CN111306787B - 一种半开式高温热泵系统及其工作方法 - Google Patents

一种半开式高温热泵系统及其工作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111306787B
CN111306787B CN202010185600.5A CN202010185600A CN111306787B CN 111306787 B CN111306787 B CN 111306787B CN 202010185600 A CN202010185600 A CN 202010185600A CN 111306787 B CN111306787 B CN 111306787B
Authority
CN
China
Prior art keywords
valve
evaporator
contact condenser
water pump
outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010185600.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111306787A (zh
Inventor
沈九兵
刘舫辰
包睿祺
严思远
吕宛
洪瑞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University of Science and Technology
Original Assignee
Jiangsu University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University of Science and Technology filed Critical Jiangsu University of Science and Technology
Priority to CN202010185600.5A priority Critical patent/CN111306787B/zh
Publication of CN111306787A publication Critical patent/CN111306787A/zh
Priority to US17/427,318 priority patent/US11353242B2/en
Priority to PCT/CN2020/138772 priority patent/WO2021184869A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111306787B publication Critical patent/CN111306787B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
    • F24H4/02—Water heaters
    • F24H4/04—Storage heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
    • F24H4/02—Water heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/18—Water-storage heaters
    • F24H1/185—Water-storage heaters using electric energy supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0005—Details for water heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F25B41/22—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves between evaporator and compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/13—Economisers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

本发明提供一种半开式高温热泵系统，系统包括压缩机、接触式冷凝器、换热器、蒸发器、净水器、冷水泵、热水泵、循环水泵和真空泵。压缩机排气口连接接触式冷凝器，接触式冷凝器通过换热器连接蒸发器，蒸发器通过上方排气口连接压缩机吸气口，净水器出口通过冷水泵分别接入压缩机、接触式冷凝器、蒸发器，蒸发器下方出口通过循环水泵连接接触式冷凝器，接触式冷凝器上方连接真空泵，下方连接热水泵。系统采用水为循环工质，采用高传热效率的接触式冷凝器，具有环保高效的特点，且能回收50℃以上的低温余热，提供90℃以上的高温热水。相比现有技术，本发明有效降低传热热阻，提高传热效率，高效回收低温余热，并提高热源品质，实现再次利用。

Description

一种半开式高温热泵系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种半开式高温热泵系统，属于能源利用与回收技术领域。
背景技术
自21世纪起，我国更加重视减少工业生产中环境污染以及能源浪费等现象，相关资料表明，我国工业余热总资源占消耗总量17％～67％，同时现阶段我国余热回收利用率低于30％，明显低于发达国家的余热回收利用率，每年造成极大的能源浪费现象。因此，现阶段我国充分发展余热回收领域，减少能源浪费显得十分必要。
热泵是一种充分回收利用低品位热能的高效节能装置。但目前主要采用以氟氯烃为循环工质的热泵系统存在一定问题，其一方面，存在臭氧层破坏和温室效应等环境问题，另一方面，受临界温度的限制，很少能够实现90℃以上的供热温度。
水作为一种自然工质，具有无毒环保高效的优势，且临界温度高达374.3℃，是一种理想的高温热泵工质。但水作为循环工质也存在体积流量大，压缩机排气温度高等问题，且采用封闭循环时，为了保障循环水的品质，蒸发器和冷凝器都不能采用接触式换热器，这无疑会增加传热热阻，降低系统循行效率，同时以水为循环工质的热泵系统在冬季非运行状态时存在循坏工质的冻结等技术难题。因此，开发一种新型的以水为循环工质的高温热泵系统就显尤为必要。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种以水为循环工质的半开式高温热泵系统及其工作方法。
本发明在采用水为循环工质、工业余热作为驱动热源的基础上，采用接触式冷凝器增加换热器换热效率，减少传热温差，增加余热回收量，从而提高最终输出热水的温度。
为达到上述目的，本发明为解决上述问题所采用的技术方案如下：
一种半开式高温热泵系统，包括压缩机1、接触式冷凝器2、换热器3、蒸发器4、净水器5、冷水泵6和热水泵7，其中所述接触式冷凝器2内自上而下依次设置有滤网2a、喷淋管2b、填料2c、蒸汽管2d和电加热器2e，顶部通过管道依次连接有第十二阀门28和真空泵9；所述压缩机1出口a通过管道依顺连接第一阀门17，接触式冷凝器2的蒸汽管2d的入口b，接触式冷凝器2底部出口c通过管道依顺连接第二阀门18，热水泵7，第一单向阀33向外界输出，接触式冷凝器2底部出口d通过管道连接第三阀门19至所述换热器3的入口e，换热器3的出口f通过管道依顺连接第四电阀门20，第一节流阀10至所述蒸发器4的入口g，蒸发器4上方的蒸汽出口i通过管道连接第六阀门22至压缩机1的入口j；
所述净水器5出口通过管道依次连接第七阀门23、冷水泵6、第二单向阀34后分为三路，一路经第八阀门24、第三单向阀35、第一调节阀13后连接压缩机1喷水孔口k处，另一路经第九阀门25、第四单向阀36连接换热器3入口m，换热器3出口n经过第二调节阀14、第十阀门26连接至接触式冷凝器2的喷淋管2b的入口o，再一路经第十一阀门27、第五单向阀37、第二节流阀11连接蒸发器4上方的入口p；
所述蒸发器4底部出口q通过管道依次连接第十三阀门29、循环水泵8、第六单向阀38至接触式冷凝器2的蒸汽管2d的入口b，右端通过驱动热源管依次经过过滤器32、第十四阀门30连接蒸发器4入口r，蒸发器4出口s通过第十五阀门31输出驱动热源。
进一步优选，所述接触式冷凝器2顶部设置有安全阀15和不凝结气放空调节阀16。
进一步优选，所述换热器3出口f与蒸发器4的入口h之间采用管道依次连接有第五阀门21、毛细管12。
进一步优选，所述蒸发器4为系统循环工质水走壳程的壳管满液式蒸发器；所述换热器3为板式换热器或管翅式换热器。
进一步优选，所述第一阀门17至第十五阀门31均为电磁阀、柱塞式截止阀或闸阀。
为达到上述目的，本发明为解决上述问题所采用的另一技术方案如下：
一种半开式高温热泵系统的工作方法，包括四种工作阶段，即：A、系统抽真空与加注方法，B、系统开机及正常运行，C、系统停机，D、系统防冻。
A、系统抽真空与加注方法
同时打开第一阀门、第三阀门、第四阀门、第六阀门、第十二阀门，打开真空泵将系统内压力抽至负压，以降低在系统运行过程中蒸发温度，当接触式冷凝器内压力达到要求后，关闭真空泵、第十二阀门，保持系统内部压力稳定；
打开冷水泵、第七阀门、第十一阀门，使经过净水器处理后的循环工质水经过第七阀门、第十一阀门，再经由第二节流阀节流降压后，通过蒸发器上方入口p充注至蒸发器中，以保证蒸发器内压力不变，待循环工质充足时关闭冷水泵、第七阀门、第十一阀门，系统循环工质加注完成；
B、系统开机及正常运行
当系统抽真空与加注工作完成后，打开第十四阀门、第十五阀门，使工业废热沿驱动热源管，经过过滤器、第十四阀门由蒸发器管程入口r进入蒸发器，与循环工质换热后，由蒸发器壳程出口s经过第十五阀门排出，打开压缩机，水蒸气从蒸发器上方出口i经过第六阀门从压缩机吸气口j进入压缩机压缩，压缩后水蒸气从压缩机排气口a排出并经过第一阀门从蒸汽管2d的入口b进入接触式冷凝器并通过蒸汽管2d两侧的排气口将水蒸气喷入接触式冷凝器中，待接触式冷凝器中压力达到要求值后，系统将进入正常运行状态，打开冷水泵、热水泵、第二阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门，经过净水器处理后的工质水经过第七阀门、冷水泵后，一部分通过第八阀门、第一调节阀从压缩机喷水孔k喷入压缩机，以降低压缩机排气过热度，同时增加蒸汽产量，另一部分通过第九阀门由换热器入口m进入换热器后从换热器出口n流出，并经过第二调节阀、第十阀门由喷淋管的入口o喷入接触式冷凝器中，与蒸汽管2d排出的高温水蒸气进行接触式热质交换形成高温水，接触式冷凝器内的高温水一部分通过接触式冷凝器下方出口c经由第二阀门、热水泵为外界提供热量，另一部分从接触式冷凝器下方出口d排出，经过第三阀门、换热器、第四阀门并由第一节流阀节流降压后由蒸发器上方入口g进入蒸发器中，形成循环。
C、系统停机
关闭压缩机、第一阀门、第三阀门、第四阀门、第六阀门、第八阀门、第十四阀门、第十五阀门，系统内工质不在循环，同时不再提供低温热源，冷水泵、热水泵继续工作，吸收接触式冷凝器内的余热，待接触式冷凝器内温度降低至一定温度时，关闭冷水泵、热水泵、第二阀门、第七阀门、第九阀门、第十阀门，系统停止运行；
D、系统防冻
当系统停机且环境温度过低时，打开接触式冷凝器内的电加热器2e、循环水泵、第三阀门、第五阀门、第十三阀门，使蒸发器内工质水从蒸发器下方出口q排出，经过第十三阀门、循环水泵从蒸汽管2d的入口b进入接触式冷凝器并通过蒸汽管2d两侧的排气口将工质水排出，接触式冷凝器内工质水从接触式冷凝器下方出口d排出，经过第三阀门、第五阀门后由毛细管节流降压够从蒸发器上方入口h进入蒸发器，以维持蒸发器内部压力，形成循环，使系统内循环工质水处于流动状态，防止因循环工质冻结而破坏系统；
进一步，所述压缩机喷水孔口k前第一调节阀开度与压缩机排气口a过热度成正比例调节，确保压缩机排气过热度保持较低水准，同时增加压缩机排气量；
进一步，喷淋水量调节由第二调节阀控制，第二调节阀开度由接触式冷凝器底部工质水温度进行正比例调节，以维持接触式冷凝器内水温恒定，不凝结气放空调节阀开度与接触式冷凝器内的压力成正比例调节；
进一步，所述冷水泵与热水泵为变频水泵，冷水泵与热水泵频率或流量调节方法为联动调节，即当热水泵频率或流量增大时，冷水泵的频率与流量也要随之增大，热水泵的频率依据供给热水需求量进行正比例调节；
进一步，在系统正常运行时，接触式冷凝器内电加热器2e的功率根据接触式冷凝器内热水设定温度与实际温度的差值进行正比例调节，在系统防冻运行时，接触式冷凝器内电加热器2e的功率根据接触式冷凝器内的水温进行反比例调节。
与现有技术相比，本发明的技术具有以下优点和有益效果：
本发明回收工业生产中排出的余热水作为驱动热源，以水为循环工质，节能环保，符合当代持续发展的社会格局；系统采用半开式热泵形式，利用接触式换热器作为系统冷凝器，以接触式传热的形式进行热质交换，极大的减小传热热阻，降低传热温差，从而充分利用回收热量，提高制备效率；当工业生产中的余热温度不足时，系统可依据需求热水温度进行辅助电加热，保证系统输出热水温度恒定；利用循环水泵和电加热器配合，解决水为循环工质的热泵系统在冬季非运行状态时存在的工质冻结问题。
本发明构造简单，操作方便，提高了换热效率，减少了传热温差，增加了余热回收量，从而提高最终输出热水的温度。
附图说明
图1为本发明一种半开式高温热泵系统构造示意图；
图2为接触式冷凝器底部蒸汽管剖面图；
1为压缩机、2为接触式冷凝器、2a为滤网、2b为喷淋管、2c为填料、2d为蒸汽管、2e为电加热器、3为换热器、4为蒸发器、5为净水器、6为冷水泵、7为热水泵、8为循环水泵、9为真空泵、10为第一节流阀、11为第二节流阀、12为毛细管、13为第一调节阀、14为第二调节阀、15为安全阀、16为不凝结气放空调节阀、17为第一阀门、18为第二阀门、19为第三阀门、20为第四阀门、21为第五阀门、22为第六阀门、23为第七阀门、24为第八阀门、25为第九阀门、26为第十阀门、27为第十一阀门、28为第十二阀门、29为第十三阀门、30为第十四阀门、31为第十五阀门、32为过滤器、33为第一单向阀、34为第二单向阀、35为第三单向阀、36为第四单向阀、37为第五单向阀、38为第六单向阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种半开式高温热泵系统，包括压缩机1、接触式冷凝器2、换热器3、蒸发器4、净水器5、冷水泵6和热水泵7，所述接触式冷凝器2内自上而下依次设置有滤网2a、喷淋管2b、填料2c、蒸汽管2d和电加热器2e，顶部通过管道依次连接第十二阀门28和真空泵9；所述压缩机1出口a通过管道依顺连接第一阀门17，接触式冷凝器2的蒸汽管2d的入口b，接触式冷凝器2底部出口c通过管道依顺连接第二阀门18，热水泵7，第一单向阀33向外界输出，接触式冷凝器2底部出口d通过管道依顺连接第三阀门19至所述换热器3的入口e，换热器3的出口f通过管道依次连接第四电阀门20，第一节流阀10至所述蒸发器4的入口g，蒸发器4上方的蒸汽出口i通过管道依次连接第六阀门22接至压缩机1的入口j；
所述净水器5出口通过管道依次连接第七阀门23、冷水泵6、第二单向阀34后分为三路，一路经第八阀门24、第三单向阀35、第一调节阀13后连接压缩机1喷水孔口k处，另一路经第九阀门25、第四单向阀36连接换热器3入口m，换热器3出口n经过第二调节阀14、第十阀门26连接至接触式冷凝器2的喷淋管2b的入口o，第三路经第十一阀门27、第五单向阀37、第二节流阀11连接蒸发器4上方的入口p；
所述蒸发器4底部出口q通过管道依次连接第十三阀门29、循环水泵8、第六单向阀38至接触式冷凝器2的蒸汽管2d的入口b，右端通过驱动热源管依次经过过滤器32、第十四阀门30连接蒸发器4入口r，蒸发器4出口s通过第十五阀门31输出驱动热源；
所述接触式冷凝器2顶部设置安全阀15、不凝结气放空调节阀16；
所述换热器3出口f与蒸发器4的入口h之间通过管道依次设有第五阀门21、毛细管12；
所述一种半开式高温热泵系统循环工质为水，水源需要经过净水器的处理后输入系统，以防止工质水存在杂质并减少工质水对系统的腐蚀，所述接触式冷凝器2电加热器2e为功率可调的，蒸汽管2d末端与冷凝器内部连接固定，运用机械结构原理提高蒸汽管2d的强度，保证蒸汽管2d的工作稳定，同时蒸汽管2d从出口开始至末端，沿程水平方向交错开设小孔(如图2所示)，以保证蒸汽输出稳定，换热均匀充分，所述接触式冷凝器2内填料2c应增加触式冷凝器2内气液接触时间，保证换热均匀；
所述蒸发器4为壳管满液式蒸发器，系统循环工质水走壳程，可利用重力作用进行工质气液分离，保证压缩机吸气口均为水蒸气，避免压缩机吸气带液现象，所述换热器3为板式换热器或管翅式换热器，通过回收接触式冷凝器2流出工质水的热量，提高接触式冷凝器2的喷水温度，实现能量回收的二次利用，同时增加进入蒸发器4工质的过冷度，有利于蒸发器内工质蒸发、系统循环；
所述第一阀门17至第十五阀门31均为电磁阀、柱塞式截止阀或闸阀；
所述一种半开式高温热泵系统的工作方法，系统分为四种工作阶段，即：A、系统抽真空与加注方法，B、系统开机及正常运行，C、系统停机，D、系统防冻：
A、系统抽真空与加注方法
同时打开第一阀门17、第三阀门19、第四阀门20、第六阀门22、第十二阀门28，打开真空泵9将系统内压力抽至负压，当接触式冷凝器2内压力达到要求后，关闭真空泵9、第十二阀门28，保持系统内部压力稳定；
打开冷水泵6、第七阀门23、第十一阀门27，使经过净水器5处理后的循环工质水经过第七阀门23、第十一阀门27，再经由第二节流阀11节流降压后通过蒸发器4上方入口p充注至蒸发器4中，待循环工质充足时关闭冷水泵6、第七阀门23、第十一阀门27，系统循环工质加注完成；
B、系统开机及正常运行
当系统抽真空与加注工作完成后，打开第十四阀门30、第十五阀门31，使工业废热沿驱动热源管4a经过过滤器32、第十四阀门30由蒸发器4入口r进入蒸发器4，与循环工质换热后，由蒸发器4出口s经过第十五阀门31排出，打开压缩机1，水蒸气从蒸发器4上方出口i经过第六阀门22从压缩机1吸气口j进入压缩机1压缩，压缩后水蒸气从压缩机1排气口a排出并经过第一阀门17从蒸汽管2d的入口b进入接触式冷凝器2并通过蒸汽管2d两侧的排气口将水蒸气喷入接触式冷凝器2中，待接触式冷凝器2中压力达到要求值后，系统不能够将进入正常运行转台，打开冷水泵6、热水泵7、第二阀门18、第七阀门23、第八阀门24、第九阀门25、第十阀门26，经过净水器5处理后的工质水经过第七阀门23、冷水泵6后，一部分通过第八阀门24、第一调节阀13从压缩机1喷水孔k喷入压缩机1，以降低压缩机排气过热度，同时增加蒸汽产量，另一部分通过第九阀门25由换热器3入口m进入换热器3后从换热器3出口n流出，并经过第二调节阀14、第十阀门26由喷淋管2b的入口o喷入接触式冷凝器2中，与蒸汽管2d排出的高温水蒸气进行接触式热质交换形成高温水，接触式冷凝器2内的高温水一部分通过接触式冷凝器2下方出口c经由第二阀门18、热水泵7为用户提供热量，另一部分从接触式冷凝器2下方出口d排出，经过第三阀门19、换热器3、第四阀门20并由第一节流阀10节流降压后由蒸发器4上方入口g进入蒸发器4中，形成循环；
C、系统停机
关闭压缩机1、第一阀门17、第三阀门19、第四阀门20、第六阀门22、第八阀门24、第十四阀门30、第十五阀门31，系统内工质不循环，同时不再提供低温热源，冷水泵6、热水泵7继续工作，吸收接触式冷凝器2内的余热，待接触式冷凝器2内温度降低至要求温度时，关闭冷水泵6、热水泵7、第二阀门18、第七阀门23、第九阀门25、第十阀门26，系统停止运行；
D、系统防冻
当系统停机且环境温度过低时，打开接触式冷凝器2内的电加热器2e、循环水泵8、第三阀门19、第五阀门21、第十三阀门29，使蒸发器4内工质水从蒸发器4下方出口q排出，经过第十三阀门29、循环水泵8从蒸汽管2d的入口b进入接触式冷凝器2并通过蒸汽管2d两侧的排气口将工质水排出，接触式冷凝器2内工质水从接触式冷凝器2下方出口d排出，经过第三阀门19、第五阀门21后由毛细管12节流降压后从蒸发器4上方入口h进入蒸发器4，以维持蒸发器内部压力，形成循环，使系统内循环工质水处于流动状态，防止因循环工质冻结而破坏系统；
所述压缩机1喷水孔口k前第一调节阀开度与压缩机1排气口a过热度成正比例调节，确保压缩机排气过热度保持较低水准，同时增加压缩机排气量；
所述一种半开式高温热泵系统，喷淋水量调节由第二调节阀14控制，第二调节阀14开度根据接触式冷凝器2底部工质水温度进行正比例调节，不凝结气放空调节阀16开度根据接触式冷凝器2内的压力成正比例调节；
所述冷水泵6和热水泵7为变频水泵，冷水泵6与热水泵7频率或流量调节方法为联动调节，即当热水泵7频率或流量增大时，冷水泵6的频率与流量也要随之增大，热水泵6的频率依据供给热水需求量进行正比例调节；
所述系统正常运行时，接触式冷凝器2内电加热器2e的功率根据接触式冷凝器2内热水设定温度与实际温度的差值进行正比例调节，在系统防冻运行时，接触式冷凝器2内电加热器2e的功率根据接触式冷凝器2内的水温进行反比例调节。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种半开式高温热泵系统，包括：压缩机(1)、接触式冷凝器(2)、换热器(3)、蒸发器(4)、净水器(5)、冷水泵(6)和热水泵(7)，其特征在于：所述接触式冷凝器(2)内自上而下依次设置有滤网(2a)、喷淋管(2b)、填料(2c)、蒸汽管(2d)和电加热器(2e)，顶部通过管道依次连接有第十二阀门(28)和真空泵(9)；所述压缩机(1)出口a通过管道依顺连接第一阀门(17)，接触式冷凝器(2)的蒸汽管(2d)的入口b，接触式冷凝器(2)底部出口c通过管道依顺连接第二阀门(18)，热水泵(7)，第一单向阀(33)向外界输出，接触式冷凝器(2)底部出口d通过管道连接第三阀门(19)至所述换热器(3)的入口e，换热器(3)的出口f通过管道依顺连接第四阀门(20)，第一节流阀(10)至所述蒸发器(4)的入口g，蒸发器(4)上方的蒸汽出口i通过管道连接第六阀门(22)至压缩机(1)的入口j；
所述净水器(5)出口通过管道依次连接第七阀门(23)、冷水泵(6)、第二单向阀(34)后分为三路，一路经第八阀门(24)、第三单向阀(35)、第一调节阀(13)后连接压缩机(1)喷水孔口k处，另一路经第九阀门(25)、第四单向阀(36)连接换热器(3)入口m，换热器(3)出口n经过第二调节阀(14)、第十阀门(26)连接至接触式冷凝器(2)的喷淋管(2b)的入口o，再一路经第十一阀门(27)、第五单向阀(37)、第二节流阀(11)连接蒸发器(4)上方的入口p；
所述蒸发器(4)底部出口q通过管道依次连接第十三阀门(29)、循环水泵(8)、第六单向阀(38)至接触式冷凝器(2)的蒸汽管(2d)的入口b，右端通过驱动热源管依次经过过滤器(32)、第十四阀门(30)连接蒸发器(4)入口r，蒸发器(4)出口s通过第十五阀门(31)输出驱动热源。
2.根据权利要求1所述一种半开式高温热泵系统，其特征在于：所述接触式冷凝器(2)顶部还设置有安全阀(15)和不凝结气放空调节阀(16)。
3.根据权利要求1所述一种半开式高温热泵系统，其特征在于：所述换热器(3)出口f与蒸发器(4)的入口h之间采用管道依次连接有第五阀门(21)、毛细管(12)。
4.根据权利要求1所述一种半开式高温热泵系统，其特征在于：所述蒸发器(4)为系统循环工质水走壳程的壳管满液式蒸发器；所述换热器(3)为板式换热器或管翅式换热器。
5.根据权利要求3所述一种半开式高温热泵系统，其特征在于：所述第一阀门(17)至第十五阀门(31)均为电磁阀、柱塞式截止阀或闸阀。
6.一种半开式高温热泵系统的工作方法，其特征在于：包括：
1)系统抽真空与加注方法
同时打开第一阀门(17)、第三阀门(19)、第四阀门(20)、第六阀门(22)、十二阀门(28)，打开真空泵(9)将系统内压力抽至负压，当接触式冷凝器(2)内压力达到要求后，关闭真空泵(9)、第十二阀门(28)，保持系统内部压力稳定；
打开冷水泵(6)、第七阀门(23)、第十一阀门(27)，使经过净水器(5)处理后的循环工质水经过第七阀门(23)、第十一阀门(27)，再经由第二节流阀(11)节流降压后通过蒸发器(4)上方入口p充注至蒸发器(4)中，待循环工质充足时关闭冷水泵(6)、第七阀门(23)、第十一阀门(27)，系统循环工质加注完成；
2)系统开机及正常运行
当系统抽真空与加注工作完成后，打开第十四阀门(30)、第十五阀门(31)，使工业废热经过过滤器(32)、第十四阀门(30)由蒸发器(4)入口r进入蒸发器(4)，与循环工质换热后，由蒸发器(4)出口s经过第十五阀门(31)排出，打开压缩机(1)，水蒸气从蒸发器(4)上方出口i经过第六阀门(22)从压缩机(1)吸气口j进入压缩机(1)压缩，压缩后水蒸气从压缩机(1)排气口a排出并经过第一阀门(17)从蒸汽管(2d)的入口b进入接触式冷凝器(2)并通过蒸汽管2d两侧的排气口将水蒸气喷入接触式冷凝器(2)中，待接触式冷凝器(2)中压力达到要求值后，打开冷水泵(6)、热水泵(7)、第二阀门(18)、第七阀门(23)、第八阀门(24)、第九阀门(25)、第十阀门(26)，经过净水器(5)处理后的工质水经过第七阀门(23)、冷水泵(6)后，一部分通过第八阀门(24)、第一调节阀(13)从压缩机(1)喷水孔口k喷入压缩机(1)，另一部分通过第九阀门(25)由换热器(3)入口m进入换热器(3)后从换热器(3)出口n流出，并经过第二调节阀(14)、第十阀门(26)由喷淋管(2b)的入口o喷入接触式冷凝器(2)中，与蒸汽管2d排出的高温水蒸气进行接触式热质交换形成高温水，接触式冷凝器(2)内的高温水一部分通过接触式冷凝器(2)下方出口c经由第二阀门(18)、热水泵(7)为用户提供热量，另一部分从接触式冷凝器(2)下方出口d排出，经过第三阀门(19)、换热器(3)、第四阀门(20)并由第一节流阀(10)节流降压后由蒸发器(4)上方入口g进入蒸发器(4)中，形成循环；
3)系统停机
关闭压缩机(1)、第一阀门(17)、第三阀门(19)、第四阀门(20)、第六阀门(22)、第八阀门(24)、第十四阀门(30)、第十五阀门(31)，系统内工质不循环，同时不再提供低温热源，冷水泵(6)、热水泵(7)继续工作，吸收接触式冷凝器(2)内的余热，待接触式冷凝器(2)内温度降低至要求温度时，关闭冷水泵(6)、热水泵(7)、第二阀门(18)、第七阀门(23)、第九阀门(25)、第十阀门(26)，系统停止运行；
4)系统防冻
当系统停机且环境温度过低时，打开接触式冷凝器(2)内的电加热器(2e)、循环水泵(8)、第三阀门(19)、第五阀门(21)、第十三阀门(29)，使蒸发器(4)内工质水从蒸发器(4)下方出口q排出，经过第十三阀门(29)、循环水泵(8)从蒸汽管2d的入口b进入接触式冷凝器(2)并通过蒸汽管2d两侧的排气口将工质水排出，接触式冷凝器(2)内工质水从接触式冷凝器(2)下方出口d排出，经过第三阀门(19)、第五阀门(21)后由毛细管(12)节流降压后从蒸发器(4)上方入口h进入蒸发器(4)，形成循环，使系统内循环工质水处于流动状态，防止因循环工质冻结而破坏系统。
7.根据权利要求6所述一种半开式高温热泵系统的工作方法，其特征在于：所述压缩机(1)喷水孔口k前第一调节阀(13)开度与压缩机(1)排气口a过热度成正比例调节。
8.根据权利要求6所述一种半开式高温热泵系统的工作方法，其特征在于：所述第二调节阀(14)开度根据接触式冷凝器(2)底部工质水温度进行正比例调节。
9.根据权利要求6所述一种半开式高温热泵系统的工作方法，其特征在于：所述冷水泵(6)与热水泵(7)均为变频水泵，所述冷水泵(6)与热水泵(7)频率的调节方法为联动调节，即当热水泵(7)频率增大时，冷水泵(6)的频率也要随之增大，热水泵(7)的频率依据供给热水需求量进行正比例调节。
10.根据权利要求6所述一种半开式高温热泵系统的工作方法，其特征在于：在系统正常运行时，所述接触式冷凝器(2)内电加热器(2e)的功率根据接触式冷凝器(2)内热水设定温度与实际温度的差值进行正比例调节；在系统防冻运行时，所述接触式冷凝器(2)内电加热器(2e)的功率根据接触式冷凝器(2)内的水温进行反比例调节。
CN202010185600.5A 2020-03-17 2020-03-17 一种半开式高温热泵系统及其工作方法 Active CN111306787B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010185600.5A CN111306787B (zh) 2020-03-17 2020-03-17 一种半开式高温热泵系统及其工作方法
US17/427,318 US11353242B2 (en) 2020-03-17 2020-12-24 Semi-open high-temperature heat pump system and working method thereof
PCT/CN2020/138772 WO2021184869A1 (zh) 2020-03-17 2020-12-24 一种半开式高温热泵系统及其工作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010185600.5A CN111306787B (zh) 2020-03-17 2020-03-17 一种半开式高温热泵系统及其工作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111306787A CN111306787A (zh) 2020-06-19
CN111306787B true CN111306787B (zh) 2021-04-06

Family

ID=71145784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010185600.5A Active CN111306787B (zh) 2020-03-17 2020-03-17 一种半开式高温热泵系统及其工作方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11353242B2 (zh)
CN (1) CN111306787B (zh)
WO (1) WO2021184869A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111306787B (zh) * 2020-03-17 2021-04-06 江苏科技大学 一种半开式高温热泵系统及其工作方法
CN112325486A (zh) * 2020-11-25 2021-02-05 珠海格力电器股份有限公司 热水器及其防冻加热件的确定方法、防冻控制方法
CN113483385B (zh) * 2021-07-02 2022-10-04 青岛海信日立空调系统有限公司 一种空气源热泵机组
CN114046449B (zh) * 2021-07-16 2022-12-16 浙江大学 一种带入口蒸汽参数控制的蒸汽压缩系统
CN113932474B (zh) * 2021-11-15 2023-06-06 江苏科技大学 一种热泵多效蒸发耦合式水处理系统及其工作方法
CN114813186B (zh) * 2022-04-25 2023-01-06 浙江大学 一种热泵-热机双向循环试验平台及其运行方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7765823B2 (en) * 2005-05-18 2010-08-03 E.I. Du Pont De Nemours And Company Hybrid vapor compression-absorption cycle
WO2009092281A1 (zh) * 2008-01-08 2009-07-30 Qingquan Su 低温余热提升能量品位的吸收式热泵系统及方法
CN202382475U (zh) * 2011-11-29 2012-08-15 林绍风 制冷系统为开式的制冷、制热装置
CN103884097A (zh) * 2014-03-21 2014-06-25 同济大学 一种半开式回热型空气压缩循环的热泵热水器
CN103954068A (zh) * 2014-04-17 2014-07-30 广东工业大学 带有一体化太阳能热泵系统的吸收式制冷机
JP2017522530A (ja) * 2014-07-30 2017-08-10 スティリアラス．ヴァシリオスＳＴＹＬＩＡＲＡＳ．Ｖａｓｉｌｉｏｓ 高効率出力生成のための多段蒸気圧縮およびヒートポンプ
CN107192171B (zh) * 2017-06-14 2019-07-16 江苏科技大学 一种工业废水余热的梯级回收系统及回收方法
JP2019206932A (ja) * 2018-05-29 2019-12-05 株式会社神戸製鋼所 熱エネルギー回収装置
CN109612159B (zh) * 2018-11-26 2020-11-10 江苏科技大学 第二类溴化锂吸收压缩复合式高温热泵系统及工作方法
CN111306787B (zh) 2020-03-17 2021-04-06 江苏科技大学 一种半开式高温热泵系统及其工作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111306787A (zh) 2020-06-19
US20220042717A1 (en) 2022-02-10
US11353242B2 (en) 2022-06-07
WO2021184869A1 (zh) 2021-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111306787B (zh) 一种半开式高温热泵系统及其工作方法
CN110030763A (zh) 燃气机驱动蒸气压缩式空气源热泵冷热水机组运行方法
CN201652663U (zh) 热回收热泵空调系统
CN104296554B (zh) 凝汽式电站凝汽器汽室抽真空系统
CN107905897A (zh) 燃气轮机循环烟气余热回收与进气冷却联合系统及方法
CN107062934B (zh) 一种节能的抽真空冷却系统及方法
CN109855151B (zh) 一种利用吸收式热泵结合真空闪蒸的地热供暖系统
CN201615649U (zh) 一种蒸气喷射制冷油气回收装置
CN104374020B (zh) 水源热泵空调系统
CN102563947A (zh) 一种热管热泵组合型制冷装置
CN204693371U (zh) 一种直接回收汽轮机排汽余热并加热凝结水系统
CN204691833U (zh) 一种循环水余热利用装置
CN104154771A (zh) 一种夏季降低背压冬季回收乏汽余热的装置
CN201787678U (zh) 一种液冷式空调
CN201757537U (zh) 一种蒸发式冷凝液泵供液循环冷热水机组
CN210718209U (zh) 具有除霜功能的热泵系统
CN108036397A (zh) 一种热水优化节能系统及太阳能耦合热源制热水节能方法
CN210242475U (zh) 一种能够提高真空泵抽吸能力的抽真空系统
CN108397931B (zh) 一种环保高效节能直燃型溴化锂吸收式冷、热水机组
CN108397930B (zh) 消白烟高效直燃型溴化锂吸收式冷、热水机组
CN202470831U (zh) 一种多功能热回收器
CN105091403B (zh) 发电机组综合节水节能系统
CN105402959A (zh) 回收节流损失驱动的强制对流循环满液式蒸发器制冷系统
CN204388643U (zh) 凝汽式电站凝汽器汽室抽真空系统
CN204115283U (zh) 制冷压缩冷凝机组

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant