CN107461961B - 一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置及工作方法，所述装置包括集热系统、一级闪蒸系统、二级闪蒸系统和蒸汽压缩系统。所述方法是所述装置根据不同低品位热源以太阳能单热源，太阳能、废热双热源和废热单热源三种工作方法产生进入所述热水箱中的热水，再以‘两级闪蒸+两级压缩’的方式回收太阳能、废热等低品位热量。本发明相比有机热泵工质，水的汽化潜热值大，低品位热量回收多，对应装置的热泵系数在10以上，低压蒸汽经低压和高压蒸汽压缩机两次压缩，有效提高蒸汽品质(120℃以上)，满足高温供热采暖需求，从根本上解决北方冬季使用燃煤供热采暖导致的雾霾污染问题。

Description

一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置及工作方法
技术领域
本发明涉及一种热泵装置，更具体地说，是涉及一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置，属于能源与热泵技术领域。
背景技术
在经济迅猛发展的时代，环境问题成为首要的问题，对人类的长久生存发展提出了严峻挑战。尤其冬季华北地区在使用燃煤供热采暖时，造成严重的雾霾污染，在“煤改电”的政策下，采用热泵装置进行供热采暖成为一种主流，但现有的热泵装置冷凝温度多数在45～55℃之间，在应对高温供热采暖问题上就不能很好地解决，于是研发一种新型高温热泵装置应用于高温蒸汽产生和高温供热领域势在必行。
太阳能作为一种可再生的能源，但现有太阳能热利用温度多数在80～90℃之间，合理的利用太阳能集热技术，制备温度在100℃以上的高温蒸汽应用在供热采暖方面，将带来巨大的经济、社会效益；就现状而言，在‘太阳能+热泵’技术上，多数以太阳能为热源，解决冬季蒸发温度低、制热量低的问题，对于‘太阳能+低压闪蒸’则更多地应用于海水淡化领域，如果能将‘太阳能、低压闪蒸、热泵’三者相结合，构建一种新型高温热泵装置，应用于供热采暖、高温蒸汽制备领域，能很大程度上弥补现有热泵装置冷凝温度低、能量品味由低到高转化难度大的不足。
生活、生产中会产生大量的废热，如果不加以回收利用直接排放掉，势必导致环境的热污染问题，目前主要采取外加换热器的形式回收废热，如果能较好的回收生活、生产中的废热应用于高温热泵领域，产生的节能、环保效果也是十分明显的。
现有的有机热泵工质(氟利昂)汽化潜热值多在200～400kJ/kg之间，而水的汽化潜热值在2300kJ/kg左右，对比有机热泵工质，水的低品位余热回收效果更好；与此同时，水的ODP为0，GWP小于1，而有机热泵工质的ODP多数大于0，GWP则上千的数量级，很明显水对环境的破坏性要远低于有机热泵工质。水作为一种性能极好的热泵工质，通常采用低压闪蒸的方式用于回收低品位(100℃以下)的热量，低压蒸汽由蒸汽压缩机压缩提高温度再供用于用热处，如专利：“一种两次闪蒸和提压的凝结水热量回收方法”采用了‘两级闪蒸+增压’方式回收190℃高温凝结水的热量，要明确的是190℃高温凝结水属于高品质热量，其方法非但不能解决低品位(100℃以下)热量回收转化为高品位(100℃以上)热量的难题，反而导致热量的品质下降(获得的蒸汽温度远低于190℃凝水温度)，无意义可言；再如专利：“一种工业废水余热的梯级回收系统与方法”，就很好的利用了“低压闪蒸+蒸汽压缩”技术回收工业废热，分析其原理会发现该发明仍存在低品位热量回收率不够高效的问题，提高低品位热量回收率依旧是技术的关键所在，而现有热泵技术冷凝温度低的问题也没有很好的解决，针对这些问题我们依旧需要做大量的工作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，进而提供一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置及工作方法。
本发明通过利用水的汽化潜热吸收太阳能、废热的热量，经蒸汽压缩机压缩提高蒸汽品质，以高温热泵或外输高温蒸汽的形式进行循环工作，有效回收低品位的热能，节能减排效果好，能极好的应用于高温供热采暖等领域。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置，包括集热系统、一级闪蒸系统、二级闪蒸系统和蒸汽压缩系统四部分。其中所述的集热系统包括：第一补水阀、循环泵、太阳能集热器、第一阀门、废热回收器、第二阀门、热水箱，所述第一补水阀连通所述循环泵的进口，所述循环泵的出口连通所述太阳能集热器、所述废热回收器的进口，所述太能集热器、所述废热回收器的出口连通所述热水箱的进口，在所述循环泵出口与所述废热回收器进口的连接管道上设有所述第一阀门，在所述太阳能集热器出口与所述热水箱进口的连接管上设有所述第二阀门；
所述一级闪蒸系统包括：一级闪蒸罐、一号喷淋泵、喷嘴、第三阀门、一号盘管、第五阀门和一号真空泵，所述集热系统中所述热水箱的底部出口连通所述一号喷淋泵、所述第三阀门的进口，所述一号喷淋泵出口连通所述一级闪蒸罐上部布置有所述喷嘴的盲管，所述第三阀门出口连通所述一级闪蒸罐中部的所述一号盘管进口，所述一级闪蒸罐右上方通过所述第五阀门连通所述一号真空泵；
所述二级闪蒸系统包括：二级闪蒸罐、二号喷淋泵、喷嘴、第六阀门、二号盘管、第七阀门和二号真空泵，所述一级闪蒸系统中所述一级闪蒸罐底部出口、所述一号盘管出口连通所述二号喷淋泵、所述第六阀门的进口，所述二号喷淋泵出口连通所述二级闪蒸罐上部布置有所述喷嘴的盲管，所述第六阀门出口连通所述二号盘管进口，所述二号盘管出口、所述二级闪蒸罐底部出口连通所述集热系统中所述循环泵的进口，所述二级闪蒸罐右上方通过所述第七阀门连通所述二号真空泵；
所述蒸汽压缩系统包括：低压蒸汽压缩机、经济器、水量调节阀、第八阀门、风冷散热器、第九阀门、高压蒸汽压缩机、第十阀门、第十一阀门、冷凝器、第十二阀门和凝水箱，所述二级闪蒸系统中所述二级闪蒸罐顶部出口连通所述低压蒸汽压缩机进口，所述低压蒸汽压缩机出口连通管道插入所述经济器底部，所述经济器上部出口、所述一级闪蒸系统中所述一级闪蒸罐顶部出口连通所述高压蒸汽压缩机进口，所述高压蒸汽压缩机出口连通所述第十阀门进口、用于外输蒸汽的所述第十一阀门进口，所述第十阀门出口连通所述冷凝器进口，所述冷凝器出口、用于外输蒸汽凝水回收的所述第十二阀门进口连通所述凝水箱左上方进口，所述凝水箱底部出口通过第九阀门连通所述一级闪蒸系统中所述一号喷淋泵、所述第三阀门、所述第四阀门的进口，所述凝水箱底部出口连通所述风冷散热器进口，所述风冷散热器出口通过所述第八阀门连通所述经济器右侧进口，所述风冷散热器出口连通所述水量调节阀进口，所述水量调节阀出口连通所述低压蒸汽压缩机中间接口。
进一步，所述一号喷淋泵、所述第三阀门进口与所述二号喷淋泵、所述第六阀门进口之间还设有第四阀门。
进一步，所述热水箱顶部还设有第一排气阀。
进一步，所述凝水箱顶部和右上方分别设有第二排气阀和第二补水阀。
进一步，所述太阳能集热器为平板型太阳集热器或真空管型太阳集热器。
进一步，所述废热回收器为板式换热器或管壳式换热器。
进一步，所述高压蒸汽压缩机和所述低压蒸汽压缩机为双螺杆水蒸汽压缩机或离心式蒸汽压缩机。
进一步，所述热水箱和所述凝水箱的箱体外均敷设有保温性能良好的发泡聚氨酯或岩棉保温材料。
所述装置根据不同低品位热源产生进入所述热水箱中的热水的工作方法包括以下三种：
A、太阳能单热源工作方法
当太阳光照辐射强、废热不足时，将所述第一阀门关闭，所述废热回收器不工作，所述第一补水阀开启，常温工质水由所述循环泵送入所述太阳能集热器，水温上升到85～90℃，从所述太阳能集热器流出的85～90℃热水通过所述第二阀门沿管道进入所述热水箱储集，所述热水箱中储集的85～90℃热水再从所述热水箱底部出口进入所述两级闪蒸系统与所述蒸汽压缩系统，通过两级闪蒸和两级压缩过程，将85～90℃的低品位热水转变为120℃以上高品位高温蒸汽，以满足高温供热采暖的需求；
B、太阳能、废热双热源工作方法
当太阳光照辐射强且废热充足时，开启所述第一阀门、所述第二阀门，所述太阳能集热器、所述废热回收器两者同时工作，所述第一补水阀开启，常温工质水经所述循环泵作用进入所述废热回收器、所述太阳能集热器，温度升高到85～90℃左右，升温后的工质水再从所述废热回收器、所述太阳能集热器的出口沿管道进入所述热水箱储集，所述热水箱中储集的85～90℃热水再从所述热水箱底部出口进入所述两级闪蒸系统与所述蒸汽压缩系统，通过两级闪蒸和两级压缩过程，将85～90℃的低品位热水转变为120℃以上高品位高温蒸汽，以满足高温供热采暖的需求；
C、废热单热源工作方法
当太阳光照辐射弱或阴天，废热充足时，关闭所述第二阀门，所述太阳能集热器不工作，所述第一补水阀开启，常温工质水经所述循环泵作用通过所述第一阀门进入所述废热回收器，温度升高到85～90℃，升温后的工质水从所述废热回收器流出沿管道进入所述热水箱储集，所述热水箱中储集的85～90℃热水再从所述热水箱底部出口进入所述两级闪蒸系统与所述蒸汽压缩系统，通过两级闪蒸和两级压缩过程，将85～90℃的低品位热水转变为120℃以上高品位高温蒸汽，以满足高温供热采暖的需求。
上述A、B、C三种工作方法中所述两级闪蒸和两级压缩过程，制得120℃以上高温蒸汽的具体流程如下：
所述热水箱储集的85～90℃热水在通过所述热水箱顶部设有的所述第一排气阀排掉夹携的不凝性空气后从所述热水箱底部出口流出，在所述一号喷淋泵和所述第三阀门以及所述第四阀门进口处分为三部分，其中第一部分热水经所述一号喷淋泵进入预先由所述一号真空泵抽负压值为0.0312～0.0386MPa的所述一级闪蒸罐，在所述喷嘴处喷淋雾化；第二部分热水通过所述第三阀门进入所述一号盘管并在所述一号盘管中释放热量，提供第一部分喷淋雾化水蒸发吸收的热量，第一部分喷淋雾化后的热水在吸收自身热量和所述一号盘管内第二部分水的热量后闪蒸为70～75℃的饱和蒸汽，未闪蒸的水落在所述一级闪蒸罐底部；第三部分热水和所述一号盘管中释放热量后的第二部分水以及所述一级闪蒸罐底部出口流出未闪蒸的第一部分水混合，混合后水温维持在70～75℃之间，再进入所述二级闪蒸系统，混合后的70～75℃的热水再分为两部分，其中第一部分水经所述二号喷淋泵进入预先由所述二号真空泵抽负压值为0.0199～0.0250MPa的所述二级闪蒸罐，在所述喷嘴处喷淋雾化；第二部分水通过所述第六阀门进入所述二号盘管并在所述二号盘管中释放热量，提供第一部分喷淋雾化水蒸发吸收的热量，第一部分喷淋雾化水在吸收自身热量和所述二号盘管内第二部分水的热量后闪蒸为60～65℃的饱和蒸汽，未闪蒸的第一部分水从所述二级闪蒸罐底部出口流出，与所述二号盘管中释放热量后流出的第二部分水混合后沿管道进入所述循环泵，送入所述集热系统，再次参与低品位热量的收集；从所述二级闪蒸罐顶部出口流出的60～65℃饱和蒸汽进入所述低压蒸汽压缩机，采用蒸汽压缩过程喷水冷却技术，低压蒸汽在所述低压蒸汽压缩机内压缩为压力为0.0312～0.0386MPa的过热蒸汽，从所述低压蒸汽压缩机出口流出的过热蒸汽沿管道进入所述经济器，过热蒸汽在插入所述经济器底部的管道出口排出，带走所述经济器内部分低温水，过热蒸汽变为70～75℃的饱和蒸汽，所述经济器顶部出口70～75℃的饱和蒸汽与所述一级闪蒸系统中所述一级闪蒸罐顶部出口70～75℃的饱和蒸汽混合，混合后的70～75℃的饱和蒸汽进入所述高压蒸汽压缩机压缩为120℃以上的过热蒸汽，所述高压蒸汽压缩机排出的过热蒸汽通过所述第十阀门进入所述冷凝器中凝结放热，释放热量后的过热蒸汽变为85～90℃的凝结水从所述冷凝器出口流出，进入所述凝水箱；同时，所述高压蒸汽压缩机出口流出的过热蒸汽也可通过所述第十一阀门对外输送，用于远距离蒸汽供热，供热后的外输蒸汽凝结水通过所述第十二阀门回流到所述凝水箱，所述凝水箱顶部设有所述第二排气阀用于不凝性空气的排放，所述凝水箱右上方设有所述第二补水阀用于补充所述热泵装置外输蒸汽时损失的水，85～90℃的凝结水从所述凝水箱底部出口流出分为两部分，第一部分凝结水通过所述第九阀门回流到所述一级闪蒸系统的所述一号喷淋泵和所述第三阀门以及所述第四阀门进口处，参与再次闪蒸循环；第二部分凝结水进入所述风冷散热器在所述风冷散热器中释放热量温度降低，降温后的凝结水一大部分沿管道通过所述第八阀门进入所述经济器，一小部分通过所述水量调节阀沿管道从所述低压蒸汽压缩机中间接口喷入所述低压蒸汽压缩机，进行蒸汽压缩过程喷水冷却，如此，完成工质水在所述热泵装置中的循环。
本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：
1、对比有机热泵工质(氟利昂)，所述热泵装置所采用循环工质水的ODP、GWP值均要小于有机热泵工质对应的ODP、GWP值，环境破坏性小；有机热泵工质的汽化潜热值多在200～400kJ/kg之间，而水的汽化潜热值则是有机热泵工质的7～10倍，所述热泵装置对比现有热泵装置在回收太阳能、废热等100℃以下低品位热量产生的效果会更好。
2、两级低压闪蒸中的低压级蒸汽经低压蒸汽压缩机压缩与高压级蒸汽混合，再被高压蒸汽压缩机压缩压缩为120℃以上的高温蒸汽，有效提高蒸汽的显热值，作为闭式循环的高温热泵装置对应的冷凝温度高，而现有的两级压缩热泵装置冷凝温度多数在80～110℃之间，所述热泵装置应用空间更大；同时高温蒸汽也可外输用于供热采暖等耗热处，替代燃油、燃煤锅炉，减少环境污染；所述热泵装置的COP值在10以上，而现有热泵装置的COP值多在4～6之间，所述热泵装置的放热量大，能效性更高。
3、所述热泵装置冷凝温度高，满足高品位用热需求，实现能量由低品位到高品位的转变，有效解决以往高温供热采暖难的问题，以太阳能、废热为热源，在产生节能减排效果的同时，从根本上解决华北地区冬季燃煤供热采暖导致的雾霾污染问题，紧扣“煤改电”，减排降污、保护环境。
附图说明
图1为本发明一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置的结构原理示意图；
图中：1为废热回收器、2为第二阀门、3为第一排气阀、4为热水箱、5为第十一阀门、6为第十阀门、7为冷凝器、8为第十二阀门、9为第二排气阀、10为第二补水阀、11为凝水箱、12为风冷散热器、13为第九阀门、14为高压蒸汽压缩机、15为一号真空泵、16为一号喷淋泵、17为第三阀门、18为太阳能集热器、19为第四阀门、20为第五阀门、21为喷嘴、22为一号盘管、23为一级闪蒸罐、24为低压蒸汽压缩机、25为第八阀门、26为二号真空泵、27为二号喷淋泵、28为循环泵、29为第一阀门、30为第一补水阀、31为第六阀门、32为二级闪蒸罐、33为第七阀门、34为二号盘管、35为经济器、36为水量调节阀。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特性和优点更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体施例做详细说明。
再者，本发明中所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶」等，仅是参考附图式的方向。因此，使用方向用语是用于说明及理解本发明，而非用于限制本发明。
如图1所示，为本发明实施例的一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置，包括集热系统、一级闪蒸系统、二级闪蒸系统、蒸汽压缩系统四部分，所述的集热系统包括：第一补水阀30、循环泵28、太阳能集热器18、第一阀门29、废热回收器1、第二阀门2、热水箱4、第一排气阀3，所述第一补水阀30连通所述循环泵28的进口，所述循环泵28的出口连通所述太阳能集热器18、所述废热回收器1的进口，所述太阳能集热器18、所述废热回收器1的出口连通所述热水箱4的进口，在所述循环泵28出口与所述废热回收器1进口的连接管道上设有所述第一阀门29，在所述太阳能集热器18出口与所述热水箱4进口的连接管上设有所述第二阀门2，所述热水箱4顶部设有所述第一排气阀3；所述一级闪蒸系统包括：一级闪蒸罐23、一号喷淋泵16、喷嘴21、第三阀门17、第四阀门19、一号盘管22、第五阀门20、一号真空泵15，所述集热系统中所述热水箱4底部出口连通所述一号喷淋泵16、所述第三阀门17、所述第四阀门19的进口，所述一号喷淋泵16出口连通所述一级闪蒸罐23上部布置有所述喷嘴21的盲管，所述第三阀门17连通所述一号盘管22进口，所述一级闪蒸罐23右上方通过所述第五阀门20连通所述一号真空泵15；所述二级闪蒸系统包括：二级闪蒸罐32、二号喷淋泵27、喷嘴21、第六阀门31、二号盘管34、第七阀门33、二号真空泵26，所述一级闪蒸系统中所述一级闪蒸罐23底部出口、所述一号盘管22出口、所述第四阀门19出口连通所述二号喷淋泵27、第六阀门31的进口，所述二号喷淋泵27出口连通所述二级闪蒸罐32上部布置有所述喷嘴21的盲管，所述第六阀门31出口连通所述二号盘管34进口，所述二号盘管34出口、所述二级闪蒸罐32底部出口连通所述集热系统中所述循环泵28的进口，所述二级闪蒸罐32右上方通过所述第七阀门33连通所述二号真空泵26；所述蒸汽压缩系统包括：低压蒸汽压缩机24、经济器35、水量调节阀36、第八阀门25、风冷散热器12、第九阀门13、高压蒸汽压缩机14、第十阀门6、第十一阀门5、冷凝器7、第十二阀门8、凝水箱11、第二排气阀9、第二补水阀10，所述二级闪蒸系统中所述二级闪蒸罐32顶部出口连通所述低压蒸汽压缩机24进口，所述低压蒸汽压缩机24出口连通管道插入所述经济器35底部，所述经济器35上部出口、所述一级闪蒸系统中所述一级闪蒸罐23顶部出口连通所述高压蒸汽压缩机14进口，所述高压蒸汽压缩机14出口连通所述第十阀门6进口、用于外输蒸汽的所述第十一阀门5进口，所述第十阀门6出口连通所述冷凝器7进口，所述冷凝器7出口、用于外输蒸汽凝水回收的所述第十二阀门8进口连通所述凝水箱11左上方进口，所述凝水箱11顶部设有所述第二排气阀9，所述凝水箱11右上方设有所述第二补水阀10，所述凝水箱11底部出口通过第九阀门13连通所述一级闪蒸系统中所述一号喷淋泵16、所述第三阀门17、所述第四阀门19的进口，所述凝水箱11底部出口连通所述风冷散热器12进口，所述风冷散热器12出口通过所述第八阀门25连通所述经济器35右侧进口，所述风冷散热器12出口连通所述水量调节阀36进口，所述水量调节阀36出口连通所述低压蒸汽压缩机24中间接口。
其中，所述太阳能集热器18为真空管型太阳能集热器。
所述废热回收器1为管壳式换热器。
所述高压蒸汽压缩机14与低压蒸汽压缩机24均为双螺杆水蒸汽压缩机。
所述热水箱4和所述凝水箱11的箱体外均敷设有保温效果良好的岩棉保温材料。
工作方法：
所述装置根据不同低品位热源产生进入所述热水箱4中的热水的工作方法包括以下三种：
A、太阳能单热源工作方法
当太阳光照辐射强、废热不足时，将所述第一阀门29关闭，所述废热回收器1不工作，所述第一补水阀30开启，常温工质水由所述循环泵28送入所述太阳能集热器18，水温上升到85～90℃，从所述太阳能集热器18流出的85～90℃热水通过所述第二阀门2沿管道进入所述热水箱4储集，所述热水箱4中储集的85～90℃热水再从所述热水箱4底部出口进入所述两级闪蒸系统与所述蒸汽压缩系统，通过两级闪蒸和两级压缩过程，将85～90℃的低品位热水转变为120℃以上高品位高温蒸汽，以满足高温供热采暖的需求；
B、太阳能、废热双热源工作方法
当太阳光照辐射强且废热充足时，开启所述第一阀门29、所述第二阀门2，所述太阳能集热器18、所述废热回收器1两者同时工作，所述第一补水阀30开启，常温工质水经所述循环泵28作用进入所述废热回收器1、所述太阳能集热器18，温度升高到85～90℃左右，升温后的工质水再从所述废热回收器1、所述太阳能集热器18的出口沿管道进入所述热水箱4储集，所述热水箱4中储集的85～90℃热水再从所述热水箱4底部出口进入所述两级闪蒸系统与所述蒸汽压缩系统，通过两级闪蒸和两级压缩过程，将85～90℃的低品位热水转变为120℃以上高品位高温蒸汽，以满足高温供热采暖的需求；
C、废热单热源工作方法
当太阳光照辐射弱或阴天，废热充足时，关闭所述第二阀门2，所述太阳能集热器18不工作，所述第一补水阀30开启，常温工质水经所述循环泵28作用通过所述第一阀门29进入所述废热回收器1，温度升高到85～90℃，升温后的工质水从所述废热回收器1流出沿管道进入所述热水箱4储集，所述热水箱4中储集的85～90℃热水再从所述热水箱4底部出口进入所述两级闪蒸系统与所述蒸汽压缩系统，通过两级闪蒸和两级压缩过程，将85～90℃的低品位热水转变为120℃以上高品位高温蒸汽，以满足高温供热采暖的需求。
上述A、B、C三种工作方法中所述两级闪蒸和两级压缩过程，制得120℃以上高温蒸汽的具体流程如下：
所述热水箱4储集大量热水，用于维持夜间所述热泵装置的正常工作，热水在通过所述热水箱4顶部设有的所述第一排气阀3排掉夹携的不凝性空气后从所述热水箱4底部出口流出，在所述一号喷淋泵16和所述第三阀门17以及所述第四阀门19进口处分为三部分，其中第一部分热水经所述一号喷淋泵16进入预先由所述一号真空泵15抽负压值为0.0312～0.0386MPa的所述一级闪蒸罐23，在所述喷嘴21处喷淋雾化；第二部分热水通过所述第三阀门17进入所述一号盘管22并在所述一号盘管22中释放热量，提供第一部分喷淋雾化水蒸发吸收的热量，第一部分喷淋雾化后的热水在吸收自身热量和所述一号盘管22内第二部分水的热量后闪蒸为70～75℃的饱和蒸汽，未闪蒸的水落在所述一级闪蒸罐23底部；第三部分热水和所述一号盘管22中释放热量后的第二部分水以及所述一级闪蒸罐23底部出口流出未闪蒸的第一部分水混合，混合后水温维持在70～75℃之间，再进入所述二级闪蒸系统，混合后的70～75℃的热水再分为两部分，其中第一部分水经所述二号喷淋泵27进入预先由所述二号真空泵26抽负压值为0.0199～0.0250MPa的所述二级闪蒸罐32，在所述喷嘴21处喷淋雾化；第二部分水通过所述第六阀门31进入所述二号盘管34并在所述二号盘管34中释放热量，提供第一部分喷淋雾化水蒸发吸收的热量，第一部分喷淋雾化水在吸收自身热量和所述二号盘管34内第二部分水的热量后闪蒸为60～65℃的饱和蒸汽，未闪蒸的第一部分水从所述二级闪蒸罐32底部出口流出，与所述二号盘管34中释放热量后流出的第二部分水混合后沿管道进入所述循环泵28，送入所述集热系统，再次参与低品位热量的收集；从所述二级闪蒸罐32顶部出口流出的60～65℃饱和蒸汽进入所述低压蒸汽压缩机24，采用蒸汽压缩过程喷水冷却技术，低压蒸汽在所述低压蒸汽压缩机24内压缩为压力为0.0312～0.0386MPa的过热蒸汽，从所述低压蒸汽压缩机24出口流出的过热蒸汽沿管道进入所述经济器35，过热蒸汽在插入所述经济器35底部的管道出口排出，带走所述经济器35内部分低温水，过热蒸汽变为70～75℃的饱和蒸汽，所述经济器35顶部出口70～75℃的饱和蒸汽与所述一级闪蒸系统中所述一级闪蒸罐23顶部出口70～75℃的饱和蒸汽混合，混合后的70～75℃的饱和蒸汽进入所述高压蒸汽压缩机14压缩为120℃以上的过热蒸汽，所述高压蒸汽压缩机14排出的过热蒸汽通过所述第十阀门6进入所述冷凝器7中凝结放热，释放热量后的过热蒸汽变为85～90℃的凝结水从所述冷凝器7出口流出，进入所述凝水箱11；同时，所述高压蒸汽压缩机14出口流出的过热蒸汽也可通过所述第十一阀门5对外输送，用于远距离蒸汽供热，供热后的外输蒸汽凝结水通过所述第十二阀门8回流到所述凝水箱11，所述凝水箱11顶部设有所述第二排气阀9用于不凝性空气的排放，所述凝水箱11右上方设有所述第二补水阀10用于补充所述热泵装置外输蒸汽时损失的水，85～90℃的凝结水从所述凝水箱11底部出口流出分为两部分，第一部分凝结水通过所述第九阀门13回流到所述一级闪蒸系统的所述一号喷淋泵16和所述第三阀门17以及所述第四阀门19进口处，参与再次闪蒸循环；第二部分凝结水进入所述风冷散热器12在所述风冷散热器12中释放热量温度降低，降温后的凝结水一大部分沿管道通过所述第八阀门25进入所述经济器35，一小部分通过所述水量调节阀36沿管道从所述低压蒸汽压缩机24中间接口喷入所述低压蒸汽压缩机24，进行蒸汽压缩过程喷水冷却，如此，完成工质水在所述热泵装置中的循环。
所述一种基于太阳能、废热双热源的两级闪蒸压缩式热泵装置在废热不足，太阳光照辐射弱或阴天时，所述热泵装置不工作。
所述一种基于太阳能、废热双热源的两级闪蒸压缩式热泵装置设计合理，特点突出，有效回收太阳能、废热的热量，节能减排效果好，且能很好的应对高温用热的难题，有效解决北方燃煤供热采暖导致的雾霾问题，有助于“煤改电”政策的升入落实，符合可持续发展的战略路线。
以上为本发明的具体说明，仅为本发明的最佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神及原则之内的修改、等同替换等，应均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置，包括集热系统、一级闪蒸系统、二级闪蒸系统和蒸汽压缩系统四部分；其中所述的集热系统包括：第一补水阀(30)、循环泵(28)、太阳能集热器(18)、第一阀门(29)、废热回收器(1)、第二阀门(2)、热水箱(4)，所述第一补水阀(30)连通所述循环泵(28)的进口，所述循环泵(28)的出口分别连通所述太阳能集热器(18)和所述废热回收器(1)的进口，所述太阳能集热器(18)和所述废热回收器(1)的出口一并连通所述热水箱(4)的进口，在所述循环泵(28)出口与所述废热回收器(1)进口的连接管道上设有所述第一阀门(29)，在所述太阳能集热器(18)出口与所述热水箱(4)进口的连接管上设有所述第二阀门(2)；所述一级闪蒸系统包括：一级闪蒸罐(23)、一号喷淋泵(16)、喷嘴(21)、第三阀门(17)、一号盘管(22)、第五阀门(20)和一号真空泵(15)，所述集热系统中所述热水箱(4)底部出口连通所述一号喷淋泵(16)、所述第三阀门(17)的进口，所述一号喷淋泵(16)出口连通所述一级闪蒸罐(23)上部布置有所述喷嘴(21)的盲管，所述第三阀门(17)连通所述一号盘管(22)进口，所述一级闪蒸罐(23)右上方通过所述第五阀门(20)连通所述一号真空泵(15)；所述二级闪蒸系统包括：二级闪蒸罐(32)、二号喷淋泵(27)、喷嘴(21)、第六阀门(31)、二号盘管(34)、第七阀门(33)和二号真空泵(26)，所述一级闪蒸系统中所述一级闪蒸罐(23)底部出口和所述一号盘管(22)出口分别连通所述二号喷淋泵(27)和第六阀门(31)的进口，所述二号喷淋泵(27)出口连通所述二级闪蒸罐(32)上部布置有所述喷嘴(21)的盲管，所述第六阀门(31)出口连通所述二号盘管(34)进口，所述二号盘管(34)出口和所述二级闪蒸罐(32)底部出口连通所述集热系统中所述循环泵(28)的进口，所述二级闪蒸罐(32)右上方通过所述第七阀门(33)连通所述二号真空泵(26)；所述蒸汽压缩系统包括：低压蒸汽压缩机(24)、经济器(35)、水量调节阀(36)、第八阀门(25)、风冷散热器(12)、第九阀门(13)、第四阀门(19)、高压蒸汽压缩机(14)、第十阀门(6)、第十一阀门(5)、冷凝器(7)、第十二阀门(8)和凝水箱(11)，所述二级闪蒸系统中所述二级闪蒸罐(32)顶部出口连通所述低压蒸汽压缩机(24)进口，所述低压蒸汽压缩机(24)出口连通管道插入所述经济器(35)底部，所述经济器(35)上部出口和所述一级闪蒸系统中所述一级闪蒸罐(23)顶部出口连通所述高压蒸汽压缩机(14)进口，所述高压蒸汽压缩机(14)出口连通所述第十阀门(6)进口和用于外输蒸汽的所述第十一阀门(5)进口，所述第十阀门(6)出口连通所述冷凝器(7)进口，所述冷凝器(7)出口和用于外输蒸汽凝水回收的所述第十二阀门(8)出口连通所述凝水箱(11)左上方进口，所述凝水箱(11)底部出口通过第九阀门(13)连通所述一级闪蒸系统中所述一号喷淋泵(16)和所述第三阀门(17)以及所述第四阀门(19)的进口，所述凝水箱(11)底部出口连通所述风冷散热器(12)进口，所述风冷散热器(12)出口通过所述第八阀门(25)连通所述经济器(35)右侧进口，所述风冷散热器(12)出口连通所述水量调节阀(36)进口，所述水量调节阀(36)出口连通所述低压蒸汽压缩机(24)中间接口。
2.根据权利要求1所述的一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置，其特征在于：所述一号喷淋泵(16)和所述第三阀门(17)进口与所述二号喷淋泵(27)和所述第六阀门(31)进口之间还设有相连通的第四阀门(19)。
3.根据权利要求1所述的一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置，其特征在于：所述热水箱(4)顶部还设有第一排气阀(3)。
4.根据权利要求1所述的一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置，其特征在于：所述凝水箱(11)顶部设有第二排气阀(9)，右上方设有第二补水阀(10)。
5.根据权利要求1所述的一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置，其特征在于：所述太阳能集热器(18)为平板型太阳集热器或真空管型太阳集热器。
6.根据权利要求1所述的一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置，其特征在于：所述废热回收器(1)为板式换热器或管壳式换热器。
7.根据权利要求1所述的一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置，其特征在于：所述高压蒸汽压缩机(14)和所述低压蒸汽压缩机(24)均为双螺杆水蒸汽压缩机或离心式蒸汽压缩机。
8.根据权利要求1所述的一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置，其特征在于：所述热水箱(4)和所述凝水箱(11)的箱体外壳均敷设有发泡聚氨酯或岩棉保温材料。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述的一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置的工作方法，其特征在于：所述装置根据不同低品位热源产生进入所述热水箱(4)中的热水的工作方法包括以下三种：
A、太阳能单热源工作方法
当太阳光照辐射强、废热不足时，将所述第一阀门(29)关闭，所述废热回收器(1)不工作，所述第一补水阀(30)开启，常温工质水由所述循环泵(28)送入所述太阳能集热器(18)，水温上升到85～90℃，从所述太阳能集热器(18)流出的85～90℃热水通过所述第二阀门(2)沿管道进入所述热水箱(4)储集，所述热水箱(4)中储集的85～90℃热水再从所述热水箱(4)底部出口进入所述两级闪蒸系统与所述蒸汽压缩系统，通过两级闪蒸和两级压缩过程，将85～90℃的低品位热水转变为120℃以上高品位高温蒸汽，以满足高温供热采暖的需求；
B、太阳能、废热双热源工作方法
当太阳光照辐射强且废热充足时，开启所述第一阀门(29)、所述第二阀门(2)，所述太阳能集热器(18)、所述废热回收器(1)两者同时工作，所述第一补水阀(30)开启，常温工质水经所述循环泵(28)作用进入所述废热回收器(1)、所述太阳能集热器(18)，温度升高到85～90℃左右，升温后的工质水再从所述废热回收器(1)、所述太阳能集热器(18)的出口沿管道进入所述热水箱(4)储集，所述热水箱(4)中储集的85～90℃热水再从所述热水箱(4)底部出口进入所述两级闪蒸系统与所述蒸汽压缩系统，通过两级闪蒸和两级压缩过程，将85～90℃的低品位热水转变为120℃以上高品位高温蒸汽，以满足高温供热采暖的需求；
C、废热单热源工作方法
当太阳光照辐射弱或阴天，废热充足时，关闭所述第二阀门(2)，所述太阳能集热器(18)不工作，所述第一补水阀(30)开启，常温工质水经所述循环泵(28)作用通过所述第一阀门(29)进入所述废热回收器(1)，温度升高到85～90℃，升温后的工质水从所述废热回收器(1)流出沿管道进入所述热水箱(4)储集，所述热水箱(4)中储集的85～90℃热水再从所述热水箱(4)底部出口进入所述两级闪蒸系统与所述蒸汽压缩系统，通过两级闪蒸和两级压缩过程，将85～90℃的低品位热水转变为120℃以上高品位高温蒸汽，以满足高温供热采暖的需求。
10.根据权利要求9所述的一种双热源的两级闪蒸两级压缩式热泵装置的工作方法，其特征在于：A、B、C三种工作方法中所述两级闪蒸和两级压缩过程，制得120℃以上高温蒸汽的具体流程如下：
所述热水箱(4)储集的85～90℃热水在通过所述热水箱(4)顶部设有的所述第一排气阀(3)排掉夹携的不凝性空气后从所述热水箱(4)底部出口流出，在所述一号喷淋泵(16)和所述第三阀门(17)以及所述第四阀门(19)进口处分为三部分，其中第一部分热水经所述一号喷淋泵(16)进入预先由所述一号真空泵(15)抽负压值为0.0312～0.0386MPa的所述一级闪蒸罐(23)，在所述喷嘴(21)处喷淋雾化；第二部分热水通过所述第三阀门(17)进入所述一号盘管(22)并在所述一号盘管(22)中释放热量，提供第一部分喷淋雾化水蒸发吸收的热量，第一部分喷淋雾化后的热水在吸收自身热量和所述一号盘管(22)内第二部分水的热量后闪蒸为70～75℃的饱和蒸汽，未闪蒸的水落在所述一级闪蒸罐(23)底部；第三部分热水和所述一号盘管(22)中释放热量后的第二部分水以及所述一级闪蒸罐(23)底部出口流出未闪蒸的第一部分水混合，混合后水温维持在70～75℃之间，再进入所述二级闪蒸系统，混合后的70～75℃的热水再分为两部分，其中第一部分水经所述二号喷淋泵(27)进入预先由所述二号真空泵(26)抽负压值为0.0199～0.0250MPa的所述二级闪蒸罐(32)，在所述喷嘴(21)处喷淋雾化；第二部分水通过所述第六阀门(31)进入所述二号盘管(34)并在所述二号盘管(34)中释放热量，提供第一部分喷淋雾化水蒸发吸收的热量，第一部分喷淋雾化水在吸收自身热量和所述二号盘管(34)内第二部分水的热量后闪蒸为60～65℃的饱和蒸汽，未闪蒸的第一部分水从所述二级闪蒸罐(32)底部出口流出，与所述二号盘管(34)中释放热量后流出的第二部分水混合后沿管道进入所述循环泵(28)，送入所述集热系统，再次参与低品位热量的收集；从所述二级闪蒸罐(32)顶部出口流出的60～65℃饱和蒸汽进入所述低压蒸汽压缩机(24)，采用蒸汽压缩过程喷水冷却技术，低压蒸汽在所述低压蒸汽压缩机(24)内压缩为压力为0.0312～0.0386MPa的过热蒸汽，从所述低压蒸汽压缩机(24)出口流出的过热蒸汽沿管道进入所述经济器(35)，过热蒸汽在插入所述经济器(35)底部的管道出口排出，带走所述经济器(35)内部分低温水，过热蒸汽变为70～75℃的饱和蒸汽，所述经济器(35)顶部出口70～75℃的饱和蒸汽与所述一级闪蒸系统中所述一级闪蒸罐(23)顶部出口70～75℃的饱和蒸汽混合，混合后的70～75℃的饱和蒸汽进入所述高压蒸汽压缩机(14)压缩为120℃以上的过热蒸汽，所述高压蒸汽压缩机(14)排出的过热蒸汽通过所述第十阀门(6)进入所述冷凝器(7)中凝结放热，释放热量后的过热蒸汽变为85～90℃的凝结水从所述冷凝器(7)出口流出，进入所述凝水箱(11)；同时，所述高压蒸汽压缩机(14)出口流出的过热蒸汽也可通过所述第十一阀门(5)对外输送，用于远距离蒸汽供热，供热后的外输蒸汽凝结水通过所述第十二阀门(8)回流到所述凝水箱(11)，所述凝水箱(11)顶部设有所述第二排气阀(9)用于不凝性空气的排放，所述凝水箱(11)右上方设有所述第二补水阀(10)用于补充所述热泵装置外输蒸汽时损失的水，85～90℃的凝结水从所述凝水箱(11)底部出口流出分为两部分，第一部分凝结水通过所述第九阀门(13)回流到所述一级闪蒸系统的所述一号喷淋泵(16)和所述第三阀门(17)以及所述第四阀门(19)进口处，参与再次闪蒸循环；第二部分凝结水进入所述风冷散热器(12)在所述风冷散热器(12)中释放热量温度降低，降温后的凝结水一大部分沿管道通过所述第八阀门(25)进入所述经济器(35)，一小部分通过所述水量调节阀(36)沿管道从所述低压蒸汽压缩机(24)中间接口喷入所述低压蒸汽压缩机(24)，进行蒸汽压缩过程喷水冷却，如此，完成工质水在所述热泵装置中的循环。
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