[發明專利]采用自然工質水的高溫熱泵循環系統及其工作方法

在審

• 申請號: 201710962766.1
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107957138A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 胡斌;吳迪;王如竹;江南山;余京京;李子亮
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海漢鐘精機股份有限公司
• 主分類號: F24H4/02
• 分類號: F24H4/02;F24H9/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種采用自然工質水的高溫熱泵循環系統及其工作方法，屬于熱泵節能減排技術領域。

背景技術

伴隨著社會經濟的迅速發展和人們對物質需求的不斷增長，能源的消耗在日益加劇，未來能源短缺將會是世界面臨的一個重大問題。與此同時環境污染問題也在時刻的敲打著警鐘，臭氧層消耗，全球氣候變暖，冰川融化以及海平面上升等問題亟待解決。大力推廣綠色節能技術，降低生產生活中的能源消耗與污染，是擺脫能源危機與減少環境污染的重要手段，也是當今社會可持續發展的必然選擇。

熱泵系統是一種高效的節能系統，它的使用可以有效地回收低品位能源，提高能量的利用效率，降低高品位能源的消耗，緩解能源危機的壓力，因此熱泵系統一直被社會各界所推崇，在社會的生產生活中得到了廣泛的應用。但是熱泵系統作為一種需要大量循環工質的系統也面臨著循環工質的選擇問題，在氯氟烴類人工合成工質對臭氧層破壞嚴重、對溫室效應影響明顯、使用與發展前景受限的背景下，熱泵系統在循環工質的選擇上需要更加謹慎，這也就嚴重的制約了熱泵系統在生產生活各方面的應用。同時目前在高溫熱泵系統的選擇與應用上也沒有明確的選型方案，社會各界也都在努力研發新型有效的高溫熱泵系統。因此研究與使用新型、高效、綠色、環保并且易得的循環工質以及提高熱泵系統在實際應用中的溫度范圍，就成了目前熱泵系統行業需要解決的問題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種采用自然工質水的高溫熱泵循環系統及其工作方法，其可以實現以自然工質水作為系統的循環工質，有效地回收廢熱源中的廢熱，同時提供高溫的出水供用戶使用，出水溫度可以達到120℃以上，同時使用自然工質水作為系統的循環工質，避免了氟氯烴類人工合成工質對環境的破壞作用，有效地保護了環境，達到節能減排環保的效果。

根據本發明的一個方面，提供一種采用自然工質水的高溫熱泵循環系統，其特征在于，包括水工質熱泵循環系統、水蒸氣壓縮機補水系統、廢熱源供水系統以及高溫出水系統，水工質熱泵循環系統與水蒸氣壓縮機補水系統通過水循環管以及水蒸氣壓縮機相連接，廢熱源供水系統與水工質熱泵循環系統通過蒸發器相連接，高溫出水系統與水工質熱泵循環系統通過冷凝器相連接；水工質熱泵循環系統由蒸發器、閃蒸管、真空泵、真空調節閥、真空管、閃蒸罐、低溫水蒸氣管、水蒸氣壓縮機、高溫水蒸氣管、集液管、冷凝器、集液罐、水蒸氣膨脹閥、膨脹管、水循環泵、水循環管組成，蒸發器和閃蒸罐通過閃蒸管連接，閃蒸罐和水蒸氣壓縮機通過低溫水蒸氣管連接，水蒸氣壓縮機和冷凝器通過高溫水蒸氣管連接，冷凝器和集液罐通過集液管連接，集液罐、水蒸氣膨脹閥和閃蒸罐通過膨脹管依次連接，閃蒸罐、水循環泵和蒸發器通過水循環管依次連接，真空泵與真空調節閥通過真空管連接在閃蒸罐的上方；水蒸氣壓縮機補水系統由補水流量調節閥、水蒸氣壓縮機、水蒸氣壓縮機補水泵、水蒸氣壓縮機補水管和水循環管組成，水循環管、水蒸氣壓縮機補水泵、補水流量調節閥和水蒸氣壓縮機通過水蒸氣壓縮機補水管依次連接；廢熱源供水系統由廢熱出水管、蒸發器和廢熱進水管組成，廢熱出水管和廢熱進水管連接在蒸發器上；高溫出水系統由冷凝器、低溫進水管和高溫出水管組成，低溫進水管和高溫出水管都連接在冷凝器上。

優選地，所述水工質熱泵循環系統使用自然工質水作為循環工質，有效地避免氟氯烴類人工合成工質對臭氧層的破壞和嚴重的溫室效應，同時自然工質水在經濟性，安全性上也優于氟氯烴類人工合成工質。

優選地，所述水蒸氣壓縮機補水系統中補充的工質是自然工質水，不僅提高系統的整體性能，而且補充工質與循環工質相同。

優選地，所述蒸發時蒸發器中的壓力處于負壓狀態，閃蒸罐以及低溫水蒸氣管中水蒸氣的壓力都處于負壓狀態。

優選地，所述水工質熱泵循環系統和廢熱源供水系統充分的回收廢熱源供水系統中80-90℃的廢熱，達到回收低品位能源、節能減排的目的。

優選地，所述水工質熱泵循環系統和高溫出水系統能夠產生溫度在120℃以上的高溫水，滿足生產與生活中大量場合的應用。

優選地，所述水蒸氣壓縮機通過噴水來降低其出口處水蒸氣的過熱度，提高壓縮機的性能，從而提高系統整體的性能。

本發明還提供一種采用自然工質水的高溫熱泵循環系統的工作方法，其特征在于，包括以下步驟：

在系統整體運行前，水工質熱泵循環系統中的真空泵首先工作，通過真空管和真空調節閥將閃蒸罐內的壓力抽到額定真空度并維持閃蒸罐內真空度恒定；