CN107270578A - 一种膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，包括冷凝器（4）和储液罐（5），所述储液罐（5）的出口管路分别通过支管与第一蒸发器（1）和第二蒸发器（7）相连接，在储液罐（5）和第一蒸发器（1）之间的支管上设有增压泵（8）且在储液罐（5）和第二蒸发器（7）之间的支管上设有节流阀（6），所述的第一蒸发器（1）通过管路与膨胀机（2）相连接且第二蒸发器（7）通过管路与压缩机（3）相连接，膨胀机（2）输出的低压制冷剂和压缩机（3）输出的高压制冷剂混合后与冷凝器（4）相连通。本发明采用膨胀和压缩并联的方案，各自形成独立的系统，系统正压运行，能效比高、运行可靠且节能环保，值得应用推广。

Description

一种膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组
技术领域
本发明涉及能源技术和制冷技术领域，尤其是能够充分利用低温余热和废热的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组。
背景技术
目前，已知的制冷技术有溴化锂吸收式制冷、膨胀制冷、蒸汽压缩式制冷以及喷射式制冷。这些系统在日常生活生产中都有广泛的应用，但都有各自的优缺点。溴化锂吸收式制冷可以应用于余热回收，达到节能的效果，但溴化锂溶液在有空气漏入后对管路会产生腐蚀，需要定期对系统进行真空维护，并且适时地清洗冷却水和冷冻水管路，以防管路阻塞，而且该系统设备大，占用空间大。膨胀制冷在制冷较低的温度时能效比高，在制冷较高的温度时能效比低，其对膨胀的气体要求高，不能在膨胀的过程中大量液化或凝固，且系统的噪音较大。蒸气压缩式制冷在制冷较高的温度时能效比高，且设备紧凑，占用空间小，但在制冷较低的温度时能效比低，且运行和维护费用较高。喷射式制冷结构简单，操作方便，运行可靠，但其能效比低，市场应用较少。综上所述，已知的技术各有优缺点，在推广的过程中受到一定的制约。
同时，在工业生产过程中，有大量的余热资源，特别是低品位的热源，通常这些余热未经利用就被随意排放，不仅造成能源浪费，同时也污染了环境。因此如果能够将这些余热回收利用，则可以节省大量的能源。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种利用工业生产中的废热和低温余热作为驱动源并能够制冷或制热的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，包括冷凝器和储液罐，其特征在于：所述储液罐的出口管路分别通过支管与第一蒸发器和第二蒸发器相连接，在储液罐和第一蒸发器之间的支管上设有增压泵且在储液罐和第二蒸发器之间的支管上设有节流阀，所述的第一蒸发器通过管路与膨胀机相连接且第二蒸发器通过管路与压缩机相连接，膨胀机输出的低压制冷剂和压缩机输出的高压制冷剂混合后与冷凝器相连通。
所述膨胀机出口处输出的低压制冷剂和压缩机出口处输出的高压制冷剂的压力一致。
所述的膨胀机和压缩机同轴设置。
所述的第一蒸发器和第二蒸发器选用板翅式换热器或管壳式换热器且不限于上述换热器。
所述的冷凝器选用管壳式换热器或板式换热器且不限于上述换热器。
所述的高效废热利用制冷热泵机组制冷时，冷凝器的冷端为需要制冷的外系统。
所述的高效废热利用制冷热泵机组制热时，冷凝器的冷端为需要制热的外系统。
所述的高效废热利用制冷热泵机组采用环保制冷剂作为工作介质，该环保制冷剂包括但不限于R236Fa、R141b。
所述的膨胀机选用螺杆式膨胀机、活塞式膨胀机或转子式膨胀机，但不限于上述膨胀机类型。
所述的压缩机选用螺杆式压缩机、活塞式压缩机或转子式压缩机，但不限于上述膨胀机类型。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明的制冷热泵机组采用膨胀和压缩并联的方案，各自形成独立的系统，蒸发器采用板翅式换热器或管壳式换热器，冷凝器采用管壳式换热器或板式换热器，适用于工业生产上的工艺冷却与制热、商用/住宅的制冷与采暖；该膨胀/压缩式并联的制冷热泵机组利用废热和低温余热作为驱动热源，系统结构简单、造价低廉、操作方便且设备紧凑、占用空间小、运行和维护费用低、制冷剂环保无腐蚀，使用时系统正压运行，具有能效比高、运行可靠、用电能耗低、节能环保等优势，值得应用推广。
附图说明
附图1为本发明的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组的结构示意图。
其中：1—第一蒸发器；2—膨胀机；3—压缩机；4—冷凝器；5—储液罐；6—节流阀；7—第二蒸发器；8—增压泵。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示：一种膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，包括冷凝器4和储液罐5，储液罐5的出口管路分别通过支管与第一蒸发器1和第二蒸发器7相连接，在储液罐5和第一蒸发器1之间的支管上设有增压泵8且在储液罐5和第二蒸发器7之间的支管上设有节流阀6，第一蒸发器1通过管路与膨胀机2相连接且第二蒸发器7通过管路与压缩机3相连接，膨胀机2和压缩机3同轴设置，膨胀机2出口处输出的低压制冷剂和压缩机3出口处输出的高压制冷剂的压力一致，且膨胀机2输出的低压制冷剂和压缩机3输出的高压制冷剂混合后与冷凝器4相连通。
在上述制冷热泵机组中，制冷热泵机组采用包括但不限于R236Fa、R141b的环保制冷剂作为工作介质，第一蒸发器1和第二蒸发器7包括但不限于管壳式换热器及板翅式换热器，冷凝器4采用包括但不限于管壳式换热器及板式换热器；膨胀机2选用螺杆式膨胀机、活塞式膨胀机或转子式膨胀机，但不限于上述膨胀机类型；同时压缩机3选用螺杆式压缩机、活塞式压缩机或转子式压缩机，但不限于上述压缩机类型。制冷热泵机组制冷时，冷凝器4的冷端为需要制冷的外系统；制冷热泵机组制热时，冷凝器4的冷端为需要制热的外系统。
下面通过机组制冷过程来说明本发明的制冷热泵机组的运行原理。机组在运行制冷时，储液罐5的出口管路分别与节流阀6和增压泵8相连，增压泵8与第一蒸发器1相连，其中第一蒸发器1中的热端是余热，被增压泵8增压后的制冷剂升高了压力在第一蒸发器1中吸收了余热的热量后气化，进入膨胀机2；节流阀6与第二蒸发器7相连，其中第二蒸发器7中的冷端是需要制冷的外系统，被节流阀6减压后的制冷剂降低了压力在第二蒸发器7中吸收了需要制冷的外系统的热量后气化，进入压缩机3，膨胀机2与压缩机3采用同轴连接，膨胀机2出口处设置低压制冷剂的管路与压缩机3出口处设置的高压制冷剂的管路合并后与冷凝器4相连，其中膨胀机2出口处的低压制冷剂的压力与压缩机3出口处的高压制冷剂的压力一致，进入冷凝器4后的制冷剂被外界的冷源冷却，冷源可以为冷却水或空气，冷却后的制冷剂液化为液体流入储液罐5。另外该制冷热泵机组在运行制热时，冷凝器4的冷端则为需要制热的外系统。
下面通过具体实施例来进一步阐释本发明提供的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组。
实施例一 制冷实施例
机组在运行制冷时，储液罐5里的R235Fa制冷剂压力约为0.3MPaG，温度约为40℃，增压泵8将部分储液罐5里的R235Fa制冷剂增压至1.4MPaG后进入第一蒸发器1中，进入第一蒸发器1中的R235Fa制冷剂被第一蒸发器1的热端约95℃的废热加热气化，其中第一蒸发器1中的热端的温度降至50℃～90℃，气化后R235Fa制冷剂压力为1.4MPaG，温度为90℃，进入膨胀机2中减压至0.3MPaG；节流阀6将部分储液罐5里的R235Fa制冷剂减压至0.05MPaG后进入第二蒸发器7中，进入第二蒸发器7中的R235Fa制冷剂在吸收了第二蒸发器7中的冷端需要制冷的外系统的热量后气化，其中第二蒸发器7中的冷端的温度降至7℃，气化后R235Fa制冷剂压力为0.05MPaG，温度为7℃，进入压缩机3中增压至0.3MPaG，膨胀机2与压缩机3采用同轴连接，膨胀机2出口与压缩机3出口的R235Fa制冷剂合并后进入冷凝器4，进入冷凝器4后的R235Fa制冷剂被外界的冷源冷却，冷源为空气，冷却后的R235Fa制冷剂液化为液体流入储液罐5，液体R235Fa制冷剂的压力为0.3MPaG，温度为40℃。整个制冷过程的制冷效率为100%。
实施例二 制热实施例
机组在运行制热时，储液罐5里的R235Fa制冷剂压力约为0.7MPaG，温度约为65℃，增压泵8将部分储液罐5里的R235Fa制冷剂增压至1.4MPaG后进入第一蒸发器1中，进入第一蒸发器1中的R235Fa制冷剂被第一蒸发器1的热端约95℃的废热加热气化，其中第一蒸发器1中的热端的温度降至75℃～90℃，气化后R235Fa制冷剂压力为1.4MPaG，温度为90℃，进入膨胀机2中减压至0.7MPaG；节流阀6将部分储液罐5里的R235Fa制冷剂减压至0.3MPaG后进入第二蒸发器7中，进入第二蒸发器7中的R235Fa制冷剂在吸收了第二蒸发器7中的冷端的热量后气化，其中第二蒸发器7中的冷端的温度降至40℃，气化后R235Fa制冷剂压力为0.3MPaG，温度为40℃，进入压缩机3中增压至0.7MPaG，膨胀机2与压缩机3采用同轴连接，膨胀机2出口与压缩机3出口的R235Fa制冷剂合并后进入冷凝器4，进入冷凝器4后的R235Fa制冷剂将外界的冷源加热，外界的冷源被加热至60℃，被吸收了热量后的R235Fa制冷剂液化为液体流入储液罐5，液体R235Fa制冷剂的压力为0.7MPaG，温度为65℃。整个制热过程的制热效率为150%。
实施例三 制热实施例
机组在运行制热时，储液罐5里的R141b制冷剂压力约为0.181MPaG，温度约为65℃，增压泵8将部分储液罐5里的R141b制冷剂增压至0.439MPaG后进入第一蒸发器1中，进入第一蒸发器1中的R141b制冷剂被第一蒸发器1的热端约95℃的废热加热气化，其中第一蒸发器1中的热端的温度降至75℃～90℃，气化后R141b制冷剂压力为0.439MPaG，温度为90℃，进入膨胀机2中减压至0.181MPaG；节流阀6将部分储液罐5里的R141b制冷剂减压至0.03MPaG后进入第二蒸发器7中，进入第二蒸发器7中的R141b制冷剂在吸收了第二蒸发器7中的冷端的热量后气化，其中第二蒸发器7中的冷端的温度降至40℃，气化后R141b制冷剂压力为0.03MPaG，温度为40℃，进入压缩机3中增压至0.181MPaG，膨胀机2与压缩机3采用同轴连接，膨胀机2出口与压缩机3出口的R141b制冷剂合并后进入冷凝器4，进入冷凝器4后的R141b制冷剂将外界的冷源加热，外界的冷源被加热至60℃，被吸收了热量后的R141b制冷剂液化为液体流入储液罐5，液体R141b制冷剂的压力为0.181MPaG，温度为65℃。整个制热过程的制热效率为150%。
本发明的制冷热泵机组采用膨胀和压缩并联的方案，各自形成独立的系统，蒸发器采用板翅式换热器或管壳式换热器，冷凝器4采用管壳式换热器或板式换热器，适用于工业生产上的工艺冷却与制热、商用/住宅的制冷与采暖；该膨胀/压缩式并联的制冷热泵机组利用废热和低温余热作为驱动热源，系统结构简单、造价低廉、操作方便且设备紧凑、占用空间小、运行和维护费用低、制冷剂环保无腐蚀，使用时系统正压运行，具有能效比高、运行可靠、用电能耗低、节能环保等优势，值得应用推广。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，包括冷凝器（4）和储液罐（5），其特征在于：所述储液罐（5）的出口管路分别通过支管与第一蒸发器（1）和第二蒸发器（7）相连接，在储液罐（5）和第一蒸发器（1）之间的支管上设有增压泵（8）且在储液罐（5）和第二蒸发器（7）之间的支管上设有节流阀（6），所述的第一蒸发器（1）通过管路与膨胀机（2）相连接且第二蒸发器（7）通过管路与压缩机（3）相连接，膨胀机（2）输出的低压制冷剂和压缩机（3）输出的高压制冷剂混合后与冷凝器（4）相连通。
2.根据权利要求1所述的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，其特征在于：所述膨胀机（2）出口处输出的低压制冷剂和压缩机（3）出口处输出的高压制冷剂的压力一致。
3.根据权利要求1所述的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，其特征在于：所述的膨胀机（2）和压缩机（3）同轴设置。
4.根据权利要求1所述的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，其特征在于：所述的第一蒸发器（1）和第二蒸发器（7）选用板翅式换热器或管壳式换热器。
5.根据权利要求1或4所述的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，其特征在于：所述的冷凝器（4）选用管壳式换热器或板式换热器。
6.根据权利要求1所述的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，其特征在于：所述的高效废热利用制冷热泵机组制冷时，冷凝器（4）的冷端为需要制冷的外系统。
7.根据权利要求1所述的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，其特征在于：所述的高效废热利用制冷热泵机组制热时，冷凝器（4）的冷端为需要制热的外系统。
8.根据权利要求1所述的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，其特征在于：所述的高效废热利用制冷热泵机组采用环保制冷剂作为工作介质。
9.根据权利要求1所述的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，其特征在于：所述的膨胀机（2）选用螺杆式膨胀机、活塞式膨胀机或转子式膨胀机。
10.根据权利要求1所述的膨胀和压缩式并联的高效废热利用制冷热泵机组，其特征在于：所述的压缩机（3）选用螺杆式压缩机、活塞式压缩机或转子式压缩机。
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