CN104713057A - 热泵电蒸汽锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵电蒸汽锅炉，其包括热交换蒸发器、压力容器a、压力容器b。本发明通过采用热泵技术作为唯一热量来源，因此可以利用其它介质中的能量，其能效比大于其它锅炉，实现大比例节能，获得较大的节能减排增效的效果。并且热泵的压缩机冷凝器升温有限，达到一定上限温度就会停止继续工作，因此不可能造成压力无限上升而爆炸，杜绝了以前的锅炉在异常状况的情况下，热能持续不断供给发生爆炸。其次本发明内置汽水分离器，避免了气体中含有水的问题。最后其低温高温分离，有缓冲空间，在低温区域进行补水，因此补水过程中不会有压力和温度波动。

Description

热泵电蒸汽锅炉

技术领域

本发明涉及一种热泵蒸汽锅炉，特别是一种节能热泵电蒸汽锅炉。

背景技术

工业锅炉是中国主要的热能动力设备，锅炉行业是与人类共存的永恒产业，尤其是在中国还是一个不断发展的产业。20世纪80年代以后，中国的经济发生了突飞猛进的变化，锅炉行业更加突出，全国锅炉制造企业增加近二分之一，并形成了独立开发研制一代又一代新产品的能力，产品的技术性能已接近发达国家水平。锅炉是经济发展时代不可缺少的商品，未来将如何发展，是非常值得研究的。

蒸汽锅炉指的是把水加热到一定参数并生产高温蒸汽的工业锅炉，水在锅筒中受热变成蒸气，通过电、油或者气体燃烧发出热量提供能量，就是蒸气锅炉的原理。蒸汽锅炉按照燃料（电、油、气）可以分为电蒸汽锅炉、燃油蒸汽锅炉、燃气蒸汽锅炉三种；按照构造可以分为立式蒸汽锅炉、卧式蒸汽锅炉，中小型蒸汽锅炉多为单、双回程的立式结构，大型蒸汽锅炉多为三回程的卧式结构。各种锅炉中，由于资源限制，许多企业不得不使用电锅炉，电锅炉也满足“清洁生产”的要求，有相当大的市场应用。

现有技术中的蒸汽锅炉将通过电、油、气体的燃烧能转换为热能。最多等值于燃烧放出的能量或电能提供的能量。能效比基本在95%以上，小于100%。而水源热泵热水器和空气源热泵热水器都是利用热泵的热搬运技术，在现有技术中一般都是将水加热到70摄氏摄氏度左右，达不到沸腾。由于目前工业动力需要提供高温高压蒸汽，因此在无法沸腾的状态下无法有效利用其能源。因此有些锅炉采用了后半段电加热，达到高温蒸汽的输出，然而20摄氏度左右的冷水加热到70摄氏度时，温差为5 0摄氏度，因此其每1g水需要的热量为50卡。而采用其他能源燃烧后从70摄氏度到100摄氏度还需要30卡热量，因此如果先采用热泵技术加热到70摄氏度，再用其他能源加热锅炉的话已经将能效比大大降低了。如果1g水从100摄氏度水变为100摄氏度蒸汽还需要吸收约532卡的热量。因此从70摄氏度的水变为100摄氏度的水蒸气所需要热量远远大于20摄氏度升到70摄氏度的高效获取的热量。因此所高效获得的热量不到总热量的1/10，因此采用热泵技术混合常规加热方法比简单采用电、油、燃气等加热的能效提升并不明显，反而造成产品噪音大大增加，系统复杂性和操作性增加，成本造价也大幅提升。因此市面上常用的热泵结合高温蒸汽阶段的电、油、燃气加热的产品并不常见。此外，现有技术中还有采用热泵技术加半导体热泵技术加热，可以达到1.3-1.5倍能效比。因此这种组合加热能效比都在1.5以上，但其缺点是半导体热泵成本高、使用复杂，驱动电源必须为直流电。而直流电的电源设备功率较小，因此其成本较高、技术复杂、难以大功率输出，实施过程中存在一定问题。

综上所述市面上的传统电、油、气体蒸汽锅炉其共同缺点是能效比为1，不可能借助环境能源，不能有效的利用环境中的各种废水、工厂排污、环境热水、太阳能热水器中的热水，通过污水源换热器带来建筑物城市污水中含有的热能，通过地下水、地面打井带来土壤中的热能、江河湖泊的水中含有的热能。而采用热泵与传统电、油、燃气加热的混合型锅炉则能效比低下、成本高、使用复杂、噪音大等缺点。并且现有技术中的锅炉通过提供热量加热水变为蒸汽，其供热方式简单直接，容易使锅炉内部压力持续上升，在锅炉发生故障时由于压力不断增加容易造成爆炸等事故，对周围环境和操作人员造成极大威胁。

发明内容

 本发明是为了解决现有技术中的上述不足而完成的，本发明的目的是提供一种热泵电蒸汽锅炉，本发明通过利用现有热泵技术，高效收集热源水（液）中热量，将目标软化水加热到目标温度。采用闪蒸，降低容器内压力，对于较高温度，但离水的常压沸点还有一定差距的温度使得水汽化，这样可以利用压缩式热泵在低温差阶段获得高效能比得到的低成本热量，使得水汽化变为蒸汽并且对含有汽化热的蒸汽进行压缩，部分蒸汽释放出热量变为水，由于蒸汽比热很小，因此只需要1/10的气体变为水，就可以产生足够热量就可以加热低温水蒸汽，使其达到2-3倍大气压，温度达到150摄氏度以上，从而成为满足蒸汽锅炉输出要求的目标蒸汽。

本发明的技术方案如下所述：

一种热泵电蒸汽锅炉，其包括热交换蒸发器、压力容器a、压力容器b。

所述压力容器a内部设置有冷凝加热器，热交换蒸发器上部通过管道以及压缩机和冷凝加热器连接，所述冷凝加热器通过管道和储液罐、膨胀阀和热交换蒸发器底部连接形成回路。

所述压力容器a顶部通过管道、蒸汽输送泵和压力容器b顶部连接。

所述压力容器a底部通过管道、回水阀和压力容器b底部连接，所述压力容器a底部设置有补水阀和补水入口，所述压力容器b设置有蒸汽输出口。

与现有技术相比，由于本发明的热泵电蒸汽锅炉可以利用其它介质中的能量，其能效比大于传统的电、油、燃气型锅炉，产生大比例节能，获得总体较大的节能减排增效的效果。并且由于热泵的压缩机冷凝器升温有限，达到一定温度就不能正常工作，因此不可能造成压力无限上升而爆炸，因此第一个压力容器不可能发生爆炸，而第二容器压力达到某一个范围也是由压缩泵指标控制，因此也不可能上升到压力容器爆炸的阶段。因此杜绝了现有技术中存在的锅炉在发生干烧或者异常状况的情况下，热能持续不断供给发生爆炸。因此本发明彻底消除锅炉过压爆炸。本发明还内置汽水分离器，避免了气体中含有水的问题。此外本发明的锅炉高低温分离，有缓冲空间，补水的时候补充到低温容器中，补水过程中不会有压力和温度波动。

附图说明

图1 本发明的热泵电蒸汽锅炉结构示意图

1……热源水（液）入口    2……热源水（液）出口      3……热交换蒸发器    

4……压缩机     5……膨胀阀   6……储液罐    7……蒸汽输送泵   8……压力容器a   9……软化水  

 10……冷凝加热器    11……补水阀   

 12……回水阀    13……补水入口   14……压力容器b   

 15……高温蒸汽冷凝水   16……蒸汽输出口 。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的热泵电蒸汽锅炉的结构作进一步详细说明。 

本发明热泵电蒸汽锅炉，请参考图1，其包括热交换蒸发器3、压力容器a8、压力容器b14。

所述压力容器a8内部设置有冷凝加热器10，热交换蒸发器3上部通过管道以及压缩机4和冷凝加热器10连接，所述冷凝加热器10通过管道和储液罐6、膨胀阀5和热交换蒸发器3底部连接形成回路。

所述压力容器a8顶部通过管道、蒸汽输送泵7和压力容器b14顶部连接。

所述压力容器a8底部通过管道、回水阀12和压力容器b14底部连接，所述压力容器a8底部设置有补水阀11和补水入口13，所述压力容器b设置有蒸汽输出口16。

下面结合图1对本发明的热泵电蒸汽锅炉的工作原理进行详细说明，如图1所示：

提供热能的热源水（液）从热源水（液）入口1进入热交换蒸发器3中，在热交换蒸发器3中和冷媒接触，将热量传递给冷媒，然后从热源水（液）出口2流出热交换蒸发器3，由于冷媒在压缩机4的作用下压力降低，因此很容易吸收热量变为气体，当气体通过压缩机4进入到冷凝加热器10中，同样由于压缩机的作用其内部压力增大，因此气体放出热量变为液体，并将热量传递给压力容器a中的低温软化水9，由气体变为液体后从冷凝器加热器中流出，进入到储液罐6中，在储液罐6中部分未液化的冷媒气体进一步变为液体，并通过膨胀阀5返回到热交换蒸发器中完成循环，此时压力容器a中的软化水9吸收冷凝加热器中气体液化放出的热量，由于蒸汽输送泵7的作用，压力容器a中压力降低，因此软化水进一步蒸发为气体，并通过蒸汽输送泵进入到压力容器b14中，这时由于蒸汽输送泵7的作用，低温低压蒸汽不断地进入，使得压力容器b14中压力增大，从而促使部分蒸汽液化并放出大量液化热，使得在压力容器b14中得到高温高压的蒸汽，并从蒸汽输出口16中输出，提供动力。而当压力容器b14底部的冷凝水达到一定量后打开回水阀12，将冷凝水送回压力容器a8中，进入下一个循环。当系统中水分不足时从压力容器a8底部的补水入口13以及补水阀11向系统中补充水分。

对于本发明的热源水（液），可以采用例如通过太阳能热水、冷却塔中的热水、地下水、污水源、回收热水、江河湖泊的水、环境中的各种废水废液、工厂排污、环境热水、通过污水源换热器带来建筑物城市污水，通过地下水、地面打井带来土壤中的热能的液态物质等。由于本发明采用了压缩机以及冷媒气化吸收热量，因此对于热源水（液）的温度并没有特别的限定，热源水（液）的温度要求很宽泛，只要含有能量就可以，但是热量越高越好。其温度优选为10-80摄氏度。可以根据热源水（液）温度适当调解热源水（液）进入热交换蒸发器速度来调整其热量总量，如果热源水（液）温度较低，可以加快热源水（液）进入速度，如果热源水（液）温度较高，就可以降低热源水（液）进入速度。除了这些热源外，本发明的热泵电蒸汽锅炉也可以采用气体作为热源，只要气体温度足够、其中含有热量，也可以从热源水（液）入口进入，并从热源水（液）入口排出，从而通过热泵压缩机将热量传递给压力容器a8中的目标软水。

压力容器a8中的温度优选保持在55-80摄氏度，其温度通过控制热源水（液）的温度以及进入速度来保证。由于蒸汽输送泵7的抽气作用，压力容器a中的压力减小，因此其中的液体在55-80摄氏度的范围内就会蒸发变为气体，进入到压力容器b14中。

本发明的热交换蒸发器中的冷媒并没有特别限定，其使用热泵领域常用冷媒，只要其能够起到在负压下气化吸热，并且在压力增大后液化放出热量，达到传递运输热源水（液）中热量的效果即可。

有益效果

由于本发明采用热泵技术作为唯一热量来源，其中一部分是热泵设备自身消耗的能量转换的热能，另一部分是热泵从其它介质中“搬运来”的热能，因此可以利用其它介质中的能量，其能效比大于其它锅炉，实现大比例节能，获得较大的节能减排增效的效果。并且热泵的压缩机冷凝器升温有限，达到一定上限温度就会停止继续工作，因此不可能造成压力无限上升而爆炸，因此第一个压力容器不可能发生爆炸，而第二容器压力达到某一个范围也是由压缩泵指标控制，因此也不可能上升到压力容器爆炸的阶段。因此杜绝了以前的锅炉在发生干烧或者异常状况的情况下，热能持续不断供给发生爆炸。因此本发明彻底消除锅炉过压爆炸。其次本发明内置汽水分离器，避免了气体中含有水的问题。最后其低温高温分离，有缓冲空间，在低温区域进行补水，因此补水过程中不会有压力和温度波动。

上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种热泵电蒸汽锅炉，其包括热交换蒸发器、压力容器a、压力容器b。

2.根据权利要求1所述的热泵电蒸汽锅炉，其特征在于：所述压力容器a内部设置有冷凝加热器，热交换蒸发器上部通过管道以及压缩机和冷凝加热器连接，所述冷凝加热器通过管道和储液罐、膨胀阀和热交换蒸发器底部连接形成回路。

3.根据权利要求1或2所述的热泵电蒸汽锅炉，其特征在于：所述压力容器a顶部通过管道、蒸汽输送泵和压力容器b顶部连接。

4.根据权利要求3所述的热泵电蒸汽锅炉其中所述压力容器a底部通过管道、回水阀和压力容器b底部连接，所述压力容器a底部设置有补水阀和补水入口，所述压力容器b设置有蒸汽输出口。