發為制冷劑蒸汽的同時從周圍的空氣中提取低品位熱能，然后進入吸收器中被含制冷劑小的溶液吸收，并放出吸收熱。溶液吸收制冷劑蒸汽后變為濃溶液，被溶液泵升壓后進入溶液換熱器與流出發生器的含制冷劑較少的高溫溶液換熱，升溫后進入發生器，然后在外界熱源的驅動下產生新的蒸汽，實現不斷循環，從而實現能量的放大與高效利用，并通過吸收器和冷凝器制取所需要的熱量供給用戶。溴化鋰熱泵技術目前已經非常成熟，在工業余熱回收等場合獲得了廣泛的應用。但如果將吸收式熱泵用于燃氣取暖供熱將產生三個問題：一是溴化鋰熱泵采用水作工作介質，因此其工作溫度不能低于0℃，否則將發生凝固；二是當泵熱溫差較大時，吸收式熱泵的效率急劇下降，在溫差為50℃以上時幾乎不能工作,且制熱系數小于1；三是溴化鋰熱泵只能利用200℃以下的熱量，因此不能充分利用天然氣燃燒后產生的高溫熱因此大溫差下燃料消耗大,運行成本較高。

為了克服上述溴化鋰—水吸收式燃氣熱泵的不足，擴大燃氣熱泵的使用溫區，有人提出了氨系工質對吸收式熱泵技術，來解決溴化鋰—水工質對無法適用于蒸發溫度低于0℃的情況。但由于制冷劑氨氣和吸收劑水的沸點差較小(氨的沸點是-33.3℃)，從發生器出來的氨蒸汽中混有水蒸氣，需要采用精餾裝置來提高進入冷凝器的氨蒸汽濃度，但會造成系統的結構復雜。而使用硝酸鋰作為吸收劑，由于制冷劑與吸收劑的沸點差較大，因此可以不需要使用精餾裝置。但該方法會隨著室外氣溫的下降，工作性能急劇降低，因此其使用受到了約束。為此有人提出采取在蒸發器與吸收器之間或發生器與冷凝器之間增加一個壓縮機，從而實現低壓增壓或高壓增壓，克服低溫下性能劇減的不足。但由于此方法增加了系統的復雜性，也因此受到了制約。

也有人提出采用雙級空氣源吸收式熱泵和雙級耦合式吸收式熱泵技術，但由于系統過于復雜，尺寸過大，不夠緊湊，成本增加以及氨工質有毒易爆不適合家庭分散式供熱，也因此沒有被廣泛利用。

也有人提出采用壓縮式空氣源熱泵技術，但該技術內部機械運動部件較多，尺寸過大，受到效率和壽命以及尺寸的制約，也因此沒有被廣泛利用。

發明內容

本發明為解決傳統技術的上述缺陷，提供一種燃氣空氣源熱聲熱泵系統。

本發明提供一種燃氣空氣源熱聲熱泵系統，包括燃氣與空氣混合裝置、高溫燃燒器、熱聲發動機、諧振子、熱聲熱泵和四通閥，所述四通閥包括第一四通閥和第二四通閥，所述高溫燃燒器的一端連接所述燃氣與空氣混合裝置，所述高溫燃燒器的另一端通過高溫換熱器連接所述熱聲發動機的一端，所述熱聲發動機的另一端通過諧振子連接所述熱聲熱泵；