CN113432338A - 一种热泵发电及热能回收一体装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及热泵技术领域，公开了一种热泵发电及热能回收一体装置，包括压缩机、冷凝器、涡轮机、发电机、节流装置和蒸发器，压缩机的冷媒出口连接冷凝器的冷媒入口，冷凝器的冷媒出口连接涡轮机的进气口，涡轮机的排气口连接节流装置的冷媒入口，节流装置的冷媒出口连接蒸发器的冷媒入口，蒸发器的冷媒出口连接压缩机的冷媒入口，涡轮机的转子连接发电机；冷凝器连接热能回收装置。本申请可降低热泵机组工作时的能耗，提高热能的回收利用率。

Description

一种热泵发电及热能回收一体装置

技术领域

本申请涉及热泵技术领域，尤其是涉及一种热泵发电及热能回收一体装置。

背景技术

随着石化、煤炭等不可再生能源的减少，以及对环境的污染，人们越来越重视节约能源。工矿企业、酒店、商场等都需要配备热泵机组，以满足在夏季高温环境下也能有较舒爽的温度条件，热泵机组是电能的消耗大户，如何减少热泵机组的用电量，降低运营成本成为人们亟待解决的问题。

热泵机组是根据有机朗肯循环技术原理，利用有机工质低温沸腾汽化的特点与空气热交换，从而降低室内温度，热泵机组不仅运行时需要消耗大量的电能，而且热交换后的大量冷却工质所吸收的热量往往通过冷却塔直接向大气环境中排放，从而导致大量的能源浪费。

发明内容

为了降低热泵机组工作时的能耗，提高热能的回收利用率，本申请提供了一种热泵发电及热能回收一体装置。

本申请的上述申请目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种热泵发电及热能回收一体装置，包括压缩机、冷凝器、涡轮机、发电机、节流装置和蒸发器，所述压缩机的冷媒出口连接冷凝器的冷媒入口，所述冷凝器的冷媒出口连接涡轮机的进气口，所述涡轮机的排气口连接节流装置的冷媒入口，所述节流装置的冷媒出口连接蒸发器的冷媒入口，所述蒸发器的冷媒出口连接压缩机的冷媒入口，所述涡轮机的转子连接发电机；所述冷凝器连接热能回收装置。

通过采用上述技术方案，蒸发器的冷媒出口排出低温低压的气态冷媒进入压缩机，通过压缩机加压，形成高温高压气态冷媒，并进入到冷凝器的冷媒入口，冷凝器内高温高压气态冷媒与热能回收装置进行热交换后转变为低温高压液态冷媒，低温高压液态冷媒驱动涡轮机做功，涡轮机的转子带动发电机输出电能，乏汽从涡轮机的排气口排出并进入节流装置的冷媒入口，在节流装置的降压的作用下，从节流装置的冷媒出口排出，再进入到蒸发器的冷媒入口，蒸发器内的低压液态冷媒吸收空气低品质热量，成为低压饱和蒸汽进入到压缩机，完成热泵的一个发电循环。

优选的，所述热能回收装置包括水箱，所述冷凝器设置在水箱内，所述水箱的入水口连接供热装置的出水口，所述水箱的出水口依次连接循环泵、储水罐和供热装置的入口。

通过采用上述技术方案，冷凝器置于水箱中，水箱中的冷却水与冷凝器中的高温高压乏汽进行热交换，冷却水完成热交换后通过循环泵经储水罐送至供热装置进行供热，供热装置散热后回流到水箱中，储水罐为水箱提供备用水；冷凝器中的冷媒与水箱中的冷却水进行热交换后，大量冷却工质所吸收的热量传送给供热装置进行供热，避免了能源的浪费，使系统的热能能够得到充分回收利用。

优选的，还包括补热装置，所述补热装置包括设置在蒸发器一侧的电加热器，所述蒸发器另一侧设有与电加热器相对的风机，所述电加热器和风机分别电连接发电机；所述电加热器外缘固定连接散热翅片。

通过采用上述技术方案，当补热装置工作时，电加热器通电，电加热器加热蒸发器附近的空气介质，加热的空气介质通过风机吸至蒸发器，加热的空气介质在流经蒸发器时，蒸发器内的低温低压液态冷媒能够快速转变成低温低压的饱和蒸汽，保证系统通过自身发电进行补热，减少了系统对外界能源的使用，降低设备的运行成本。

优选的，所述蒸发器上设有温度传感器，所述温度传感器和电加热器分别电连接控制器。

通过采用上述技术方案，温度传感器用于检测蒸发器处的温度信息并传送给控制器，控制器依据温度传感器传送的温度信息控制电加热器的启动或关闭，从而通过自身的发电进行快速补热，保证系统的稳定运行。

优选的，所述涡轮机的排气口与节流装置的冷媒入口之间连接冷媒罐。

通过采用上述技术方案，当涡轮机的进气口接收到的高温高压液态冷媒足够多时，一部分高温高压液态冷媒经过涡轮机后，乏汽从涡轮机的排气口进入冷媒罐并存储在冷媒罐中备用，保证有充足的冷媒提供压缩机循环使用。

优选的，所述涡轮机的排气口与冷媒罐的冷媒入口之间设有单向阀，所述涡轮机的排气口与冷媒罐的冷媒入口之间设有调节支路，所述调节支路上设有与涡轮机的排气口依次连接的电磁阀和调整泵，所述调整泵的另一端连接冷媒罐的冷媒入口。

通过采用上述技术方案，当涡轮机的转子带动发电机发电时，涡轮机的涡轮会对循环系统产生阻损；当阻损影响到压缩机的正常工作输出时，通过打开电磁阀，启动调整泵，可提高乏汽的运行速度，将乏汽快速传送给冷凝器，保证系统的稳定运行，当单向阀管路上出现堵塞，通过调节支路也可以提供乏汽的传送通道，保证系统稳定运行。

优选的，所述蒸发器的冷媒出口与压缩机的冷媒入口之间连接气液分离器。

通过采用上述技术方案，气液分离器可将气态冷媒与液态冷媒分离，防止压缩机的液击，还可用于存储制冷循环中的液态冷媒，根据负载变化调节液态冷媒的提供量。

优选的，所述冷凝器的冷媒出口与涡轮机的进气口之间连接节流阀。

通过采用上述技术方案，节流阀可以调节高温高压液态冷媒的传送速度，从而调整涡轮机的做功。

综上所述，本申请的有益技术效果为：

1、本申请蒸发器中的低温低压气态冷媒经进入到压缩机内，通过压缩机加压形成高温高压气态冷媒进入到冷凝器，冷凝器内的高温高压气态冷媒与热能回收装置进行热交换后，转变为低温高压液态冷媒并进入到涡轮机的进气口，低温高压液态冷媒驱动汽轮机高速旋转带动发电机输出电能，从涡轮机的排气口排出的乏汽经节流装置降压进入到蒸发器，在蒸发器内蒸发成低压气态冷媒并被压缩机吸入，从而完成热泵的发电循环。产生的电能可用于对蒸发器进行快速补热，降低了系统运行成本。

2、本申请通过设置热能回收装置，将冷凝器置于水箱进行，水箱中的冷却水与冷凝器中的乏汽进行热交换，冷却水完成热交换后送至供热装置进行供热，供热装置散热后的冷却水回流到水箱中。通过热能回收装置，提高了热泵的热能回收效率，减少了能源浪费，降低了运营成本。

附图说明

图1是本申请的结构示意图。

图示，1、压缩机；2、冷凝器；3、涡轮机；4、发电机；5、节流装置；6、蒸发器；7、冷媒罐；8、气液分离器；9、风机；10、电加热器；11、单向阀；12、电磁阀；13、调整泵；14、水箱；15、供热装置；16、储水罐；17、循环泵；18、节流阀。

具体实施方式

以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。

如图1所示，本申请的上述申请目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种热泵发电及热能回收一体装置，包括压缩机1、冷凝器2、涡轮机3、发电机4、节流装置5和蒸发器6，压缩机1的冷媒出口连接冷凝器2的冷媒入口，冷凝器2的冷媒出口连接涡轮机3的进气口，涡轮机3的排气口连接节流装置5的冷媒入口，节流装置5的冷媒出口连接蒸发器6的冷媒入口，蒸发器6的冷媒出口连接压缩机1的冷媒入口，涡轮机3的转子连接发电机4；冷凝器2连接热能回收装置。

蒸发器6的冷媒出口排出的低压饱和蒸汽从压缩机1的冷媒入口进入，压缩机1将低压饱和蒸汽冷媒加压形成高温高压的气态冷媒，高温高压的气体冷媒从压缩机1的冷媒出口进入到冷凝器2的冷媒入口，冷凝器2内高温高压气态冷媒与热能回收装置进行热交换后转变为低温高压液态冷媒，低温高压液态冷媒从冷凝器2的冷媒出口进入到涡轮机3的进气口驱动涡轮机3做功，涡轮机3的转子带动发电机4输出电能，乏汽从涡轮机3的排气口排出并进入节流装置5的冷媒入口，在节流装置5的降压的作用下，从节流装置5的冷媒出口排出，再进入到蒸发器6的冷媒入口，蒸发器6内的低压液态冷媒吸收空气低品质热量，成为低压饱和蒸汽进入到压缩机1，至此，完成热泵的一个发电循环。

本实施例的热能回收装置包括水箱14，冷凝器2设置在水箱14内，水箱14的入水口连接供热装置15的出水口，水箱14的出水口依次连接循环泵17、储水罐16和供热装置15的入口。水箱14中的冷却水与冷凝器2中的高温高压乏汽进行热交换，冷却水完成热交换通过循环泵17经储水罐16送至供热装置15进行供热，供热装置15散热后的冷却水回流到水箱14内，储水罐16可为水箱14提供备用水。冷凝器2中的高温高压气态冷媒与水箱14中的冷却水进行热交换后，冷却水吸收热量转变为热水传送给供热装置15，避免了热泵系统的热量浪费，使系统的热能能够充分回收利用。

本实施例还包括补热装置，补热装置包括设置在蒸发器6一侧的电加热器10，蒸发器6的另一侧设有与电加热器10相对的风机9，电加热器10和风机9分别电连接发电机4，电加热器10外缘固定连接散热翅片；蒸发器6上设有温度传感器，温度传感器和电加热器10分别电连接控制器。

温度传感器用于检测蒸发器6处的温度信息并传送给控制器，控制器依据温度传感器传送的温度信息控制电加热器10的启动或关闭。当控制器判断需要补热时，控制器控制电加热器10和风机9工作，电加热器10加热蒸发器6附近的空气介质，风机9将加热的空气介质吸至蒸发器6，蒸发器6内的低温低压液态冷媒吸收热量，快速转变成低温低压的饱和蒸汽；加热的空气还与蒸发器6内的低压液态冷媒进行热交换，低压液态冷媒吸收空气中的热量转变为低压饱和蒸汽后进入压缩机1内，发电机4产生的电能用于装置的补热，减少装置额外的电量消耗，降低设备的运行费用。当控制器依据温度传感器发送的温度信息判断无需补热时，控制器控制电加热器10停止工作。

为了保证有充足的冷媒提供压缩机1循环使用，涡轮机3的冷媒出口与节流装置5的冷媒入口之间连接冷媒罐7。当涡轮机3的进气口接收到的高温高压液态冷媒足够多时，一部分高温高压液态冷媒经过涡轮机3后，乏汽从涡轮机3的排气口进入冷媒罐7存储备用。

为了提高系统的稳定性，涡轮机3的排气口与冷媒罐7的冷媒入口之间设有单向阀11，涡轮机3的排气口与冷媒罐7的冷媒入口之间设有调节支路，调节支路上设有与涡轮机3的排气口依次连接的电磁阀12和调整泵13，调整泵13的另一端连接冷媒罐7的冷媒入口。当涡轮机3的转子带动发电机4发电时，涡轮机3转动会对循环系统产生阻损；当阻损影响到压缩机1的正常工作输出时，通过打开电磁阀12，启动调整泵13，使调节之路导通，能够提高乏汽的运行速度，使乏汽快速传送给冷凝器2，保证系统的稳定运行。当单向阀11所在管路上出现堵塞，通过调节支路也可以提供乏汽传送通道，保证系统稳定运行；在启动调节之路时，单向阀11还可防止高温高压液态冷媒的逆流。

为了防止压缩机1的液击，蒸发器6的冷媒出口与压缩机1的冷媒入口之间连接气液分离器8。气液分离器8可将气态冷媒与液态冷媒分离，还可用于存储制冷循环中的液态冷媒，根据负载变化调节液态冷媒的提供量。

为了调节高温高压液态冷媒的传送速度，从而调整涡轮机3的做功，冷凝器2的冷媒出口与涡轮机3的进气口之间连接节流阀18。

本装置的工作过程如下：压缩机1在少许电能的驱动下进行工作，压缩机1将低温低压气态冷媒加压，转换为高温高压的气态冷媒，冷凝器2中高温高压气态冷媒与热能回收装置进行热交换转变为低温高压液态冷媒，为供热装置15提高热能，从而达到系统热量回收利用的目的。低温高压的液态冷媒传送给涡轮机3，涡轮机3做工并驱动发电机4发电，高温高压的液态冷媒推动涡轮机3做工后，带动发电机4发电，从而达到系统自身发电，节约能源，降低运营成本的目的。从涡轮机3的排气口排出的乏汽经节流装置5节流后成为低温低压的液态冷媒进入蒸发器6，蒸发器6内的低温低压液态冷媒吸收空气低品质热量转变为低温低压气态冷媒，再被压缩机1吸入，周而复始循环上述过程，实现热泵系统的发电循环。发电机4发电提供给电加热器10工作，电加热器10加热蒸发器6周围空气介质的温度，达到依靠自身发电对蒸发器6进行补热，减少了系统对外界能源的消耗，降低运营成本。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热泵发电及热能回收一体装置，其特征在于，包括压缩机(1)、冷凝器(2)、涡轮机(3)、发电机(4)、节流装置(5)和蒸发器(6)，所述压缩机(1)的冷媒出口连接冷凝器(2)的冷媒入口，所述冷凝器(2)的冷媒出口连接涡轮机(3)的进气口，所述涡轮机(3)的排气口连接节流装置(5)的冷媒入口，所述节流装置(5)的冷媒出口连接蒸发器(6)的冷媒入口，所述蒸发器(6)的冷媒出口连接压缩机(1)的冷媒入口，所述涡轮机(3)的转子连接发电机(4)；所述冷凝器(2)连接热能回收装置。

2.如权利要求1所述的热泵发电及热能回收一体装置，其特征在于，所述热能回收装置包括水箱(14)，所述冷凝器(2)设置在水箱(14)内，所述水箱(14)的入水口连接供热装置(15)的出水口，所述水箱(14)的出水口依次连接循环泵(17)、储水罐(16)和供热装置(15)的入口。

3.如权利要求1所述的热泵发电及热能回收一体装置，其特征在于，还包括补热装置，所述补热装置包括设置在蒸发器(6)一侧的电加热器(10)，所述蒸发器(6)另一侧设有与电加热器(10)相对的风机(9)，所述电加热器(10)和风机(9)分别电连接发电机(4)；所述电加热器(10)外缘固定连接散热翅片。

4.如权利要求3所述的热泵发电及热能回收一体装置，所述蒸发器(6)上设有温度传感器，所述温度传感器和电加热器(10)分别电连接控制器。

5.如权利要求1所述的热泵发电及热能回收一体装置，其特征在于，所述涡轮机(3)的排气口与节流装置(5)的冷媒入口之间连接冷媒罐(7)。

6.如权利要求5所述的热泵发电及热能回收一体装置，其特征在于，所述涡轮机(3)的排气口与冷媒罐(7)的冷媒入口之间设有单向阀(11)，所述涡轮机(3)的排气口与冷媒罐(7)的冷媒入口之间设有调节支路，所述调节支路上设有与涡轮机(3)的排气口依次连接的电磁阀(12)和调整泵(13)，所述调整泵(13)的另一端连接冷媒罐(7)的冷媒入口。

7.如权利要求1所述的热泵发电及热能回收一体装置，其特征在于，所述蒸发器(6)的冷媒出口与压缩机(1)的冷媒入口之间连接气液分离器(8)。

8.如权利要求1所述的热泵发电及热能回收一体装置，其特征在于，所述冷凝器(2)的冷媒出口与涡轮机(3)的进气口之间连接节流阀(18)。

Images