CN110529954A - 一种出水温度可调的水源式高温热泵及其调温方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及暖通技术领域，且公开了一种出水温度可调的水源式高温热泵，包括油气分离器，所述油气分离器的上端同过低压侧传感与高温高压涡旋式压缩机连接，所述工质过滤器的另一端连接有低压侧针阀，所述低压针阀的另一端连接有蒸发器（吸热端），所述蒸发器的输出端连接有热源侧出水，所述热源侧出水下端设置有热源侧进水。所述压缩机左端连接有高压侧传感，所述高压侧传感远离压缩机的一端连接有高压侧针阀，所述高压侧针阀左端连接有冷凝器（热力输出端），所述冷凝器的输出端连接有热水侧出水。本发明提高了制热温度，高达120℃的排气温度和100℃以上的高温水在企业生产中应用非常广泛，可以替代100%的天然气热水锅炉和30%的蒸汽锅炉。

Description

一种出水温度可调的水源式高温热泵及其调温方法

技术领域

本发明涉及暖通技术领域，具体为一种出水温度可调的水源式高温热泵及其调温方法。

背景技术

目前市面上绝大多数热泵都是中低温热泵，因压缩机和普通工质的限制，出风（出水）温度不超过55℃。使得应用范围仅仅限制在洗浴、初段加热上。对更高端用热需求（比如企业生产用热中的烘干、浓缩、溶解等）无能为力。另一方面，企业生产中对热力的需求温度多集中在75----115℃范围内，某些工艺须达到135℃以上的温度，废热的排放又多集中在35—60℃的范畴中（都以水体或气体两种形式排放），所以中低温在企业热能循环利用上的功能性比较缺失。为此我们提出一种出水温度可调的水源式高温热泵及其调温方法。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术（温度）的不足，本发明提供了一种出水温度85---115℃的并可调的水源式高温热泵及其调温方法。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种出水温度可调的水源式高温热泵，包括油气分离器，所述油气分离器的上端同过低压侧传感与压缩机连接，所述工质过滤器的另一端连接有低压侧针阀，所述低压针阀的另一端连接有蒸发器，所述蒸发器的输出端连接有热源侧出水，所述热源侧出水下端设置有热源侧进水。

所述压缩机左端连接有高压侧传感，所述高压侧传感远离压缩机的一端连接有高压侧针阀，所述高压侧针阀左端连接有冷凝器，所述冷凝器的输出端连接有热水侧出水。

优选的，所述油气分离器的另一端与工质过滤器连接。

优选的，所述热源侧进水的输出端与蒸发器的输入端连接。

优选的，所述热水侧出水下端设置有热水侧进水。

优选的，所述热水侧进水的输出端与冷凝器连通，所述冷凝器的另一端连接有工质膨胀阀。

优选的，所述工质膨胀阀另一端与蒸发器连通。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种出水温度可调的水源式高温热泵的调温方法，包括以下步骤：

1）选用高温高压涡旋式压缩机，可单台亦可数台并联；

2）选用R245fa冷媒作为工质，环境友好，能量密度高，高温下的压力适中，能有效增强机组系统压力下的普适性；

3）对控制软件进行升级优化，增加吸/排气压力及吸/排气温度范畴控制，增加热源侧流量自动控制，使cop值保持在最优范围内；

4）改管壳式换热器为效率更高的板式换热器；

5）可水源亦可空气源，适用性更广。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种出水温度可调的水源式高温热泵及其调温方法，具备以下有益效果：

1、该出水温度可调的水源式高温热泵及其调温方法，提高了制热温度，高达120℃的排气温度和100℃以上的高温水在企业生产中应用非常广泛，可以替代100%的天然气热水锅炉和30%的蒸汽锅炉。

2、该出水温度可调的水源式高温热泵及其调温方法，对企业生产中的废热吸收和余热梯级利用范围更加广泛。基本能够涵盖物料溶解、干燥蒸发、电解电镀、负压浓缩、中药提取、印刷漂染等行业的废热回收上。

3、该出水温度可调的水源式高温热泵及其调温方法，温度段的提升，是的热泵的低成本制热优势更加明显，可以节省巨量的碳/硫/颗粒物排放，为降低企业生产成本、减缓全球变暖、提高空气质量做出更大贡献，社会效益和经济效益都非常显著。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明的实验结果对比图。

图例说明：

1油气分离器、2冷凝器、3蒸发器、4工质膨胀阀、5工质过滤器、6高压侧传感、7低压侧针阀、8低压侧传感、9高压侧针阀、10热源侧进水、11热源侧出水、12热水侧进水、13热水侧出水。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，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。

实施例一：一种出水温度可调的水源式高温热泵，如图1-2所示，包括油气分离器1，所述油气分离器1的上端同低压侧传感器8与压缩机连接，所述工质过滤器5的另一端连接有低压侧针阀7，所述低压针阀7的另一端连接有蒸发器3，所述蒸发器3内径为φ200mm、高度约为100mm的金属圆盆，所述蒸发器3的输出端连接有热源侧出水11，所述热源侧出水11下端设置有热源侧进水10，所述热源侧进水10的输出端与蒸发器3的输入端连接。

所述压缩机左端连接有高压侧传感6，所述高压侧传感6远离压缩机的一端连接有高压侧针阀9，用以调节工质流体的适应性。所述高压侧针阀9左端连接有冷凝器2，冷凝器将工质潜热传导给被加热物质。所述冷凝器2的输出端连接有热水侧出水13（被加热物质），所述热水侧出水13下端设置有热水侧进水12（待加热物质），所述热水侧进水12的输出端与冷凝器2连通，所述冷凝器2的另一端连接有工质膨胀阀4（减压），所述工质膨胀阀4是制冷系统中的一个重要部件，一般安装于储液筒和蒸发器之间。膨胀阀使中温高压的工质通过其节流成为低温低压，随后低温低压工质在蒸发器中吸收余热中的热量，膨胀阀通过蒸发器（用以吸收水体显热、蒸发器则对应为板式或管壳式换热器）末端的过热度变化来控制阀门流量，防止出现蒸发器面积利用不足和敲缸现象，所述工质膨胀阀4另一端与蒸发器3连通。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种出水温度可调的水源式高温热泵的调温方法，包括以下步骤：

1）选用高温高压涡旋式压缩机，可单台亦可数台并联；

2）选用R245fa冷媒作为工质，环境友好，能量密度高，高温下的压力适中，能有效增强机组系统压力下的普适性；

3）对控制软件进行升级优化，增加吸/排气压力及吸/排气温度范畴控制，增加热源侧流量自动控制，使cop值保持在最优范围内；

4）改管壳式换热器为效率更高的板式换热器；

5）可水源亦可空气源，适用性更广。

提高了制热温度，高达120℃的排气温度和100℃以上的高温水在企业生产中应用非常广泛，可以替代100%的天然气热水锅炉和30%的蒸汽锅炉。

对企业生产中的废热吸收和余热梯级利用范围更加广泛。基本能够涵盖干燥蒸发、电解电镀、负压浓缩、中药提取、印刷漂染等行业的废热回收上。

温度段的提升，是的热泵的低成本制热优势更加明显，可以节省巨量的碳/硫/颗粒物排放，为降低企业生产成本、减缓全球变暖、提高空气质量做出更大贡献，社会效益和经济效益都非常显著。

改进后，压缩机排气温度提高到120℃时，机组依旧能够稳定运行。当压缩机排气温度达到105℃时，高压侧压力稳定在2.4Mpa,出水温度达到了90℃。该温度段的COP值为3.0。

因为最终测试的是100℃以上的出水温度，所以选用的是储热压力容器，容积体积为1.0m³，内存水0.55m³。

热源侧温度40℃时，在70-80℃的产热温度段内的热效率稳定在4.0倍以上。

热源侧温度恒定时，热水出水温度越高，压缩机排气压力和运行电流也越高，热泵的制热量随之下降。

在限定压缩机最高吸气温度的前提下，热源侧温度越高，压缩机的排气压力和运行电流相应降低，热泵的制热量越大。

实施例二：

一种出水温度可调的水源式高温热泵，如图1-2所示，包括油气分离器1，所述油气分离器1的上端同过低压侧传感8与压缩机连接，所述工质过滤器5的另一端连接有低压侧针阀7，所述低压针阀7的另一端连接有蒸发器3（用以吸收水体显热、蒸发器则对应为板式或管壳式换热器），所述蒸发器3的输出端连接有热源侧出水11，所述热源侧出水11下端设置有热源侧进水10，所述热源侧进水10的输出端与蒸发器3的输入端连接。

所述压缩机左端连接有高压侧传感6，所述高压侧传感6远离压缩机的一端连接有高压侧针阀9，所述高压侧针阀9左端连接有冷凝器2，所述冷凝器2的输出端连接有热水侧出水13，所述热水侧出水13下端设置有热水侧进水12，所述热水侧进水12的输出端与冷凝器2连通，所述冷凝器2的另一端连接有工质膨胀阀4，所述工质膨胀阀4是制冷系统中的一个重要部件，一般安装于储液筒和蒸发器之间。膨胀阀使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷效果，膨胀阀通过蒸发器末端的过热度变化来控制阀门流量，防止出现蒸发器面积利用不足和敲缸现象，所述工质膨胀阀4另一端与蒸发器3连通。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种出水温度可调的水源式高温热泵的调温方法，包括以下步骤：

1）选用高温高压涡旋式压缩机，可单台亦可数台并联；

2）选用R245fa冷媒作为工质，环境友好，能量密度高，高温下的压力适中，能有效增强机组系统压力下的普适性；

3）对控制软件进行升级优化，增加吸/排气压力及吸/排气温度范畴控制，增加热源侧流量自动控制，使cop值保持在最优范围内；

4）改管壳式换热器为效率更高的板式换热器；

5）可水源亦可空气源，适用性更广。

热源侧温度40℃时，在80-95℃的产热温度段内的热效率稳定在2.8倍以上。

实施例三：

一种出水温度可调的水源式高温热泵，如图1-2所示，包括油气分离器1，所述油气分离器1的上端同过低压侧传感8与压缩机连接，所述工质过滤器5的另一端连接有低压侧针阀7，所述低压针阀7的另一端连接有蒸发器3，所述蒸发器3的输出端连接有热源侧出水11，所述热源侧出水11下端设置有热源侧进水10，所述热源侧进水10的输出端与蒸发器3的输入端连接。

所述压缩机左端连接有高压侧传感6，所述高压侧传感6远离压缩机的一端连接有高压侧针阀9，所述高压侧针阀9左端连接有冷凝器2，所述冷凝器2的输出端连接有热水侧出水13，所述热水侧出水13下端设置有热水侧进水12，所述热水侧进水12的输出端与冷凝器2连通，所述冷凝器2的另一端连接有工质膨胀阀4，所述工质膨胀阀4是制冷系统中的一个重要部件，一般安装于储液筒和蒸发器之间。膨胀阀使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷效果，膨胀阀通过蒸发器末端的过热度变化来控制阀门流量，防止出现蒸发器面积利用不足和敲缸现象，所述工质膨胀阀4另一端与蒸发器3连通。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种出水温度可调的水源式高温热泵的调温方法，包括以下步骤：

1）选用高温高压涡旋式压缩机，可单台亦可数台并联；

2）选用R245fa冷媒作为工质，环境友好，能量密度高，高温下的压力适中，能有效增强机组系统压力下的普适性；

3）对控制软件进行升级优化，增加吸/排气压力及吸/排气温度范畴控制，增加热源侧流量自动控制，使cop值保持在最优范围内；

4）改管壳式换热器为效率更高的板式换热器；

5）可水源亦可空气源，适用性更广。

热源侧温度40℃时，在95-100℃产热温度段内的热效率稳定在2.8倍以上。

实施例四：

一种出水温度可调的水源式高温热泵，如图1-2所示，包括油气分离器1，所述油气分离器1的上端同过低压侧传感8与压缩机连接，所述工质过滤器5的另一端连接有低压侧针阀7，所述低压针阀7的另一端连接有蒸发器3，所述蒸发器3内径为φ200mm、高度约为100mm的金属圆盆，所述蒸发器3的输出端连接有热源侧出水11，所述热源侧出水11下端设置有热源侧进水10，所述热源侧进水10的输出端与蒸发器3的输入端连接。

所述压缩机左端连接有高压侧传感6，所述高压侧传感6远离压缩机的一端连接有高压侧针阀9，所述高压侧针阀9左端连接有冷凝器2，所述冷凝器2的输出端连接有热水侧出水13，所述热水侧出水13下端设置有热水侧进水12，所述热水侧进水12的输出端与冷凝器2连通，所述冷凝器2的另一端连接有工质膨胀阀4，所述工质膨胀阀4是制冷系统中的一个重要部件，一般安装于储液筒和蒸发器之间。膨胀阀使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷效果，膨胀阀通过蒸发器末端的过热度变化来控制阀门流量，防止出现蒸发器面积利用不足和敲缸现象，所述工质膨胀阀4另一端与蒸发器3连通。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种出水温度可调的水源式高温热泵的调温方法，包括以下步骤：

1）选用高温高压涡旋式压缩机，可单台亦可数台并联；

2）选用R245fa冷媒作为工质，环境友好，能量密度高，高温下的压力适中，能有效增强机组系统压力下的普适性；

3）对控制软件进行升级优化，增加吸/排气压力及吸/排气温度范畴控制，增加热源侧流量自动控制，使cop值保持在最优范围内；

4）改管壳式换热器为效率更高的板式换热器；

5）可水源亦可空气源，适用性更广。

热源侧温度40℃时，在100℃以上时，热效率降低为2.4倍。

实施例五：

一种出水温度可调的水源式高温热泵，如图1-2所示，包括油气分离器1，所述油气分离器1的上端同过低压侧传感8与压缩机连接，所述工质过滤器5的另一端连接有低压侧针阀7，所述低压针阀7的另一端连接有蒸发器3，所述蒸发器3内径为φ200mm、高度约为100mm的金属圆盆，所述蒸发器3的输出端连接有热源侧出水11，所述热源侧出水11下端设置有热源侧进水10，所述热源侧进水10的输出端与蒸发器3的输入端连接。

所述压缩机左端连接有高压侧传感6，所述高压侧传感6远离压缩机的一端连接有高压侧针阀9，所述高压侧针阀9左端连接有冷凝器2，所述冷凝器2的输出端连接有热水侧出水13，所述热水侧出水13下端设置有热水侧进水12，所述热水侧进水12的输出端与冷凝器2连通，所述冷凝器2的另一端连接有工质膨胀阀4，所述工质膨胀阀4是制冷系统中的一个重要部件，一般安装于储液筒和蒸发器之间。膨胀阀使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷效果，膨胀阀通过蒸发器末端的过热度变化来控制阀门流量，防止出现蒸发器面积利用不足和敲缸现象，所述工质膨胀阀4另一端与蒸发器3连通。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种出水温度可调的水源式高温热泵的调温方法，包括以下步骤：

1）选用高温高压涡旋式压缩机，可单台亦可数台并联；

2）选用R245fa冷媒作为工质，环境友好，能量密度高，高温下的压力适中，能有效增强机组系统压力下的普适性；

3）对控制软件进行升级优化，增加吸/排气压力及吸/排气温度范畴控制，增加热源侧流量自动控制，使cop值保持在最优范围内；

4）改管壳式换热器为效率更高的板式换热器；

5）可水源亦可空气源，适用性更广。

当把热源侧温度提升至48℃时，100℃以上的热效率升至2.7倍。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种出水温度可调的水源式高温热泵，包括油气分离器（1），其特征在于：所述油气分离器（1）的上端同过低压侧传感（8）与高温高压涡旋式压缩机连接，所述工质过滤器（5）的另一端连接有低压侧针阀（7），所述低压针阀（7）的另一端连接有蒸发器（3），所述蒸发器（3）的输出端连接有热源侧出水（11），所述热源侧出水（11）下端设置有热源侧进水（10）；

所述压缩机左端连接有高压侧传感（6），所述高压侧传感（6）远离压缩机的一端连接有高压侧针阀（9），所述高压侧针阀（9）左端连接有冷凝器（2），所述冷凝器（2）的输出端连接有热水侧出水（13），所述热水侧出水（13）下端设置有热水侧进水（12），所述冷凝器（2）的另一端连接有工质膨胀阀（4）。

2.根据权利要求1所述的一种出水温度可调的水源式高温热泵，其特征在于：所述热源侧进水（10）的输出端与蒸发器（3）的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种出水温度可调的水源式高温热泵，其特征在于：所述热水侧进水（12）的输出端与冷凝器（2）连通。

4.根据权利要求1所述的一种出水温度可调的水源式高温热泵，其特征在于：所述工质膨胀阀（4）另一端与蒸发器（3）连通。

5.一种出水温度可调的水源式高温热泵的调温方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）选用高温高压涡旋式压缩机，可单台亦可数台并联；

2）选用R245fa冷媒作为工质，环境友好，能量密度高，高温下的压力适中，能有效增强机组系统压力下的普适性；

3）对控制软件进行升级优化，增加吸/排气压力及吸/排气温度范畴控制，增加热源侧流量自动控制，使cop值保持在最优范围内；

4）改管壳式换热器为效率更高的板式换热器；

5）可水源亦可空气源，适用性更广。