CN107940804A - 多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组 - Google Patents

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蒋正君
张立忠
朱长印
黄伟
赵廷江
宋世果
于力仲
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40—Fluid line arrangements

Abstract

本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组涉及一种用于煤矿乏风余热回收利用领域的热泵系统。其目的是为了提供一种能够提高整个系统能效的多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组。本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组包括至少两级热泵机组，每级所述热泵机组均包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀，每个所述冷凝器的冷却水管路之间通过连通管串联连接，所述蒸发器用于与流经取热箱后的防冻液进行换热，所述冷凝器用于与用户热水进行换热。

Description

多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组
技术领域
本发明属于余热回收装置，特别属于一种应用于煤矿乏风(回风)余热回收利用领域的热泵系统。
背景技术
基于直冷式深焓取热乏风热泵系统，为最大程度提取煤矿乏风热量，需要采用双级取热，对应每一级的取热工质温度不同，如一级取热工质进出液温度-8℃/-4℃(蒸发温度-13℃)，二级取热工质-15℃/-11℃(蒸发温度-20℃)。传统技术需要采用两台热泵机组来实现，热泵机组A蒸发侧工质进出液温度-4℃/-8℃，热泵机组B蒸发侧工质进出液温度为-11℃/-15℃，而上述两台热泵机组使用侧所需的热水温度是相同的，如50/40℃(冷凝温度53℃)，也就意味着两台热泵机组的蒸发温度不同，而冷凝温度相同。这样要实现双级取热，须采用A、B两台热泵机组，两台热泵机组的低温热源不同，而加热后的热源品位相同，两台热泵机组的COP值也不相同。
理论COPA＝(273+53)/[(273+53)-(273-13)]＝4.94
理论COPB＝(273+53)/[(273+53)-(273-20)]＝4.46
两台热泵机组平均COP＝(COPA+COPB)/2＝4.7
由此可见，在使用两台热泵机组时，整个系统的COP值较低，即整个余热回收系统的能效较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高整个系统能效的多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组。
本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组，包括至少两级热泵机组，每级所述热泵机组均包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀，每个所述冷凝器的冷却水管路之间通过连通管串联连接，所述蒸发器用于与流经取热箱后的防冻液进行换热，所述冷凝器用于与用户热水进行换热。
本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组，其中还包括一底座，所述底座上设置有所述热泵机组。
本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组，其中每级所述热泵机组中的冷凝器固定设置在所述底座上，所述冷凝器的上方设有所述蒸发器，所述冷凝器与蒸发器之间连通的管路上设有所述膨胀阀，所述蒸发器的上方设有所述压缩机。
本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组，其中所述冷凝器并排设置在所述底座上。
本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组与现有技术不同之处在于本发明设置至少两级热泵机组，每级热泵机组中的冷凝器的冷却水管路通过连通管串联连接，以设置两级热泵机组为例进行说明，A、B两台热泵机组组合在一起，做成一台机组，同时A、B两台热泵机组中的冷凝器实现串联，即经热泵机组B冷凝器加热后的热水再进入热泵机组A冷凝器再次加热，实现梯级加热，假设热泵机组B冷凝器水温由40℃升温至45℃，再进入热泵机组A冷凝器中实现水温由45℃升温至50℃，这样热泵机组B的冷凝温度可以设计为48℃，热泵机组A的冷凝温度可以设计为53℃，这样，
理论COPA＝(273+53)/[(273+53)-(273-13)]＝4.94
理论COPB＝(273+48)/[(273+48)-(273-20)]＝4.72
两个热泵机组平均COP＝(COPA+COPB)/2＝4.83
可见，本发明能够提高整个系统的综合COP值，即提高了系统的能效。同时这样也降低了热泵机组B的冷凝温度，优化了机组的运行工况，提高了机组的稳定性。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组的原理图；
图2为本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组的主视图；
图3为本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组的俯视图；
图4为本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组的左视图。
具体实施方式
如图1所示，本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组，包括至少两级热泵机组，每级所述热泵机组均包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀，每个所述冷凝器的冷却水管路之间通过连通管14串联连接，所述蒸发器用于与流经取热箱1后的防冻液2进行换热，所述冷凝器用于与用户热水进行换热。
本具体实施方式中，设置两级热泵机组，分别为一级热泵机组和二级热泵机组，所述一级热泵机组包括一级蒸发器3、一级压缩机4、一级冷凝器5和一级膨胀阀6，所述二级热泵机组包括二级蒸发器7、二级压缩机9、二级冷凝器10和二级膨胀阀8，蒸发器、压缩机、冷凝器以及膨胀阀之间的连接方式为现有技术，在此不予赘述。
一级冷凝器5与二级冷凝器10串联的方式为：一、二级冷凝器5、10内均设有冷却水管路，二级冷凝器10冷却水管路的出口与一级冷凝器5冷却水管路的入口通过连通管14连接。用户热水从二级冷凝器10冷却水管的入口12进入，经二级冷凝器10、连通管14、一级冷凝器5后从一级冷凝器5冷却水管的出口13流出，流出的热水返回用户。
流经一级蒸发器3的防冻液2在流经取热箱1时，位于乏风流向的上游；流经二级蒸发器7的防冻液在流经取热箱1时，位于乏风流向的下游，完成梯级取热。用户所使用的热水先经过二级冷凝器10进行换热，水温由40℃升至45℃，接着45℃的热水再经过一级冷凝器5，水温由45℃升至50℃，完成用户热水的梯级加热。
如图2所示，并结合图3和图4所示，本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组，其中还包括一底座11，所述底座11上设置有所述热泵机组。
本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组，其中每级所述热泵机组中的冷凝器固定设置在所述底座11上，所述冷凝器的上方设有所述蒸发器，所述冷凝器与蒸发器之间连通的管路上设有所述膨胀阀，所述蒸发器的上方设有所述压缩机。
本发明多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组，其中所述冷凝器并排设置在所述底座11上。
本发明设置至少两级热泵机组，每级热泵机组中的冷凝器的冷却水管路通过连通管14串联连接，以设置两级热泵机组为例进行说明，A、B两台热泵机组组合在一起，做成一台机组，同时A、B两台热泵机组中的冷凝器实现串联，即经热泵机组B冷凝器加热后的热水再进入热泵机组A冷凝器再次加热，实现梯级加热，假设热泵机组B冷凝器水温由40℃升温至45℃，再进入热泵机组A冷凝器中实现水温由45℃升温至50℃，这样热泵机组B的冷凝温度可以设计为48℃，热泵机组A的冷凝温度可以设计为53℃，这样，
理论COPA＝(273+53)/[(273+53)-(273-13)]＝4.94
理论COPB＝(273+48)/[(273+48)-(273-20)]＝4.72
两个热泵机组平均COP＝(COPA+COPB)/2＝4.83
可见，本发明能够提高整个系统的综合COP值，即提高了系统的能效。同时这样也降低了热泵机组B的冷凝温度，优化了机组的运行工况，提高了机组的稳定性。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组，其特征在于：包括至少两级热泵机组，每级所述热泵机组均包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀，每个所述冷凝器的冷却水管路之间通过连通管串联连接，所述蒸发器用于与流经取热箱后的防冻液进行换热，所述冷凝器用于与用户热水进行换热。
2.根据权利要求1所述的多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组，其特征在于：还包括一底座，所述底座上设置有所述热泵机组。
3.根据权利要求2所述的多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组，其特征在于：每级所述热泵机组中的冷凝器固定设置在所述底座上，所述冷凝器的上方设有所述蒸发器，所述冷凝器与蒸发器之间连通的管路上设有所述膨胀阀，所述蒸发器的上方设有所述压缩机。
4.根据权利要求3所述的多级取热梯级加热直冷式乏风热泵机组，其特征在于：所述冷凝器并排设置在所述底座上。
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