CN214536900U - 多用途热泵冷热联供设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多用途热泵冷热联供设备，包括二氧化碳热泵系统和水蒸汽发生系统；二氧化碳热泵系统包括第一气冷器、第一蒸发器、第一二氧化碳压缩机和第一膨胀阀，第一二氧化碳压缩机的进口和出口分别连通第一蒸发器的第一换热侧出口和第一气冷器的第一换热侧进口，第一膨胀阀的进口和出口分别连通第一气冷器的第一换热侧出口和第一蒸发器的第一换热侧进口；水蒸汽发生系统包括供水管路和水蒸汽发生管路，供水管路连通第一气冷器的第二换热侧进口，水蒸汽发生管路连通第一气冷器的第二换热侧出口。该多用途热泵冷热联供设备能满足供暖制冷需求同时存在的应用场景。

Description

多用途热泵冷热联供设备

技术领域

本实用新型涉及热泵技术领域，尤其涉及一种多用途热泵冷热联供设备。

背景技术

热能的生产与利用一直伴随着人类文明的诞生与发展，随着社会和工业的不断发展，热能的需求与品质要求也越来越高。其中水作为热能传递的优良媒介，被广泛应用于工、农、医、商等各个领域。例如，供暖管线的设计中，通常采用90/75℃的供回水温度；布草、餐饮通常用100℃以上的蒸汽对纺织物进行灭菌处理；再如，制冷管线的设计中，食品通常有0～5℃的保鲜需求、-10℃～-20℃的冷藏需求。

如要同时满足供暖和制冷需求，通常需要多个设备及系统协调运行。其中，蒸汽与热水的供应通常是采用以化石燃料为热源的锅炉，制冷需求通常采用基于氨气等传统冷媒的制冷机组，能耗高、污染大，难以实现能量的回收再利用。

实用新型内容

本实用新型提供一种多用途热泵冷热联供设备，旨在设计一套设备能同时满足供暖和制冷需求，以节约成本。

本实用新型提供一种多用途热泵冷热联供设备，包括二氧化碳热泵系统和水蒸汽发生系统；

所述二氧化碳热泵系统包括第一气冷器、第一蒸发器、第一二氧化碳压缩机和第一膨胀阀，所述第一二氧化碳压缩机的进口和出口分别连通所述第一蒸发器的第一换热侧出口和所述第一气冷器的第一换热侧进口，所述第一膨胀阀的进口和出口分别连通所述第一气冷器的第一换热侧出口和所述第一蒸发器的第一换热侧进口，所述第一蒸发器的第二换热侧用于连通第一降温管路；

所述水蒸汽发生系统包括供水管路和水蒸汽发生管路，所述供水管路连通所述第一气冷器的第二换热侧进口，所述水蒸汽发生管路连通所述第一气冷器的第二换热侧出口。

根据本实用新型提供一种的多用途热泵冷热联供设备，所述二氧化碳热泵系统还包括第二气冷器，所述第二气冷器的第一换热侧与所述第一气冷器的第一换热侧并联连通，所述第二气冷器的第二换热侧用于连通第一升温管路。

根据本实用新型提供一种的多用途热泵冷热联供设备，所述二氧化碳热泵系统还包括油分离器，所述油分离器的进口连通所述第一二氧化碳压缩机的出口，所述油分离器的出口连通所述第一气冷器的第一换热侧进口和所述第二气冷器的第一换热侧的第一换热侧进口。

根据本实用新型提供一种的多用途热泵冷热联供设备，所述二氧化碳热泵系统还包括回热器、过冷器和气液分离器；

所述回热器的第一换热侧进口和出口分别连通所述第一气冷器的第一换热侧出口和所述过冷器的第一换热侧进口，所述回热器的第二换热侧进口和出口分别连通所述气液分离器的出口和所述第一二氧化碳压缩机的进口；

所述过冷器的第一换热侧出口连通所述第一膨胀阀的进口；

所述气液分离器的进口连通所述第一蒸发器的第一换热侧出口。

根据本实用新型提供一种的多用途热泵冷热联供设备，所述二氧化碳热泵系统还包括第二膨胀阀、第二蒸发器和第二二氧化碳压缩机；

所述第二膨胀阀的进口和出口分别连通所述第一膨胀阀的出口和所述第二蒸发器的第一换热侧进口；

所述第二二氧化碳压缩机的进口和出口分别连通所述第二蒸发器的第一换热侧出口和所述气液分离器的进口；

所述第二蒸发器的第二换热侧用于连通第二降温管路。

根据本实用新型提供一种的多用途热泵冷热联供设备，所述二氧化碳热泵系统还包括干燥过滤器，所述干燥过滤器的进口和出口分别连通所述过冷器的第一换热侧出口和所述第一膨胀阀的进口。

根据本实用新型提供一种的多用途热泵冷热联供设备，所述供水管路包括储水罐和给水泵；

所述给水泵的进口连通所述储水罐，所述给水泵的出口连通所述过冷器的第二换热侧进口和所述第一气冷器的第二换热侧进口；

所述过冷器的第二换热侧出口用于连通第二升温管路。

根据本实用新型提供一种的多用途热泵冷热联供设备，所述水蒸汽发生管路包括闪蒸罐和水蒸汽压缩机；

所述闪蒸罐的进口和出口分别连通所述第一气冷器的第二换热侧出口和所述水蒸汽压缩机的进口；

所述水蒸汽压缩机的出口连通用汽设备的进口。

根据本实用新型提供一种的多用途热泵冷热联供设备，所述水蒸汽发生管路还包括补水泵；

所述补水泵的进口连通所述闪蒸罐的出水口，所述补水泵的出口连通所述水蒸汽压缩机的补水口和供暖设备的进口；

所述供暖设备的进口连通所述用汽设备的出口。

根据本实用新型提供一种的多用途热泵冷热联供设备，所述供暖设备的出口连通所述供水管路的储水罐。

本实用新型提供的多用途热泵冷热联供设备，通过水蒸汽发生系统能满足蒸汽需要，并且通过与第一蒸发器连通的第一降温管路能满足制冷需要，该多用途热泵冷热联供设备能满足供暖制冷需求同时存在的应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的多用途热泵冷热联供设备的结构示意图；

附图标记：

1：第一二氧化碳压缩机； 2：油分离器； 3：第一气冷器；

4：回热器； 5：过冷器； 6：干燥过滤器；

7：第二气冷器； 8：第一蒸发器； 9：第二蒸发器；

10：第二二氧化碳压缩机； 11：气液分离器； 12：储水罐；

13：闪蒸罐； 14：水蒸汽压缩机； 15：给水泵；

16：补水泵； 17：第一膨胀阀； 18：第二膨胀阀；

19：第一降温管路； 20：第一升温管路； 21：第二降温管路；

22：第二升温管路； 23：用汽设备； 24：供暖设备。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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作出创造性劳动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。

下面结合图1描述本实用新型的多用途热泵冷热联供设备，该多用途热泵冷热联供设备包括二氧化碳热泵系统和水蒸汽发生系统。

如图1所示，二氧化碳热泵系统包括第一气冷器3、第一蒸发器8、第一二氧化碳压缩机1和第一膨胀阀17，第一二氧化碳压缩机1的进口和出口分别连通第一蒸发器8的第一换热侧出口和第一气冷器3的第一换热侧进口，第一膨胀阀17的进口和出口分别连通第一气冷器3的第一换热侧出口和第一蒸发器8的第一换热侧进口，第一蒸发器8的第二换热侧用于连通第一降温管路19。例如，第一降温管路19能用于用户的保鲜需求。传统热泵工质(例如R22、R134a等)对环境不友好，会造成臭氧空洞和全球变暖等环境问题，二氧化碳热泵系统采用二氧化碳作为工质，就不会存在此问题。

如图1所示，水蒸汽发生系统包括供水管路和水蒸汽发生管路，供水管路连通第一气冷器3的第二换热侧进口，水蒸汽发生管路连通第一气冷器3的第二换热侧出口。通过水蒸汽发生系统能满足用户的蒸汽需求。

本实用新型提供的多用途热泵冷热联供设备，通过水蒸汽发生系统能满足蒸汽需要，并且通过与第一蒸发器8连通的第一降温管路19能满足制冷需要，该多用途热泵冷热联供设备能满足供暖制冷需求同时存在的应用场景。

如图1所示，在本实施例中，二氧化碳热泵系统还包括第二气冷器7，第二气冷器7的第一换热侧与第一气冷器3的第一换热侧并联连通，第二气冷器7的第二换热侧用于连通第一升温管路20。例如，通过与第二气冷器7连通的第一升温管路20能满足用户的热风需求。

进一步，如图1所示，在本实施例中，二氧化碳热泵系统还包括油分离器2，油分离器2的进口连通第一二氧化碳压缩机1的出口，油分离器2的出口连通第一气冷器3的第一换热侧进口和第二气冷器7的第一换热侧的第一换热侧进口。

如图1所示，在本实施例中，二氧化碳热泵系统还包括回热器4、过冷器5和气液分离器11；回热器4的第一换热侧进口和出口分别连通第一气冷器3的第一换热侧出口和过冷器5的第一换热侧进口，回热器4的第二换热侧进口和出口分别连通气液分离器11的出口和第一二氧化碳压缩机1的进口；过冷器5的第一换热侧出口连通第一膨胀阀17的进口；气液分离器11的进口连通第一蒸发器8的第一换热侧出口。这样能有效提升多用途热泵冷热联供设备的热能利用率。

进一步，如图1所示，在本实施例中，二氧化碳热泵系统还包括第二膨胀阀18、第二蒸发器9和第二二氧化碳压缩机10；第二膨胀阀18的进口和出口分别连通第一膨胀阀17的出口和第二蒸发器9的第一换热侧进口；第二二氧化碳压缩机10的进口和出口分别连通第二蒸发器9的第一换热侧出口和气液分离器11的进口；第二蒸发器9的第二换热侧用于连通第二降温管路21。例如，通过与第二蒸发器9连通的第二降温管路21能满足用户的冷藏需求。

如图1所示，在本实施例中，二氧化碳热泵系统还包括干燥过滤器6，干燥过滤器6的进口和出口分别连通过冷器5的第一换热侧出口和第一膨胀阀17的进口。干燥过滤器6能过滤工质中的杂质。

如图1所示，在本实施例中，供水管路包括储水罐12和给水泵15；给水泵15的进口连通储水罐12，给水泵15的出口连通过冷器5的第二换热侧进口和第一气冷器3的第二换热侧进口；过冷器5的第二换热侧出口用于连通第二升温管路22。例如，通过与过冷器5连通的第二升温管路22能满足用户的中温热水需求。

如图1所示，在本实施例中，水蒸汽发生管路包括闪蒸罐13和水蒸汽压缩机14；闪蒸罐13的进口和出口分别连通第一气冷器3的第二换热侧出口和水蒸汽压缩机14的进口；水蒸汽压缩机14的出口连通用汽设备23的进口。第一气冷器3的第二换热侧将给水泵15提供的高温热水加热至70～100℃后通入到闪蒸罐13中。水蒸汽压缩机14运转时，其吸气压力会使闪蒸罐11中压力降低，蒸罐11中的水沸腾产生蒸汽后被水蒸汽压缩机14吸入，压缩增焓至100～120℃饱和或过热高温水蒸汽提供给用汽设备23，以满足用户的蒸汽需求。

进一步，如图1所示，在本实施例中，水蒸汽发生管路还包括补水泵16；补水泵16的进口连通闪蒸罐13的出水口，补水泵16的出口连通水蒸汽压缩机14的补水口和供暖设备24的进口；供暖设备24的进口连通用汽设备23的出口；并且，供暖设备24的出口连通供水管路的储水罐12。经用汽设备23使用的蒸汽冷凝成水后，与补水泵16提供的水混合后仍具有70～90℃，可直接送入供暖设备24中供暖，供暖回水流回储水罐12，不仅节约用水，还能提高过冷器5的第二换热侧进水温度，以节约能量。其中，闪蒸罐11具有三个作用：1、为水蒸汽压缩机14提供低压蒸汽来源；2、为水蒸汽压缩机14提供补水来源；3、为供暖设备24提供高温热水。而补水泵16一方面为水蒸汽压缩机14补水消除过热度，还能起到密封和润滑的作用，另一方面还为供暖设备24用水提供动力。水蒸汽压缩机14可以在0～70赫兹间运行。

多用途热泵冷热联供设备可将40℃以下低温水升温至70～100℃，并在此基础上通过耦合水蒸汽压缩机14再升温20～60℃，能稳定产生饱和蒸汽或过热蒸汽。多用途热泵冷热联供设备能同时满足蒸汽需求、供暖热水需求、中温热水需求、热风需求、保鲜需求、冷藏需求同时存在的应用场景。多用途热泵冷热联供设备的COP(coefficient ofperformance，循环性能系数)可达3以上，高温蒸汽端COP可达3.5以上。

本实用新型还提供一种如上所述的多用途热泵冷热联供设备的运行方法，该运行方法包括以下步骤。

步骤S10：启动给水泵15，将储水罐12中的水通入到第一气冷器3的第二换热侧；启动第一二氧化碳压缩机1，将低温低压的CO₂气体压缩增焓至高温高压的超临界状态后，进入油分离器2中分油后进入到第一气冷器3的第一换热侧放热给冷源。经第一气冷器3换热后的超临界CO₂经过回热器4的第一换热侧进入到过冷器5的第一换热侧换热给冷源后进入到干燥过滤器6中，干燥过滤器6将工质中杂质过滤后进入到第一膨胀阀17中。超临界的CO₂经第一膨胀阀17节流降压至低温低压的液态CO₂后进去到第一蒸发器8的第一换热侧，后进入到气液分离器11中。两相态的CO₂在气液分离器11中分离，上方的低温低压CO₂气体经回热器4的第二换热侧过热后，被第一二氧化碳压缩机1吸入，完成一个循环。其中，回热器4起到给第一气冷器3和第二气冷器7过冷、以及给第一蒸发器8和第二蒸发器9过热的作用，第一二氧化碳压缩机1可以在0～70赫兹间运行。

步骤S20：第一气冷器3的第二换热侧将给水泵15提供的高温热水加热至70～100℃后通入到闪蒸罐13中。水蒸汽压缩机14运转时，其吸气压力使得闪蒸罐11中压力降低，闪蒸罐13中的水沸腾产生蒸汽后被水蒸汽压缩机14吸入，压缩增焓至100～120℃饱和或过热高温水蒸汽提供给用汽设备23。经用汽设备23使用的蒸汽冷凝成水后，与补水泵16提供的水混合后仍具有70～90℃，可直接送入供暖设备24中供暖，供暖回水流回储水罐12，不仅节约用水，还能提高过冷器5的第二换热侧进水温度，以节约能量。其中，闪蒸罐11具有三个作用：1、为水蒸汽压缩机14提供低压蒸汽来源；2、为水蒸汽压缩机14提供补水来源；3、为供暖设备24提供高温热水。而补水泵16一方面为水蒸汽压缩机14补水消除过热度，还能起到密封和润滑的作用，另一方面还为供暖设备24用水提供动力。水蒸汽压缩机14可以在0～70赫兹间运行。

可选地，在步骤S10中，经油分离器2分离后的超临界CO₂还可经过第二气冷器7的第一换热侧换热给经由风机送来的冷风。第二气冷器7具有两个作用：1、可提供80～110℃的热风，以满足用户的热风需求；2、帮助第一气冷器3分担一部分热负荷，防止系统热量散不出来。

可选地，在步骤S10中，过冷器5第二换热侧将通过给水泵15提供的冷水升温至50～70℃，直接提供给需要中温热水的用户，以满足用户的中温热水需求。

可选地，在步骤S10中，经膨第一膨胀阀17节流降压后的CO₂液体可同时进入到第一蒸发器8的第一换热侧和第二蒸发器9的第一换热器中蒸发吸热变成气体。在第一蒸发器8的第二换热侧将风机带来的风降温至0～5℃后提供给保鲜用户，以满足用户的保鲜需求。在CO₂液体进入第二蒸发器9的第一换热侧前，CO₂液体还需要经过进一步节流降压，在第二蒸发器9的第二换热侧将风机带来的风降温至-10～-20℃提供给冷藏用户，以满足用户的冷藏需求，第二蒸发器9的第一换热侧换热出来的CO₂低压气体经第二二氧化碳压缩机10增压至第一蒸发器8的第一换热侧出口气体相同压力后汇合进入到气液分离器11中。其中，第二二氧化碳压缩机10可以在0～70赫兹之间运行。

如此，多用途热泵冷热联供设备能同时产生100～120℃蒸汽、70～90℃的供暖热水、50～70℃的生活用热水、80～110℃的干燥用风、0～5℃保鲜用风、-10～-20℃冷藏用风.。

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 (10)

1.一种多用途热泵冷热联供设备，其特征在于，包括二氧化碳热泵系统和水蒸汽发生系统；

所述二氧化碳热泵系统包括第一气冷器、第一蒸发器、第一二氧化碳压缩机和第一膨胀阀，所述第一二氧化碳压缩机的进口和出口分别连通所述第一蒸发器的第一换热侧出口和所述第一气冷器的第一换热侧进口，所述第一膨胀阀的进口和出口分别连通所述第一气冷器的第一换热侧出口和所述第一蒸发器的第一换热侧进口，所述第一蒸发器的第二换热侧用于连通第一降温管路；

所述水蒸汽发生系统包括供水管路和水蒸汽发生管路，所述供水管路连通所述第一气冷器的第二换热侧进口，所述水蒸汽发生管路连通所述第一气冷器的第二换热侧出口。

2.根据权利要求1所述的多用途热泵冷热联供设备，其特征在于，所述二氧化碳热泵系统还包括第二气冷器，所述第二气冷器的第一换热侧与所述第一气冷器的第一换热侧并联连通，所述第二气冷器的第二换热侧用于连通第一升温管路。

3.根据权利要求2所述的多用途热泵冷热联供设备，其特征在于，所述二氧化碳热泵系统还包括油分离器，所述油分离器的进口连通所述第一二氧化碳压缩机的出口，所述油分离器的出口连通所述第一气冷器的第一换热侧进口和所述第二气冷器的第一换热侧的第一换热侧进口。

4.根据权利要求1-3任一项所述的多用途热泵冷热联供设备，其特征在于，所述二氧化碳热泵系统还包括回热器、过冷器和气液分离器；

所述回热器的第一换热侧进口和出口分别连通所述第一气冷器的第一换热侧出口和所述过冷器的第一换热侧进口，所述回热器的第二换热侧进口和出口分别连通所述气液分离器的出口和所述第一二氧化碳压缩机的进口；

所述过冷器的第一换热侧出口连通所述第一膨胀阀的进口；

所述气液分离器的进口连通所述第一蒸发器的第一换热侧出口。

5.根据权利要求4所述的多用途热泵冷热联供设备，其特征在于，所述二氧化碳热泵系统还包括第二膨胀阀、第二蒸发器和第二二氧化碳压缩机；

所述第二膨胀阀的进口和出口分别连通所述第一膨胀阀的出口和所述第二蒸发器的第一换热侧进口；

所述第二二氧化碳压缩机的进口和出口分别连通所述第二蒸发器的第一换热侧出口和所述气液分离器的进口；

所述第二蒸发器的第二换热侧用于连通第二降温管路。

6.根据权利要求4所述的多用途热泵冷热联供设备，其特征在于，所述二氧化碳热泵系统还包括干燥过滤器，所述干燥过滤器的进口和出口分别连通所述过冷器的第一换热侧出口和所述第一膨胀阀的进口。

7.根据权利要求4所述的多用途热泵冷热联供设备，其特征在于，所述供水管路包括储水罐和给水泵；

所述给水泵的进口连通所述储水罐，所述给水泵的出口连通所述过冷器的第二换热侧进口和所述第一气冷器的第二换热侧进口；

所述过冷器的第二换热侧出口用于连通第二升温管路。

8.根据权利要求1-3任一项所述的多用途热泵冷热联供设备，其特征在于，所述水蒸汽发生管路包括闪蒸罐和水蒸汽压缩机；

所述闪蒸罐的进口和出口分别连通所述第一气冷器的第二换热侧出口和所述水蒸汽压缩机的进口；

所述水蒸汽压缩机的出口连通用汽设备的进口。

9.根据权利要求8所述的多用途热泵冷热联供设备，其特征在于，所述水蒸汽发生管路还包括补水泵；

所述补水泵的进口连通所述闪蒸罐的出水口，所述补水泵的出口连通所述水蒸汽压缩机的补水口和供暖设备的进口；

所述供暖设备的进口连通所述用汽设备的出口。

10.根据权利要求9所述的多用途热泵冷热联供设备，其特征在于，所述供暖设备的出口连通所述供水管路的储水罐。

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