用于混凝土预制件的两级压缩式热泵蒸养系统及运行方法

摘要

本发明公开了用于混凝土预制件的两级压缩式热泵蒸养系统其运行方法，其特征在于，其包括两级压缩式热泵单元、空气加热单元和蒸汽发生单元；所述两级压缩式热泵单元包括高压级压缩机、低压级压缩机、低压级蒸发器、中间冷却器、高压级冷凝器、节流阀、制冷剂三通阀、能量调节阀、过冷冷凝器；所述空气加热单元包括过冷冷凝器、制冷剂三通阀、能量调节阀、水路三通阀、水加热盘管、循环水泵、设在蒸汽养护室内的风道以及循环风机；所述蒸汽发生单元包括高压级冷凝器、水路三通阀、电辅加热器；本发明利用热泵系统清洁高效、运行费用低等特点有效避免了燃煤锅炉、生物质锅炉对环境的污染性和电锅炉的高能耗等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及用于混凝土预制件的两级压缩式热泵蒸养系统及运行方法，属于热泵技术领域。

背景技术

混凝土预制构件因其利于工程标准化、流程化施工以及施工现场安装便捷得到广泛使用。混凝土养护是预制构件生产的重要过程其养护流程一般是先在5h内由室温升高至45~60℃，接着保温30h左右，再经5h降温至室温，过程要求湿度在70%以上。养护过程中需要调节控制温度升高速度、保温时间、以及恒定的高湿度，否则会直接影响构件的强度和质量。

目前，混凝土预制构件蒸汽养护大多采用小型燃煤锅炉、生物质锅炉或者电锅炉。燃煤锅炉和生物质锅炉安装使用简便、费用低但是安全性差，同时随着雾霾天气日益加重以及环境治理要求该方式逐渐被限制和淘汰使用；电锅炉通过电加热的方式产生蒸汽进行养护，该方式虽然不会对环境产生直接影响但是运行费用高，经济效益差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供用于混凝土预制件的两级压缩式热泵蒸养系统及运行方法。

本发明提供的技术方案如下：用于混凝土预制件的两级压缩式热泵蒸养系统，其特征在于，其包括两级压缩式热泵单元、空气加热单元和蒸汽发生单元；所述两级压缩式热泵单元包括高压级压缩机、低压级压缩机、低压级蒸发器、中间冷却器、高压级冷凝器、节流阀、制冷剂三通阀、能量调节阀、过冷冷凝器；所述空气加热单元包括过冷冷凝器、制冷剂三通阀、能量调节阀、水路三通阀、水加热盘管、循环水泵、设在蒸汽养护室内的风道以及循环风机；所述蒸汽发生单元包括高压级冷凝器、水路三通阀、电辅加热器；

高压级压缩机的排气出口连接高压级冷凝器的左上入口；制冷剂三通阀的上侧接口连接高压级冷凝器的左上入口，制冷剂三通阀的下侧接口连接能量调节阀，制冷剂三通阀的右侧接口连接过冷冷凝器的入口；过冷冷凝器的出口分别连接能量调节阀和节流阀，节流阀连接低压级蒸发器的入口；低压级蒸发器的出口连接低压级压缩机的入口，低压级压缩机的出口连接中间冷却器的左下入口，中间冷却器的左上出口连接高压级压缩机的入口；中间冷却器的右下入口连接循环水泵的出口；中间冷却器的右上出口连接高压冷凝器的右上入口；高压冷凝器的右下出口连接水路三通阀的上方入口，水路三通阀的右侧出口连接电辅加热器的入口，电辅加热器产生蒸汽喷入蒸汽养护室；水路三通阀的下方出口连接水加热盘管的入口；循环水泵的入口分别连接水加热盘管的出口和自来水补水口；高压级冷凝器和水加热盘管置于风道内部，风道入口处设有循环风机。

用于混凝土预制件的两级压缩式热泵蒸养系统的运行方法，其特征在于其包括：

两级压缩热泵部分运行：来自于过冷冷凝器的过冷制冷剂液体经过节流阀变成低温低压制冷剂液体进入低压级蒸发器吸收环境热量后变为低温低压制冷剂气体后进入低压级压缩机；低压级压缩机将制冷剂气体压缩至中间压力下制冷剂过热气体状态后送入中间冷却器中冷却至中间压力下饱和气体后进入高压级压缩机压缩至高温高压制冷剂气体；高温高压制冷剂气体进入高压级冷凝器进行冷凝放热变成高温高压制冷剂液体后通过制冷剂三通阀分成两路，一路进入过冷冷凝器继续放热成为过冷液体，另一路经过能量调节阀进行压力调节后与过冷制冷剂液体混合后经节流阀进入低压级蒸发器；

室内加热部分运行：在循环水泵驱动下，水先进入中间冷却器吸热后进入高压级冷凝器进一步提升温度，热水经水路三通阀分成两路，一路进入电辅加热器后变成蒸汽，另一路进入水加热盘管，在循环风机驱动下，室内空气先通过过冷冷凝器吸收热量，再通过水加热盘管继续加热；

蒸汽加湿部分运行：来自自来水或者水箱的水进入中间冷却器和高温冷凝器加热后经过水路三通阀进入电辅加热器加热至蒸汽状态送入蒸汽养护室内进行加湿。

进一步地，所述的制冷剂三通阀调节流量大小取决于蒸汽养护室内温度和湿度的需求，温度设定要求为升温速度为7-9℃/h，恒温阶段45~60℃，湿度设定要求为湿度80%以上，当温度低于设定要求时，增加制冷剂三通阀的右侧出口流量，当温度高于设定要求时，增加制冷剂三通阀的下侧出口流量。

本发明的有益效果是：本发明充分利用热泵系统高效节能的优势，利用低压级蒸发器吸收外界低品位热能，升温后用于蒸养的加热和加湿，解决了已有混凝土蒸养过程中运行费用高和环境污染严重的问题，同时通过中间冷却器和高压级冷凝器吸收低压级压缩机排气热量和高压级制冷热量，起到降低高压级压缩机吸气温度和制冷剂过冷度，从而提高制冷系数的目的；本发明充分利用两级压缩式热泵系统能获得高品位热源的优势，采用高压级冷凝器与水加热盘管的高低品位热源结合方式加热蒸汽养护室内环境温度、采用中间冷却器和电辅加热器制取蒸汽用于加湿，满足了混凝土蒸养过程中的温湿度要求；在高压级冷凝器和水加热盘管串联加热空气过程中，通过调节压缩机频率、高压级冷凝器内制冷剂流量、水循环量实现了热量输出的控制，进一步控制了升温速度。利用设备程序化控制以及高湿度环境控制使系统具有很好的调节控制特性，有利于得到高质量的混凝土构件。本发明利用热泵系统清洁高效、运行费用低等特点有效避免了燃煤锅炉、生物质锅炉对环境的污染性和电锅炉的高能耗等问题。

附图说明

图1为本发明的用于混凝土预制件的两级压缩式热泵蒸养系统的结构连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的最佳实施方式作详细说明：

如图1所示，用于混凝土预制件的两级压缩式热泵蒸养系统，其包括两级压缩式热泵单元、空气加热单元和蒸汽发生单元；所述两级压缩式热泵单元包括高压级压缩机1-1、低压级压缩机1-2、低压级蒸发器2、中间冷却器3-1、高压级冷凝器3-2、节流阀4、制冷剂三通阀7、能量调节阀12、过冷冷凝器5；所述空气加热单元包括过冷冷凝器5、制冷剂三通阀7、能量调节阀12、水路三通阀8、水加热盘管6、循环水泵11、设在蒸汽养护室14内的风道13以及循环风机10；所述蒸汽发生单元包括高压级冷凝器3-2、水路三通阀8、电辅加热器9。

高压级压缩机1-1的排气出口连接高压级冷凝器3-2的左上入口；制冷剂三通阀7的上侧接口连接高压级冷凝器3-2的左上入口，制冷剂三通阀7的下侧接口连接能量调节阀12，制冷剂三通阀7的右侧接口连接过冷冷凝器5的入口；过冷冷凝器5的出口分别连接能量调节阀12和节流阀4，节流阀4连接低压级蒸发器2的入口；低压级蒸发器2的出口连接低压级压缩机1-2的入口，低压级压缩机1-2的出口连接中间冷却器3-1的左下入口，中间冷却器3-1的左上出口连接高压级压缩机1-1的入口；中间冷却器3-1的右下入口连接循环水泵11的出口；中间冷却器3-1的右上出口连接高压冷凝器3-2的右上入口；高压冷凝器3-2的右下出口连接水路三通阀8的上方入口，水路三通阀8的右侧出口连接电辅加热器9的入口，电辅加热器9产生蒸汽喷入蒸汽养护室14；水路三通阀8的下方出口连接水加热盘管6的入口。循环水泵11的入口分别连接水加热盘管6的出口和自来水补水口。高压级冷凝器5和水加热盘管6置于风道13内部，风道13入口处设有循环风机10。

在该系统中，高压级压缩机将制冷剂压缩成高温气体进入高压级冷凝器进行冷凝放热后变成高温高压制冷剂液体，经制冷剂三通阀调节过冷冷凝器的制冷剂流量进行温度调节后分成两路：一路进入过冷冷凝器继续放热成为过冷液体，另一路经过能量调节阀进行压力调节后与过冷制冷剂液体混合；上述混合制冷剂经节流阀变为低温低压制冷剂液体进入低压级蒸发器吸收环境热量后变为低温低压制冷剂气体进入低压级压缩机；低压级压缩机将制冷剂压缩至中间压力下过热制冷剂气体进入中间冷却器冷却放热至中间压力下饱和制冷器气体再进入高压级压缩机进行压缩。空气加热单元中过冷冷凝器和水加热盘管置于蒸汽养护室内，利用风机对蒸汽养护室内空气进行循环加热以提升室内温度。蒸汽发生单元中自来水经过中间冷却器加热升温后再经过高压级冷凝器进一步提温后再由电辅加热器加热成蒸汽送入蒸汽养护室内，满足预制构件养护的湿度要求。

工作时，

两级压缩热泵部分运行：来自于过冷冷凝器5的过冷制冷剂液体经过节流阀4变成低温低压制冷剂液体进入低压级蒸发器2吸收环境热量后变为低温低压制冷剂气体后进入低压级压缩机1-2。低压级压缩机1-2将制冷剂气体压缩至中间压力下制冷剂过热气体状态后送入中间冷却器3-1中冷却至中间压力下饱和气体后进入高压级压缩机1-1压缩至高温高压制冷剂气体。高温高压制冷剂气体后进入高压级冷凝器3-2进行冷凝放热变成高温高压制冷剂液体后通过制冷剂三通阀7分成两路，一路进入过冷冷凝器5继续放热成为过冷液体，另一路经过能量调节阀12进行压力调节后与过冷制冷剂液体混合后经节流阀4进入低压级蒸发器2。制冷剂三通阀7通过调节进入过冷冷凝器5的制冷剂流量实现调节室内温度的功能。制冷剂三通阀7调节流量大小取决于蒸汽养护室14内温度和湿度的需求，温度设定要求为升温速度为7-9℃/h，恒温阶段45~60℃，湿度设定要求为湿度80%以上，当温度低于设定要求时，增加制冷剂三通阀7的右侧出口流量，当温度高于设定要求时，增加制冷剂三通阀7的下侧出口流量。

室内加热部分运行：热源由两部分组成：过冷冷凝器5和水加热盘管6。在循环水泵11驱动下，水先进入中间冷却器3-1吸热后进入高压级冷凝器3-2进一步提升温度，热水经水路三通阀8分成两路，一路进入电辅加热器9后变成蒸汽，另一路进入水加热盘管6。在循环风机10驱动下，室内空气进入过冷冷凝器5吸收热量，再进入水加热盘管6继续加热，利用两个热源的品位高低实现空气的串联加热，有效地调节蒸汽养护室14内空气升温速度。

蒸汽加湿部分运行：来自自来水或者水箱的水进入中间冷却器3-1和高温冷凝器3-2加热后经过水路三通阀8进入电辅加热器9加热至蒸汽状态送入蒸汽养护室14内进行加湿。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分都属于现有技术。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。