一种高效无泵循环蒸汽热水联供热泵系统的制作方法

本发明涉及制热，具体而言，尤其涉及一种高效无泵循环蒸汽热水联供热泵系统。

背景技术：

1、热泵技术作为一种高效的热回收手段，通过压缩机、换热器、节流装置等核心部件，利用热力学原理将低品位热能升级转化为高品位热能，实现能源的高效回收与利用。凭借其优异的能效比，热泵已逐步替代传统高能耗制热锅炉，成为啤酒、乳品、印染、化工等行业供应蒸汽和热水的优选技术方案。

2、然而，现有蒸汽热泵产品在实际应用中仍面临显著技术瓶颈：一方面，常规热泵的蒸汽、水管路基本依赖循环水泵提供强制水循环动力，泵体运行本身即是一项额外的电能消耗，推高了系统整体运营成本；同时，循环水泵作为运动机械部件，是热泵系统的核心故障源，长期运行易面临气蚀、磨损、密封泄漏、堵塞等问题，直接导致热泵停机，严重影响工业连续生产的稳定性，且增加了繁复的日常维护成本与系统结构复杂度。另一方面，现有高温蒸汽热泵产品普遍采用干式蒸发器，初衷是解决压缩机吸气过热度不足导致压缩机长期带液运行引起故障，但干式蒸发器的结构特性决定了其换热系数较低，工质与热源的换热不充分，换热效率难以突破瓶颈，限制了热泵系统的节能潜力发挥。

3、综上，现有热泵技术难以同时满足低能耗、高制热效率及废热余热高值化利用的市场需求。因此，研发一种无需循环泵驱动，依托热动力学原理实现自然循环，并能高效回收工业废热、突破干式蒸发器效率局限的无泵循环蒸汽热水联供装置，已成为当前制热技术领域及相关工业节能改造领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、根据上述提出现有热泵技术难以同时满足低能耗、高制热效率及废热余热高值化利用的市场需求的技术问题，而提供一种高效无泵循环蒸汽热水联供热泵系统。本发明主要依托热虹吸效应与密度差环流原理，构建无泵循环水系统，搭配独特的带过热段降膜蒸发器，最大化回收废热余热。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种高效无泵循环蒸汽热水联供热泵系统，包括制冷剂循环回路、润滑油循环回路、水-蒸汽循环系统以及补水管路；

4、所述制冷剂循环回路包括通过管路依次连通带过热段降膜蒸发器、半封闭螺杆压缩机、二级油分离器、卧式冷凝器、过冷器和第一节流阀，所述卧式冷凝器的出液端通过电动三通调节阀分为两路，一路连通至所述过冷器进液口，另一路连通至所述带过热段降膜蒸发器的过热段管程进液口，所述带过热段降膜蒸发器的过热段管程出液口连通至所述过冷器进液口；所述过冷器的出液端分为两路，一路经所述第一节流阀连通至所述带过热段降膜蒸发器的进液口，另一路经第二节流阀连通至油冷却器的低温侧进液口，所述油冷却器的低温侧出气口连通至所述半封闭螺杆压缩机的补气口；

5、所述半封闭螺杆压缩机、所述二级油分离器和所述油冷却器构成所述润滑油循环回路，所述半封闭螺杆压缩机的出油口连通至所述油冷却器的热侧进油口，所述油冷却器的热侧出油口连通至所述半封闭螺杆压缩机的进油口，所述二级油分离器的出油口经电磁阀连通至所述半封闭螺杆压缩机的回油口；

6、所述水-蒸汽循环系统包括所述过冷器、所述卧式冷凝器、气液分离器、水气上升管路和水下降管路，所述气液分离器设置于所述卧式冷凝器的上方，所述卧式冷凝器管侧的顶部排气口经所述水气上升管路连通至所述气液分离器的进气口，所述气液分离器的底部出液口经所述水下降管路连通至所述卧式冷凝器管侧的进水口，所述水下降管路上设有水下降管路切断阀，所述水气上升管路上设有水气上升管路切断阀，所述过冷器的管侧出口连通至所述水下降管，所述气液分离器顶部的出气口设为蒸汽出口；

7、所述补水管路连通至所述过冷器的管侧入口，所述补水管路上设有调节阀和止回阀，所述水气上升管路上设有热水出口，所述热水出口处设有热水出口切断阀，所述水下降管路上设有进水口，所述进水口处设有进水口切断阀。

8、进一步地，所述带过热段降膜蒸发器包括筒体、进液口、布液器、换热管、挡板、过热段换热管和出气口；

9、所述进液口和所述出气口分别设置于所述筒体的顶部，所述进液口的下端连接所述布液器，所述换热管设置于所述布液器的下方，所述过热段换热管设置于所述布液器和所述挡板的上方，所述挡板设置于所述筒体内壁的两侧且呈折弯形，所述挡板、所述换热管和所述过热段换热管均沿所述筒体的中心线对称布置。

10、进一步地，所述电动三通调节阀通过调整出口开度0~100%，调节带过热段降膜蒸发器的过热段管程工质流量，控制所述带过热段降膜蒸发器的出气口工质气体获得0~10k过热度。

11、进一步地，所述气液分离器顶部的出气口前设有孔隙率为97%的不锈钢丝网，用于脱除水蒸气中夹带的液滴。

12、进一步地，所述气液分离器的底部出液口与所述卧式冷凝器管侧的进水口之间的高度差为1.6m至1.8m，所述调节阀通过调节补水流量控制所述气液分离器内的液位，使所述液位与所述卧式冷凝器管侧的进水口之间形成1.8m至2m高度的静液柱。

13、进一步地，所述带过热段降膜蒸发器中，液态工质从所述进液口流入所述布液器并均匀喷淋至所述换热管的外壁，部分液态工质在所述换热管外表面吸收热源热量蒸发，剩余未蒸发液态工质在重力作用下形成连续液膜向下流动；

14、气态工质夹带微小液滴经所述挡板与所述筒体内壁形成的曲折通道流动，经惯性分离脱除液滴后进入所述过热段换热管区域继续吸热，获得过热度后从所述出气口排出。

15、进一步地，在所述水-蒸汽循环系统中：关闭所述进水口的进水口切断阀和所述热水出口的热水出口切断阀，打开所述水下降管路的切断阀和所述水气上升管路的水气上升管路切断阀时，所述联供热泵处于蒸汽制取模式；

16、在所述蒸汽制取模式下，补水经所述过冷器预热后流入所述水下降管路，与所述气液分离器底部回流的高温水混合后进入所述卧式冷凝器的管侧，吸收所述卧式冷凝器壳侧高温工质冷凝释放的热量后蒸发为水蒸气，形成的气液两相混合物在重力与密度差驱动下经所述水气上升管路进入所述气液分离器，分离出的蒸汽由所述蒸汽出口输出，分离出的高温水在所述气液分离器内积聚并形成液位，经所述水下降管路回流至所述卧式冷凝器的管侧进水口，形成无泵自然循环。

17、进一步地，在所述水-蒸汽循环系统中：关闭所述水下降管路的水下降管路切断阀及所述水气上升管路的水气上升管路切断阀，打开所述进水口的进水口切断阀及所述热水出口的热水出口切断阀时，所述联供热泵处于高温热水制取模式；

18、在所述高温热水制取模式下，低温水由所述进水口进入所述卧式冷凝器的管侧，吸收所述卧式冷凝器壳侧高温工质冷凝释放的热量后升温，由所述热水出口输出高温热水。

19、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

20、1、本发明提供一种高效无泵循环蒸汽热水联供热泵装置，以r1233zd(e)等制冷剂为循环工质，利用工质的相变潜热，以较小的电力代价，回收低品位废热，转化为高品质热能的蒸汽或高温热水。

21、2、利用水的两相流密度差与重力势能差共同构成的循环驱动，替代循环水泵，驱动水-蒸汽自然对流沸腾循环，降低能耗约5~10%。

22、3、使用带过热段降膜蒸发器，弥补了常规降膜蒸发器工质气体过热度不足导致半封闭螺杆压缩机带液运行的缺点，同时大幅提高蒸发器换热系数，与干式蒸发器相比提升约1倍以上。