具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在工业生产中，有些企业同时有用热和用冷的工艺流程，例如在屠宰企业，既需要冷库冷藏，又需要高温热水脱毛，供流水线使用。常规的冷库排热被浪费，热水又需要通过锅炉制备，发生大量能源浪费。目前高温热泵系统用来制冷和供热都是单一性的，同一个热泵系统不能同时为企业供冷和供热。有些企业在生产中需要大量使用中低压蒸汽，如服装厂，而现有的高温热泵系统只能为企业提供热水，不能提供蒸汽。另外，现有的高温热泵系统只能吸收温度较高(大于60℃)的低温热源中的热量，这使得较低温度的低温热源(小于60℃)被浪费掉，不利于节能减排，这一条件也限制了高温热泵系统的使用范围。

针对上述问题，本发明的一个实施例中，提供了一种冷热联供的蒸汽热泵系统，如图1所示，该冷热联供的蒸汽热泵系统包括低温热泵机组、供水管路300、第三循环回路400，高温热泵机组、闪蒸罐506、一级水蒸气压缩机600和补水管路503，供水管路300向低温热泵机组输送低温热源，低温热泵机组吸收供水管路300中低温热源的热量后，供水管路300中的水温度降低，成为冷冻水用于制冷，低温热泵机组中的换热介质吸收热量后与第三循环回路400中的水进行换热，加热第三循环回路400中的水，第三循环回路400上设置有第一循环泵401，通过第一循环泵401将第三循环回路400中的热水输送至高温热泵机组，高温热泵机组吸收第三循环回路400中的热量后将补水管路503中的水加热，补水管路503中的水加热后处于过热状态，进入闪蒸罐506进行闪蒸，闪蒸罐506背压为大气压，热水迅速过热沸腾，发生闪蒸，成为蒸汽，蒸汽经过一级水蒸气压缩机600的压缩，达到用户所需压力和温度的蒸汽供用户使用。

低温热泵机组由低温热泵蒸发器101、低温热泵压缩机104、低温热泵冷凝器102和低温热泵膨胀阀103组成，且低温热泵蒸发器101、低温热泵压缩机104、低温热泵冷凝器102和低温热泵膨胀阀103依次串联在一起，形成了第一循环回路100，其中低温热泵蒸发器101用于吸收外部热源的热量，然后经低温热泵压缩机104压缩，使第一循环回路100中的工质温度升高，低温热泵冷凝器102将第一循环回路100中工质的热量释放出去，工质通过低温热泵膨胀阀103降压后流回至低温热泵蒸发器101，这一过程在低温热泵机组中循环进行。

供水管路300与低温热泵蒸发器101相连，供水管路300中流通有低温热源，低温热泵蒸发器101将供水管路300中低温热源的热能吸收后，供水管路300中的水温降低，用于制冷。

高温热泵机组由高温热泵蒸发器201、高温热泵压缩机204、高温热泵冷凝器202和高温热泵膨胀阀203组成，且高温热泵蒸发器201、高温热泵压缩机204、高温热泵冷凝器202和高温热泵膨胀阀203依次串联在一起，形成了第二循环回路200，其中高温热泵蒸发器201用于吸收外部热源的热量，然后经高温热泵压缩机204压缩，使第二循环回路200中的工质温度升高，高温热泵冷凝器202将第二循环回路200中工质的热量释放出去，工质通过高温热泵膨胀阀203降压后流回至高温热泵蒸发器201，这一过程在高温热泵机组中循环进行。

低温热泵冷凝器102和高温热泵蒸发器201之间通过第三循环回路400相连，第三循环回路400上还连接有第一循环泵401，用于为第三循环回路400中的水提供动力，使其沿着第三循环回路400的管路循环流动，低温热泵冷凝器102释放的热量被第三循环回路400中的水吸收，通过第一循环泵401的循环作用将热量传递给高温热泵蒸发器201，高温热泵蒸发器201吸收第三循环回路400中的热量后，第三循环回路400中的水温度降低，在第一循环泵401的作用下将水再输送至低温热泵冷凝器102加热，循环进行此过程。

闪蒸罐506一侧与高温热泵冷凝器202相连，另一侧与一级水蒸气压缩机600相连，由于经高温热泵冷凝器202加热后的水，压力略高于大气压，水温为该压力下的饱和温度，进入闪蒸罐506内闪蒸成为常压蒸汽，然后经一级水蒸气压缩机600压缩为用户所需温度和压力的水蒸气后供用户使用。

补水管路503与高温热泵冷凝器202相连，由于供给用户的水蒸气消耗了水，因此需要补水管路503及时补充，高温热泵冷凝器202释放的热能将补水管路503中的水加热到所需温度。

通过在高温热泵系统中增加一套低温热泵机组，使较低温度的低温热源(小于60℃)也能被利用，扩大了热泵系统的使用范围，同时可以避免热能被浪费，节约能源；经低温热泵蒸发器101吸收热量后的水温度降低，用于制冷，实现了热泵系统制冷和制热同时工作；利用闪蒸罐506可以制备蒸汽，为需要中低压蒸汽的企业提供了所需蒸汽，更大限度地满足用户的需求，提高用户的体验感。

进一步地，可以将高温热泵冷凝器202和闪蒸罐506依次串联形成第四循环循环回路，并在第四循环回路500上设置第二循环泵501，经高温热泵冷凝器202加热后的水进入闪蒸罐506闪蒸后，并不都能闪蒸为蒸汽，还会存在未蒸发的水，通过第二循环泵501将闪蒸罐506内未蒸发的水输送回高温热泵冷凝器202再次加热，然后再次进入闪蒸罐506内闪蒸，此过程在第四循环回路500中循环进行，第二循环泵501可以使第四循环回路500中的热水在第四循环回路500中循环流动，当为用户提供蒸汽时，可以避免热水的浪费。

优选地，在第四循环回路500上，闪蒸罐506的出液口和高温热泵冷凝器202之间通过第二连接管路相连，可以在第二连接管路上设置第一阀门505，当用户需要提供蒸汽时，打开第一阀门505，第四循环回路500导通，经闪蒸罐506闪蒸后的蒸汽进入一级水蒸气压缩机600，然后通过供汽管路800将蒸汽供给用户使用，闪蒸罐506内未蒸发的水在第四循环回路500上循环，经高温热泵冷凝器202加热后再次进行闪蒸，可以避免高温热水被浪费，同时减少补水管路503所需的补水量，节约资源。

进一步地，可以设置一个第三连接管路502，第三连接管路502的一端与第一连接管路相连，另一端与第二连接管路相连，并在第三连接管路502上设置一个第二阀门504，若用户需要中低压蒸汽时，关闭第二阀门504，经高温热泵冷凝器202加热后的水进入闪蒸罐506进行闪蒸，经闪蒸后成为常压蒸汽，根据用户对蒸汽温度和压强的要求，进入一级水蒸气压缩机600进行压缩，设置压强和温度，然后通过供汽管路800供给用户；若用户需要热水，则关闭第一阀门505，打开第二阀门504，经高温热泵冷凝器202加热后的水进入第三连接管路502，可以在第二连接管路连接一个供热水管路，加热后的热水经过第三连接管路502流入第二连接管路，然后从供热水管路中供给用户使用。这种设计可以给用户提供热水和蒸汽的双重选择，能够满足用户的不同需求，提高用户的体验感。当用户既需要提供热水又需要提供蒸汽时，可以关闭第一阀门505，同时关闭第二阀门504，经闪蒸罐506闪蒸后的蒸汽通过供汽管路800为用户提供蒸汽，闪蒸罐506内未蒸发的水直接通过供热水管路为用户提供热水，能够同时满足用户对蒸汽和热水的双重需求。

优选地，继续参见图1，供水管路300包括供冷回水管路303，在一个实施例中，制冷过程中产生的回水通过供冷回水管路303输送至低温热泵蒸发器101，在低温热泵蒸发器101内放热后温度满足供冷冷冻水要求，进入制冷系统为用户制冷，可以在供水管路300上设置一个第三循环泵301，通过第三循环泵301实现供冷回水的循环利用。可以在供冷回水管路303上设置一个第三阀门，当不需要制冷时，可以关闭第三阀门。

进一步地，供水管路300还可以包括第一废热回收管路302，同时可以设置一个第一废热排放管路304，将第一废热排放管路304与低温热泵蒸发器101相连，当工业生产中产生了温度较低的废热时，用第一废热回收管路302中的废热为低温热泵蒸发器101提供热量，剩余的不能被低温热泵蒸发器101吸收的热能可以通过第一废热排放管路304排放掉。可以在第一废热回收管路302上设置一个第四阀门，当工业生产中产生了温度较低的废热时，关闭第三阀门，打开第四阀门，由第一废热回收管路302中的废热为低温热泵蒸发器101提供热量。

作为优选地技术方案，继续参见图1，可以设置一个第二废热回收管路402和第二废热排放管路403，将第二废热回收管路402和第二废热排放管路403与高温热泵蒸发器201相连，当工业生产中存在温度较高的废热时，可以直接将废热输送至高温热泵蒸发器201，由高温热泵蒸发器201直接吸收热量，而无需再经过低温热泵机组的加热，可以节约电能，剩余的不能被高温热泵蒸发器201吸收的热能可以通过第二废热排放管路403排放掉。

优选地，继续参见图1，在一个实施例中，可以在一级水蒸气压缩机600和供汽管路800之间设置一个二级水蒸气压缩机700，具体根据用户对水蒸气压力和温度的要求而设。

进一步地，补水管路503中的水为软化水，软化水可以避免管路中积留水垢、堵塞管路，热效率降低等现象，从根本上消除了水碱，使热泵系统安全运行，减少水设备及水管路的维修成本，提高热泵系统的能效比。

下面结合具体实例进行说明：

一般而言，制冷系统需要提供7℃左右的冷冻水，吸热后的供冷回水为12℃，供冷回水通过供冷回水管路303，在第三循环泵301的作用下进入低温热泵蒸发器101，在低温热泵蒸发器101中放热后水温降低至7℃，成为冷冻水用于供冷。

低温热泵机组中的低温热泵蒸发器101从供冷回水那里吸收热量，经过低温热泵压缩机104和低温热泵冷凝器102的放热后，可以将第三循环回路400中的水加热到超过60℃，作为下一级高温热泵机组的热源，进入高温热泵蒸发器201后进行放热，放热后第三循环回路400中的水温降低至50℃，经过第三循环回路400中第一循环泵401的作用，进入低温热泵冷凝器102加热，实现第三循环回路400的循环。

高温热泵机组中的高温热泵蒸发器201从第三循环回路400中吸收热量，经过高温热泵压缩机204和高温热泵冷凝器202，可以将补水管路503中的水加热，由于热源温度的提高，高温热泵机组能够将补水管路503中的水加热到110℃，此时的热水处于不饱和状态，不会沸腾，热水进入闪蒸罐506，闪蒸罐506背压为大气压，热水迅速转变为过热状态，快速沸腾，发生闪蒸，成为105℃，0.101MPa的蒸汽，此状态的蒸汽经过两级水蒸气压缩机的压缩，绝热升温，最终生产出160℃，0.6MPa的蒸汽，供用户使用。由于闪蒸无法一次完成，闪蒸过程中需要吸收汽化潜热，因此剩余的水降温后再次进入高温热泵冷凝器202加热，在第四循环回路500中循环闪蒸。

上述160℃，0.6MPa为假定值，如果用户所需参数小于或大于该值，可以通过调整水蒸气压缩机的数量和参数满足。

上述系统可调节出水温度，当仅需要热水时，调节参数，打开第三连接管路502，可以生产不高于100℃的热水，实现供汽和供热水的灵活切换。

上述系统若存在温度较高的废热时，可以通过第二废热回收管路402直接将热量输送至高温热泵蒸发器201而无需再通过低温热泵机组的加热，可以节约电能。

上述系统若无需制冷时，可以将工业生产中温度较低的低温热源输送至低温热泵蒸发器101，通过低温热泵机组将第三循环回路400中的水加热到60℃以上，为高温热泵机组提供热能。

本发明提供的冷热联供的蒸汽热泵系统，能够以低温热源制取高温热水和蒸汽，大大扩大了高温热泵系统的使用范围，同时能够制取冷冻水，减少冷水机组投资，实现冷热联供，提高了热泵系统的整体能效比，还能够适应不同温度的热源并灵活切换，保证热泵系统在较高的能效比下运行。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。