离心式高温热泵的制作方法

本申请是申请日为2015年4月13日、申请号为201510173274.5、专利名称为离心式高温热泵的分案申请。

本发明涉及热能与动力工程领域，特别是涉及一种离心式高温热泵。

背景技术：

热电联产集中供热系统在我国北方城镇供热中的应用十分普遍。升高集中供热系统的一次网供水温度，有利于远距离输送热水，大幅度提升热水的传输效率。在传统的热电联产集中供热系统中，通常采用吸收式热泵或非水制冷剂离心式热泵对一次水进行加热，提高一次网供水温度。吸收式热泵吸收发电后的乏气和冷凝水中的能量对一次水加热，其包括发生、冷凝、蒸发、吸收以及冷却水与低压水蒸气换热等五个过程，但只有吸收、冷凝过程对一次水进行两级加热；非水制冷剂离心式热泵利用汽驱或电驱方式回收乏气中的热量，其包括冷凝、蒸发以及冷却水与水蒸气换热等三个过程，但只有冷凝过程对一次水进行一级加热。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提供了一种换热过程少，加热级数多，能效比高的离心式高温热泵。

为达到发明目的，本发明提供一种离心式高温热泵，包括多级压缩机，驱动装置和n个汽水换热器；

所述多级压缩机包括壳体，设置在所述壳体内的转动轴和固定在所述转动轴上的n个叶轮；

所述壳体分为n段，每段壳体内都设置有一个叶轮，所述每段壳体和位于所述每段壳体内的所述叶轮构成所述多级压缩机的一级；

所述转动轴穿过所述壳体的一端与所述驱动装置连接，能够在所述驱动装置的带动下转动；

所述多级压缩机的每一级都对应一个所述汽水换热器，并与对应的所述汽水换热器连通；

所述n个汽水换热器之间依次连通；

其中，n为大于等于3的整数。

作为一种可实施例，每个所述汽水换热器的回流管路上都设置有节流装置。

作为一种可实施例，还包括连通所述多级压缩机的第n级对应的汽水换热器和第n+1级壳体的降温装置；

其中，1≤n≤n-1。

作为一种可实施例，所述降温装置包括喷液装置，凝结水泵和喷液回路；

所述喷液装置设置在所述多级压缩机的第n+1级壳体内；

所述喷液回路连通所述多级压缩机的第n级对应的所述汽水换热器和所述第n+1级壳体内的所述喷液装置；

所述凝结水泵设置在所述喷液管路上。

作为一种可实施例，所述降温装置还包括集液装置和集液管路；

所述集液装置设置在所述多级压缩机的第n+1级壳体内，且位于所述喷液装置下方；

所述集液管路连通所述多级压缩机的第n级对应的所述汽水换热器和所述集液装置。

作为一种可实施例，所述驱动装置为电机或汽轮机。

作为一种可实施例，还包括与所述汽轮机连通的第n+1汽水换热器；

所述第n+1汽水换热器与所述多级压缩机的第n级对应的汽水换热器连通。

作为一种可实施例，所述第n+1汽水换热器的回流管路上设置有节流装置。

作为一种可实施例，所述壳体为渐缩式梯阶结构。

作为一种可实施例，所述n的值为3。

本发明的有益效果包括：

本发明的离心式高温热泵，多级压缩机内的多级叶轮对乏气进行n级压缩，并在相应的汽水换热器中进行冷凝换热，实现对一次水的梯级加热，使得传热过程更加匹配，换热效率更加高效，仅在汽水换热器中进行冷凝换热，换热过程少，热量损失少，能有效提高离心式高温热泵的能效比。同时，直接对发电后的乏气进行压缩，充分利用水蒸气发电后的余热，节约环保。采用汽轮机作为驱动装置的离心式高温热泵，节约高品位的电能，能效较高。

附图说明

图1为本发明的离心式高温热泵的一实施例的结构示意图；

图2为本发明的离心式高温热泵的另一实施例的结构示意图；

图3为本发明的离心式高温热泵的又一实施例的结构示意图。

附图标记说明：

1多级压缩机，10壳体，11转动轴，12一级叶轮，13二级叶轮，14三级叶轮，2驱动装置，20电机，21汽轮机，30第一汽水换热器，31第二汽水换热器，32第三汽水换热器，33第四汽水换热器，40第一节流装置，41第二节流装置，42第三节流装置，43第四节流装置，50第一喷液装置，51第一冷凝水泵，52第一集液装置，53第二喷液装置，54第二冷凝水泵，55第二集液装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明离心式高温热泵进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明实施例提供一种离心式高温热泵，包括多级压缩机1，驱动装置2和n个汽水换热器3。多级压缩机1包括壳体10，设置在壳体10内的转动轴11和固定在转动轴11上的n个叶轮。壳体10分为n段，每段壳体内都设置有一个叶轮，每段壳体和位于每段壳体内的叶轮构成多级压缩机的一级，转动轴11穿过壳体10的一端与驱动装置2连接，能够在驱动装置2的带动下转动，多级压缩机1的每一级都对应一个汽水换热，并与对应的汽水换热器连通，n个汽水换热器之间依次连通，其中，n为大于等于3的整数。

本发明的离心式高温热泵，驱动装置2带动转动轴11旋转，转动轴1旋转带动n个叶轮的串联工作，发电后的乏气进入多级压缩机1后，多级压缩机1中的一级叶轮对乏气进行一级压缩，压缩后的蒸汽部分进入一级叶轮对应的汽水换热器中，与该汽水换热器中的一次水进行换热，另一部分进入二级叶轮中进行二级压缩，进行二级压缩后的蒸汽部分进入二级叶轮对应的汽水换热器中，与该汽水换热器中的一次水进行换热器，另一部分进入三级叶轮中进行三级压缩，依次类推，至少进行三级压缩和换热，实现对一次水梯级加热，使得传热过程更匹配，换热效率更高。并且，本发明的离心式高温热泵仅在汽水换热器中进行一个冷凝换热，换热过程少，热量损失少，能将离心式高温热泵的能效比提高10％以上。其中，多级压缩机1的第一级对应的汽水换热器上设有一次水进水口，一次水通过该进水口流入汽水换热器中，多级压缩机的第n级对应的汽水换热器上设有一次水出水口，经过多级加热后的一次水通过该出水口流出。多个汽水换热器之间依次连通，进行换热后的一次水依次向其后的汽水换热器中流动，直至在多级压缩机第n级对应的汽水换热器中流出温度最高的一次水，达到制热出水温度较高的效果，实现高效的远距离输送热水。其中，乏气进入多级压缩机的位置为多级压缩机的第一级。多级压缩机的壳体10为筒状结构，叶轮在壳体10内顺次等间隔设置，每个叶轮和每个叶轮所在的壳体构成多级压缩机的一级。

其中，需要说明的是，本发明的离心式高温热泵，直接对发电后的乏气进行压缩，充分利用了水蒸气发电后的余热，达到节能环保的效果。

作为一种可实施方式，每个汽水换热器的回流管路上都设置有节流装置。节流装置有降温、减压的作用，回流管路连通汽水换热器和锅炉，换热后的冷凝水经节流装置降温、减压后输送回锅炉。

参见图1，在其中一个实施例中，多级压缩机内有三个叶轮，分别为一级叶轮12，二级叶轮13和三级叶轮14，多级压缩机分为三段，一级叶轮12和一级叶轮12所在的壳体构成压缩机的第一级，二级叶轮13和二级叶轮13所在的壳体构成压缩机的第二级，三级叶轮14和三级叶轮14所在的壳体构成压缩机的第三级，与多级压缩机的第一级连通的汽水换热器为第一汽水换热器30，与多级压缩机的第二级连通的汽水换热器为第二汽水换热器31，与多级压缩机的第三级连通的汽水换热器为第三汽水换热器32，第一汽水换热器30的回流管路上设置有第一节流装置40，第一汽水换热器30内的冷凝水经过第一节流装置40降温、减压后返回锅炉；第二汽水换热器31的回流管路上设置有第二节流装置41，第二汽水换热器31内的冷凝水经过第二节流装置41降温、减压后，返回锅炉；第三汽水换热器32的回流管路上设置有第三节流装置42，第三汽水换热器32内的冷凝水经过第三节流装置42降温、减压后，返回锅炉。

作为一种可实施方式，还包括连通多级压缩机的第n级对应的汽水换热器与多级压缩机的第n+1级壳体的降温装置，其中，1≤n≤n-1。

作为一种可实施方式，降温装置包括喷液装置，凝结水泵和喷液回路。喷液装置设置在多级压缩机的第n+1级壳体内，喷液回路连通多级压缩机的第n级对应的汽水换热器和所述第n+1级壳体内的喷液装置，凝结水泵设置在喷液管路上。

作为一种可实施方式，降温装置还包括集液装置和集液管路。集液装置设置在多级压缩机的第n+1级壳体内，且位于喷液装置下方，集液管路连通多级压缩机的第n级对应的汽水换热器和集液装置。

降温装置用于对多级压缩机内各级压缩后的气体进行降温。其实现方式如下：冷凝水泵将汽水换热器中的冷凝水泵出，通过喷液管路输送到喷液装置，从喷液装置进入压缩机中，对压缩后的气体进行降温，多余的水通过集液装置和集液管路回到相应的汽水换热器中。较优的，喷液装置设置在多级压缩机的对应级壳体的上方，便于冷凝水喷出时对压缩的气体进行降温。喷液装置为类似淋浴头的结构。

较优的，在其中一个实施例中，n的值为3。以下结合n的值为3的离心式高温热泵进行详细的说明：

参见图2、图3，离心式高温热泵的多级压缩机包括三个叶轮，分别为一级叶轮12，二级叶轮13和三级叶轮14，多级压缩机分为三段，一级叶轮12和一级叶轮12所在的壳体构成压缩机的第一级，二级叶轮13和二级叶轮13所在的壳体构成压缩机的第二级，三级叶轮14和三级叶轮14所在的壳体构成压缩机的第三级，与多级压缩机的第一级连通的汽水换热器为第一汽水换热器30，与多级压缩机的第二级连通的汽水换热器为第二汽水换热器31，与多级压缩机的第三级连通的汽水换热器为第三汽水换热器32。多级压缩机的第二级壳体内的上方设有第一喷液装置50，第一喷液装置50通过第一喷液管路与第一汽水换热器30连通，第一喷液管路上设有第一冷凝水泵51，用于将第一汽水换热器30中的冷凝水泵出到第一喷液装置50内，第一喷液装置50的下方设有第一集液装置52，第一集液装置52通过第一集液回路与第一汽水换热器30连通。多级压缩机的第三级壳体内的上方设有第二喷液装置53，第二喷液装置53通过第二喷液管路与第二汽水换热器31连通，第二喷液管路上设有第二冷凝水泵54，用于将第二汽水换热器31中的冷凝水泵出到第二喷液装置53内，第二喷液装置53的下方设有第二集液装置55，第二集液装置55通过第二集液回路与第二汽水换热器31连通。其中，第一汽水换热器30上设有一次水进水口，第一汽水换热器30与第二汽水换热器31连通，第二汽水换热器31与第三汽水换热器32连通，第三汽水换热器32上设有一次水出水口。

发电后的乏气进入多级压缩机1的第一级后，一级叶轮12对乏气进行一级压缩，压缩后的蒸汽部分进入第一汽水换热器30中，与通过第一汽水换热器30上的一次水进水口进入的一次水进行换热，压缩后的蒸汽的另一部分进入二级叶轮13进行二级压缩，在进行二级压缩之前，第一冷凝水泵51将第一汽水换热器30中的冷凝水通过第一喷液回路泵出至第一喷液装置50，从第一喷液装置50进入多级压缩机的第二级，对一级压缩后的气体进行降温，多余的冷凝水通过第一集液装置52和第一集液回路回到第一汽水换热器30内，第一汽水换热器30中的一次水流入第二汽水换热器31中。相应的，二级叶轮13对降温后的气体进行二级压缩，压缩后的蒸汽部分进入第二汽水换热器31中，与第二汽水换热器31内的一次水进行换热，压缩后的蒸汽的另一部分进入三级叶轮14进行三级压缩，在进行三级压缩之前，第二冷凝水泵54将第二汽水换热器中的冷凝水通过第二喷液回路泵出至第二喷液装置53，从第二喷液装置53进入多级压缩机的第三级，对二级压缩后的气体进行降温，多余的冷凝水通过第二集液装置55和第二集液回路回到第二汽水换热器31内，第二汽水换热器31中的一次水流入第三汽水换热器32中。三级叶轮14对二级叶轮压缩后的气体进行三级压缩，压缩后的气体全部进入第三汽水换热器32中，与第三汽水换热器32内的一次水进行换热，换热后的一次水通过一次水出水口流出为居民或工业供热。

作为一种可实施方式，驱动装置2为电机20或汽轮机21。驱动装置为整个离心式高温热泵提供动力。当驱动装置2为汽轮机21时，高温热泵还包括与汽轮机21连通的第n+1汽水换热器，第n+1汽水换热器与多级压缩机的第n级对应的汽水换热器连通。第n+1汽水换热器的回流管路上设有节流装置。

图2所示为驱动装置2为电机20的离心式高温热泵，图3所示为驱动装置2为汽轮机21的离心式高温热泵。其中，汽轮机21是利用发电后的乏气驱动整个高温热泵运作，能够节约高品位的电能。同时，经过n级换热的一次水进入第n+1汽水换热器中，驱动汽轮机21后的乏气也进入第n+1汽水换热器中，进一步加热一次水，加热后的一次水通过第n+1汽水换热器上的出水口流出，为居民或工业供热，节约环保，提高换热能效。

参见图3，若驱动装置2为汽轮机21，n为3时，第四汽水换热器33与汽轮机21和第三汽水换热器32连通，第三汽水换热器32中的一次水进入第四汽水换热器33中，驱动汽轮机21后的乏气也进入第四汽水换热器33中，进一步对第四汽水换热器33中的一次水进行加热，节约环保，提高能效。此时，一次水出水口设置在第四汽水换热器33上，用于将加热后的一次水供出。第四汽水换热器33的回流管路上还设有第四节流装置43，第四汽水换热器33内的冷凝水经过第四节流装置43降温、减压后，返回锅炉内。

作为一种可实施方式，壳体10为渐缩式梯阶结构。由于每次压缩后都有部分蒸汽进入相应的汽水换热器中，进行下级压缩的蒸汽减少，壳体为渐缩式梯阶结构，能够有效提高多级压缩机1的压缩效率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。