CN104344604A - 基于多模块耦合的高温热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于多模块耦合的高温热泵系统，该系统由多个高温热泵模块单元组成，每个模块单元主要由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀组成，并由工质管道连接形成热泵循环系统，管道中充有高温热泵工质。多个模块单元之间采用并联、串联或多模块耦合的模式连接，控制系统集中对多个模块进行模式调节和节能联动控制。本发明所述的模块化高温热泵系统，采用标准化的模块单元，以多模块耦合的方式，在热源端余热回收温度范围宽，在用户端产生常规热泵无法达到的高温热水，可以合理进行能量调节，具有热回收效率高、使用灵活、安装方便、占地面积小、机组寿命长等优点，是一种高效实用的高温热泵系统。

Description

基于多模块耦合的高温热泵系统

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，特别涉及基于多模块耦合的高温热泵系统。

背景技术

在工业生产中，由于生产工艺散热的需要，在工艺冷却循环水中有大量30～60℃的废热通过冷却塔被排放到大气中，大量的热能被白白地浪费，并对环境产生了热污染；在城市建筑中，也有大量类似的低温余热通过废水管道被排放掉。将这些低品质的热能回收起来变成可以利用的热能，用于采暖或卫生热水，将节省大量的能源，对节能减排起重要的推进作用。对于这些低温热源的回收，采用热泵是一种较好的方法，但由于常规热泵蒸发端温度一般不能高于25℃，热泵所产热水一般在60℃以下，不能很好地满足上述余热回收的要求。常规水源热泵一般采用螺杆机，单机功率较大，如果在此基础上研究高温热泵，对于复杂的工程实际问题，要根据热源温度、用户用水温度需求、余热量、产水量等参数进行特殊设计，难以形成标准化的产品。另外，在余热回收过程中，当热源波动或用热量改变时，如何对高温热泵机组进行合理的能量调节，以达到更加节能的目的，也是值得关注的关键问题。

发明内容

本发明目的在于：针对上述背景技术问题提供基于多模块耦合的高温热泵系统，这种高温热泵系统，采用标准化的模块单元，以多模块耦合的方式，在热源端吸收较宽温度的废热，在用户端产生常规热泵无法达到的高温热水；在余热回收过程中，当热源波动或用热量波动时，可以合理进行能量调节；具有热回收效率高、使用灵活、安装方便、占地面积小、机组寿命长等优点，是一种高效实用的高温热泵系统，可以很好地满足余热回收的要求。

本发明的技术方案是，基于多模块耦合的高温热泵系统，该系统由多个高温热泵模块单元组成，多个模块单元之间采用并联、串联或多模块耦合的模式连接，每个模块单元主要由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀组成，并由管道连接形成热泵循环系统，管道中充有高温热泵工质。所述高温热泵系统将热源侧的热量吸收起来，通过热泵将热量转移到用户侧的水中，其热源侧输入温度可以在较宽的温度范围（比如20～60℃），其用户侧输出温度可以在较高的温度（比如70～95℃），既能满足余热回收的需要，又能满足采暖或卫生热水供热的需要。

以下对本发明做出进一步说明。

所述基于多模块耦合的高温热泵系统，其特征是，多模块单元以多模块耦合模式连接，即二个或二个以上模块单元以并联的方式相连形成一组模块机组，另二个或二个以上模块单元也以并联的方式相连形成另一组模块机组，前一组模块机组冷凝器的出口与后一组模块机组蒸发器的入口相连，而前一组模块机组冷凝器的入口与后一组模块机组蒸发器的出口相连，模块单元的个数为二个以上。系统可以根据用户侧对热能的需要和热源测的供热情况来调节工作模式和各个模块单元的启停，通过这种模块化的能量调节，以达到更节能的目的。

所述基于多模块耦合的高温热泵系统，其特征是，模块单元之间的连接方式可以相互切换，阀1、阀2、阀4、阀5开，阀3、阀6关时，各组中的多模块单元以并联模式连接；阀1、阀2、阀4、阀5关，阀3、阀6开时，各组中的多模块单元以串联模式连接，串联模式连接时，可以梯级回收余热热源的热能。

所述基于多模块耦合的高温热泵系统，其特征是，多模块单元以并联模式连接，即热源管道同时连接于多个模块单元蒸发器的入口，经蒸发器换热后，通过各个蒸发器出口同时回到热源处，这几个模块单元的冷凝器也以并联方式连接，模块单元的个数为二个或二个以上。

所述基于多模块耦合的高温热泵系统，其特征是，多模块单元以串联模式连接，即一个模块单元蒸发器与热源相连，另一个模块单元冷凝器与用户相连，而前者的冷凝器与后者的蒸发器相连，模块单元的个数为二个或二个以上。

所述基于多模块耦合的高温热泵系统，控制系统集中对多个模块进行模式调节和节能联动控制。

所述基于多模块耦合的高温热泵系统，其特征是模块单元中的压缩机采用涡旋压缩机。

由以上可知，本发明的有益技术效果如下。

（1）将高温热泵做成适当大小的标准化模块单元，采用多模块耦合方式进行连接，这种方式综合利用了三种连接形式：模式一，将多个模块单元的蒸发器并联且冷凝器亦并联（称为并联模式）；模式二，将前一个模块单元的冷凝器连接于后一个模块单元的蒸发器（称为串联模式）；模式三，将多个模块单元的蒸发器串联而冷凝器串联（这是又一种类型的串联模式）。本发明所述的高温热泵系统，将这三种连接方式有机地结合在一个系统中（称为多模块耦合模式），使得系统性能优越，在热源端余热回收温度范围宽，在用户端产生高温热水，余热回收效率高，可以最大限度地回收余热。多模块耦合模式，可以根据实际工程的需要，任意配置模块数，并且在工作过程中可以采用各种工作模式的切换及模块单元开启台数的调节，自动进行能量调节，达到高效余热回收和供热的要求，从而方便地调节系统产水温度和产水量。

（2）在上述并联模式（模式一）中，由于采用多个模块单元并联连接，系统的产热功率取决于启动的模块单元产热量之和，在系统工作过程中，可以根据具体的产热量需求，自动调节模块单元的开启台数，进行能量调节，以达到更加节能的目的。

（3）在上述二个串联模式中，其中模式二起到的有益效果是，系统可以通过多级高温热泵，生产出常规热泵无法达到的高温热水。模式三起到的有益效果是，在对余热进行梯级回收的同时对热水进行多次梯级加热，在快速将余热温度降到生产工艺要求温度的同时，快速将热水加热到所需的温度。

附图说明

图1为本发明所述多模块耦合高温热泵系统的实施例示意图。

在图中：

1—蒸发器，    2—膨胀阀，     3—压缩机，     4—工质管道，  

5—冷凝器，    6—模块单元，   7—模块单元，   8—蒸发器，   

9—模块单元，  10—冷凝器，    11—模块单元，  12—蒸发器。

具体实施方式

如图1所示，这是本发明所述多模块耦合模式高温热泵系统的实施例，在这个实施例中，该系统由四个高温热泵模块单元组成，四个模块单元之间采用多模块耦合的模式连接，每个模块单元主要由蒸发器1、冷凝器5、压缩机3、膨胀阀2组成，并由工质管道4连接形成热泵循环系统，管道中充有高温热泵工质，压缩机采用涡旋压缩机。模块单元6和9连接形成一组模块机组，其中的两个模块单元可以在并联和串联之间任意切换，具体的连接方式是：当阀1、阀2、阀4、阀5开，阀3、阀6关时，模块单元6与模块单元9以并联模式连接，热源入口a同时连接于模块单元6蒸发器的A口与模块单元9蒸发器的A口，而热源出口b同时连接于模块单元6蒸发器的C口与模块单元9蒸发器的C口，与此同时，模块单元6冷凝器的F口与模块单元9冷凝器的F口连接于一点c，模块单元6冷凝器的H口与模块单元9冷凝器的H口连接于一点d。当阀1、阀2、阀4、阀5关，阀3、阀6开时，模块单元6与模块单元9以串联模式连接，热源入口a连接于模块单元6蒸发器的A口，模块单元6蒸发器的C口与模块单元9蒸发器的A口相连，模块单元9蒸发器的C口与热源出口b相连，与此同时，c点连接于模块单元6冷凝器5的F口，模块单元6冷凝器5的H口与模块单元9冷凝器10的F口相连，模块单元9冷凝器10的H口与d点相连。模块单元7和11连接形成另一组模块机组，其中的两个模块单元亦可以上述方式在并联和串联之间任意切换。模块单元6和9组成的高温热泵机组与模块单元7和11组成的高温热泵机组以串联的方式相连，水泵将来自c点的循环水，传递到e点，通过后组机组的蒸发器，经过d点，流经前组机组的冷凝器回到c点，形成一个传热循环，将前组机组产生的热能传递给后组机组，后组机组在前组机组提升的温度上再次将系统产热温度提高。后组机组g点与去用户水泵相连，f点与用户回水相连。

本发明的工作原理如下：

模块单元6、9、7、11的热泵回路中充有高温热泵工质，采用热泵的工作原理将余热中的热量20～60℃宽温度范围的热能回收起来，加热温度为70～95℃的热水。本发明所述系统中，模块单元6、9吸收来自余热热源（如40℃）的热量，通过模块单元6和9同时升温（如升温到70℃），再通过模块单元7、11进行升温，达到较高的温度（如升温到90℃）。当温度达到设定温度（如90℃）处于保温状态时，减少开启台数，以达到更加节能的目的。当余热热源温度更高需要迅速降温时，采用模块单元6、9串联且模块单元7、11串联的模式，这时可以将热源温度一次性降到生产工艺所需的温度，同时也可以一次性将产水温度提升到所需的温度。

关于本发明的应用不仅限于上述方式，与本发明类似的高温热泵系统和工作模式均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于多模块耦合的高温热泵系统，其特征是，该系统由多个高温热泵模块单元组成，多个模块单元之间采用并联、串联或多模块耦合的模式连接，每个模块单元主要由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀组成，并由管道连接形成热泵循环系统，管道中充有高温热泵工质。

2.根据权利要求1所述基于多模块耦合的高温热泵系统，其特征是，多模块单元以多模块耦合模式连接，即二个或二个以上模块单元以并联的方式相连形成一组模块机组，另二个或二个以上模块单元也以并联的方式相连形成另一组模块机组，前一组模块机组冷凝器的出口与后一组模块机组蒸发器的入口相连，而前一组模块机组冷凝器的入口与后一组模块机组蒸发器的出口相连，模块单元的个数为二个以上。

3.根据权利要求1和权利要求2所述基于多模块耦合的高温热泵系统，其特征是，模块单元之间的连接方式可以相互切换，阀1、阀2、阀4、阀5开，阀3、阀6关时，各组中的多模块单元以并联模式连接；阀1、阀2、阀4、阀5关，阀3、阀6开时，各组中的多模块单元以串联模式连接。

4.根据权利要求1所述基于多模块耦合的高温热泵系统，其特征是，多模块单元以并联模式连接，即热源管道同时连接于多个模块单元蒸发器的入口，经蒸发器换热后，通过各个蒸发器出口同时回到热源处。

5.根据权利要求1所述基于多模块耦合的高温热泵系统，其特征是，多模块单元以串联模式连接，即一个模块单元蒸发器与热源相连，另一个模块单元冷凝器与用户相连，而前者的冷凝器与后者的蒸发器相连。

6.根据权利要求1所述基于多模块耦合的高温热泵系统，其特征是，控制系统集中对多个模块进行模式调节和节能联动控制。

7.根据权利要求1所述基于多模块耦合的高温热泵系统，其特征是模块单元中的压缩机采用涡旋压缩机。