本发明属于能源利用技术领域，特别是涉及采用非共沸工质的超高温热泵。
背景技术
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，该发明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。
技术实现要素：
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，该发明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。
本发明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。
本发明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%，r245fa的质量分数为40%-85%；
r1234ze，化学式chf=chcf3，cas编号1645-83-6，临界温度109.37℃，odp值为0；
r227ea，化学式cf3chfcf3，cas编号431-89-0，临界温度101.75℃，odp值为0；
r245fa，化学式cf3ch2chf2，cas编号460-73-1，临界温度154.01℃，odp值为0。
本发明中所使用的hd-01非共沸工质相比现有技术具有以下有益效果：
（1）该非共沸工质所配制所采用的纯工质odp均为0，属于环保工质；
（2）该非共沸工质具备较好的温度滑移特性，在蒸发温度和冷凝温度温差较大时相比现有非共沸工质具有更高的cop；
（3）该非共沸工质同矿物质油、环烷基油和poe油等具有较好的互溶性；
（4）该非共沸工质与金属材料和非金属材料具有较好的相容性。
附图说明
图1是一种超高温非共沸工质热泵机组流程示意图。
附图标记：1-蒸发器，2-电动压缩机，3-冷凝-蒸发-再生换热器，4-冷凝器，5-吸收器，6-制冷剂蒸发腔体，7-溶液再生腔体，8-非共沸工质冷凝腔体，9-传热管，10-管外液体分布器，11-溶液换热器，12-制冷剂泵，13-溶液泵，14-节流阀，15-余热水管路，16-非共沸工质（液态）管路，17-制冷剂（液态）管路，18-冷却介质管路，19-制冷剂（汽态）管路，20-非共沸工质（汽态）管路，21-制冷剂（汽态）管路，22-浓溶液管路，23-被加热介质管路，24-稀溶液管路。
具体实施方案
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述；在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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；其中非共沸工质循环回路所使用的工质为hd-01型三元工质，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%，r245fa的质量分数为40%-85%；三种组分的比例根据实际所应用的热泵工作温度进行配比；溶液循环回路和制冷剂循环回路所采用的循环工质为吸收式热泵可用的吸收剂-制冷剂工质对，可以选用溴化锂-水、氯化锂-水、碘化锂-水等盐溶液（水为制冷剂，盐类为吸收剂，制冷剂和吸收剂混合形成溶液），或者溴化锂-甲醇、溴化锂-三氟乙醇等（醇类为制冷剂，盐类为吸收剂，制冷剂和吸收剂混合形成溶液），或者三氟二氯乙烷-二甲醇四甘醇等（氟利昂为制冷剂，醇类为吸收剂，制冷剂和吸收剂混合形成溶液）；所采用的溶液类型依据该热泵的工作温度进行选择，以较为常见的溴化锂-水为工质对实施方式进行说明。
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；溴化锂浓溶液进入吸收器5后在流动过程中吸收来自制冷剂（汽态）管路21的水蒸汽，吸收的过程中溴化锂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（需要加热的水、水蒸气或者其它化工流体）；最后完成吸收过程的溴化锂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；水蒸汽通过制冷剂（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，进而水蒸汽由汽态变成液态，液态水进入制冷剂（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、溴化锂稀溶液再生和液态水蒸发的换热过程；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hd-01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hd-01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的管外表面溴化锂稀溶液自上而下流动过程中被加热变成溴化锂浓溶液并释放出水蒸汽的过程，产生的溴化锂浓溶液进入浓溶液管路22，产生的水蒸汽进入制冷剂（汽态）管路19；制冷剂蒸发腔体6实现液态水变成水蒸气的过程，液态水由制冷剂（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加热由液态变成水蒸气，产生的水蒸气进入制冷剂（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、溴化锂溶液循环回路和冷剂水循环回路构成；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hd-01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hd-01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hd-01工质循环；溴化锂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；溴化锂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的水蒸气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（水、水蒸气或者其它化工介质）；溴化锂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，溴化锂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加热析出水蒸汽，同时溴化锂稀溶液浓缩成浓溶液，溴化锂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；冷剂水循环回路包括溶液再生腔体7、冷凝器4、制冷剂蒸发腔体6、制冷剂泵12和连接管路，在溶液再生腔体7析出的水蒸汽通过制冷剂（汽态）管路19进入冷凝器4，水蒸气被冷却介质管路18冷却后由水蒸气变为液态水，液态水再进入制冷剂（液态）管路17经制冷剂泵12后进入制冷剂蒸发腔体6，液态水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水蒸气，水蒸气进入制冷剂（汽态）管路21后进入吸收器5被浓溶液吸收。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。