CN215002376U - 一种太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵***，包括集热模块、闪蒸模块、两级压缩高温循环模块和冷凝模块，集热模块连接闪蒸模块，闪蒸模块连接两级压缩高温循环模块，两级压缩高温循环模块连接冷凝模块，集热模块、闪蒸模块、两级压缩高温循环模块和冷凝模块内存在工质循环，集热模块通过蒸发器和太阳能收集器收集热量。本实用新型通过使用蒸发器有效地回收了余热源里的废热，通过太阳能加热***中的水工质，充分的利用了低品质的能量，在余热源温度较低的情况之下也能获得理想热能源，是一种环保、余热利用率高的新型高温热泵***。

Description

一种太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵***

技术领域

本实用新型涉及热泵技术领域，特别是涉及一种太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵***，属于能源与热泵技术领域。

背景技术

热泵***是一种高效的节能***，通过热泵***可以有效地回收低品位能源，降低高品位能源的消耗，从而提高能量的利用效率，缓解能源危机的压力。在生产生活中得到了广泛的应用。

热泵传热工质采用氯氟烃类人工合成物质，此类工质会破坏臭氧层，从而增加温室效应，从环保角度上讲，其未来的使用与发展受到了明显的限制。基于此，目前越来越多的热泵开始使用低温室效应的环保工质，尤其是以氨，二氧化碳，水和烷烃为代表的自然工质受到了广泛的关注与研究。目前突破 100摄氏度供热的高温热泵***，几乎都需要较大的温升和较高余热源温度，较大的温升降低了***的性能，而较高的余热温度则限制了***的使用范围。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和长期稳定供热，就成了目前热泵***行业需要解决的问题。

申请号为：CN201320054784.7，名称为“双能源高效高温热泵机组***”的实用新型专利，对空气源、太阳能进行了结合应用，却以氟利昂为热泵工质，环保性能有待提高。公开号为：CN107461961A，名称为“一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置及工作方法”的发明专利，以水为工质，采用两级闪蒸+两级压缩技术，在提高热泵***冷凝温度和能效比、制热量方面做了很大改进，但需要相当的余热资源才可以使得理想高温能源，否则需要增加压缩比，进而增加***和设备的性能成本，不够节能环保也限制了推广。

实用新型内容

鉴于现有技术中的高温热泵***，需要较大的温升和较高余热源温度才能获得理想热能源，本实用新型提供一种环保、余热利用率高的新型高温热泵***。

本实用新型提供的一种高温热泵***，包括集热模块、闪蒸模块、两级压缩高温循环模块和冷凝模块，集热模块连接闪蒸模块，闪蒸模块连接两级压缩高温循环模块，两级压缩高温循环模块连接冷凝模块，集热模块、闪蒸模块、两级压缩高温循环模块和冷凝模块内存在工质循环，集热模块通过蒸发器和太阳能收集器收集热量；工质为水工质；蒸发器内部设置余热水管和热交换管，余热水管分别外接余热进水管和余热出水管，热交换管进口连接闪蒸模块，热交换管出口连接太阳能集热器进水口，太阳能集热器出水口通过太阳能出水管连接闪蒸模块。

本实用新型通过使用水作为循环工质，相比其他工质，水获取容易，使用成本最低，经济性好；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，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；水本身安全性好，其不具有毒性，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构成任何安全隐患。

本实用新型通过使用太阳能集热器收集太阳能，并将太阳能用于加热***中的水工质，有效地利用了清洁可持续的太阳能，扩大了***的使用范围，进一步的提升了***的环保性和经济性。通过太阳能加热***中的水工质，进一步的提高水工质的闪蒸温度和压力，从而提升水蒸气压缩机的吸气压力，降低了***的压比和温升，从而有效地降低了***能耗，提高了***性能，保证了***的高效运行。

作为优选，闪蒸模块包括闪蒸阀、闪蒸储液罐和循环泵，闪蒸阀上接太阳能出水管、下接所述闪蒸储液罐，闪蒸储液罐通过加热循环管连接循环泵，循环泵连接热交换管进口。

作为优选，两级压缩高温循环模块包括低压水蒸气压缩机、中间闪蒸罐和高压水蒸气压缩机；闪蒸储液罐的上部通过低压吸气管连接低压水蒸气压缩机，低压水蒸气压缩机通过低压排气管连接中间闪蒸罐，中间闪蒸罐通过高压吸气管连接高压水蒸气压缩机，高压水蒸气压缩机通过高压排气管连接冷凝模块；冷凝模块通过冷凝回液管连接中间闪蒸罐，冷凝回液管上设置高压膨胀阀，中间闪蒸罐通过闪蒸回液管连接闪蒸储液罐，闪蒸回液管上设置低压膨胀阀。

本实用新型通过使用两级压缩的方法，每一级压缩机所提供的压比较低，在***运行过程中排气过热度也会相比于单级***大幅度降低，有利于减少喷水的使用，甚至不需要使用喷水技术，这样可以进一步的扩大压缩机的选型范围，离心式压缩机也可以应用。通过使用两级压缩的方法，每一级压缩机所提供的压比较低，压缩机压比的降低有利于提高压缩机的效率，从而进一步的提升整体机组性能。通过使用两级压缩的方法，两级压缩所能提供的整体压比相比较于单级压缩更高，机组能够达到的温升和供热温度也更高，也有利于进一步的提升***的应用范围和供热温度。

作为优选，冷凝模块包括冷却水管和冷凝热交换管，冷却水管外接冷却水进水管和冷却水出水管，冷凝热交换管外接高压排气管和冷凝回液管。

作为优选，低压水蒸气压缩机旁接低压补水管，低压补水管和中间闪蒸罐连接，低压补水管上设置低压补水阀。

通过使用低压补水管和低压补水阀，将中间闪蒸罐内的中压冷凝水喷入低压水蒸气压缩机内，在低压水蒸气压缩机排气压力的升高时所需喷入水的量也要增大，中间闪蒸罐内压力与压缩机排气压力为保持一致会随着压缩机排气压力的升高而升高，中间闪蒸罐内压力的升高会导致喷水压力增大，喷水量也会增大，形成了补水量的自动调节，有效地保证了***的稳定运行。

作为优选，高压水蒸气压缩机旁接高压补水管，高压补水管连接高压补水泵，高压补水泵和所述中间闪蒸罐连接，高压补水管上设置高压补水阀。

通过使用高压补水管，高压补水阀和高压补水泵，将中间闪蒸罐内的中压冷凝水喷入高压水蒸气压缩机内，可以有效地控制高压水蒸气压缩机的排气温度，有效地保证了***的稳定运行。

作为优选，热交换管的下游出口旁路外接出水旁路通道，出水旁路通道的下游连接太阳能出水管。本出水旁路通道与太阳能集热器形成并联，可以根据实际需求，决定将太阳能集热器是否连入***工作之内，使得***变得更加灵活。

作为优选，闪蒸阀和闪蒸储液罐的连接口设置在闪蒸储液罐的液面之下。更有利于闪蒸后的气液两相混合物在闪蒸储液罐中气液分离。

作为优选，低压排气管连接位于中间闪蒸罐的出气口设置在中间闪蒸罐的液面之下。有利于气液分离。

综上，本实用新型具备如下优点：

通过使用蒸发器有效地回收了余热源里的废热，通过太阳能加热***中的水工质，充分的利用了低品质的能量，实现了节能减排的效果。通过太阳能提高基础温度，降低始末温升，在余热源温度较低的情况之下也能获得理想热能源，采用两级压缩，增加设备效能，以水作为工质，是一种环保、余热利用率高的新型高温热泵***。

本实用新型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，将低温余热转换成100℃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。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的高温热泵***的***图。

10-太阳能集热器，11-太阳能出水管，12-太阳能出水阀，13-出水单向阀，14-闪蒸阀，15-加热循环管，16-循环泵，17-出水旁通阀、18-出水旁通管，19-太阳能进水阀，20-太阳能进水管，21-余热进水管，22-蒸发器，23- 余热出水管，30-闪蒸储液罐，31-低压吸气管，32-低压水蒸气压缩机，33- 低压排气管，34-高压吸气管，35-高压水蒸气压缩机，36-高压排气管，37- 冷凝器，38-冷却出水管，39-冷却进水管，40-冷凝回液管，41-高压膨胀阀，42-高压补水泵，43-高压补水阀，44-高压补水管，45-中间闪蒸罐，46-低压补水管，47-低压补水阀，48-低压膨胀阀，49-闪蒸回液管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

参照图1所示的一种高温热泵***，包括集热模块、闪蒸模块、两级压缩高温循环模块和冷凝模块，其中集热模块连接闪蒸模块，闪蒸模块连接两级压缩高温循环模块，两级压缩高温循环模块连接冷凝模块，本实施例采用的工质为水，水工质在集热模块、闪蒸模块、两级压缩高温循环模块和冷凝模块内循环，完成热量由低向高的传递。其中本实用新型的集热模块采用多源热源，多方提高进入闪蒸和压缩高温循环的温度，本实施例的集热模块通过蒸发器22和太阳能收集器10收集热量。

蒸发器22的内部设置余热水管和热交换管，余热水管分别外接余热进水管21和余热出水管23。热交换管上游进口连接闪蒸模块的循环泵16，热交换管的下游出口通过太阳能进水管20连接太阳能集热器10的进水口，其中，太阳能进水管20上设置太阳能进水阀19，通过太阳能进水阀19控制水工质的流量大小和闭合。太阳能集热器10的下游出水口通过太阳能出水管 11连接闪蒸模块的闪蒸阀14，太阳能出水管11上设置太阳能出水阀12，太阳能出水阀12和闪蒸阀14之间设置出水单向阀13，出水单向阀13的设置，避免闪蒸阀14的水工质回流，保证闪蒸阀14的稳定工作。

闪蒸模块包括闪蒸阀14、闪蒸储液罐30和循环泵16，闪蒸阀14的上游连接太阳能集热器10的出水口，闪蒸阀14的下游连接闪蒸储液罐30，其中，闪蒸阀14连通闪蒸储液罐30的进水口设置在闪蒸储液罐30的液面之下，保证闪蒸后的气液两相混合物在闪蒸储液罐30中稳定以后气液分离，液体在闪蒸储液罐30下部，水蒸气在闪蒸储液罐30上部。闪蒸储液罐30 底部外接加热循环管15，加热循环管15连接循环泵16，循环泵16连接热交换管进口。加热循环管15将闪蒸储液罐30内液化的水工质通过循环泵16 输送至蒸发器22的热交换管。

热交换管的下游出口旁路外接出水旁路通道18，出水旁路通道18的下游设置在太阳能出水管11上，出水旁路通道18和太阳能出水管11的连接口设置在太阳能出水阀12和出水单向阀13之间。出水旁路通道18上设置出水旁通阀17。关闭出水旁通阀17，打开太阳能进水阀19、太阳能出水阀 12和出水单向阀13，蒸发器22和太阳能集热器10同时工作，加热水工质。关闭太阳能进水阀19、太阳能出水阀12，打开出水旁通阀17、出水单向阀 13，蒸发器22工作，加热水工质，太阳能集热器10不参与水工质加热。

两级压缩高温循环模块包括低压水蒸气压缩机32、中间闪蒸罐45和高压水蒸气压缩机35。闪蒸储液罐30的罐体上部通过低压吸气管31连接低压水蒸气压缩机32，低压吸气管31吸入闪蒸储液罐30内的气体，则设置位置需靠近上方。低压水蒸气压缩机32下游通过低压排气管33连接中间闪蒸罐 45，低压排气管33在中间闪蒸罐45内的出气口设置在中间闪蒸罐45的液面以下，保证气液两相混合物在闪蒸储液罐45中稳定以后气液分离。中间闪蒸罐45的上方通过高压吸气管34连接高压水蒸气压缩机35，高压水蒸气压缩机35下游连接高压排气管36，高压排气管36连接冷凝模块的冷凝管。冷凝管的下游外接冷凝回液管40，冷凝回液管40连接中间闪蒸罐45，冷凝回液管40与中间闪蒸罐45的连接口设置在中间闪蒸罐45的液面之下，冷凝回液管40上设置高压膨胀阀41。中间闪蒸罐45通过闪蒸回液管49连接闪蒸储液罐30，闪蒸回液管49与中间闪蒸罐45的连接口设置在液面之下。闪蒸回液管49上设置低压膨胀阀48。因为同时使用低压水蒸气压缩机32 和高压水蒸气压缩机35两级压缩，使得每一级压缩机所需的压比就较低，在***运行过程中排气过热度也会相比于单级***大幅度降低，有利于减少喷水的使用，甚至不需要使用喷水技术，这样可以进一步的扩大压缩机的选型范围，离心式压缩机也可以应用。

本实施例的低压水蒸气压缩机32旁路连接低压补水管46，低压补水管 46连接中间闪蒸罐45，低压补水管46和中间闪蒸罐45的连接口设置在中间闪蒸罐45的液面之下。低压补水管46上设置低压补水阀47。

水工质两级压缩高温循环模块工作的过程中，在低压水蒸气压缩机32 压缩过程中如果排气的高压过热水蒸气温度过高，打开低压补水阀47，通过低压补水管46适当的往低压水蒸气压缩机32内补水，降低排气过热度，如果温度适合则不需要补水。

本实施例的高压水蒸气压缩机35旁路连接高压补水管44，高压补水管 44连接高压补水泵42，高压补水泵42连接中间闪蒸罐45，高压补水泵42 和中间闪蒸罐45的连接口设置在中间闪蒸罐45的液面之下。高压补水管44 和高压补水泵42之间设置高压补水阀43。在高压水蒸气压缩机35压缩过程中如果排气的高压过热水蒸气温度过高，打开高压补水阀43，通过高压补水泵42和高压补水管44适当的往高压水蒸气压缩机35内补水，降低排气过热度，如果温度适合则不需要进一步地补水。

冷凝模块包括冷却水管和冷凝热交换管，却水管外接冷却水进水管39 和冷却水出水管38，冷凝热交换管外接高压排气管36和冷凝回液管40。

本实施例的工作原理，通过本实施例，可将余热水的热量和部分太阳能转换为更高的温度热量，得到100℃以上的高温热水。

关闭出水旁通阀17，打开太阳能进水阀19、太阳能出水阀12和出水单向阀13，蒸发器22和太阳能集热器10同时工作，加热水工质。闪蒸储液罐 30中的水工质由循环泵16通过循环加热管15送入蒸发器22的热交换管内，来自余热源的余热水通过余热进水管21流入蒸发器22的余热管内，热交换管内的水工质和余热管内的余热水进行一次热交换，使得水工质得到第一次升温。余热水在蒸发器22中放热后通过余热出水管23流出，而水工质被加热后通过太阳能进水管20，流入太阳能进水阀19流入太阳能集热器10。水工质在太阳能集热器10中第二次加热升温后，通过太阳能出水管11依次流经太阳能出水阀12，出水单向阀13和闪蒸阀14，再进入闪蒸储液罐30中。被进一步加热升温的水工质在流经闪蒸阀14后闪蒸形成气液两相合物进入闪蒸储液罐30中，闪蒸后的气液两相混合物在闪蒸储液罐30中稳定以后气液分离，液体在闪蒸储液罐30下部，水蒸气在闪蒸储液罐30上部。稳定后，水蒸气被低压水蒸气压缩机32通过低压吸气管31吸入压缩，产生中压过热水蒸气，中压过热水蒸气通过低压排气管33进入中间闪蒸罐45中，中压过热水蒸气出水口也在中间闪蒸罐45液面以下，加热中间闪蒸罐45内液体并降温至饱和状态，中间闪蒸罐45中部分液体吸收中压过热水蒸气的显热产生闪蒸蒸汽，混合形成中压饱和水蒸气。中压饱和水蒸气被高压水蒸气压缩机35通过高压吸气管34吸入压缩，产生高压过热水蒸气，高压过热水蒸气通过高压排气管36进入冷凝器37中的冷凝交换管内，和冷却水管内的冷却水进行热交换。高压过热水蒸气通过来自冷却水进水管39的冷却水换热冷凝后，形成高压冷凝液，高压冷凝液流经高压膨胀阀41膨胀闪蒸后形成中压气液两相混合物流入中间闪蒸罐45。中间闪蒸罐45内的气相的水蒸气包括来自低压水蒸气压缩机32的水蒸气、高压膨胀阀41膨胀闪蒸后形成闪蒸水蒸气，在中间闪蒸罐45内混合后形成中压饱和水蒸气被吸入高压水蒸气压缩机35。中间闪蒸罐45内的液相的液体通过闪蒸回液管49流经低压膨胀阀48回流入闪蒸储液罐30中，在流经低压膨胀阀48时膨胀闪蒸后形成低压气液两相混合物。闪蒸储液罐30内的气相的水蒸气包括来自太阳能集热器10的热水经闪蒸阀14闪蒸后的水蒸气、低压膨胀阀48时膨胀闪蒸后形成的闪蒸水蒸气，在闪蒸储液罐30混合后被吸入低压水蒸气压缩机35压缩，闪蒸储液罐30内液相的液体被循环泵16送入蒸发器22吸热。其中，低压水蒸气压缩机32压缩过程中如果排气的中压过热水蒸气温度过高，打开低压补水阀47，通过低压补水管46适当的往低压水蒸气压缩机32内补水，降低排气过热度，如果温度适合则不需要补水。高压水蒸气压缩机35压缩过程中如果排气的高压过热水蒸气温度过高，打开高压补水阀43，通过高压补水泵42和高压补水管44适当的往高压水蒸气压缩机35内补水，降低排气过热度，如果温度适合则不需要进一步地补水。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的一种轨道轮组件、轨道夹持装置和轨道设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵***，包括集热模块、闪蒸模块、两级压缩高温循环模块和冷凝模块，所述集热模块连接所述闪蒸模块，所述闪蒸模块连接所述两级压缩高温循环模块，所述两级压缩高温循环模块连接所述冷凝模块，所述集热模块、闪蒸模块、两级压缩高温循环模块和冷凝模块内存在工质循环，其特征在于：所述集热模块通过蒸发器和太阳能收集器收集热量；所述工质为水工质；所述蒸发器内部设置余热水管和热交换管，所述余热水管分别外接余热进水管和余热出水管，所述热交换管进口连接所述闪蒸模块，所述热交换管出口连接太阳能集热器进水口，所述太阳能集热器出水口通过太阳能出水管连接所述闪蒸模块。

2.根据权利要求1所述的太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵***，其特征在于：所述闪蒸模块包括闪蒸阀、闪蒸储液罐和循环泵，所述闪蒸阀上接所述太阳能出水管、下接所述闪蒸储液罐，所述闪蒸储液罐通过加热循环管连接所述循环泵，所述循环泵连接所述热交换管进口。

3.根据权利要求2所述的太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵***，其特征在于：所述两级压缩高温循环模块包括低压水蒸气压缩机、中间闪蒸罐和高压水蒸气压缩机；所述闪蒸储液罐的上部通过低压吸气管连接所述低压水蒸气压缩机，所述低压水蒸气压缩机通过低压排气管连接所述中间闪蒸罐，所述中间闪蒸罐通过高压吸气管连接所述高压水蒸气压缩机，所述高压水蒸气压缩机通过高压排气管连接所述冷凝模块；所述冷凝模块通过冷凝回液管连接所述中间闪蒸罐，所述冷凝回液管上设置高压膨胀阀，所述中间闪蒸罐通过闪蒸回液管连接所述闪蒸储液罐，所述闪蒸回液管上设置低压膨胀阀。

4.根据权利要求3所述的太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵***，其特征在于：所述冷凝模块包括冷却水管和冷凝热交换管，所述冷却水管外接冷却水进水管和冷却水出水管，所述冷凝热交换管外接所述高压排气管和所述冷凝回液管。

5.根据权利要求3所述的太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵***，其特征在于：所述低压水蒸气压缩机旁接低压补水管，所述低压补水管和所述中间闪蒸罐连接，所述低压补水管上设置低压补水阀。

6.根据权利要求3所述的太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵***，其特征在于：所述高压水蒸气压缩机旁接高压补水管，所述高压补水管连接高压补水泵，所述高压补水泵和所述中间闪蒸罐连接，所述高压补水管上设置高压补水阀。

7.根据权利要求1所述的太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵***，其特征在于：所述热交换管的下游出口旁路外接出水旁路通道，所述出水旁路通道的下游连接太阳能出水管。

8.根据权利要求2所述的太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵***，其特征在于：所述闪蒸阀和所述闪蒸储液罐的连接口设置在所述闪蒸储液罐的液面之下。

9.根据权利要求3所述的太阳能辅助加热的水工质两级压缩高温热泵***，其特征在于：所述低压排气管连接位于所述中间闪蒸罐的出气口设置在所述中间闪蒸罐的液面之下。

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