一種干燥介質梯級加熱與余熱梯級回收的熱泵系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及干熱泵設計技術領域，尤其涉及一種干燥介質梯級加熱與余熱梯級回 收的熱泵系統。
【背景技術】
[0002] 熱泵是一種以壓縮機為動力，通過制冷工質在低溫熱源的蒸發和在高溫熱源的冷 凝，將低溫熱源的熱量轉移到高溫熱源的熱工裝置。
[0003] 通常用于熱泵裝置的蒸發器吸熱的低溫熱源，是我們周圍的介質，如空氣、河水、 湖水、地下水等等，也可以是工業生產過程中產生的帶有余熱的廢氣廢水廢液。
[0004] 通常，將熱泵用于對空氣、水、油等介質的加熱，這些介質就是熱泵的高溫熱源。
[0005] 但是，在現有的熱泵系統中，如果低溫熱源溫度低、被加熱介質溫度高，則熱泵系 統蒸發器的蒸發壓力低，冷凝器的冷凝壓力高，造成壓縮機吸氣壓力與排氣壓力兩者之間 的"壓差"擴大，壓縮比增加，壓縮機排氣溫度升高，壓縮機工況惡化，制冷能力下降，制熱能 力下降，系統能效比下降。目前的熱泵系統，在低溫條件下，無法滿足高溫干燥、空氣加熱以 及衛生熱水的生產需求。
[0006] 現以空氣源熱泵熱水器討論之。
[0007] 在空氣源熱泵熱水生產裝置中，目前主要采用單級壓縮系統，其基本工作過程是， 制冷劑在蒸發器中吸收空氣熱能而成為低壓蒸汽，被壓縮機吸入壓縮成高溫高壓的蒸汽， 排入水箱中的冷凝器向水箱中自來水放出熱量后冷凝為制冷劑液體，再經過節流裝置減 壓，再次流入蒸發器，從而進入新一輪循環，如此循環往復，不斷將作為低溫熱源的空氣中 的熱能，泵入作為高溫熱源的衛生熱水。
[0008] 如此運行的單級壓縮式熱泵熱水生產裝置，其制熱效率（能效比）主要由熱泵系 統的冷凝壓力和蒸發壓力決定。
[0009] 因為熱泵系統的蒸發溫度必須低于環境空氣的溫度，蒸發器中的液態制冷劑才能 從蒸發器外的空氣中吸收到熱量，蒸發汽化；所以熱泵系統的蒸發壓力主要是由環境空氣 的溫度決定的，環境溫度低則蒸發壓力低，壓縮機吸入的制冷劑氣體的密度低，制冷劑循環 量小，制熱能力差；環境溫度高則蒸發壓力高，壓縮機吸入的制冷劑氣體的密度大，制冷劑 循環量大，制熱能力強。熱泵熱水系統的冷凝溫度又必須高于熱水溫度，冷凝器中的制冷劑 氣體才能放熱冷凝液化，將熱量放給水箱中冷凝器外的熱水；所以熱泵熱水機組的冷凝壓 力主要是由水箱中熱水的溫度決定的，熱水溫度低則冷凝壓力低，壓縮機工況好，熱泵系統 能效比高；熱水溫度升高則冷凝壓力升高，壓縮機工況變差，熱泵系統能效比降低。
[0010] 對于熱泵熱水機組，如果環境（低溫熱源）溫度高（例如15°c )、熱水（高溫熱 源）溫度低（例如25°c)，則熱泵系統蒸發器內的蒸發壓力較高（使用R22可達6atm以 上），冷凝器內的冷凝壓力較低（大約12atm)，壓縮機吸氣壓力與排氣壓力兩者之間的"壓 差"較小，壓縮比小，壓縮機排氣溫度較低，壓縮機工況良好，制冷能力極強，制熱能力極強， 能效比（制熱功率與所耗電功率的比值）達到10倍以上。
[0011] 但如果環境溫度低、熱水溫度高，則熱泵系統蒸發器的蒸發壓力低，冷凝器的冷凝 壓力高，造成壓縮機吸氣壓力與排氣壓力兩者之間的"壓差"增高，壓縮比增高，壓縮機排氣 溫度升高，制熱能力下降的"三高一低"現象，壓縮機工況惡化。
[0012] 請參考下表，按照美國品牌壓縮機"谷輪"生產商2011年發布的數據，一款 ZW108KS三相渦旋壓縮機的不同的蒸發溫度、冷凝溫度與電機吸入功率P和制熱功率（制熱 量）H之間的關系，其中，此壓縮機采用R22制冷劑。
[0013] ZW108KS三相渦旋壓縮機的不同的蒸發溫度、冷凝溫度
[0014] 與電機吸入功率P和制熱功率（制熱量）H之間的關系
【主權項】
1. 一種干燥介質梯級加熱與余熱梯級回收的熱泵系統，其特征在于，包括干燥間以及 與干燥間相連通的干燥介質流入通道和干燥介質流出通道，所述熱泵系統至少包括有兩套 熱泵機組，每套熱泵機組均包括有相連的壓縮機、冷凝器、節流閥和蒸發器；所述冷凝器均 設置在所述干燥介質流入通道內，至少一個蒸發器設置在所述干燥介質流出通道內； 其中，所有熱泵機組內的冷凝器自所述干燥介質流入通道的進口開始向所述干燥間順 序排列設置，其每套相對應的且位于所述干燥介質流出通道內的蒸發器自所述干燥介質流 出通道的出口開始向所述干燥間順序排列設置。
2. 據權利要求1所述的干燥介質梯級加熱與余熱梯級回收的熱泵系統，其特征在于， 至少兩套所述熱泵機組內的所述蒸發器均位于所述干燥介質流出通道內。
3. 據權利要求1所述的干燥介質梯級加熱與余熱梯級回收的熱泵系統，其特征在于， 所述熱泵系統至少包括有三套熱泵機組，其中至少兩套所述熱泵機組的蒸發器位于所述干 燥介質流出通道內，至少一套所述熱泵機組的蒸發器位于干燥介質流出通道外部大氣環境 內。
4. 據權利要求3述的干燥介質梯級加熱與余熱梯級回收的熱泵系統，其特征在于，位 于干燥介質流出通道外部大氣環境內的蒸發器同組對應的冷凝器設置在所述干燥介質流 入通道的進口一側。
5. 據權利要求1或2或4所述的干燥介質梯級加熱與余熱梯級回收的熱泵系統，其特 征在于，各所述冷凝器到所述干燥間之間的位置遠近順序，與其對應組的蒸發器到干燥間 的位置遠近順序一致。
6. 據權利要求1所述的干燥介質梯級加熱與余熱梯級回收的熱泵系統，其特征在于， 所述蒸發器、所述節流閥和所述冷凝器內的管道相連并與所述壓縮機形成一供制冷劑流經 的循環通道；所述制冷劑自所述壓縮機開始依次流經所述冷凝器、節流閥和所述蒸發器內 的管道。
7. 據權利要求1所述的干燥介質梯級加熱與余熱梯級回收的熱泵系統，其特征在于， 所述干燥介質為承載熱量并且傳遞熱量能夠直接地或間接地加熱含濕物料推動含濕物料 中水分蒸發的介質，所述干燥介質采用空氣或氮氣或二氧化碳或水蒸汽或導熱油或水。
8. 據權利要求1所述的干燥介質梯級加熱與余熱梯級回收的熱泵系統，其特征在于， 所述干燥介質流入通道的進口，所述干燥介質流出通道的出口，設置有流體輸送裝置，所述 流體輸送裝置采用風機或油泵或水泵。
【專利摘要】本發明提供了一種干燥介質梯級加熱與余熱梯級回收的熱泵系統，包括干燥間以及與之相連通的干燥介質流入通道和流出通道，熱泵系統至少包括有兩套熱泵機組，每套熱泵機組均包括有壓縮機、冷凝器、節流閥和蒸發器；冷凝器均設置在干燥介質流入通道內，至少一個蒸發器設置在干燥介質流出通道內；各套熱泵機組內的冷凝器在干燥介質流入通道中自進口開始向干燥間順序排列設置，其每套相對應的且位于干燥介質流出通道中的蒸發器自干燥介質流出口開始向干燥間順序排列設置。本發明降低了各套熱泵機組自身的冷凝器與蒸發器之間的溫差、壓差和壓縮比，提高了各套熱泵機組的能效比，提高了整個熱泵系統的能效比，改善了壓縮機組的工況。
【IPC分類】F25B30-02
【公開號】CN104792065
【申請號】CN201410820393
【發明人】薛世山, 李成偉, 王亮, 馬驥, 劉玉恩, 王慶倫, 周萍, 周孑民
【申請人】上海伯涵熱能科技有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2014年12月19日