[发明专利]采用自然工质水的高温热泵循环系统及其工作方法

权利要求书

1.一种采用自然工质水的高温热泵循环系统，其特征在于，包括水工质热泵循环系统、水蒸气压缩机补水系统、废热源供水系统以及高温出水系统，水工质热泵循环系统与水蒸气压缩机补水系统通过水循环管以及水蒸气压缩机相连接，废热源供水系统与水工质热泵循环系统通过蒸发器相连接，高温出水系统与水工质热泵循环系统通过冷凝器相连接；水工质热泵循环系统由蒸发器、闪蒸管、真空泵、真空调节阀、真空管、闪蒸罐、低温水蒸气管、水蒸气压缩机、高温水蒸气管、集液管、冷凝器、集液罐、水蒸气膨胀阀、膨胀管、水循环泵、水循环管组成，蒸发器和闪蒸罐通过闪蒸管连接，闪蒸罐和水蒸气压缩机通过低温水蒸气管连接，水蒸气压缩机和冷凝器通过高温水蒸气管连接，冷凝器和集液罐通过集液管连接，集液罐、水蒸气膨胀阀和闪蒸罐通过膨胀管依次连接，闪蒸罐、水循环泵和蒸发器通过水循环管依次连接，真空泵与真空调节阀通过真空管连接在闪蒸罐的上方；水蒸气压缩机补水系统由补水流量调节阀、水蒸气压缩机、水蒸气压缩机补水泵、水蒸气压缩机补水管和水循环管组成，水循环管、水蒸气压缩机补水泵、补水流量调节阀和水蒸气压缩机通过水蒸气压缩机补水管依次连接；废热源供水系统由废热出水管、蒸发器和废热进水管组成，废热出水管和废热进水管连接在蒸发器上；高温出水系统由冷凝器、低温进水管和高温出水管组成，低温进水管和高温出水管都连接在冷凝器上。

2.根据权利要求1所述的采用自然工质水的高温热泵循环系统，其特征在于，所述水工质热泵循环系统使用自然工质水作为循环工质，有效地避免氟氯烃类人工合成工质对臭氧层的破坏和严重的温室效应，同时自然工质水在经济性，安全性上也优于氟氯烃类人工合成工质。

3.根据权利要求1所述的采用自然工质水的高温热泵循环系统，其特征在于，所述水蒸气压缩机补水系统中补充的工质是自然工质水，不仅提高系统的整体性能，而且补充工质与循环工质相同。

4.根据权利要求1所述的采用自然工质水的高温热泵循环系统，其特征在于，所述蒸发时蒸发器中的压力处于负压状态，闪蒸罐以及低温水蒸气管中水蒸气的压力都处于负压状态。

5.根据权利要求1所述的采用自然工质水的高温热泵循环系统，其特征在于，所述水工质热泵循环系统和废热源供水系统充分的回收废热源供水系统中80-90℃的废热，达到回收低品位能源、节能减排的目的。

6.根据权利要求1所述的采用自然工质水的高温热泵循环系统，其特征在于，所述水工质热泵循环系统和高温出水系统能够产生温度在120℃以上的高温水，满足生产与生活中大量场合的应用。

7.根据权利要求1所述的采用自然工质水的高温热泵循环系统，其特征在于，所述水蒸气压缩机通过喷水来降低其出口处水蒸气的过热度，提高压缩机的性能，从而提高系统整体的性能。

8.一种采用自然工质水的高温热泵循环系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在系统整体运行前，水工质热泵循环系统中的真空泵首先工作，通过真空管和真空调节阀将闪蒸罐内的压力抽到额定真空度并维持闪蒸罐内真空度恒定；

在系统整体运行时，废热源供水系统进行工作，来自废热源的废热水通过废热进水管流入蒸发器，在蒸发器中与来自水循环管的低温循环水进行换热，废热水放热温度降低以后通过废热出水管流出蒸发器；

在系统整体运行时，水工质热泵循环系统进行工作，闪蒸罐内的低温饱和水蒸气通过低温水蒸气管流入水蒸气压缩机中，低温饱和水蒸气在水蒸气压缩机中被压缩升压升温成为高温水蒸气，在低温饱和水蒸气被压缩升压升温的过程中，来自水蒸气压缩机补水管的补充水喷入水蒸气压缩机腔体内吸收被水蒸气压缩机压缩形成的高温水蒸气的热量后气化并和高温水蒸气混合形成混合高温水蒸气，降低了水蒸气压缩机出口处混合高温水蒸气的温度，混合高温水蒸气通过高温水蒸气管从水蒸气压缩机出口处流入冷凝器，混合高温水蒸气在冷凝器中向来自低温进水管的低温冷却水冷凝放热形成高温冷凝水，高温冷凝水通过集液管从冷凝器中流入集液罐并在集液罐中聚集，集液罐中的高温冷凝水通过膨胀管流经水蒸气膨胀阀节流膨胀压力温度降低后形成低温低压循环水流入闪蒸罐，低温低压循环水在闪蒸罐中发生闪蒸形成低温饱和水蒸气和低温饱和水，低温饱和水通过水循环管经过水循环泵部分输送到蒸发器中部分输送到水蒸气压缩机补水管中，低温饱和水在蒸发器中吸收来自废热进水管的废热水的热量蒸发形成低温水蒸气，低温水蒸气通过闪蒸管由蒸发器流入闪蒸罐中，低温水蒸气在闪蒸罐中同样闪蒸形成低温饱和水蒸气和低温饱和水，闪蒸罐中的低温饱和水蒸气通过低温水蒸气管再次流入水蒸气压缩机中，闪蒸罐中的低温饱和水通过水循环管经过水循环泵再次输送到蒸发器中，形成一个完整的循环；

在系统整体运行时，水蒸气压缩机补水系统进行工作，低温饱和水由水循环管流入水蒸气压缩机补水管中，低温饱和水通过水蒸气压缩机补水管流入水蒸气压缩机补水泵中，低温饱和水流经补水流量调节阀被水蒸气压缩机补水泵通过水蒸气压缩机补水管输送到水蒸气压缩机的腔体内，低温饱和水在水蒸气压缩机腔体内吸收被水蒸气压缩机压缩形成的高温水蒸气的热量后气化并和高温水蒸气混合形成混合高温水蒸气；

在系统整体运行时，高温出水系统进行工作，低温冷却水通过低温进水管流入冷凝器，在冷凝器中与来自高温水蒸气管的混合高温水蒸气进行换热，低温冷却水吸热温度升高以后形成高温冷却水通过高温出水管流出冷凝器，高温冷却水将会被收集储存等待进一步使用。