高效环保型电驱动式热泵机组
阅读：2发布：2022-05-26
专利汇可以提供高效环保型电驱动式热泵机组专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于 空调 及工艺领域的 水 源 热 泵 设备领域，尤其是一种高效环保型电驱动式热泵机组，包括管路连接的闪发箱、第一 冷凝器 、水蒸气 压缩机 和第一膨胀 阀 ，闪发箱与余热源通过余热水进口管和余热水出口管连通成循环回路，余热水进口管内伸于闪发箱，余热水进口管的内伸段轴向上设有多个余热水 喷嘴 ，闪发箱通过抽气管依次连通 真空 阀和 真空泵 ，余热水进口管、抽气管和余热水出口管在闪发箱上的安装高度依次递减。本发明环保节能、无 传热 温差损失、所利用的余热品味高、水质要求低、温升高、安全可靠且成本低。，下面是高效环保型电驱动式热泵机组专利的具体信息内容。
1.一种高效环保型电驱动式热泵机组，其特征是：包括管路连接的闪发箱(1)、第一冷凝器(2)、水蒸气压缩机(3)和第一膨胀阀(4)，闪发箱(1)与余热源通过余热水进口管(1-1)和余热水出口管(1-2)连通成循环回路，所述余热水进口管(1-1)内伸于闪发箱(1)，余热水进口管(1-1)的内伸段轴向上设有多个余热水喷嘴(1-4)，闪发箱(1)通过抽气管(1-3)依次连通真空阀(5)和真空泵(6)，余热水进口管(1-1)、抽气管(1-3)和余热水出口管(1-2)在闪发箱(1)上的安装高度依次递减。
2.如权利要求1所述的高效环保型电驱动式热泵机组，其特征是：所述闪发箱(1)和第一冷凝器(2)之间通过蒸汽管路(7)和凝水管路(8)连通成循环回路；所述水蒸气压缩机(3)安装于蒸汽管路(7)中，所述第一膨胀阀(4)安装于凝水管路(8)中，蒸汽管路(7)和凝水管路(8)之间连通有凝水回流管路(9)，凝水回流管路(9)的进口端设于第一冷凝器(2)与第一膨胀阀(4)之间的凝水管路(8)上，凝水回流管路(9)的出口端设于水蒸气压缩机(3)与第一冷凝器(2)之间的蒸汽管路(7)上，从凝水回流管路(9)的进口端至其出口端上依次设有凝水泵(9-1)和调节阀(9-2)。
3.如权利要求1所述的高效环保型电驱动式热泵机组，其特征是：所述第一冷凝器(2)为管壳式换热器或板式换热器。
4.如权利要求1所述的高效环保型电驱动式热泵机组，其特征是：所述水蒸气压缩机(3)为罗茨风机压缩机或蒸汽离心压缩机。
高效环保型电驱动式热泵机组
技术领域
背景技术
[0002] 目前市场上主流的水源热泵机组是以氟利昂为冷媒的电驱动压缩式热泵机组，其基本的结构如图2所示，包括管路连接的蒸发器10、压缩机11、第二冷凝器12、第二膨胀阀13。较低压力的液态氟利昂冷媒在蒸发器10筒体内吸收铜管内流动的低温余热水的热量后气化，气态氟利昂经压缩机11压缩后压力与温度升高并流入第二冷凝器12，较高压力的气态氟利昂在冷凝器放出热量获得空调或工艺用高温热水，同时，自身变为压力、温度较高的液态冷媒，此状态下的液态冷媒流经第二膨胀阀13后压力降低、重新回到蒸发器蒸发，周而复始，完成制热循环。
[0003] 这种水源热泵机组技术成熟、应用广泛，以至于成为一种当然的制热工艺流程，无需突破、无法突破。面对当今世界节能、环保的大潮此种技术仍然存在如下显著缺点：
[0004] 1、不节能
[0005] 由于目前市场上水源热泵机组采用的氟利昂冷媒的气化潜热小(相当于水气化潜热的七八分之一)，制取相同的热量需要的氟利昂循环量大；冷凝压力与蒸发压力大、压差大，压缩机的功耗大，目前水源热泵机组标准制热工况的COP值5左右。
[0006] 2、不环保
[0008] 3、升温幅度不高
[0009] 由于采用氟利昂冷媒的冷凝压力不能太高，这就导致冷凝温度不能太高，从而使得热泵高温热源相对于低温余热源的升温幅度不能太高，一般不超过30℃，绝对温度不超过80℃。
[0010] 4、成本高、安全性差
发明内容
[0012] 本发明要解决的技术问题是：为了解决现有的以氟利昂为冷媒的电驱动压缩式热泵机组的不节能、不环保、升温幅度低、成本高及安全性差的技术问题，本发明提供一种安全性高的，成本低的节能高效环保型电驱动式热泵机组。
[0013] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高效环保型电驱动式热泵机组，包括管路连接的闪发箱、第一冷凝器、水蒸气压缩机和第一膨胀阀，闪发箱与余热源通过余热水进口管和余热水出口管连通成循环回路，余热水进口管内伸于闪发箱，余热水进口管的内伸段轴向上设有多个余热水喷嘴，闪发箱通过抽气管依次连通真空阀和真空泵，余热水进口管、抽气管和余热水出口管在闪发箱上的安装高度依次递减。
[0014] 闪发箱是一台真空容器，其作用是从余热水及蒸汽凝水失压闪发后获取热量。在机组中的水蒸气压缩机正常工作情况下，会维持闪发箱内足够高的真空度，当余热水进水进入闪发箱通过余热水喷嘴后，压力急剧下降、产生闪发，部分变为水蒸气，被水蒸气压缩机吸入，没有变为水蒸气的余热水放出热量、温度下降后滴到闪发箱内；来自第一冷凝器的高温凝水通过第一膨胀阀进入闪发箱后，压力急剧下降、产生闪发，部分变为水蒸气，被水蒸气压缩机吸入，另一部分放出热量、温度下降后滴到闪发箱内。
[0015] 具体地，闪发箱和第一冷凝器之间通过蒸汽管路和凝水管路连通成循环回路；水蒸气压缩机安装于蒸汽管路中，第一膨胀阀安装于凝水管路中，蒸汽管路和凝水管路之间连通有凝水回流管路，凝水回流管路的进口端设于第一冷凝器与第一膨胀阀之间的凝水管路上，凝水回流管路的出口端设于水蒸气压缩机与第一冷凝器之间的蒸汽管路上，从凝水回流管路的进口端至其出口端上依次设有凝水泵和调节阀。
[0017] 本发明的第一冷凝器为管壳式换热器或板式换热器。管壳式换热器具有承压性高的优点，它由筒体、传热管、支撑板、水盘、壳体保温等组成。板式换热器高效节能，传热性能好，拆洗方便。在第一冷凝器内水蒸气在较高压力下冷凝放热将换热管内用户回水加热，用作热用户的高温热源，水蒸气自身变为蒸汽凝水回到闪发箱。
[0018] 本发明的水蒸气压缩机为罗茨风机压缩机或蒸汽离心压缩机，水蒸气压缩机是一种水蒸气温度和压力的提升设备。当所需高温热源温度不太高时通常选用罗茨风机压缩机；罗茨风机压缩机因其抽速大而被称为快速机械真空泵，结构简单，运行平稳、可靠，机械效率高，便于维护和保养；对被输送气体中所含的粉尘、液滴和纤维不敏感；转子工作表面不用润滑，气体不与油接触，所输送气体纯净。当所需高温热源温度较高、甚至超过100℃时通常选用蒸汽离心压缩机；蒸汽离心压缩机流量大，转速高，结构紧凑，运转可靠且维修费用低。
[0019] 本发明是一种以水为循环工质的高效环保型电驱动式热泵机组，即是一种以水为制冷剂，利用水在低压闪发箱中闪发获取余热源热量，采用水蒸气压缩机驱动的水-水热泵机组。
[0020] 本发明的最大特色是环保与节能。热泵机组采用水为工质，利用水的相变来完成热泵的吸热和放热过程，水作为工质来源丰富、价格便宜、对环境没有任何危害，因而是环保的；本机组最大的耗能设备是水蒸气压缩机，水蒸气压缩机的耗功与压缩介质的流量、比容和压缩比有关。水蒸气压缩机压缩的介质是水蒸气，单位质量的水的汽化潜热是常规电动水源热泵机组冷媒的7～8倍，故同样的制热量介质的质量流量是氟利昂冷媒热泵机组质量流量的 水蒸气作为介质的不利之处是其比容较大，但在热泵制热的工况条件下(余热源温度一般在30℃以上)水蒸气的蒸发压力较高、从而保证水蒸气的比容较小，就能保证同样的制热量、较余热源升高相同的温度的情况下水蒸气压缩机的功率较常规水源热泵机组的功率低很多(通常低50％左右)。另外，本机组设有蒸汽凝水再气化装置(由冷凝水管道、冷凝泵和调节阀构成)，部分凝水在水蒸气压缩机出口处再汽化，将过热蒸汽转化为饱和蒸汽的同时增加了冷凝器的进汽量，达到一定的节能效果。
[0021] 本发明高效环保型电驱动式热泵机组另一特色是采用闪发箱获取低温余热。相对于常规的采用以换热器获取余热的方式，此方式没有传热温差损失、所利用的余热品味更高，此种方式有利于降低冷剂蒸汽的比容、降低水蒸气压缩机的功耗；同时，由于不经过换热器方式获取余热，对余热水的水质要求较低，余热水只要做一般的过滤即可进闪发箱，不用担心换热器管道结垢引起制热性能衰减现象。
[0022] 本发明高效环保型电驱动式热泵机组第三特色是温升高。由于闪发箱的冷剂蒸汽处于真空状态，绝对压力较低，只要适当增加水蒸气压缩机的压头就能增加冷凝压力、从而获得更高温度的高温热源。故此种方式下，可以获得较低温余热源高50℃以上、绝对温度高于100℃的高温热源。
[0023] 本发明高效环保型电驱动式热泵机组第四特色是成本低、安全可靠。在通常的运行工况下，该机组各部分处于真空状态下，该产品不属于压力容器、制造要求低、成本低、安全可靠；同时，本机组采用水作为工质，来源丰富、价格低廉、无冷媒补充成本；而由于传统的水源热泵机组中氟利昂冷媒压力较高、有泄露、需定期补充冷媒。
[0024] 综合所述，该产品相对于常规的水源热泵机组在节能环保、性能稳定、升温幅度、成本及安全可靠性方面优势明显，适合各种类型的用户选用。
[0025] 本发明是以水为循环工质的高效环保型电驱动式热泵机组，其工作过程如下：
[0026] 1)机组启动
[0027] 机组启动前先确认闪发箱绝对压力，可以通过麦氏真空计等真空仪器进行测量，若所测量的闪发箱的绝对压力不超过当时温度下水蒸气饱和压力5Pa则说明闪发箱内不凝性气体量很少，机组可以正常启动；若所测量的闪发箱的绝对压力超过当时温度下水蒸气饱和压力以上5Pa，则说明闪发箱内有较多不凝性气体(如空气)漏入，打开真空阀、开启真空泵，对机组进行抽真空，同时检测闪发箱的绝对压力，当所测量的闪发箱的绝对压力不超过当时温度下水蒸气饱和压力以上5Pa时，则关闭真空阀、停止真空泵抽真空，机组可以正常启动。
[0028] 机组启动时，闪发箱存有一定量水(水位高度占整个闪发箱高度的1/3左右)、开启余热水泵，闪发箱的水被加热到设计温度时开启水蒸气压缩机、将水蒸气压缩升温、升压后进入第一冷凝器，第一冷凝器中冷剂蒸汽在换热管外凝结，当换热管内水温加热到设计温度时开启高温热源水泵、向热用户供热，当蒸汽凝水足够多，到达适当高度后即有凝水从凝水管路流出，流出的水通过第一膨胀阀流进闪发箱，一旦确认闪发箱有冷凝水流进时即可开启凝水泵、同时调节调节阀，当冷凝器进口蒸汽温度与冷凝器水蒸气压力下的饱和温度相差5℃以内时停止调节调节阀，机组逐渐运行到平稳状态、达到热平衡与质平衡。
[0029] 2)机组运行
[0030] 来自余热源某个温度(该处取35℃)的余热水通过余热水入口管并经余热水喷嘴进入闪发箱，迅速闪发变为31.8mmHg(温度为30℃)的水蒸气，闪发蒸汽被水蒸气压缩机吸入，未闪发的余热水温度降到30℃后滴入闪发箱，30℃的余热水通过余热水出口管回到余热源加热；闪发蒸汽被水蒸气压缩机吸入后压缩，压力和温度升高、变为压力为172mmHg、温度为85℃的过热蒸汽，该过热蒸汽与来自调节阀的冷凝水混合变为压力是172mmHg、温度为63℃的饱和水蒸气；该饱和蒸汽在第一冷凝器中冷凝放热，将来自热用户的50℃热水加热至60℃重新供应热用户使用，同时自身温度和压力下降、变为61℃的蒸汽凝水离开第一冷凝器；一部分蒸汽凝水通过第一膨胀阀降压后回到闪发箱闪发(闪发后部分变为31.8mmHg、温度为30℃的蒸汽被水蒸气压缩机吸入，部分变为30℃的凝水滴入闪发箱内)，另一部分蒸汽凝水通过凝水泵升压后，经调节阀与水蒸气压缩机出口的过热蒸汽混合，汽化为饱和蒸汽、重新回到第一冷凝器。周而复始，完成制热循环。
[0031] 本发明的有益效果是：
[0032] 1、环保且节能：热泵机组采用水为工质，利用水的相变来完成热泵的吸热和放热过程，水作为工质来源丰富、价格便宜、对环境没有任何危害。
[0033] 2、无传热温差损失、所利用的余热品味高且水质要求低：相对于常规的采用以换热器获取余热的方式，此方式没有传热温差损失、所利用的余热品味更高，此种方式有利于降低冷剂蒸汽的比容、降低水蒸气压缩机的功耗；同时，由于不经过换热器方式获取余热，对余热水的水质要求较低，余热水只要做一般的过滤即可进闪发箱，不用担心换热器管道结垢引起制热性能衰减现象。
[0034] 3、温升高：在真空状态下，只要适当增加水蒸气压缩机的压头即可获得较低温余热源高50℃以上、绝对温度高于100℃的高温热源。
[0035] 4、安全可靠且成本低：在通常的运行工况下，该机组各部分处于真空状态下，该产品不属于压力容器、制造要求低、成本低、安全可靠；同时，本机组采用水作为工质，来源丰富、价格低廉、无冷媒补充成本；而由于传统的水源热泵机组中氟利昂冷媒压力较高、有泄露、需定期补充冷媒。附图说明
[0036] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0037] 图1是本发明的高效环保型电驱动式热泵机组最优实施例的结构示意图；
[0038] 图2是现有的以氟利昂为冷媒的电驱动压缩式水源热泵机组的结构示意图。
[0039] 图中：1、闪发箱，1-1、余热水进口管，1-2、余热水出口管，1-3、抽气管，1-4、余热水喷嘴，2、第一冷凝器，3、水蒸气压缩机，4、第一膨胀阀，5、真空阀，6、真空泵，7、蒸汽管路，8、凝水管路，9、凝水回流管路，9-1、凝水泵，9-2、调节阀，10、蒸发器，11、压缩机，12、第二冷凝器，13、第二膨胀阀。
具体实施方式
[0040] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0041] 如图1所示的本发明的高效环保型电驱动式热泵机组的最优实施例，其包括管路连接的闪发箱1、第一冷凝器2、水蒸气压缩机3和第一膨胀阀4，闪发箱1与余热源通过余热水进口管1-1和余热水出口管1-2连通成循环回路，余热水进口管1-1内伸于闪发箱1，余热水进口管1-1的内伸段轴向上设有多个余热水喷嘴1-4，闪发箱1通过抽气管1-3依次连通真空阀5和真空泵6，余热水进口管1-1、抽气管1-3和余热水出口管1-2在闪发箱1上的安装高度依次递减。
[0042] 闪发箱1是一台真空容器，其作用是从余热水及蒸汽凝水失压闪发后获取热量。在机组中的水蒸气压缩机3正常工作情况下，会维持闪发箱1内足够高的真空度，当余热水进水进入闪发箱1通过余热水喷嘴1-4后，压力急剧下降、产生闪发，部分变为水蒸气，被水蒸气压缩机3吸入，没有变为水蒸气的余热水放出热量、温度下降后滴到闪发箱1内；来自第一冷凝器2的高温凝水通过第一膨胀阀4进入闪发箱1后，压力急剧下降、产生闪发，部分变为水蒸气，被水蒸气压缩机3吸入，另一部分放出热量、温度下降后滴到闪发箱1内。
[0043] 具体地，闪发箱1和第一冷凝器2之间通过蒸汽管路7和凝水管路8连通成循环回路；水蒸气压缩机3安装于蒸汽管路7中，第一膨胀阀4安装于凝水管路8中，蒸汽管路7和凝水管路8之间连通有凝水回流管路9，凝水回流管路9的进口端设于第一冷凝器2与第一膨胀阀4之间的凝水管路8上，凝水回流管路9的出口端设于水蒸气压缩机3与第一冷凝器2之间的蒸汽管路7上，从凝水回流管路9的进口端至其出口端上依次设有凝水泵
9-1和调节阀9-2。
9-1和调节阀9-2。
[0044] 本实施例的凝水回流管路9、凝水泵9-1和调节阀9-2为蒸汽凝水再气化装置，部分凝水在水蒸气压缩机3出口处再汽化，将过热蒸汽转化为饱和蒸汽的同时增加了第一冷凝器2的进汽量，达到了一定的节能效果。
[0045] 本实施例的第一冷凝器2为管壳式换热器，具有承压性高的优点，它由筒体、传热管、支撑板、水盘、壳体保温等组成。在第一冷凝器2内水蒸气在较高压力下冷凝放热将换热管内用户回水加热，用作热用户的高温热源，水蒸气自身变为蒸汽凝水回到闪发箱1。
[0046] 本实施例的水蒸气压缩机3为蒸汽离心压缩机，蒸汽离心压缩机适用于高温热源温度较高、甚至超过100℃时的机组。
[0047] 本发明是以水为循环工质的高效环保型电驱动式热泵机组，其工作过程如下：
[0048] 1)机组启动
[0049] 机组启动前先确认闪发箱1绝对压力，可以通过麦氏真空计等真空仪器进行测量，若所测量的闪发箱1的绝对压力不超过当时温度下水蒸气饱和压力5Pa则说明闪发箱1内不凝性气体量很少，机组可以正常启动；若所测量的闪发箱1的绝对压力超过当时温度下水蒸气饱和压力以上5Pa，则说明闪发箱1内有较多不凝性气体(如空气)漏入，打开真空阀5、开启真空泵6，对机组进行抽真空，同时检测闪发箱1的绝对压力，当所测量的闪发箱1的绝对压力不超过当时温度下水蒸气饱和压力以上5Pa时，则关闭真空阀5、停止真空泵6抽真空，机组可以正常启动。
[0050] 机组启动时，闪发箱1存有一定量水(水位高度占整个闪发箱1高度的1/3左右)、开启余热水泵，闪发箱1的水被加热到设计温度时开启水蒸气压缩机3、将水蒸气压缩升温、升压后进入第一冷凝器2，第一冷凝器2中冷剂蒸汽在换热管外凝结，当换热管内水温加热到设计温度时开启高温热源水泵、向热用户供热，当蒸汽凝水足够多，到达适当高度后即有凝水从凝水管路8流出，流出的水通过第一膨胀阀4流进闪发箱1，一旦确认闪发箱1有冷凝水流进时即可开启凝水泵9-1、同时调节调节阀9-2，当冷凝器进口蒸汽温度与冷凝器水蒸气压力下的饱和温度相差5℃以内时停止调节调节阀9-2，机组逐渐运行到平稳状态、达到热平衡与质平衡。
[0051] 2)机组运行
[0052] 来自余热源某个温度(这里取35℃)的余热水通过余热水入口管1-1并经余热水喷嘴1-4进入闪发箱1，迅速闪发变为31.8mmHg(温度为30℃)的水蒸气，闪发蒸汽被水蒸气压缩机3吸入，未闪发的余热水温度降到30℃后滴入闪发箱1，30℃的余热水通过余热水出口管1-2回到余热源加热；闪发蒸汽被水蒸气压缩机3吸入后压缩，压力和温度升高、变为压力为172mmHg、温度为85℃的过热蒸汽，该过热蒸汽与来自调节阀9-2的冷凝水混合变为压力是172mmHg、温度为63℃的饱和水蒸气；该饱和蒸汽在第一冷凝器2中冷凝放热，将来自热用户的50℃热水加热至60℃重新供应热用户使用，同时自身温度和压力下降、变为61℃的蒸汽凝水离开第一冷凝器2；一部分蒸汽凝水通过第一膨胀阀4降压后回到闪发箱1闪发(闪发后部分变为31.8mmHg、温度为30℃的蒸汽被水蒸气压缩机3吸入，部分变为30℃的凝水滴入闪发箱1内)，另一部分蒸汽凝水通过凝水泵9-1升压后，经调节阀9-2与水蒸气压缩机3出口的过热蒸汽混合，汽化为饱和蒸汽、重新回到第一冷凝器2。周而复始，完成制热循环。
[0053] 本实施例是一种以水为循环工质的高效环保型电驱动式热泵机组，即是一种以水为制冷剂，利用水在低压闪发箱1中闪发获取余热源热量，采用水蒸气压缩机驱动的水-水热泵机组。
[0054] 本实施例的最大特色是环保与节能。热泵机组采用水为工质，利用水的相变来完成热泵的吸热和放热过程，水作为工质来源丰富、价格便宜、对环境没有任何危害，因而是环保的；本机组最大的耗能设备是水蒸气压缩机3，水蒸气压缩机3的耗功与压缩介质的流量、比容和压缩比有关。水蒸气压缩机3压缩的介质是水蒸气，单位质量的水的汽化潜热是常规电动水源热泵机组冷媒的7～8倍，故同样的制热量介质的质量流量是氟利昂冷媒热泵机组质量流量的 水蒸气作为介质的不利之处是其比容较大，但在热泵制热的工况条件下(余热源温度一般在30℃以上)水蒸气的蒸发压力较高、从而保证水蒸气的比容较小，就能保证同样的制热量、较余热源升高相同的温度的情况下水蒸气压缩机3的功率较常规水源热泵机组的功率低很多(通常低50％左右)。另外，本机组设有蒸汽凝水再气化装置(由冷凝水管道9、冷凝泵9-1和调节阀9-2构成)，部分凝水在水蒸气压缩机3出口处再汽化，将过热蒸汽转化为饱和蒸汽的同时增加了第一冷凝器2的进汽量，达到一定的节能效果。
[0055] 本发明高效环保型电驱动式热泵机组另一特色是采用闪发箱1获取低温余热。相对于常规的采用以换热器获取余热的方式，此方式没有传热温差损失、所利用的余热品味更高，此种方式有利于降低冷剂蒸汽的比容、降低水蒸气压缩机的功耗；同时，由于不经过换热器方式获取余热，对余热水的水质要求较低，余热水只要做一般的过滤即可进闪发箱1，不用担心换热器的换热管结垢引起制热性能衰减现象。
[0056] 本发明高效环保型电驱动式热泵机组第三特色是温升高。由于闪发箱1的冷剂蒸汽处于真空状态，绝对压力较低，只要适当增加水蒸气压缩机3的压头就能增加冷凝压力、从而获得更高温度的高温热源。故此种方式下，可以获得较低温余热源高50℃以上、绝对温度高于100℃的高温热源。
[0057] 本发明高效环保型电驱动式热泵机组第四特色是成本低、安全可靠。在通常的运行工况下，该机组各部分处于真空状态下，该产品不属于压力容器、制造要求低、成本低、安全可靠；同时，本机组采用水作为工质，来源丰富、价格低廉、无冷媒补充成本；而由于传统的水源热泵机组中氟利昂冷媒压力较高、有泄露、需定期补充冷媒。
[0058] 综合所述，该产品相对于常规的水源热泵机组在节能环保、性能稳定、升温幅度、成本及安全可靠性方面优势明显，适合各种类型的用户选用。
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