CN109297076A - 自驱动压缩式大温差换热机组 - Google Patents

自驱动压缩式大温差换热机组 Download PDF

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Abstract

本发明属于供暖技术领域,尤其涉及一种自驱动压缩式大温差换热机组,包括:蒸气膨胀循环系统、蒸气压缩循环系统和换热器;其中,蒸气膨胀循环系统包括依次头尾相连的:高温蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵;蒸气压缩循环系统包括依次头尾相连的:低温蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀;膨胀机与压缩机相连;一次网热水从高温蒸发器流入通过换热器后从低温蒸发器流出,二次侧热水流动途径为下列任意一种或多种组合:从换热器流入从冷凝器流出、从换热器流入从换热器流出、从冷凝器流入从冷凝器流出。本发明能够将一次侧的出口温度降低到二次侧的入口温度以下,并将提取的热量输送到二次侧,增大了一次侧供回水温差,提高输送效率,增加输送半径。

Description

自驱动压缩式大温差换热机组
技术领域
本发明属于供暖技术领域,尤其涉及一种自驱动压缩式大温差换热机组。
背景技术
集中供热系统中通常使用板式换热器、管壳式换热器将热量从一次侧换热到二次侧,一次侧和二次侧的温差是热交换的驱动力,换热后的一次侧的回水温度不能低于二次侧的入口温度,即常规换热技术限制了一次侧的回水温度有下限。随着城市规模的扩大,供热半径增加,为提高输送能力,只能采取提高一次侧供水温度的办法,但受限于工艺和材料,一次侧供水温度一般不超过130℃,为保障供热管道的长期运行,通常运行在100℃以下。在一次侧流量相同情况下,供回水温差越大,输送的热量越多,供水温度目前已经难有提升的空间,而回水温度一般在60℃左右,具备进一步下降的空间。目前可以采用电驱动的热泵机组降低一次网回水温度至30℃以下,但需要消耗额外的电能,经济性差,并且需要对热力站进行电力增容,实施难度大;也可以采用热水型溴化锂吸收式热泵,采用高温热水作为驱动力,也可以降低一次网回水温度至40℃以下,由于溴化锂吸收式热泵中冷剂为水,工作在接近真空的环境中,水蒸气密度低导致设备体积大、造价高、安装难度大。
发明内容
鉴于上述问题,本发明提出了一种自驱动压缩式大温差换热机组,包括:蒸气膨胀循环系统、蒸气压缩循环系统和换热器;其中,蒸气膨胀循环系统包括依次头尾相连的:高温蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵;蒸气压缩循环系统包括依次头尾相连的:低温蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀;膨胀机与压缩机相连;一次网热水从高温蒸发器流入通过换热器后从低温蒸发器流出,二次侧热水流动途径为下列任意一种或多种组合:从换热器流入从冷凝器流出、从换热器流入从换热器流出、从冷凝器流入从冷凝器流出。
所述一次网热水在高温蒸发器中加热工质产生高压蒸气驱动膨胀机做功后蒸汽进入冷凝器冷凝为液态工质并将热量释放到二次侧,冷凝后的工质经工质泵输入返回高温蒸发器。
所述一次网热水在低温蒸发器加热工质产生低压蒸气被压缩机压缩后进入冷凝器放热并加热二次侧热水,冷凝后的工质经节流阀节流后进入返回低温蒸发器。
所述高温蒸发器为一个或多个串联,每个高温蒸发器对应一个膨胀机;低温蒸发器为一个或多个串联,每个低温蒸发器对应一个压缩机,来组成多级系统,各级蒸气膨胀循环系统膨胀机与各级蒸气压缩循环系统连接。
所述冷凝器为一个或两个串联,当数量为一个时蒸气膨胀循环系统和蒸气压缩循环系统共用冷凝器,当数量为两个时为高温冷凝器和低温冷凝器,分别属于蒸气膨胀循环系统和蒸气压缩循环系统。
所述工质为有机工质。
所述膨胀机和压缩机组成膨胀压缩机,包括容积式、透平式、离心式。
所述一次网热水经过低温蒸发器后出口温度低于二次侧热水入口温度。
本发明的有益效果:利用一次网热水中高温段的热量作为驱动热源,驱动机组运行降低一次侧出口温度,能够将一次侧的出口温度降低到二次侧的入口温度以下,并将提取的热量输送到二次侧,只需要消耗少量的电能,增大了一次侧供回水温差,提高输送效率,增加输送半径。采用传统换热器,供热一级网一般运行在120/60℃,采用本发明中的技术,可以将一次侧回水温度降低至10℃以下,增加了83.3%的输送能力。本发明的机组除工质泵及电气控制系统需要消耗少量的电能外,不需要额外的电能驱动,工质可以采用有机工质,工作压力高,设备体积小,造价低,便于推广。
附图说明
图1为本发明的第一种实施例。
图2为本发明的第二种实施例。
图3为本发明的第三种实施例。
图4为本发明的第四种实施例。
图5为本发明的第五种实施例。
图中,1-膨胀压缩机,2-工质泵,3-节流阀,4-高温蒸发器,5-高温冷凝器,6-低温蒸发器,7-低温冷凝器,8-换热器,a-高温介质入口,b-高温介质出口,c-低温介质入口,d-低温介质出口,图5、6中的多级膨胀压缩循环中第一级用x-1命名,第二级用x-2命名。
具体实施方式
为进一步说明本发明的内容、特点及效果,兹以下述实施例,并配合附图详细说明。
实例1:
参阅图1,自驱动压缩式大温差换热机组包括高温蒸发器4、膨胀压缩机1、高温冷凝器5、工质泵2、低温蒸发器6、低温冷凝器7、节流阀3及连接管路。一次网热水依次流经高温蒸发器4、换热器8和低温蒸发器6,一次网热水在高温蒸发器中加热工质产生高压蒸气,高压蒸气驱动膨胀机做功后进入冷凝器5冷凝为液态工质并将热量释放到二次侧,冷凝后的工质经工质泵2输入高温蒸发器4;降温后的一次网热水在低温蒸发器加热工质产生低压蒸气,低压蒸气被压缩机压缩后进入冷凝器7放热并加热二次侧热水,冷凝后的工质经节流阀3节流后进入高温蒸发器6;膨胀机作为压缩机动力源。
本实例中,一次侧热水依次进入高温蒸发器4、换热器8、低温蒸发器6;二次侧热水分成两股,其中一股依次进入低温冷凝器7、高温冷凝器5,另一股进入换热器8,然后汇合到二次侧热水出口。
实例2
参阅图2,工质侧的流程与实例1相同,不再叙述。
本实例中,一次侧热水依次进入高温蒸发器4、换热器8、低温蒸发器6;二次侧热水依次进入低温冷凝器7、高温冷凝器5、换热器8。
实例3:
参阅图3,自驱动压缩式大温差换热机组包括高温蒸发器4、膨胀压缩机1、冷凝器5、工质泵2、低温蒸发器6、节流阀3及连接管路。一次网热水依次流经高温蒸发器4、换热器8和低温蒸发器6,一次网热水在高温蒸发器中加热工质产生高压蒸气,高压蒸气驱动膨胀机做功后进入冷凝器5冷凝为液态工质并将热量释放到二次侧,冷凝后的工质经工质泵2输入高温蒸发器4;降温后的一次网热水在低温蒸发器加热工质产生低压蒸气,低压蒸气被压缩机压缩后进入冷凝器5放热并加热二次侧热水,冷凝后的工质经节流阀3节流后进入高温蒸发器6;膨胀机作为压缩机动力源。
本实例中,一次侧热水依次进入高温蒸发器4、换热器8、低温蒸发器6;二次侧热水分成两股,其中一股依次进入高温冷凝器5,另一股进入换热器8,然后汇合到二次侧热水出口。
实例4
参阅图4,,工质侧的流程与实例3相同,不再叙述。
本实例中,一次侧热水依次进入高温蒸发器4、换热器8、低温蒸发器6;二次侧热水依次进入高温冷凝器5、换热器8。
实例5:
参阅图5,自驱动压缩式大温差换热机组包括两级高温蒸发器、两级高温冷凝器、两级低温蒸发器、两级低温冷凝器、两级膨胀压缩机及相应的节流阀、工质泵和连接管路。
本实例中,一次侧热水依次进入高温蒸发器4-1、高温蒸发器4-3、换热器8、低温蒸发器6-1、低温蒸发器6-2;二次侧热水分成两股,其中一股依次进入低温冷凝器7-1、低温冷凝器7-2、高温冷凝器5-1、高温冷凝器5-2,另一股进入换热器8,然后汇合到二次侧热水出口。
实例6:
参阅图6,自驱动压缩式大温差换热机组包括两级高温蒸发器、两级高温冷凝器、一级低温蒸发器、一级低温冷凝器、膨胀压缩机(一级膨胀、两级压缩)及相应的节流阀、工质泵和连接管路。
本实例中,一次侧热水依次进入高温蒸发器4-1、换热器8、低温蒸发器6-1、低温蒸发器6-2;二次侧热水分成两股,其中一股依次进入低温冷凝器7-1、低温冷凝器7-2、高温冷凝器5-1、换热器8。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种自驱动压缩式大温差换热机组,其特征在于,包括:蒸气膨胀循环系统、蒸气压缩循环系统和换热器;其中,蒸气膨胀循环系统包括依次头尾相连的:高温蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵;蒸气压缩循环系统包括依次头尾相连的:低温蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀;膨胀机与压缩机相连;一次网热水从高温蒸发器流入通过换热器后从低温蒸发器流出,二次侧热水流动途径为下列任意一种或多种组合:从换热器流入从冷凝器流出、从换热器流入从换热器流出、从冷凝器流入从冷凝器流出。
2.根据权利要求1所述机组,其特征在于,所述一次网热水在高温蒸发器中加热工质产生高压蒸气驱动膨胀机做功后蒸汽进入冷凝器冷凝为液态工质并将热量释放到二次侧,冷凝后的工质经工质泵输入返回高温蒸发器。
3.根据权利要求1或2所述机组,其特征在于,所述一次网热水在低温蒸发器加热工质产生低压蒸气被压缩机压缩后进入冷凝器放热并加热二次侧热水,冷凝后的工质经节流阀节流后进入返回低温蒸发器。
4.根据权利要求1或2所述机组,其特征在于,所述高温蒸发器和低温蒸发器为一个或多个串联,每个高温蒸发器对应一个膨胀机,每个低温蒸发器对应一个压缩机来组成多级系统,各级蒸气膨胀循环系统膨胀机与各级蒸气压缩循环系统连接。
5.根据权利要求3所述机组,其特征在于,所述高温蒸发器为一个或多串联,每个高温蒸发器对应一个膨胀机,每个低温蒸发器对应一个压缩机来组成多级系统,各级蒸气膨胀循环系统膨胀机与各级蒸气压缩循环系统连接。
6.根据权利要求1或2所述机组,其特征在于,所述冷凝器为一个或两个串联,当数量为一个时蒸气膨胀循环系统和蒸气压缩循环系统共用冷凝器,当数量为两个时为高温冷凝器和低温冷凝器,分别属于蒸气膨胀循环系统和蒸气压缩循环系统。
7.根据权利要求3所述机组,其特征在于,所述冷凝器为一个或两个串联,当数量为一个时蒸气膨胀循环系统和蒸气压缩循环系统共用冷凝器,当数量为两个时为高温冷凝器和低温冷凝器,分别属于蒸气膨胀循环系统和蒸气压缩循环系统。
8.根据权利要求1或2或5或7所述机组,其特征在于,所述工质为有机工质。
9.根据权利要求1或2或5或7所述机组,其特征在于,所述膨胀机和压缩机组成膨胀压缩机,包括容积式、透平式、离心式。
10.根据权利要求1或2或5或7所述机组,其特征在于,所述一次网热水经过低温蒸发器后出口温度低于二次侧热水入口温度。
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