CN112484332A - 用于混凝土预制构件的复叠式热泵蒸养***及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于混凝土预制构件的复叠式热泵蒸养***及其运行方法，其低温热泵单元包括低温部分冷凝器、制冷剂三通阀、低温部分压缩机、低温部分蒸发器、低温部分节流阀、冷凝蒸发器、低温蒸发器风机；高温热泵单元包括高温部分压缩机、冷凝蒸发器、高温部分节流阀、高温部分冷凝器；空气加热单元包括低温部分冷凝器、低温部分冷凝器风机、水加热盘管和设在蒸汽养护室内的风道；蒸汽发生单元包括泵、高温部分冷凝器、水路三通阀、电加热器；本发明利用热泵***清洁高效、运行费用低等特点有效避免了燃煤锅炉、生物质锅炉对环境的污染性和电锅炉的高能耗等问题。
Description
技术领域
本发明涉及用于混凝土预制构件的复叠式热泵蒸养***及其运行方法，属于热泵技术领域。
背景技术
混凝土预制构件因其利于工程标准化、流程化施工以及施工现场安装便捷得到广泛使用。混凝土养护是预制构件生产的重要过程其养护流程一般是先在5h内由室温升高至45~60℃，接着保温30h左右，再经5h降温至室温，过程要求湿度在70%以上。养护过程中需要调节控制温度升高速度、保温时间、以及恒定的高湿度，否则会直接影响构件的强度和质量。
目前，混凝土预制构件蒸汽养护大多采用小型燃煤锅炉、生物质锅炉或者电锅炉。燃煤锅炉和生物质锅炉安装使用简便、费用低但是安全性差，同时随着雾霾天气日益加重以及环境治理要求该方式逐渐被限制和淘汰使用；电锅炉通过电加热的方式产生蒸汽进行养护，该方式虽然不会对环境产生直接影响但是运行费用高，经济效益差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供用于混凝土预制构件的复叠式热泵蒸养***及其运行方法。
本发明提供的技术方案如下：用于混凝土预制构件的复叠式热泵蒸养***，其特征在于其包括复叠式热泵单元、空气加热单元和蒸汽发生单元；所述复叠式热泵单元包括低温热泵单元和高温热泵单元，所述低温热泵单元包括低温部分冷凝器、制冷剂三通阀、低温部分压缩机、低温部分蒸发器、低温部分节流阀、冷凝蒸发器、低温蒸发器风机；所述高温热泵单元包括高温部分压缩机、冷凝蒸发器、高温部分节流阀、高温部分冷凝器；所述空气加热单元包括低温部分冷凝器、低温部分冷凝器风机、水加热盘管和设在蒸汽养护室内的风道；所述蒸汽发生单元包括泵、高温部分冷凝器、水路三通阀、电加热器；
低温部分压缩机的排气口连接制冷剂三通阀左侧接口，制冷剂三通阀右侧接口连接低温部分冷凝器的进口，制冷剂三通阀上侧接口连接低温部分冷凝器的出口和冷凝蒸发器的右下进口，冷凝蒸发器的左下出口连接低温部分节流阀，低温部分节流阀连接低温部分蒸发器的进口，低温部分蒸发器的出气口连接低温部分压缩机的进气口；低温部分蒸发器处设有低温蒸发器风机，低温部分冷凝器置于风道内部，风道内设有低温部分冷凝器风机；
高温部分压缩机的排气连接高温部分冷凝器的右下侧进口，高温部分冷凝器的左下出口连接高温部分节流阀，高温部分节流阀连接冷凝蒸发器的左上侧进口，冷凝蒸发器的右上侧出气口连接高温部分压缩机的进气口；
来自自来水或水箱的水连接泵，泵的出口连接高温部分冷凝器的左上侧进水口，高温部分冷凝器右上侧出水口的热水连接水侧三通阀左侧进口，水侧三通阀右侧出口连接电加热器，电加热器产生蒸汽喷入蒸汽养护室；水侧三通阀下侧出口连接水加热盘管进口，水加热盘管出口连接泵的进口，水加热盘管置于风道内部。
用于混凝土预制构件的复叠式热泵蒸养***的运行方法，其特征在于其包括：
复叠式热泵蒸养***低温部分运行：制冷剂通过低温部分压缩机压缩至高温高压气体状态后送入制冷剂三通阀，分成两路，一路进入低温部分冷凝器放出部分冷凝热；另一路与低温部分冷凝器出来的制冷剂混合后进入蒸发冷凝器放热，作为高温热泵单元的热源；制冷剂进入冷凝蒸发器进一步放热冷凝变为低温高压制冷剂液体，经过低温部分节流阀，变为低温低压制冷剂送入低温部分蒸发器，利用低温蒸发器风机吸收室外环境空气热量，低温低压制冷剂变为气体进入低温部分压缩机压缩，完成低温部分热泵循环；
复叠式热泵蒸养***高温部分运行：制冷剂通过高温部分压缩机压缩至高温高压气体状态后送入高温部分冷凝器加热自来水后放热冷凝为低温高压制冷剂液体，经过高温部分节流阀变为低温低压制冷剂液体，送入冷凝蒸发器吸收低温部分制冷剂热量，变为低温低压制冷剂气体，送入高温部分压缩机压缩，完成高温部分热泵循环；
复叠式热泵蒸养***室内加热部分运行：热源由两部分组成：水加热盘管和低温部分冷凝器；在水泵驱动下，水先进入高温部分冷凝器吸热，流出后经水侧三通阀分成两路，一路进入电加热器后变成蒸汽，另一路进入水加热盘管；在低温部分冷凝器风机驱动下，室内空气进入低温部分冷凝器吸收热量，再进入水加热盘管继续加热；
复叠式热泵蒸养***蒸汽发生部分运行：自来水经过高温部分冷凝器加热后再经过电加热器加热至蒸汽状态送入蒸汽养护室内。
进一步地，所述的制冷剂三通阀流出的两路流量大小取决于蒸汽养护室内温度和湿度的需求，温度设定要求为升温速度为7-9℃/h，恒温阶段45~60℃，湿度设定要求为湿度80%以上，当温度低于温度设定要求时，增加制冷剂三通阀右侧出口流量，当湿度低于湿度设定要求时，增加制冷剂三通阀上侧出口流量；
所述的水侧三通阀流出的两路流量大小取决于蒸汽养护室内温度和湿度的需求，当温度低于温度设定要求时，增加水侧三通阀下侧出口流量，当湿度低于湿度设定要求时，增加水侧三通阀右侧出口流量。
本发明的有益效果是：本发明充分利用热泵***高效节能的优势，利用低温部分蒸发器吸收外界低品位热能，升温后用于蒸养的加热和加湿，解决了已有混凝土蒸养过程中运行费用高和环境污染严重的问题；本发明充分利用复叠式热泵***能获得高品位热源的优势，采用低温部分冷凝器与水加热盘管的高低品位热源结合方式加热蒸汽养护室内环境温度、采用高温部分冷凝器和电辅助得到蒸汽方法，得到高温高湿的空气，满足了混凝土蒸养过程中的温度要求；在低温部分冷凝器和水加热盘管串联加热空气过程中，通过调节压缩机频率、水循环量实现了热量输出的控制，进一步控制了升温速度，利用高温部分冷凝器和电加热器加热结合方式产生蒸汽，实现了混凝土养护的温度程序化控制以及高湿度环境控制，具有很好的调节控制特性，有利于得到高质量的混凝土构件。本发明利用热泵***清洁高效、运行费用低等特点有效避免了燃煤锅炉、生物质锅炉对环境的污染性和电锅炉的高能耗等问题。
附图说明
图1为本发明的用于混凝土预制构件的复叠式热泵蒸养***的结构连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的最佳实施方式作详细说明：
如图1所示，用于混凝土预制构件的复叠式热泵蒸养***，其包括复叠式热泵单元、空气加热单元和蒸汽发生单元；所述复叠式热泵单元包括低温热泵单元和高温热泵单元，所述低温热泵单元包括低温部分冷凝器2-1、制冷剂三通阀8、低温部分压缩机1-1、低温部分蒸发器4-1、低温部分节流阀3-1、冷凝蒸发器4-2、低温蒸发器风机5-1；所述高温热泵单元包括高温部分压缩机1-2、冷凝蒸发器4-2、高温部分节流阀3-2、高温部分冷凝器2-2；所述空气加热单元包括低温部分冷凝器2-1、低温部分冷凝器风机5-2、水加热盘管9和设在蒸汽养护室12内的风道11；所述蒸汽发生单元包括泵7、高温部分冷凝器2-2、水路三通阀6、电加热器10。
低温部分压缩机1-1的排气口连接制冷剂三通阀8左侧接口，制冷剂三通阀8右侧接口连接低温部分冷凝器2-1的进口，制冷剂三通阀8上侧接口连接低温部分冷凝器2-1的出口和冷凝蒸发器4-2的右下进口，冷凝蒸发器4-2的左下出口连接低温部分节流阀3-1，低温部分节流阀3-1连接低温部分蒸发器4-1的进口，低温部分蒸发器4-1的出气口连接低温部分压缩机1-1的进气口。低温部分蒸发器4-1处设有低温蒸发器风机5-1，低温部分冷凝器2-1置于风道11内部，风道11内设有低温部分冷凝器风机5-2。
高温部分压缩机1-2的排气连接高温部分冷凝器2-2的右下侧进口，高温部分冷凝器2-2的左下出口连接高温部分节流阀3-2，高温部分节流阀3-2连接冷凝蒸发器4-2的左上侧进口，冷凝蒸发器4-2的右上侧出气口连接高温部分压缩机1-2的进气口。
来自自来水或水箱的水连接泵7，泵7的出口连接高温部分冷凝器2-2的左上侧进水口，高温部分冷凝器2-2右上侧出水口的热水连接水侧三通阀6左侧进口，水侧三通阀6右侧出口连接电加热器10，电加热器10产生蒸汽喷入蒸汽养护室12。水侧三通阀6下侧出口连接水加热盘管9进口，水加热盘管9出口连接泵7的进口，水加热盘管9置于风道11内部。
在该***中，低温热泵单元通过热泵循环将制冷剂压缩成高温气体，经制冷剂侧三通阀，分成两路，一路进入低温部分冷凝器放出部分冷凝热；另一路进入蒸发冷凝器放热，作为高温热泵单元提供热源。高温热泵单元通过热泵循环将高温制冷剂气体送至高温部分冷凝器进行放热冷凝。空气加热单元中低温部分冷凝器和水加热盘管置于蒸汽养护室内，利用风机对蒸汽养护室内空气进行循环加热以提升室内温度。蒸汽发生单元中自来水经过高温部分冷凝器加热升温后再经过电热器加热成蒸汽送入蒸汽养护室内，满足预制构件养护的湿度要求。
工作时，复叠式热泵蒸养***低温部分运行：制冷剂通过低温部分压缩机1-1压缩至高温高压气体状态后送入制冷剂三通阀8，分成两路，一路进入低温部分冷凝器2-1放出部分冷凝热；另一路与低温部分冷凝器2-1出来的制冷剂混合后进入蒸发冷凝器4-2放热，作为高温热泵单元的热源。制冷剂三通阀8流出的两路流量大小取决于蒸汽养护室内温度和湿度的需求，温度设定要求为升温速度为7-9℃/h，恒温阶段45~60℃，湿度设定要求为湿度80%以上，当温度低于温度设定要求时，增加制冷剂三通阀8右侧出口流量，当湿度低于湿度设定要求时，增加制冷剂三通阀8上侧出口流量。制冷剂进入冷凝蒸发器4-2进一步放热冷凝变为低温高压制冷剂液体，经过低温部分节流阀3-1，变为低温低压制冷剂送入低温部分蒸发器4-1，利用低温蒸发器风机5-1吸收室外环境空气热量，低温低压制冷剂变为气体进入低温部分压缩机1-1压缩，完成低温部分热泵循环。所述低温部分热泵循环实现了对蒸汽养护室内升温加热的效果又为高温热泵部分提供高温部分蒸发所需热量。
复叠式热泵蒸养***高温部分运行：制冷剂通过高温部分压缩机1-2压缩至高温高压气体状态后送入高温部分冷凝器2-2加热自来水后放热冷凝为低温高压制冷剂液体，经过高温部分节流阀3-2变为低温低压制冷剂液体，送入冷凝蒸发器4-2吸收低温部分制冷剂热量，变为低温低压制冷剂气体，送入高温部分压缩机1-2压缩，完成高温部分热泵循环。所述高温部分热泵循环吸收低温部分制冷剂的热量，还实现了对自来水的加热。
复叠式热泵蒸养***室内加热部分运行：热源由两部分组成：水加热盘管9和低温部分冷凝器2-1。在水泵驱动下，水先进入高温部分冷凝器2-2吸热，流出后经水侧三通阀6分成两路，一路进入电加热器10后变成蒸汽，另一路进入水加热盘管9。在低温部分冷凝器风机5-2驱动下，室内空气进入低温部分冷凝器2-1吸收热量，再进入水加热盘管9继续加热，利用两个热源的品位高低实现空气的串联加热，有效地调节蒸汽养护室内空气升温速度。水侧三通阀6流出的两路流量大小取决于蒸汽养护室内温度和湿度的需求，当温度低于温度设定要求时，增加水侧三通阀6下侧出口流量，当湿度低于湿度设定要求时，增加水侧三通阀6右侧出口流量。
复叠式热泵蒸养***蒸汽发生部分运行：自来水经过高温部分冷凝器2-2加热后再经过电加热器10加热至蒸汽状态送入蒸汽养护室内。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分都属于现有技术。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.用于混凝土预制构件的复叠式热泵蒸养***，其特征在于其包括复叠式热泵单元、空气加热单元和蒸汽发生单元；所述复叠式热泵单元包括低温热泵单元和高温热泵单元，所述低温热泵单元包括低温部分冷凝器、制冷剂三通阀、低温部分压缩机、低温部分蒸发器、低温部分节流阀、冷凝蒸发器、低温蒸发器风机；所述高温热泵单元包括高温部分压缩机、冷凝蒸发器、高温部分节流阀、高温部分冷凝器；所述空气加热单元包括低温部分冷凝器、低温部分冷凝器风机、水加热盘管和设在蒸汽养护室内的风道；所述蒸汽发生单元包括泵、高温部分冷凝器、水路三通阀、电加热器；
低温部分压缩机的排气口连接制冷剂三通阀左侧接口，制冷剂三通阀右侧接口连接低温部分冷凝器的进口，制冷剂三通阀上侧接口连接低温部分冷凝器的出口和冷凝蒸发器的右下进口，冷凝蒸发器的左下出口连接低温部分节流阀，低温部分节流阀连接低温部分蒸发器的进口，低温部分蒸发器的出气口连接低温部分压缩机的进气口；低温部分蒸发器处设有低温蒸发器风机，低温部分冷凝器置于风道内部，风道内设有低温部分冷凝器风机；
高温部分压缩机的排气连接高温部分冷凝器的右下侧进口，高温部分冷凝器的左下出口连接高温部分节流阀，高温部分节流阀连接冷凝蒸发器的左上侧进口，冷凝蒸发器的右上侧出气口连接高温部分压缩机的进气口；
来自自来水或水箱的水连接泵，泵的出口连接高温部分冷凝器的左上侧进水口，高温部分冷凝器右上侧出水口的热水连接水侧三通阀左侧进口，水侧三通阀右侧出口连接电加热器，电加热器产生蒸汽喷入蒸汽养护室；水侧三通阀下侧出口连接水加热盘管进口，水加热盘管出口连接泵的进口，水加热盘管置于风道内部。
2.权利要求1所述的用于混凝土预制构件的复叠式热泵蒸养***的运行方法，其特征在于其包括：
复叠式热泵蒸养***低温部分运行：制冷剂通过低温部分压缩机压缩至高温高压气体状态后送入制冷剂三通阀，分成两路，一路进入低温部分冷凝器放出部分冷凝热；另一路与低温部分冷凝器出来的制冷剂混合后进入蒸发冷凝器放热，作为高温热泵单元的热源；制冷剂进入冷凝蒸发器进一步放热冷凝变为低温高压制冷剂液体，经过低温部分节流阀，变为低温低压制冷剂送入低温部分蒸发器，利用低温蒸发器风机吸收室外环境空气热量，低温低压制冷剂变为气体进入低温部分压缩机压缩，完成低温部分热泵循环；
复叠式热泵蒸养***高温部分运行：制冷剂通过高温部分压缩机压缩至高温高压气体状态后送入高温部分冷凝器加热自来水后放热冷凝为低温高压制冷剂液体，经过高温部分节流阀变为低温低压制冷剂液体，送入冷凝蒸发器吸收低温部分制冷剂热量，变为低温低压制冷剂气体，送入高温部分压缩机压缩，完成高温部分热泵循环；
复叠式热泵蒸养***室内加热部分运行：热源由两部分组成：水加热盘管和低温部分冷凝器；在水泵驱动下，水先进入高温部分冷凝器吸热，流出后经水侧三通阀分成两路，一路进入电加热器后变成蒸汽，另一路进入水加热盘管；在低温部分冷凝器风机驱动下，室内空气进入低温部分冷凝器吸收热量，再进入水加热盘管继续加热；
复叠式热泵蒸养***蒸汽发生部分运行：自来水经过高温部分冷凝器加热后再经过电加热器加热至蒸汽状态送入蒸汽养护室内。
3.根据权利要求2所述的用于混凝土预制构件的复叠式热泵蒸养***的运行方法，其特征在于所述的制冷剂三通阀流出的两路流量大小取决于蒸汽养护室内温度和湿度的需求，温度设定要求为升温速度为7-9℃/h，恒温阶段45~60℃，湿度设定要求为湿度80%以上，当温度低于温度设定要求时，增加制冷剂三通阀右侧出口流量，当湿度低于湿度设定要求时，增加制冷剂三通阀上侧出口流量；
所述的水侧三通阀流出的两路流量大小取决于蒸汽养护室内温度和湿度的需求，当温度低于温度设定要求时，增加水侧三通阀下侧出口流量，当湿度低于湿度设定要求时，增加水侧三通阀右侧出口流量。
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