一种带储热的水蒸气供给装置及其工作方法与流程

本发明涉及水蒸气供给装置领域，特别涉及一种带储热的水蒸气供给装置及其工作方法。

背景技术：

1、水蒸气供给装置中配置的热泵系统一般由多台热泵机组并联而成，在运行过程中热泵机组会出现化霜、局部水温过高导致机组停机等情况，热泵机组的启停会影响水蒸气供应的连续性。热泵机组的开启和停止会导致水蒸气的供应量出现波动，这种波动会对设备或工艺产生影响，尤其影响需要稳定水蒸气流量、工艺要求较高的工厂。热泵机组的启动和停止，其供热能力会有一定的滞后，可能导致短时间内供热不足，进而影响水蒸气的供应。

2、热泵机组启停机温差一般控制在5℃以上，这对水蒸气供给装置中的闪蒸器影响很大。闪蒸器利用中压水的高热满足水蒸发时的潜热，闪蒸器内系统水量较大。因此极小的温差变化，会对闪蒸器的水蒸气出气量造成很大的影响，从而影响水蒸气的正常提供。大容量的水蒸气发生装置，热泵机组的耗电量较大。特别是处于用电高峰时，电价费用较贵，机组整体的运行费用较高，故有必要发明一种装置既能降低设备运行过程中水温的波动幅度，又能降低设备在用电高峰时期的运行费用。

技术实现思路

1、为弥补现有技术中水蒸气供给系统中给水提供热量的热泵机组会出现化霜、局部水温过高导致停机，从而影响水蒸气供应的不足，通过在该装置中增设相变储热器，不仅可以避免热泵机组启停对蒸汽供应量的影响，还可以响应错峰用电的政策，实现降低工业运行成本的目的。本技术提供一种带储热的水蒸气供给装置及其工作方法。

2、为了解决上述技术问题，本技术提供以下技术方案。

3、在第一方面中，本技术提供一种带储热的水蒸气供给装置，其包括水蒸气供给系统、热泵循环系统与储能循环系统；水蒸气供给系统包括使用第一通路依次连通的储水罐、冷凝器、换热器与闪蒸器，冷凝器与换热器用于第一通路内水的热交换；闪蒸器的顶部设置有水蒸气出口，用于排出水蒸气；热泵循环系统包括循环连通的压缩机、冷凝器与蒸发器；冷凝器用于加热第一通路内的水；储能循环系统包括循环连通的相变储热器与换热器，换热器用于与第一通路内的水进行热交换，储热器用于储存换热器的热量或释放热量至换热器。

4、采用上述的结构形式，水蒸气供给系统内的储水罐通过第一通路途径冷凝器。热泵循环系统通过蒸发器将系统内的制冷剂加热并输送至冷凝器，加热后的制冷剂将热量传递至第一通路内的水。第一通路内的水温度上升并达到进入闪蒸器的预设温度，通过闪蒸器的闪蒸实现水蒸气的排出。当热泵循环系统发生故障停机，或冷凝器的热交换过程中第一通路内的水温度没有达到进入闪蒸器的预设值时。储能循环系统中的相变储热器内储存有热能，相变储热器通过循环系统中的工质将热能传递至换热器中，通过换热器对第一通路内的水进行加热。通过储能循环系统的增设，即使在热泵循环系统无法正常工作的情况下，储能循环系统能够为水蒸气供给系统提供足够的热能，保证水蒸气供给系统正常的水蒸气产出。

5、同时，当热泵循环系统能够正常工作并且生成更多的热能时，第一通路内的水通过冷凝器吸收热能，通过换热器传递至储能循环系统并将热能存储在相变储热器中。当热泵循环系统无法正常供热时，储能循环系统能够将存储在相变储热器中的热能传递至水蒸气供给系统，确保水蒸气供给系统中闪蒸器的正常工作。

6、较佳地，闪蒸器的底部设置有出水口，出水口设置有第一通道，第一通道连通于储水罐与冷凝器之间的第一通路。

7、采用上述的结构形式，当闪蒸器进行闪蒸制造水蒸气时，没有汽化的水会沉积在闪蒸器的底部。通过第一通道将闪蒸器底部的水排出闪蒸器，排出后的水回到第一通路后重新进入冷凝器内，加热后再次进入闪蒸器进行闪蒸。

8、较佳地，水蒸气供给系统还包括第二通路，第二通路的一端连接于换热器，第二通路的另一端连接于储水罐。

9、采用上述的结构形式，当处于用电低谷期时，热泵循环系统能够能消耗更多便宜的电能，从而通过冷凝器为水蒸气供给系统提供更多的热能。此时有利于储能循环系统进行热能的存储，热泵供给系统内更多的热能通过换热器传递至储能循环系统内，并将热能存储在相变储热器内。第二通路打开后，部分离开换热器的水直接流动至储水罐内并进行循环，提高了水的流动性，加快了储能的效率。

10、较佳地，带储热的水蒸气供给装置还包括第一离心泵；第一离心泵设置在第一通路上，位于储水罐与冷凝器之间，用于将储水罐内的水输送至冷凝器；

11、采用上述的结构形式，通过第一离心泵的工作抽出储水罐内的水并送入至冷凝器内，提高了水蒸气供给系统内的流速从而提高工作效率。

12、较佳地，带储热的水蒸气供给装置还包括第二离心泵；第二离心泵设置在第一通道上，用于将闪蒸器内的水输送至冷凝器。

13、采用上述的结构形式，通过第二离心泵的设置，闪蒸器底部沉积未汽化的水被抽出并运输至冷凝器内。回流至冷凝器内的水通过冷凝器的再次加热，加热后继续进入闪蒸器用于水蒸气的产生。

14、较佳地，带储热的水蒸气供给装置还包括第三离心泵；第三离心泵设置在储能循环系统内，位于相变储热器与换热器之间，第三离心泵用于将相变储热器内的工质输送至换热器。

15、采用上述的结构形式，通过增设第三离心泵能够带动储能循环系统内工质的流动，使得工质能够更高效的将换热器内的热量存储到相变储热器内。当水蒸气供给系统内的水温不足时，通过第三离心泵的工作及时将带有热能的储热液从相变储热器内运输至换热器中。通过将储能循环系统内存储的热量通过换热器输送至水蒸气供给系统内，保证了水蒸气供给系统的持续工作。

16、较佳地，带储热的水蒸气供给装置包括第一电磁阀、第二电磁阀与第三电磁阀；第一电磁阀设置在水蒸气出口处，用于控制水蒸气的排出量；第二电磁阀设置在热泵循环系统内，第二电磁阀位于冷凝器与蒸发器之间，用于控制热泵循环系统的循环通路的开度；第三电磁阀设置在储能循环系统内，第三电磁阀位于相变储热器与换热器之间，用于控制储能循环系统的循环通路的开度。

17、采用上述的结构形式，第一电磁阀、第二电磁阀与第三电磁阀均能够对所对应通路的开度大小进行调整。通过第一电磁阀能够调整水蒸气出口的开度，以此控制水蒸气输出的流量。第二电磁阀能够控制热泵循环系统内循环通路开度的大小，以此调整热泵循环系统内制冷剂的流量。通过改变制冷剂在循环系统内的流量，实现热泵循环系统供热能力的改变，以适应不同的运行模式。第三电磁阀设置在储能循环系统上，以此调整工质在储能循环系统内的流量。通过储能循环系统内工质流量的调整，实现储能循环系统工作功率的调整，用于适应不同温度和热量的需求。

18、较佳地，带储热的水蒸气供给装置还包括第一温度表、第二温度表、第三温度表与第四温度表；第一温度表设置在水蒸气出口，用于检测水蒸气出口的温度；第二温度表与第三温度表均设置在第一通路上，第二温度表位于冷凝器与换热器之间，第三温度表位于换热器与闪蒸器之间；第四温度表设置在储能循环系统的通路上，用于检测储能循环系统内工质的温度。

19、采用上述的结构形式，第一温度表、第二温度表、第三温度表与第四温度表能够分别对于对应通路的温度进行检测。第一温度表能够用于检测水蒸气出口的水蒸气温度是否达到所需值，确保产生的水蒸气满足加工需求。第二温度表用于检测经过冷凝器后的水温，检测第一通路内的水是否达到进入闪蒸器的预设温度值。当冷凝器无法使得第一通路内的水温达到预设值时，储能循环系统内的换热器能够为第一通路内的水进行加热，第三温度表用于检测经过换热器后的水温，是否达到进入闪蒸器内的预设温度值。第四温度表用于检测储能循环系统内工质的温度，确保储能循环系统能够正常的进行热能的存储与热能的供给。

20、较佳地，带储热的水蒸气供给装置还包括第一截止阀、第二截止阀与第三截止阀；第一截止阀设置在第一通道上，用于关闭或打开第一通道；第二截止阀设置在第一通路上，位于换热器与闪蒸器之间，用于打开或关闭换热器与闪蒸器之间的第一通路；第三截止阀设置在第二通路上，用于关闭或打开第二通路。

21、采用上述的结构形式，通过第一截止阀、第二截止阀与第三截止阀的设置，使得第一通道、第一通路与第二通路能够实现开关上的调整。通过改变通路之间的开关，使得水蒸气供给系统内的水能够流向不同的通路。当需要进行水蒸气的供给时，第一截止阀与第二截止阀均保持打开，第三截止阀关闭使得水无法经过第二通路。通过热泵循环系统与储能循环系统加热后的水均能够到达闪蒸器，避免通过第二通路回流至储水罐内。当供给装置不产生水蒸气进行储能循环系统的热量存储时，第三截止阀打开使得与换热器热交换后的水能够回流至储水罐内，快速的进行循环再次经过换热器为储能循环系统提供用于存储的热能。

22、较佳地，带储热的水蒸气供给装置还包括第四截止阀；第四截止阀设置在储能循环系统内，用于控制储能循环系统的循环通路的开启或关闭。

23、采用上述的结构形式，通过第四截止阀的设置，用于控制储能循环系统内循环的开启与关闭。当热泵循环系统能够提供足够的热能时，储能循环系统无需工作时第四截止阀关闭，停止储能循环系统内的循环。当热泵循环系统无法为水蒸气供给系统提供足够的热能时，第四截止阀打开储能循环系统启动为水蒸气供给系统提供进入闪蒸器前所需的热能。

24、在第二方面中，本技术提供一种带储热的水蒸气供给装置的工作方法，该工作方法包括：

25、热泵循环系统中的蒸发器工作，使得热泵循环系统中的制冷剂升温，压缩机将加热后的制冷剂输送至冷凝器；

26、储水罐内的水通过第一通路到达冷凝器内并加热至指定温度，加热后的水通过换热器后到达闪蒸器，闪蒸器内的水闪蒸为水蒸气并排出。

27、采用上述的方法，启动蒸发器并将蒸发器所产生的热能输送至热泵循环系统内，在压缩机的作用下加热后的制冷剂运输至冷凝器。通过在冷凝器内进行热交换，将制冷剂的热量传递至第一通路内。第一通路内的水通过热交换接收制冷剂的热能，水温上升并达到指定的预设温度满足进入闪蒸器的需求。进入闪蒸器内的水实现闪蒸并产生蒸汽，蒸汽自闪蒸器的蒸汽出口排出并输送至水蒸气使用设备。

28、较佳地，步骤水蒸气供给系统中的储水罐内的水通过第一通路到达冷凝器内并加热至指定温度，加热后的水通过换热器后到达闪蒸器，闪蒸器内的水闪蒸为水蒸气并排出还包括；

29、水通过第一通路达到冷凝器内并加热后无法到达指定温度时，热泵循环系统中的相变储热器工作，并将工质输送至换热器，换热器将工质的热能传递至第一通路内的水，使得第一通路内的水达到指定温度。

30、采用上述的方法，由于热泵循环系统在使用过程中会发生化霜需要停机处理，或因为功率不够导致第一通路内的水温无法达到预设的指定温度值，影响了水蒸气的连续供应性。此时，储能循环系统工作，通过系统的循环通路将存储在相变储热器内的热能通过工质传递至换热器。通过换热器将工质内的热能传递至第一通路内，使得第一通路内的水温能够上升并达到进入闪蒸器的指定温度。通过储能循环系统的增设，使得带储热的水蒸气供给装置能够在热泵循环系统出现故障维修保养，无法及时为水蒸气供给系统持续供热时进行热能的补充。水蒸气供给系统的正常工作，避免了供给系统的停机保证了水蒸气使用设备的生产效率。

31、较佳地，带储热的水蒸气供给装置的工作方法还包括：

32、储能模式，储水罐内的水经冷凝器加热后升温，升温后的水流动至换热器将热量通过换热器传递至储能循环系统，并将热量存储至相变储热器中；

33、水蒸气供给系统中的第二通路打开，换热后的水自第二通路离开换热器并流动至储水箱内。

34、采用上述的方法，用电时段分为高峰段与低谷段。在用电低谷段时电费价格低廉，在电费较为便宜的时段消耗更多的电力用于储能循环系统存储电脑。此时能够为储能循环系统存储更多的热量，同时消耗的电费较低，使得整体的运行成本能够得到更好的控制。

35、用电低谷时间段，热泵循环系统能够消耗更多的电能，通过蒸发器产生电能并在压缩机的作用下将保有更多热能的制冷剂运输至冷凝器。通过冷凝器的热交换，热能传递至第一通路内流动的水中。第一通路内的水继续流动至换热器内，并与换热器内储能循环系统的循环管路进行热交换，将热能传递至储能循环系统内的工质中。工质通过储能循环系统的循环到达相变储热器中，并将工质中的热能存储至相变储热器内。在用电的低谷时期可以通过增加热泵的运行功率，从而获得更多的热量，此时能够将更多的热能存储在相变储热器内。当处于用电高峰时段电费较贵时，减少热泵的运行功率。通过使用相变储热系统内的热量提供给水蒸气供给系统，满足热能的同时减少高价电的使用，从而降低了整体的运行成本。

36、第二通路将完成热传递的部分水直接输送至储水罐内，通过第二通路使得水绕开闪蒸器，提高水在水蒸气供给系统内循环的效率。使得水能够多次快速的通过冷凝器并获取热量，并将热量传递至换热器内。

37、与现有技术相比，本技术的有益效果在于：

38、本技术中的带储热的水蒸气供给装置具有储能循环系统，当热泵循环系统无法及时的为水蒸气供给系统提供热能时，储能循环系统能够提供缺失的热能从而保证水蒸气的正常供应，避免了水蒸气的断供引发生产损失，同时利用储能循环在用电低谷段储存热量，在用电高峰时释放热量，降低了装置整体的运行费用。