CN102589043B - 一种高效喷射式换热机组 - 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高效喷射式换热机组。该机组由高效喷射式热泵、水水换热器、循环水泵、连接管路、阀门及其它附件组成；高效喷射式热泵采用两级冷凝、两级蒸发结构或两级冷凝、一级蒸发结构，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，一次侧管路的连接方式为串联方式，二次侧管路的连接方式有并联和串联两种方式。本发明借助于喷射式热泵技术，通过一定的管路连接方式，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，在保证二次侧管路的供水参数的前提下，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，具体涉及一种高效喷射式换热机组。
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热负荷中心的郊区，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是目前集中供热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提高一次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高效喷射式换热机组，能够在满足二次网供热参数的前提下，对一次网供水的热量进行梯级利用，大幅降低一次网回水温度，提高一次网供、回水温差。
一种高效喷射式换热机组，所述机组由高效喷射式热泵、水水换热器WEX、循环水泵Pw、阀门及连接管路组成；
所述高效喷射式热泵采用两级冷凝、两级蒸发结构或两级冷凝、一级蒸发结构；
所述连接管路分为工质系统管路和水系统管路，其中水系统管路分为一次侧管路和二次侧管路，一次侧管路的连接方式为串联方式，二次侧管路的连接方式有并联和串联两种方式；
所述的一次侧管路采用串联方式：发生器G依次与水水换热器WEX、高压蒸发器E1、低压蒸发器E2连接；
所述的二次侧管路采用并联方式：循环水泵Pw的管路分成两路，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相连接，高压冷凝器C2和水水换热器WEX的出管管道汇合；
所述的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；
当高效喷射式热泵为两级冷凝器、两级蒸发结构，所述工质系统管路：工质循环泵PR连接发生器G，发生器G的管路分为两路，一路连接汽-液喷射器EJ3，另一路连接汽-汽喷射器EJ2；储液罐S的管路分为两路，一路连接汽-液喷射器EJ3，另一路连接回热器IHE；汽-液喷射器EJ3通过高压冷凝器C2连接工质循环泵PR；回热器IHE的管路分为两路，一路连接液-汽喷射器EJ1，另一路依次连接工质循环泵PR、低压蒸发器E2、液-汽喷射器EJ1；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；汽-汽喷射器EJ2通过低压冷凝器C1连接储液罐S；
当高效喷射式热泵为两级冷凝、一级蒸发结构，所述工质系统管路：工质循环泵PR连接发生器G，发生器G的管路分为两路，一路连接汽-液喷射器EJ3，另一路连接汽-汽喷射器EJ2；汽-液喷射器EJ3通过高压冷凝器C2连接工质循环泵PR；储液罐S的管路分为两路，一路连接汽-液喷射器EJ3，另一路连接回热器IHE；回热器IHE的入口端依次通过节流装置VR、低压蒸发器E2连接回热器IHE；回热器IHE的出口端连接汽-汽喷射器EJ2；汽-汽喷射器EJ2通过低压冷凝器C1连接储液罐S。
所述高效喷射式热泵为两级冷凝、两级蒸发结构时，由发生器G、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、阀门及连接管路组成。
所述高效喷射式热泵为两级冷凝、一级蒸发结构时，由发生器G、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、阀门及连接管路组成。
来自低压蒸发器E2的工质蒸气依次在液-汽喷射器EJ1、汽-汽喷射器EJ2、汽-液喷射器EJ3中被引射后逐级增压，提高工质循环泵PR的进口工质压力。
采用发生器G、水水换热器WEX、高压蒸发器E1和低压蒸发器E2，对一次侧管路的供水实现梯级冷却，实现大温差降温。
采用低压冷凝器C1和高压冷凝器C2，对二次侧管路的回水实现梯级加热，实现大温差升温。
本发明的有益效果：本发明借助于喷射式热泵技术，通过一定的管路连接方式，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了一次侧管路的供回水温差，在保证二次侧管路的供水参数的前提下，大幅提高一次侧管路与二次侧管路的热水热量转移能力。本发明的高效喷射式换热机组可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，也可用于工业余热供热、太阳能的深度利用等领域。
附图说明
图1为实施例1的高效喷射式换热机组组成及管路连接方式；
图2为实施例2的高效喷射式换热机组组成及管路连接方式；
图3为实施例3的高效喷射式换热机组组成及管路连接方式；
图4为实施例4的高效喷射式换热机组组成及管路连接方式；
图中，G-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、VR-节流装置、PR-工质循环泵、Pw-二次侧管路循环水泵；V1、V2、V3、V4、V5为阀门；A、B、A1、A2、A21、A22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
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例的高效喷射式换热机组是由两级冷凝、两级蒸发结构的高效喷射式热泵、水水换热器WEX、连接管路、循环水泵Pw、阀门V1、V2、V3、V4、V5及其它附件组成，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。通过连接管路把高效喷射式热泵和水水换热器WEX有机的结合在一起。其中，高效喷射式热泵由发生器G、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IEX、工质循环泵PR、节流装置VR、储液罐S、连接管路、阀门及其它附件组成。
高效喷射式热泵的工质流程：来自工质循环泵PR的高压液体工质进入发生器G被一次侧管路的供水加热而发生出高压工质蒸气后，分成A、B两路：A路工质作为一次流体进入汽-汽喷射器EJ2，B路工质作为一次流体进入汽-液喷射器EJ3；来自储液罐S的液态工质分为A1、A2两路：A1路工质被B路工质蒸气引射至汽-液喷射器EJ3，A1、B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，经工质循环泵PR加压后，进入发生器G；A2路工质经回热器IHE被冷却后，再分为A21、A22两路；A21路工质经节流装置VR节流降压后，进入低压蒸发器E2被一次侧管路的热水加热而变成工质蒸气后，再被A22路液体工质引射至液-汽喷射器EJ1，然后A21、A22两路工质混合、减速增压后，进入高压蒸发器E1被一次侧管路的热水加热而变成工质蒸气后，经回热器IHE被A2路液态工质加热后，再被A路液态工质引射至汽-汽喷射器EJ2，然后两路A、A2工质混合后，进入低压冷凝器C1，被二次侧管路的回水冷凝成液态工质后，进入储液罐S，热泵工质如此循环。
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发生器G放热降温后，进入水水换热器WEX继续放热降温，然后作为低温热源依次进入高压蒸发器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路二次侧管路的回水进入水水换热器WEX被一次侧管路的热水加热升温，M2路二次侧管路的回水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，然后M1、M2两路二次侧管路的热水在2点汇合后，作为二次侧管路的供水。
根据热网及热用户的实际情况，二次侧管路的循环水泵Pw既可布置在二次侧管路的回水干管上，也可以布置在二次侧管路的供水干管上。
实施例2
如图2所示，本实施例的高效喷射式换热机组是由两级冷凝、两级蒸发结构的高效喷射式热泵、水水换热器WEX、连接管路、循环水泵Pw、阀门V1、V2、V3及其它附件组成，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。通过连接管路把高效喷射式热泵和水水换热器WEX有机的结合在一起。其中，高效喷射式热泵由发生器G、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IEX、工质循环泵PR、节流装置VR、储液罐S、连接管路、阀门及其它附件组成。
高效喷射式热泵的工质流程：来自工质循环泵PR的高压液体工质进入发生器G被一次侧管路的供水加热而发生出高压工质蒸气后，分成A、B两路：A路工质作为一次流体进入汽-汽喷射器EJ2，B路工质作为一次流体进入汽-液喷射器EJ3；来自储液罐S的液态工质分为A1、A2两路：A1路工质被B路工质蒸气引射至汽-液喷射器EJ3，A1、B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，经工质循环泵PR加压后，进入发生器G；A2路工质经回热器IHE被冷却后，再分为A21、A22两路；A21路工质经节流装置VR节流降压后，进入低压蒸发器E2被一次侧管路热水加热而变成工质蒸气后，再被A22路液体工质引射至液-汽喷射器EJ1，然后A21、A22两路工质混合、减速增压后，进入高压蒸发器E1被一次侧管路的热水加热而变成工质蒸气后，经回热器IHE被A2路液态工质加热后，再被A路液态工质引射至汽-汽喷射器EJ2，然后两路A、A2工质混合后，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，热泵工质如此循环。
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发生器G放热降温后，进入水水换热器WEX继续放热降温，然后作为低温热源依次进入高压蒸发器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：二次侧管路的回水先进入低压冷凝器C1、高压冷凝器C2被热泵工质加热升温后，进入水水换热器WEX被来自发生器G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，二次侧管路的循环水泵Pw既可布置在二次侧管路的回水干管上，也可以布置在二次侧管路的供水干管上。
实施例3
如图3所示，本实施例的高效喷射式换热机组是由两级冷凝、一级蒸发结构的高效喷射式热泵、水水换热器WEX、连接管路、循环水泵Pw、阀门V2、V3、V4、V5及其它附件组成，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。通过连接管路把高效喷射式热泵和水水换热器WEX有机的结合在一起。其中，高效喷射式热泵由发生器G、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、阀门及其它附件组成。
高效喷射式热泵的工质流程：来自工质循环泵PR的高压工质液体进入发生器G被一次侧管路的供水加热而发生出高压工质蒸气后，分成A、B两路：A路工质进入汽-汽喷射器EJ2，B路工质进入汽-液喷射器EJ3；储液罐S的液态工质分为A1、A2两路，A1路工质依次流经回热器IHE、节流装置VR、低压蒸发器E2、回热器IHE被加热变成工质蒸气后，被A路工质蒸气引射至汽-汽喷射器EJ2后，A、A1两路工质混合、减速增压后，进入低压冷凝器C1被二次侧管路的回水冷凝成液态工质后，进入储液罐S；A2路工质被B路工质引射至汽-液喷射器EJ3后，B、A2两路工质混合、减速增压后进入高压冷凝器C2被冷凝成液态工质，然后经工质循环泵PR加压后，进入发生器G，热泵工质如此循环。
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发生器G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，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路二次侧管路的回水进入水水换热器WEX被一次侧管路的热水加热升温，M2路二次侧管路的回水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，然后M1、M2两路二次侧管路的热水在2点汇合后，作为二次侧管路的供水。
根据热网及热用户的实际情况，二次侧管路的循环水泵Pw既可布置在二次侧管路的回水干管上，也可以布置在二次侧管路的供水干管上。
实施例4
如图4所示，本实施例的高效喷射式换热机组是由两级冷凝、一级蒸发结构的高效喷射式热泵、水水换热器WEX、连接管路、循环水泵Pw、阀门V2、V3及其它附件组成，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。通过连接管路把高效喷射式热泵和水水换热器WEX有机的结合在一起。其中，高效喷射式热泵由发生器G、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、阀门及其它附件组成。
高效喷射式热泵的工质流程：来自工质循环泵PR的高压工质液体进入发生器G被一次侧管路的供水加热而发生出高压工质蒸气后，分成A、B两路：A路工质进入汽-汽喷射器EJ2，B路工质进入汽-液喷射器EJ3；储液罐S的液态工质分为A1、A2两路，A1路工质依次流经回热器IHE、节流装置VR、低压蒸发器E2、回热器IHE被加热变成工质蒸气后，被A路工质蒸气引射至汽-汽喷射器EJ2后，A、A1两路工质混合、减速增压后，进入低压冷凝器C1被二次侧管路的回水冷凝成液态工质后，进入储液罐S；A2路工质被B路工质引射至汽-液喷射器EJ3后，B、A2两路工质混合、减速增压后进入高压冷凝器C2被冷凝成液态工质，然后经工质循环泵PR加压后，进入发生器G，热泵工质如此循环。
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发生器G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，最后作为一次侧管路的回水。二次侧管路采用串联方式：二次侧管路的回水先进入低压冷凝器C1、高压冷凝器C2被热泵工质加热升温后，进入水水换热器WEX被来自发生器G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，二次侧管路的循环水泵Pw既可布置在二次侧管路的回水干管上，也可以布置在二次侧管路的供水干管上。
Claims (6)
1.一种高效喷射式换热机组，其特征在于，所述机组由高效喷射式热泵、水水换热器（WEX）、循环水泵（Pw）、阀门及连接管路组成；
所述高效喷射式热泵采用两级冷凝、两级蒸发结构或两级冷凝、一级蒸发结构；
所述连接管路分为工质系统管路和水系统管路，其中水系统管路分为一次侧管路和二次侧管路，一次侧管路的连接方式为串联方式，二次侧管路的连接方式有并联或串联方式；
所述的一次侧管路采用串联方式：发生器（G）依次与水水换热器（WEX）、高压蒸发器（E1）、低压蒸发器（E2）连接；或发生器（G）依次与水水换热器（WEX）、低压蒸发器（E2）连接；
所述的二次侧管路采用并联方式：循环水泵（Pw）的管路分成两路，一路与水水换热器（WEX）相连，另一路依次与低压冷凝器（C1）、高压冷凝器（C2）相连接，高压冷凝器（C2）和水水换热器（WEX）的出管管道汇合；
所述的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；
当高效喷射式热泵为两级冷凝、两级蒸发结构，所述工质系统管路：工质循环泵（PR）连接发生器（G），发生器（G）的出口管路分为两路，一路连接汽-液喷射器（EJ3），另一路连接汽-汽喷射器（EJ2）；储液罐（S）的出口管路分为两路，一路连接汽-液喷射器（EJ3），另一路连接回热器（IHE）；汽-液喷射器（EJ3）通过高压冷凝器（C2）连接工质循环泵（PR）；回热器（IHE）的出口管路分为两路，一路连接液-汽喷射器（EJ1），另一路依次连接节流装置（VR）、低压蒸发器（E2）、液-汽喷射器（EJ1）；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）；汽-汽喷射器（EJ2）通过低压冷凝器（C1）连接储液罐（S）；
当高效喷射式热泵为两级冷凝、一级蒸发结构，所述工质系统管路：工质循环泵（PR）连接发生器（G），发生器（G）的出口管路分为两路，一路连接汽-液喷射器（EJ3），另一路连接汽-汽喷射器（EJ2）；汽-液喷射器（EJ3）通过高压冷凝器（C2）连接工质循环泵（PR）；储液罐（S）的出口管路分为两路，一路连接汽-液喷射器（EJ3），另一路连接回热器（IHE）；回热器（IHE）的出口端依次通过节流装置（VR）、低压蒸发器（E2）连接回热器（IHE）；回热器（IHE）的另一出口端连接汽-汽喷射器（EJ2）；汽-汽喷射器（EJ2）通过低压冷凝器（C1）连接储液罐（S）。
2.根据权利要求1所述一种高效喷射式换热机组，其特征在于，所述高效喷射式热泵为两级冷凝、两级蒸发结构时，由发生器（G）、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）、阀门及连接管路组成。
3.根据权利要求1所述一种高效喷射式换热机组，其特征在于，所述高效喷射式热泵为两级冷凝、一级蒸发结构时，由发生器（G）、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）、阀门及连接管路组成。
4.根据权利要求1所述一种高效喷射式换热机组，其特征在于，来自低压蒸发器（E2）的工质蒸气依次在液-汽喷射器（EJ1）、汽-汽喷射器（EJ2）、汽-液喷射器（EJ3）中被引射后逐级增压，提高工质循环泵（PR）的进口工质压力。
5.根据权利要求1所述一种高效喷射式换热机组，其特征在于，采用发生器（G）、水水换热器（WEX）、高压蒸发器（E1）和低压蒸发器（E2），对一次侧管路的供水实现梯级冷却，实现大温差降温。
6.根据权利要求1所述一种高效喷射式换热机组，其特征在于，采用低压冷凝器（C1）和高压冷凝器（C2），对二次侧管路的回水实现梯级加热，实现大温差升温。
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