[发明专利]热泵系统余能回收制取高温热水装置

说明书

技术领域

本发明是关于热泵系统领域，特别涉及热泵系统余能回收制取高温热水装置。

背景技术

热泵通过工质从环境中吸热，主要有水源热泵、风冷热泵等，通过对载热介质(例如水)放热实现载热介质的升温。热泵根据制热后得到的载热介质的温度分为常温热泵和高温热泵，高温热泵制得的载热介质温度高于常温热泵。

市场上常见的以常温热泵居多，如图1所示，普通的二级压缩常温热泵，包括蒸发器101、低压级压缩机102，高压级压缩机103，冷凝器104，一号膨胀阀105，中间冷却器106和二号膨胀阀107。

其内部的制热循环流程：首先流量为M1的工质从低压低温液体状态10经蒸发器101等压吸热后，到达相同压力的状态11，经过低压级压缩机102前的吸气管过热后，达到低压过热的蒸汽状态1。经过低压级压缩机102压缩后达到状态2。从低压级压缩机102排气出口的蒸汽和流量为M2从中间冷却器106闪蒸后的蒸汽混合，即状态2、流量为M1的工质与状态8、流量为M2进行混合形成总流量为M1+M2，到达蒸汽状态3。蒸汽状态3进入高压级压缩机103压缩后，进一步提升压力和温度达到状态4。状态4为高温高压过热蒸汽状态，经高压级压缩机103的排气管后，到达状态5，进入冷凝器104，经等压冷凝后，工质温度降低，到达相同压力下的状态6，形成饱和液体。从状态6出来的工质，流量为M2的工质经一号膨胀阀105降压降温，形成和状态2相同压力下的气液饱和态，在中间冷却器106吸收热量后，闪蒸达到状态8。而流量为M1的工质从状态6进一步等压放热，到达过冷液体状态9。工质从状态9经二号膨胀阀107降压降温至状态10。

然而经过二级压缩后，也仅能产生45～60℃左右的热水。而高温热泵则是利用分级冷凝的方式同时利用工质释放的潜热和显热加热至比60℃更高的温度。其中，水与工质在冷凝过程中是逆流运行，因而水在靠近压缩机排气口的冷凝器位置被加热至最高温度。在Eron Jacobson、Brown和Caldwell的文章Heat extraction from plant effluent:“pumped up heat pumps”中提到在美国市面上出售的热泵最高出水温度已达到82℃。因此若要达到高出水温度，需要二级、甚至三级压缩，增加压缩机的功率，牺牲了热泵的能效。

因此，现有的热泵技术在确保能效的前提下，很难进一步提升水温至100℃以上，甚至产生蒸汽。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够使现有热泵在确保能效的前提下，制取温度为100℃以上热水的装置。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供热泵系统余能回收制取高温热水装置，包括热泵和零能耗一体机组，所述热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器和节流元件，所述零能耗一体机组能提取热泵中的工质在降压膨胀时所消耗的势能，用于利用外部的电加热装置获得高温热水；

所述零能耗一体机组分为两种，分别为A型零能耗一体机组、B型零能耗一体机组；零能耗一体机组能采用A型零能耗一体机组或者B型零能耗一体机组实现；

所述A型零能耗一体机组包括相互连接的高温冷凝器和动力装置，A型零能耗一体机组设置在热泵的压缩机排气口和冷凝器之间；所述高温冷凝器能将经过压缩机压缩后形成的高温高压蒸汽工质，流经高温冷凝器，显热释放给另一侧所需制取的热水；所述动力装置能利用在高温冷凝器内显热后的工质释放出的势能做功，进而带动外部的发电机发电驱动外部的电加热装置，实现对另一侧所需制取的热水进一步加热；所述动力装置采用气动马达或者膨胀机；

所述B型零能耗一体机组包括液动泵，液动泵设置在热泵的冷凝器出口上；液动泵能将经过冷凝器后的高压过冷液体工质释放出的势能做功反向发电，进而驱动外部的电加热装置，实现对另一侧所需制取的热水进一步加热。

作为进一步的改进，所述A型零能耗一体机组还包括新压缩机，新压缩机设置在热泵的压缩机排气口和A型零能耗一体机组的高温冷凝器之间；所述新压缩机能对经过压缩机压缩后形成的高温高压蒸汽工质，进行再次压缩形成更高温高压蒸汽工质，再送入高温冷凝器中，且能将动力装置中工质释放出的势能做功发电后，用于带动所述新压缩机运转，实现工质在新压缩机中升温升压。

作为进一步的改进，所述B型零能耗一体机组还包括新压缩机，新压缩机设置在热泵的压缩机排气口和冷凝器之间；所述新压缩机能将液动泵内工质释放出势能做功发电后，用于带动所述新压缩机运转，实现工质在新压缩机中升温升压。