一种在高寒地区使用的空气能和太阳能组合加热装置的制作方法

1.本实用新型属于原油储运工程技术领域，具体涉及一种在高寒地区使用的空气能和太阳能组合加热装置。


背景技术：

2.随着油田的开发不断深入，很多超低渗油田油井分散，产量较低，没有铺设输油管道，采出的原油只有先把它存储在原油储油罐内，再用罐车拉运的方式拉运到联合站进行集中处理输送。
3.由于原油的原油凝固点较高，粘度较大，常温下流动性较差，特别是在陕北高寒地区，原油储油罐内的原油如不加热就无法抽吸到拉运罐内，为了保证原油的流动性，常用的办法是采用水套炉、燃煤或燃气加热炉、电加热器等加热设施为原油加热，长期以来存在生产安全、环境污染、能源浪费、管理难度大等诸多问题，已经不能满足安全、环保、节能的要求，严重制约了石油行业的持续发展。
4.虽然目前也有空气能应用于原油加热，但这种空气能装置在高寒地区使用存在很多缺陷，第一能效较低，第二容易结霜。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种在高寒地区使用的空气能和太阳能组合加热装置，其结构设计合理，通过将空气能与太阳能相结合，对原油进行加热，能充分利用高寒地区太阳能资源，变不利因素为有利因素，降低碳排放，同时空气能热泵循环系统能够根据室外环境温度，在单级、双级两种制热模式之间切换运行，提高了机组对环境温度宽幅变化的适应能力，提高了在较低温度下的运行性能及适应性，使得运行效率更高。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种在高寒地区使用的空气能和太阳能组合加热装置，其特征在于：包括用于给换热蓄能器内的液体传热介质加热的空气能热泵循环系统和太阳能循环系统、以及用于给原油储油罐内的原油加热的原油加热循环系统；
7.所述空气能热泵循环系统包括低温压缩机循环系统、高温压缩机循环系统、中间蒸发冷凝器、第一电磁阀和第二电磁阀，所述低温压缩机循环系统包括四通换向阀、低温压缩机、蒸发器、第三电磁阀、第四电磁阀、第一膨胀阀、第一过滤器和气液分离器；所述高温压缩机循环系统包括高温压缩机、第五电磁阀、第二膨胀阀、第二过滤器、第二储液器和位于换热蓄能器内的第一曲型换热管，所述中间蒸发冷凝器的冷凝器连接在第三电磁阀和第四电磁阀之间，所述中间蒸发冷凝器的蒸发器连接在高温压缩机和第二膨胀阀之间；
8.所述太阳能循环系统包括太阳能集热器、第一循环泵、第六电磁阀、第七电磁阀以及位于换热蓄能器内的第二曲型换热管；
9.所述原油加热循环系统包括换热蓄能器、原油储油罐、第二循环泵、第八电磁阀、
第九电磁阀和位于原油储油罐内的原油加热盘管。
10.上述的一种在高寒地区使用的空气能和太阳能组合加热装置，其特征在于：所述低温压缩机的出口与四通换向阀的a口连接，所述四通换向阀的a口与b口连通，所述四通换向阀的b口通过管道与第三电磁阀的进口连接，所述第三电磁阀的出口依次连接中间蒸发冷凝器、第五电磁阀、第一储液器、第一过滤器、第一膨胀阀、蒸发器、气液分离器和四通换向阀的c口，所述四通换向阀的c口与d口连通，所述四通换向阀的d口通过管道与低温压缩机的入口相连接。
11.上述的一种在高寒地区使用的空气能和太阳能组合加热装置，其特征在于：所述高温压缩机的出口通过管道与第一曲型换热管的进口连接，所述第一曲型换热管的出口通过管道依次连接第四电磁阀、第二储液器、第二过滤器、第二膨胀阀后再与中间蒸发冷凝器中蒸发器的入口连接，所述中间蒸发冷凝器中蒸发器的出口与高温压缩机的入口连接。
12.上述的一种在高寒地区使用的空气能和太阳能组合加热装置，其特征在于：所述四通换向阀的b口通过管道与第一曲型换热管的进口连接，所述第一曲型换热管的出口通过管道与第一储液器的进口连接，所述第一电磁阀安装在四通换向阀的b口与第一曲型换热管之间的管道上，所述第二电磁阀安装在第一曲型换热管与第一储液器之间的管道上。
13.上述的一种在高寒地区使用的空气能和太阳能组合加热装置，其特征在于：所述太阳能集热器的出液口通过循环管路依次连接第六电磁阀、第一循环泵、第二曲型换热管和第七电磁阀后与太阳能集热器的进液口连接。
14.上述的一种在高寒地区使用的空气能和太阳能组合加热装置，其特征在于：所述换热蓄能器的出液口通过循环管路依次连接第八电磁阀、第二循环泵、原油加热盘管和第九电磁阀后与换热蓄能器的进液口连接。
15.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
16.1、本实用新型通过设置空气能热泵循环系统和太阳能循环系统，将空气能与太阳能相结合对原油储油罐内的原油原油进行加热，能充分利用高寒地区太阳能资源，变不利因素为有利因素，降低碳排放。
17.2、本实用新型低温压缩机和高温压缩机的设置，使得空气能热泵循环系统可采用双级压缩技术，根据室外环境温度，在单级、双级两种制热模式之间切换运行，提高了机组对环境温度宽幅变化的适应能力，提高了在较低温度下的运行性能及适应性，使得运行效率更高。
18.3、本实用新型通过将换热蓄能器作为该装置的热交换枢纽，把蓄能技术和除霜技术融合在一起，将热泵及太阳能产生的余热储存，再应用此部分的热量进行除霜工作，解决了传统除霜方法所需热量只依靠压缩机的问题，保障充足的能量来源，使热泵运行更加稳定；蓄能除霜在很大程度上节约了能量、提高了效率、增强了系统的稳定性。
19.综上所述，本实用新型结构设计合理，通过将空气能与太阳能相结合，对原油进行加热，能充分利用高寒地区太阳能资源，变不利因素为有利因素，降低碳排放，同时空气能热泵循环系统能够根据室外环境温度，在单级、双级两种制热模式之间切换运行，提高了机组对环境温度宽幅变化的适应能力，提高了在较低温度下的运行性能及适应性，使得运行效率更高。
20.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
21.图1为本实用新型的结构示意图。
22.附图标记说明:
23.1—低温压缩机；
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2—高温压缩机；
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3—中间蒸发冷凝器；
24.4—换热蓄能器；
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5—蒸发器；
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6—第一电磁阀；
25.7—第二电磁阀；
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8—第三电磁阀；
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9—第四电磁阀；
26.10—第一膨胀阀；
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11—第二膨胀阀；
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12—第一过滤器；
27.13—第二过滤器；
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14—第一储液器；
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15—第二储液器；
28.16—第五电磁阀；
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17—气液分离器；
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18—四通换向阀；
29.19—第六电磁阀；
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20—第七电磁阀；
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21—太阳能集热器；
30.22—第八电磁阀；
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23—第九电磁阀；
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24—第一循环泵；
31.25—第二循环泵；
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26—原油储油罐；
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27—原油加热盘管；
32.28—第一曲型换热管；
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29—第二曲型换热管。
具体实施方式
33.如图1所示，本实用新型包括用于给换热蓄能器4内的液体传热介质加热的空气能热泵循环系统和太阳能循环系统、以及用于给原油储油罐26内的原油加热的原油加热循环系统；
34.所述空气能热泵循环系统包括低温压缩机循环系统、高温压缩机循环系统、中间蒸发冷凝器3、第一电磁阀6和第二电磁阀7，所述低温压缩机循环系统包括四通换向阀18、低温压缩机1、蒸发器5、第三电磁阀8、第四电磁阀9、第一膨胀阀10、第一过滤器12和气液分离器17；所述高温压缩机循环系统包括高温压缩机2、第五电磁阀16、第二膨胀阀11、第二过滤器13、第二储液器15和位于换热蓄能器4内的第一曲型换热管28，所述中间蒸发冷凝器3的冷凝器连接在第三电磁阀8和第四电磁阀9之间，所述中间蒸发冷凝器3的蒸发器连接在高温压缩机2和第二膨胀阀11之间；
35.所述太阳能循环系统包括太阳能集热器21、第一循环泵25、第六电磁阀19、第七电磁阀20以及位于换热蓄能器4内的第二曲型换热管29；
36.所述原油加热循环系统包括换热蓄能器4、原油储油罐26、第二循环泵24、第八电磁阀22、第九电磁阀23和位于原油储油罐26内的原油加热盘管27。
37.实际使用时，通过设置空气能热泵循环系统和太阳能循环系统，将空气能与太阳能相结合对原油储油罐26内的原油原油进行加热，能充分利用高寒地区太阳能资源，变不利因素为有利因素，降低碳排放。
38.需要说明的是，低温压缩机1和高温压缩机2的设置，使得空气能热泵循环系统可采用双级压缩技术，根据室外环境温度，在单级、双级两种制热模式之间切换运行，提高了机组对环境温度宽幅变化的适应能力，提高了在较低温度下的运行性能及适应性，使得运行效率更高。
39.具体实施时，通过将换热蓄能器4作为该装置的热交换枢纽，把蓄能技术和除霜技术融合在一起，将热泵及太阳能产生的余热储存，再应用此部分的热量进行除霜工作，解决了传统除霜方法所需热量只依靠压缩机的问题，保障充足的能量来源，使热泵运行更加稳
定；蓄能除霜在很大程度上节约了能量、提高了效率、增强了系统的稳定性。
40.需要说明的是，换热蓄能器4内第一曲型换热管28和第二曲型换热管29的设置，能有效地增加热传递效率。
41.本实施例中，所述低温压缩机1的出口与四通换向阀18的a口连接，所述四通换向阀18的a口与b口连通，所述四通换向阀18的b口通过管道与第三电磁阀8的进口连接，所述第三电磁阀8的出口依次连接中间蒸发冷凝器3、第四电磁阀9、第一储液器14、第一过滤器12、第一膨胀阀10、蒸发器5、气液分离器17和四通换向阀18的c口，所述四通换向阀18的c口与d口连通，所述四通换向阀18的d口通过管道与低温压缩机1的入口相连接。
42.实际使用时，第三电磁阀8和第四电磁阀9打开，低温压缩机1的出口与四通换向阀18的a口连接，四通换向阀18的b口与第三电磁阀8连接后再与中间蒸发冷凝器3中冷凝器的入口连接，中间蒸发冷凝器3中冷凝器的的出口依次连接有第四电磁阀9、第一储液器14、第一过滤器12、第一膨胀阀10、蒸发器5、气液分离器17后再与四通换向阀18的d口连接，四通换向阀18的c口与低温压缩机1的进口连接，完成低温压缩机循环吸放热过程。
43.本实施例中，所述高温压缩机2的出口通过管道与第一曲型换热管28的进口连接，所述第一曲型换热管28的出口通过管道依次连接第五电磁阀16、第二储液器15、第二过滤器13、第二膨胀阀11后再与中间蒸发冷凝器3中蒸发器的入口连接，所述中间蒸发冷凝器3的中蒸发器出口与高温压缩机2的入口连接。
44.实际使用时，当室外环境温度较高时，启动高温压缩机循环系统，第一电磁阀6和第二电磁阀7关闭，第五电磁阀16打开，高温压缩机2的出口与储能蓄能器4中的第一曲型换热管28入口连接，第一曲型换热管28出口通过管道依次连接有第四电磁阀9、第二储液器15、第二过滤器13、第二膨胀阀11后再与中间蒸发冷凝器3的入口连接，中间蒸发冷凝器3的出口与高温压缩机2的入口连接，完成吸热放热过程，对储能蓄能器4中液体传热介质进行加热；
45.当室外环境温度较低时，第一电磁阀6和第二电磁阀7关闭，第三电磁阀8、第四电磁阀9和第五电磁阀16均打开，高温压缩机循环系统和低温压缩循环系统同时启动，通过中间蒸发冷凝器3，将运行过程中低温压缩机循环系统冷凝器吸收的热量传递给给高温压缩循环系统的蒸发器，这样可以使得高温压缩机循环系统中的冷媒介质在冷凝时，产生更高的温度，最终将热量传递给储能蓄能器4内的液体传热介质，并存储起来，完成热能复叠。
46.本实施例中，所述四通换向阀18的b口通过管道与第一曲型换热管28的进口连接，所述第一曲型换热管28的出口通过管道与第一储液器14的进口连接，所述第一电磁阀6安装在四通换向阀18的b口与第一曲型换热管28之间的管道上，所述第二电磁阀7安装在第一曲型换热管28与第一储液器14之间的管道上。
47.实际使用时，当低温压缩机1运行结霜时，可利用储能蓄能器4的热量进行除霜，使热泵运行更加稳定。除霜时，第三电磁阀8、第四电磁阀9、第五电磁阀16均关闭，第一电磁阀6、第二电磁阀7均开启，低温压缩机1的出口与四通换向阀18的a口连接，四通换向阀18的a口与c口连接，四通换向阀18的c口通过管道依次连接有气液分离器17、蒸发器5、第一膨胀阀10、第一过滤器12、第一储液器14、第二电磁阀7、第一曲型换热管28、第一电磁阀6再到四通换向阀18的b口，四通换向阀18的b口与d口相通，四通换向阀18的d口再通过管道与低温压缩机1的入口连接。在此工作过程中，低温压缩机循环系统通过四通换向阀的换向及电磁
阀的开关来实现逆向循环，完成除霜循环过程，在此过程中高温压缩机循环系统处于停止状态。
48.本实施例中，所述太阳能集热器21的出液口通过循环管路依次连接第六电磁阀19、第一循环泵25、第二曲型换热管29和第七电磁阀20后与太阳能集热器21的进液口连接。
49.本实施例中，太阳能循环系统的工作原理为：开启第六电磁阀19、第七电磁阀20和第一循环泵25，将太阳能集热器21内的高温液体输送至第二曲型换热管29内，第二曲型换热管29与换能蓄能器4内的液体传热介质产生热交换传递，换能蓄能器4内的液体传热介质温度升高，第二曲型换热管29内的低温液体返回到太阳能集热器21内继续加热。
50.本实施例中，所述换热蓄能器4的出液口通过循环管路依次连接第八电磁阀22、第二循环泵24、原油加热盘管27和第九电磁阀23后与换热蓄能器4的进液口连接。
51.本实施例中，原油加热循环系统的工作原理为：开启第八电磁阀22、第九电磁阀23和第二循环泵24，将换能蓄能器4内的高温液体传热介质输送至原油加热盘管27内，原油加热盘管27与原油储油罐26内的原油产生热交换传递，原油储油罐26内的原油温度升高，原油加热盘管27内的低温液体传热介质返回到储能蓄能器4内继续通过第一曲型换热管28和第二曲型换热管29进行加热。
52.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。