一种多热源耦合的复合蒸发器及其热泵系统技术方案

本发明专利技术提供一种多热源耦合的复合蒸发器及其热泵系统，在实现多热源的耦合使用的同时，提高热泵的使用效率和能源利用率，同时还可以回收烟气余热兼以消白，并有效的防止蒸发器侧结霜。所述的复合蒸发器，包括壳体，以及分别设置在壳体两端的法兰；所述的壳体包括外壳体和内壳体；外壳体和内壳体之间的间隙内设置螺旋形的制冷剂流道；内壳体内侧的空腔形成耦合工质流道，两端分别为耦合工质进口和耦合工质出口；外壳体外侧设置有若干烟气冷却翅片，相邻烟气冷却翅片间形成用于交换热量的烟气通道，外壳体两端分别设置有连通制冷剂流道的制冷剂进口和制冷剂出口。

A multi heat source coupled composite evaporator and its heat pump system

【技术实现步骤摘要】
一种多热源耦合的复合蒸发器及其热泵系统
本专利技术涉及供热
，具体为一种多热源耦合的复合蒸发器及其热泵系统。
技术介绍
由于能源危机以及环境污染问题，人们越来越重视可再生能源的利用及开发。特别是在建筑供热领域内，人们更是大力的推广太阳能、地热能、空气能等可再生能源的应用，可再生能源供热已成为实现建筑节能的重要措施和途径之一。但是若单一的使用一种新能源或者可再生能源进行供热，会由于新的可再生能源本身的缺陷：时空分布不均、投入不稳定、系统易受客观因素影响等而使供热效果不佳，这就制约了其在建筑供热领域中的应用及推广。热泵系统同样属于新能源技术，其主要是从自然界中的水、空气、土壤以及地下热能中获取低品位的热能，通过电力做功，转换为高品位的热能，实现能量的梯级转换，达到制热或者制冷的目的。其中空气源热泵是不错的选择，但空气源热泵在寒冷的冬季运行时，会由于环境气温及湿度的影响，使室外蒸发器表面结霜，一旦结霜，霜层厚度则会不断的积聚，从而影响了蒸发器表面的空气流动及换热，使得蒸发器表面的换热能力减弱，进一步的导致了热泵系统的性能系数和换热量，影响其使用效果。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种多热源耦合的复合蒸发器及其热泵系统，在实现多热源的耦合使用的同时，提高热泵的使用效率和能源利用率，同时还可以回收烟气余热兼以消白，并有效的防止蒸发器侧结霜。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种多热源耦合的复合蒸发器，包括壳体，以及分别设置在壳体两端的法兰；所述的壳体包括外壳体和内壳体；外壳体和内壳体之间的间隙内设置螺旋形的制冷剂流道；内壳体内侧的空腔形成耦合工质流道，两端分别为耦合工质进口和耦合工质出口；外壳体外侧设置有若干烟气冷却翅片，相邻烟气冷却翅片间形成用于交换热量的烟气通道，外壳体两端分别设置有连通制冷剂流道的制冷剂进口和制冷剂出口。优选的，所述的壳体呈腰圆形设置。优选的，所述烟气冷却翅片为腰圆形翅片或者等间距向外延伸的矩形翅片；若干烟气冷却翅片相互平行，且垂直于外壳体设置。优选的，所述内壳体两端的耦合工质进口和耦合工质出口，与外壳体两端的制冷剂进口和制冷剂出口的进出口方向相反，用于耦合工质和制冷剂之间的逆流换热。优选的，所述外壳体和内壳体之间呈等间隙设置；外壳体、内壳体和烟气冷却翅片采用整体铸造加工形成制冷剂流道、耦合工质流道和烟气通道，铸造材料为铸铝硅、工业纯铜、不锈钢或铝的一种；或外壳体和内壳体采用整体铸造加工形成制冷剂流道和耦合工质流道，烟气冷却翅片采用焊接固定在外壳体外壁面上，且烟气冷却翅片上涂覆有防腐涂层。一种多热源耦合的热泵系统，包括依次连接的压缩机、冷凝器、节流阀和上述任意一项所述的复合蒸发器；所述的复合蒸发器置于烟气余热利用的烟道内，热泵系统的其他部分置于烟气余热利用的烟道外；法兰用于将复合蒸发器连接至热泵系统的管路上；制冷剂流道的进口连接节流阀的输出端，出口连接压缩机的输入端；耦合工质流道连接耦合工质循环系统；所述的压缩机的输出端经冷凝器的放热回路连接节流阀的输入端；所述的冷凝器的吸热回路连接储热水箱。优选的，制冷剂流道的出口连接四通阀的第一输入端，四通阀的第一输出端经气液分离器连接压缩机的输入端，第二输入端连接压缩机的输出端，第二输出端经冷凝器的放热回路连接节流阀的输入端。优选的，耦合工质流道内的换热工质为水、乙二醇溶液、导热油等的液体换热工质的一种，所述液体换热工质经耦合工质循环系统吸收太阳能、地热能、污水废水热能、海水热能或盐溶液喷淋获得的空气能后，供应到耦合工质流道进行放热。优选的，所述耦合工质流道的一端设置有蒸发器侧循环水泵；冷凝器的一端设置有冷凝器侧循环水泵；节流阀和制冷剂流道之间设置有过滤器。进一步，当空气源热泵单独运行时，蒸发器侧循环水泵关闭，烟道内有烟气供给，烟气与制冷剂流道中的制冷剂单独换热；当烟气—水源热泵联合运行时，蒸发器侧循环水泵开启，烟道内有烟气供给，烟气与耦合工质同时和制冷剂换热，进行多热源互补耦合供热；换热时，低温低压的液体制冷剂在复合蒸发器的螺旋管流道内变成低压的制冷剂送入到压缩机升压，升压后在冷凝器中放热，再经节流阀进入复合蒸发器中完成换热过程，依次循环，完成热泵的正常运行。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术的热泵系统实现热泵的多热源互补耦合使用，通过设置在烟道内的复合蒸发器，构成消白系统的低温除湿部件，回收烟气余热，降低烟气的温度，以达消白的目的，解决发展和环境问题；通过设置在烟道外的其他部分，将高温热源的烟气和低温热源的耦合工质能够同时进行对制冷剂的换热实现多热源的耦合；同时还可以吸收烟气中的汽化潜热，把烟气中的余热“吃干榨净”，达到能源的高效利用，有效的提高锅炉使用效率，同时还可以降温除湿。与此同时，设置在外壳体上的烟气冷却翅片侧较传统的空气源热泵蒸发器侧，可有效的防止蒸发器侧结霜的问题，使得热泵系统更加安全高效的运行。附图说明图1为本专利技术实例中所述复合蒸发器的主视图示意图。图2为本专利技术实例中所述复合蒸发器的左视图示意图。图3为本专利技术实例中所述复合蒸发器的俯视图示意图。图4为本专利技术实例中所述热泵系统的结构示意图。图5为本专利技术实例中所述复合蒸发器烟气冷却翅片形状的形状示意图。图6为本专利技术实例中所述复合蒸发器采用矩形翅片的结构示意图。图7为本专利技术实例中所述复合蒸发器采用腰圆形壳体和针翅的结构示意图。图中：1-烟气冷却翅片；2-耦合工质流道；3-制冷剂流道；4-烟气进口；5-法兰；6-复合蒸发器；301-制冷剂进口；302-制冷剂出口；201-耦合工质进口；202-耦合工质出口；7-压缩机；8-冷凝器；9-节流阀；10-过滤器；11-气液分离器；12-四通阀；203-耦合工质循环系统；204-蒸发器侧循环水泵；205-供热循环系统；206冷凝器侧循环水泵。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术考虑到单一可再生能源供热与热泵系统的特点，利用多热源复合热泵技术将太阳能、地热能等可再生能源和烟气余热能结合起来联合供热，进行多热源互补耦合的应用，可扬长避短、优势互补，较好的实现多热源在建筑供热领域中的应用，使得整个供热/制冷可以稳定高效的运行。同时，将复合蒸发器6放置在产生烟气的尾部烟道中，一方面吸收烟气中的汽化潜热，回收烟气余热，有效地提高供热效率，另一方面蒸发器在烟道中构成了消白系统的除湿部件，降低烟气的温度以达到消白的目的。本专利技术一种多热源耦合的热泵系统，如图4所示，包括设置在烟道内的复合蒸发器6，和烟道外的冷凝器8、压缩机7和节流阀9，以及连接管路。所述热泵系统中的制冷剂，依次流经压缩机7、冷凝器8、节流阀9和复合蒸发器6完成换热过程，依次循环，保证热泵的正常运行；其中，复合蒸发器6构成消白系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多热源耦合的复合蒸发器，其特征在于，包括壳体，以及分别设置在壳体两端的法兰(5)；/n所述的壳体包括外壳体和内壳体；外壳体和内壳体之间的间隙内设置螺旋形的制冷剂流道(3)；内壳体内侧的空腔形成耦合工质流道(2)，两端分别为耦合工质进口(201)和耦合工质出口(202)；外壳体外侧设置有若干烟气冷却翅片(1)，相邻烟气冷却翅片(1)间形成用于交换热量的烟气通道，外壳体两端分别设置有连通制冷剂流道(3)的制冷剂进口(301)和制冷剂出口(302)。/n

【技术特征摘要】
1.一种多热源耦合的复合蒸发器，其特征在于，包括壳体，以及分别设置在壳体两端的法兰(5)；
所述的壳体包括外壳体和内壳体；外壳体和内壳体之间的间隙内设置螺旋形的制冷剂流道(3)；内壳体内侧的空腔形成耦合工质流道(2)，两端分别为耦合工质进口(201)和耦合工质出口(202)；外壳体外侧设置有若干烟气冷却翅片(1)，相邻烟气冷却翅片(1)间形成用于交换热量的烟气通道，外壳体两端分别设置有连通制冷剂流道(3)的制冷剂进口(301)和制冷剂出口(302)。


2.根据权利要求1所述的一种多热源耦合的复合蒸发器，其特征在于，所述的壳体呈腰圆形、圆形、椭圆、方形或其他多边形设置。


3.根据权利要求1所述的一种多热源耦合的复合蒸发器，其特征在于，所述烟气冷却翅片(1)为腰圆形翅片、H形翅片、螺旋翅片、针翅或者等间距向外延伸的矩形翅片；若干烟气冷却翅片(1)相互平行，且垂直于外壳体设置。


4.根据权利要求1所述的一种多热源耦合的复合蒸发器，其特征在于，所述内壳体两端的耦合工质进口(201)和耦合工质出口(202)，与外壳体两端的制冷剂进口(301)和制冷剂出口(302)的进出口方向相反，用于耦合工质和制冷剂之间的逆流换热。


5.根据权利要求1所述的一种多热源耦合的复合蒸发器，其特征在于，所述外壳体和内壳体之间呈等间隙设置；
外壳体、内壳体和烟气冷却翅片(1)采用整体铸造加工形成制冷剂流道(3)、耦合工质流道(2)和烟气通道，铸造材料为铸铝硅、工业纯铜、不锈钢或铝的一种；
或外壳体和内壳体采用整体铸造加工形成制冷剂流道(3)和耦合工质流道(2)，烟气冷却翅片(1)采用焊接固定在外壳体外壁面上，且烟气冷却翅片(1)上涂覆有防腐涂层。


6.一种多热源耦合的热泵系统，其特征在于，包括依次连接的压缩机(7)、冷凝器(8)、节流阀(9)和权利要求1-5任意一项所述的复合蒸发器(6)；
所述的复合蒸发器(6)置于烟气余热利用的烟道内，热泵系统的其...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁志远，李玉峰，桂雍，赵钦新，王云刚，邵怀爽，郭辉，高云龙，
申请(专利权)人：西安交通大学，博瑞特热能设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61