CN109724294A - 一种开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，其特征在于，包括开式水蒸气热泵和复叠制冷机组；开式水蒸气热泵与复叠制冷机组相连接；所述开式水蒸气热泵，用于回收所述产生的冷凝热。本发明公开的一种开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，采用自然工质水作为开式水蒸气热泵工质，其可以有效回收复叠制冷机组的冷凝热，从而提高制冷机组的工作效率，避免热能的浪费，有利于推广应用，具有重大的生产实践意义。
Description
技术领域
本发明涉及余热回收技术领域，特别是涉及一种开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统。
背景技术
随着世界经济的快速发展，能源消耗日益严重。当前，节能减排、余热回收已经成为我国能源发展战略的重要内容。与此同时，经济快速发展带来的另一个问题就是环境污染，温室效应、臭氧层破坏等环境问题备受关注，保护环境迫在眉睫。
热泵形式的余热回收是节能减排一种重要技术手段。目前常用的热泵工质多为人工合成工质，如R134a、R245fa等属于过渡工质，未来终将被替换。
随着人们生活水平的提高，对生活质量要求日益增高，冷库因此迅速发展。当前，复叠制冷机组的冷凝热因为品味较低，难以回收，基本排放到环境中，造成能量浪费。
如何回收复叠制冷机组的低品位冷凝热，并不造成环境污染，迫在眉睫。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，其可以有效回收复叠制冷机组的冷凝热，从而提高制冷机组的工作效率，避免热能的浪费，有利于推广应用，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，包括开式水蒸气热泵和复叠制冷机组；
开式水蒸气热泵与复叠制冷机组相连接；
所述开式水蒸气热泵，用于回收所述产生的冷凝热。
其中，所述开式水蒸气热泵包括：换热器、闪蒸罐、热泵压缩机、喷水泵和循环泵，其中：
换热器的热泵工质水出口与闪蒸罐相连通；
闪蒸罐的排气口与排气阀相连通；
闪蒸罐的蒸汽出口与热泵压缩机的蒸汽进口相连通；
闪蒸罐的液态工质出口通过循环泵、第三电磁阀与换热器的热泵工质水进口相连通；
热泵压缩机的蒸汽出口与第一电磁阀相连通。
其中，第一电磁阀，用于连接外部需要使用蒸汽的场所。
其中，热泵压缩机的工质水进口通过喷水泵与第二电磁阀相连通。
其中，热泵压缩机的工质水进口还与第四电磁阀相连通。
其中，所述复叠制冷机组包括：第一压缩机、第一蒸发器、冷凝蒸发器、第二压缩机和第二蒸发器，其中：
第一压缩机的制冷剂蒸汽出口与换热器的制冷剂进口相连通；
换热器的制冷剂出口分别与第五电磁阀和第七电磁阀相连通；
第五电磁阀通过第一膨胀阀、第一蒸发器、第六电磁阀和第一压缩机的吸气口相连通；
第七电磁阀通过第二膨胀阀、冷凝蒸发器、第八电磁阀和第一压缩机的吸气口相连通；
第二压缩机的制冷剂出口与冷凝蒸发器的制冷剂进口通过中空的管道相连通；
冷凝蒸发器的制冷剂出口通过第九电磁阀、第三膨胀阀和第二蒸发器的制冷剂进口相连通；
第二蒸发器的制冷剂出口，与第二压缩机的吸气口相连通。
其中，第一压缩机为高压压缩机；
第二压缩机为低压压缩机。
其中，第一蒸发器为中温蒸发器；
第二蒸发器为低温蒸发器。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，其可以有效回收复叠制冷机组的冷凝热，从而提高制冷机组的工作效率，避免热能的浪费，有利于推广应用，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统的结构示意图；
图中：1.换热器；2.闪蒸罐；3.热泵压缩机；4.喷水泵；5.循环泵；
6.第一压缩机；7.第一蒸发器；8.冷凝蒸发器；9.第二压缩机；10.第二蒸发器；
11.排气阀；12.第一电磁阀、13.第二电磁阀、14.第三电磁阀、15.第四电磁阀、16.第五电磁阀、18.第六电磁阀、19.第七电磁阀、21.第八电磁阀、22.第九电磁阀；
17.第一膨胀阀、20.第二膨胀阀、23.第三膨胀阀。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，本发明提供了一种开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，包括开式水蒸气热泵和复叠制冷机组；
开式水蒸气热泵与复叠制冷机组相连接；
所述开式水蒸气热泵，用于回收所述产生的冷凝热。
在本发明中，具体实现上，所述开式水蒸气热泵包括：换热器1、闪蒸罐2、热泵压缩机3、喷水泵4和循环泵5，其中：
换热器1的热泵工质水出口与闪蒸罐2相连通(通过中空的管道)；
闪蒸罐2的排气口与排气阀11相连通(通过中空的管道)；
闪蒸罐2的蒸汽出口与热泵压缩机3的蒸汽进口相连通(通过中空的管道)；
闪蒸罐2的液态工质出口通过循环泵5、第三电磁阀14与换热器1的热泵工质水进口相连通(通过中空的管道)；
热泵压缩机3的蒸汽出口与第一电磁阀12相连通(通过中空的管道)；
第一电磁阀12，用于连接外部需要使用蒸汽的场所；
需要说明的是，第一电磁阀12，用于连接外部需要使用蒸汽的场所，例如消毒场所、屠宰场所等。
具体实现上，热泵压缩机3的工质水进口通过喷水泵4与第二电磁阀13相连通(通过中空的管道)；
需要说明的是，第二电磁阀13用于连接外部的自来水管，用以提供对热泵压缩机3降温的冷却水；
具体实现上，热泵压缩机3的工质水进口还与第四电磁阀15相连通(通过中空的管道)；
需要说明的是，第四电磁阀15用于连接外部的自来水管，用以提供热泵循环的工质水或者工质蒸汽；
在本发明中，具体实现上，所述复叠制冷机组包括：第一压缩机6、第一蒸发器7、冷凝蒸发器8、第二压缩机9和第二蒸发器10，其中：
第一压缩机6的制冷剂蒸汽出口与换热器1的制冷剂进口相连通(通过中空的管道)；
换热器1的制冷剂出口(具体为液体制冷剂出口)分别与第五电磁阀16和第七电磁阀19相连通(通过中空的管道)；
第五电磁阀16通过第一膨胀阀17、第一蒸发器7、第六电磁阀18和第一压缩机6的吸气口(即制冷剂进口)相连通(通过中空的管道)；
第七电磁阀19通过第二膨胀阀20、冷凝蒸发器8、第八电磁阀21和第一压缩机6的吸气口(即制冷剂进口)相连通(通过中空的管道)；
第二压缩机9的制冷剂出口(即低温制冷剂蒸汽出口)与冷凝蒸发器8的制冷剂进口通过中空的管道相连通；
冷凝蒸发器8的制冷剂出口(即制冷剂液体出口)通过第九电磁阀22、第三膨胀阀23和第二蒸发器10的制冷剂进口相连通；
第二蒸发器10的制冷剂出口，与第二压缩机9的吸气口(即制冷剂进口)相连通(通过中空的管道)。
在本发明中，需要说明的是，任意两个相互连通的部件之间是通过一段管道相连通。
需要说明的是，第一压缩机6、第一蒸发器7和冷凝蒸发器8一起组成所述复叠制冷机组的高温级部分，冷凝蒸发器8、第二压缩机9和第二蒸发器10一起组成所述复叠制冷机组的低温级部分。
在本发明中，需要说明的是，第一压缩机6为高压压缩机(High-pressurecompressor)，其是按工作温度分类的一类压缩机，工作温度为-30～50℃；其机型在活塞式、膜式、螺杆式和离心式压缩机中均有。第一压缩机6用于压缩来自第一蒸发器7或冷凝蒸发器8的制冷剂蒸汽，压缩至高压压力。
第二压缩机9为低压压缩机(Low pressure compressor)，其是按工作温度分类的一类压缩机，工作温度为-80～-20℃。其机型在活塞式、膜式、螺杆式和离心式压缩机中均有。第二压缩机9用于压缩来自第二蒸发器10的制冷剂蒸汽，压缩至中间压力的制冷剂气体，。
在本发明中，具体实现上，第一蒸发器7为中温蒸发器。第一蒸发器7用于系统处于中温工况时制取冷量。
在本发明中，具体实现上，第二蒸发器10为低温蒸发器。第二蒸发器10用于系统处于低温工况时制取冷量。
在本发明中，具体实现上，所述开式水蒸气热泵采用水为工质，产生80℃～130℃高温水蒸汽直接供给用户使用。
在本发明中，具体实现上，所述开式水蒸气热泵通过换热器1回收复叠制冷机组产生的冷凝热，复叠制冷机组的冷凝温度控制在30℃～40℃。
在本发明中，具体实现上，所述开式水蒸气热泵的冷却水，经第四电磁阀15进入换热器1，从而回收复叠制冷机组产生的冷凝热。
在本发明中，具体实现上，所述开式水蒸气热泵的高品质蒸汽，通过第一电磁阀12直接供给用户使用，例如消毒、屠宰等需要使用蒸汽的场所。
在本发明中，具体实现上，所述开式水蒸气热泵通过第二电磁阀13、喷水泵4，来对热泵压缩机3进行喷水，可以降低热泵压缩机的排温，保护热泵压缩机，并增大蒸汽的流量。
为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面就本发明的工作原理进行说明。
开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统的开机流程：同时开启复叠制冷机组的高温级部分和开式水蒸气热泵，当冷凝蒸发器的蒸发温度满足复叠制冷机组的低温级部分的冷凝温度要求时，再开启复叠制冷机组的低温级部分。
对于开式水蒸气热泵：在开式水蒸气热泵开式启动时，先通过排气阀11排出开式水蒸气热泵系统内的不凝性气体，完成排气后关闭排气阀11，系统开始正常运行；工质水经第四电磁阀15进入换热器1，从而对复叠制冷机组高温制冷剂蒸汽进行换热降温，吸热后的工质水进入闪蒸罐2进行负压蒸发，未蒸发的工质水通过循环泵5、第三电磁阀14回到换热器1，以继续吸热参与下一轮循环；闪蒸罐2内蒸发后的蒸汽进入热泵压缩机3，被压缩成高温高压的水蒸气，高温高压的水蒸气经第一电磁阀12向外排出，供给用户使用。
对于复叠制冷机组：当系统处于中温制冷工况时，关闭第七电磁阀19、第八电磁阀21及复叠制冷机组的低温级部分；第一蒸发器(即中温蒸发器)7的制冷剂蒸汽经第六电磁阀18进入第一压缩机6(即高温压机)压缩，压缩后的高温高压制冷剂蒸汽进入换热器1中，会与开式水蒸气热泵工质水换热冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体经第五电磁阀16、第一膨胀阀17进入第一蒸发器(即中温蒸发器)7中吸热蒸发，形成制冷循环。当系统处于低温制冷工况时，关闭第五电磁阀16、第六电磁阀18；先启动复叠制冷机组的高温级部分，高温级的制冷剂蒸汽经第八电磁阀21进入第一压缩机6(即高温压机)压缩，压缩后的高温高压制冷剂蒸汽进入换热器1中，会与开式水蒸气热泵工质水换热冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体经第七电磁阀19、第二膨胀阀20进入冷凝蒸发器8中，会与低温级的高温制冷工质蒸汽换热；当冷凝蒸发器内的温度满足低温级蒸发温度要求时，启动低温级部分，低温级制冷剂蒸汽经第二压缩机(即低温压缩机)9压缩后进入冷凝蒸发器8，制冷剂蒸汽在冷凝蒸发器8内换热冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体再经第九电磁阀22、第三膨胀阀23进入第二蒸发器10中吸热蒸发，形成制冷循环。
需要说明的是，对于本发明，通过开式水蒸气热泵，回收复叠制冷机组冷凝热，生产80℃～130℃蒸汽供给用户使用。外界冷却水进入换热器壳程与管程内复叠制冷机组的高温制冷剂蒸汽换热后，进入闪蒸罐内负压蒸发，产生的蒸汽经过热泵压缩机压缩后提升品味，直接供给用户使用；经过冷却水降温后，复叠制冷机组的冷凝温度可以控制在30℃～40℃，可以提高制冷COP。
具体实现上，本发明采用自然工质水作为开式水蒸气热泵工质，有效回收复叠制冷机组的低品位冷凝热量，提高制冷机组效率，并达到节能减排、余热回收利用的目的。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，其可以有效回收复叠制冷机组的冷凝热，从而提高制冷机组的工作效率，避免热能的浪费，有利于推广应用，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，其特征在于，包括开式水蒸气热泵和复叠制冷机组；
开式水蒸气热泵与复叠制冷机组相连接；
所述开式水蒸气热泵，用于回收所述产生的冷凝热。
2.如权利要求1所述的开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，其特征在于，所述开式水蒸气热泵包括：换热器(1)、闪蒸罐(2)、热泵压缩机(3)、喷水泵(4)和循环泵(5)，其中：
换热器(1)的热泵工质水出口与闪蒸罐(2)相连通；
闪蒸罐(2)的排气口与排气阀(11)相连通；
闪蒸罐(2)的蒸汽出口与热泵压缩机(3)的蒸汽进口相连通；
闪蒸罐(2)的液态工质出口通过循环泵(5)、第三电磁阀(14)与换热器(1)的热泵工质水进口相连通；
热泵压缩机(3)的蒸汽出口与第一电磁阀(12)相连通。
3.如权利要求2所述的开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，其特征在于，第一电磁阀(12)，用于连接外部需要使用蒸汽的场所。
4.如权利要求(2)所述的开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，其特征在于，热泵压缩机(3)的工质水进口通过喷水泵(4)与第二电磁阀(13)相连通。
5.如权利要求2所述的开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，其特征在于，热泵压缩机(3)的工质水进口还与第四电磁阀(15)相连通。
6.如权利要求1或2至所述的开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，其特征在于，所述复叠制冷机组包括：第一压缩机(6)、第一蒸发器(7)、冷凝蒸发器(8)、第二压缩机(9)和第二蒸发器(10)，其中：
第一压缩机(6)的制冷剂蒸汽出口与换热器(1)的制冷剂进口相连通；
换热器(1)的制冷剂出口分别与第五电磁阀(16)和第七电磁阀(19)相连通；
第五电磁阀(16)通过第一膨胀阀(17)、第一蒸发器(7)、第六电磁阀(18)和第一压缩机(6)的吸气口相连通；
第七电磁阀(19)通过第二膨胀阀(20)、冷凝蒸发器(8)、第八电磁阀(21)和第一压缩机(6)的吸气口相连通；
第二压缩机(9)的制冷剂出口与冷凝蒸发器(8)的制冷剂进口通过中空的管道相连通；
冷凝蒸发器(8)的制冷剂出口通过第九电磁阀(22)、第三膨胀阀(23)和第二蒸发器(10)的制冷剂进口相连通；
第二蒸发器(10)的制冷剂出口，与第二压缩机(9)的吸气口相连通。
7.如权利要求6所述的开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，其特征在于，第一压缩机(6)为高压压缩机；
第二压缩机(9)为低压压缩机。
8.如权利要求6所述的开式水蒸气热泵与复叠制冷机组冷热联产系统，其特征在于，第一蒸发器(7)为中温蒸发器；第二蒸发器(10)为低温蒸发器。
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