一种高温蒸汽热泵系统的制作方法

本发明涉及热泵技术领域，特别是一种能够产生高温水与高温蒸汽的高温蒸汽热泵系统。

背景技术：

热泵技术是基于逆卡诺循环原理发展起来的一种节能、环保、安全、高效的能源利用技术，其通过从空气或水中获取低温热，经电力驱动压缩机系统做功高效集热整合后成为高温热源，用来取( 供) 暖或供应热水。热泵是继燃油、煤、汽热水锅炉、电加热和太阳能加热后的新一代加热设备，也是最洁净的的加热方式。

传统热泵一般为低温热泵，其整个系统结构简单，但具有以下缺点：

1. 能提供的水温低，水温一般低于90℃，無法滿足高溫用水需求，如食品工业的食品加热、医疗行业的器械消毒，电镀行业的高溫用水；

2. 管路为开放式，蒸发量较大，相应的补水耗水量大；

3. 无保温储水系统，或者保温储水系统简陋，无法根据电网峰谷择时储热，保温效果较差；

4. 热效率相对较低，通过利用空气中的热能，效率只能达到120%左右；

5.补水采用自来水，容易产生水垢，导致热效率损失及管路锈蚀。

传统热泵由于具有加热温度低、耗水量大、保温效果差、热效率低的缺点，其推广利用被严重制约。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为：提供一种高温蒸汽热泵系统，其可产生高于100℃的高温水和高温蒸汽，使得热泵系统能够适用于多种高温需求场合。

本发明采取的技术方案具体为：一种高温蒸汽热泵系统，包括由管路连接的热泵单元、保温稳压储液桶和蒸汽发生器；

热泵单元包括主热泵和辅助热泵，主热泵内设有水加热管路，水加热管路两端为热水输出端和回流端；主热泵可对水加热管路中的水进行加热；

辅助热泵包括热媒循环管路，蒸汽发生器内设有热水通道，辅助热泵的热媒循环管路通入蒸汽发生器中，以实现热媒与热水通道中水的热交换；

保温稳压储液桶为密闭通体，其上设有压力调节装置，以调节桶内压力；

保温稳压储液桶上设有进水口、回流口、出水口和回水口，其中进水口连接主热泵的热水输出端，回流口连接主热泵的回流端；保温稳压储液桶通过出水口向用水点和蒸汽发生器的热水通道输送热水；用水点将温度降低的水输送至保温稳压储液桶的回水口；

蒸汽发生器的蒸汽输出端输出蒸汽至用蒸汽点；用蒸汽点将蒸汽液化后变成的水输送至保温稳压储液桶的回水口；

保温稳压储液桶与主热泵、蒸汽发生器连接的管路上分别设有循环泵。

本发明在应用时，主热泵主要功能是用于加热保温稳压储液桶中的低温水，主热泵工作时，铜管中的热媒经热交换器将热量传递给保温稳压储液桶中的低温水。辅助热泵的主要功能是将主热泵加热后的水再次加热，形成高温蒸汽。辅助热泵工作时，管路中的高温热媒流经蒸汽发生器，可将进入蒸汽发生器的热水进一步加热，从而产生高温蒸汽。

保温稳压储液桶可设置为圆柱形密闭桶体，其内压力可调节并保持，当调节使得保温稳压储液桶内的压力升高时，储液桶内水的沸点也相应升高，使得热泵能够将水加热管路中的循环水加热到高于100摄氏度。沸点升高后的水在蒸汽发生器中被继续加热，进而即可产生高温蒸汽。同时，本系统管路与各设备之间采用密封连接，热水只在密封管路中进行热交换，因此相对于开放式的管路系统，可大大降低用于补充蒸发损耗的水量。

保温稳压储液桶可采用现有可调压式储液装置，根据热水水温需求对储液桶内的压力进行调节，从而改变储液桶内水的沸点的，得到相应的高温水。蒸汽发生器在辅助热泵的作用下将储液桶内流出的热水进一步加热，产生高温蒸汽，供用蒸汽点使用。

本发明的高温蒸汽热泵系统还包括压力稳压器，压力稳压器连接在蒸汽发生器与用蒸汽点之间。压力稳压器为一压力容器，主要用于给用蒸汽点提供稳定的压力，其为桶状结构，上部有泄压阀、压力表与进汽口，下部有排水口与出汽口。压力稳压器可采用先用产品。

本发明蒸汽发生器内的热水通道为多个平行设置的锥形圆管，辅助热泵的热媒循环管路位于热水通道外的蒸汽发生器腔体之内。可保证热媒与热水之间的充分对流，从而将热水通道中的水加热变成蒸汽。蒸汽发生器可设计为圆柱形，除接口外内部保温密封，方便安装，占用空间小。

进一步的，本发明主热泵由多个热泵组成；各热泵分别包括热媒循环管路，热媒循环管路上依次设有压缩机、储液罐和第一换热器；压缩机的输出端连接储液罐；水加热管路位于各热泵的第一换热器中，并可与热媒循环管路进行热量交换。从而实现对保温稳压储液桶内水的加热。多个热泵可采用串连形式进行组合，为了满足用水点和用蒸汽点对热水和蒸汽的不同用量需求，本发明的保温稳压储液桶的容量可适当进行调整，主热泵的热泵串连数量也相应调整，以保证不同储水量情况下主热泵对水的加热效率。

更进一步的，第一换热器内，热媒循环管路缠绕在水加热管路上。或者两者也可相互缠绕，实现热媒与循环水之间的隔离，同时热交换效率较高。

为了简化系统结构，本发明各热泵的第一换热器为同一换热器，各热泵的热媒循环管路分别缠绕在第一换热器内的水加热管路上。这也是本发明多个热泵的一种串连形式，可实现高效加热。

为了进一步提高热媒循环管路的加热效率，热媒循环管路上还设有第二换热器和蒸发器；第二换热器和蒸发器连接有辅助热媒循环管路；辅助热媒循环管路上，辅助压缩机、辅助储液罐、第二换热器与蒸发器依次连接，辅助压缩机的输出端连接辅助储液罐。在第一换热器中经热交换降温后的热媒，流经第二换热器和蒸发器时，可吸收辅助热媒循环管路上的热量，从而提高进入压缩机前的基础温度，使得压缩机输出的热媒温度更高，第一换热器的换热效率也相应提高。

本发明的辅助热泵中，热媒循环管路上依次设有第三换热器、第二蒸发器、压缩机和储液罐；压缩机的输出端连接储液罐；储液罐与第三换热器之间的热媒循环管路通入蒸汽发生器内部。

为了提高蒸汽发生系统的加热效率，辅助热泵内还设有辅助热媒循环管路；辅助热媒循环管路上，辅助第二压缩机、辅助第二储液罐、第三换热器与第二蒸发器依次连接。

本发明中，保温稳压储液桶为圆柱形，桶壁包括内壁和外壁，内壁和外壁之间设有保温夹层；内壁的内表面和外壁的外表面为镜面抛光面。桶壁结构可强化储液桶的隔热保温效果，降低热损失。经实验测定，室温28℃时，热水桶储水2000L，温度从100℃下降到80℃约需50小时。本发明保温稳压储液桶热损失少，可在用电波谷时将热能储于桶中，用电波峰时用于生产，从而实现电网峰谷择时储热。

有益效果

本发明相对于传统加热系统，有如下优点：

1）能量利用率高，加热效率约是普通电加热的1.5倍；

2）保温稳压储液桶的压力可调，使得热交换器中热水温度能够大于100℃；

3）温控系统简单，无需设置多重过热保护，无需设置多重低液位保护。

4）保温稳压储液桶能够实现储能，热损耗小，方便错峰用电，如根据当地电价特点，在晚间低电价时启动热泵，将能量储存到保温热水桶中，在高电价时利用保温桶中的热能用于生产供热，从而降低用电成本。

5）从用热水点及用蒸汽点回流的冷水可作为冷水副产品及冷气使用，应用于冷水温度要求不高的场合（15~20℃）；

6)維修方便，耗水量低，管路内水垢少，热損失及管路銹蝕相对鍋爐系统都有很大优势；

7)无锅炉蒸汽烟囱污染问题。

附图说明

图1所示为本发明原理结构示意框图；

图2所示为本发明系统结构示意图；

图3所示为本发明安装结构主视示意图；

图4所示为图3的俯视结构示意图；

图5所示为主热泵原理结构示意图；

图6所示为辅助热泵原理结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

结合图1至图4所示，本发明的高温蒸汽热泵系统，包括由管路连接的热泵单元02、保温稳压储液桶01和蒸汽发生器03；

热泵单元02包括主热泵和辅助热泵，主热泵内设有水加热管路，水加热管路两端为热水输出端A1和回流端A2；主热泵可对水加热管路中的水进行加热；

辅助热泵包括热媒循环管路，蒸汽发生器03内设有热水通道，辅助热泵的热媒循环管路通入蒸汽发生器内部，以实现热媒与热水通道中水的热交换；

参考图3和图4，保温稳压储液桶01为密闭通体，其上设有压力调节装置，以调节桶内压力；保温稳压储液桶01上设有进水口12、回流口13、出水口14和回水口15，其中进水口12连接主热泵的热水输出端A1，回流口13连接主热泵的回流端A2；保温稳压储液桶01通过出水口14向用水点07和蒸汽发生器03的热水通道输送热水；用水点07将温度降低的水输送至保温稳压储液桶01的回水口15；

蒸汽发生器03的蒸汽输出端04输出蒸汽至用蒸汽点08；用蒸汽点08将蒸汽液化后变成的水输送至保温稳压储液桶01的回水口15；

保温稳压储液桶01与主热泵、蒸汽发生器03连接的管路上分别设有循环泵05。为了使得流体的运行可控，各管路上还设置有调节阀06。

在应用时，保温稳压储液桶01的压力可调节并保持，当调节使得保温稳压储液桶内的压力升高时，储液桶内水的沸点也相应升高，使得热泵能够将水加热管路中的循环水加热到高于100摄氏度。沸点升高后的水在蒸汽发生器中被继续加热，进而即可产生高温蒸汽。

实施例

如图2和图3所示，本实施例中保温稳压储液桶01为圆柱形密闭桶体，桶壁包括内壁和外壁，内壁和外壁之间设有保温夹层16；内壁的内表面和外壁的外表面为镜面抛光面。桶壁结构可提高储液桶的隔热保温效果，经实验测定，室温28℃时，热水桶储水2000L，温度从100℃下降到80℃约需50小时。蒸汽发生器03也设计为圆柱形，除接口外内部保温密封，方便安装，占用空间小。通入蒸汽发生器03内部的热媒循环管路充斥于锥形热水通道与外壁之间的空间内，可增加热媒流经蒸汽发生器内的时间，提高换热效率。

保温稳压储液桶01采用现有可调压式储液装置，如图4所示，保温稳压储液桶01上具有压力调节装置，包括加压装置、泄压口、压力调节阀等。用户可根据热水水温需求对储液桶内的压力进行调节，从而改变储液桶内水的沸点的，得到相应的高温水。蒸汽发生器在辅助热泵的作用下将储液桶内流出的热水进一步加热，产生高温蒸汽，供用蒸汽点使用。保温稳压储液桶01上还设有注水口11。

图1至图4所示的实施例中，高温蒸汽热泵系统还包括压力稳压器04，压力稳压器04连接在蒸汽发生器03与用蒸汽点之间。压力稳压器04为一压力容器，主要用于给用蒸汽点提供稳定的压力，其为桶状结构，上部有泄压阀、压力表与进汽口，下部有排水口与出汽口。

参考图2、图3、图6，蒸汽发生器03内的热水通道为多个平行设置的锥形圆管，辅助热泵B的热媒循环管路位于热水通道外的蒸汽发生器腔体之内。可保证热媒与热水之间的充分对流，从而将热水通道中的水加热变成蒸汽。蒸汽发生器设计为圆柱形，除接口外内部保温密封，方便安装，占用空间小。

如图1所示，本实施例中主热泵由多个热泵A组成，多个热泵可采用串连形式进行组合，为了满足用水点和用蒸汽点对热水和蒸汽的不同用量需求，本发明的保温稳压储液桶的容量可适当进行调整，主热泵的热泵串连数量也相应调整，以保证不同储水量情况下主热泵对水的加热效率。

如图5所示，主热泵中的各热泵分别包括热媒循环管路，各热媒循环管路上依次设有压缩机212、储液罐211和第一换热器210；压缩机212的输出端连接储液罐211；水加热管路位于第一换热器210中，并可与热媒循环管路进行热量交换。

具体的，第一换热器内，热媒循环管路缠绕在水加热管路上。或者两者也可相互缠绕，实现热媒与循环水之间的隔离，同时热交换效率较高。

本发明所述多个热泵的串连形式可以是，各热泵热媒循环管路上的第一换热器为同一换热器，此换热内设置水加热管路，各热泵的热媒循环管路皆分别缠绕水加热管路，即如图5所示的为两台热泵串联的形式，与图1是对应的。也可以是，每个热泵皆设有一个第一换热器，每个第一换热器内分别设有水加热管路，每个水加热管路分别连接保温稳压储液桶，或者多个水加热管路串连后连接保温稳压储液桶。

为了提高热媒循环管路的加热效率，热媒循环管路上还设有第二换热器214和蒸发器213；第二换热器214和蒸发器213连接有辅助热媒循环管路；辅助热媒循环管路上，辅助压缩机216、辅助储液罐215、第二换热器214与蒸发器213依次连接，辅助压缩机216的输出端连接辅助储液罐215。在第一换热器210中经热交换降温后的热媒，流经第二换热器214和蒸发器213时，可吸收辅助热媒循环管路上的热量，从而提高进入压缩机212前的基础温度，使得压缩机212输出的热媒温度更高，第一换热器210的换热效率也相应提高。

如图6所示，辅助热泵B中，热媒循环管路上依次设有第三换热器223、第二蒸发器222、压缩机221和储液罐220；压缩机221的输出端连接储液罐220；储液罐220与第三换热器223之间的热媒循环管路，通过进入口31和出口32通入蒸汽发生器03内。

为了提高蒸汽发生系统的加热效率，辅助热泵B内还设有辅助热媒循环管路；辅助热媒循环管路上，辅助第二压缩机225、辅助第二储液罐224、第三换热器223与第二蒸发器222依次连接。

本发明热泵的热媒循环管路中的热媒可采用现有高温混合型热媒。通过保温稳压储水桶的压力调节，可使得加热后的水温达到105℃左右，甚至更高，再经过蒸汽发生器及辅助热泵作用，可使得水温达到125℃，能够满足大部分高温水及高温蒸汽使用点的需要，如：

可应用于食品、药品行业，用于食品蒸加工，高温消毒；

可应用于电镀等需加热的制造业，用余槽体药水加热，替代电加热器，减少火灾隐患；

可用于宾馆、酒店等热水供应。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。