本發(fā)明涉及熱泵技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種能夠產(chǎn)生高溫水與高溫蒸汽的高溫蒸汽熱泵系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

熱泵技術(shù)是基于逆卡諾循環(huán)原理發(fā)展起來的一種節(jié)能、環(huán)保、安全、高效的能源利用技術(shù)，其通過從空氣或水中獲取低溫?zé)?，?jīng)電力驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)系統(tǒng)做功高效集熱整合后成為高溫?zé)嵩?，用來? 供) 暖或供應(yīng)熱水。熱泵是繼燃油、煤、汽熱水鍋爐、電加熱和太陽能加熱后的新一代加熱設(shè)備，也是最潔凈的的加熱方式。

傳統(tǒng)熱泵一般為低溫?zé)岜?，其整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但具有以下缺點(diǎn)：

1. 能提供的水溫低，水溫一般低于90℃，無法滿足高溫用水需求，如食品工業(yè)的食品加熱、醫(yī)療行業(yè)的器械消毒，電鍍行業(yè)的高溫用水；

2. 管路為開放式，蒸發(fā)量較大，相應(yīng)的補(bǔ)水耗水量大；

3. 無保溫儲水系統(tǒng)，或者保溫儲水系統(tǒng)簡陋，無法根據(jù)電網(wǎng)峰谷擇時(shí)儲熱，保溫效果較差；

4. 熱效率相對較低，通過利用空氣中的熱能，效率只能達(dá)到120%左右；

5.補(bǔ)水采用自來水，容易產(chǎn)生水垢，導(dǎo)致熱效率損失及管路銹蝕。

傳統(tǒng)熱泵由于具有加熱溫度低、耗水量大、保溫效果差、熱效率低的缺點(diǎn)，其推廣利用被嚴(yán)重制約。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：提供一種高溫蒸汽熱泵系統(tǒng)，其可產(chǎn)生高于100℃的高溫水和高溫蒸汽，使得熱泵系統(tǒng)能夠適用于多種高溫需求場合。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案具體為：一種高溫蒸汽熱泵系統(tǒng)，包括由管路連接的熱泵單元、保溫穩(wěn)壓儲液桶和蒸汽發(fā)生器；

熱泵單元包括主熱泵和輔助熱泵，主熱泵內(nèi)設(shè)有水加熱管路，水加熱管路兩端為熱水輸出端和回流端；主熱泵可對水加熱管路中的水進(jìn)行加熱；

輔助熱泵包括熱媒循環(huán)管路，蒸汽發(fā)生器內(nèi)設(shè)有熱水通道，輔助熱泵的熱媒循環(huán)管路通入蒸汽發(fā)生器中，以實(shí)現(xiàn)熱媒與熱水通道中水的熱交換；

保溫穩(wěn)壓儲液桶為密閉通體，其上設(shè)有壓力調(diào)節(jié)裝置，以調(diào)節(jié)桶內(nèi)壓力；

保溫穩(wěn)壓儲液桶上設(shè)有進(jìn)水口、回流口、出水口和回水口，其中進(jìn)水口連接主熱泵的熱水輸出端，回流口連接主熱泵的回流端；保溫穩(wěn)壓儲液桶通過出水口向用水點(diǎn)和蒸汽發(fā)生器的熱水通道輸送熱水；用水點(diǎn)將溫度降低的水輸送至保溫穩(wěn)壓儲液桶的回水口；

蒸汽發(fā)生器的蒸汽輸出端輸出蒸汽至用蒸汽點(diǎn)；用蒸汽點(diǎn)將蒸汽液化后變成的水輸送至保溫穩(wěn)壓儲液桶的回水口；

保溫穩(wěn)壓儲液桶與主熱泵、蒸汽發(fā)生器連接的管路上分別設(shè)有循環(huán)泵。

本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)，主熱泵主要功能是用于加熱保溫穩(wěn)壓儲液桶中的低溫水，主熱泵工作時(shí)，銅管中的熱媒經(jīng)熱交換器將熱量傳遞給保溫穩(wěn)壓儲液桶中的低溫水。輔助熱泵的主要功能是將主熱泵加熱后的水再次加熱，形成高溫蒸汽。輔助熱泵工作時(shí)，管路中的高溫?zé)崦搅鹘?jīng)蒸汽發(fā)生器，可將進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的熱水進(jìn)一步加熱，從而產(chǎn)生高溫蒸汽。

保溫穩(wěn)壓儲液桶可設(shè)置為圓柱形密閉桶體，其內(nèi)壓力可調(diào)節(jié)并保持，當(dāng)調(diào)節(jié)使得保溫穩(wěn)壓儲液桶內(nèi)的壓力升高時(shí)，儲液桶內(nèi)水的沸點(diǎn)也相應(yīng)升高，使得熱泵能夠?qū)⑺訜峁苈分械难h(huán)水加熱到高于100攝氏度。沸點(diǎn)升高后的水在蒸汽發(fā)生器中被繼續(xù)加熱，進(jìn)而即可產(chǎn)生高溫蒸汽。同時(shí)，本系統(tǒng)管路與各設(shè)備之間采用密封連接，熱水只在密封管路中進(jìn)行熱交換，因此相對于開放式的管路系統(tǒng)，可大大降低用于補(bǔ)充蒸發(fā)損耗的水量。

保溫穩(wěn)壓儲液桶可采用現(xiàn)有可調(diào)壓式儲液裝置，根據(jù)熱水水溫需求對儲液桶內(nèi)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改變儲液桶內(nèi)水的沸點(diǎn)的，得到相應(yīng)的高溫水。蒸汽發(fā)生器在輔助熱泵的作用下將儲液桶內(nèi)流出的熱水進(jìn)一步加熱，產(chǎn)生高溫蒸汽，供用蒸汽點(diǎn)使用。

本發(fā)明的高溫蒸汽熱泵系統(tǒng)還包括壓力穩(wěn)壓器，壓力穩(wěn)壓器連接在蒸汽發(fā)生器與用蒸汽點(diǎn)之間。壓力穩(wěn)壓器為一壓力容器，主要用于給用蒸汽點(diǎn)提供穩(wěn)定的壓力，其為桶狀結(jié)構(gòu)，上部有泄壓閥、壓力表與進(jìn)汽口，下部有排水口與出汽口。壓力穩(wěn)壓器可采用先用產(chǎn)品。

本發(fā)明蒸汽發(fā)生器內(nèi)的熱水通道為多個(gè)平行設(shè)置的錐形圓管，輔助熱泵的熱媒循環(huán)管路位于熱水通道外的蒸汽發(fā)生器腔體之內(nèi)?？杀ＷC熱媒與熱水之間的充分對流，從而將熱水通道中的水加熱變成蒸汽。蒸汽發(fā)生器可設(shè)計(jì)為圓柱形，除接口外內(nèi)部保溫密封，方便安裝，占用空間小。

進(jìn)一步的，本發(fā)明主熱泵由多個(gè)熱泵組成；各熱泵分別包括熱媒循環(huán)管路，熱媒循環(huán)管路上依次設(shè)有壓縮機(jī)、儲液罐和第一換熱器；壓縮機(jī)的輸出端連接儲液罐；水加熱管路位于各熱泵的第一換熱器中，并可與熱媒循環(huán)管路進(jìn)行熱量交換。從而實(shí)現(xiàn)對保溫穩(wěn)壓儲液桶內(nèi)水的加熱。多個(gè)熱泵可采用串連形式進(jìn)行組合，為了滿足用水點(diǎn)和用蒸汽點(diǎn)對熱水和蒸汽的不同用量需求，本發(fā)明的保溫穩(wěn)壓儲液桶的容量可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，主熱泵的熱泵串連數(shù)量也相應(yīng)調(diào)整，以保證不同儲水量情況下主熱泵對水的加熱效率。

更進(jìn)一步的，第一換熱器內(nèi)，熱媒循環(huán)管路纏繞在水加熱管路上。或者兩者也可相互纏繞，實(shí)現(xiàn)熱媒與循環(huán)水之間的隔離，同時(shí)熱交換效率較高。

為了簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明各熱泵的第一換熱器為同一換熱器，各熱泵的熱媒循環(huán)管路分別纏繞在第一換熱器內(nèi)的水加熱管路上。這也是本發(fā)明多個(gè)熱泵的一種串連形式，可實(shí)現(xiàn)高效加熱。

為了進(jìn)一步提高熱媒循環(huán)管路的加熱效率，熱媒循環(huán)管路上還設(shè)有第二換熱器和蒸發(fā)器；第二換熱器和蒸發(fā)器連接有輔助熱媒循環(huán)管路；輔助熱媒循環(huán)管路上，輔助壓縮機(jī)、輔助儲液罐、第二換熱器與蒸發(fā)器依次連接，輔助壓縮機(jī)的輸出端連接輔助儲液罐。在第一換熱器中經(jīng)熱交換降溫后的熱媒，流經(jīng)第二換熱器和蒸發(fā)器時(shí)，可吸收輔助熱媒循環(huán)管路上的熱量，從而提高進(jìn)入壓縮機(jī)前的基礎(chǔ)溫度，使得壓縮機(jī)輸出的熱媒溫度更高，第一換熱器的換熱效率也相應(yīng)提高。

本發(fā)明的輔助熱泵中，熱媒循環(huán)管路上依次設(shè)有第三換熱器、第二蒸發(fā)器、壓縮機(jī)和儲液罐；壓縮機(jī)的輸出端連接儲液罐；儲液罐與第三換熱器之間的熱媒循環(huán)管路通入蒸汽發(fā)生器內(nèi)部。

為了提高蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的加熱效率，輔助熱泵內(nèi)還設(shè)有輔助熱媒循環(huán)管路；輔助熱媒循環(huán)管路上，輔助第二壓縮機(jī)、輔助第二儲液罐、第三換熱器與第二蒸發(fā)器依次連接。

本發(fā)明中，保溫穩(wěn)壓儲液桶為圓柱形，桶壁包括內(nèi)壁和外壁，內(nèi)壁和外壁之間設(shè)有保溫夾層；內(nèi)壁的內(nèi)表面和外壁的外表面為鏡面拋光面。桶壁結(jié)構(gòu)可強(qiáng)化儲液桶的隔熱保溫效果，降低熱損失。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定，室溫28℃時(shí)，熱水桶儲水2000L，溫度從100℃下降到80℃約需50小時(shí)。本發(fā)明保溫穩(wěn)壓儲液桶熱損失少，可在用電波谷時(shí)將熱能儲于桶中，用電波峰時(shí)用于生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)峰谷擇時(shí)儲熱。

有益效果

本發(fā)明相對于傳統(tǒng)加熱系統(tǒng)，有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）能量利用率高，加熱效率約是普通電加熱的1.5倍；

2）保溫穩(wěn)壓儲液桶的壓力可調(diào)，使得熱交換器中熱水溫度能夠大于100℃；

3）溫控系統(tǒng)簡單，無需設(shè)置多重過熱保護(hù)，無需設(shè)置多重低液位保護(hù)。

4）保溫穩(wěn)壓儲液桶能夠?qū)崿F(xiàn)儲能，熱損耗小，方便錯(cuò)峰用電，如根據(jù)當(dāng)?shù)仉妰r(jià)特點(diǎn)，在晚間低電價(jià)時(shí)啟動(dòng)熱泵，將能量儲存到保溫?zé)崴爸?，在高電價(jià)時(shí)利用保溫桶中的熱能用于生產(chǎn)供熱，從而降低用電成本。

5）從用熱水點(diǎn)及用蒸汽點(diǎn)回流的冷水可作為冷水副產(chǎn)品及冷氣使用，應(yīng)用于冷水溫度要求不高的場合（15~20℃）；

6)維修方便，耗水量低，管路內(nèi)水垢少，熱損失及管路銹蝕相對鍋爐系統(tǒng)都有很大優(yōu)勢；

7)無鍋爐蒸汽煙囪污染問題。

附圖說明

圖1所示為本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖2所示為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3所示為本發(fā)明安裝結(jié)構(gòu)主視示意圖；

圖4所示為圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5所示為主熱泵原理結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6所示為輔助熱泵原理結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步描述。

結(jié)合圖1至圖4所示，本發(fā)明的高溫蒸汽熱泵系統(tǒng)，包括由管路連接的熱泵單元02、保溫穩(wěn)壓儲液桶01和蒸汽發(fā)生器03；

熱泵單元02包括主熱泵和輔助熱泵，主熱泵內(nèi)設(shè)有水加熱管路，水加熱管路兩端為熱水輸出端A1和回流端A2；主熱泵可對水加熱管路中的水進(jìn)行加熱；

輔助熱泵包括熱媒循環(huán)管路，蒸汽發(fā)生器03內(nèi)設(shè)有熱水通道，輔助熱泵的熱媒循環(huán)管路通入蒸汽發(fā)生器內(nèi)部，以實(shí)現(xiàn)熱媒與熱水通道中水的熱交換；

參考圖3和圖4，保溫穩(wěn)壓儲液桶01為密閉通體，其上設(shè)有壓力調(diào)節(jié)裝置，以調(diào)節(jié)桶內(nèi)壓力；保溫穩(wěn)壓儲液桶01上設(shè)有進(jìn)水口12、回流口13、出水口14和回水口15，其中進(jìn)水口12連接主熱泵的熱水輸出端A1，回流口13連接主熱泵的回流端A2；保溫穩(wěn)壓儲液桶01通過出水口14向用水點(diǎn)07和蒸汽發(fā)生器03的熱水通道輸送熱水；用水點(diǎn)07將溫度降低的水輸送至保溫穩(wěn)壓儲液桶01的回水口15；

蒸汽發(fā)生器03的蒸汽輸出端04輸出蒸汽至用蒸汽點(diǎn)08；用蒸汽點(diǎn)08將蒸汽液化后變成的水輸送至保溫穩(wěn)壓儲液桶01的回水口15；

保溫穩(wěn)壓儲液桶01與主熱泵、蒸汽發(fā)生器03連接的管路上分別設(shè)有循環(huán)泵05。為了使得流體的運(yùn)行可控，各管路上還設(shè)置有調(diào)節(jié)閥06。

在應(yīng)用時(shí)，保溫穩(wěn)壓儲液桶01的壓力可調(diào)節(jié)并保持，當(dāng)調(diào)節(jié)使得保溫穩(wěn)壓儲液桶內(nèi)的壓力升高時(shí)，儲液桶內(nèi)水的沸點(diǎn)也相應(yīng)升高，使得熱泵能夠?qū)⑺訜峁苈分械难h(huán)水加熱到高于100攝氏度。沸點(diǎn)升高后的水在蒸汽發(fā)生器中被繼續(xù)加熱，進(jìn)而即可產(chǎn)生高溫蒸汽。

實(shí)施例

如圖2和圖3所示，本實(shí)施例中保溫穩(wěn)壓儲液桶01為圓柱形密閉桶體，桶壁包括內(nèi)壁和外壁，內(nèi)壁和外壁之間設(shè)有保溫夾層16；內(nèi)壁的內(nèi)表面和外壁的外表面為鏡面拋光面。桶壁結(jié)構(gòu)可提高儲液桶的隔熱保溫效果，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定，室溫28℃時(shí)，熱水桶儲水2000L，溫度從100℃下降到80℃約需50小時(shí)。蒸汽發(fā)生器03也設(shè)計(jì)為圓柱形，除接口外內(nèi)部保溫密封，方便安裝，占用空間小。通入蒸汽發(fā)生器03內(nèi)部的熱媒循環(huán)管路充斥于錐形熱水通道與外壁之間的空間內(nèi)，可增加熱媒流經(jīng)蒸汽發(fā)生器內(nèi)的時(shí)間，提高換熱效率。

保溫穩(wěn)壓儲液桶01采用現(xiàn)有可調(diào)壓式儲液裝置，如圖4所示，保溫穩(wěn)壓儲液桶01上具有壓力調(diào)節(jié)裝置，包括加壓裝置、泄壓口、壓力調(diào)節(jié)閥等。用戶可根據(jù)熱水水溫需求對儲液桶內(nèi)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改變儲液桶內(nèi)水的沸點(diǎn)的，得到相應(yīng)的高溫水。蒸汽發(fā)生器在輔助熱泵的作用下將儲液桶內(nèi)流出的熱水進(jìn)一步加熱，產(chǎn)生高溫蒸汽，供用蒸汽點(diǎn)使用。保溫穩(wěn)壓儲液桶01上還設(shè)有注水口11。

圖1至圖4所示的實(shí)施例中，高溫蒸汽熱泵系統(tǒng)還包括壓力穩(wěn)壓器04，壓力穩(wěn)壓器04連接在蒸汽發(fā)生器03與用蒸汽點(diǎn)之間。壓力穩(wěn)壓器04為一壓力容器，主要用于給用蒸汽點(diǎn)提供穩(wěn)定的壓力，其為桶狀結(jié)構(gòu)，上部有泄壓閥、壓力表與進(jìn)汽口，下部有排水口與出汽口。

參考圖2、圖3、圖6，蒸汽發(fā)生器03內(nèi)的熱水通道為多個(gè)平行設(shè)置的錐形圓管，輔助熱泵B的熱媒循環(huán)管路位于熱水通道外的蒸汽發(fā)生器腔體之內(nèi)?？杀ＷC熱媒與熱水之間的充分對流，從而將熱水通道中的水加熱變成蒸汽。蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)為圓柱形，除接口外內(nèi)部保溫密封，方便安裝，占用空間小。

如圖1所示，本實(shí)施例中主熱泵由多個(gè)熱泵A組成，多個(gè)熱泵可采用串連形式進(jìn)行組合，為了滿足用水點(diǎn)和用蒸汽點(diǎn)對熱水和蒸汽的不同用量需求，本發(fā)明的保溫穩(wěn)壓儲液桶的容量可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，主熱泵的熱泵串連數(shù)量也相應(yīng)調(diào)整，以保證不同儲水量情況下主熱泵對水的加熱效率。

如圖5所示，主熱泵中的各熱泵分別包括熱媒循環(huán)管路，各熱媒循環(huán)管路上依次設(shè)有壓縮機(jī)212、儲液罐211和第一換熱器210；壓縮機(jī)212的輸出端連接儲液罐211；水加熱管路位于第一換熱器210中，并可與熱媒循環(huán)管路進(jìn)行熱量交換。

具體的，第一換熱器內(nèi)，熱媒循環(huán)管路纏繞在水加熱管路上?；蛘邇烧咭部上嗷ダp繞，實(shí)現(xiàn)熱媒與循環(huán)水之間的隔離，同時(shí)熱交換效率較高。

本發(fā)明所述多個(gè)熱泵的串連形式可以是，各熱泵熱媒循環(huán)管路上的第一換熱器為同一換熱器，此換熱內(nèi)設(shè)置水加熱管路，各熱泵的熱媒循環(huán)管路皆分別纏繞水加熱管路，即如圖5所示的為兩臺熱泵串聯(lián)的形式，與圖1是對應(yīng)的。也可以是，每個(gè)熱泵皆設(shè)有一個(gè)第一換熱器，每個(gè)第一換熱器內(nèi)分別設(shè)有水加熱管路，每個(gè)水加熱管路分別連接保溫穩(wěn)壓儲液桶，或者多個(gè)水加熱管路串連后連接保溫穩(wěn)壓儲液桶。

為了提高熱媒循環(huán)管路的加熱效率，熱媒循環(huán)管路上還設(shè)有第二換熱器214和蒸發(fā)器213；第二換熱器214和蒸發(fā)器213連接有輔助熱媒循環(huán)管路；輔助熱媒循環(huán)管路上，輔助壓縮機(jī)216、輔助儲液罐215、第二換熱器214與蒸發(fā)器213依次連接，輔助壓縮機(jī)216的輸出端連接輔助儲液罐215。在第一換熱器210中經(jīng)熱交換降溫后的熱媒，流經(jīng)第二換熱器214和蒸發(fā)器213時(shí)，可吸收輔助熱媒循環(huán)管路上的熱量，從而提高進(jìn)入壓縮機(jī)212前的基礎(chǔ)溫度，使得壓縮機(jī)212輸出的熱媒溫度更高，第一換熱器210的換熱效率也相應(yīng)提高。

如圖6所示，輔助熱泵B中，熱媒循環(huán)管路上依次設(shè)有第三換熱器223、第二蒸發(fā)器222、壓縮機(jī)221和儲液罐220；壓縮機(jī)221的輸出端連接儲液罐220；儲液罐220與第三換熱器223之間的熱媒循環(huán)管路，通過進(jìn)入口31和出口32通入蒸汽發(fā)生器03內(nèi)。

為了提高蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的加熱效率，輔助熱泵B內(nèi)還設(shè)有輔助熱媒循環(huán)管路；輔助熱媒循環(huán)管路上，輔助第二壓縮機(jī)225、輔助第二儲液罐224、第三換熱器223與第二蒸發(fā)器222依次連接。

本發(fā)明熱泵的熱媒循環(huán)管路中的熱媒可采用現(xiàn)有高溫混合型熱媒。通過保溫穩(wěn)壓儲水桶的壓力調(diào)節(jié)，可使得加熱后的水溫達(dá)到105℃左右，甚至更高，再經(jīng)過蒸汽發(fā)生器及輔助熱泵作用，可使得水溫達(dá)到125℃，能夠滿足大部分高溫水及高溫蒸汽使用點(diǎn)的需要，如：

可應(yīng)用于食品、藥品行業(yè)，用于食品蒸加工，高溫消毒；

可應(yīng)用于電鍍等需加熱的制造業(yè)，用余槽體藥水加熱，替代電加熱器，減少火災(zāi)隱患；

可用于賓館、酒店等熱水供應(yīng)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。