[发明专利]一种梯级储能式蒸汽热泵机组及其控制方法

说明书

本发明涉及蒸汽热泵机组技术领域，尤其涉及一种梯级储能式蒸汽热泵机组及其控制方法，补水梯级预热的同时对各级制冷剂液体进行冷却，有效节能且提升了制冷剂的液体过冷度；多级冷媒压缩循环制取高温水蒸汽，实现高温热水的梯级加热，有效利用低品位的热源且改善了运行工况，降低能耗的同时提升了系统的可靠性；储能、闪蒸于一体，使系统简单化，提高利用率且节省空间；梯级储能使高温热水实现温度分层分级存储，热能储存时从高温侧进入从低温侧流出，实现低温水进入多级热泵系统补充加热，使长时间停机时闪蒸罐组中已冷却的热水可以直接预热加热，提升能效比，储能热水用完后可自动切换至直接蒸汽发生模式，三个运行模式切换自如，使用舒适方便。

技术领域

本发明涉及蒸汽热泵机组技术领域，尤其涉及一种梯级储能式蒸汽热泵机组及其控制方法。

背景技术

目前已有一般的单级蓄热式热泵蒸汽机，可以用单级冷媒压缩循环制取高温热水储存于蓄热罐中，然后冷媒压缩及热泵系统停机，在需要应用时将蓄热罐中的高温热水取出至闪蒸罐用于蒸发产生水蒸汽。

但此类普通的单级蓄热式热泵蒸汽机，存在以下问题：

一、普通的单级蓄热式热泵蒸汽机的蓄热罐和闪蒸罐双重设置成本高、系统复杂、浪费空间；蓄热运行与蒸汽发生使用无法同时进行，只能高温热水蓄热完成后，再取出蓄热热水用于产生蒸汽，在蓄热热水用完时，无法直接用冷媒压缩机直接补充产生蒸汽，蓄热、用储与直接供热切换不灵活，且不方便蒸汽产量的调节。

二、在停机时，闪蒸罐中已经冷却的存水，无法返回蓄热罐进行补充加热，导致停机后再启动时，闪蒸罐中的水温过低，难以沸腾产生蒸气。

三、普通的单级蓄热式热泵蒸汽机的冷凝器出口的液体温度高，存在过冷度低，整机能效较低的问题。

四、普通的单级蓄热式热泵蒸汽机采用单级冷媒压缩循环制取高温水蒸汽，为了使高温热水沸腾，其单级冷媒压缩的冷凝温度需要达到100℃以上，导致高温热泵系统的冷凝温度、排气温度高、制冷剂液体温度高，运行工况劣，能耗大的同时产生了过热的不可靠因素。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种成本低、能耗低、效率高、系统结构简单、能提升制冷剂液体过冷度、防止过热运行工况好、能自由切换不同模式且能对停机时冷却的存水进行补充加热的梯级储能式蒸汽热泵机组及其控制方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种梯级储能式蒸汽热泵机组，包括蒸汽发生系统、若干个冷媒循环系统以及与冷媒循环系统对应设有若干个的梯级预热换热组件；

蒸汽发生系统包括依次通过管道连接的闪蒸罐组、第二调节阀、蒸汽压缩机以及蒸汽出口；

若干个冷媒循环系统均包括冷媒压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，冷媒压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器依次通过管道连接并形成闭环；

若干个梯级预热换热组件依次连接，且每个梯级预热换热组件连通于对应的冷凝器与膨胀阀之间；

最前端的梯级预热换热组件连接有进水口，进水口与梯级预热换热组件之间连通设有第一水泵；

若干个冷凝器依次连通，最后端的冷凝器通过第一调节阀与闪蒸罐组的上侧连通，最前端的冷凝器通过第二水泵与最后端的梯级预热换热组件连通，最后端的梯级预热换热组件与第二水泵之间的连接管道与闪蒸罐组的下侧连通；

闪蒸罐组包括依次连通的第一储能闪蒸罐、第二储能闪蒸罐和第三储能闪蒸罐，第一储能闪蒸罐的下侧与最后端的梯级预热换热组件与第二水泵之间的连接管道连通，第三储能闪蒸罐的上侧通过第一调节阀与最后端的冷凝器连通，第二调节阀与第三储能闪蒸罐通过管道连通

作为优选，冷媒循环系统和梯级预热换热组件均对应设有三个。