CN109059342B - 低温制冷与高温供热综合供给系统 - Google Patents

低温制冷与高温供热综合供给系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温制冷与高温供热综合供给系统，包括微压/增压蒸汽热泵系统、NH3/CO2复叠与载冷系统以及NH3两级压缩高温热泵系统；NH3/CO2复叠与载冷系统包括CO2压缩机、蒸发/冷凝器、CO2高压贮液器等；NH3两级压缩高温热泵系统包括NH3低压压缩机、NH3低压贮液器、NH3低压节流阀、热回收器、NH3高压冷凝器等；微压/增压蒸汽热泵系统单元包括蒸汽系统压缩机、蒸汽系统冷凝器、蒸汽系统节流阀以及蒸汽系统蒸发器。本发明将三个系统单元进行耦合，回收的冷凝热用于制得中温热水、高温热水、低压及高压高温蒸汽，实现了宽温区范围内高效环保的制冷和供热，冷热联供、水汽同制，达到了能源的高效、梯级利用和冷热量优化输配的目的，可广泛应用于不同行业。

Description

低温制冷与高温供热综合供给系统
技术领域
本发明涉及一种制冷、供热综合供给系统。
背景技术
随着我国国民经济的高速发展，制冷与制热技术已经被广泛应用于我国工业、商业、民用、建筑等领域，并且发展迅猛。我国能源消耗量巨大，除社会发展的需求量大之外，能源利用率低也是主要原因。
现有技术中，一方面制冷(热)设备性能及系统工艺流程欠缺优化匹配，另一方面系统本身的压缩热或者其他来源的废热得不到有效利用，导致热污染和环境污染严重，高品位能源消耗大，无法实现能源的高效利用和可持续发展。
发明内容
本发明提出了一种低温制冷与高温供热综合供给系统，其目的在于：在宽广的供温区域内，实现高性能的冷、热同制耦合集成，减少化石等燃料的消耗，避免污染，降低高品位能源消耗，实现能源的高效利用和可持续发展。
本发明技术方案如下：
一种低温制冷与高温供热综合供给系统，包括微压/增压蒸汽热泵系统、NH3/CO2复叠与载冷系统以及NH3两级压缩高温热泵系统；
所述NH3/CO2复叠与载冷系统包括CO2压缩机、蒸发/冷凝器、CO2高压贮液器、CO2级间节流阀和CO2低压贮液器；
所述CO2压缩机的出口端依次通过蒸发/冷凝器冷凝侧、CO2高压贮液器、CO2级间节流阀以及CO2低压贮液器与CO2压缩机的进口端相连接，构成NH3/CO2复叠与载冷系统中CO2的循环回路；
所述NH3两级压缩高温热泵系统与NH3/CO2复叠与载冷系统共用蒸发/冷凝器，NH3两级压缩高温热泵系统还包括NH3低压压缩机、NH3低压贮液器、NH3低压节流阀、热回收器、NH3中间冷却器、NH3高压压缩机、NH3高压冷凝器、NH3高压贮液器和NH3高压节流阀；
所述的NH3低压压缩机出口端通过依次通过热回收器冷凝侧、NH3中间冷却器冷凝侧、NH3高压压缩机、NH3高压冷凝器冷凝侧、NH3高压贮液器、NH3高压节流阀、NH3中间冷却器蒸发侧、NH3低压贮液器、NH3低压节流阀及蒸发/冷凝器蒸发侧连接至NH3低压压缩机的进口端，构成NH3两级压缩高温热泵系统的循环回路；所述NH3高压压缩机的进口端与NH3中间冷却器相连接、出口端与NH3高压冷凝器相连接；
所述的微压/增压蒸汽热泵系统单元包括蒸汽系统压缩机、蒸汽系统冷凝器、蒸汽系统节流阀以及蒸汽系统蒸发器，所述的蒸汽系统压缩机出口端依次通过蒸汽系统冷凝器冷凝侧、蒸汽系统节流阀及蒸汽系统蒸发器蒸发侧连接至蒸汽系统压缩机的进口端，构成微压/增压蒸汽热泵系统的循环回路；
所述蒸汽系统蒸发器与NH3高压冷凝器之间通过循环水路相连接，以实现微压/增压蒸汽热泵系统与NH3两级压缩高温热泵系统的耦合：所述NH3高压冷凝器蒸发侧的出口端与蒸汽系统蒸发器冷凝侧的进口端相连接，所述NH3高压冷凝器蒸发侧的进口端与蒸汽系统蒸发器冷凝侧的出口端相连接。
作为本发明的进一步改进：所述NH3/CO2复叠与载冷系统单元还包括CO2低压屏蔽泵、CO2低压调节阀及低温冷间蒸发器，CO2低压贮液器液相出口端依次通过CO2低压屏蔽泵、CO2低压调节阀及低温冷间蒸发器返回连接至CO2低压贮液器气相进口端，从而在低温冷间蒸发器实现低温区制冷。
作为本发明的进一步改进：所述NH3/CO2复叠与载冷系统单元还包括CO2高压屏蔽泵、CO2高压调节阀及高温冷间蒸发器，CO2高压贮液器液相出口端依次通过CO2高压屏蔽泵、CO2高压调节阀及高温冷间蒸发器返回连接至CO2高压贮液器气相进口端，从而在高温冷间蒸发器实现高温区制冷。
作为本发明的进一步改进：所述NH3两级压缩高温热泵系统单元还包括NH3蒸发式冷凝器，NH3蒸发式冷凝器将NH3低压压缩机的出口端与NH3低压贮液器的进口端相连接。
作为本发明的进一步改进：所述的热回收器蒸发侧外接循环水，从而将循环水加热成为中温热水。
作为本发明的进一步改进：所述NH3高压冷凝器蒸发侧的出口端还连接有高温热水输出端，所述所述NH3高压冷凝器蒸发侧的进口端还连接有中温热水输入端，从而将中温热水加热成高温热水；
还包括膨胀水箱，所述膨胀水箱与高温热水输出端以及中温热水输入端分别相连接。
作为本发明的进一步改进：所述微压/增压蒸汽热泵系统单元还包括补水调节阀、闪蒸罐、高温蒸汽调节阀及水蒸汽压缩机，所述闪蒸罐的入水口通过补水调节阀连接补水端，补水调节阀用于调整补水量；
所述NH3高压冷凝器蒸发侧的出口端依次通过蒸汽系统冷凝器的蒸发侧和高温蒸汽调节阀连接至闪蒸罐的蒸汽入口；所述闪蒸罐的蒸汽出口连接有低压高温蒸汽输出端；
所述闪蒸罐的蒸汽出口还通过水蒸汽压缩机连接有高压高温蒸汽输出端。
作为本发明的进一步改进：CO2压缩机的出口端还直接与CO2高压贮液器相连接。
相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：(1)本发明将NH3/CO2复叠与载冷系统单元、NH3两级压缩高温热泵系统单元及微压/增压蒸汽热泵系统单元进行耦合，回收的冷凝热用于制得55℃的中温热水、85℃的高温热水、2bar的高温蒸汽以及6-8bar的高温蒸汽，实现了宽温区范围内高效环保的制冷和供热，冷热联供、水汽同制，达到了能源的高效、梯级利用和冷热量优化输配的目的，具有安全、环保、节能的特点，可广泛应用于冷量或者热量的行业，尤其适合于冷热同需、水汽同需的行业；(2)可通过调节膨胀水箱的供水量来调节85℃高温热水的输出量，还可通过调节闪蒸罐的补水调节阀和高温蒸汽调节阀调整闪蒸罐内2bar低压高温蒸汽的输出量，广泛适用于各种场合。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：
1、补水调节阀，2、闪蒸罐，3、高温蒸汽调节阀，4、水蒸汽压缩机，5、蒸汽系统冷凝器，6、蒸汽系统压缩机，7、蒸汽系统蒸发器，8、膨胀水箱，9、蒸汽系统节流阀，10、NH3高压冷凝器，11、NH3高压贮液器，12、NH3高压压缩机，13、NH3高压节流阀，14、NH3中间冷却器，15、热回收器，16、低温冷间蒸发器，17、CO2低压调节阀，18、CO2低压屏蔽泵，19、CO2低压贮液器，20、高温冷间蒸发器，21、CO2级间节流阀，22、CO2高压调节阀，23、CO2高压屏蔽泵，24、CO2压缩机，25、CO2高压贮液器，26、NH3低压节流阀，27、蒸发/冷凝器，28、NH3低压贮液器，29、NH3蒸发式冷凝器，30、NH3低压压缩机；
a、55℃中温热水，b、85℃高温热水，c、2bar高温蒸汽，d、补水，e、6-8bar高温蒸汽，f、30℃循环水，g、55℃中温热水；
Ⅰ、微压/增压蒸汽热泵系统，Ⅱ、NH3/CO2复叠与载冷系统，Ⅲ、NH3两级压缩高温热泵系统。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案：
如图1，一种低温制冷与高温供热综合供给系统，包括微压/增压蒸汽热泵系统I、NH3/CO2复叠与载冷系统II以及NH3两级压缩高温热泵系统III。
所述NH3/CO2复叠与载冷系统II包括CO2压缩机24、蒸发/冷凝器27、CO2高压贮液器25、CO2级间节流阀21和CO2低压贮液器19；
所述CO2压缩机24的出口端依次通过蒸发/冷凝器27冷凝侧、CO2高压贮液器25、CO2级间节流阀21以及CO2低压贮液器19与CO2压缩机24的进口端相连接，构成NH3/CO2复叠与载冷系统中CO2的循环回路。
CO2压缩机24的出口端还直接与CO2高压贮液器25相连接。
CO2压缩机24的出口端分成两路，一路经由蒸发/冷凝器27冷却后进入CO2高压贮液器25，另一路直接进入CO2高压贮液器25。CO2高压贮液器25内液相分为两路流出，一路依次经过CO2高压屏蔽泵23、CO2高压调节阀22和高温冷间蒸发器20后回到CO2高压贮液器25；另一路经CO2级间节流阀21节流后进入CO2低压贮液器19，CO2低压贮液器19中的液相则依次经过CO2低压屏蔽泵18，CO2低压调节阀17及低温冷间蒸发器16后回到CO2低压贮液器19，CO2低压贮液器19中的气相回到CO2压缩机24的进气端进行压缩，完成NH3/CO2复叠与载冷系统中CO2循环的回路。
所述NH3/CO2复叠与载冷系统单元还包括CO2低压屏蔽泵18、CO2低压调节阀17及低温冷间蒸发器16，CO2低压贮液器19液相出口端依次通过CO2低压屏蔽泵18、CO2低压调节阀17及低温冷间蒸发器16返回连接至CO2低压贮液器19气相进口端，从而在低温冷间蒸发器16实现低温区制冷。
所述NH3/CO2复叠与载冷系统单元还包括CO2高压屏蔽泵23、CO2高压调节阀22及高温冷间蒸发器20，CO2高压贮液器25液相出口端依次通过CO2高压屏蔽泵23、CO2高压调节阀22及高温冷间蒸发器20返回连接至CO2高压贮液器25气相进口端，从而在高温冷间蒸发器20实现高温区制冷。
所述NH3两级压缩高温热泵系统与NH3/CO2复叠与载冷系统共用蒸发/冷凝器27，NH3两级压缩高温热泵系统还包括NH3低压压缩机30、NH3低压贮液器28、NH3低压节流阀26、热回收器15、NH3中间冷却器14、NH3高压压缩机12、NH3高压冷凝器10、NH3高压贮液器11和NH3高压节流阀13；
所述的NH3低压压缩机30出口端通过依次通过热回收器15冷凝侧、NH3中间冷却器14冷凝侧、NH3高压压缩机12、NH3高压冷凝器10冷凝侧、NH3高压贮液器11、NH3高压节流阀13、NH3中间冷却器14蒸发侧、NH3低压贮液器28、NH3低压节流阀26及蒸发/冷凝器27蒸发侧连接至NH3低压压缩机30的进口端，构成NH3两级压缩高温热泵系统的循环回路；所述NH3高压压缩机12的进口端与NH3中间冷却器14相连接、出口端与NH3高压冷凝器10相连接。
所述的热回收器15蒸发侧外接循环水，从而将f端的30℃循环水加热成为55℃中温热水并从g端输出。
所述NH3两级压缩高温热泵系统单元还包括NH3蒸发式冷凝器29，NH3蒸发式冷凝器29将NH3低压压缩机30的出口端与NH3低压贮液器28的进口端相连接。
NH3低压压缩机30出口端分为两路：一路经由NH3蒸发式冷凝器29进入NH3低压贮液器28，NH3低压贮液器28中的液相经过NH3低压节流阀26节流后进入蒸发/冷凝器27，NH3制冷剂在蒸发/冷凝器27中蒸发使CO2制冷剂冷凝，得到的NH3蒸汽进入NH3低压压缩机30完成NH3两级压缩高温热泵系统中的低压级循环回路；另一路经由热回收器15和NH3中间冷却器14相继冷却后进入NH3高压压缩机12，压缩后的NH3蒸汽进入NH3高压冷凝器10冷凝并随后进入NH3高压贮液器11，NH3高压贮液器11内的液相经过NH3高压节流阀13节流后进入NH3中间冷却器14冷却NH3高压压缩机12的进气，随后同来自NH3蒸发式冷凝器29的制冷剂一起进入NH3低压贮液器28，完成NH3两级压缩高温热泵系统中的高压级循环回路。
所述的微压/增压蒸汽热泵系统单元包括蒸汽系统压缩机6、蒸汽系统冷凝器5、蒸汽系统节流阀9以及蒸汽系统蒸发器7，所述的蒸汽系统压缩机6出口端依次通过蒸汽系统冷凝器5冷凝侧、蒸汽系统节流阀9及蒸汽系统蒸发器7蒸发侧连接至蒸汽系统压缩机6的进口端，构成微压/增压蒸汽热泵系统的循环回路；微压/增压蒸汽热泵系统单元循环工质为五氟丙烷(R245fa)。
所述蒸汽系统蒸发器7与NH3高压冷凝器10之间通过循环水路相连接，以实现微压/增压蒸汽热泵系统与NH3两级压缩高温热泵系统的耦合：所述NH3高压冷凝器10蒸发侧的出口端与蒸汽系统蒸发器7冷凝侧的进口端相连接，所述NH3高压冷凝器10蒸发侧的进口端与蒸汽系统蒸发器7冷凝侧的出口端相连接。
所述NH3高压冷凝器10蒸发侧的出口端还连接有85℃高温热水输出端b，所述所述NH3高压冷凝器10蒸发侧的进口端还连接有55℃中温热水输入端a，从而将55℃中温热水加热成85℃高温热水；
还包括膨胀水箱8，所述膨胀水箱8与高温热水输出端以及中温热水输入端分别相连接。
所述微压/增压蒸汽热泵系统单元还包括补水调节阀、闪蒸罐2、高温蒸汽调节阀3及水蒸汽压缩机4，所述闪蒸罐2的入水口通过补水调节阀连接补水端，补水调节阀用于调整补水量，维持蒸汽压力；
所述NH3高压冷凝器10蒸发侧的出口端依次通过蒸汽系统冷凝器5的蒸发侧和高温蒸汽调节阀3连接至闪蒸罐2的蒸汽入口；85℃的高温热水经过蒸汽系统冷凝器5吸热后得到高温蒸汽，通过高温蒸汽调节阀3可以调整高温蒸汽的流量；
所述闪蒸罐2的蒸汽出口连接有低压高温蒸汽输出端c；
所述闪蒸罐2的蒸汽出口还通过水蒸汽压缩机4连接有高压高温蒸汽输出端e。
高温蒸汽与补水在闪蒸罐2内混合，得到2bar的低压高温蒸汽并从c端输出，同时2bar的低压高温蒸汽还经过水蒸汽压缩机4得到6-8bar的高压高温蒸汽从e端输出。
本实施例采用一种新型制冷供热系统回收冷凝热用于制得55℃的中温热水、85℃的高温热水、2bar的高温蒸汽以及6-8bar的高温蒸汽，实现了冷热联供、水汽同制，达到了能源的高效及梯级利用和冷热量的优化输配，减少了化石燃料的消耗，减少了温室效应和大气污染。该系统可通过调节膨胀水箱的供水量来调节85℃高温热水的输出量，还可通过调节闪蒸罐的补水阀和高温热水的进水阀调整闪蒸罐内2bar高温蒸汽的输出量，以满足用户不同场合的需求。

Claims (5)

1.一种低温制冷与高温供热综合供给系统，其特征在于：包括微压/增压蒸汽热泵系统、NH3/CO2复叠与载冷系统以及NH3两级压缩高温热泵系统；
所述NH3/CO2复叠与载冷系统包括CO2压缩机(24)、蒸发/冷凝器(27)、CO2高压贮液器(25)、CO2级间节流阀(21)和CO2低压贮液器(19)；所述CO2压缩机(24)的出口端依次通过蒸发/冷凝器(27)冷凝侧、CO2高压贮液器(25)、CO2级间节流阀(21)以及CO2低压贮液器(19)与CO2压缩机(24)的进口端相连接，构成NH3/CO2复叠与载冷系统中CO2的循环回路；
所述NH3两级压缩高温热泵系统与NH3/CO2复叠与载冷系统共用蒸发/冷凝器(27)，NH3两级压缩高温热泵系统还包括NH3低压压缩机(30)、NH3低压贮液器(28)、NH3低压节流阀(26)、热回收器(15)、NH3中间冷却器(14)、NH3高压压缩机(12)、NH3高压冷凝器(10)、NH3高压贮液器(11)和NH3高压节流阀(13)；
所述的NH3低压压缩机(30)出口端通过依次通过热回收器(15)冷凝侧、NH3中间冷却器(14)冷凝侧、NH3高压压缩机(12)、NH3高压冷凝器(10)冷凝侧、NH3高压贮液器(11)、NH3高压节流阀(13)、NH3中间冷却器(14)蒸发侧、NH3低压贮液器(28)、NH3低压节流阀(26)及蒸发/冷凝器(27)蒸发侧连接至NH3低压压缩机(30)的进口端，构成NH3两级压缩高温热泵系统的循环回路；所述NH3高压压缩机(12)的进口端与NH3中间冷却器(14)相连接、出口端与NH3高压冷凝器(10)相连接；
所述的微压/增压蒸汽热泵系统包括蒸汽系统压缩机(6)、蒸汽系统冷凝器(5)、蒸汽系统节流阀(9)以及蒸汽系统蒸发器(7)，所述的蒸汽系统压缩机(6)出口端依次通过蒸汽系统冷凝器(5)冷凝侧、蒸汽系统节流阀(9)及蒸汽系统蒸发器(7)蒸发侧连接至蒸汽系统压缩机(6)的进口端，构成微压/增压蒸汽热泵系统的循环回路；所述蒸汽系统蒸发器(7)与NH3高压冷凝器(10)之间通过循环水路相连接，以实现微压/增压蒸汽热泵系统与NH3两级压缩高温热泵系统的耦合：所述NH3高压冷凝器(10)蒸发侧的出口端与蒸汽系统蒸发器(7)冷凝侧的进口端相连接，所述NH3高压冷凝器(10)蒸发侧的进口端与蒸汽系统蒸发器(7)冷凝侧的出口端相连接；
所述的热回收器(15)蒸发侧外接循环水，从而将循环水加热成为中温热水；
所述NH3高压冷凝器(10)蒸发侧的出口端还连接有高温热水输出端，所述NH3高压冷凝器(10)蒸发侧的进口端还连接有中温热水输入端，从而将中温热水加热成高温热水；
还包括膨胀水箱(8)，所述膨胀水箱(8)与高温热水输出端以及中温热水输入端分别相连接；
所述微压/增压蒸汽热泵系统还包括补水调节阀(1)、闪蒸罐(2)、高温蒸汽调节阀(3)及水蒸汽压缩机(4)，所述闪蒸罐(2)的入水口通过补水调节阀(1)连接补水端，补水调节阀(1)用于调整补水量；
所述NH3高压冷凝器(10)蒸发侧的出口端依次通过蒸汽系统冷凝器(5)的蒸发侧和高温蒸汽调节阀(3)连接至闪蒸罐(2)的蒸汽入口；所述闪蒸罐(2)的蒸汽出口连接有低压高温蒸汽输出端；
所述闪蒸罐(2)的蒸汽出口还通过水蒸汽压缩机(4)连接有高压高温蒸汽输出端。
2.如权利要求1所述的低温制冷与高温供热综合供给系统，其特征在于：所述NH3/CO2复叠与载冷系统还包括CO2低压屏蔽泵(18)、CO2低压调节阀(17)及低温冷间蒸发器(16)，CO2低压贮液器(19)液相出口端依次通过CO2低压屏蔽泵(18)、CO2低压调节阀(17)及低温冷间蒸发器(16)返回连接至CO2低压贮液器(19)气相进口端，从而在低温冷间蒸发器(16)实现低温区制冷。
3.如权利要求1所述的低温制冷与高温供热综合供给系统，其特征在于：所述NH3/CO2复叠与载冷系统还包括CO2高压屏蔽泵(23)、CO2高压调节阀(22)及高温冷间蒸发器(20)，CO2高压贮液器(25)液相出口端依次通过CO2高压屏蔽泵(23)、CO2高压调节阀(22)及高温冷间蒸发器(20)返回连接至CO2高压贮液器(25)气相进口端，从而在高温冷间蒸发器(20)实现高温区制冷。
4.如权利要求1所述的低温制冷与高温供热综合供给系统，其特征在于：所述NH3两级压缩高温热泵系统还包括NH3蒸发式冷凝器(29)，NH3蒸发式冷凝器(29)将NH3低压压缩机(30)的出口端与NH3低压贮液器(28)的进口端相连接。
5.如权利要求1至4任一所述的低温制冷与高温供热综合供给系统，其特征在于：CO2压缩机(24)的出口端还直接与CO2高压贮液器(25)相连接。
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