CN1081320C - 低温蒸气回收方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用来取出含在气流中的可冷凝蒸气的方法和系统，含在气流中的可冷凝蒸气在一个或多个冷凝器内通过制冷剂流与气流的间接热交换而冷凝。此冷凝过程产生一被致冷气流和一被加热的制冷剂流。且在节能热交换器内将至少部分被加热的制冷剂流的热量进一步热交换给被致冷的气流以将被加热的制冷剂流形成一被冷却的制冷剂流。该制冷剂流通过在一喷射器或类似设备的混合室内将一低温流与至少部分被冷却的制冷剂流相混合而产生。

Description

低温蒸气回收方法和系统

本发明涉及一种利用冷凝作用来取出气流中的可冷凝蒸气的低温蒸气回收方法和系统。更具体地说，本发明特别涉及这样一种方法和装置，即其中用于冷凝的致冷作用的是由一低温制冷剂提供的并且至少部分地回收由该低温制冷剂赋予气流的致冷作用。更具体地说，本发明涉及这样一种方法和装置，即其中两冷凝器不同步运转，当其中一个冷凝器处于在线状态，通过冷凝取出气流中的蒸气时，另一冷凝器处于离线状态，在进入在线状态之前被进行除霜。

已有技术中有用来取出含在气流中的可冷凝蒸气的低温蒸气回收系统。例如，在美国专利5,291,751中就揭示了这样一种系统，其中是由一混合系统将含在气流中的可冷凝蒸气从气流中取出的。在这种混合系统中，气流首先流过一个或多个机械式制冷设备，随后流过两个具有低温热交换器的低温制冷装置以冷凝出气流中的可冷凝蒸气。这两个低温制冷装置不同步运转，当一个热交换器充满固体冷凝物时，另一热交换器就进入运转状态，以使一热交换器起冷凝器作用而对另一热交换器进行除霜。美国专利3,967,938揭示出了一种经特别设计的、利用丙烷作制冷剂来冷凝汽油罐的汽油蒸气的低温蒸气回收系统。

在美国专利5,291,738中揭示的低温蒸气回收系统是另一个例子，其中气流流过一机械式冷冻器、一节能热交换器、一由液氮回路制冷的主冷凝器，和一除湿器。由液氮回路赋予气流的制冷作用在节能热交换器中至少得到部分的回收，在该节能热交换器中，进入系统的气流与从系统排出前的气流之间进行间接热交换。主冷凝器通过经加热器加热之后的气流的再循环部分而得到除霜。由于除霜作业需要系统停止运转，为了达到连续运行的目的，只能使用两套系统。与前面提到的别的专利相比较，美国专利5,291,738认识到气流得到了制冷作用，如果气流不是再循环，制冷作用就将丢失。但是，由于制冷作用在冷凝器的上游进行回收，故可冷凝蒸气的冻结有可能在冷凝器之前发生，从而造成系统的堵塞。

正如将在下文中论述的，本发明提供了一种低温蒸气回收系统，其中气体中的制冷作用至少得到部分的回收，系统设计得可以连续运转而不需要整整的两套系统并且其中可冷凝蒸气的冻结被限制发生在与系统一同使用的冷凝器内。

本发明提供了一种用来取出含在气流中的可冷凝蒸气的低温蒸气回收方法。根据该方法，气流中的可冷凝蒸气通过间接地将气流的热量热交换给制冷剂流而得到冷凝，由此产生一经冷却的气流和一被加热的制冷剂流。热量再至少部分地从被加热的制冷剂流热交换给冷却的气流以使被加热的制冷剂流成为一经冷却的制冷剂流。制冷剂流是通过将一低温流(液态或气态低温流或液态和气态相混合的低温流)和至少部分被冷却的制冷剂流相混合而得到的。

另一方面，本发明提供了一种用来取出含在气流中的可冷凝蒸气的低温蒸气回收系统。该系统包括至少一个冷凝器，它具有一用于所述气流的入口和一用于制冷剂的入口，其中，来自气流中的热量间接地热交换给制冷剂流。该冷凝器冷凝气流中的可冷凝蒸气而产生一被冷却的气流和一被加热的制冷剂流。有一热交换器连接至该冷凝器，用来将至少部分被加热的制冷剂流中的热量进一步热交换给被冷却的气流以从将被加热的制冷剂流形成一冷却的制冷剂流。还设置一混合流道循环回路，用来将至少部分的被冷却的制冷剂流与一低温流相混合。这种混合生成了制冷剂流。该混合流道循环回路还能在系统内产生循环使制冷剂流流向至少一个冷凝器，并且使至少部分的被加热的制冷剂流流向节能热交换器，并使至少部分的被冷却的制冷剂流从节能热交换器流出从而与至少部分被冷却的制冷剂流相混合。

由于制冷作用在制冷剂流中被回收而不是在待处理的气流中回收，故本发明特别适于用在采用多个冷凝器进行连续运转的低温蒸气回收系统中。此外，由于制冷作用是在冷凝器的下游回收并随后在制冷剂流中回收，故不会在冷凝器的上游过早发生可冷凝蒸气的冻结。

虽然本说明书是以明确指出申请人的发明的主题的 来结束的，但是我们相信，结合附图进行描述将能是本发明得到更好的理解，在各附图中：

图1是本发明的低温蒸气回收系统的示意图；

图2是本发明的低温蒸气回收系统的另一实施例的示意图，为了在叙述该实施例时避免不必要的重复，在该示意图中凡是与图1中起同样作用的诸构件都使用与图1中相同的标号。

请参阅图1。图1示出了一用来从气流中取出可冷凝蒸气的低温蒸气回收系统1。虽然未予以示出，但气流可由一机械式制冷器或其他制冷设备加以预冷却。例如可以利用在低温蒸气回收系统1中使用的低温制冷剂气体来进行预冷却。

在进入系统1进行处理之前，气流中包含可冷凝蒸气。未经处理的气流通过系统的入口10进入系统1并随后可流过流道12或14。在流道12中，气流流过一冷凝器16并随后流过一节能热交换器18。可冷凝蒸气在冷凝器16中被从气流中取出，在冷凝器16中赋予气流的制冷作用至少在节能热交换器18中被部分的回收利用。可以理解，由于是可冷凝蒸气在冷凝器16中从气流中取出的，故只有部分的制冷作用能得到回收利用。经处理的、除去了可冷凝蒸气的经处理的气流穿过系统出口20而从系统1中排出。在流道14中，气流流过冷凝器22以冷凝出可冷凝蒸气并随后流过一节能热交换器18以回收利用制冷作用。此后，气流通过系统出口20而从系统1中排出。

可以理解，视被处理的气流的类型的不同，一部分或全部可冷凝蒸气将会在冷凝器16和22上形成霜冻。在大多数场合中，大部分可冷凝蒸气将冷凝成液体。因此，虽然未予以示出，冷凝器16和22都设置有排水系统。但是，为了能连续工作，必须对每一冷凝器16和22进行除霜。在上文中提及的两个不同的流道能通过使两冷凝器16和22中的一个保持在线状态而两冷凝器16和22中的另一个处于离线状态进行除霜而能提供连续工作。在对两冷凝器16和22中的另一个除霜后，先前处于离线状态的冷凝器被驱动而呈在线状态而先前处于在线状态的冷凝器则离线进行除霜。

气流交替地流过两不同流道12和14的过程是通过通-断控制阀24和26加以控制的。当阀24开启阀26关闭时，气流流经流道12，当阀24关闭阀26开启时，气流流经流道14。阀24和26最好能从自动控制系统诸如一种数字式或模拟式的可编程序控制器进行遥控操作。当然，本发明也可以不使用自动设备而用手动控制。除非另行指出，本文中所有的阀均为这种开关式阀，几个控制流动方向的阀则是单向阀。

在冷凝器16或冷凝器22内的可冷凝蒸气的冷凝由一制冷剂流来完成，该制冷剂流沿一可逆流动回路流动，该回路具有一入口28并通过阀将制冷剂流引入冷凝器16的通道30并随后流入冷凝器22的通道32，反之亦然。当冷凝器16处于在线状态，阀34设置在开启位置而阀36设置在关闭位置，以使制冷剂流流过冷凝器16的通道30而变为一被加热的制冷剂流。诸单向阀40、42、44和46共同作用使一部分被加热的、出自冷凝器16的制冷剂流流过单向阀46和一普通结构的加热器48、单向阀44并随后流入冷凝器22的通道32。冷凝器22处于离线状态，被加热后的制冷剂起的对冷凝器22进行除霜作用。下文将较详细地加以叙述的是，有一阀50设置在开启位置以将一部分余下的、经加热的制冷剂流引入节能加热器18并且有一溢流阀52将另一部分余下的、经加热的制冷剂流排出系统1。在下文中也将作较详细和叙述的是，有一阀54设置在关闭位置而一阀56设置在开启位置以将经加热的制冷剂流在流经冷凝器22的通道32后引入一用作回收制冷作用的喷射器，该喷射器也将在下文中加以具体描述。

在冷凝器22除霜后和/或冷凝器16要求除霜以进行连续工作时，阀34被设置在关闭位置而阀36则设置在开启位置以使制冷剂流以反方向流动而流过冷凝器22的通道32以变成一经加热的制冷剂流。此时，部分被加热后的制冷剂流从冷凝器22流过单向阀42、加热器48、单向阀40和冷凝器16的通道30。这时冷凝器16处于离线状态并由经加热的制冷剂加以除霜，冷凝器22处于在线状态而冷凝气流中的可冷凝蒸气。此时，阀50设置在开启位置而阀52起系统排出口的作用。阀54此时设置在开启位置阀56设置在关闭位置以将被加热的制冷剂流在流经冷凝器16的通道30之后引入喷射器。

在所示出的实施例中，只需要一部分被加热的制冷剂流起除霜作用。为此，如上文所述，部分余下的经加热的制冷剂流(不用作除霜)流过一设置在开启位置的阀50。这种流过阀50的余下部分的被加热的制冷剂流流过一在节能热交换器18内的通道57，在该通道内将制冷剂流冷却以回收利用一部分赋予气流的制冷作用，这种回收是通过制冷剂流流过冷凝器16或22而获得的。在流过节能热交换器18的通道57后，该经被加热的制冷剂流变成一被冷却的制冷剂流。被加热的制冷剂流的其余部分通过一溢流阀52而排出，该溢流阀排出的被加热的制冷剂流的质量流率与补充进入蒸气回收系统1的液体制冷剂的质量流率相等。

上文业已指出，当阀34设置在开启位置时，阀54设置在关闭位置，阀56则设置在开启位置以使在除霜循环中流过冷凝器22的通道32的制冷剂流与已在节能热交换器18内被冷却的制冷剂流相混合。由于在除霜过程中该部分制冷剂流得到冷却，因此，它可以被看作另一部分其制冷作用可以再循环利用(为了节约)的被冷却的制冷剂流。当阀36设置在开启位置时，阀56设置在关闭位置以使由来自流过冷凝器16的通道30的那另一部分制冷剂流形成的被冷却的制冷剂流与被冷却的制冷剂流相混合。最终得到的混合物，再与一新进的低温流相结合以形成待引入在上文中描述的可逆流动回路的入口28的制冷剂流。

注意阀50可以是一比例阀而不是开关阀。在这种情况中，关闭阀50将使更多的被加热的制冷剂流用于除霜而不是在节能热交换器18内的制冷作用的回收利用。阀54和56可以是比例阀，这些比例阀可以调节冷凝器16和22之间的被加热的制冷剂流和节能热交换器18之间的动态平衡。

在冷凝器16或22转换其在线或离线状态之前，阀34和36可以都设置在开启位置，阀54和56都设置在关闭位置。这将使制冷剂流分为两部分。例如，如果冷凝器16处于在线状态而冷凝器22处于离线状态，则进入冷凝器16的那部分的制冷剂流将继续起冷凝作用。进入冷凝器22的制冷剂流部分将起预冷却作用，(在刚完成对冷凝器22的除霜之后)。在流过冷凝器16和22之后，两部分的制冷剂流将形成两部分被加热的制冷剂流流过单向阀46和42以随后混合形成一混合的、被加热的制冷剂流，其一部分通过为此设置在开启位置的阀50而再循环至节能热交换器18，一部分从阀52排出。

被冷却的制冷剂流和用来对冷凝器16和22进行除霜的被加热的制冷剂流以及新进入的补充的液体制冷剂的混合是由一喷射器58来完成的。喷射器58还能使制冷剂流产生如上文所述的循环。喷射器58具有一低压入口60用来将被冷却的制冷剂流和被加热的制冷剂流部分相混合。它的一个高压入口62则用来引导一低温流。一增压液体低温流穿过控制阀63而进入系统1。利用一再循环热交换器64可将热含量加入到新进入的增压液体冷冻剂，该再循环式热交换器间接地交换液体低温流62和从节能热交换器18出来的被冷却的制冷剂流之间的热量。这种热交换的结果是进入高压入口62的低温流可以是液体、气体或液气混合物。热含量的增加提高了新进入的液体制冷剂的循环工作的能力。喷射器58具有一混合室66，在该混合室内低温流通过一文氏管喷射。这在混合室66内产生了一低压区以将被冷却的制冷剂流和被加热的制冷剂流的混合物抽入而与低温流相结合。在利用喷射器58的扩散部分68进行压力回收之后，所形成的制冷剂流被排至可逆回路的入口28内。

本技术领域的熟练人员可以理解，喷射器58能被任何一种类似文氏管的装置所代替，只要这种装置中，低温流能起原动力流作用以产生一低压区，抽取被冷却的和进一步冷却的制冷剂流就可以。喷射器58还能由一循环泵所替代或者由一循环泵或一T形管作辅助之用，前者用以循环制冷剂流剂后者用以起混合室的作用。喷射器58与泵相比的优点在于操作简便而且不像泵那样需要外部功率消耗。此外，泵起将显热输入至系统1的作用。

应予理解的是本发明还可以有许多其他可能的实施例。例如，在有些应用场合，本发明可以不需要加热器48。而且，所有的被加热的制冷剂流可以都流过待除霜的冷凝器然后流至节能热交换器18。在任何实施例中，制冷剂的排出可以设置在节能热交换器18的上游或下游。请参阅图2。图中示出了一其中没有加热器和任何单向阀的低温蒸气回收系统2。在系统2中，没有被进一步冷却的制冷剂流的预冷却和再循环。在完成除霜之后，操纵阀54和56使所有的被加热的制冷剂流朝着节能热交换器18的方向传送。部分的被加热的制冷剂流穿过位于两冷凝器16和22之间的溢流阀52a而排出。排放也能在节能热交换器18的上游或下游完成。这与前面示出的排出口52a的位置相比，其优越性较少。本发明还包括一种可能的、其中只有一个冷凝器的实施例。在这种实施例中，将不得不使用两套系统以便能够进行连续的工作。

在本发明的任一实施例中，制冷剂流最好主要是通过充分蒸发的新加入的液体低温补充流的蒸气，以便在冷凝器16或22中不会发生蒸发。由蒸气组成的制冷剂流的使用能使制冷剂在加热和冷却曲线之间和冷凝器16和22内的过程气体之间提供较好的匹配。这种匹配能使工作效率较高，即冷凝效率较高，这种效果比新加入的制冷剂在冷凝器内蒸发的已有技术系统为佳。本发明的这种工作形式也是本发明优于现有技术的另一优点。

上面虽然结合一较佳实施例对本发明作了描述，但那些本技术领域中的熟练人员还能对本发明作出种种不背离本发明的精神和范围的变化、增添加和删节。

Claims (20)

1.一种用来取出含在气流中的可冷凝蒸气的低温蒸气回收方法，所述方法包括：

通过间接地将所述气流的热量热交换给制冷剂流而冷凝所述气流中的所述可冷凝蒸气，由此产生一被致冷的气流和一被加热的制冷剂流；

间接地将至少部分所述被加热的制冷剂流的热量热交换给所述经致冷的气流以形成一来自所述被加热的制冷剂流的被冷却的制冷剂流；

通过将一低温流与至少部分所述被冷却的制冷剂流相混合而生成所述制冷剂流。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述气流的热量在两个冷凝器中间接地在所述气流和所述制冷剂流之间进行热交换，从而在所述两个冷凝器中形成一至少含有部分所述可冷凝蒸气的霜冻；

所述两个冷凝器交替循环工作，当所述两个冷凝器中的一个处于在线状态以进行所述间接热交换时所述两个冷凝器中的另一冷凝器则处于离线状态而被除霜，反之亦然；

所述气流先被送入所述两个冷凝器中的一个所述冷凝器随后被送入所述两个冷凝器中的另一冷凝器以将所述气流中的热间接热交换给所述制冷剂流，反之亦然。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述两个冷凝器中的一个冷凝器通过将至少一部分的所述被加热的制冷剂流引入所述两个冷凝器中的那一处于离线状态的冷凝器而进行除霜。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括在将所述被加热的制冷剂流引入每一冷凝器中之前，先将所述被加热的制冷剂流的至少一部分通过一加热器。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

在利用每一所述处于所述在线状态的冷凝器之前，先将所述制冷剂流分成两部分，这两部分分别引入所述两个冷凝器以预冷却每一处于离线状态的所述冷凝器，并由此在通过所述两个冷凝器之后从所述两部分制冷剂流形成两个经加热的制冷剂流；

将所述两个经加热的制冷剂流相混合以形成一混合的、被加热的制冷剂流；

用来间接地从所述气流交换热量的所述至少部分的所述被加热的制冷剂流由所述混合的被加热的制冷剂流形成。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述两个冷凝器中的一个冷凝器通过将一部分的所述被加热的制冷剂流引入所述两个冷凝器中的那一处于离线状态的冷凝器而得到除霜，由此形成一进一步被冷却的制冷剂流；对于所述两个冷凝器中的另一个处于离线状态的冷凝器来说，反之亦然；

所述制冷剂流通过将所述进一步冷却的制冷剂流与所述至少部分的所述被冷却的制冷剂流和所述低温流相混合而得到；

至少部分的所述被加热的制冷剂流的余下部分形成所述至少部分间接地交换热量给所述气流的所述被加热的制冷剂流；

与所述低温流的质量流率相等的一部分所述被加热的制冷剂流从所述系统中排出。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括在将所述被加热的制冷剂流的所述部分引入每一所述冷凝器之前，先将被加热的制冷剂流的所述部分通过一加热器进行加热流。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述被加热的制冷剂流的所述余下部分分成两部分，所述被加热制冷剂流的所述两部分的其中一部分包括所述被加热制冷剂流的那一其质量流率等于所述低温流的质量流率的部分；

所述被加热的制冷剂流的所述两部分的所述另一部分至少包括部分用来间接地与所述气流交换热量的所述被加热的制冷剂流的所述余下部分。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：

在利用每一所述处于在线状态的冷凝器之前，将所述制冷剂流分成两部分，这两部分分别引入所述两冷凝器以预冷却每一处于离线状态的所述冷凝器，由此在流经所述两冷凝器之后，从所述制冷剂流的所述两部分形成两个经加热的制冷剂流；

将所述两个被加热的制冷剂流混合一形成一混合的被加热的制冷剂流；

用来间接地从所述气流交换热量的所述至少部分的所述被加热的制冷剂流是由所述混合的被加热的制冷剂流而形成的。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述低温流与所述被冷却的制冷剂流相混合后即蒸发。

11.一种用来取出含在气流中的可冷凝蒸气的低温蒸气回收系统，所述系统包括：

至少一个冷凝器，它具有一用于所述气流的入口和一用于制冷剂流的入口，其中，来自所述气流的热量间接地热交换给所述制冷剂流，由此来冷凝所述气流中的所述可冷凝蒸气，从而产生一被致冷的气流和一被加热的制冷剂流；

一节能热交换器，它连接于所述至少一个冷凝器，用来将至少部分地所述被加热的制冷剂流的热量热交换给所述被致冷的气流以从所述被加热的制冷剂流形成一被冷却的制冷剂流；一用于一低温流与至少部分的所述被冷却制冷剂流的混合流道循环回路，由此生成所述制冷剂流并在所述系统内产生循环运动，从而使所述制冷剂流流向所述至少一个冷凝器、使至少部分的所述被加热的制冷剂流流向所述节能热交换器且使所述至少部分的被冷却的制冷剂流从所述节能热交换器流出以与所述至少部分的所述被冷却的制冷剂流相混合。

12.如权利要求11所述的系统，还包括：

所述冷凝器包括两个冷凝器，每一冷凝器由于气流中至少部分所述可冷凝蒸气被冷凝而形成霜冻；

可逆流动回路，连接在所述混合流道循环回路和所述两个冷凝器之间，用来将所述制冷剂流引入其中一个所述冷凝器中以产生所述被加热的制冷剂流并随后将一部分所述被加热的制冷剂流引入另一所述冷凝器，从而使一个所述冷凝器处于在线状态进行所述间接热交换并使另一所述冷凝器处于离线状态被所述被加热的制冷剂流进行除霜；

气流流动件，具有分成两支的流道用来当其中一个所述冷凝器处于在线状态时将所述气流引导穿过一个所述冷凝器和所述节能热交换器，以及用来当所述另一所述冷凝器处于在线状态时引导所述气流穿过所述另一所述冷凝器和所述节能热交换器。

13.如权利要求12所述的系统，还包括一插设在所述可逆流动回路中的加热器，从而在将所述被加热的制冷剂流引入每一冷凝器之前，先使所述被加热制冷剂流由所述加热器进一步加热。

14.如权利要求12所述的系统，其特征在于：

所述可逆流动回路还具有将所述制冷剂流分成两部分的流道构造，所述制冷剂流的所述两部分同时引入所述两冷凝器以在两冷凝器处于在线状态之前进行预冷却以由此将所述两部分形成两个被加热的制冷剂流，所述两个局部被加热的制冷剂流再混合以形成一混合的、被加热的制冷剂流；

所述可逆流动回路构造成当将所述制冷剂流分成两部分时，用来间接地热交换所述气流热量的至少部分的所述被加热的制冷剂流由所述混合的、被加热的制冷剂流构成。

15.如权利要求12所述的系统，其特征在于所述可逆流动回路将所述两冷凝器中的那一处于所述离线状态的冷凝器与所述混合流道循环回路相连接，从而在所述被加热的制冷剂流的所述部分流经所述两冷凝器之后，转变成进一步被冷却的制冷剂流，该制冷剂流与所述至少部分的所述被冷却的制冷剂流和所述低温流相混合以形成所述制冷剂流。

16.如权利要求15所述的系统，还包括一插设在所述可逆流动回路内的加热器，从而在将所述被加热的制冷剂流引入每一所述冷凝器之前，使所述被加热的制冷剂流的所述另一部分由所述加热器进一步加热。

17.如权利要求16所述的系统，其特征在于所述可逆流动回路具有一排出口以将部分的具有与所述低温流的质量流率相等的所述被加热的制冷剂流的余下部分排出，所述排出口设置在所述可逆流动回路内，因此所述被加热的制冷剂流的所述余下部分的另一部分形成在所述节能热交换器内间接地交换热量给所述经致冷的气流的至少部分所述被加热的制冷剂流。

18.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述混合流道循环回路包括一喷射器，该喷射器具有与一混合室相连通的高、低压入口，以接收所述低温流和所述至少部分的所述被加热的制冷剂流，以及具有一高压出口用以排放所述制冷剂流。

19.如权利要求17所述的系统，其特征在于所述混合流道循环回路包括一喷射器，该喷射器具有与一混合室相连通的高、低压入口，所述高压入口在所述系统处于使用状态时接收所述低温流，所述低压入口连接于所述节能热交换器和所述可逆回路以分别接收所述被冷却的和进一步冷却的制冷剂流，所述喷射器还具有一与所述可逆回路连通的高压出口以将所述制冷剂流排出。

20.如权利要求18或19所述的系统，还包括一在其上游处与所述喷射器的所述高压入口相连的再循环热交换器，其中，附加的热量被间接地传递在所述被冷却的制冷剂流和呈液体形式的所述低温流之间。

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