一种双热源水工质高温热泵浓缩与烘干多功能系统的制作方法

1.本实用新型属于热泵节能技术领域，具体涉及一种双热源水工质高温热泵多功能浓缩与烘干多功能系统。


背景技术：

2.在目前的工业应用场景中，烘干与浓缩技术被广泛的应用，具有非常巨大的应用潜力。但是在烘干与浓缩技术中都需要涉及到高温热水与蒸汽的发生，需要消耗巨大的热量来满足技术的使用。传统的烘干与浓缩技术都是依赖于锅炉加热系统，用燃煤锅炉来进行蒸汽的发生。但是随着国家环保政策的出台，燃煤锅炉将会逐步被取代，因此越来越多的烘干与浓缩新技术被应用与研究。
3.热泵系统是一种高效的节能系统，它的使用可以有效地回收低品位能源，提高能量的利用效率，降低高品位能源的消耗，缓解能源危机的压力，因此热泵系统一直被社会各界所推崇，在社会的生产生活中得到了广泛的应用。将热泵技术应用于烘干与浓缩系统中可以有效地降低系统中的能耗，一直以来热泵技术都在烘干与浓缩系统中得到广泛的关注与应用。但是目前热泵系统工质的环保问题备受关注，因此工质的选择至关重要。传统的氯氟烃类人工合成工质对臭氧层破坏严重、温室效应明显、未来的使用与发展受到了明显的限制，这使得热泵系统在循环工质的选择上更加有限，严重的制约了热泵系统在生产生活各方面的应用。而目前越来越多的热泵开始使用低温室效应的工质，尤其是以氨，二氧化碳，水和烷烃为代表的自然工质受到了广泛的关注与研究。而在高温热泵系统的选择与应用上也没有明确的方案，突破100摄氏度供热的高温热泵系统，几乎都需要较大的温升和较高余热源温度，较大的温升降低了系统的性能，而较高的余热温度则限制了系统的使用范围。
4.因此研究与使用新型、高效、绿色、环保并且易得的循环工质以及提高热泵系统在实际浓缩与烘干系统应用中的能效，减少系统能耗，成为了目前热泵浓缩和烘干系统行业需要解决的问题。
5.现有技术中的热泵浓缩和烘干系统大多采用热泵工质的方式进行浓缩或烘干。但这些技术中使用的热泵工质不环保，且热泵工质价格昂贵，高温供热性能(cop)较差，对余热温度要求高，没有余热就无法工作(工作稳定性差)，浓缩与烘干无法同时进行，功能单一，烘干温度过低无法满足高温烘干要求。
6.为此，本领域持续需要开发一种双热源水工质高温热泵浓缩与烘干多功能系统。


技术实现要素：

7.本实用新型的主要目的在于提供工作稳定性高、安全环保、节能减排且可以同时满足浓缩与烘干功能的双热源水工质高温热泵浓缩与烘干多功能系统。
8.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
9.一种双热源水工质高温热泵浓缩与烘干多功能系统，包括双热源供热系统、水工
质高温热泵系统和浓缩与烘干多功能系统；所述双热源供热系统和水工质高温热泵系统通过蒸发器相连，所述水工质高温热泵系统和浓缩与烘干多功能系统通过浓缩罐相连；
10.所述双热源供热系统包括太阳能集热器；所述蒸发器进口端连接余热进水管，所述蒸发器出口端连接余热出水管；所述太阳能集热器进口端通过水箱循环泵连接保温水箱低温补充水部分，所述太阳能集热器出口端连接保温水箱高温循环水部分；所述余热出水管通过余热出水旁通管与太阳能集热器进口端连接；
11.所述水工质高温热泵系统包括储液罐、水蒸气压缩机和集液罐；所述储液罐出口端通过储液循环泵连接蒸发器进口端，所述蒸发器出口端连接储液罐进口端，所述储液罐出口端连接水蒸气压缩机进口端，所述水蒸气压缩机出口端连接浓缩罐；所述浓缩罐内设有蒸发盘管，所述蒸发盘管的一端与水蒸气压缩机的出口端连接，所述蒸发盘管的另一端连接集液罐的进口端，所述集液罐出口端通过膨胀阀连接储液罐；
12.所述浓缩与烘干多功能系统包括烘干水蒸气压缩机、烘干箱和预热器；所述浓缩罐的一侧设有预热器，所述预热器通过带进液管单向阀的进液管连接浓缩罐的上部，所述浓缩罐顶部连接烘干水蒸气压缩机的进口端，所述烘干水蒸气压缩机的出口端连接烘干箱，所述烘干箱连接余热回收设备。
13.优选地，所述双热源供热系统还包括保温水箱，所述保温水箱内设有分隔板，通过分隔板将保温水箱分隔成高温循环水部分和低温补充水部分；所述高温循环水部分进口端连接太阳能集热器，所述高温循环水部分出口端通过余热进水旁通管与余热进水管连接；所述低温补充水部分进口端连接水源，所述低温补充水部分出口端通过水箱循环泵连接太阳能集热器。
14.优选地，所述集液罐内设有冷凝液，所述集液罐的另一出口端通过带补水调节阀的补水调节管与水蒸气压缩机连接，用于降低水蒸气压缩机内被压缩水蒸气的过热度。
15.优选地，所述浓缩罐的下部通过溶液循环泵连接浓缩罐的上部；所述浓缩罐的底部连接余热回收设备。
16.优选地，所述浓缩罐内设有浓缩盘管，所述烘干水蒸气压缩机与烘干箱之间设有浓缩旁通管，所述浓缩旁通管连接浓缩盘管的一端，所述浓缩盘管的另一端连接余热回收设备。
17.优选地，所述浓缩罐内设有布液板，所述布液板设置在蒸发盘管和浓缩盘管的上方。
18.优选地，所述浓缩旁通管上设有浓缩旁通阀，所述浓缩旁通阀用于控制浓缩旁通管的开通和关闭。
19.优选地，所述烘干水蒸气压缩机通过烘干排气管连接烘干箱，所述烘干排气管上设有烘干排气阀。
20.本实用新型与现有技术相比具备以下有益效果：
21.1、本实用新型通过使用自然工质水作为循环工质，自然工质水本身对臭氧层无破坏，温室效应低，避免了氯氟烃类人工合成工质对臭氧层的破坏，以及其高的温室效应，有效地保护了环境。
22.2、本实用新型通过使用自然工质水作为循环工质，自然工质水在自然界中大量存在，与其它任何一种工质相比，自然工质水最易获得，使用成本最低，经济性好。
23.3、本实用新型通过使用自然工质水作为循环工质，自然工质水不具有毒性，可燃性，易爆性等危险属性，作为循环工质无论是在液态或气态下发生泄漏时不会造成任何安全问题，安全性好。
24.4、本实用新型通过使用自然工质水作为循环工质，自然工质水的化学性质十分稳定，不存在其他工质长期使用产生的分解问题。
25.5、本实用新型通过使用蒸发器有效地回收了余热源里的废热，充分的利用了低品质的能量，实现了节能减排的效果。
26.6、本实用新型通过使用补水调节阀门和补水调节管，将集液罐内的高温高压冷凝水喷入压缩机内，压缩机排气压力的升高时所需喷入水的量也要增大，集液罐内压力与压缩机排气压力保持一致会随着压缩机排气压力的升高而升高，集液罐内压力的升高会导致补水压力增大，补水量也会增大，形成了补水量的自动调节，有效地保证了系统的稳定运行。
27.7、本实用新型通过使用太阳能集热器收集太阳能，并用太阳能加热换热工质，最终用于蒸发器中的工质的蒸发，有效地利用了清洁可持续的太阳能，进一步的提升了系统的环保性和经济性。
28.8、本实用新型通过使用太阳能集热器收集太阳能，并用太阳能加热换热工质，最终用于蒸发器中的工质的蒸发，提升热泵系统的蒸发温度，降低了系统的温升，从而有效地降低了系统能耗，提高了系统性能，保证了系统的高效运行。
29.9、本实用新型通过将稀溶液浓缩产生的低压蒸汽压缩升压升温，并进一步的应用于烘干和稀溶液的浓缩，有效地降低系统的能耗。
30.10、本实用新型通过不同的系统旁路设计，既可以同时满足烘干和浓缩应用，又可以单独满足烘干和浓缩其中一种应用，真正的实现了多功能应用。
31.11、本实用新型通过将换热盘管与浓缩盘管安装在浓缩罐中，有效地减少了系统中所需的换热部件，减少了系统的复杂程度与初始成本。
32.综上所述，本实用新型通过太阳能集热器结合蒸发器提升热泵系统的蒸发温度，降低了系统的温升，从而有效地降低了系统能耗；通过水蒸气压缩机将回收的低品质能量提升为高品质能量，将集液罐内的冷凝水喷入压缩机内，形成了补水量的自动调节，有效地保证了系统的稳定运行；并且通过不同的系统旁路设计，既可以同时满足烘干和浓缩应用，又可以单独满足烘干和浓缩其中一种应用，真正的实现了多功能应用；本实用新型工作稳定性高，安全环保，节能减排且可以同时满足浓缩与烘干功能，满足了很多生产以及生活中的需求，应用范围广泛。
附图说明
33.图1为本实用新型提出的一种双热源水工质高温热泵浓缩与烘干多功能系统的结构示意图。
34.图中标号说明如下：
35.10、蒸发器，11、余热出水管、12、余热出水阀，13、余热出水旁通阀、14、余热出水旁通管、15、余热进水管，16、水箱循环泵，17、太阳能进水管，18、太阳能集热器，19、太阳能出水管，20、保温水箱，201、分隔板，21、水箱补水阀，22、水箱补水管，23、余热进水旁通阀，24、
余热进水旁通管，25、太阳能进水阀，26、余热进水阀，30、储液罐，31、吸气管，32、水蒸气压缩机，33、排气管，34、蒸发盘管，35、回液管，36、集液罐，37、膨胀阀，38、膨胀管，39、循环管，40、储液循环泵，41、蒸发出气管，42、蒸发单向阀，43、补水调节管，44、补水调节阀，50、浓缩罐，501、布液板，51、烘干吸气管，52、烘干水蒸气压缩机，53、烘干排气管，54、烘干排气阀，55、烘干箱，56、排液管，57、浓缩旁通阀，58、浓缩旁通管，59、预热器，60、进液管，61、进液单向阀，62、溶液循环阀，63、溶液循环管，64、溶液循环泵，65、浓缩盘管，66、冷凝出液管，67、冷凝出液阀，68、出液管，69、出液阀。
具体实施方式
36.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
37.如图1所示，为本实用新型提供的一种双热源水工质高温热泵浓缩与烘干多功能系统，包括双热源供热系统、水工质高温热泵系统和浓缩与烘干多功能系统。双热源供热系统和水工质高温热泵系统通过蒸发器10相连，水工质高温热泵系统和浓缩与烘干多功能系统通过浓缩罐50相连。
38.双热源供热系统包括余热出水管11、余热出水阀12、余热出水旁通阀13、余热出水旁通管14、余热进水管15、水箱循环泵16、太阳能进水管17、太阳能集热器18、太阳能出水管19、保温水箱20、分隔板201、水箱补水阀21、水箱补水管22、余热进水旁通阀23、余热进水旁通管24、太阳能进水阀25、余热进水阀26。蒸发器10进口端连接带余热进水阀26的余热进水管15，蒸发器10出口端连接带余热出水阀12的余热出水管11。保温水箱20内设有分隔板21，通过分隔板21将保温水箱分隔成高温循环水部分和低温补充水部分，两部分顶部相通。高温循环水部分进口端通过太阳能出水管19连接太阳能集热器18，高温循环水部分出口端通过带余热进水旁通阀23的余热进水旁通管24与余热进水管15连接，接口设置在余热进水阀26和蒸发器10之间。低温补充水部分进口端通过带水箱补水阀21的水箱补水管22连接水源，低温补充水部分出口端通过带太阳能进水阀25的太阳能进水管17连接太阳能集热器18，太阳能进水管17上安装有水箱循环泵16。余热出水管11通过带余热出水旁通阀13的余热出水旁通管14与太阳能进水管17连接，接口设置在水箱循环泵16和太阳能进水阀25之间。
39.当余热充足的时候，余热出水旁通阀13和余热进水旁通阀23关闭，余热出水阀12和余热进水阀26开启，余热流体通过余热进水管15流入蒸发器10中加热来自水工质高温热泵系统的水工质，并在换热后通过余热出水管11离开。当余热不充足的时候，余热出水阀12和余热进水阀26关闭，余热出水旁通阀13和余热进水旁通阀23开启，太阳能集热器18收集太阳能并加热双热源供热系统里面的换热工质水。来自太阳能集热器18的高温换热工质水经过太阳能出水管19，流入保温水箱20的高温循环水部分，然后经过余热进水旁通管24和余热进水管15流入蒸发器10中加热来自水工质高温热泵系统的水工质，并在换热后通过余热出水管11和余热出水旁通管14流入太阳能进水管17，由水箱循环泵16送入太阳能集热器18，形成一个完整的循环。
40.当保温水箱中的换热工质量减少时，需要打开水箱补水阀21和太阳能进水阀25，
往保温水箱20中的低温补水部分补充换热工质，并将低温换热工质通过太阳能进水管17流经水箱循环泵16送入太阳能集热器18中进行加热，随后送回换热水箱20高温循环水部分，直到换热工质补充完成。通过太阳能集热器18和保温水箱20的使用，可以有效的保证进入蒸发器的换热工质的温度，从而保证水工质高温热泵系统的蒸发温度。
41.水工质高温热泵系统包括储液罐30、吸气管31、水蒸气压缩机32、排气管33、蒸发盘管34、回液管35、集液罐36、膨胀阀37、膨胀管38、循环管39、储液循环泵40、蒸发出气管41、蒸发单向阀42、补水调节管43、补水调节阀44。储液罐30出口端通过循环管39连接蒸发器10的进口端，循环管39上设有储液循环泵40，蒸发器10的出口端通过带蒸发单向阀42的蒸发出气管41连接储液罐30的进口端，储液罐30的另一出口端通过吸气管31连接水蒸气压缩机32的进口端，水蒸气压缩机32的出口端通过排气管33连接浓缩罐50的进口端。浓缩罐50内设有蒸发盘管34和浓缩盘管65，其中蒸发盘管34的一端与排气管33相通，蒸发盘管34的另一端通过回液管35连接集液罐36的进口端，集液罐36出口端通过带膨胀阀37的膨胀管38连接储液罐30的另一进口端。
42.进一步，集液罐36内设有冷凝液，集液罐36的另一出口端通过带补水调节阀44的补水调节管43与水蒸气压缩机32连接，用于降低水蒸气压缩机32内被压缩水蒸气的过热度。
43.当水工质高温热泵系统工作时，储液罐30中的水工质被储液循环泵40通过循环管39送入到蒸发器10中，被加热蒸发，产生的低压蒸汽通过蒸发出气管41流经蒸发单向阀42，回流入储液罐30中。低压蒸汽在储液罐30中稳定后被水蒸气压缩机32通过吸气管31吸入压缩。在压缩的过程中，来自集液罐36的冷凝液通过补水调节管43流经补水调节阀44被喷入水蒸气压缩机32的压缩腔内，从而降低被压缩水蒸气的过热度。被压缩产生的高压水蒸气通过排气管33流入浓缩罐50中的蒸发盘管34，加热浓缩罐50中的介质，使浓缩罐中的介质蒸发。高压水蒸气则被冷凝降温形成冷凝液，流入集液罐36中，一部分被喷入水蒸气压缩机32，另一部分通过膨胀管38流经膨胀阀37膨胀后回流入储液罐30，形成一个完整的循环。
44.浓缩与烘干多功能系统包括烘干吸气管51、烘干水蒸气压缩机52、烘干排气管53、烘干排气阀54、烘干箱55、排液管56、浓缩旁通阀57、浓缩旁通管58、预热器59、进液管60、进液单向阀61、溶液循环阀62、溶液循环管63、溶液循环泵64、浓缩盘管65、冷凝出液管66、冷凝出液阀67、出液管68、出液阀69。浓缩罐50的一侧设有预热器59，预热器59通过带进液管单向阀61的进液管60连接浓缩罐50的上部。浓缩罐50的顶部通过烘干吸气管51连接烘干水蒸气压缩机52的进口端，烘干水蒸气压缩机52的出口端通过带烘干排气阀54的烘干排气管53连接烘干箱55，烘干箱55通过排液管56连接余热回收设备。
45.进一步，浓缩罐50内设有布液板501，布液板501设置在蒸发盘管34和浓缩盘管65的上方，浓缩罐50用于更均匀的将气体分散。
46.当需要使用浓缩和烘干功能时，烘干排气阀54，进液单向阀61，溶液循环阀62和出液阀69开启，浓缩旁通阀57和冷凝出液阀67关闭，需要被浓缩的稀溶液通过进液管60，流经预热器59和进液单向阀61，随后流入浓缩罐50中，并流入布液板501上被均匀分散，在浓缩罐中往下流动，并被蒸发盘管34中的高温工质加热。稀溶液吸热使其中的水工质蒸发，并被烘干水蒸气压缩机52通过烘干吸气管51吸入压缩，形成更高压高温的水蒸气，并通过烘干排气管53流经烘干排气阀54流入烘干箱55，在烘干箱55中被用作高温蒸汽热源进行烘干使
用，最后冷凝液通过排液管流56入余热回收设备中。
47.在使用的过程中，为了进一步的保证浓缩液被有效浓缩，浓缩罐50的下部通过带溶液循环阀62的溶液循环管63连接进液管60，溶液循环管63上安装有溶液循环泵64。浓缩罐50的底部通过带出液阀69的出液管68连接余热回收设备。在工作时，浓缩罐50底部的浓缩液被溶液循环泵64通过溶液循环管63和进液管60送入浓缩罐50的上部的布液板501上，进行加热蒸发过程。最终浓溶液通过出液管68流经出液阀69流入余热回收设备被进一步冷却进行热回收。
48.在具体使用的过程中也可以根据系统应用的需求，在烘干排气管53上设有一条浓缩旁通管58，浓缩旁通管58连接浓缩盘管65的一端，浓缩盘管65的另一端通过带冷凝出液阀67的冷凝出液管66连接余热回收设备。在工作时，浓缩旁通阀57和冷凝出液阀67可以开启，引流一部分高温蒸汽经过浓缩旁通管58流入浓缩罐的浓缩盘管65中，用来进行溶液的浓缩加热，最终冷凝液通过冷凝出液管66流经冷凝出液阀67流入余热回收设备中。
49.本实用新型也可以根据需要单独开启浓缩功能或烘干功能。当系统仅需要浓缩功能时，浓缩旁通阀57开启，烘干排气阀54关闭，高温高温水蒸气仅流入浓缩盘管65中。当系统仅需要烘干功能时，通过60进液管流入的可以是纯净水，同时保证烘干排气阀54开启，浓缩旁通阀57关闭即可。
50.本实用新型采用的水工质高温热泵系统是通过使用自然的水源作为循环工质，水本身对臭氧层无破坏，温室效应低，避免了氯氟烃类人工合成工质对臭氧层的破坏，以及其高的温室效应，有效地保护了环境；水在自然界中大量存在，与其它任何一种工质相比，自然工质水最易获得，使用成本最低，经济性好；水不具有毒性，可燃性，易爆性等危险属性，作为循环工质无论是在液态或气态下发生泄漏时不会造成任何安全问题，安全性好，化学性质十分稳定，不存在其他工质长期使用产生的分解问题；同时水作为热泵工质其在100℃以上的高温供热工况下理论性能优异，和其他工质相比具有明显的优势，并且随着供热温的升高优势更加明显。而通过使用太阳能集热器，实现水工质高温热泵系统的双热源供热，提升系统的蒸发温度，降低温升，减小系统能耗，从而有效的提高水工质高温热泵系统性能。同时在末端应用中，有效地将浓缩和烘干应用场景相结合，在浓缩的同时还可以有效地提供烘干所需要的高温蒸汽，并且还可以实现单独的浓缩或者烘干需求，使得一套设备满足多种不同的应用需求。
51.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
52.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
53.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用
新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。