CN108204580A - 一种二氧化碳热泵制汽装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二氧化碳热泵制汽装置，包括一封闭的罐体，在所述罐体内设置有蒸发器，在蒸发器表面环绕有导热管，该导热管内装入有高沸点介质，将所述导热管的端部连接至二氧化碳跨临界热泵，利用二氧化碳跨临界热泵对导热管内的高沸点介质进行加热，在所述罐体内壁上安装有高压喷头，该高压喷头通过管道连接有泵，在所述罐体底部设置排液管道接口阀，在罐体上部设置有蒸汽出口阀。若采取高沸点介质(如导热油)先在液态环境下进行热交换，得到超高温导热油，然后让高温导热油通过蒸发器，把水喷雾到接触面上进行热交换，可以直接产生高温蒸汽，从而解决空气能热泵难以制取蒸汽的难题。

Description

一种二氧化碳热泵制汽装置及方法

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体为一种二氧化碳热泵制汽装置及方法。

背景技术

因为环保严格整治，燃煤锅炉在各地相续被淘汰，北方供暖和工业用汽成为行业难题，用电、燃汽、燃油、液化气等方式加热，都存在成本高的问题，空气能加热技术，能效高，成本低，尤其利用二氧化碳作制冷剂不仅环保，而且通过跨临界压缩技术，能耗更高，可以获得超过 90℃的高温水，能够有效地解决北方供暖洗浴用水。但由于是用水直接作热交换介质，热交换介质需在液态环境下，才能保持较高的热交换效率，所以只能产生高温水(不超过100℃)，不能直接产生高温高能蒸汽，难以远程输送和工业应用。如何能利用二氧化碳跨临界技术直接获得高温蒸汽，成为一个亟待解决的难题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种二氧化碳热泵制汽装置，包括一封闭的罐体，在所述罐体内设置有蒸发器，在蒸发器表面环绕有导热管，该导热管内装入有高沸点介质，将所述导热管的端部连接至二氧化碳跨临界热泵，利用二氧化碳跨临界热泵对导热管内的高沸点介质进行加热，在所述罐体内壁上安装有高压喷头，该高压喷头通过管道连接有泵，在所述罐体底部设置排液管道接口阀，在罐体上部设置有蒸汽出口阀。

进一步的，所述高压喷头位于蒸发器上方，至少设有一组。

进一步的，所述高沸点介质为导热油，具有较好的导热效果。

进一步的，所述罐体外壁包覆有保温橡胶层，对罐体进行保温处理，减少热了散发。

本发明的另一个目的是提供一种二氧化碳热泵制汽方法，步骤如下：

S1.将二氧化碳跨临界热泵制得的热量与导热管内的导热油进行热交换，使导热油先在液态环境下进行热交换，得到超高温导热油，可达 200℃；

S2.将高温导热油通过蒸发器(目的是增大表面积)，开启高压喷头，把水喷雾到导热管与蒸发器的接触面上进行热交换，可以直接产生高温蒸汽；

S3.高温蒸汽通过蒸汽出口阀放出，进入使用环节，从而解决空气能热泵难以制取蒸汽的难题。

二氧化碳跨临界热泵制得的热量，通过与冷水热交换，可以比较容易得到高温水(低于100℃)，但要保持较高的热交换效率，必须采用液体介质进行热交换，如果改为气体介质进行热交换，介质与热源体(液态，体积通常较小，不宜于通过扩大接触面与气体热交换〉接触率会大为下降，热交换效率会大大降低。

若采取高沸点介质(如导热油)先在液态环境下进行热交换，得到超高温导热油(可达200℃)，然后让高温导热油通过蒸发器(增大表面积)，把水喷雾到接触面上进行热交换，可以直接产生高温蒸汽，从而解决空气能热泵难以制取蒸汽的难题。

上述保温橡胶层是由以下重量份数的组分制成：聚异戊二烯橡胶100 份、煅烧高岭土粉15份、活性钙2份、硫化剂4份、聚酯短纤2份、改性沸石粉5份、聚丙二醇二缩水甘油醚1.3份、玫瑰精油0.8份、纳米二氧化硅 8份、竹粉1.2份；

上述改性沸石粉的加工方法如下：

(1)将90-110目的沸石粉于280-350℃下焙烧2.5小时，待自然冷却至常温取出待用；

(2)称取冷却后的沸石粉50kg和硅油0.5kg，混合均匀，升温至 115-125℃，保温研磨30分钟；

(3)将上述研磨后的物料自然冷却至45-55℃，然后在搅拌下加入 5-10℃磁化水200kg，所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得改性沸石粉；

上述保温橡胶层的制备工艺如下：

(1)将聚异戊二烯橡胶、煅烧高岭土粉、活性钙、聚酯短纤、改性沸石粉、聚丙二醇二缩水甘油醚、纳米二氧化硅及竹粉按顺序倒入加压式橡胶捏炼机，加压捣胶480秒后排出；

(2)排出的胶料通过开放式炼胶机，加入硫化剂和玫瑰精油炼胶60 分钟，待胶料冷却完成后，使用橡胶挤出设备、压延设备，定长裁断后得到半成品防滑抗菌垫；

(3)在硫化模具上喷头少量硅油，将半成品防滑抗菌垫在硫化机上进行硫化操作，完成后送入除边模具，对齐除边模具的阴孔后进行冲切除边操作，得到成品。

上述沸石粉经过硅油和磁化水处理以后，能够很好的与橡胶融合在一起，制品的弹性、胶黏性和韧性得到进一步提高。

活性钙是无机活性剂，加入胶料中不仅能加快硫化速度，还能提高交联度，使橡胶具有良好的耐磨性、耐撕裂性和抗菌性。

煅烧高岭土粉作用橡胶的填充剂，不仅可以改善橡胶垫片的物理性能，而且可使垫片的成本大为降低。

硫化剂，可促进橡胶分子链交联形成立体网状结构，提高硫化速度，缩短硫化时间。

所制备出的橡胶保温层具有优越的隔热性能、耐腐蚀、弹性佳，可以长期在185℃的工况下使用，克服了现有技术中存在的高温疲劳性能低且只能在150℃下可短暂或间歇使用的问题与不足。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设计合理简单，成本低，采取导热油先在液态环境下进行热交换，得到超高温导热油，可达200℃，然后让高温导热油通过蒸发器，把水喷雾到接触面上进行热交换，可以直接产生高温蒸汽，从而解决空气能热泵难以制取蒸汽的难题。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中：1.罐体；2.导热管；3.蒸发器；4.蒸汽出口阀；5.排液管道接口阀；6.高压喷头；7.保温橡胶层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“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，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参阅图1，一种二氧化碳热泵制汽装置，包括一封闭的罐体1，在罐体1内设置有蒸发器3，在蒸发器3表面环绕有导热管2，该导热管2 内装入有高沸点介质，将所述导热管2的端部连接至二氧化碳跨临界热泵，利用二氧化碳跨临界热泵对导热管内的高沸点介质进行加热，在罐体1内壁上安装有高压喷头6，该高压喷头6通过管道连接有泵，在罐体1底部设置排液管道接口阀5，在罐体1上部设置有蒸汽出口阀4。高压喷头6位于蒸发器3上方，至少设有一组，高沸点介质为导热油，具有较好的导热效果，罐体1外壁包覆有保温橡胶层7，对罐体进行保温处理，减少热了散发。

本发明的另一个目的是提供一种二氧化碳热泵制汽方法，步骤如下：

S1.将二氧化碳跨临界热泵制得的热量与导热管内的导热油进行热交换，使导热油先在液态环境下进行热交换，得到超高温导热油，可达 200℃；

S2.将高温导热油通过蒸发器(目的是增大表面积)，开启高压喷头，把水喷雾到导热管与蒸发器的接触面上进行热交换，可以直接产生高温蒸汽；

S3.高温蒸汽通过蒸汽出口阀放出，进入使用环节，从而解决空气能热泵难以制取蒸汽的难题。

二氧化碳跨临界热泵制得的热量，通过与冷水热交换，可以比较容易得到高温水(低于100℃)，但要保持较高的热交换效率，必须采用液体介质进行热交换，如果改为气体介质进行热交换，介质与热源体(液态，体积通常较小，不宜于通过扩大接触面与气体热交换〉接触率会大为下降，热交换效率会大大降低。

若采取高沸点介质(如导热油)先在液态环境下进行热交换，得到超高温导热油(可达200℃)，然后让高温导热油通过蒸发器(增大表面积)，把水喷雾到接触面上进行热交换，可以直接产生高温蒸汽，从而解决空气能热泵难以制取蒸汽的难题。

实施例2

请参阅图1，一种二氧化碳热泵制汽装置，包括一封闭的罐体1，在罐体1内设置有蒸发器3，在蒸发器3表面环绕有导热管2，该导热管2 内装入有高沸点介质，将所述导热管2的端部连接至二氧化碳跨临界热泵，利用二氧化碳跨临界热泵对导热管内的高沸点介质进行加热，在罐体1内壁上安装有高压喷头6，该高压喷头6通过管道连接有泵，在罐体1底部设置排液管道接口阀5，在罐体1上部设置有蒸汽出口阀4。高压喷头6位于蒸发器3上方，至少设有一组，高沸点介质为导热油，具有较好的导热效果，罐体1外壁包覆有保温橡胶层7，对罐体进行保温处理，减少热了散发。

本发明的另一个目的是提供一种二氧化碳热泵制汽方法，步骤如下：

S1.将二氧化碳跨临界热泵制得的热量与导热管内的导热油进行热交换，使导热油先在液态环境下进行热交换，得到超高温导热油，可达 200℃；

S2.将高温导热油通过蒸发器(目的是增大表面积)，开启高压喷头，把水喷雾到导热管与蒸发器的接触面上进行热交换，可以直接产生高温蒸汽；

S3.高温蒸汽通过蒸汽出口阀放出，进入使用环节，从而解决空气能热泵难以制取蒸汽的难题。

二氧化碳跨临界热泵制得的热量，通过与冷水热交换，可以比较容易得到高温水(低于100℃)，但要保持较高的热交换效率，必须采用液体介质进行热交换，如果改为气体介质进行热交换，介质与热源体(液态，体积通常较小，不宜于通过扩大接触面与气体热交换〉接触率会大为下降，热交换效率会大大降低。

若采取高沸点介质(如导热油)先在液态环境下进行热交换，得到超高温导热油(可达200℃)，然后让高温导热油通过蒸发器(增大表面积)，把水喷雾到接触面上进行热交换，可以直接产生高温蒸汽，从而解决空气能热泵难以制取蒸汽的难题。

上述保温橡胶层是由以下重量份数的组分制成：聚异戊二烯橡胶100 份、煅烧高岭土粉15份、活性钙2份、硫化剂4份、聚酯短纤2份、改性沸石粉5份、聚丙二醇二缩水甘油醚1.3份、玫瑰精油0.8份、纳米二氧化硅 8份、竹粉1.2份；

上述改性沸石粉的加工方法如下：

(1)将90-110目的沸石粉于280-350℃下焙烧2.5小时，待自然冷却至常温取出待用；

(2)称取冷却后的沸石粉50kg和硅油0.5kg，混合均匀，升温至 115-125℃，保温研磨30分钟；

(3)将上述研磨后的物料自然冷却至45-55℃，然后在搅拌下加入 5-10℃磁化水200kg，所得混合物送入喷雾干燥机中，干燥所得颗粒经超微粉碎机制成微粉，即得改性沸石粉；

上述保温橡胶层的制备工艺如下：

(1)将聚异戊二烯橡胶、煅烧高岭土粉、活性钙、聚酯短纤、改性沸石粉、聚丙二醇二缩水甘油醚、纳米二氧化硅及竹粉按顺序倒入加压式橡胶捏炼机，加压捣胶480秒后排出；

(2)排出的胶料通过开放式炼胶机，加入硫化剂和玫瑰精油炼胶60 分钟，待胶料冷却完成后，使用橡胶挤出设备、压延设备，定长裁断后得到半成品防滑抗菌垫；

(3)在硫化模具上喷头少量硅油，将半成品防滑抗菌垫在硫化机上进行硫化操作，完成后送入除边模具，对齐除边模具的阴孔后进行冲切除边操作，得到成品。

上述沸石粉经过硅油和磁化水处理以后，能够很好的与橡胶融合在一起，制品的弹性、胶黏性和韧性得到进一步提高。

活性钙是无机活性剂，加入胶料中不仅能加快硫化速度，还能提高交联度，使橡胶具有良好的耐磨性、耐撕裂性和抗菌性。

煅烧高岭土粉作用橡胶的填充剂，不仅可以改善橡胶垫片的物理性能，而且可使垫片的成本大为降低。

硫化剂，可促进橡胶分子链交联形成立体网状结构，提高硫化速度，缩短硫化时间。

所制备出的橡胶保温层具有优越的隔热性能、耐腐蚀、弹性佳，可以长期在185℃的工况下使用，克服了现有技术中存在的高温疲劳性能低且只能在150℃下可短暂或间歇使用的问题与不足。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种二氧化碳热泵制汽装置，其特征在于包括一封闭罐体，在所述罐体内设置有蒸发器，在蒸发器表面环绕有导热管，该导热管内装入有高沸点介质，将所述导热管的端部连接至二氧化碳跨临界热泵，利用二氧化碳跨临界热泵对导热管内的高沸点介质进行加热，在所述罐体内壁上安装有高压喷头，该高压喷头通过管道连接有泵，在所述罐体底部设置排液管道接口阀，在罐体上部设置有蒸汽出口阀。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳热泵制汽装置，其特征在于：所述高压喷头位于蒸发器上方，至少设有一组。

3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳热泵制汽装置，其特征在于：所述高沸点介质为导热油。

4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳热泵制汽装置，其特征在于：所述罐体外壁包覆有保温橡胶层。

5.一种二氧化碳热泵制汽方法，其特征在于步骤如下：

S1.将二氧化碳跨临界热泵制得的热量与导热管内的导热油进行热交换，使导热油先在液态环境下进行热交换，得到超高温导热油，可达200℃；

S2.将高温导热油通过蒸发器，开启高压喷头，把水喷雾到导热管与蒸发器的接触面上进行热交换，直接产生高温蒸汽；

S3.高温蒸汽通过蒸汽出口阀放出，进入使用环节，从而解决空气能热泵难以制取蒸汽的难题。