CN220061703U - 一种复叠式空气源热泵蒸汽机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复叠式空气源热泵蒸汽机，包括第一级热泵循环和第二级热泵循环，第一级热泵循环包括依次连接形成循环回路的第一级热泵压缩机、蒸发冷凝器、第一级节流装置、蒸发器和气液分离器，第二级热泵循环包括依次连接形成循环回路的第二级热泵压缩机、蒸汽发生器、第二级节流装置和蒸发冷凝器，第一级热泵循环和第二级热泵循环通过蒸发冷凝器连接并进行换热，蒸汽发生器包括自上而下设置的换热管束一、换热管束二、换热管束三，蒸汽发生器还连接有喷淋装置，喷淋装置安装于换热管束二上方。利用热泵压缩机高温度的排气和高冷凝温度，通过多级加热，并将表面加热蒸发与闪蒸有机结合，提高了蒸汽供应量和系统能效。

Description

一种复叠式空气源热泵蒸汽机

技术领域

本实用新型涉及空气源热泵蒸汽机技术领域，特别是一种复叠式空气源热泵蒸汽机。

背景技术

我国工业能耗的50%~70%都是以热能的形式被消耗，其中大部分为80℃以上的高温热能需求，传统高温供热采用燃煤燃油燃气锅炉或电锅炉等，存在效率低、污染高等问题。空气源热泵作为一种高效清洁的供热方式，在中低温供热领域已得到广泛应用，但是受限于制冷剂及制冷系统难以实现大温升，导致通过空气源热泵技术制取100℃以上蒸汽产品很少。现有技术一般是先利用空气源热泵将低温水加热至80℃以上的高温饱和水，高温饱和水直接或经减压阀降压后进入低压闪蒸罐产生微压蒸汽，再利用水蒸气压缩机压缩得到满足用户需求的高温高压蒸汽。上述采用低压闪蒸罐方式产生蒸汽，对于固定真空度的闪蒸罐，产生的蒸汽量有限，若要提高蒸汽产量，就需要增大闪蒸罐的真空度，但是产生的蒸汽压力和温度更低，这又会使得维持闪蒸罐负压环境和水蒸气压缩机的能耗更高，造成整个系统能效低。

发明内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种复叠式空气源热泵蒸汽机。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种复叠式空气源热泵蒸汽机，包括第一级热泵循环和第二级热泵循环，所述第一级热泵循环包括依次连接形成循环回路的第一级热泵压缩机、蒸发冷凝器、第一级节流装置、蒸发器和气液分离器，所述第二级热泵循环包括依次连接形成循环回路的第二级热泵压缩机、蒸汽发生器、第二级节流装置和所述蒸发冷凝器，所述第一级热泵循环和所述第二级热泵循环通过所述蒸发冷凝器连接并进行换热，所述蒸汽发生器包括自上而下设置的换热管束一、换热管束二、换热管束三，所述蒸汽发生器还连接有喷淋装置，所述喷淋装置安装于所述换热管束二上方。

本实用新型通过蒸汽发生器内多级加热的方式，省去过冷器的额外设置，简化热泵蒸汽系统组成，并能够利用热泵压缩机高温度的排气和高冷凝温度，将表面加热蒸发与闪蒸有机结合，对高温热水在一定真空度下进行喷淋雾化，一部分热水直接闪蒸产生蒸汽，其余部分被喷淋在换热管束表面被加热蒸发产生蒸汽，与传统空气源热泵蒸汽机相比，能有效地将热水转化为蒸汽，提高了蒸汽供应量，同时提高系统能效。

作为本实用新型的优选方案，所述蒸汽发生器的底部设有循环水出口，所述蒸汽发生器经所述循环水出口、循环水阀、水泵连接所述喷淋装置。

作为本实用新型的优选方案，所述蒸汽发生器的底部还设有补水口，所述补水口安装有补水阀。

作为本实用新型的优选方案，所述蒸汽发生器的顶部设有蒸汽出口，所述蒸汽出口连接有水蒸气压缩机。

作为本实用新型的优选方案，所述蒸汽发生器还安装有液位传感器，所述液位传感器用于监测所述蒸汽发生器底部的水液位。

作为本实用新型的优选方案，所述蒸汽发生器还安装有压力传感器，所述压力传感器用于监测所述蒸汽发生器内的压力。

作为本实用新型的优选方案，所述蒸发器连接有风机，所述第一级热泵压缩机与所述蒸发器之间还连接有除霜旁通电磁阀。

作为本实用新型的优选方案，所述第一级节流装置、所述第二级节流装置采用的阀门类型为电子膨胀阀或热力膨胀阀或毛细管。

作为本实用新型的优选方案，所述第一级热泵压缩机、所述第二级热泵压缩机为转子式压缩机或涡旋式压缩机或螺杆式压缩机。

作为本实用新型的优选方案，所述蒸发冷凝器采用板式换热器或套管式换热器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过蒸汽发生器内多级加热的方式，省去过冷器的额外设置，简化热泵蒸汽系统组成，并能够利用热泵压缩机高温度的排气和高冷凝温度，将表面加热蒸发与闪蒸有机结合，对高温热水在一定真空度下进行喷淋雾化，一部分热水直接闪蒸产生蒸汽，其余部分被喷淋在换热管束表面被加热蒸发产生蒸汽，与传统空气源热泵蒸汽机相比，能有效地将热水转化为蒸汽，提高了蒸汽供应量，同时提高系统能效。

附图说明

图1是本实用新型所述的复叠式空气源热泵蒸汽机的结构示意图。

图2是本实用新型所述的蒸汽发生器的结构示意图。

图标：1-第一级热泵压缩机、2-蒸发冷凝器、3-第一级节流装置、4-蒸发器、5-风机、6-气液分离器、7-除霜旁通电磁阀、8-第二级热泵压缩机、9-蒸汽发生器、91-换热管束一、 92-换热管束二、 93-换热管束三、 94-补水口、 95-循环水出口、96-液位传感器、97-喷淋装置、98-蒸汽出口、99-压力传感器、10-第二级节流装置、11-水蒸气压缩机、12-水泵、13-补水阀、14-循环水阀。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1-2所示，一种复叠式空气源热泵蒸汽机，包括第一级热泵循环和第二级热泵循环，所述第一级热泵循环包括依次连接形成循环回路的第一级热泵压缩机1、蒸发冷凝器2、第一级节流装置3、蒸发器4和气液分离器6，所述第二级热泵循环包括依次连接形成循环回路的第二级热泵压缩机8、蒸汽发生器9、第二级节流装置10和所述蒸发冷凝器2，所述第一级热泵循环和所述第二级热泵循环通过所述蒸发冷凝器2连接并进行换热。

具体的，本实施例中所述蒸汽发生器9包括自上而下设置的换热管束一91、换热管束二92、换热管束三93，在所述换热管束二92上方还设置有喷淋装置97。

所述蒸汽发生器9的底部设有补水口94，所述补水口94安装有补水阀13。所述蒸汽发生器9的底部还设有循环水出口95，所述蒸汽发生器9经所述循环水出口95、循环水阀14、水泵12连接所述喷淋装置97。

所述蒸汽发生器9的顶部设有蒸汽出口98，所述蒸汽出口98连接有水蒸气压缩机11。

作为优选的技术方案，所述蒸发器4连接有风机5，所述第一级热泵压缩机1与所述蒸发器4之间还连接有除霜旁通电磁阀7。

制冷剂循环流程：正常制热模式下，除所述霜旁通电磁阀7处于关闭状态。热泵循环分为两级，第一级热泵循环为低压级，第二级热泵循环为高压级，低压级循环和高压级循环通过所述蒸发冷凝器2连接并进行换热。在低压级循环中，低温低压制冷剂气体经所述第一级热泵压缩机1压缩为中温中压制冷剂气体，进入所述蒸发冷凝器2冷却及冷凝释放热量给高压级循环制冷剂，冷却后的低压级循环制冷剂进入所述第一级节流装置3进行节流降压，后进入所述蒸发器4中吸收空气中热量蒸发，经所述气液分离器6回流进入所述第一级热泵压缩机1中；在高压级循环中，制冷剂在所述蒸发冷凝器2中吸收来自低压级循环制冷剂的热量而蒸发，被所述第二级热泵压缩机8吸入后压缩为高温高压制冷剂气体，进入所述换热管束一91与所述蒸汽发生器9上部的低温蒸汽换热被冷却，接着进入所述换热管束二92中与所述喷淋装置97喷淋的高温热水换热继续被冷却并冷凝，然后经所述换热管束三93与所述蒸汽发生器9底部低温水换热进一步被冷却，最后经所述第二级节流装置10节流降压，再次进入所述蒸发冷凝器2去吸收热量。

水循环流程：开启所述水泵12并打开所述循环水阀14，系统由所述补水阀13经所述补水口94向所述蒸汽发生器9内补充低温水，低温水与所述换热管束三93内的制冷剂换热被加热产生高温热水，高温热水经所述循环水出口95、所述循环水阀14由所述水泵12输送至所述喷淋设备97，所述喷淋设备97将高温热水喷淋雾化，一部分热水直接闪蒸产生蒸汽，其余部分落在所述换热管束二92与其中的制冷剂换热，高温热水被加热，其中一部分高温热水被加热蒸发产生蒸汽，蒸汽上升过程在与所述换热管束一91内高温制冷剂换热被进一步加热，被加热的蒸汽经所述蒸汽发生器9上部所述蒸汽出口98进入所述水蒸气压缩机11被压缩提升蒸汽的温度和压力，以满足用户的需求；剩余未蒸发部分的液态水则流入所述蒸汽发生器9底部与所述补水口94进入系统的低温水混合，与所述换热管束三93内的二氧化碳换热被加热。

系统除霜原理：

当机组在制热模式下运行达到除霜条件时，关闭所述风机5并开启所述除霜旁通电磁阀7。经所述第一级热泵压缩机1升温后的中温制冷剂蒸汽，一部分仍进入所述蒸发冷凝器2中放热，另一部分则通过所述除霜旁通电磁阀7后与经所述第一级节流装置3节流降压后的制冷剂进行混合，进入所述蒸发器4放热融化翅片上的霜层，后经所述气液分离器6回流至所述第一级热泵压缩机1再次压缩升温。在除霜时关闭所述风机5，可减小与周围环境空气的换热，将热量主要用于除霜，提高除霜的效率。

其余说明：

本实用新型中，不对低压级循环和高压级循环制冷剂的具体类型作任何限制。具体的一种实施情况，低压级循环采用R410a为制冷剂，高压级循环采用R245fa为制冷剂。

本实用新型中，除霜旁通支路上的除霜旁通电磁阀7的形式并不局限于此种类型，其具体结构也不作任何限制，可采用蝶阀或球阀，只要能够控制该制冷剂管路的通断即可。

本实用新型中，不对第一级节流装置3、第二级节流装置10、第一级热泵压缩机1、第二级热泵压缩机8、蒸发冷凝器2及气液分离器6的具体类型和结构形式作任何限制。第一级节流装置3、第二级节流装置10可采用的阀门类型有电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管等；第一级热泵压缩机1、第二级热泵压缩机8可采用的压缩机类型有转子式压缩机、涡旋式压缩机、螺杆式压缩机等，定频或者变频。蒸发冷凝器2可采用板式换热器或套管式换热器，以此来提高换热效率。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上增设了液位传感器96和压力传感器99，所述液位传感器96和所述压力传感器99均安装于所述蒸汽发生器9，所述液位传感器96用于监测所述蒸汽发生器9底部的水液位，确保液位在符合要求的范围内波动。所述压力传感器99用于监测所述蒸汽发生器9内的压力，确保在机组运行中处于微负压状态。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复叠式空气源热泵蒸汽机，其特征在于，包括第一级热泵循环和第二级热泵循环，所述第一级热泵循环包括依次连接形成循环回路的第一级热泵压缩机（1）、蒸发冷凝器（2）、第一级节流装置（3）、蒸发器（4）和气液分离器（6），所述第二级热泵循环包括依次连接形成循环回路的第二级热泵压缩机（8）、蒸汽发生器（9）、第二级节流装置（10）和所述蒸发冷凝器（2），所述第一级热泵循环和所述第二级热泵循环通过所述蒸发冷凝器（2）连接并进行换热，所述蒸汽发生器（9）包括自上而下设置的换热管束一（91）、换热管束二（92）、换热管束三（93），所述蒸汽发生器（9）还连接有喷淋装置（97），所述喷淋装置（97）安装于所述换热管束二（92）上方。

2.根据权利要求1所述的一种复叠式空气源热泵蒸汽机，其特征在于，所述蒸汽发生器（9）的底部设有循环水出口（95），所述蒸汽发生器（9）经所述循环水出口（95）、循环水阀（14）、水泵（12）连接所述喷淋装置（97）。

3.根据权利要求2所述的一种复叠式空气源热泵蒸汽机，其特征在于，所述蒸汽发生器（9）的底部还设有补水口（94），所述补水口（94）安装有补水阀（13）。

4.根据权利要求1所述的一种复叠式空气源热泵蒸汽机，其特征在于，所述蒸汽发生器（9）的顶部设有蒸汽出口（98），所述蒸汽出口（98）连接有水蒸气压缩机（11）。

5.根据权利要求1所述的一种复叠式空气源热泵蒸汽机，其特征在于，所述蒸汽发生器（9）还安装有液位传感器（96），所述液位传感器（96）用于监测所述蒸汽发生器（9）底部的水液位。

6.根据权利要求1所述的一种复叠式空气源热泵蒸汽机，其特征在于，所述蒸汽发生器（9）还安装有压力传感器（99），所述压力传感器（99）用于监测所述蒸汽发生器（9）内的压力。

7.根据权利要求1所述的一种复叠式空气源热泵蒸汽机，其特征在于，所述蒸发器（4）连接有风机（5），所述第一级热泵压缩机（1）与所述蒸发器（4）之间还连接有除霜旁通电磁阀（7）。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种复叠式空气源热泵蒸汽机，其特征在于，所述第一级节流装置（3）、所述第二级节流装置（10）采用的阀门类型为电子膨胀阀或热力膨胀阀或毛细管。

9.根据权利要求1-7任一所述的一种复叠式空气源热泵蒸汽机，其特征在于，所述第一级热泵压缩机（1）、所述第二级热泵压缩机（8）为转子式压缩机或涡旋式压缩机或螺杆式压缩机。

10.根据权利要求1-7任一所述的一种复叠式空气源热泵蒸汽机，其特征在于，所述蒸发冷凝器（2）采用板式换热器或套管式换热器。