CN102589034B - 一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于能源利用技术领域的一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组。所述机组由喷射式热泵、水水换热器WEX、连接管路、循环水泵Pw、阀门等附件组成，喷射式热泵有两种结构：两级发生-两级冷凝-两级蒸发结构和两级发生-两级冷凝-单级蒸发结构，连接管路分为工质系统管路和水系统管路，其中水系统管路分为一次侧管路和二次侧管路。借助于喷射式热泵技术，本发明通过一定的管路连接方式将各个单元部件有机结合在一起，对一次侧管路的供水热量进行梯级利用，大大降低一次侧管路的回水温度以增大一次侧管路的供回水温差，并大幅提高一次侧管路与二次侧管路的热水热量转移能力。
Description
技术领域
本发明属于能源利用技术领域，具体涉及一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组。
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。对于常规换热机组，一次网供水温度因管网保温材料耐温极限的限制，不宜高于130℃；一次网回水温度受到二次网回水温度的限制。常规集中供热技术的供/回水温度一般为130℃/70℃左右。
如何大幅降低一次网回水温度、增大供回水温差以提高一次网热量输送能力，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。
鉴于集中供热热源的供热能力不足和热网输送热量能力不足的现状，采用何种技术及何种设备以降低一次侧管路的回水温度，提高热网的热量输送能力是目前集中供热技术亟待解决的关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组，提高一次热网管路的热量输送能力，也可用于工业余热回收、太阳能的深度利用。
一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组，所述机组由喷射式热泵、水水换热器WEX、循环水泵Pw、阀门及连接管路组成；
所述喷射式热泵为两级发生-两级冷凝-两级蒸发结构或两级发生-两级冷凝-单级蒸发结构；
所述连接管路分为工质系统管路和水系统管路，水系统管路分为一次侧管路和二次侧管路，一次侧管路采用串联方式，二次侧管路采用并联方式或串联方式；
所述一次侧管路采用串联方式：高温发生器G1依次连接低温发生器G2、水水换热器WEX、高压蒸发器E1和低压蒸发器E2；
所述二次侧管路采用并联方式：循环水泵Pw出口管路分两路，一路与水水换热器WEX相连接，另一路依次与低压冷凝器C1、高压冷凝器C2连接，两路出水管汇合；
所述二次侧管路采用串联方式：循环水泵Pw依次与低压冷凝器C1、高压冷凝器C2、水水换热器WEX相连接；
所述喷射式热泵为两级发生-两级冷凝-两级蒸发结构时，工质系统管路为：工质循环泵PR的出口端管道分为两路，一路通过高温发生器G1与汽-液喷射器EJ3相连接，另一路通过低温发生器G2与汽-汽喷射器EJ2相连接；储液罐S的出口端管道分为两路，一路与汽-液喷射器EJ3相连接，另一路与回热器IHE相连接；汽-液喷射器EJ3通过高压冷凝器C2与工质循环泵PR相连接；回热器IHE的出口端管道分为两路，一路依次与节流装置VR、低压蒸发器E2、液-汽喷射器EJ1相连接，另一路与液-汽喷射器EJ1相连接；液-汽喷射器EJ1依次连接高压蒸发器E1、回热器IHE、汽-汽喷射器EJ2、低压冷凝器C1、储液罐S；
所述喷射式热泵为两级发生-两级冷凝-单级蒸发结构时，工质系统管路为：工质循环泵PR的出口端管道分为两路，一路通过高温发生器G1与汽-液喷射器EJ3相连接，另一路通过低温发生器G2与汽-汽喷射器EJ2相连接；储液罐S的出口端管道分为两路，一路与汽-液喷射器EJ3相连接，另一路与回热器IHE相连接；回热器IHE依次连接节流装置VR、低压蒸发器E2，低压蒸发器E2连接回热器IHE后与汽-汽喷射器EJ2相连接；汽-汽喷射器EJ2依次与低压冷凝器C1、储液罐S相连接；汽-液喷射器EJ3通过高压冷凝器C2与工质循环泵PR相连接。
所述喷射式热泵采用两级发生-两级冷凝-两级蒸发结构时，由高温发生器G1、低温发生器G2、低压冷凝器C1、高压冷凝器C2、高压蒸发器E1、低压蒸发器E2、液-汽喷射器EJ1、汽-汽喷射器EJ2、汽-液喷射器EJ3、回热器IHE、工质循环泵PR、节流装置VR、储液罐S构成。
所述喷射式热泵采用两级发生-两级冷凝-单级蒸发结构时，由高温发生器G1、低温发生器G2、低压冷凝器C1、高压冷凝器C2、低压蒸发器E2、汽-汽喷射器EJ2、汽-液喷射器EJ3、回热器IHE、工质循环泵PR、节流装置VR、储液罐S构成。
所述汽-汽引射器EJ2的一次流体来自于低温发生器G2，引射流体是来自低温蒸发器E2流经回热器IHE的工质蒸气。
所述喷射式热泵由一次侧管路把高温发生器G1与低温发生器G2串联起来，产生两种压力不同的工质蒸气。
根据系统组成及管路连接方式，分为四种：第一种为两级发生-两级冷凝-两级蒸发的型式，二次侧管路采用并联方式；第二种为两级发生-两级冷凝-两级蒸发的型式，二次侧管路采用串联方式；第三种为两级发生-两级冷凝-单级蒸发的型式，二次侧管路采用并联方式；第四种为两级发生-两级冷凝-单级蒸发的型式，二次侧管路采用串联方式。
根据热网运行压力及热用户的实际情况，二次侧循环水泵Pw可安装在二次侧回水干管上1点之前，也可安装至二次侧管路的供水干管上的2点之后。
本发明的有益效果：本发明通过一定的管路连接方式将各个单元部件有机结合在一起，对一次侧管路的供水热量进行梯级利用，大大降低一次侧管路的回水温度以增大一次侧管路的供回水温差，并大幅提高一次侧管路与二次侧管路的热水热量转移能力。本发明的两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组用于集中供热系统的热力站以提高一次热网管路的热量输送能力，也可用于工业余热回收利用、太阳能的深度利用以提高热利用率。
附图说明
图1为实施例1两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组组成及管路连接方式；
图2为实施例2两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组组成及管路连接方式；
图3为实施例3两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组组成及管路连接方式；
图4为实施例4两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组组成及管路连接方式；
图中，G1-高温发生器、G2低温发生器、C1-低压冷凝器、C2-高压冷凝器、EJ1-液-汽喷射器、EJ2汽-汽喷射器-、EJ3-汽-液喷射器、S-储液罐、E1-高压蒸发器、E2-低压蒸发器、WEX-水水换热器、IHE-回热器；V1、V2、V3、V4、V5为阀门；VR-节流装置、PR-工质循环泵、Pw-循环水泵；A、B、B1、B2、B21、B22为工质循环路线；M1、M2为二次侧管路的回水路线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组，如图1所示，由喷射式热泵、水水换热器WEX、连接管路、循环水泵Pw、阀门等附件组成，所述的连接管路分为工质系统管路和水系统管路，其中水系统管路又分为一次侧管路和二次侧管路，通过连接管路把喷射式热泵和水水换热器WEX有机的结合在一起。
喷射式热泵采用两级发生-两级冷凝-两级蒸发结构，其系统由高温发生器G1、低温发生器G2、低压冷凝器C1、高压冷凝器C2、高压蒸发器E1、低压蒸发器E2、液-汽喷射器EJ1、汽-汽喷射器EJ2、汽-液喷射器EJ3、回热器IHE、工质循环泵PR、节流装置VR、储液罐S、连接管路及其它附件构成。工质流程：来自工质循环泵PR的高压工质液体分成A、B两路，A路工质进入高温发生器G1被加热成工质蒸气后，作为一次流体进入汽-液喷射器EJ3，B路工质进入低温发生器G2被加热成工质蒸气后，作为一次流体进入汽-汽喷射器EJ2；来自储液罐的液态工质分为B1、B2两路，B1路工质被来自高温发生器G1的A路工质蒸气引射入汽-液喷射器EJ3中，然后A、B1两路工质混合、减速增压后，进入高压冷凝器C2被二次侧管路的热水冷凝为液态工质后，经工质循环泵PR加压后，分路A、B两路分别进入高温发生器G1、低温发生器G2；B2路工质经回热器IHE冷却后，又分为B21、B22两路，B21路工质经节流装置VR节流降压后，进入低压蒸发器E2吸热而变成工质蒸气后，被B22路液态工质引射至液-汽喷射器EJ1中，然后B21、B22两路工质混合、减速增压后，进入低压高压蒸发器E1吸热而变成工质蒸气后，流经回热器IHE后，被来自低温发生器G2的B路工质蒸气引射至汽-汽引射器EJ2后，然后B、B2两路工质混合、减速增压后，进入低压冷凝器C1被二次侧管路的热水冷凝成液态工质后，进入储液罐S；A路工质将B1路工质引射至汽-液喷射器EJ3后，A、B1两路工质混合、减速增压后，进入高压冷凝器C2被冷凝为液态工质后，进入工质循环泵PR，从而完成一个热泵循环。
一次侧管路采用串联方式：一次侧管路的热水首先作为驱动热源进入高温发生器G1、低温发生器G2加热工质而放热降温后，进入水水换热器WEX加热二次侧管路的回水而继续放热降温，然后作为低温热源进入高压蒸发器E1、低压蒸发器E2进一步放热降温，最后作为一次侧管路的回水。
二次侧管路采用并联方式：二次侧管路的回水被循环水泵Pw加压后，在1点处分为M1、M2两路，M1路进入水水换热器WEX被来自低温发生器G2的一次侧热水加热升温，M2路工质依次进入低压冷凝器C1、高压冷凝器C2、被热泵工质加热升温，然后M1、M2两路二次侧热水在2点汇合，最后作为二次侧管路的供水。
根据热网及热用户实际情况，二次侧循环水泵Pw既可安装在二次侧管路的回水干管的1点之前，也可安装在二次侧管路的供水干管的2点之后。
实施例2
一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组，如图2所示，由喷射式热泵、水水换热器WEX、连接管路、循环水泵Pw、阀门等附件组成，所述的连接管路分为工质系统管路和水系统管路，其中水系统管路又分为一次侧管路系统和二次侧管路系统，通过连接管路把喷射式热泵和水水换热器WEX有机的结合在一起。
喷射式热泵采用两级发生-两级冷凝-两级蒸发结构，其系统由高温发生器G1、低温发生器G2、低压冷凝器C1、高压冷凝器C2、高压蒸发器E1、低压蒸发器E2、液-汽喷射器EJ1、汽-汽喷射器EJ2、汽-液喷射器EJ3、回热器IHE、工质循环泵PR、节流装置VR、储液罐S、连接管路及其它附件构成。工质流程：来自工质循环泵PR的高压工质液体分成A、B两路，A路工质进入高温发生器G1被加热成工质蒸气后，作为一次流体进入汽-液喷射器EJ3，B路工质进入低温发生器G2被加热成工质蒸气后，作为一次流体进入汽-汽喷射器EJ2；来自储液罐的液态工质分为B1、B2两路，B1路工质被来自高温发生器G1的A路工质蒸气引射入汽-液喷射器EJ3中，然后A、B1两路工质混合、减速增压后，进入高压冷凝器C2被二次侧管路的热水冷凝为液态工质后，经工质循环泵PR加压后，分路A、B两路分别进入高温发生器G1、低温发生器G2；B2路工质经回热器IHE冷却后，又分为B21、B22两路，B21路工质经节流装置VR节流降压后，进入低压蒸发器E2吸热而变成工质蒸气后，被B22路液态工质引射至液-汽喷射器EJ1中，然后B21、B22两路工质混合、减速增压后，进入低压高压蒸发器E1吸热而变成工质蒸气后，流经回热器IHE后，被来自低温发生器G2的B路工质蒸气引射至汽-汽引射器EJ2后，然后B、B2两路工质混合、减速增压后，进入低压冷凝器C1被二次侧管路的热水冷凝成液态工质后，进入储液罐S；A路工质将B1路工质引射至汽-液喷射器EJ3后，A、B1两路工质混合、减速增压后，进入高压冷凝器C2被冷凝为液态工质后，进入工质循环泵PR，从而完成一个热泵循环。
一次侧管路采用串联方式：一次侧管路的供水首先作为驱动热源进入高温发生器G1、低温发生器G2加热工质而放热降温后，进入水水换热器WEX加热二次侧管路的回水而继续放热降温，然后作为低温热源进入高压蒸发器E1、低压蒸发器E2进一步放热降温，最后作为一次侧管路的回水。
二次侧管路采用串联方式：二次侧管路的回水在循环水泵Pw加压后，先进入依次流经低压冷凝器C1、高压冷凝器C2、被热泵工质加热升温后，再进入水水换热器WEX被来自低温发生器G2的一次侧管路的热水加热升温后，作为二次侧管路的供水。
根据热网及热用户实际情况，二次侧循环水泵Pw既可安装在二次侧管路的回水干管的1点之前，也可安装在二次侧管路的供水干管的2点之后。
实施例3
一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组，如图3所示，由喷射式热泵、水水换热器WEX、连接管路、循环水泵Pw、阀门等附件组成，所述的连接管路分为工质系统管路和水系统管路，其中水系统管路又分为一次侧管路和二次侧管路，通过连接管路把喷射式热泵和水水换热器WEX有机的结合在一起。
喷射式热泵采用两级发生-两级冷凝-单级蒸发结构，由高温发生器G1、低温发生器G2、低压冷凝器C1、高压冷凝器C2、低压蒸发器E2、汽-汽喷射器EJ2、汽-液喷射器EJ3、回热器IEX、工质循环泵PR、节流装置VR、储液罐S、连接管路及其它附件构成。
工质流程：来自工质循环泵PR的高压工质液体分成A、B两路，A路工质进入高温发生器G1被加热成工质蒸气后，作为一次流体进入汽-液喷射器EJ3，B路工质进入低温发生器G2被加热成工质蒸气后，作为一次流体进入汽-汽喷射器EJ2；来自储液罐的液态工质分为B1、B2两路，B1路工质被来自高温发生器G1的A路工质蒸气引射入汽-液喷射器EJ3中，然后A、B1两路工质混合、减速增压后，进入高压冷凝器C2被二次侧管路的热水冷凝为液态工质后，经工质循环泵PR加压后，分成A、B两路分别进入高温发生器G1、低温发生器G2；B2路工质经回热器IHE冷却后，经节流装置VR节流降压后，进入低压蒸发器E2吸热而变成工质蒸气后，流经回热器IHE后，被来自低温发生器G2的B路工质蒸气引射至汽-汽引射器EJ2后，然后B、B2两路工质混合、减速增压后，进入低压冷凝器C1被二次侧管路的热水冷凝成液态工质后，进入储液罐S；A路工质将B1路工质引射至汽-液喷射器EJ3后，A、B1两路工质混合、减速增压后，进入高压冷凝器C2被冷凝为液态工质后，进入工质循环泵PR，从而完成一个热泵循环。
一次侧管路采用串联方式：一次网供水首先作为驱动热源进入高温发生器G1、低温发生器G2放热降温后，进入水水换热器WEX继续放热降温，然后作为低温热源进入低压蒸发器E2进一步放热降温后，作为一次侧管路的回水。
二次侧管路采用并联方式：二次侧管路的回水被循环水泵Pw加压后，在1点处分为M1、M2两路，M1路进入水水换热器WEX被来自低温发生器G2的一次侧热水加热升温，M2路工质依次进入低压冷凝器C1、高压冷凝器C2、被热泵工质加热升温，然后M1、M2两路二次侧管路的热水在2点汇合，最后作为二次侧管路的供水。
实施例4
一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组，如图4所示，由喷射式热泵、水水换热器WEX、连接管路、循环水泵Pw、阀门等附件组成，所述的连接管路分为工质系统管路和水系统管路，其中水系统管路又分为一次侧管路和二次侧管路，通过连接管路把喷射式热泵和水水换热器WEX有机的结合在一起。
喷射式热泵采用两级发生-两级冷凝-单级蒸发结构，由高温发生器G1、低温发生器G2、低压冷凝器C1、高压冷凝器C2、低压蒸发器E2、汽-汽喷射器EJ2、汽-液喷射器EJ3、回热器IEX、工质循环泵PR、节流装置VR、储液罐S、连接管路及其它附件构成。
工质流程：来自工质循环泵PR的高压工质液体分A、B两路，A路工质进入高温发生器G1被加热成工质蒸气后，作为一次流体进入汽-液喷射器EJ3，B路工质进入低温发生器G2被加热成工质蒸气后，作为一次流体进入汽-汽喷射器EJ2；来自储液罐的液态工质分为B1、B2两路，B1路工质被来自高温发生器G1的A路工质蒸气引射入汽-液喷射器EJ3中，然后A、B1两路工质混合、减速增压后，进入高压冷凝器C2被二次侧管路的热水冷凝为液态工质后，经工质循环泵PR加压后，分A、B两路分别进入高温发生器G1、低温发生器G2；B2路工质经回热器IHE冷却后，经节流装置VR节流降压后，进入低压蒸发器E2吸热而变成工质蒸气后，流经回热器IHE后，被来自低温发生器G2的B路工质蒸气引射至汽-汽引射器EJ2后，然后B、B2两路工质混合、减速增压后，进入低压冷凝器C1被二次侧管路的热水冷凝成液态工质后，进入储液罐S；A路工质将B1路工质引射至汽-液喷射器EJ3后，A、B1两路工质混合、减速增压后，进入高压冷凝器C2被冷凝为液态工质后，进入工质循环泵PR，从而完成一个热泵循环。
一次侧管路采用串联方式：一次侧管路的供水首先作为驱动热源进入高温发生器G1、低温发生器G2放热降温后，进入水水换热器WEX继续放热降温，然后作为低温热源进入低压蒸发器E2进一步放热降温后，作为一次侧管路的回水。
二次侧管路采用串联方式：二次侧管路的回水在循环水泵Pw加压后，先依次流经低压冷凝器C1、高压冷凝器C2、被热泵工质加热升温，然后进入水水换热器WEX被来自低温发生器G2的一次侧管路的热水加热升温后，作为二次侧管路的供水。
根据热网及热用户的实际情况，循环水泵Pw可安装在二次侧管路的回水干管的1点之前，也可安装在二次侧管路的供水干管的2点之后。
Claims (5)
1.一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组，其特征在于，所述机组由喷射式热泵、水水换热器（WEX）、循环水泵（Pw）、阀门及连接管路组成；
所述喷射式热泵为两级发生-两级冷凝-两级蒸发结构或两级发生-两级冷凝-单级蒸发结构；
所述连接管路分为工质系统管路和水系统管路，水系统管路分为一次侧管路和二次侧管路，一次侧管路采用串联方式，二次侧管路采用并联方式或串联方式；
所述一次侧管路采用串联方式：喷射式热泵为两级发生-两级冷凝-两级蒸发结构时，高温发生器（G1）依次连接低温发生器（G2）、水水换热器（WEX）、高压蒸发器（E1）和低压蒸发器（E2）；喷射式热泵为两级发生-两级冷凝-单级蒸发结构时，高温发生器（G1）依次连接低温发生器（G2）、水水换热器（WEX）和低压蒸发器（E2）；
所述二次侧管路采用并联方式：循环水泵（Pw）出口管路分两路，一路与水水换热器（WEX）相连接，另一路依次与低压冷凝器（C1）、高压冷凝器（C2）连接，两路出水管汇合；
所述二次侧管路采用串联方式：循环水泵（Pw）依次与低压冷凝器（C1）、高压冷凝器（C2）、水水换热器（WEX）相连接；
所述喷射式热泵为两级发生-两级冷凝-两级蒸发结构时，工质系统管路为：工质循环泵（PR）的出口端管道分为两路，一路通过高温发生器（G1）与汽-液喷射器（EJ3）相连接，另一路通过低温发生器（G2）与汽-汽喷射器（EJ2）相连接；储液罐（S）的出口端管道分为两路，一路与汽-液喷射器（EJ3）相连接，另一路与回热器（IHE）相连接；汽-液喷射器（EJ3）通过高压冷凝器（C2）与工质循环泵（PR）相连接；回热器（IHE）的出口端管道分为两路，一路依次与节流装置（VR）、低压蒸发器（E2）、液-汽喷射器（EJ1）相连接，另一路与液-汽喷射器（EJ1）相连接；液-汽喷射器（EJ1）依次连接高压蒸发器（E1）、回热器（IHE）、汽-汽喷射器（EJ2）、低压冷凝器（C1）、储液罐（S）；
所述喷射式热泵为两级发生-两级冷凝-单级蒸发结构时，工质系统管路为：工质循环泵（PR）的出口端管道分为两路，一路通过高温发生器（G1）与汽-液喷射器（EJ3）相连接，另一路通过低温发生器（G2）与汽-汽喷射器（EJ2）相连接；储液罐（S）的出口端管道分为两路，一路与汽-液喷射器（EJ3）相连接，另一路与回热器（IHE）相连接；回热器（IHE）依次连接节流装置（VR）、低压蒸发器（E2），低压蒸发器（E2）连接回热器（IHE）后与汽-汽喷射器（EJ2）相连接；汽-汽喷射器（EJ2）依次与低压冷凝器（C1）、储液罐（S）相连接；汽-液喷射器（EJ3）通过高压冷凝器（C2）与工质循环泵（PR）相连接。
2.根据权利要求1所述一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组，其特征在于，所述喷射式热泵采用两级发生-两级冷凝-两级蒸发结构时，由高温发生器（G1）、低温发生器（G2）、低压冷凝器（C1）、高压冷凝器（C2）、高压蒸发器（E1）、低压蒸发器（E2）、液-汽喷射器（EJ1）、汽-汽喷射器（EJ2）、汽-液喷射器（EJ3）、回热器（IHE）、工质循环泵（PR）、节流装置（VR）、储液罐（S）构成。
3.根据权利要求1所述一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组，其特征在于，所述喷射式热泵采用两级发生-两级冷凝-单级蒸发结构时，由高温发生器（G1）、低温发生器（G2）、低压冷凝器（C1）、高压冷凝器（C2）、低压蒸发器（E2）、汽-汽喷射器（EJ2）、汽-液喷射器（EJ3）、回热器（IHE）、工质循环泵（PR）、节流装置（VR）、储液罐（S）构成。
4.根据权利要求1所述一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组，其特征在于，喷射式热泵为两级发生-两级冷凝-单级蒸发结构时，所述汽-汽引射器（EJ2）的一次流体来自于低温发生器（G2），引射流体是来自低温蒸发器（E2）流经回热器（IHE）的工质蒸气。
5.根据权利要求1所述一种两级发生-两级冷凝的喷射式换热机组，其特征在于，所述喷射式热泵由一次侧管路把高温发生器（G1）与低温发生器（G2）串联起来，产生两种压力不同的工质蒸气。
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