本实用新型专利技术提供了一种干燥介质梯级加热与余热梯级回收的热泵系统，包括干燥间以及与之相连通的干燥介质流入通道和流出通道，热泵系统至少包括有两套热泵机组，每套热泵机组均包括有压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器；冷凝器均设置在干燥介质流入通道内，至少一个蒸发器设置在干燥介质流出通道内；各套热泵机组内的冷凝器在干燥介质流入通道中自进口开始向干燥间顺序排列设置，其每套相对应的且位于干燥介质流出通道中的蒸发器自干燥介质流出口开始向干燥间顺序排列设置。本实用新型专利技术降低了各套热泵机组自身的冷凝器与蒸发器之间的温差、压差和压缩比，提高了各套热泵机组的能效比，提高了整个热泵系统的能效比，改善了压缩机组的工况。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及干热泵设计
，尤其涉及一种干燥介质梯级加热与余热梯 级回收的热泵系统。
技术介绍
热泵是一种以压缩机为动力，通过制冷工质在低温热源的蒸发和在高温热源的冷 凝，将低温热源的热量转移到高温热源的热工装置。 通常用于热泵装置的蒸发器吸热的低温热源，是我们周围的介质，如空气、河水、 湖水、地下水等等，也可以是工业生产过程中产生的带有余热的废气废水废液。 通常，将热泵用于对空气、水、油等介质的加热，这些介质就是热泵的高温热源。 但是，在现有的热泵系统中，如果低温热源温度低、被加热介质温度高，则热泵系 统蒸发器的蒸发压力低，冷凝器的冷凝压力高，造成压缩机吸气压力与排气压力两者之间 的"压差"扩大，压缩比增加，压缩机排气温度升高，压缩机工况恶化，制冷能力下降，制热能 力下降，系统能效比下降。目前的热泵系统，在低温条件下，无法满足高温干燥、空气加热以 及卫生热水的生产需求。 现以空气源热泵热水器讨论之。 在空气源热泵热水生产装置中，目前主要采用单级压缩系统，其基本工作过程是， 制冷剂在蒸发器中吸收空气热能而成为低压蒸汽，被压缩机吸入压缩成高温高压的蒸汽， 排入水箱中的冷凝器向水箱中自来水放出热量后冷凝为制冷剂液体，再经过节流装置减 压，再次流入蒸发器，从而进入新一轮循环，如此循环往复，不断将作为低温热源的空气中 的热能，泵入作为高温热源的卫生热水。 如此运行的单级压缩式热泵热水生产装置，其制热效率（能效比）主要由热泵系 统的冷凝压力和蒸发压力决定。 因为热泵系统的蒸发温度必须低于环境空气的温度，蒸发器中的液态制冷剂才能 从蒸发器外的空气中吸收到热量，蒸发汽化；所以热泵系统的蒸发压力主要是由环境空气 的温度决定的，环境温度低则蒸发压力低，压缩机吸入的制冷剂气体的密度低，制冷剂循环 量小，制热能力差；环境温度高则蒸发压力高，压缩机吸入的制冷剂气体的密度大，制冷剂 循环量大，制热能力强。热泵热水系统的冷凝温度又必须高于热水温度，冷凝器中的制冷剂 气体才能放热冷凝液化，将热量放给水箱中冷凝器外的热水；所以热泵热水机组的冷凝压 力主要是由水箱中热水的温度决定的，热水温度低则冷凝压力低，压缩机工况好，热泵系统 能效比高；热水温度升高则冷凝压力升高，压缩机工况变差，热泵系统能效比降低。 对于热泵热水机组，如果环境（低温热源）温度高（例如15°c)、热水（高温热 源）温度低（例如25°c)，则热泵系统蒸发器内的蒸发压力较高（使用R22可达6atm以 上），冷凝器内的冷凝压力较低（大约12atm)，压缩机吸气压力与排气压力两者之间的"压 差"较小，压缩比小，压缩机排气温度较低，压缩机工况良好，制冷能力极强，制热能力极强， 能效比（制热功率与所耗电功率的比值）达到10倍以上。 但如果环境温度低、热水温度高，则热泵系统蒸发器的蒸发压力低，冷凝器的冷凝 压力高，造成压缩机吸气压力与排气压力两者之间的"压差"增高，压缩比增高，压缩机排气 温度升高，制热能力下降的"三高一低"现象，压缩机工况恶化。 请参考下表，按照美国品牌压缩机"谷轮"生产商2011年发布的数据，一款 ZW108KS三相涡旋压缩机的不同的蒸发温度、冷凝温度与电机吸入功率P和制热功率（制热 量）H之间的关系，其中，此压缩机采用R22制冷剂。ZW108KS三相涡旋压缩机的不同的蒸发温度、冷凝温度与电机吸入功率P和制热 功率（制热量）H之间的关系 从上表中可看出，在蒸发温度15°c冷凝温度25°C条件下，压缩机吸入电功率 4435W、制热量47595W，其制热效率高达10. 7 ;但还是这款ZW108KS压缩机，在蒸发温度一 25°C、冷凝温度+65°C的条件下，吸入电功率9825W、制热量15858W，其制热效率降至1.61 ; 与前一个工况比较，压缩机吸入电功率增加121%，制热量降低66. 7%，出现了冷凝压力升 高、压缩比升高、压缩机排气温度升高、制热效率降低的"三高一低"的现象，压缩机工况严 重恶化。并且，这还是实验室数据，在实际的制热系统中，因为蒸发器、冷凝器"两器"的沿 程阻力、系统运行过程中反复进行蒸发器上的反转化霜、水泵与风机的动力消耗等等因素， 系统的制热效率将< 1. 5，接近电阻型用电器直接电加热的效率，"热泵"的高能效比和高经 济性丧失殆尽。 这就是在冷凝器与蒸发器之间进行大温差、大压差、高压缩比运行的热泵的必然 结果。 因此，提高热泵系统的能效比和改善热泵系统的工况，根本出路在于提高蒸发压 力、降低冷凝压力，也就是要求尽可能地提高低温热源的温度，尽可能地调低高温热源（被 加热介质）温度。 将载有余热的废气废水废液，用作热泵的低温热源，虽然容易导致热泵蒸发器被 污染甚至报废，但这样温位的低温热源能够提高热泵的蒸发温度、蒸发压力，从而提高整个 热泵系统的负荷和效率，因而对于热泵应用来说还是具有很大的诱惑力。 在许多工业和民用的用热场合，流出干燥、加热等热工系统的载有余热的空气、烟 气、废水，其所载余热占总用热的比例很高，如果将载有余热的介质（空气、水等）作为热泵 的低温热源，则热泵系统的蒸发压力、蒸发温度可以大幅提高，压缩机吸入的制冷剂气体的 密度提高，制冷剂循环量提高，制热能力增强，因此余热回收具有极高的技术意义和经济价 值。 例如谷物干燥过程，用热量巨大，日干燥2000吨潮湿谷物的中等处理能力的粮 库，在夏收季节、秋收季节，每天需要脱除（蒸发）潮湿谷物中水分140吨左右，所需热量高 达8X109kcal，按照总热效率60 %计算，所需煤炭、天然气、秸杆等燃料折合标准煤20吨。 谷物干燥，需要把空气加热到60°C以上（如果干燥对象为谷物种子，则加热到45°C左右）， 再用这60°C(或45°C)以上的干燥空气和潮湿谷物进行热交换，吸收谷物的水分。在谷物 干燥过程中，干燥空气温度下降、相对湿度和绝对含湿量增加，但干燥空气作"等焓"变化， 即空气的焓值（能量密度）保持不变，空气的总能量没有减少（忽略干燥过程中干燥空气 对环境的漏热）；干燥空气降温释放出的部分显热，转变成了潮湿谷物水分蒸发成水蒸汽 的潜热，空气的湿负荷快速增大。干燥谷物之后的潮湿空气在40°C左右，其所携带的余热， 包括空气的显热和水蒸汽的潜热，与干燥之前空气被加热时的吸热量基本相等，数量十分 巨大，作为热泵的低温热源，具有极高的回收价值。 但是，目前热泵应用依然面临能效偏比低的问题。干燥等操作，通常需要空气等干 燥介质，具有较大幅度的温升以大幅度降低空气的相对湿度来获得较强的吸湿能力，这就 要求目前使用的热泵系统的冷凝器具有较高的冷凝温度；但如前所述，较高的冷凝温度与 冷凝压力，必然降低热泵系统的能效比。而如果没有足够高的能效比，必然难于消化热泵系 统的设备费、电费等成本，造成热泵系统难于实际运营。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供了一种干燥介质梯级加热与余热梯级回收的 热泵系统，包括干燥间以及与干燥间相连通的干燥介质流入通道和干燥介质流出通道，所 述热泵系统至少包括有两套热泵机组，每套热泵机组均包括有相连的压缩机、冷凝器、节流 阀和蒸发器；所述冷凝器均设置在所述干燥介质流入通道内，至少一个蒸发器设置在所述 干燥介质流出本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种干燥介质梯级加热与余热梯级回收的热泵系统，其特征在于，包括干燥间以及与干燥间相连通的干燥介质流入通道和干燥介质流出通道，所述热泵系统至少包括有两套热泵机组，每套热泵机组均包括有相连的压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器；所述冷凝器均设置在所述干燥介质流入通道内，至少一个蒸发器设置在所述干燥介质流出通道内；其中，所有热泵机组内的冷凝器自所述干燥介质流入通道的进口开始向所述干燥间顺序排列设置，其每套相对应的且位于所述干燥介质流出通道内的蒸发器自所述干燥介质流出通道的出口开始向所述干燥间顺序排列设置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：薛世山，李成伟，王亮，马骥，刘玉恩，王庆伦，周萍，周孑民，
申请(专利权)人：上海伯涵热能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31
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