[实用新型]一种干燥介质梯级加热与余热梯级回收的热泵系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及干热泵设计技术领域，尤其涉及一种干燥介质梯级加热与余热梯级回收的热泵系统。

背景技术

热泵是一种以压缩机为动力，通过制冷工质在低温热源的蒸发和在高温热源的冷凝，将低温热源的热量转移到高温热源的热工装置。

通常用于热泵装置的蒸发器吸热的低温热源，是我们周围的介质，如空气、河水、湖水、地下水等等，也可以是工业生产过程中产生的带有余热的废气废水废液。

通常，将热泵用于对空气、水、油等介质的加热，这些介质就是热泵的高温热源。

但是，在现有的热泵系统中，如果低温热源温度低、被加热介质温度高，则热泵系统蒸发器的蒸发压力低，冷凝器的冷凝压力高，造成压缩机吸气压力与排气压力两者之间的“压差”扩大，压缩比增加，压缩机排气温度升高，压缩机工况恶化，制冷能力下降，制热能力下降，系统能效比下降。目前的热泵系统，在低温条件下，无法满足高温干燥、空气加热以及卫生热水的生产需求。

现以空气源热泵热水器讨论之。

在空气源热泵热水生产装置中，目前主要采用单级压缩系统，其基本工作过程是，制冷剂在蒸发器中吸收空气热能而成为低压蒸汽，被压缩机吸入压缩成高温高压的蒸汽，排入水箱中的冷凝器向水箱中自来水放出热量后冷凝为制冷剂液体，再经过节流装置减压，再次流入蒸发器，从而进入新一轮循环，如此循环往复，不断将作为低温热源的空气中的热能，泵入作为高温热源的卫生热水。

如此运行的单级压缩式热泵热水生产装置，其制热效率(能效比)主要由热泵系统的冷凝压力和蒸发压力决定。

因为热泵系统的蒸发温度必须低于环境空气的温度，蒸发器中的液态制冷剂才能从蒸发器外的空气中吸收到热量，蒸发汽化；所以热泵系统的蒸发压力主要是由环境空气的温度决定的，环境温度低则蒸发压力低，压缩机吸入的制冷剂气体的密度低，制冷剂循环量小，制热能力差；环境温度高则蒸发压力高，压缩机吸入的制冷剂气体的密度大，制冷剂循环量大，制热能力强。热泵热水系统的冷凝温度又必须高于热水温度，冷凝器中的制冷剂气体才能放热冷凝液化，将热量放给水箱中冷凝器外的热水；所以热泵热水机组的冷凝压力主要是由水箱中热水的温度决定的，热水温度低则冷凝压力低，压缩机工况好，热泵系统能效比高；热水温度升高则冷凝压力升高，压缩机工况变差，热泵系统能效比降低。

对于热泵热水机组，如果环境(低温热源)温度高(例如15℃)、热水(高温热源)温度低(例如25℃)，则热泵系统蒸发器内的蒸发压力较高(使用R22可达6atm以上)，冷凝器内的冷凝压力较低(大约12atm)，压缩机吸气压力与排气压力两者之间的“压差”较小，压缩比小，压缩机排气温度较低，压缩机工况良好，制冷能力极强，制热能力极强，能效比(制热功率与所耗电功率的比值)达到10倍以上。

但如果环境温度低、热水温度高，则热泵系统蒸发器的蒸发压力低，冷凝器的冷凝压力高，造成压缩机吸气压力与排气压力两者之间的“压差”增高，压缩比增高，压缩机排气温度升高，制热能力下降的“三高一低”现象，压缩机工况恶化。

请参考下表，按照美国品牌压缩机“谷轮”生产商2011年发布的数据，一款ZW108KS三相涡旋压缩机的不同的蒸发温度、冷凝温度与电机吸入功率P和制热功率(制热量)H之间的关系，其中，此压缩机采用R22制冷剂。

ZW108KS三相涡旋压缩机的不同的蒸发温度、冷凝温度与电机吸入功率P和制热功率(制热量)H之间的关系

从上表中可看出，在蒸发温度15℃冷凝温度25℃条件下，压缩机吸入电功率4435W、制热量47595W，其制热效率高达10.7；但还是这款ZW108KS压缩机，在蒸发温度－25℃、冷凝温度+65℃的条件下，吸入电功率9825W、制热量15858W，其制热效率降至1.61；与前一个工况比较，压缩机吸入电功率增加121％，制热量降低66.7％，出现了冷凝压力升高、压缩比升高、压缩机排气温度升高、制热效率降低的“三高一低”的现象，压缩机工况严重恶化。并且，这还是实验室数据，在实际的制热系统中，因为蒸发器、冷凝器“两器”的沿程阻力、系统运行过程中反复进行蒸发器上的反转化霜、水泵与风机的动力消耗等等因素，系统的制热效率将＜1.5，接近电阻型用电器直接电加热的效率，“热泵”的高能效比和高经济性丧失殆尽。

这就是在冷凝器与蒸发器之间进行大温差、大压差、高压缩比运行的热泵的必然结果。