CN207936488U - 一种直燃型热泵热水制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及加热装置技术领域，尤其涉及一种直燃型热泵热水制备装置，包括直燃型加热单元、引射器、冷凝器、增压单元、压缩机、节流单元和吸热单元，引射器的工作蒸汽入口通过第一流体管路与冷凝器的制冷剂出口连接，直燃型加热单元和增压单元连接于第一流体管路上，引射器的制冷剂出口通过第二流体管路与冷凝器的制冷剂入口连接，冷凝器内设有回水通道，用于与制冷剂换热加热回水；引射器的引射蒸汽入口通过第三流体管路与冷凝器的制冷剂出口连接，节流单元、吸热单元和压缩机依次连接在第三流体管路上。本实用新型不仅可以通过直燃型加热单元实现对制冷剂的加热，还可以通过吸热单元吸收外界热源的热量，提高了一次能源效率。

Description

一种直燃型热泵热水制备装置

技术领域

本实用新型涉及加热装置技术领域，尤其涉及一种直燃型热泵热水制备装置。

背景技术

目前，北方采暖地区雾霾污染严重，燃煤锅炉的大面积使用是造成雾霾的重要原因之一。国家为缓解和治理雾霾污染，提出“宜气则气，宜电则电”的政策方针，引导了燃气锅炉和空气源热泵的大力推广，“煤改电”和“煤改气”成为雾霾治理的重要举措。燃气锅炉目前在北方地区的应用逐渐增多，其利用天然气燃烧后产生的热量直接加热回水，以满足建筑所需的热量，常规燃气锅炉的效率在90％左右。但是，燃气燃烧所产生的热量品位较高，而建筑热负荷所需的热量品位较低，因此，利用天然气直接燃烧换热的方式无法高效地利用此高品位热量。

为了高效地利用天然气的热量，现在的主要手段是烟气余热回收的方法。现有方法主要包括显热回收法、冷凝热回收法和热泵热回收法。此类技术方案一定程度地提高了燃气热量的利用率，但是在理想的状态下，此类技术手段能够达到的最高一次能源效率也无法超过100％，而现在的直燃型吸收式热泵技术由于受到工质的限制，难以在环境温度很低的地区大面积应用。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是解决现有的加热装置仅能对燃气燃烧产生的热量进行利用，其热量的利用率无法再提高的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种直燃型热泵热水制备装置，包括直燃型加热单元、引射器、冷凝器、增压单元、压缩机、节流单元和吸热单元，所述引射器的工作蒸汽入口通过第一流体管路与所述冷凝器的制冷剂出口连接，所述直燃型加热单元和所述增压单元连接于所述第一流体管路上，所述引射器的制冷剂出口通过第二流体管路与所述冷凝器的制冷剂入口连接，所述冷凝器内设有回水通道，用于与制冷剂换热加热回水；所述引射器的引射蒸汽入口通过第三流体管路与所述冷凝器的制冷剂出口连接，所述节流单元、所述吸热单元和所述压缩机依次连接于所述第三流体管路上，且所述节流单元与所述冷凝器的制冷剂出口连接，用于将从所述冷凝器的冷凝器出口出来的制冷剂节流成气液两相，所述吸热单元用于吸收外界热源的热量将流经的气液两相的制冷剂蒸发为气态，所述压缩机用于对流经的气态的制冷剂进行增压。

其中，还包括回热器，所述回热器内设有低温流体通道和高温流体通道；所述高温流体通道的入口与所述冷凝器的制冷剂出口连接，所述高温流体通道的出口与吸热单元的制冷剂入口连接；所述低温流体通道的入口与所述吸热单元的制冷剂出口连接，所述低温流体通道的出口与所述压缩机连接。

其中，所述增压单元为增压泵，所述节流单元为电子膨胀阀，所述吸热单元为蒸发器。

其中，还包括换热器，所述换热器内设有气体通道和液体通道，所述液体通道的出口与冷凝器的回水通道的入口连接，所述气体通道的入口与所述直燃型加热单元的烟气出口连接。

其中，还包括设于所述低温流体通道的出口与所述引射器的引射蒸汽入口之间的第一阀门和第二阀门，所述第一阀门与所述压缩机并联，所述第二阀门与所述压缩机及所述第一阀门并联。

其中，还包括第四流体管路，所述第四流体管路上设有第三阀门，所述第四流体管路的进口与所述第二流体管路连通，所述第七流体管路的出口与所述节流单元和所述吸热单元之间的第三流体管路连通。

其中，所述第一流体管路上设有第四阀门，且所述第四阀门连接于所述直燃型加热单元的制冷剂出口与所述引射器的工作蒸汽入口之间；所述第二流体管路上设有单向阀，用于避免制冷剂从所述引射器的制冷剂出口流入；还包括第五流体管路，所述第五流体管路的一端连接于所述直燃型加热单元与所述第四阀门之间，另一端连接于所述单向阀与所述冷凝器之间，所述第五流体管路上设有第五阀门。

其中，所述直燃型加热单元包括燃气锅炉，所述燃气锅炉内设有制冷剂通道，所述制冷剂通道的入口与所述增压单元连接，所述制冷剂通道的出口与所述引射器的工作蒸汽入口连接。

其中，所述直燃型加热单元包括燃气锅炉、循环泵、闭式盘管和发生器，所述发生器内设有制冷剂容置腔，所述制冷剂容置腔的入口与所述增压单元连接，所述制冷剂容置腔的出口与所述引射器的工作蒸汽入口连接，所述循环泵设于所述闭式盘管上，所述闭式盘管内设有热媒，且所述闭式盘管的一段设于所述制冷剂容置腔内，一段设于所述燃气锅炉内。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供了一种直燃型热泵热水制备装置，包括直燃型加热单元、引射器、冷凝器、增压单元、压缩机、节流单元和吸热单元，引射器的工作蒸汽入口通过第一流体管路与冷凝器的制冷剂出口连接，直燃型加热单元和增压单元连接于第一流体管路上，引射器的制冷剂出口通过第二流体管路与冷凝器的制冷剂入口连接，冷凝器内设有回水通道，用于与制冷剂换热加热回水；引射器的引射蒸汽入口通过第三流体管路与冷凝器的制冷剂出口连接，节流单元、吸热单元和压缩机依次连接于第三流体管路上，且节流单元与冷凝器的制冷剂出口连接。制冷剂在冷凝器中与回水换热，对回水进行加热后供用户使用，制冷剂从冷凝器中出来后分为两路，一路流经增压单元和直燃型加热单元进行升温增压变为高温高压的制冷剂蒸汽，并作为引射器的工作蒸汽进入引射器中，另一路首先经节流单元节流成气液两相，然后流经吸热单元，在吸热单元中吸收外部热源的热量变为气态，然后经过压缩机的压缩，气态的制冷剂压力和温度均升高，然后作为引射蒸汽进入到引射器内，经过压缩机加压和加温引射蒸汽的方式，使热水制备装置能够在低温环境中拥有较高的性能，适用于北方采暖地区(或夏热冬冷地区)环境温度较低的环境，在引射器中，高温高压的工作蒸汽引射低温低压的引射蒸汽，经过混合和扩压作用，形成高温高压的制冷剂气体，进入到冷凝器，完成一次循环。本实用新型的热水制备装置，不仅可以通过直燃型加热单元实现对制冷剂的加热，实现对燃料热量的利用，同时还可以通过吸热单元吸收外界热源的热量，相对于传统的燃气锅炉提高了一次能源效率。

除了上面所描述的本实用新型解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本实用新型的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的直燃型热泵热水制备装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的直燃型热泵热水制备装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例三提供的直燃型热泵热水制备装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例四提供的直燃型热泵热水制备装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例五提供的直燃型热泵热水制备装置的结构示意图。

图中：1：增压泵；2：燃气锅炉；3：引射器；4：冷凝器；5：回热器；6：电子膨胀阀；7：蒸发器；8：压缩机；9：水泵；10：换热器；11：第一阀门；12：第二阀门；13：发生器；14：循环泵；15：第三阀门；16：第四阀门；17：单向阀；18：第五阀门。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种直燃型热泵热水制备装置，其特征在于：包括直燃型加热单元、引射器3、冷凝器4、增压单元、压缩机8、节流单元和吸热单元，引射器3的工作蒸汽入口通过第一流体管路与冷凝器4的制冷剂出口连接，直燃型加热单元和增压单元连接于第一流体管路上，引射器3的制冷剂出口通过第二流体管路与冷凝器4的制冷剂入口连接，冷凝器4内设有回水通道，用于与制冷剂换热加热回水；引射器3的引射蒸汽入口通过第三流体管路与冷凝器4的制冷剂出口连接，节流单元、吸热单元和压缩机8依次连接于第三流体管路上，且节流单元与冷凝器4的制冷剂出口连接。制冷剂在冷凝器4中与回水换热，对回水进行加热后供用户使用，制冷剂从冷凝器4中出来后分为两路，一路流经增压单元和直燃型加热单元进行升温增压变为高温高压的制冷剂蒸汽，并作为引射器3的工作蒸汽进入引射器3中，另一路首先经节流单元节流成气液两相，然后流经经吸热单元吸收外部热源的热量变为气态，然后经过压缩机8的压缩，气态的制冷剂压力和温度均升高，然后作为引射蒸汽进入到引射器3内，经过压缩机加压和加温引射蒸汽的方式，使热水制备装置能够在低温环境中拥有较高的性能，适用于北方采暖地区(或夏热冬冷地区)环境温度较低的环境，在引射器中，高温高压的工作蒸汽引射低温低压的引射蒸汽，经过混合和扩压作用，形成高温高压的制冷剂气体，进入到冷凝器4，完成一次循环。本实用新型的热水制备装置，不仅可以通过直燃型加热单元实现对制冷剂的加热，实现对燃料热量的利用，同时还可以通过吸热单元吸收外界热源的热量，相对于传统的燃气锅炉提高了一次能源的效率。

进一步地，该直燃型热泵热水制备装置还包括回热器5，回热器5内设有高温流体通道和低温流体通道；高温流体通道连接于制冷器的制冷剂出口与节流单元之间，低温流体通道连接于吸热单元与压缩机之间，具体的，高温流体通道的入口与冷凝器4的制冷剂出口连接，高温流体通道的出口与吸热单元的制冷剂入口连接；低温流体通道的入口与吸热单元制冷剂的出口连接，低温流体通道的出口与引射器3的引射蒸汽入口连接。从冷凝器4出来的制冷剂进入到回热器5的高温流体通道内实现过冷，然后经过节流单元降温降压节流至气液两相，然后经过吸热单元吸收环境中的热量，达到饱和或过热，形成气态的制冷剂，然后再经过回热器5的低温流体通道与高温流体通道内的高温制冷剂换热实现过热，形成过热的制冷剂蒸汽作为引射蒸汽进入到引射器3中。

在本实施例中，增压单元为增压泵1，节流单元为电子膨胀阀6，吸热单元为蒸发器7。蒸发器7可采用多种热源，根据季节不同或者地域和气候的差异切换，因地制宜的选择。其热源包括但不仅限于：水源、地源、太阳能直膨、太阳能热水、空气源和烟气源等。

进一步地，在本实施例中，直燃型加热单元包括燃气锅炉2，燃气锅炉2内设有制冷剂通道，制冷剂通道的入口与增压泵1连接，制冷剂通道的出口与引射器3的工作蒸汽入口连接。燃气锅炉2通过燃料的燃烧直接加热制冷剂通道内的制冷剂，能够减少换热环节，充分利用燃料的热量。

进一步地，本实施例中的直燃型热泵热水制备装置还包括换热器10，换热器10内设有气体通道和液体通道，液体通道的出口与冷凝器4的回水通道的入口连接，气体通道的入口与直燃型加热单元的气体出口连接。回水经过换热器10进入到冷凝器4中与高温高压的制冷剂换热，冷凝器4中的高温高压的制冷器气体作为热源加热用户回水，并通过水泵9输送至用户末端，其中燃气锅炉2内产生的烟气，经过烟气通道进入到换热器10内，加热热网的回水，可提高燃气锅炉2的热效率，可减少燃气的消耗量。另外本实施例中的换热器10优选为冷凝热回收器，但并不限于此，可包含多种形式，如显热回收、吸收式热泵热回收以及喷淋热回收等方法，换热器10与冷凝器4的连接方式也可以是串联、并联、或者是串并联结合的方式。

实施例二

如图2所示，本实施例的方案与实施例一的方案相似，其相同之处不再赘述，二者的区别在于：本实施例的直燃型热泵热水制备装置还包括设于低温流体通道的出口与引射器3的引射蒸汽入口之间的第一阀门11和第二阀门12，第一阀门11与压缩机8串联，第二阀门12与压缩机8及第一阀门11并联。当该直燃型热泵热水制备装置需要用在温度较低的环境中时，打开第一阀门11，关闭第二阀门12，使制冷剂经过压缩机8的增压，当该直燃型热泵热水制备装置需要运行于温度较高的环境中时，不需要在提高引射器3的入口制冷剂蒸汽的压力，此时关闭第一阀门11，打开第二阀门12，压缩机8停止工作，使制冷剂不经过压缩机8直接进入到引射器3中。在本实施例中，第一阀门11和第二阀门12均为电磁阀。

实施例三

如图3所示，本实施例与实施例二相似，其相同之处不再赘述，本实施例与实施例二的区别在于：本实施例中的直燃型热泵热水制备装置还包括第四流体管路，第四流体管路上设有第三阀门15，第四流体管路的进口与第二流体管路连通，第四流体管路的出口与电子膨胀阀6和蒸发器7之间的第三流体管路连通。从引射器3内出来的高温高压的制冷剂，可以经第四流体管路进入到蒸发器7内吸收外界热源的热量，这种情况适用于蒸发器7以空气为热源时，且当环境温度较低，湿度较大时，蒸发器7存在结霜的隐患，因此，当采用风冷蒸发器7时需要考虑除霜的手段，利用本实施例中的直燃型热泵热水制备装置即可实现，在需要对蒸发器7除霜时，打开第三阀门15，使从引射器3出口的高温高压的制冷剂蒸汽旁通至蒸发器7的入口，由于该部分制冷剂蒸汽的温度和压力均比较高，因此能够实现对蒸发器7的化霜的效果，本实施例中的第三阀门15为电磁阀，不通电时处于常闭状态。

实施例四

如图4所示，本实施例与实施例二相似，其相同之处不再赘述，本实施例与实施例二的区别在于：本实施例中的直燃型加热单元包括燃气锅炉2、循环泵14、闭式盘管和发生器13，发生器13内设有制冷剂容置腔，制冷剂容置腔的入口与增压泵1连接，制冷剂容置腔的出口与引射器3的工作蒸汽入口连接，循环泵14设于闭式盘管上，闭式盘管内设有热媒，且闭式盘管的一段浸没于制冷剂容置腔内的制冷剂中，一段设于燃气锅炉2内。燃气锅炉2内的燃料燃烧对闭式盘管内的热媒进行加热，然后在循环泵14的作用下输送热媒至发生器13中与流经发热器的制冷剂容置腔内的制冷剂换热，产生高温高压的制冷剂蒸汽，作为引射器3的工作蒸汽。

实施例五

如图5所示，本实施例与实施例二相似，其相同之处不再赘述，二者的区别在于：本实施例的直燃型热泵热水制备装置的第一流体管路上设有第四阀门16，且第四阀门16连接于燃气锅炉2的制冷剂出口与引射器3的工作蒸汽入口之间；第二流体管路上设有单向阀17，用于避免制冷剂从引射器3的制冷剂出口流入；还包括第五流体管路，第五流体管路的一端连接于燃气锅炉2与第四阀门16之间，另一端连接于单向阀17与冷凝器4之间，第五流体管路上设有第五阀门18。当室外温度极低时，蒸发器7无法工作，则切换为锅炉模式运行。此时，关闭电子膨胀阀6和第四阀门16，打开第五阀门18。制冷剂通过增压泵1输送到燃气锅炉2中加热，然后经过第五流体管路，直接进入冷凝器4中加热热网的回水，降温之后的制冷剂，再通过增压泵1输送到燃气锅炉2中加热，完成循环。需要说明的是本实施例中的第四阀门16和第五阀门18也都是电磁阀。

使用时，采用水泵9将回水压入到回热器5内，首先与燃气锅炉2产生的烟气余热进行换热，提高回水的温度，然后进入到冷凝器4中与冷凝器4中流过的高温高压的制冷器蒸汽进行换热，最终供给用户使用。

综上所述，本实用新型实施例提供的直燃型热泵热水制备装置，具有以下优点：

(1)燃气锅炉直接燃烧产生热量，可以用于产生引射器的工作蒸汽，引射器的引射蒸汽利用蒸发器从环境中提取低位热量，在冷凝器中释放，因此装置的一次能源效率超过1.0，从而减少燃气的消耗量。

(2)燃气锅炉直接燃烧产生高温的制冷剂蒸汽，有效的利用了天然气的高品位热量。

(3)燃气锅炉产生的烟气，通过换热器加热用户回水，回收了烟气中的余热，降低了冷凝器的热负荷，减少了燃气的消耗量，提高了燃气锅炉的效率。

(4)利用引射器出口的高温高压的蒸汽进行除霜，使设备在结霜后，能够迅速化霜恢复正常运行。

(5)在环境温度较低时，设备仍能够以优于燃气锅炉的效率运行。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种直燃型热泵热水制备装置，其特征在于：包括直燃型加热单元、引射器、冷凝器、增压单元、压缩机、节流单元和吸热单元，所述引射器的工作蒸汽入口通过第一流体管路与所述冷凝器的制冷剂出口连接，所述直燃型加热单元和所述增压单元连接于所述第一流体管路上；所述引射器的制冷剂出口通过第二流体管路与所述冷凝器的制冷剂入口连接，所述冷凝器内设有回水通道，用于与制冷剂换热加热回水；所述引射器的引射蒸汽入口通过第三流体管路与所述冷凝器的制冷剂出口连接，所述节流单元、所述吸热单元和所述压缩机依次连接于所述第三流体管路上，且所述节流单元与所述冷凝器的制冷剂出口连接，用于将从所述冷凝器的冷凝器出口出来的制冷剂节流成气液两相，所述吸热单元用于吸收外界热源的热量将流经的气液两相的制冷剂蒸发为气态，所述压缩机用于对流经的气态制冷剂进行增压。

2.根据权利要求1所述的直燃型热泵热水制备装置，其特征在于：还包括回热器，所述回热器内设有低温流体通道和高温流体通道；所述高温流体通道的入口与所述冷凝器的制冷剂出口连接，所述高温流体通道的出口与吸热单元的制冷剂入口连接；所述低温流体通道的入口与所述吸热单元的制冷剂出口连接，所述低温流体通道的出口与所述压缩机连接。

3.根据权利要求2所述的直燃型热泵热水制备装置，其特征在于：所述增压单元为增压泵，所述节流单元为电子膨胀阀，所述吸热单元为蒸发器。

4.根据权利要求1所述的直燃型热泵热水制备装置，其特征在于：还包括换热器，所述换热器内设有气体通道和液体通道，所述液体通道的出口与冷凝器的回水通道的入口连接，所述气体通道的入口与所述直燃型加热单元的烟气出口连接。

5.根据权利要求2所述的直燃型热泵热水制备装置，其特征在于：还包括设于所述低温流体通道的出口与所述引射器的引射蒸汽入口之间的第一阀门和第二阀门，所述第一阀门与所述压缩机串联，所述第二阀门与所述压缩机及所述第一阀门并联。

6.根据权利要求5所述的直燃型热泵热水制备装置，其特征在于：还包括第四流体管路，所述第四流体管路上设有第三阀门，所述第四流体管路的进口与所述第二流体管路连通，所述第四流体管路的出口与所述节流单元和所述吸热单元之间的第三流体管路连通。

7.根据权利要求5所述的直燃型热泵热水制备装置，其特征在于：所述第一流体管路上设有第四阀门，且所述第四阀门连接于所述直燃型加热单元的制冷剂出口与所述引射器的工作蒸汽入口之间；所述第二流体管路上设有单向阀，用于避免制冷剂从所述引射器的制冷剂出口流入；还包括第五流体管路，所述第五流体管路的一端连接于所述直燃型加热单元与所述第四阀门之间，另一端连接于所述单向阀与所述冷凝器之间，所述第五流体管路上设有第五阀门。

8.根据权利要求1-7任一项所述的直燃型热泵热水制备装置，其特征在于：所述直燃型加热单元包括燃气锅炉，所述燃气锅炉内设有制冷剂通道，所述制冷剂通道的入口与所述增压单元连接，所述制冷剂通道的出口与所述引射器的工作蒸汽入口连接。

9.根据权利要求1-7任一项所述的直燃型热泵热水制备装置，其特征在于：所述直燃型加热单元包括燃气锅炉、循环泵、闭式盘管和发生器，所述发生器内设有制冷剂容置腔，所述制冷剂容置腔的入口与所述增压单元连接，所述制冷剂容置腔的出口与所述引射器的工作蒸汽入口连接，所述循环泵设于所述闭式盘管上，所述闭式盘管内设有热媒，且所述闭式盘管的一段浸没与所述制冷剂容置腔内的制冷剂中，一段设于所述燃气锅炉内。