一种超高温非共沸工质热泵机组制造技术

本发明专利技术提出了一种超高温非共沸热泵机组，将电动热泵的冷凝器和吸收式热泵的蒸发器再生器“三器合一”，同时实现氟利昂冷凝、溶液再生和制冷剂蒸发过程。同时在电动热泵中使用新型非共沸工质HD‑01，该新型非共沸工质冷凝温度可达130℃以上。该超高温非共沸热泵机组可以用于回收50℃以下的工业余热，并将被加热介质加热到180℃以上。跟目前的电动热泵技术或者吸收式热泵技术相比较而言，在相同的余热资源温度下可以实现被加热介质更高的出口温度和温升，并具有一定的经济性优势。

【技术实现步骤摘要】
一种超高温非共沸工质热泵机组
本专利技术属于能源利用
，特别是涉及采用非共沸工质的超高温热泵。
技术介绍
在能源化工等领域广泛存在大量的低品位余热，这些余热通常以低温水或者蒸汽方式被直接排走未被利用，而由于其数量较大导致系统的能源利用效率较低。目前的工业余热回收技术中较为常用的是热泵技术，如果采用吸收式热泵技术，无论是一类吸收式热泵或者二类吸收式热泵，由于吸收式热泵的流程或者溴化锂工质的限制导致其被加热介质的出口温度存在限制；如果采用电动热泵技术，电动热泵采用纯工质时由于压缩机和工质的限制导致升温幅度非常有限并且电耗较高导致经济性较差。目前的吸收式热泵和电动热泵采用外部水路串联或者并联的方式进行使用，由于热泵的各个换热器均存在换热端差，由此导致在换热过程中发生不可逆的损失较大导致系统的性能较差。为了实现被加热介质温度的大幅度提升，该专利技术提出了一种将电动热泵冷凝器和吸收式热泵再生器蒸发器三合一的新型换热装置，可以回收50℃以下的工业余热废热同时，可以将被加热介质提升到180℃以上；该采用新型流程和换热装置的热泵相比现有报道的热泵技术具有更高出口温度和更大温升幅度的特点。
技术实现思路
为了解决余热回收过程余热资源的温度与被加热介质温度之间温差过大难以回收的问题，该专利技术提出了一种非共沸工质电动热泵与吸收式热泵合二为一的热泵机组，该机组并非将电动热泵和吸收式热泵的水路进行串联或者并联等简单连接，而是将电动热泵的冷凝器和吸收式热泵的蒸发器再生器“三器合一”，相比现有检索类似技术而言，由于流程创新减小了换热过程的不可逆损失，同时在电动热泵中使用了新型非共沸工质，因此具有更高的热泵COP（性能系数），该热泵可以回收50℃以下的工业余热，并将被加热介质加热到180℃以上。本专利技术将电动热泵的冷凝器、吸收式热泵再生器和吸收式热泵蒸发器合三为一，新型的三合一换热器同时实现了内部换热管管内非共沸工质冷凝和管外溶液再生和冷剂水蒸发的过程，相比只将电动热泵和吸收式热泵的相关水路进行串联，并联或者其它的连接方式而言，由于该新型换热器无须水路作为中间换热介质，因此具有更小的换热过程不可逆损失，热泵整体的COP显著升高。本专利技术提供一种超高温非共沸工质热泵机组，所述热泵机组包括蒸发器1、冷凝器4、冷凝-蒸发-再生换热器3、吸收器5、电动压缩机2和循环泵节流阀等配件构成。所述热泵机组蒸发器1通过管路与冷凝-蒸发-再生换热器3连通，冷凝器4通过管路与冷凝-蒸发-再生换热器3连通，吸收器5通过管路与冷凝-蒸发-再生换热器3连通。所述热泵的蒸发器1的连接管路包括余热水管路15、非共沸工质（液态）管路16和非共沸工质（汽态）管路20；液态的非共沸工质通过非共沸工质（液态）管路16进入蒸发器1后被余热水管路15内的工业余热介质加热后汽化由液态变成汽态，然后汽态的非共沸工质进入非共沸工质（汽态）管路20后离开蒸发器1再进入电动压缩机2。所述热泵的吸收器5的连接管路包括制冷剂（汽态）管路21、稀溶液管路24、浓溶液管路22和被加热介质管路23；浓溶液进入吸收器5后在流动过程中吸收来自制冷剂（汽态）管路21的冷剂蒸汽，吸收的过程中溶液的浓度降低同时释放热量，该热量用于加热被加热介质管路23的管内介质；最后完成吸收过程的稀溶液通过稀溶液管路24离开吸收器5。所述热泵的冷凝器4的连接管路包括制冷剂（汽态）管路19、制冷剂（液态）管路17和冷却介质管路18；制冷剂蒸汽通过制冷剂（汽态）管路19进入冷凝器4后与冷却介质管路18进行换热被冷却，进而制冷剂蒸汽由汽态变成液态，液态的制冷剂进入制冷剂（液态）管路17离开冷凝器4。所述热泵的冷凝-蒸发-再生换热器3包含非共沸工质冷凝腔体8、制冷剂蒸发腔体6和溶液再生腔体7构成；冷凝-蒸发-再生换热器3的连接管路包括非共沸工质（汽态）管路20、制冷剂（液态）管路17、制冷剂（汽态）管路21、非共沸工质（液态）管路16、稀溶液管路24、浓溶液管路22和制冷剂（汽态）管路19；冷凝-蒸发-再生换热器3同时实现非共沸工质冷凝、稀溶液再生和液态制冷剂蒸发的换热过程；冷凝-蒸发-再生换热器3内部的非共沸工质冷凝腔体8实现来自非共沸工质（汽态）管路20的汽态非共沸工质在传热管9管内空间由气相变为液相的冷凝过程，冷凝形成的液态非共沸工质进入非共沸工质（液态）管路16；管外液体分布器10的作用是将液体均匀的分布在传热管9的外壁面，液体经过管外液体分布器10后由于自身的重力在传热管9的外壁面自上而下流动被加热；溶液再生腔体7实现在传热管9的管外表面稀溶液自上而下流动过程中被加热变成浓溶液并释放出制冷剂蒸汽的过程，产生的浓溶液进入浓溶液管路22，产生的制冷剂蒸汽进入制冷剂（汽态）管路19；制冷剂蒸发腔体6实现液态制冷剂变成汽态制冷剂的过程，液态制冷剂由制冷剂（液态）管路17进入，经过管外液体分布器10后在传热管9管外壁面自上而下的流动，流动过程中被传热管9加热由液态变成汽态，产生的汽态的制冷剂进入制冷剂（汽态）管路21。所述热泵机组包括三个内部工质循环回路：非共沸工质循环回路、溶液循环回路和制冷剂循环回路构成；非共沸工质循环回路包括蒸发器1、电动压缩机2、非共沸工质冷凝腔体8、传热管9和节流阀14以及连接管路构成；液态非共沸工质在蒸发器内被余热水管路15加热变成汽态，然后进入电动压缩机2被进一步提升其温度和压力，升温升压后的非共沸工质在冷凝-蒸发-再生换热器3内的所有传热管9的管内通道放热由汽态变成液态后进入非共沸工质（液态）管路16，经过节流阀14减温减压后进入蒸发器1完成非共沸工质循环；溶液循环回路包括吸收器5、溶液再生腔体7、传热管9、溶液换热器11、溶液泵13和连接管路组成；浓溶液通过浓溶液管路22进入吸收器5后吸收来自制冷剂（汽态）管路21的汽态制冷剂后浓度降低同时释放热量加热被加热介质管路23管内的需要加热的介质；稀溶液进入稀溶液管路24经过溶液换热器11后进入溶液再生腔体7，稀溶液经过管外液体分布器10后由于重力作用在传热管9的外壁面流动，流动过程中被传热管9加热析出制冷剂蒸汽，同时稀溶液浓缩成浓溶液，浓溶液进入浓溶液管路22经过溶液换热器11和溶液泵13后进入吸收器5完成溶液循环；制冷剂循环回路由溶液再生腔体7、冷凝器4、制冷剂蒸发腔体6、制冷剂泵12和连接管路组成，在溶液再生腔体7析出的制冷剂蒸汽通过制冷剂（汽态）管路19进入冷凝器4，汽态的制冷剂被冷却介质管路18冷却后由汽态变为液态，液态制冷剂再进入制冷剂（液态）管路17经制冷剂泵12后进入制冷剂蒸发腔体6，液态的制冷剂经过管外液体分布器10后由重力作用在传热管9的外壁面自上而下流动被加热变成汽态，汽态的制冷剂进入制冷剂（汽态）管路21后进入吸收器5被浓溶液吸收。所述热泵机组采用的非共沸工质为具备优良热物理性质的HD-01型超高温三元非共沸环保型工质；该环保型非共沸工质可以实现冷凝温度超过130℃，相比仅采用R245fa等纯工质而言相同工况下具有更高的COP（性能系数）；HD-01非共沸工质同时采用R1234ze、R227ea和R245fa的三元混合物，该三元混合物中R1234ze的质量分数范围为10%-35%，R227ea的质量分数范围为5%-40%，R2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高温非共沸工质热泵机组，其特征在于：所述换热机组包括：蒸发器1、冷凝器4、冷凝‑蒸发‑再生换热器3、吸收器5、电动压缩机2和循环泵节流阀等配件构成；所述热泵机组蒸发器1通过管路与冷凝‑蒸发‑再生换热器3连通，冷凝器4通过管路与冷凝‑蒸发‑再生换热器3连通，吸收器5通过管路与冷凝‑蒸发‑再生换热器3连通；所述热泵的蒸发器1的连接管路包括余热水管路15、非共沸工质（液态）管路16和非共沸工质（汽态）管路20；液态的非共沸工质通过非共沸工质（液态）管路16进入蒸发器1后被余热水管路15内的工业余热介质加热后汽化由液态变成汽态，然后汽态的非共沸工质进入非共沸工质（汽态）管路20后离开蒸发器1再进入电动压缩机2；所述热泵的吸收器5的连接管路包括制冷剂（汽态）管路21、稀溶液管路24、浓溶液管路22和被加热介质管路23；浓溶液进入吸收器5后在流动过程中吸收来自制冷剂（汽态）管路21的冷剂蒸汽，吸收的过程中溶液的浓度降低同时释放热量，该热量用于加热被加热介质管路23的管内介质；最后完成吸收过程的稀溶液通过稀溶液管路24离开吸收器5；所述热泵的冷凝器4的连接管路包括制冷剂（汽态）管路19、制冷剂（液态）管路17和冷却介质管路18；制冷剂蒸汽通过制冷剂（汽态）管路19进入冷凝器4后与冷却介质管路18进行换热被冷却，进而制冷剂蒸汽由汽态变成液态，液态的制冷剂进入制冷剂（液态）管路17离开冷凝器4；所述热泵的冷凝‑蒸发‑再生换热器3通过非共沸工质（汽态）管路20和非共沸工质（液态）管路16与蒸发器1相连；冷凝‑蒸发‑再生换热器3通过稀溶液管路24、浓溶液管路22和制冷剂（汽态）管路21与吸收器5相连；冷凝‑蒸发‑再生换热器3通过制冷剂（汽态）管路19和制冷剂（液态）管路17与冷凝器4相连。...

【技术特征摘要】
1.一种超高温非共沸工质热泵机组，其特征在于：所述换热机组包括：蒸发器1、冷凝器4、冷凝-蒸发-再生换热器3、吸收器5、电动压缩机2和循环泵节流阀等配件构成；所述热泵机组蒸发器1通过管路与冷凝-蒸发-再生换热器3连通，冷凝器4通过管路与冷凝-蒸发-再生换热器3连通，吸收器5通过管路与冷凝-蒸发-再生换热器3连通；所述热泵的蒸发器1的连接管路包括余热水管路15、非共沸工质（液态）管路16和非共沸工质（汽态）管路20；液态的非共沸工质通过非共沸工质（液态）管路16进入蒸发器1后被余热水管路15内的工业余热介质加热后汽化由液态变成汽态，然后汽态的非共沸工质进入非共沸工质（汽态）管路20后离开蒸发器1再进入电动压缩机2；所述热泵的吸收器5的连接管路包括制冷剂（汽态）管路21、稀溶液管路24、浓溶液管路22和被加热介质管路23；浓溶液进入吸收器5后在流动过程中吸收来自制冷剂（汽态）管路21的冷剂蒸汽，吸收的过程中溶液的浓度降低同时释放热量，该热量用于加热被加热介质管路23的管内介质；最后完成吸收过程的稀溶液通过稀溶液管路24离开吸收器5；所述热泵的冷凝器4的连接管路包括制冷剂（汽态）管路19、制冷剂（液态）管路17和冷却介质管路18；制冷剂蒸汽通过制冷剂（汽态）管路19进入冷凝器4后与冷却介质管路18进行换热被冷却，进而制冷剂蒸汽由汽态变成液态，液态的制冷剂进入制冷剂（液态）管路17离开冷凝器4；所述热泵的冷凝-蒸发-再生换热器3通过非共沸工质（汽态）管路20和非共沸工质（液态）管路16与蒸发器1相连；冷凝-蒸发-再生换热器3通过稀溶液管路24、浓溶液管路22和制冷剂（汽态）管路21与吸收器5相连；冷凝-蒸发-再生换热器3通过制冷剂（汽态）管路19和制冷剂（液态）管路17与冷凝器4相连。2.根据权利要求1所述的一种超高温非共沸工质热泵机组，其特征在于：所述热泵的冷凝-蒸发-再生换热器3包含非共沸工质冷凝腔体8、制冷剂蒸发腔体6和溶液再生腔体7构成；冷凝-蒸发-再生换热器3的连接管路包括非共沸工质（汽态）管路20、制冷剂（液态）管路17、制冷剂（汽态）管路21、非共沸工质（液态）管路16、稀溶液管路24、浓溶液管路22和制冷剂（汽态）管路19；冷凝-蒸发-再生换热器3同时实现非共沸工质冷凝、稀溶液再生和液态制冷剂蒸发的换热过程；冷凝-蒸发-再生换热器3内部的非共沸工质冷凝腔体8实现来自非共沸工质（汽态）管路20的汽态非共沸工质在传热管9管内空间由气相变为液相的冷凝过程，冷凝形成的液态非共沸工质进入非共沸工质（液态）管路16；管外液体分布器10的作用是将液体均匀的分布在传热管9的外壁面，液体经过管外液体分布器10后由于自身的重力在传热管9的外壁面自上而下流动被加热；溶液再生腔体7实现在传热管9的管外表面稀溶液自上而下流动过程中被加热变成浓溶液并释放出制冷剂蒸汽的过程，产生的浓溶液进入浓溶液管路22，产生的制冷剂蒸汽进入制冷剂（汽态）管路...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙健，戈志华，杜小泽，杨勇平，董小波，刘靖宇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11