CN107957138A - 采用自然工质水的高温热泵循环***及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用自然工质水的高温热泵循环***及其工作方法，该***包括水工质热泵循环***、水蒸气压缩机补水***、废热源供水***以及高温出水***，水工质热泵循环***与水蒸气压缩机补水***通过水循环管以及水蒸气压缩机相连接，废热源供水***与水工质热泵循环***通过蒸发器相连接，高温出水***与水工质热泵循环***通过冷凝器相连接。本发明以自然工质水作为***的循环工质，有效地回收废热源中的废热，提供高温的出水供用户使用，出水温度可以达到120℃以上，同时使用自然工质水作为***的循环工质，避免了氟氯烃类人工合成工质对环境的破坏作用，有效地保护了环境，达到节能减排环保的效果。

Description

采用自然工质水的高温热泵循环***及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种采用自然工质水的高温热泵循环***及其工作方法，属于热泵节能减排技术领域。

背景技术

伴随着社会经济的迅速发展和人们对物质需求的不断增长，能源的消耗在日益加剧，未来能源短缺将会是世界面临的一个重大问题。与此同时环境污染问题也在时刻的敲打着警钟，臭氧层消耗，全球气候变暖，冰川融化以及海平面上升等问题亟待解决。大力推广绿色节能技术，降低生产生活中的能源消耗与污染，是摆脱能源危机与减少环境污染的重要手段，也是当今社会可持续发展的必然选择。

热泵***是一种高效的节能***，它的使用可以有效地回收低品位能源，提高能量的利用效率，降低高品位能源的消耗，缓解能源危机的压力，因此热泵***一直被社会各界所推崇，在社会的生产生活中得到了广泛的应用。但是热泵***作为一种需要大量循环工质的***也面临着循环工质的选择问题，在氯氟烃类人工合成工质对臭氧层破坏严重、对温室效应影响明显、使用与发展前景受限的背景下，热泵***在循环工质的选择上需要更加谨慎，这也就严重的制约了热泵***在生产生活各方面的应用。同时目前在高温热泵***的选择与应用上也没有明确的选型方案，社会各界也都在努力研发新型有效的高温热泵***。因此研究与使用新型、高效、绿色、环保并且易得的循环工质以及提高热泵***在实际应用中的温度范围，就成了目前热泵***行业需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种采用自然工质水的高温热泵循环***及其工作方法，其可以实现以自然工质水作为***的循环工质，有效地回收废热源中的废热，同时提供高温的出水供用户使用，出水温度可以达到120℃以上，同时使用自然工质水作为***的循环工质，避免了氟氯烃类人工合成工质对环境的破坏作用，有效地保护了环境，达到节能减排环保的效果。

根据本发明的一个方面，提供一种采用自然工质水的高温热泵循环***，其特征在于，包括水工质热泵循环***、水蒸气压缩机补水***、废热源供水***以及高温出水***，水工质热泵循环***与水蒸气压缩机补水***通过水循环管以及水蒸气压缩机相连接，废热源供水***与水工质热泵循环***通过蒸发器相连接，高温出水***与水工质热泵循环***通过冷凝器相连接；水工质热泵循环***由蒸发器、闪蒸管、真空泵、真空调节阀、真空管、闪蒸罐、低温水蒸气管、水蒸气压缩机、高温水蒸气管、集液管、冷凝器、集液罐、水蒸气膨胀阀、膨胀管、水循环泵、水循环管组成，蒸发器和闪蒸罐通过闪蒸管连接，闪蒸罐和水蒸气压缩机通过低温水蒸气管连接，水蒸气压缩机和冷凝器通过高温水蒸气管连接，冷凝器和集液罐通过集液管连接，集液罐、水蒸气膨胀阀和闪蒸罐通过膨胀管依次连接，闪蒸罐、水循环泵和蒸发器通过水循环管依次连接，真空泵与真空调节阀通过真空管连接在闪蒸罐的上方；水蒸气压缩机补水***由补水流量调节阀、水蒸气压缩机、水蒸气压缩机补水泵、水蒸气压缩机补水管和水循环管组成，水循环管、水蒸气压缩机补水泵、补水流量调节阀和水蒸气压缩机通过水蒸气压缩机补水管依次连接；废热源供水***由废热出水管、蒸发器和废热进水管组成，废热出水管和废热进水管连接在蒸发器上；高温出水***由冷凝器、低温进水管和高温出水管组成，低温进水管和高温出水管都连接在冷凝器上。

优选地，所述水工质热泵循环***使用自然工质水作为循环工质，有效地避免氟氯烃类人工合成工质对臭氧层的破坏和严重的温室效应，同时自然工质水在经济性，安全性上也优于氟氯烃类人工合成工质。

优选地，所述水蒸气压缩机补水***中补充的工质是自然工质水，不仅提高***的整体性能，而且补充工质与循环工质相同。

优选地，所述蒸发时蒸发器中的压力处于负压状态，闪蒸罐以及低温水蒸气管中水蒸气的压力都处于负压状态。

优选地，所述水工质热泵循环***和废热源供水***充分的回收废热源供水***中80-90℃的废热，达到回收低品位能源、节能减排的目的。

优选地，所述水工质热泵循环***和高温出水***能够产生温度在120℃以上的高温水，满足生产与生活中大量场合的应用。

优选地，所述水蒸气压缩机通过喷水来降低其出口处水蒸气的过热度，提高压缩机的性能，从而提高***整体的性能。

本发明还提供一种采用自然工质水的高温热泵循环***的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在***整体运行前，水工质热泵循环***中的真空泵首先工作，通过真空管和真空调节阀将闪蒸罐内的压力抽到额定真空度并维持闪蒸罐内真空度恒定；

在***整体运行时，废热源供水***进行工作，来自废热源的废热水通过废热进水管流入蒸发器，在蒸发器中与来自水循环管的低温循环水进行换热，废热水放热温度降低以后通过废热出水管流出蒸发器；

在***整体运行时，水工质热泵循环***进行工作，闪蒸罐内的低温饱和水蒸气通过低温水蒸气管流入水蒸气压缩机中，低温饱和水蒸气在水蒸气压缩机中被压缩升压升温成为高温水蒸气，在低温饱和水蒸气被压缩升压升温的过程中，来自水蒸气压缩机补水管的补充水喷入水蒸气压缩机腔体内吸收被水蒸气压缩机压缩形成的高温水蒸气的热量后气化并和高温水蒸气混合形成混合高温水蒸气，降低了水蒸气压缩机出口处混合高温水蒸气的温度，混合高温水蒸气通过高温水蒸气管从水蒸气压缩机出口处流入冷凝器，混合高温水蒸气在冷凝器中向来自低温进水管的低温冷却水冷凝放热形成高温冷凝水，高温冷凝水通过集液管从冷凝器中流入集液罐并在集液罐中聚集，集液罐中的高温冷凝水通过膨胀管流经水蒸气膨胀阀节流膨胀压力温度降低后形成低温低压循环水流入闪蒸罐，低温低压循环水在闪蒸罐中发生闪蒸形成低温饱和水蒸气和低温饱和水，低温饱和水通过水循环管经过水循环泵部分输送到蒸发器中部分输送到水蒸气压缩机补水管中，低温饱和水在蒸发器中吸收来自废热进水管的废热水的热量蒸发形成低温水蒸气，低温水蒸气通过闪蒸管由蒸发器流入闪蒸罐中，低温水蒸气在闪蒸罐中同样闪蒸形成低温饱和水蒸气和低温饱和水，闪蒸罐中的低温饱和水蒸气通过低温水蒸气管再次流入水蒸气压缩机中，闪蒸罐中的低温饱和水通过水循环管经过水循环泵再次输送到蒸发器中，形成一个完整的循环；

在***整体运行时，水蒸气压缩机补水***进行工作，低温饱和水由水循环管流入水蒸气压缩机补水管中，低温饱和水通过水蒸气压缩机补水管流入水蒸气压缩机补水泵中，低温饱和水流经补水流量调节阀被水蒸气压缩机补水泵通过水蒸气压缩机补水管输送到水蒸气压缩机的腔体内，低温饱和水在水蒸气压缩机腔体内吸收被水蒸气压缩机压缩形成的高温水蒸气的热量后气化并和高温水蒸气混合形成混合高温水蒸气；

在***整体运行时，高温出水***进行工作，低温冷却水通过低温进水管流入冷凝器，在冷凝器中与来自高温水蒸气管的混合高温水蒸气进行换热，低温冷却水吸热温度升高以后形成高温冷却水通过高温出水管流出冷凝器，高温冷却水将会被收集储存等待进一步使用。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

一、本发明通过使用自然工质水作为循环工质，自然工质水本身对臭氧层无破坏，温室效应低，避免了氯氟烃类人工合成工质对臭氧层的破坏，以及其高的温室效应，有效地保护了环境。

二、本发明通过使用自然工质水作为循环工质，自然工质水在自然界中大量存在，与其它任何一种工质相比，自然工质水最易获得，使用成本最低，经济性好。

三、本发明通过使用自然工质水作为循环工质，自然工质水不具有毒性，可燃性，易爆性等危险属性，作为循环工质无论是在液态或气态下发生泄漏时不会造成任何安全问题，安全性好。

四、本发明通过使用自然工质水作为循环工质，自然工质水的化学性质十分稳定，不存在其他工质长期使用产生的分解问题。

五、本发明通过使用自然工质水作为循环工质，自然工质水的气化潜热大，所需的工质质量流量相对较小，***成本低。

六、本发明通过使用自然工质水作为循环工质与压缩机腔内喷入工质，循环工质与喷入工质相同，不要工质分离设备，有效地降低了***的复杂度，实现了***简单，成本低，经济性高的效果。

七、本发明通过使用蒸发器有效地回收了废热源里的废热，充分的利用了低品质的能量，实现了节能减排的效果。

八、本发明通过使用水蒸气压缩机将回收的低品质能量提升为高品质能量，并且通过冷凝器将高品质能量转换成120℃以上的高温热水，可以满足很多生产以及生活中的需求，应用范围广泛。

九、本发明通过使用补水流量调节阀，水蒸气压缩机补水泵和水蒸气压缩机补水管，能够有效地提高水蒸气压缩机的性能，降低***运行过程中的能耗，达到节能减排的效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明采用自然工质水的高温热泵循环***的***图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明采用自然工质水的高温热泵循环***包括水工质热泵循环***、水蒸气压缩机补水***、废热源供水***以及高温出水***，水工质热泵循环***与水蒸气压缩机补水***通过水循环管23以及水蒸气压缩机11相连接，废热源供水***与水工质热泵循环***通过蒸发器2相连接，高温出水***与水工质热泵循环***通过冷凝器14相连接；水工质热泵循环***由蒸发器2、闪蒸管4、真空泵5、真空调节阀6、真空管7、闪蒸罐8、低温水蒸气管9、水蒸气压缩机11、高温水蒸气管12、集液管13、冷凝器14、集液罐17、水蒸气膨胀阀18、膨胀管19、水循环泵22、水循环管23组成，蒸发器2和闪蒸罐8通过闪蒸管4连接，闪蒸罐8和水蒸气压缩机11通过低温水蒸气管9连接，水蒸气压缩机11和冷凝器14通过高温水蒸气管12连接，冷凝器14和集液罐17通过集液管13连接，集液罐17、水蒸气膨胀阀18和闪蒸罐8通过膨胀管19依次连接，闪蒸罐8、水循环泵22和蒸发器2通过水循环管23依次连接，真空泵5与真空调节阀6通过真空管7连接在闪蒸罐8的上方；水蒸气压缩机补水***由补水流量调节阀10、水蒸气压缩机11、水蒸气压缩机补水泵20、水蒸气压缩机补水管21和水循环管23组成，水循环管23、水蒸气压缩机补水泵20、补水流量调节阀10和水蒸气压缩机11通过水蒸气压缩机补水管21依次连接；废热源供水***由废热出水管1、蒸发器2和废热进水管3组成，废热出水管1和废热进水管3连接在蒸发器2上；高温出水***由冷凝器14、低温进水管15和高温出水管16组成，低温进水管15和高温出水管16都连接在冷凝器14上。

水工质热泵循环***使用自然工质水作为循环工质，可以有效地避免氟氯烃类人工合成工质对臭氧层的破坏和严重的温室效应，同时自然工质水在经济性，安全性上也优于氟氯烃类人工合成工质。

水蒸气压缩机补水***中补充的工质也是自然工质水，不仅可以提高***的整体性能，而且补充工质与循环工质相同，无需工质分离设备，***简单。

蒸发时蒸发器中的压力处于负压状态，闪蒸罐以及低温水蒸气管中水蒸气的压力都处于负压状态。

水工质热泵循环***和废热源供水***可以充分的回收废热源供水***中80-90℃的废热，达到回收低品位能源、节能减排的目的。

水工质热泵循环***和高温出水***能够产生温度在120℃以上的高温水，可以满足生产与生活中(例如干燥，蒸发，淡化等)大量场合的应用，使用范围广。

水蒸气压缩机可以通过喷水来降低其出口处水蒸气的过热度，提高压缩机的性能，从而提高***整体的性能。

本发明采用自然工质水的高温热泵循环***的工作方法包括以下步骤：

在***整体运行前，水工质热泵循环***中的真空泵5首先工作，通过真空管7和真空调节阀6将闪蒸罐8内的压力抽到额定真空度并维持闪蒸罐8内真空度恒定。

在***整体运行时，废热源供水***进行工作，来自废热源的废热水通过废热进水管3流入蒸发器2，在蒸发器2中与来自水循环管23的低温循环水进行换热，废热水放热温度降低以后通过废热出水管1流出蒸发器2。

在***整体运行时，水工质热泵循环***进行工作，闪蒸罐8内的低温饱和水蒸气通过低温水蒸气管9流入水蒸气压缩机11中，低温饱和水蒸气在水蒸气压缩机11中被压缩升压升温成为高温水蒸气，在低温饱和水蒸气被压缩升压升温的过程中，来自水蒸气压缩机补水管21的补充水喷入水蒸气压缩机11腔体内吸收被水蒸气压缩机11压缩形成的高温水蒸气的热量后气化并和高温水蒸气混合形成混合高温水蒸气，降低了水蒸气压缩机11出口处混合高温水蒸气的温度，混合高温水蒸气通过高温水蒸气管12从水蒸气压缩机11出口处流入冷凝器14，混合高温水蒸气在冷凝器14中向来自低温进水管15的低温冷却水冷凝放热形成高温冷凝水，高温冷凝水通过集液管13从冷凝器14中流入集液罐17并在集液罐17中聚集，集液罐17中的高温冷凝水通过膨胀管19流经水蒸气膨胀阀18节流膨胀压力温度降低后形成低温低压循环水流入闪蒸罐8，低温低压循环水在闪蒸罐8中发生闪蒸形成低温饱和水蒸气和低温饱和水，低温饱和水通过水循环管23经过水循环泵22部分输送到蒸发器2中部分输送到水蒸气压缩机补水管21中，低温饱和水在蒸发器2中吸收来自废热进水管3的废热水的热量蒸发形成低温水蒸气，低温水蒸气通过闪蒸管4由蒸发器2流入闪蒸罐8中，低温水蒸气在闪蒸罐8中同样闪蒸形成低温饱和水蒸气和低温饱和水，闪蒸罐8中的低温饱和水蒸气通过低温水蒸气管9再次流入水蒸气压缩机11中，闪蒸罐8中的低温饱和水通过水循环管23经过水循环泵22再次输送到蒸发器2中，形成一个完整的循环。

在***整体运行时，水蒸气压缩机补水***进行工作，低温饱和水由水循环管23流入水蒸气压缩机补水管21中，低温饱和水通过水蒸气压缩机补水管21流入水蒸气压缩机补水泵20中，低温饱和水流经补水流量调节阀10被水蒸气压缩机补水泵20通过水蒸气压缩机补水管21输送到水蒸气压缩机11的腔体内，低温饱和水在水蒸气压缩机11腔体内吸收被水蒸气压缩机11压缩形成的高温水蒸气的热量后气化并和高温水蒸气混合形成混合高温水蒸气。

在***整体运行时，高温出水***进行工作，低温冷却水通过低温进水管15流入冷凝器14，在冷凝器14中与来自高温水蒸气管12的混合高温水蒸气进行换热，低温冷却水吸热温度升高以后形成高温冷却水通过高温出水管16流出冷凝器14，高温冷却水将会被收集储存等待进一步使用。

本发明以自然工质水作为***的循环工质，有效地回收废热源中的废热，提供高温的出水供用户使用，出水温度可以达到120℃以上，同时使用自然工质水作为***的循环工质，避免了氟氯烃类人工合成工质对环境的破坏作用，有效地保护了环境，达到节能减排环保的效果。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种采用自然工质水的高温热泵循环***，其特征在于，包括水工质热泵循环***、水蒸气压缩机补水***、废热源供水***以及高温出水***，水工质热泵循环***与水蒸气压缩机补水***通过水循环管以及水蒸气压缩机相连接，废热源供水***与水工质热泵循环***通过蒸发器相连接，高温出水***与水工质热泵循环***通过冷凝器相连接；水工质热泵循环***由蒸发器、闪蒸管、真空泵、真空调节阀、真空管、闪蒸罐、低温水蒸气管、水蒸气压缩机、高温水蒸气管、集液管、冷凝器、集液罐、水蒸气膨胀阀、膨胀管、水循环泵、水循环管组成，蒸发器和闪蒸罐通过闪蒸管连接，闪蒸罐和水蒸气压缩机通过低温水蒸气管连接，水蒸气压缩机和冷凝器通过高温水蒸气管连接，冷凝器和集液罐通过集液管连接，集液罐、水蒸气膨胀阀和闪蒸罐通过膨胀管依次连接，闪蒸罐、水循环泵和蒸发器通过水循环管依次连接，真空泵与真空调节阀通过真空管连接在闪蒸罐的上方；水蒸气压缩机补水***由补水流量调节阀、水蒸气压缩机、水蒸气压缩机补水泵、水蒸气压缩机补水管和水循环管组成，水循环管、水蒸气压缩机补水泵、补水流量调节阀和水蒸气压缩机通过水蒸气压缩机补水管依次连接；废热源供水***由废热出水管、蒸发器和废热进水管组成，废热出水管和废热进水管连接在蒸发器上；高温出水***由冷凝器、低温进水管和高温出水管组成，低温进水管和高温出水管都连接在冷凝器上。

2.根据权利要求1所述的采用自然工质水的高温热泵循环***，其特征在于，所述水工质热泵循环***使用自然工质水作为循环工质，有效地避免氟氯烃类人工合成工质对臭氧层的破坏和严重的温室效应，同时自然工质水在经济性，安全性上也优于氟氯烃类人工合成工质。

3.根据权利要求1所述的采用自然工质水的高温热泵循环***，其特征在于，所述水蒸气压缩机补水***中补充的工质是自然工质水，不仅提高***的整体性能，而且补充工质与循环工质相同。

4.根据权利要求1所述的采用自然工质水的高温热泵循环***，其特征在于，所述蒸发时蒸发器中的压力处于负压状态，闪蒸罐以及低温水蒸气管中水蒸气的压力都处于负压状态。

5.根据权利要求1所述的采用自然工质水的高温热泵循环***，其特征在于，所述水工质热泵循环***和废热源供水***充分的回收废热源供水***中80-90℃的废热，达到回收低品位能源、节能减排的目的。

6.根据权利要求1所述的采用自然工质水的高温热泵循环***，其特征在于，所述水工质热泵循环***和高温出水***能够产生温度在120℃以上的高温水，满足生产与生活中大量场合的应用。

7.根据权利要求1所述的采用自然工质水的高温热泵循环***，其特征在于，所述水蒸气压缩机通过喷水来降低其出口处水蒸气的过热度，提高压缩机的性能，从而提高***整体的性能。

8.一种采用自然工质水的高温热泵循环***的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在***整体运行前，水工质热泵循环***中的真空泵首先工作，通过真空管和真空调节阀将闪蒸罐内的压力抽到额定真空度并维持闪蒸罐内真空度恒定；

在***整体运行时，废热源供水***进行工作，来自废热源的废热水通过废热进水管流入蒸发器，在蒸发器中与来自水循环管的低温循环水进行换热，废热水放热温度降低以后通过废热出水管流出蒸发器；

在***整体运行时，水工质热泵循环***进行工作，闪蒸罐内的低温饱和水蒸气通过低温水蒸气管流入水蒸气压缩机中，低温饱和水蒸气在水蒸气压缩机中被压缩升压升温成为高温水蒸气，在低温饱和水蒸气被压缩升压升温的过程中，来自水蒸气压缩机补水管的补充水喷入水蒸气压缩机腔体内吸收被水蒸气压缩机压缩形成的高温水蒸气的热量后气化并和高温水蒸气混合形成混合高温水蒸气，降低了水蒸气压缩机出口处混合高温水蒸气的温度，混合高温水蒸气通过高温水蒸气管从水蒸气压缩机出口处流入冷凝器，混合高温水蒸气在冷凝器中向来自低温进水管的低温冷却水冷凝放热形成高温冷凝水，高温冷凝水通过集液管从冷凝器中流入集液罐并在集液罐中聚集，集液罐中的高温冷凝水通过膨胀管流经水蒸气膨胀阀节流膨胀压力温度降低后形成低温低压循环水流入闪蒸罐，低温低压循环水在闪蒸罐中发生闪蒸形成低温饱和水蒸气和低温饱和水，低温饱和水通过水循环管经过水循环泵部分输送到蒸发器中部分输送到水蒸气压缩机补水管中，低温饱和水在蒸发器中吸收来自废热进水管的废热水的热量蒸发形成低温水蒸气，低温水蒸气通过闪蒸管由蒸发器流入闪蒸罐中，低温水蒸气在闪蒸罐中同样闪蒸形成低温饱和水蒸气和低温饱和水，闪蒸罐中的低温饱和水蒸气通过低温水蒸气管再次流入水蒸气压缩机中，闪蒸罐中的低温饱和水通过水循环管经过水循环泵再次输送到蒸发器中，形成一个完整的循环；

在***整体运行时，水蒸气压缩机补水***进行工作，低温饱和水由水循环管流入水蒸气压缩机补水管中，低温饱和水通过水蒸气压缩机补水管流入水蒸气压缩机补水泵中，低温饱和水流经补水流量调节阀被水蒸气压缩机补水泵通过水蒸气压缩机补水管输送到水蒸气压缩机的腔体内，低温饱和水在水蒸气压缩机腔体内吸收被水蒸气压缩机压缩形成的高温水蒸气的热量后气化并和高温水蒸气混合形成混合高温水蒸气；

在***整体运行时，高温出水***进行工作，低温冷却水通过低温进水管流入冷凝器，在冷凝器中与来自高温水蒸气管的混合高温水蒸气进行换热，低温冷却水吸热温度升高以后形成高温冷却水通过高温出水管流出冷凝器，高温冷却水将会被收集储存等待进一步使用。