本发明涉及一种虹吸循环逆流换热超高效水源热泵。
(二)
背景技术：
目前的水源热泵基本采用水平布置的满液式蒸发器提取水源热量，采用交叉换热方式取热，导致热泵工质蒸发温度一般要比水源出水温度低2℃；因此当热源侧流量较小、取热温降较大时：
(1)水源进水温度相对较高的能量品位未获得有效利用，从而使得水源热泵运行在较大的绝对压差和相对压比，大幅增加压缩机耗电量、降低热泵能效比；
(2)压缩机的排气量较大，从而使得机组投资增大，回收期较长，导致产品难以在EMC领域推广应用。
目前的水源热泵基本采用水平布置的壳管式冷凝器向使用侧释放热量，采用交叉换热方式放热，导致热泵工质冷凝温度一般要比使用侧出水温度高3℃；因此当使用侧流量较小、放热温升较大时：气态热泵工质的过热热量未获得有效利用，从而使得水源热泵运行在较大的绝对压差和相对压比，大幅增加压缩机耗电量、降低热泵能效比；
(三)
技术实现要素：
本发明目的是：利用虹吸循环与管道外压共同驱动热泵工质，以大温升小温差逆流方式，提取热源放热并升膜蒸发，大幅提升热泵蒸发压力；利用大温升小温差逆流分段方式冷凝放热，以大幅降低热泵冷凝压力；大幅降低压缩机的压差、排量、投资、电耗，从而实现虹吸循环逆流换热超高效水源热泵。
按照附图1所示的虹吸循环逆流换热超高效水源热泵，其由1-虹吸循环逆流取热升膜蒸发器；1-1-热源介质进口；1-2-热源分流腔；1-3-中央垂直虹吸取热管簇；1-4-热源汇流腔；1-5-热源介质出口；1-6-液态热泵工质进口；1-7-气态热泵工质出口；1-8-吸油口；1-9-引射器；1-10-两通阀；2-热源介质；3-液位开关；4-膨胀阀；4-1-干燥过滤器；5-压缩机；5-1-回油口；6-冷凝器；6-1-载热介质进口；6-2-载热分流腔；6-3-冷凝放热管簇；6-4-载热汇流腔；6-5-载热介质出口；6-6-气态热泵工质进口；6-7-液态热泵工质出口；6-8-出气口；7-热泵工质；8-载热介质组成，其特征在于：
虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程顶部液态热泵工质出口6-7通过管道连接压缩机5、冷凝器6工质侧、干燥过滤器4-1、膨胀阀4、虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程底部液态热泵工质进口1-6，组成虹吸循环逆流换热超高效水源热泵循环回路；
虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程的顶部热源介质进口1-1、顶部热源分流腔1-2、中部中央垂直虹吸取热管簇1-3内侧、底部热源汇流腔1-4、底部热源介质出口1-5，组成热源介质放热回路；
虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程的底部液态热泵工质进口1-6、中部中央垂直虹吸取热管簇1-3外侧、顶部液态热泵工质出口6-7，组成热泵工质的虹吸循环逆流取热升膜蒸发回路；
虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程上部内壁设置液位开关3，依据热泵工质液位信号闭环控制膨胀阀4的开度，而膨胀阀4的出口通过管道连接虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程底部液态热泵工质进口1-6，组成热泵工质膨胀回路。
冷凝器6是套管式换热器6，或是壳管式换热器6，或是板式换热器6，或是板翅式换热器6，或是盘管式换热器6，或是螺旋板式换热器6的热泵工质7冷凝加热载热介质8的换热器。
冷凝器6是逆流放热冷凝器6，其管程的底部载热介质进口6-1、底部载热分流腔6-2、中部冷凝放热管簇6-3内侧、顶部载热汇流腔6-4、顶部载热介质出口6-5，组成载热介质的逆流取热回路；逆流放热冷凝器6壳程的顶部气态热泵工质进口6-6、中部冷凝放热管簇6-3外侧、底部液态热泵工质出口6-7，组成热泵工质的逆流放热回路。
虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程上部吸油口1-8通过管道和两通阀1-10连接引射器1-9的低压引射口，冷凝器6壳程上部出气口6-8通过管道和两通阀1-10连接引射器1-9的高压进气口，压缩机5吸气管的回油口5-1通过管道和两通阀1-10连接引射器1-9的中压出气口，组成虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1的回油回路。
本发明的工作原理结合附图1说明如下：
1、热源放热：热源介质2从上至下流经虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1热源侧的热源介质进口1-1、热源分流腔1-2、中央垂直虹吸取热管簇1-3内侧、热源汇流腔1-4、热源介质出口1-5，放热后降温以提供热源热量；
2、逆流取热升膜蒸发：液位开关3通过膨胀阀4控制低压两相热泵工质7从下至上流经虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程的液态热泵工质进口1-6、中央垂直虹吸取热管簇1-3外侧、气态热泵工质出口1-7，其中的热泵工质7在液态热泵工质进口1-6处受管道外压作用而直接流至中央垂直虹吸取热管簇1-3的底部外侧，然后以大温升、小温差的逆流方式提取热源放热而升膜蒸发，提取蒸发潜热产生低压过热气态热泵工质7；在中央垂直虹吸取热管簇1-3与虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1的外壳之间，则由于热泵工质7的温度较低、比重较大，而受重力作用下沉，从而形成虹吸循环。
3、热泵循环：低压过热气态热泵工质7被压缩机5压缩成为高压过热气态热泵工质7，再送入冷凝器6的工质侧冷凝成为高压过冷液态热泵工质7，流经干燥过滤器4-1，再经膨胀阀4节流而成为低压两相热泵工质7，而重新流入虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程以完成热泵循环，同时把冷凝热量释放给使用侧的载热介质8。
4、冷凝放热：高压过热气态热泵工质7从上至下流经逆流放热冷凝器6壳程顶部的气态热泵工质进口6-6、中部冷凝放热管簇6-3外侧、底部液态热泵工质出口6-7，其中热泵工质7在气态热泵工质进口6-6处受管道外压作用而直接流至冷凝放热管簇6-3的顶部外侧，然后以大温升、小温差的逆流方式分段释放其过热显热、冷凝潜热、过冷显热，而凝结成为高压过冷液态热泵工质7。
5、载热介质取热：载热介质8从下至上流经逆流放热冷凝器6管程底部的载热介质进口6-1、底部载热分流腔6-2、中部冷凝放热管簇6-3内侧、顶部载热汇流腔6-4、顶部载热介质出口6-5，以逆流提取冷凝放热而升温；
6、压缩机回油：冷凝器6工质侧出气口6-8的高压气态热泵工质7通过管道、两通阀1-10流经引射器1-9的高压进气口，并由喷嘴高速喷出，所形成的负压通过其引射口、管道、两通阀1-10、虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程上部的吸油口1-8引射润滑油，并混合、扩压成为中压、高温流体，再经其中压出口、管道、两通阀1-10，送回压缩机5吸气管的回油口5-1。
因此与现有水平布置满液式蒸发器的水源热泵技术相比较，本发明特点如下：
(1)系统集成虹吸循环逆流取热升膜蒸发器、逆流放热冷凝器、压缩机；
(2)利用虹吸循环与管道外压共同驱动热泵工质，以大温升小温差逆流方式，提取热源放热并升膜蒸发，大幅提升热泵蒸发压力；
(3)利用大温升小温差逆流分段方式冷凝放热，以大幅降低热泵冷凝压力；
(4)大幅降低压缩机的压差、排量、投资、电耗，从而实现虹吸循环逆流换热超高效水源热泵。
因此与现有水源热泵加热闪蒸和水蒸汽压缩机压缩制取水蒸汽的技术相比较，本发明技术优势如下：系统集成虹吸循环逆流取热升膜蒸发器、逆流放热冷凝器、压缩机；利用虹吸循环与管道外压共同驱动热泵工质，以大温升小温差逆流方式，提取热源放热并升膜蒸发，大幅提升热泵蒸发压力；利用大温升小温差逆流分段方式冷凝放热，以大幅降低热泵冷凝压力；大幅降低压缩机的压差、排量、投资、电耗，从而实现虹吸循环逆流换热超高效水源热泵。
(四)附图说明
附图1为本发明的系统流程图。
如附图1所示，其中：1-虹吸循环逆流取热升膜蒸发器；1-1-热源介质进口；1-2-热源分流腔；1-3-中央垂直虹吸取热管簇；1-4-热源汇流腔；1-5-热源介质出口；1-6-液态热泵工质进口；1-7-气态热泵工质出口；1-8-吸油口；1-9-引射器；1-10-两通阀；2-热源介质；3-液位开关；4-膨胀阀；4-1-干燥过滤器；5-压缩机；5-1-回油口；6-冷凝器；6-1-载热介质进口；6-2-载热分流腔；6-3-冷凝放热管簇；6-4-载热汇流腔；6-5-载热介质出口；6-6-气态热泵工质进口；6-7-液态热泵工质出口；6-8-出气口；7-热泵工质；8-载热介质组成。
(五)具体实施方式
本发明提出的虹吸循环逆流换热超高效水源热泵实施例如附图1所示，现说明如下：其由蒸发取热量4050kW、垂直设置、碳钢的虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1；直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢管热源介质进口1-1；直径1200mm/高度250mm的圆柱形热源分流腔1-2；外包直径1200mm/高度8000mm/管径19mm的圆柱形中央垂直虹吸取热管簇1-3；直径1200mm/高度250mm的圆柱形热源汇流腔1-4；直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢管热源介质出口1-5；直径60mm/壁厚1.5mm/长度60mm的紫铜管液态热泵工质进口1-6；直径120mm/壁厚1.5mm的紫铜管气态热泵工质出口1-7；直径12mm/壁厚0.9mm/长度20mm的紫铜管吸油口1-8；接口直径12mm/壁厚0.9mm/长度150mm的紫铜管引射器1-9；接口直径12mm/壁厚0.9mm/长度150mm的紫铜管两通阀1-10；进口温度36℃、出口温度9.6℃、流量124m3/h的油田污水2；高度500mm的液位开关3；接口直径60mm/壁厚1mm的紫铜膨胀阀4；接口直径60mm/壁厚1mm的紫铜干燥过滤器4-1；吸气量4000m3/h的压缩机5；直径12mm/壁厚0.9mm/长度20mm的紫铜管回油口5-1；冷凝放热量5017kW的冷凝器6；直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢管载热介质进口6-1；直径1200mm/高度250mm的圆柱形载热分流腔6-2；直径1200mm/高度8000mm/管径19mm的圆柱形冷凝放热管簇6-3；直径1200mm/高度250mm的圆柱形载热汇流腔6-4；直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢管载热介质出口6-5；直径120mm/壁厚1.5mm的紫铜管气态热泵工质进口6-6；直径60mm/壁厚1.5mm/长度60mm的紫铜管液态热泵工质出口6-7；直径12mm/壁厚0.9mm/长度50mm的紫铜管出气口6-8；R124热泵工质7；进口温度36℃、出口温度42.65℃、流量300m3/h的油田掺输水8组成。
虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程顶部液态热泵工质出口6-7通过管道连接压缩机5、冷凝器6工质侧、干燥过滤器4-1、膨胀阀4、虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程底部液态热泵工质进口1-6，组成虹吸循环逆流换热超高效水源热泵循环回路；
虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程的顶部热源介质进口1-1、顶部热源分流腔1-2、中部中央垂直虹吸取热管簇1-3内侧、底部热源汇流腔1-4、底部热源介质出口1-5，组成热源介质放热回路；
虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程的底部液态热泵工质进口1-6、中部中央垂直虹吸取热管簇1-3外侧、顶部液态热泵工质出口6-7，组成热泵工质的虹吸循环逆流取热升膜蒸发回路；
虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程上部内壁设置液位开关3，依据热泵工质液位信号闭环控制膨胀阀4的开度，而膨胀阀4的出口通过管道连接虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程底部液态热泵工质进口1-6，组成热泵工质膨胀回路。
冷凝器6是套管式换热器6，或是壳管式换热器6，或是板式换热器6，或是板翅式换热器6，或是盘管式换热器6，或是螺旋板式换热器6的热泵工质7冷凝加热载热介质8的换热器。
冷凝器6是逆流放热冷凝器6，其管程的底部载热介质进口6-1、底部载热分流腔6-2、中部冷凝放热管簇6-3内侧、顶部载热汇流腔6-4、顶部载热介质出口6-5，组成载热介质的逆流取热回路；逆流放热冷凝器6壳程的顶部气态热泵工质进口6-6、中部冷凝放热管簇6-3外侧、底部液态热泵工质出口6-7，组成热泵工质的逆流放热回路。
虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程上部吸油口1-8通过管道和两通阀1-10连接引射器1-9的低压引射口，冷凝器6壳程上部出气口6-8通过管道和两通阀1-10连接引射器1-9的高压进气口，压缩机5吸气管的回油口5-1通过管道和两通阀1-10连接引射器1-9的中压出气口，组成虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1的回油回路。
本发明实施例中：进口温度36℃、流量124m3/h的油田污水2从上至下流经虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1热源侧的热源介质进口1-1、热源分流腔1-2、中央垂直虹吸取热管簇1-3内侧、热源汇流腔1-4、热源介质出口1-5，放热后降温至出口温度9.6℃以提供热源热量。
液位开关3通过膨胀阀4控制低压两相热泵工质7从下至上流经虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程的液态热泵工质进口1-6、中央垂直虹吸取热管簇1-3外侧、气态热泵工质出口1-7，其中的热泵工质7在液态热泵工质进口1-6处受管道外压作用而直接流至中央垂直虹吸取热管簇1-3的底部外侧，然后以大温升、小温差的逆流方式提取4050kW热源放热而升膜蒸发，提取蒸发潜热产生低压过热气态热泵工质7；在中央垂直虹吸取热管簇1-3与虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1的外壳之间，则由于热泵工质7的温度较低、比重较大，而受重力作用下沉，从而形成虹吸循环。
低压过热气态热泵工质7被压缩机5压缩成为高压过热气态热泵工质7，再送入冷凝器6的工质侧冷凝成为高压过冷液态热泵工质7，流经干燥过滤器4-1，再经膨胀阀4节流而成为低压两相热泵工质7，而重新流入虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程以完成热泵循环，同时把5017kW的冷凝热量释放给使用侧的进口温度36℃、流量300m3/h的油田掺输水8，使其升温至42.65℃。
高压过热气态热泵工质7从上至下流经逆流放热冷凝器6壳程顶部的气态热泵工质进口6-6、中部冷凝放热管簇6-3外侧、底部液态热泵工质出口6-7，其中热泵工质7在气态热泵工质进口6-6处受管道外压作用而直接流至冷凝放热管簇6-3的顶部外侧，然后以大温升、小温差的逆流方式分段释放其过热显热、冷凝潜热、过冷显热，而凝结成为高压过冷液态热泵工质7。
载热介质8从下至上流经逆流放热冷凝器6管程底部的载热介质进口6-1、底部载热分流腔6-2、中部冷凝放热管簇6-3内侧、顶部载热汇流腔6-4、顶部载热介质出口6-5，以逆流提取冷凝放热而升温。