CN102226602B

CN102226602B - 一种两级引射式热泵型换热机组

Info

Publication number: CN102226602B
Application number: CN 201110149729
Authority: CN
Inventors: 孙方田; 王娜; 李德英; 史永征; 李光宇
Original assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture
Current assignee: Beijing University of Civil Engineering and Architecture; Beijing Huayuantaimeng Energy Saving Equipment Co Ltd
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2031-06-03
Also published as: CN102226602A

Abstract

本发明涉及了一种两级引射式热泵型换热机组，属于能源技术领域。所述机组由两级引射式热泵、水水换热器、连接管路及阀门等附件组成；所述连接管路的水系统分为一次侧管路和二次侧管路，一次侧管路采取串联方式；二次侧管路采用并联、串联或混联方式。借助于引射式热泵技术，将一次侧管路的热水热量进行梯级利用，大大降低一次侧管路的回水温度，增大了一次侧管路的供回水温差，大幅提高一次管路与二次管路的热水热量转移能力。可用于回收工业余热、太阳能等提高余热回收率，也可用于集中供热系统的热力站以提高一次热网管路输送能力，降低换热过程中的不可逆损失。

Description

一种两级引射式热泵型换热机组

技术领域

本发明属于能源技术领域，特别涉及一种用于采暖、供热水的两级引射式热泵型换热机组。

背景技术

随着城市集中供热规模的不断增加和城市容积率的提高，北方城镇供热负荷的需求急剧增长，因环保因素的限制，新建集中热源一般在远离市区的郊区，集中热源产生的高温热水需要长距离的输送，从而导致管网输送能耗较高、管网投资较高，集中供热成本较高。此外，随着城市容积率的不断增大，原有供热管网辖区的建筑供热面积急剧增大、供热负荷需求急剧增长，已凸显出冬季供热需求与热网热量供应能力不足之间的矛盾。常规集中供热技术的供/回水温度一般为130℃/70℃左右。由于一次网回水温度受到用户处用热要求的限制，而不能再进一步降低。

如何大幅降低一次网回水温度、增大供回水温差，提高一次网输送能力，扩大集中热源供热半径、降低供热成本是目前亟待解决的技术难题，

鉴于供热热源供应紧张和大量工业余热的浪费的现状，采用何种技术及何种设备以高效利用回收工业余热是目前工业余热供热技术亟待解决的关键技术。

发明内容

针对北方城镇集中供热和工业余热供热存在的问题，本发明提供了一种两级引射式热泵型换热机组，能够在满足二次网热用户用热需求的前提下，对一次网供水进行梯级利用，大幅降低一次网回水温度，提高一次网供、回水温差。

本发明采用的技术方案为：

所述机组由两级引射式热泵、水水换热器、连接管路和阀门组成；所述引射式热泵由发生器、冷凝器、蒸发器、引射器、回热器、泵组成；所述连接管路分为热泵工质管路系统和水路系统，其中水路系统分为一次侧管路和二次侧管路两部分。

所述热泵工质管路采用混联方式，即热泵工质在发生器内被加热发生为工质蒸气，工质蒸气进入引射器，抽吸来自蒸发器内的低压工质蒸气，混合后再进入冷凝器，被冷凝成液体工质，然后液体工质分类两路，一路液体工质进入依次流经回热器、节流阀、进入蒸发器吸热蒸发，变成低压工质蒸气，低压工质蒸气进入回热器被来自冷凝器的工质液体加热升温后，被来自发生器的高压蒸气抽吸至引射器；另一路液体工质经泵加压后，输送至发生器内，被一次侧管路的热水加热，发生出高压工质蒸气，完成循环。

所述一次侧管路采用串联方式，一次侧管路的热水依次进入第一级引射式热泵发生器、第二级引射式热泵发生器、水水换热器WEX、第二级引射式热泵蒸发器和第一级引射式热泵蒸发器，最后返回到热源加热站。

所述二次侧管路采用串联、并联或混联方式：串联时，二次侧管路的热水先进入水水换热器被来自一次侧管网的热水加热升温，然后进入第一级引射式热泵冷凝器被热泵工质加热升温后，作为二次侧管路的供水输送至各个热用户；并联时，二次侧管路的热水分三路，分别进入水水换热器、第一级引射式热泵冷凝器和第二级引射式热泵冷凝器，汇合后作为供水输送到热用户；混联时，二次侧管路的热水分两路，一路进入第二级引射式热泵冷凝器被热泵工质加热升温后，进入第一级引射式热泵冷凝器被热泵工质加热升温，另一路热水进入水水换热器被一次侧管路的热水加热升温，然后两路热水汇合，作为二次网供水输送至热用户。

所述引射式热泵中不设置回热器，热泵工质被泵加压后进入发生器，被一次侧管路的热水加热，发生出高压工质蒸气；高压工质蒸气进入引射器抽吸来自蒸发器的低压工质蒸气，并在引射器内混合后；进入冷凝器C被二次侧管路的热水冷凝成液体；然后工质液体分两路，一路液体工质经阀门V节流降压后，进入蒸发器E被一次侧管路的低温热水加热，蒸发出低压工质蒸气，然后低压工质蒸气被抽吸至引射器EJ，完成一个内循环；另一路液体工质经泵P加压后，进入发生器G被一次侧管路的高温热水加热，发生出高压工质蒸气，完成循环。

本发明的有益效果为：

根据不同用户的实际工程需求，本发明根据两级引射式热泵换热机组有无回热器及二次侧管路的连接方式，分为六种连接方式：第一种连接方式：两级引射式热泵型换热机组有回热器，二次侧管路可采用并联和串联；第二种连接方式：两级引射式热泵型换热机组有回热器，二次侧管路可采用混联；第三种连接方式：两级引射式热泵型换热机组有回热器，二次侧管路可采用并联；第四种连接方式：两级引射式热泵型换热机组无回热器，二次侧管路可采用并联和串联；第五种连接方式：两级引射式热泵型换热机组无回热器，二次侧管路可采用混联；第六种连接方式：两级引射式热泵型换热机组无回热器，二次侧管路可采用并联。

该机组不仅能够用于工业余热回收，大幅提高热回收率，而且还能大幅增大集中供热系统的一次网供、回水温差，提高一次网输送能力，主要用于集中供热系统，也可用于工业余热低温供热系统。

附图说明

图1为本发明的第一种系统组成及管路连接方式。

图2为本发明的第二种系统组成及管路连接方式。

图3为本发明的第三种系统组成及管路连接方式。

图4为本发明的第四种系统组成及管路连接方式。

图5为本发明的第五种系统组成及管路连接方式。

图6为本发明的第六种系统组成及管路连接方式。

图中标号：

G₁-第一级引射式热泵发生器；G₂-第二级引射式热泵发生器；C₁-第一级引射式热泵冷凝器；C₂-第二级引射式热泵冷凝器；EJ₁-第一级引射式热泵引射器；EJ₂-第二级引射式热泵引射器；E₁-第一级引射式热泵蒸发器；E₂-第二级引射式热泵蒸发器；WEX-水水换热器；IEX₁-第一级引射式热泵回热器；IEX₂-第二级引射式热泵回热器；P₁-第一级引射式热泵加压泵；P₂-第二级引射式热泵加压泵；V₁-第一级引射式热泵节流阀；V₂-第二级引射式热泵节流阀；V₃-第三阀门；V₄-第四阀门；V₅-第五阀门；V₆-第六阀门；V₇-第七阀门；V₈-第八阀门；V₉-第九阀门。

具体实施方式

本发明提供了一种两级引射式热泵型换热机组，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1：

如图1所示，两级引射式热泵型换热机组由两级引射式热泵和换热器、连接管路及阀门等附件组成。其中连接管路分为，工质管路系统和水路系统，其中水路系统又分为一次侧管路系统和二次侧管路系统。通过连接管路把两级引射式热泵和水水换热器有机的结合在一起，构成两级引射式热泵型换热机组。其中，每一级引射式热泵由发生器、冷凝器、蒸发器、引射器、回热器、泵、连接管路及阀门等附件构成。每一级引射式热泵的工质循环流程：来自泵的高压工质液体进入发生器，被一次侧管路的热水加热，发生出高压工质蒸气；高压工质蒸气进入引射器抽吸来自蒸发器的低压工质蒸气，并在引射器内混合后；进入冷凝器被二次侧管路的热水冷凝成液体；然后工质液体分两路，一路液体工质进入回热器被来自蒸发器的低压工质蒸气冷却后，经节流阀(V₁和V₂)节流降压后，进入蒸发器，再被一次侧管路的低温热水加热，蒸发出低压工质蒸气，然后低压工质蒸气进入回热器冷却来自冷凝器的工质液体，吸热升温后被抽吸至引射器，完成一个内循环；另一路液体工质经泵加压后，进入发生器被一次侧管路的高温热水加热，发生出高压工质蒸气，热泵工质如此循环。

引射式热泵换热机组的水路系统分为一次侧管路和二次侧管路两部分。一次侧管路采用串联方式，一次网热水首先作为驱动热源进入第一级引射式热泵发生器G₁、第二级引射式热泵发生器G₂加热热泵工质液体，放热降温后，再作为高温热源进入水水换热器WEX加热二次侧管路的热水，继续放热降温；然后作为低温热源进入第二级引射式热泵蒸发器E₂、第一级引射式热泵蒸发器E₁加热低压工质液体，进一步放热降温，最后作为一次侧管路的回水，返回到的加热热源。

二次侧管路可通过控制阀门开启与关闭，实现并联方式或混联方式。采用并联方式时，第六阀门V₆关闭、第三阀门V₃、第四阀门V₄、第五阀门V₅、第七阀门V₇开启，二次网热水分三路，一路热水经第四阀门V₄进入水水换热器WEX被来自一次侧管路的热水加热升温后，另一路热水经第四阀门V₄、第五阀门V₅进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质蒸气加热升温，第三路热水经第三阀门V₃进入第二级引射式热泵冷凝器C₂被热泵工质蒸气加热升温后，流经第七阀门V₇，三路热水汇合后作为二次网供水输送到各个热用户；采用混联方式时，第五阀门V₅、第七阀门V₇关闭，第三阀门V₃、第四阀门V₄、第六阀门V₆开启，二次侧管路的热水分两路，一路热水依次流经第三阀门V₃，进入第二级引射式热泵冷凝器C₂被热泵工质加热升温后，流经第六阀门V₆，进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质加热升温，另一路热水流经第四阀门V₄，进入水水换热器WEX被一次侧管路的热水加热升温，然后两路热水在一处汇合后，作为二次网供水输送至各个热用户；当两级引射式热泵型换热机组只开启第一级引射式热泵时，二次侧管路采用串联方式，第三阀门V₃、第五阀门V₅、第六阀门V₆、第七阀门V₇、地把阀门V₈关闭，第四阀门V₄、第九阀门V₉开启，二次侧管路的热水先经第四阀门V₄进入水水换热器WEX被来自一次侧管网的热水加热升温，然后再经阀门V₉进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质加热升温后，作为二次侧管路的供水输送至各个热用户。

实施例2：

如图2所示，两级引射式热泵型换热机组由两级引射式热泵和水水换热器WEX、连接管路及阀门等附件组成。其中引射器热泵管路及一次侧管路的连接方式与实施例1相同。

二次侧管路产用混联或串联方式。采用混联方式时，第五阀门V₅、第七阀门V₇关闭，第三阀门V₃、第四阀门V₄、第六阀门V₆开启，二次侧管路的热水分两路，一路热水依次流经第三阀门V₃，进入第二级引射式热泵冷凝器C₂被热泵工质加热升温后，流经第六阀门V₆，进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质加热升温，另一路热水流经第四阀门V₄，进入水水换热器WEX被一次侧管路的热水加热升温，然后两路热水在一处汇合后，作为二次网供水输送至各个热用户。当两级引射式热泵型换热机组只开启第一级引射式热泵时，二次侧管路采用串联方式，第三阀门V₃、第八阀门V₈关闭，第四阀门V₄、第九阀门V₉开启，二次侧管路的热水先经第四阀门V₄进入水水换热器WEX被来自一次侧管网的热水加热升温，然后再经第九阀门V₉进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质加热升温后，作为二次侧管路的供水输送至各个热用户。

实施例3：

如图3所示，两级引射式热泵型换热机组由两级引射式热泵和换热器WEX、连接管路及阀门等附件组成。其中引射器热泵管路及一次侧管路的连接方式与实施例1相同。

二次侧管路采用并联或串联方式。采用并联方式时，第六阀门V₆关闭，第三阀门V₃、第四阀门V₄、第五阀门V₅、第七阀门V₇开启，二次网热水分三路，一路热水经第四阀门V₄进入水水换热器WEX被来自一次侧管路的热水加热升温后，另一路热水经第四阀门V₄、第五阀门V₅进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质蒸气加热升温，第三路热水经第三阀门V₃进入第二级引射式热泵冷凝器C₂被热泵工质蒸气加热升温后，流经第七阀门V₇，三路热水汇合后作为二次网供水输送到各个热用户。当两级引射式热泵型换热机组只开启第一级引射式热泵时，二次侧管路采用串联方式，第三阀门V₃、第五阀门V₅、第六阀门V₆、第七阀门V₇、地把阀门V₈关闭，第四阀门V₄、第九阀门V₉开启，二次侧管路的热水先经第四阀门V₄进入水水换热器WEX被来自一次侧管网的热水加热升温，然后再经第九阀门V₉进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质加热升温后，作为二次侧管路的供水输送至各个热用户。

实施例4：

如图4所示，两级引射式热泵型换热机组由两级引射式热泵和换热器WEX、连接管路及阀门等附件组成。其中连接管路分为，工质管路系统和水路系统，其中水路系统又分为一次侧管路系统和二次侧管路系统。通过连接管路把两级引射式热泵和水水换热器WEX有机的结合在一起，构成两级引射式热泵型换热机组。其中，每一级引射式热泵由发生器、冷凝器、蒸发器、引射器、泵、连接管路及阀门等附件构成。每一级引射式热泵的工质循环流程：来自泵的高压工质液体进入发生器，被一次侧管路的热水加热，发生出高压工质蒸气；高压工质蒸气进入引射器抽吸来自蒸发器的低压工质蒸气，并在引射器内混合后；进入冷凝器被二次侧管路的热水冷凝成液体；然后工质液体分两路，一路液体工质经节流阀门节流降压后，进入蒸发器被一次侧管路的低温热水加热，蒸发出低压工质蒸气，然后低压工质蒸气被抽吸至引射器，完成一个内循环；另一路液体工质经泵加压后，进入发生器被一次侧管路的高温热水加热，发生出高压工质蒸气，完成循环。

引射式热泵换热机组的水路系统分为一次侧管路和二次侧管路两部分。一次侧管路采用串联方式，一次网热水首先作为驱动热源进入第一级引射式热泵发生器G₁、第二级引射式热泵发生器G₂加热热泵工质液体，放热降温后；再作为高温热源进入水水换热器WEX加热二次侧管路的热水，继续放热降温；然后作为低温热源进入第二级引射式热泵蒸发器E₂、第一级引射式热泵蒸发器E₁加热低压工质液体，进一步放热降温，最后作为一次侧管路的回水，返回到的加热热源。

二次侧管路可通过控制阀门的开启与关闭，实现并联方式或混联方式。采用并联方式时，第六阀门V₆关闭，第三阀门V₃、第四阀门V₄、第五阀门V₅、第七阀门V₇开启，二次网热水分三路，一路热水经第四阀门V₄进入水水换热器WEX被来自一次侧管路的热水加热升温后，另一路热水经第四阀门V₄、第五阀门V₅进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质蒸气加热升温，第三路热水经第三阀门V₃进入第二级引射式热泵冷凝器C₂被热泵工质蒸气加热升温后，流经第七阀门V₇，三路热水汇合后作为二次网供水输送到各个热用户。采用混联方式时，第五阀门V₅、第七阀门V₇关闭，第三阀门V₃、第四阀门V₄、第六阀门V₆开启，二次侧管路的热水分两路，一路热水依次流经第三阀门V₃，进入第二级引射式热泵冷凝器C₂被热泵工质加热升温后，流经第六阀门V₆，进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质加热升温，另一路热水流经第四阀门V₄，进入水水换热器WEX被一次侧管路的热水加热升温，然后两路热水在一处汇合后，作为二次网供水输送至各个热用户。当两级引射式热泵型换热机组只开启第一级引射式热泵时，二次侧管路采用串联方式，第三阀门V₃、第五阀门V₅、第六阀门V₆、第七阀门V₇、第八阀门V₈关闭，第四阀门V₄、第九阀门V₉开启，二次侧管路的热水先经第四阀门V₄进入水水换热器WEX被来自一次侧管网的热水加热升温，然后再经第九阀门V₉进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质加热升温后，作为二次侧管路的供水输送至各个热用户。

实施例5：

如图5所示，两级引射式热泵型换热机组由两级引射式热泵和换热器WEX、连接管路及阀门等附件组成。其中引射器热泵管路及一次侧管路的连接方式与实施例4相同。

二次侧管路采用混联或串联方式。采用混联方式时，第五阀门V₅、第七阀门V₇关闭、第三阀门V₃、第四阀门V₄、第六阀门V₆开启，二次侧管路的热水分两路，一路热水依次流经第三阀门V₃，进入第二级引射式热泵冷凝器C₂被热泵工质加热升温后，流经第六阀门V₆，进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质加热升温，另一路热水流经第四阀门V₄，进入水水换热器WEX被一次侧管路的热水加热升温，然后两路热水在一处汇合后，作为二次网供水输送至各个热用户。当两级引射式热泵型换热机组只开启第一级引射式热泵时，二次侧管路采用串联方式，第三阀门V₃、第八阀门V₈关闭，第四阀门V₄、第九阀门V₉开启，二次侧管路的热水先经第四阀门V₄进入水水换热器WEX被来自一次侧管网的热水加热升温，然后再经第九阀门V₉进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质加热升温后，作为二次侧管路的供水输送至各个热用户。

实施例6：

如图6所示，两级引射式热泵型换热机组由两级引射式热泵和换热器WEX、连接管路及阀门V等附件组成。其中引射器热泵管路及一次侧管路的连接方式与实施例4相同。

二次侧管路采用并联或串联方式。采用并联方式时，第六阀门V₆关闭，第三阀门V₃、第四阀门V₄、第五阀门V₅、第七阀门V₇开启，二次网热水分三路，一路热水经第四阀门V₄进入水水换热器WEX被来自一次侧管路的热水加热升温后，另一路热水经第四阀门V₄、第五阀门V₅进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质蒸气加热升温，第三路热水经第三阀门V₃进入第二级引射式热泵冷凝器C₂被热泵工质蒸气加热升温后，流经第七阀门V₇，三路热水汇合后作为二次网供水输送到各个热用户。当两级引射式热泵型换热机组只开启第一级引射式热泵时，二次侧管路采用串联方式，第三阀门V₃、第五阀门V₅、第六阀门V₆、第七阀门V₇、第八阀门V₈关闭，第四阀门V₄、第九阀门V₉开启，二次侧管路的热水先经第四阀门V₄进入水水换热器WEX被来自一次侧管网的热水加热升温，然后再经第九阀门V₉进入第一级引射式热泵冷凝器C₁被热泵工质加热升温后，作为二次侧管路的供水输送至各个热用户。

本发明的引射式换热机组热量转移，降低回水温度以便于更好的回收热源出废热或太阳能，提高热源效率，同时也可以增大一次侧管路的供回水温差，提高热网输送能力，降低热网初投资。

Claims

1.一种两级引射式热泵型换热机组，其特征在于：所述机组由两级引射式热泵、水水换热器、连接管路和阀门组成；

所述引射式热泵由发生器、冷凝器、蒸发器、引射器、回热器、泵组成；

所述连接管路分为热泵工质管路系统和水路系统，其中水路系统分为一次侧管路和二次侧管路两部分；

所述热泵工质管路采用混联方式，即热泵工质在发生器内被加热发生为工质蒸气，工质蒸气进入引射器，抽吸来自蒸发器内的低压工质蒸气，混合后再进入冷凝器，被冷凝成液体工质，然后液体工质分两路，一路液体工质依次流经回热器、节流阀、进入蒸发器吸热蒸发，变成低压工质蒸气，低压工质蒸气进入回热器被来自冷凝器的工质液体加热升温后，被来自发生器的高压蒸气抽吸至引射器；另一路液体工质经泵加压后，输送至发生器内，被一次侧管路的热水加热，发生出高压工质蒸气，完成循环；

所述一次侧管路采用串联方式，一次侧管路的热水依次进入第一级引射式热泵发生器、第二级引射式热泵发生器、水水换热器、第二级引射式热泵蒸发器和第一级引射式热泵蒸发器，最后返回到热源加热站；

2.根据权利要求1所述的两级引射式热泵型换热机组，其特征在于：所述引射式热泵中不设置回热器，热泵工质被泵加压后进入发生器，被一次侧管路的热水加热，发生出高压工质蒸气；高压工质蒸气进入引射器抽吸来自蒸发器的低压工质蒸气，并在引射器内混合后；进入冷凝器被二次侧管路的热水冷凝成液体；然后工质液体分两路，一路液体工质经节流阀节流降压后，进入蒸发器（E）被一次侧管路的低温热水加热，蒸发出低压工质蒸气，然后低压工质蒸气被抽吸至引射器，完成一个内循环；另一路液体工质经泵加压后，进入发生器被一次侧管路的高温热水加热，发生出高压工质蒸气，完成循环。