一种半开式高温热泵系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术提供一种半开式高温热泵系统，系统包括压缩机、接触式冷凝器、换热器、蒸发器、净水器、冷水泵、热水泵、循环水泵和真空泵。压缩机排气口连接接触式冷凝器，接触式冷凝器通过换热器连接蒸发器，蒸发器通过上方排气口连接压缩机吸气口，净水器出口通过冷水泵分别接入压缩机、接触式冷凝器、蒸发器，蒸发器下方出口通过循环水泵连接接触式冷凝器，接触式冷凝器上方连接真空泵，下方连接热水泵。系统采用水为循环工质，采用高传热效率的接触式冷凝器，具有环保高效的特点，且能回收50℃以上的低温余热，提供90℃以上的高温热水。相比现有技术，本发明专利技术有效降低传热热阻，提高传热效率，高效回收低温余热，并提高热源品质，实现再次利用。

A semi open high temperature heat pump system and its working method

【技术实现步骤摘要】
一种半开式高温热泵系统及其工作方法
本专利技术涉及一种半开式高温热泵系统，属于能源利用与回收

技术介绍
自21世纪起，我国更加重视减少工业生产中环境污染以及能源浪费等现象，相关资料表明，我国工业余热总资源占消耗总量17％～67％，同时现阶段我国余热回收利用率低于30％，明显低于发达国家的余热回收利用率，每年造成极大的能源浪费现象。因此，现阶段我国充分发展余热回收领域，减少能源浪费显得十分必要。热泵是一种充分回收利用低品位热能的高效节能装置。但目前主要采用以氟氯烃为循环工质的热泵系统存在一定问题，其一方面，存在臭氧层破坏和温室效应等环境问题，另一方面，受临界温度的限制，很少能够实现90℃以上的供热温度。水作为一种自然工质，具有无毒环保高效的优势，且临界温度高达374.3℃，是一种理想的高温热泵工质。但水作为循环工质也存在体积流量大，压缩机排气温度高等问题，且采用封闭循环时，为了保障循环水的品质，蒸发器和冷凝器都不能采用接触式换热器，这无疑会增加传热热阻，降低系统循行效率，同时以水为循环工质的热泵系统在冬季非运行状态时存在循坏工质的冻结等技术难题。因此，开发一种新型的以水为循环工质的高温热泵系统就显尤为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种以水为循环工质的半开式高温热泵系统及其工作方法。本专利技术在采用水为循环工质、工业余热作为驱动热源的基础上，采用接触式冷凝器增加换热器换热效率，减少传热温差，增加余热回收量，从而提高最终输出热水的温度。为达到上述目的，本专利技术为解决上述问题所采用的技术方案如下：一种半开式高温热泵系统，包括压缩机1、接触式冷凝器2、换热器3、蒸发器4、净水器5、冷水泵6和热水泵7，其中所述接触式冷凝器2内自上而下依次设置有滤网2a、喷淋管2b、填料2c、蒸汽管2d和电加热器2e，顶部通过管道依次连接有第十二阀门28和真空泵9；所述压缩机1出口a通过管道依顺连接第一阀门17，接触式冷凝器2的蒸汽管2d的入口b，接触式冷凝器2底部出口c通过管道依顺连接第二阀门18，热水泵7，第一单向阀33向外界输出，接触式冷凝器2底部出口d通过管道连接第三阀门19至所述换热器3的入口e，换热器3的出口f通过管道依顺连接第四电阀门20，第一节流阀10至所述蒸发器4的入口g，蒸发器4上方的蒸汽出口i通过管道连接第六阀门22至压缩机1的入口j；所述净水器5出口通过管道依次连接第七阀门23、冷水泵6、第二单向阀34后分为三路，一路经第八阀门24、第三单向阀35、第一调节阀13后连接压缩机1喷水孔口k处，另一路经第九阀门25、第四单向阀36连接换热器3入口m，换热器3出口n经过第二调节阀14、第十阀门26连接至接触式冷凝器2的喷淋管2b的入口o，再一路经第十一阀门27、第五单向阀37、第二节流阀11连接蒸发器4上方的入口p；所述蒸发器4底部出口q通过管道依次连接第十三阀门29、循环水泵8、第六单向阀38至接触式冷凝器2的蒸汽管2d的入口b，右端通过驱动热源管依次经过过滤器32、第十四阀门30连接蒸发器4入口r，蒸发器4出口s通过第十五阀门31输出驱动热源。进一步优选，所述接触式冷凝器2顶部设置有安全阀15和不凝结气放空调节阀16。进一步优选，所述换热器3出口f与蒸发器4的入口h之间采用管道依次连接有第五阀门21、毛细管12。进一步优选，所述蒸发器4为系统循环工质水走壳程的壳管满液式蒸发器；所述换热器3为板式换热器或管翅式换热器。进一步优选，所述第一阀门17至第十五阀门31均为电磁阀、柱塞式截止阀或闸阀。为达到上述目的，本专利技术为解决上述问题所采用的另一技术方案如下：一种半开式高温热泵系统的工作方法，包括四种工作阶段，即：A、系统抽真空与加注方法，B、系统开机及正常运行，C、系统停机，D、系统防冻。A、系统抽真空与加注方法同时打开第一阀门、第三阀门、第四阀门、第六阀门、第十二阀门，打开真空泵将系统内压力抽至负压，以降低在系统运行过程中蒸发温度，当接触式冷凝器内压力达到要求后，关闭真空泵、第十二阀门，保持系统内部压力稳定；打开冷水泵、第七阀门、第十一阀门，使经过净水器处理后的循环工质水经过第七阀门、第十一阀门，再经由第二节流阀节流降压后，通过蒸发器上方入口p充注至蒸发器中，以保证蒸发器内压力不变，待循环工质充足时关闭冷水泵、第七阀门、第十一阀门，系统循环工质加注完成；B、系统开机及正常运行当系统抽真空与加注工作完成后，打开第十四阀门、第十五阀门，使工业废热沿驱动热源管，经过过滤器、第十四阀门由蒸发器管程入口r进入蒸发器，与循环工质换热后，由蒸发器壳程出口s经过第十五阀门排出，打开压缩机，水蒸气从蒸发器上方出口i经过第六阀门从压缩机吸气口j进入压缩机压缩，压缩后水蒸气从压缩机排气口a排出并经过第一阀门从蒸汽管2d的入口b进入接触式冷凝器并通过蒸汽管2d两侧的排气口将水蒸气喷入接触式冷凝器中，待接触式冷凝器中压力达到要求值后，系统将进入正常运行状态，打开冷水泵、热水泵、第二阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门，经过净水器处理后的工质水经过第七阀门、冷水泵后，一部分通过第八阀门、第一调节阀从压缩机喷水孔k喷入压缩机，以降低压缩机排气过热度，同时增加蒸汽产量，另一部分通过第九阀门由换热器入口m进入换热器后从换热器出口n流出，并经过第二调节阀、第十阀门由喷淋管的入口o喷入接触式冷凝器中，与蒸汽管2d排出的高温水蒸气进行接触式热质交换形成高温水，接触式冷凝器内的高温水一部分通过接触式冷凝器下方出口c经由第二阀门、热水泵为外界提供热量，另一部分从接触式冷凝器下方出口d排出，经过第三阀门、换热器、第四阀门并由第一节流阀节流降压后由蒸发器上方入口g进入蒸发器中，形成循环。C、系统停机关闭压缩机、第一阀门、第三阀门、第四阀门、第六阀门、第八阀门、第十四阀门、第十五阀门，系统内工质不在循环，同时不再提供低温热源，冷水泵、热水泵继续工作，吸收接触式冷凝器内的余热，待接触式冷凝器内温度降低至一定温度时，关闭冷水泵、热水泵、第二阀门、第七阀门、第九阀门、第十阀门，系统停止运行；D、系统防冻当系统停机且环境温度过低时，打开接触式冷凝器内的电加热器2e、循环水泵、第三阀门、第五阀门、第十三阀门，使蒸发器内工质水从蒸发器下方出口q排出，经过第十三阀门、循环水泵从蒸汽管2d的入口b进入接触式冷凝器并通过蒸汽管2d两侧的排气口将工质水排出，接触式冷凝器内工质水从接触式冷凝器下方出口d排出，经过第三阀门、第五阀门后由毛细管节流降压够从蒸发器上方入口h进入蒸发器，以维持蒸发器内部压力，形成循环，使系统内循环工质水处于流动状态，防止因循环工质冻结而破坏系统；进一步，所述压缩机喷水孔口k前第一调节阀开度与压缩机排气口a过热度成正比例调节，确保压缩机排气过热度保持较低水准，同时增加压缩机排气量；进一步，喷淋水量调节由第二调节阀控制，第二调节阀开度由接触式冷凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半开式高温热泵系统，包括：压缩机(1)、接触式冷凝器(2)、换热器(3)、蒸发器(4)、净水器(5)、冷水泵(6)和热水泵(7)，其特征在于：所述接触式冷凝器(2)内自上而下依次设置有滤网(2a)、喷淋管(2b)、填料(2c)、蒸汽管(2d)和电加热器(2e)，顶部通过管道依次连接有第十二阀门(28)和真空泵(9)；所述压缩机(1)出口a通过管道依顺连接第一阀门(17)，接触式冷凝器(2)的蒸汽管(2d)的入口b，接触式冷凝器(2)底部出口c通过管道依顺连接第二阀门(18)，热水泵(7)，第一单向阀(33)向外界输出，接触式冷凝器(2)底部出口d通过管道连接第三阀门(19)至所述换热器(3)的入口e，换热器(3)的出口f通过管道依顺连接第四电阀门(20)，第一节流阀(10)至所述蒸发器(4)的入口g，蒸发器(4)上方的蒸汽出口i通过管道连接第六阀门(22)至压缩机(1)的入口j；/n所述净水器(5)出口通过管道依次连接第七阀门(23)、冷水泵(6)、第二单向阀(34)后分为三路，一路经第八阀门(24)、第三单向阀(35)、第一调节阀(13)后连接压缩机(1)喷水孔口k处，另一路经第九阀门(25)、第四单向阀(36)连接换热器(3)入口m，换热器(3)出口n经过第二调节阀(14)、第十阀门(26)连接至接触式冷凝器(2)的喷淋管(2b)的入口o，再一路经第十一阀门(27)、第五单向阀(37)、第二节流阀(11)连接蒸发器(4)上方的入口p；/n所述蒸发器(4)底部出口q通过管道依次连接第十三阀门(29)、循环水泵(8)、第六单向阀(38)至接触式冷凝器(2)的蒸汽管(2d)的入口b，右端通过驱动热源管依次经过过滤器(32)、第十四阀门(30)连接蒸发器(4)入口r，蒸发器(4)出口s通过第十五阀门(31)输出驱动热源。/n...

【技术特征摘要】
1.一种半开式高温热泵系统，包括：压缩机(1)、接触式冷凝器(2)、换热器(3)、蒸发器(4)、净水器(5)、冷水泵(6)和热水泵(7)，其特征在于：所述接触式冷凝器(2)内自上而下依次设置有滤网(2a)、喷淋管(2b)、填料(2c)、蒸汽管(2d)和电加热器(2e)，顶部通过管道依次连接有第十二阀门(28)和真空泵(9)；所述压缩机(1)出口a通过管道依顺连接第一阀门(17)，接触式冷凝器(2)的蒸汽管(2d)的入口b，接触式冷凝器(2)底部出口c通过管道依顺连接第二阀门(18)，热水泵(7)，第一单向阀(33)向外界输出，接触式冷凝器(2)底部出口d通过管道连接第三阀门(19)至所述换热器(3)的入口e，换热器(3)的出口f通过管道依顺连接第四电阀门(20)，第一节流阀(10)至所述蒸发器(4)的入口g，蒸发器(4)上方的蒸汽出口i通过管道连接第六阀门(22)至压缩机(1)的入口j；
所述净水器(5)出口通过管道依次连接第七阀门(23)、冷水泵(6)、第二单向阀(34)后分为三路，一路经第八阀门(24)、第三单向阀(35)、第一调节阀(13)后连接压缩机(1)喷水孔口k处，另一路经第九阀门(25)、第四单向阀(36)连接换热器(3)入口m，换热器(3)出口n经过第二调节阀(14)、第十阀门(26)连接至接触式冷凝器(2)的喷淋管(2b)的入口o，再一路经第十一阀门(27)、第五单向阀(37)、第二节流阀(11)连接蒸发器(4)上方的入口p；
所述蒸发器(4)底部出口q通过管道依次连接第十三阀门(29)、循环水泵(8)、第六单向阀(38)至接触式冷凝器(2)的蒸汽管(2d)的入口b，右端通过驱动热源管依次经过过滤器(32)、第十四阀门(30)连接蒸发器(4)入口r，蒸发器(4)出口s通过第十五阀门(31)输出驱动热源。


2.根据权利要求1所述一种半开式高温热泵系统，其特征在于：所述接触式冷凝器(2)顶部还设置有安全阀(15)和不凝结气放空调节阀(16)。


3.根据权利要求1所述一种半开式高温热泵系统，其特征在于：所述换热器(3)出口f与蒸发器(4)的入口h之间采用管道依次连接有第五阀门(21)、毛细管(12)。


4.根据权利要求1所述一种半开式高温热泵系统，其特征在于：所述蒸发器(4)为系统循环工质水走壳程的壳管满液式蒸发器；所述换热器(3)为板式换热器或管翅式换热器。


5.根据权利要求1所述一种半开式高温热泵系统，其特征在于：所述第一阀门(17)至第十五阀门(31)均为电磁阀、柱塞式截止阀或闸阀。


6.一种半开式高温热泵系统的工作方法，其特征在于：包括：
1)系统抽真空与加注方法
同时打开第一阀门(17)、第三阀门(19)、第四阀门(20)、第六阀门(22)、十二阀门(28)，打开真空泵(9)将系统内压力抽至负压，当接触式冷凝器(2)内压力达到要求后，关闭真空泵(9)、第十二阀门(28)，保持系统内部压力稳定；
打开冷水泵(6)、第七阀门(23)、第十一阀门(27)，使经过净水器(5)处理后的循环工质水经过第七阀门(23)、第十一阀门(27)，再经由第二节流阀(11)节流降压后通过蒸发器(4)上方入口p充注至蒸发器(4)中，待循环工质充足时关闭冷水泵(6)、第七阀门(23)、第十一阀门(27)，系统循环工质加注完成；
2)系统开机及正常运行
当系统抽真空与加注工作完成后，打开第十四阀门(30)、第十五阀门(31)，使工业废热经过过滤器(32)、第十四阀门(30)由蒸发器(4)入口r进入蒸发器(4)，与循环工质换热后，由蒸发器(4)出口s经过第十五阀门(31)排出，打开压缩机(1)，水蒸气从蒸发器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈九兵，刘舫辰，包睿祺，严思远，吕宛，洪瑞，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32