压缩式热泵技术及新发展

压缩式热泵是余热回收的重要技术路线，应用广泛。随着大量工业余热利用需求的出现，压缩式热泵产生了多种变化，出现很多新型设备，能够更好地促进余热回收。未来，随着工业余热利用市场的细化，压缩式热泵还会出现更多的个性化流程和产品。

随着余热回收市场的发展，压缩式热泵应用日益广泛。压缩式热泵回收低温余热，产生高温热量，大幅度降低高温热的生产能耗和成本，经济效益显著。

压缩式热泵包括压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器四大部件。低压的液态冷剂在蒸发器中低温蒸发，吸收外界热量；冷剂蒸汽经压缩机加压，形成高压蒸汽，进入冷凝器高温冷凝，对外放热；冷凝后的液态制冷剂经节流阀降压，进入蒸发器进行下一次循环。

压缩式热泵的驱动能源是机械能，机械能的产生方式多样，最常见的是消耗电能的电动机，其他的还有汽轮机、水轮机等。

随着余热回收、低碳供热领域的发展，特别是集中供热和工业余热利用市场的开发，压缩式热泵也有了新的发展，包括高温型、复叠型、大范围调节型等形式。

高温型

热泵出水温度主要受制冷剂性能影响，高温制冷剂要有以下两个特点：第一，耐温高，在高温出水工况下，制冷剂的性能稳定，不会变质；第二，压力适当，制冷剂在高温状态下压力不太高，不影响机组造价。

市场上常见的制冷剂根据制冷工况开发，温度过高容易变性，或者产生极高的压力，高温制冷剂比较少见。现在随着压缩式热泵在集中供热和工业余热利用领域的发展，高温制冷剂研究进展迅速，产量增大、价格大幅度降低。

目前使用高温制冷剂的热泵已经能够产生150℃高温，大大拓展了压缩式热泵的应用范围。

未来是否会出现更高温度的制冷剂呢？目前来看没有必要。更高温度范围内，水蒸气的性质完全可以满足工质要求，采用水蒸气压缩机更合理。

不过，如果余热温度低、出水温度高，温差过大，需要压缩式热泵和水蒸气压缩机串联运行，就要采用复叠结构。

复叠型

复叠式制冷早已存在，但多用在低温领域，例如利用复叠结构向超低温发展，制取-270℃的超低温设备，就采用了蒸汽压缩制冷和气体压缩制冷的多重复叠技术。关于蒸汽压缩制冷和气体压缩制冷的区别，可以参考文章《原理介绍  压缩式制冷》。

在供热领域，单级热泵应用较多。但随着热泵出水温度要求越来越高，可能出现余热水与供热水之间的温差跨越两种制冷剂工作范围的情况，就需要采用复叠结构，如低温制冷剂和高温制冷剂、高温制冷剂和水蒸气等。

复叠式热泵分为低温循环和高温循环，其中低温循环的冷凝器和高温循环的蒸发器合为一体，形成蒸发冷凝器。这样，通过两种制冷剂、两组压缩机，实现将低温余热大幅度提升的功能。

产蒸汽的流程中，高温循环可以取消冷凝器，蒸发冷凝器将补水加热产生低压蒸汽，再通过水蒸气压缩机加压应用，减少了造价、提高了经济性。

大范围调节型

供暖工况受外温影响，各参数变化幅度很大，热网水温度和供热量变化剧烈。但是，很多项目的余热温度稳定，严寒期热网水温度高，需要压缩式热泵满负荷、高压比运行；初末寒期热网水温度降低，压缩比大幅度减小，甚至出现余热温度高于热网水的情况。这就需要压缩式热泵具有大范围调节的能力。

大范围调节型热泵采用变频压缩机扩大压缩比范围。出现相反温差的情况时，还需要增加工质泵和单向阀，实现压缩机从0-100%调节。

余热温度低于热网水时，压缩机变频运转，冷凝器放热后产生的液态制冷剂通过单向阀，经节流阀降压后，进入蒸发器。

余热温度高于热网水时，停止压缩机，启动工质泵，冷凝器形成的液态制冷剂通过工质泵加压后流入蒸发器，从高温余热中吸热蒸发，气态制冷剂流入冷凝器放热冷凝，加热热网水。这种工况类似热管，使用工质泵提供动力。

上述几种路线是压缩式热泵的部分新流程，随着市场不断扩展，新的流程也会不断出现。此外，在复杂的应用场合，多种路线还可以互相融合，以满足现场余热回收和供暖的需求。