CN106801905A - 采暖热泵及采暖方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采暖热泵及采暖方法，涉及采暖技术领域，其中，一种采暖热泵，包括蒸汽发生机构、发电机构和换热机构；蒸汽发生机构包括蒸汽发生器和压缩机，首级冷凝液体通过蒸汽发生器产生蒸汽，蒸汽进入压缩机，压缩机输出的首级压缩蒸汽经发电机构至换热机构，且发电机构输出电能；换热机构通过首级压缩蒸汽加热用户回水，且首级压缩蒸汽在换热机构中液化为首级冷凝液体；其中，用户回水来自用户采暖管的输出水；经换热机构加热后的用户回水进入用户采暖管。解决了现有采暖热泵投入和运行成本较高的技术问题，达到了降低投入和运行成本的技术效果。

Description

采暖热泵及采暖方法

技术领域

本发明涉及采暖技术领域，尤其是涉及一种采暖热泵及采暖方法。

背景技术

传统采暖方式的热源来自于热电厂和锅炉，以煤为主要能源，容易污染环境，用户取暖费用较高，而且还可能出现温度不达标的现象。为了提高采暖质量和降低环境污染，很多地方采用天然气作为能源提供热量，但现有技术的燃气锅炉对天然气热量的利用率较低，约80％左右，其他的约20％通过各种途径排放到了大气中，因此需要较多的天然气能源支撑，而且燃气锅炉采暖系统的造价较高，用户同样需要承担较高的取暖费用，因此，现有技术的采暖热泵均存在采暖成本较高，用户负担较重的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采暖热泵及采暖方法，以解决现有技术的采暖热泵存在采暖成本较高的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种采暖热泵，包括蒸汽发生机构、发电机构和换热机构；

蒸汽发生机构包括蒸汽发生器和压缩机，首级冷凝液体通过蒸汽发生器产生蒸汽，蒸汽进入压缩机，压缩机输出的首级压缩蒸汽经发电机构至换热机构，且发电机构输出电能；

换热机构通过首级压缩蒸汽加热用户回水，且首级压缩蒸汽在换热机构中液化为首级冷凝液体；

其中，用户回水来自用户采暖管的输出水；

经换热机构加热后的用户回水进入用户采暖管。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，换热机构至少包括两级换热器；

其中，前一级换热器通过前一级压缩蒸汽加热后一级换热器产生的后一级冷凝液体，并生成前一级冷凝液体。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，换热器包括换热管束和喷淋机构，喷淋机构通过喷淋本级压缩蒸汽加热换热管束内的液体。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，首级冷凝液体通过第一加压泵进入蒸汽发生器；

用户回水通过第二加压泵进入换热机构。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，发电机构至少为第一加压泵和第二加压泵供电。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，压缩蒸汽和蒸汽的温差小于等于10℃。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，蒸汽发生器为蒸汽闪发机构。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括控制器，控制器至少连接蒸汽发生器、压缩机、发电机构和换热机构。

第二方面，本发明实施例还提供一种采暖方法，包括：

通过蒸汽发生器将首级冷凝液体转化为蒸汽；

蒸汽进入压缩机，压缩机输出首级压缩蒸汽至发电机构，发电机构输出电能；

换热机构通过首级压缩蒸汽加热用户回水，且首级压缩蒸汽液化为首级冷凝液体；

其中，用户回水来自用户采暖管的输出水；

经换热机构加热后的用户回水进入用户采暖管。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，换热机构至少包括两级换热器；

换热机构通过首级压缩蒸汽加热用户回水，且首级压缩蒸汽液化为首级冷凝液体，具体步骤为：

前一级换热器通过前一级压缩蒸汽加热后一级换热器产生的后一级冷凝液体，并生成新的前一级冷凝液体。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明提供的采暖热泵中的首级冷凝液体无需加热直接进入蒸汽发生器，蒸汽发生器产生的蒸汽进入压缩机压缩输出首级压缩蒸汽，同时提高了蒸汽气压，首级压缩蒸汽进入发电机构推动叶轮旋转发电，发电机构输出的电能可以为采暖热泵提供部分电能，换热机构通过首级压缩蒸汽加热用户回水，由于蒸汽比热高，因此加热效率高，需要外界输入的能量较少，且能够自己提供部分电能，大大降低了本设备的投入和使用成本，而且不会对周围环境带来污染，大面积的普及使用有助于雾霾的治理。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的采暖热泵的第一种可能的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的采暖热泵的第二种可能的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的采暖热泵的第三种可能的结构示意图；

图4为本发明实施例1提供的采暖热泵的控制器的连接示意图；

图5为本发明实施例2提供的采暖方法的流程示意图。

图标：1-蒸汽发生器；11-蒸汽流量阀；2-压缩机；3-发电机构；41-首级换热器；411-首级喷淋机构；412-首级换热管束；413-首级液囊；42-末级换热器；421-末级喷淋机构；422-末级换热管束；423-末级液囊；43-二级换热器；431-二级喷淋机构；432-二级换热管束；433-二级液囊；44-压力表；45-喷淋调节阀；51-第一加压泵；52-第二加压泵；53-换热加压泵；6-蒸汽流量调节阀；7-压力表；81-回水管；82-入水管；9-控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前的采暖热泵存在投入和运行成本较高的问题，基于此，本发明实施例提供的一种采暖热泵及采暖方法，可以降低投入和运行成本。

为便于对本发明实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种采暖热泵进行详细介绍。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例提供了一种采暖热泵，包括蒸汽发生机构、发电机构3和换热机构；蒸汽发生机构包括蒸汽发生器1和压缩机2，首级冷凝液体通过蒸汽发生器1产生蒸汽，蒸汽进入压缩机2，压缩机2输出的首级压缩蒸汽经发电机构3至换热机构，且发电机构3输出电能；换热机构通过首级压缩蒸汽加热用户回水，且首级压缩蒸汽在换热机构中液化为首级冷凝液体；其中，用户回水来自用户采暖管中回水管81中的输出水；经换热机构加热后的用户回水进入用户采暖管中的入水管82。

首级冷凝液体无需加热直接进入蒸汽发生器1，蒸汽发生器1产生的蒸汽进入压缩机2压缩输出首级压缩蒸汽，同时提高了蒸汽气压，首级压缩蒸汽进入发电机构3推动叶轮旋转发电，发电机构3输出的电能可以为采暖热泵提供部分电能，换热机构通过首级压缩蒸汽加热用户回水，由于蒸汽比热高，因此加热效率高，需要外界输入的能量较少，且能够自己提供部分电能，大大降低了本装置的投入和使用成本，而且不会对周围环境带来污染，大面积的普及使用有助于雾霾的治理。

本发明实施例中的本发明实施例中的换热器包括换热管束和喷淋机构，喷淋机构通过喷淋本级压缩蒸汽加热换热管束内的液体。首级冷凝液体优选通过第一加压泵51进入蒸汽发生器1；用户回水优选通过第二加压泵52进入换热机构，可以大大为了提高汽液循环速度，另外，若换热机构包括多个换热器，那么后一级换热器产生的后一级冷凝液体经换热加压泵53进入前一级换热器的换热管束加热。

发电机构3的发电量至少可为第一加压泵51和第二加压泵52供电，当换热机构为多个换热器时，还能为换热器之间的换热加压泵53供电，优选地，发电机构3还连接一蓄电池，发电机构3为所有加压泵通过正常工作电压后的剩余电量，或选择为压缩机2供电，或选择通过蓄电池存储。

本发明实施例中的蒸汽发生器1为蒸汽闪发机构，蒸汽闪发机构利用低温闪发产生蒸汽，且蒸汽闪发机构设有蒸汽流量调节阀6，或蒸汽闪发机构与压缩机2之间设有蒸汽流量调节阀6，蒸汽流量的选择与实际应用场景对热量的需求量有关，若热量需求量较小，可以选择较小的蒸汽流量，若热量需求量大，可以选择较大的蒸汽流量。

如图2和图3所示，作为本发明的一种较佳实施方式，该采暖热泵的换热机构至少包括两级换热器；其中，前一级换热器通过前一级压缩蒸汽加热后一级换热器产生的后一级冷凝液体，并生成前一级冷凝液体。

当前一级换热器为首级换热器41时，前一级换热器通过首级压缩蒸汽加热二级换热器43产生的二级冷凝液体；当后一级换热器为末级换热器42时，后一级换热器通过末级压缩蒸汽加热用户回水。

需要说明的是，本发明实施例中的换热机构可以是一个换热器，亦或是两个、三个或是多个换热器的组合，实际使用时，应根据具体使用场景选择不同的换热机构，本发明实施例以两个换热器组合和三个换热器组合为例进行说明。

如图2所示，当换热机构仅包括两个换热器时，即仅包括首级换热器41和末级换热器42时，首级换热器41包括首级喷淋机构411、首级换热管束412和首级液囊413，首级液囊413用于存储首级冷凝液体；末级换热器42包括末级喷淋机构421、末级换热管束422和末级液囊423，末级液囊423用于存储末级冷凝液体。蒸汽发生器1将首级冷凝液体利用低温闪发转化为蒸汽，蒸汽经压缩机2压缩输出首级压缩蒸汽，首级压缩蒸汽经发电机构3进入首级换热器41，首级换热器41通过首级压缩蒸汽加热末级换热器42产生的末级冷凝液体，并生成新的首级冷凝液体；末级换热器42通过末级压缩蒸汽加热用户回水，其中，末级压缩蒸汽由首级换热器41加热末级冷凝液体产生，至此形成一循环，由于发电机构3的发电量可以为第一加压泵51、第二加压泵52和换热加压泵53供电，因此，一般情况下，此循环中只有压缩机2需要外部输入能量。本发明实施例中压缩机2的轴功率为35-40KW，优选37KW，蒸汽压缩前温度优选为192℃，首级压缩蒸汽的温度为202℃，换热器传热量为10000-11000KW，用户回水温度55℃，入水60℃，可以满足工厂、住宅区的取暖要求，由于末级换热器42的出水温度较高，能够满足长距离供暖。根据能效比的计算公式，即输出热量与输入能量的比值，可知该采暖热泵的能效比为285.7-314.3，具有投入量少，产出量大的优点。

如图3所示，当换热机构仅包括三个换热器，即仅包括首级换热器41、二级换热器43和末级换热器42时，首级换热器41和末级换热器42的构成与图2中一样，二级换热器包括二级喷淋机构431、二级换热管束432、和二级液囊433，二级液囊433用于存储二级冷凝液体。蒸汽发生器1将首级冷凝液体直接转换为蒸汽，蒸汽进入压缩机2压缩，压缩机2输出首级压缩气体经发电机构3进入首级换热器41，首级换热器41通过首级压缩蒸汽加热二级换热器43产生的二级冷凝液体，同时首级压缩蒸汽液化为首级冷凝液体，二级冷凝液体加热转换成二级压缩蒸汽，二级换热器43通过二级压缩蒸汽加热末级换热器42产生的三级冷凝液体，同时二级压缩蒸汽液化为二级冷凝液体，三级冷凝液体加热转换成三级压缩蒸汽，末级换热器42通过末级压缩蒸汽加热用户回水，同时末级压缩蒸汽液化为末级冷凝液体，至此形成一循环，一般情况下，此循环中只有压缩机2需要外部输入能量，本发明实施例中压缩机2的轴功率为35-40KW，优选37KW，若蒸汽压缩前温度优选为195℃，首级压缩蒸汽的温度优选为200℃，换热器传热量为12000-13000KW，用户回水温度45℃，入水温度50℃，可以满足工厂、住宅区的取暖要求。根据能效比的计算公式，即输出热量与输入能量的比值，可知该采暖热泵的能效比为300-371，具有投入量少，产出量大的优点。

作为本发明实施例的另一种实施方式，采暖热泵还包括控制器9，参见图4所示，控制器9连接蒸汽发生器1、蒸汽流量阀11、压缩机2、发电机构3、换热机构、第一加压泵51和第二加压泵52，当换热机构为多个换热器时，控制器9分别连接各级换热器，同时连接换热器之间的换热加压泵53，以及换热器喷淋机构的压力表44和喷淋调节阀45。

此外，需要说明的是，换热机构的循环液体，即相互转换的蒸汽和冷凝液体，可以根据具体使用场景进行选择，本发明实施例优选使用水作为循环液体。

实施例2：

如图5所示，一种使用实施例1所述采暖热泵的采暖方法，包括以下步骤：

S1.通过蒸汽发生器将首级冷凝液体转化为蒸汽。

S2.蒸汽进入压缩机，压缩机输出首级压缩蒸汽至发电机构，发电机构输出电能。

S3.换热机构通过首级压缩蒸汽加热用户回水，且首级压缩蒸汽液化为所述首级冷凝液体；

其中，用户回水来自用户采暖管的输出水。

经换热机构加热后的用户回水进入用户采暖管。

首级冷凝液体无需加热直接进入蒸汽发生器，蒸汽发生器产生的蒸汽经压缩机压缩放热，同时提高了蒸汽气压，压缩蒸汽进入发电机构推动叶轮旋转发电，电机输出的电能可以为采暖热泵提供部分电能，换热机构通过发电机构输出的首级压缩蒸汽加热用户回水，由于蒸汽比热高，因此加热效率高，需要外界输入的能量较少，且能够自己提供部分电能，降低了本装置的投入和使用成本，而且不会对周围环境带来污染。

步骤S1中，首次启动时，使用60-70℃范围的液体作为“首级冷凝液体”，本发明实施例中“首级冷凝液体”优选温度为63-67℃，首级换热器工作后首级压缩蒸汽液化成温度在60-70℃的首级冷凝液体，液化的首级冷凝液体可以直接进入蒸汽发生机构，无需另外加热。

此步骤中的蒸汽发生器为蒸汽闪发机构，通过低温闪发产生蒸汽，无需外界能量的输入。

步骤S2中，压缩机可以压缩蒸汽提高蒸汽气压，同时蒸汽压缩放热，根据使用场景所需热量选择蒸汽压缩程度，但蒸汽压缩前后的温差一般不超过10℃，优选不超过8℃。

步骤S3中，换热机构可以只有一个换热器，也可以包括两个换热器组合、三个换热器组合或是多个换热器组合，具体使用时根据使用场景所需热量选择不同组合的换热机构。

当换热器仅包含两个换热器时，即仅包括首级换热器和末级换热器时，蒸汽发生机构将首级冷凝液体直接转换为蒸汽，蒸汽进入压缩机压缩，压缩机输出首级压缩气体经发电机构进入首级换热器，首级换热器通过首级压缩蒸汽加热末级换热器产生的末级冷凝液体，同时首级压缩蒸汽液化成新的首级冷凝液体，末级冷凝液体经加热生成末级压缩蒸汽，末级换热器通过末级压缩蒸汽加热用户回水。至此构成一循环，具体参数及能效比如实施例1所述，在此不予赘述。

当换热机构仅包括三个换热器，即仅包括首级换热器、二级换热器和末级换热器时，蒸汽发生机构将首级冷凝液体直接转换为蒸汽，蒸汽进入压缩机压缩，压缩机输出首级压缩气体经发电机构进入首级换热器，首级换热器通过首级压缩蒸汽加热二级换热器产生的二级冷凝液体，同时首级压缩蒸汽液化为首级冷凝液体，二级冷凝液体加热转换成二级压缩蒸汽，二级换热器通过二级压缩蒸汽加热末级换热器产生的三级冷凝液体，同时二级压缩蒸汽液位为二级冷凝液体，三级冷凝液体加热转换成三级压缩蒸汽，三级换热器通过三级压缩蒸汽加热用户回水，同时三级压缩蒸汽液化为三级冷凝液体，至此构成一循环，具体参数及能效比如实施例1所述，在此不予赘述。

本发明实施例提供的采暖方法，与上述实施例提供的采暖热泵具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果，在此不予赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种采暖热泵，其特征在于，包括蒸汽发生机构、发电机构和换热机构；

所述蒸汽发生机构包括蒸汽发生器和压缩机，首级冷凝液体通过所述蒸汽发生器产生蒸汽，所述蒸汽进入所述压缩机，所述压缩机输出的首级压缩蒸汽经所述发电机构至所述换热机构，且所述发电机构输出电能；

所述换热机构通过所述首级压缩蒸汽加热用户回水，且所述首级压缩蒸汽在所述换热机构中液化为所述首级冷凝液体；

其中，所述用户回水来自用户采暖管的输出水；

经所述换热机构加热后的所述用户回水进入所述用户采暖管。

2.根据权利要求1所述的采暖热泵，其特征在于，所述换热机构至少包括两级换热器；

其中，前一级换热器通过前一级压缩蒸汽加热后一级换热器产生的后一级冷凝液体，并生成前一级冷凝液体。

3.根据权利要求2所述的采暖热泵，其特征在于，所述换热器包括换热管束和喷淋机构，所述喷淋机构通过喷淋本级压缩蒸汽加热所述换热管束内的液体。

4.根据权利要求1所述的采暖热泵，其特征在于，所述首级冷凝液体通过第一加压泵进入所述蒸汽发生器；

所述用户回水通过第二加压泵进入所述换热机构。

5.根据权利要求1所述的采暖热泵，其特征在于，所述发电机构至少为所述第一加压泵和所述第二加压泵供电。

6.根据权利要求1所述的采暖热泵，其特征在于，所述压缩蒸汽和所述蒸汽的温差小于等于10℃。

7.根据权利要求1所述的采暖热泵，其特征在于，所述蒸汽发生器为蒸汽闪发机构。

8.根据权利要求1-7任一项所述的采暖热泵，其特征在于，还包括控制器，所述控制器至少连接所述蒸汽发生器、所述压缩机、所述发电机构和所述换热机构。

9.一种使用权利要求1-8任一项所述的采暖热泵的采暖方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过蒸汽发生器将首级冷凝液体转化为蒸汽；

所述蒸汽进入压缩机，所述压缩机输出首级压缩蒸汽至发电机构，所述发电机构输出电能；

所述换热机构通过所述首级压缩蒸汽加热用户回水，且所述首级压缩蒸汽液化为所述首级冷凝液体；

其中，所述用户回水来自用户采暖管的输出水；

经所述换热机构加热后的所述用户回水进入所述用户采暖管。

10.根据权利要求9所述的采暖方法，其特征在于，所述换热机构至少包括两级换热器；

所述换热机构通过所述首级压缩蒸汽加热所述用户回水，且所述首级压缩蒸汽液化为所述首级冷凝液体，具体步骤为：

前一级换热器通过前一级压缩蒸汽加热后一级换热器产生的后一级冷凝液体，并生成新的前一级冷凝液体。