CN104728820B - 热泵电汽水锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵电汽水锅炉，其包括储液罐、回热器、低压膨胀阀、高温膨胀阀、电磁阀、低温压缩机、蒸发器、高温压缩机、蒸汽水罐、热水罐。本发明通过采用热泵技术作为唯一热量来源，并利用热泵两级压缩，通过电磁阀进行选择，在初始阶段仅使用低温压缩机，而在高温阶段同时使用低温压缩机和高温压缩机，从而有效提高了能效比。此外热泵的压缩机冷凝加热器升温有限，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。并且能够提供清洁无污染的蒸汽、沸水和热水，满足多用途的需求。

Description

热泵电汽水锅炉

技术领域

本发明涉及一种锅炉，特别是一种节能热泵锅炉。

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。此外现有技术的锅炉在提供的蒸汽中容易携带水分，并且在系统补水过程中容易造成温度和压力波动，在加热升温过程中容易在蒸汽中混入机油等污染物质，从而使得输出蒸汽用途受到限制。

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汽水锅炉，本发明通过利用现有热泵技术，高效收集热源液中热量，将目标软化水加热到目标温度。并且利用热泵两级压缩高效率收集热能达到合理温度；低温段高温段分开，提高热效率、同时输出热水、开水、蒸汽为其多用途提供了可能；低温段切换单级压缩降低能耗、提高能效比。

本发明的技术方案如下所述：

一种热泵电汽水锅炉，其包括储液罐、回热器、低压膨胀阀、高温膨胀阀、电磁阀、低温压缩机、蒸发器、高温压缩机、蒸汽水罐、热水罐。

所述热水罐和蒸汽水罐内部设置有冷凝加热器，所述蒸发器上设置有热源液入口和热源液出口，所述蒸发器和低温压缩机、热水罐内部冷凝加热器、高温压缩机、蒸汽水罐内部冷凝加热器、储液罐、回热器通过管道依次连接形成回路。

所述热水罐上设置有热水出口，底部设置有补水泵和软化水补水入口，所述蒸汽水罐上部设置有开水出口和蒸汽出口，底部通过管道和水泵与热水罐连接。

所述低压膨胀阀设置在回热器和蒸发器之间，所述高温膨胀阀设置在低压膨胀阀和回热器之间，所述回热器上部设置有管道和高温压缩机相连。

与现有技术相比，由于本发明的热泵电汽水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加热器升温有限，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，从而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。本发明还利用了热泵两级压缩高效率收集热能达到合理温度；低温段高温段分开，提高热效率，并且同时输出热水、开水、蒸汽，为最终提供多用途热能提供了可能。并且本发明在低温段切换单级压缩降低能耗、提高能效比。

附图说明

图1 本发明的热泵电汽水锅炉结构示意图

1……储液罐 2……回热器 3……低压膨胀阀

4……高温膨胀阀 5……电磁阀 6……低温压缩机

7……蒸发器 8……热源液入口 9……热源液出口

10……高温压缩机 11……蒸汽水泵

12……水泵 13……热水 14……补水泵

15……蒸汽出口 16……开水出口 17……热水出口

18……热水罐 19……开水 20……软化补水入口

21……冷凝加热器 22……冷凝加热器

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的热泵电汽水锅炉的结构作进一步详细说明。

本发明热泵电汽水锅炉，请参考图1，其包括储液罐1、回热器2、低压膨胀阀3、高温膨胀阀4、电磁阀5、低温压缩机6、蒸发器7、高温压缩机10、蒸汽水罐11、热水罐18。

所述热水罐18和蒸汽水罐11内部设置有冷凝加热器21和冷凝加热器22，所述蒸发器7上设置有热源液入口8和热源液出口9，所述蒸发器7和低温压缩机6、热水罐18内部冷凝加热器21、高温压缩机、蒸汽水罐中的冷凝加热器22中，放出热量。

其中上述的储液罐1主要起到储存从蒸汽水罐11中排出的高温冷媒，防止冷媒因没有存储空间而直接进入压缩机造成对压缩机的损害，而回热器2的设置是由于回到储液罐的冷媒温度较高，如果直接再次进入蒸发器7，不利于从环境中吸收热量，因此通过回热器2来降低温度。而电磁阀5在锅炉刚启动时保持通路，从而使高温压缩机不起作用，仅仅通过低温压缩机使蒸汽水罐11和热水罐18中的水温度升高，当温度达到基本要求后，例如事先设定为40-80摄氏度，电磁阀断开，高温压缩机开始工作，进一步提高蒸汽水罐11中的软水温度。而蒸发器7是整个系统从外界获得热量的主要来源，其中包括冷媒回路和热源介质回路，热源介质将热量传递给冷媒回路，冷媒回路再通过低温压缩机6和高温压缩机10将热量传递给蒸汽水罐11和热水罐18中。

水泵12是当蒸汽水罐11中液体下降不足时将热水罐18的热水补充到蒸汽水泵中，而当热水罐18中水量不足是，则通过补水泵14和软化补水入口20向其中补充软水。

对于本发明的热源液，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，因此对于热源液的温度并没有特别的限定，热源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。可以根据热源液温度适当调解热源液进入蒸发器速度来调整其热量总量，如果热源液温度较低，可以加快热源液进入速度，如果热源液温度较高，就可以降低热源液进入速度。除了这些热源外，本发明的热泵电汽水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，也可以从热源液入口进入，并从热源液入口排出。

本发明的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，特别是自然界已经存在于空气、土壤、水系热量，以及人类生产生活中产生的污水热、废水热等，其能效比远大于其它锅炉，实现大比例节能，获得较大的节能减排增效的效果。并且本发明利用热泵两级压缩，由于热泵效率和温差有很大关系，温差越大，效率越差，因此用两级压缩使得低温段和高温段分开，有效降低了每个阶段的温差，提高了热效率。并且通过设置电磁阀，从而使得锅炉在刚运行时可以仅仅使用低温压缩机进行加热，当温度升高到设置的预定温度再进一步使用低温压缩机和高温压缩机同时进行加热，从而更进一步提高了能效比。并且本发明的锅炉还可以输出沸水、水蒸气、热水等产品，可以满足采暖、淋浴、提供能源等多种用途。此外热泵的压缩机冷凝加热器升温有限，达到一定上限温度就会不得不停止继续工作，因此不可能造成压力无限上升而爆炸，从而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。并且在整个加热升温过程中无污染、不会混入机油等有机物质，可以提供高清洁度的热水、沸水以及蒸汽，满足人们各种用途的需要。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 (1)

1.一种热泵电汽水锅炉，其包括储液罐、回热器、低压膨胀阀、高温膨胀阀、电磁阀、低温压缩机、蒸发器、高温压缩机、蒸汽水罐、热水罐，所述热水罐和蒸汽水罐内部设置有冷凝加热器，所述蒸发器上设置有热源液入口和热源液出口，所述蒸发器和低温压缩机、热水罐内部冷凝加热器、高温压缩机、蒸汽水罐内部冷凝加热器、储液罐、回热器通过管道依次连接形成回路，所述热水罐上设置有热水出口，底部设置有补水泵和软化水补水入口，所述蒸汽水罐上部设置有开水出口和蒸汽出口，底部通过管道和水泵与热水罐连接，所述低压膨胀阀设置在回热器和蒸发器之间，所述高温膨胀阀设置在低压膨胀阀和回热器之间，所述回热器上部设置有管道和高温压缩机相连。