CN110530042B - 制冷机组余热提级热水利用系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种制冷机组余热提级热水利用系统，适用于矿井下废热回收与利用。包括设置在湿热环境中的喷淋式空气除湿装置和设置在制冷压缩机后面的余热提级联合装置，溶液在喷淋式空气除湿装置喷淋吸湿浓溶液吸收水蒸汽的潜热，循环冷却水余热提级热水利用系统采用波纹板式回热器内的高温吸湿浓溶液与相变换热装置Ⅱ内的水蒸汽串联与循环水进行分级换热，有效利用不同温度的余热，该系统利用中抽汽泵及电磁控制阀调控余热提级联合装置工作压力，实现相变换热装置中水蒸汽的温度，从而实现制冷机组余热提级热水利用系统中循环冷却水出口温度的调节。

Description

制冷机组余热提级热水利用系统及方法

技术领域

本发明设计一种制冷机组余热提级利用系统及方法，尤其适用于煤矿井下废热回收与利用技术领域使用的制冷机组余热提级热水利用系统及方法。

背景技术

制冷机组冷凝余热排放是制冷系统重要组成部分，一般采用表面式换热器通过空气或冷却水将冷凝热量带走，冷凝热排放特点为数量大(大于制冷量)，温度水平较低，一般，冷凝温度略高于环境温度(具体数值，由工质、压缩机压缩等级等有关)，不能得到有效利用。

发明内容

针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方便，不但能够对地下进行有效除湿，还能有效利用制冷机组压缩机的余热的制冷机组余热提级利用系统及方法。

为实现上述技术目的，本发明的一种制冷机组余热提级热水利用系统，包括设置在湿热环境中的喷淋式空气除湿装置和设置在制冷压缩机后面的余热提级联合装置，

所述喷淋式空气除湿装置为箱形结构，喷淋式空气除湿装置侧面上部设有干空气出口、侧面下部设有湿空气进口，喷淋式空气除湿装置内的中部设有喷淋管道喷淋管道上设有多个螺旋喷嘴，箱体底部设有用以收集吸湿稀溶液的储液箱，储液箱通过管路与余热提级联合装置相连接，管路上顺序设有吸湿稀溶液工作泵，吸湿稀溶液工作泵两侧分别设有第三阀门和第四阀门，从热用户循环利用返回的循环冷却水先进入波纹板式回热器吸收热量后再进入相变换热装置Ⅱ吸收蒸汽热量水温进一步升高，加热后的冷却水供给热用户循环使用；

所述余热提级联合装置包括相变换热装置Ⅰ、波纹板式回热器和相变换热装置Ⅱ，其中相变换热装置Ⅰ和相变换热装置Ⅱ内均设有两端管路与外部链接的螺旋盘管，波纹板式回热器内设有两组热流体蛇形管，一组热流体蛇形管一端通过管路与喷淋管道上的螺旋喷嘴相连接，另一端通过浓溶液循环泵与相变换热装置Ⅰ的侧壁管路连接，其中浓溶液循环泵的入口与相变换热装置Ⅰ相连接，出口与波纹板式回热器内的热流体蛇形管路连接，浓溶液循环泵的入口上设有过滤器，浓溶液循环泵的入口管路上设有第一阀门、出口管路上设有第二阀门，波纹板式回热器的另一路流体一端与热用户返回的循环冷却水进口连接，波纹板式回热器中循环冷却水出口与相变换热装置Ⅱ中的螺旋盘管一端相连接，循环冷却水在螺旋盘管中被再次加热，加热后的循环冷却水供给热水用户，相变换热装置Ⅱ顶部通过蒸汽管道与相变换热装置Ⅰ连接，蒸汽管道上设有电磁控制阀Ⅱ，相变换热装置Ⅱ上还设有抽气管路，抽气管路上顺序设置有电磁控制阀Ⅰ以及抽气泵，相变换热装置Ⅱ底部通过管路设有凝结水排放阀；所述相变换热装置Ⅰ内的螺旋盘管两端通过管路分别与制冷机组压缩机的高压高温工作介质出口和电子膨胀阀的入口连接，其中电子膨胀阀的出口与制冷机组压缩机之间的管路上设有蒸发器，蒸发器内设有蛇形盘管，蒸发器内在蛇形盘管外侧有排出冷冻水的进口和出口，制冷介质通过电子膨胀阀膨胀后进入蒸发器内设置的蛇形盘管收到冷冻水冲刷降温后进进入制冷机组压缩机，蒸发器上设有排出冷冻水的进口和出口。

所述螺旋喷嘴下方的侧壁上设有PVC材质的波纹板填料.

一种冷机组余热提级热水利用系统的利用方法，其步骤为：

喷淋式空气除湿装置中对进入的空气喷洒吸湿浓溶液从而吸收湿空气中的水蒸汽，喷洒并吸收水蒸汽后的吸湿浓溶液变为吸湿稀溶液，吸湿稀溶液吸收湿空气水蒸汽的凝结热温度升高，通过第三阀门、吸湿稀溶液工作泵和第四阀门后顺着管路进入余热提级联合装置的相变换热装置Ⅰ中，在相变换热装置Ⅰ设定压力条件下吸湿稀溶液从相变换热装置Ⅰ内的螺旋盘管中吸收制冷机组压缩机排出的冷凝热进行水汽蒸发，将吸湿稀溶液浓缩成吸湿浓溶液，吸湿浓溶液通过浓溶液循环泵加压后进入波纹板式回热器内，在波纹板式回热器中与从热用户循环利用返回的冷却水通过波纹板片进行热量交换，吸湿浓溶液被冷却后进入喷淋式空气除湿装置继续吸湿溶液经过上述过程循环使用；

余热提级联合装置持续对制冷机组压缩机排放的热量进行回收，制冷机组压缩机的冷凝废热沿管路在相变换热装置Ⅰ中加热吸湿稀溶液从而产生水蒸汽，水蒸汽通过蒸汽管道和电磁控制阀Ⅱ进入相变换热装置Ⅱ，循环冷却水在波纹板式换热器中与被相变换热装置Ⅰ加热浓缩后的吸湿浓溶液进行热量交换，循环冷却水吸收吸湿浓溶液热量温度升高后进入相变换热装置Ⅱ，相变换热装置Ⅱ中通过相变换热装置Ⅰ中吸湿稀溶液被压缩机排放的热量加热产生的水蒸汽与循环冷却水进行凝结换热，水蒸汽释放出凝结热量，相变换热装置Ⅱ中蛇形盘管外侧蒸汽凝结产生的凝结水通过凝结水排放阀排出，循环冷却水经过波纹板式换热器和相变换热装置Ⅱ两次加热温度可提升至40℃～60℃，并可以通过与相变换热装置Ⅱ相连的电磁控制阀Ⅰ和抽气泵控制余热提级联合装置中工作压力，进而控制相变换热装置Ⅰ和相变换热装置Ⅱ中水蒸汽温度，水蒸汽温度控制范围为：40℃～65℃，实现制冷机组余热提级热水利用。

有益效果：

采用喷淋式空气除湿装置、余热提级联合装置、压缩机、蒸发器、电子膨胀阀、循环冷却水、溶液循环泵、抽汽泵、管道及阀门等组成的制冷机组余热提级热水利用系统，可实现在有效利用空气潜热，对循环冷却水采用波纹板式回热器一次加热与相变换热装置Ⅱ内的水蒸汽二次加热联合，增加循环冷却水的吸热量，提高循环水出口温度水平，使制冷机组余热得到有效利用。

具体来说优点为：

1、溶液在喷淋式空气除湿装置中通过螺旋喷嘴喷淋吸湿浓溶液吸收空气中水蒸汽的潜热，增加了循环冷却水的吸热量；

2、循环冷却水余热提级热水利用系统采用波纹板式回热器内的高温吸湿浓溶液与相变换热装置Ⅱ内的水蒸汽串联与循环水进行分级换热，有效利用不同温度的余热，并且相变换热装置Ⅱ内的蒸汽凝结换热有相态变化，对流换热系数比单相换热高，提高了循环冷却水吸热量，提升循环冷却水出口温度至40℃～60℃，余热回收效果显著；

3、该系统利用中抽汽泵及电磁控制阀调控余热提级联合装置工作压力，可以实现相变换热装置中水蒸汽的温度，从而实现制冷机组余热提级热水利用系统中循环冷却水出口温度的调节，满足余热的有效利用。

附图说明

图1是本发明制冷机组余热提级热水利用系统示意图。

图中：1-制冷机组压缩机；2-蒸发器；3-冷冻水；4-电子膨胀阀；5-余热提级联合装置；6-相变换热装置Ⅰ；7-第一阀门；8-过滤器；9-浓溶液循环泵；10-第二阀门；11波纹板式回热器；12-循环冷却水；13-凝结水排放阀；14-相变换热装置Ⅱ；15-电磁控制阀Ⅰ；16-抽气泵；17-水蒸汽管道；18-电磁控制阀Ⅱ；19-除湿干空气；20-吸湿浓溶液；21-喷淋式空气除湿装置；22-螺旋喷嘴；23-波纹板填料；24-湿空气；25-储液箱；26-吸湿稀溶液；27-第三阀门；28-吸湿稀溶液工作泵；29-第四阀门。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做出进一步的说明。

如图1所示，本发明的制冷机组余热提级热水利用系统，包括设置在湿热环境中的喷淋式空气除湿装置21和设置在制冷压缩机1后面的余热提级联合装置5，

所述喷淋式空气除湿装置21为箱形结构，喷淋式空气除湿装置21侧面上部设有干空气出口、侧面下部设有湿空气进口24，喷淋式空气除湿装置21内的中部设有喷淋管道喷淋管道上设有多个螺旋喷嘴22，所述螺旋喷嘴22下方的侧壁上设有PVC材质的波纹板填料23，箱体底部设有用以收集吸湿稀溶液26的储液箱25，储液箱25通过管路与余热提级联合装置5相连接，管路上顺序设有吸湿稀溶液工作泵28，吸湿稀溶液工作泵28两侧分别设有第三阀门27和第四阀门29，从热用户循环利用返回的循环冷却水12先进入波纹板式回热器11吸收热量后再进入相变换热装置Ⅱ14吸收蒸汽热量水温进一步升高，加热后的冷却水供给热用户循环使用；

所述余热提级联合装置5包括相变换热装置Ⅰ6、波纹板式回热器11和相变换热装置

Ⅱ14，其中相变换热装置Ⅰ6和相变换热装置Ⅱ14内均设有两端管路与外部链接的螺旋盘管，波纹板式回热器11内设有两组热流体蛇形管，一组热流体蛇形管一端通过管路与喷淋管道上的螺旋喷嘴22相连接，另一端通过浓溶液循环泵9与相变换热装置Ⅰ6的侧壁管路连接，其中浓溶液循环泵9的入口与相变换热装置Ⅰ6相连接，出口与波纹板式回热器11内的热流体蛇形管路连接，浓溶液循环泵9的入口上设有过滤器8，浓溶液循环泵9的入口管路上设有第一阀门7、出口管路上设有第二阀门10，波纹板式回热器11的另一路流体一端与热用户返回的循环冷却水进口连接，波纹板式回热器11中循环冷却水出口与相变换热装置Ⅱ14中的螺旋盘管一端相连接，循环冷却水在螺旋盘管中被再次加热，加热后的循环冷却水12供给热水用户，相变换热装置Ⅱ14顶部通过蒸汽管道与相变换热装置Ⅰ6连接，蒸汽管道上设有电磁控制阀Ⅱ18，相变换热装置Ⅱ14上还设有抽气管路，抽气管路上顺序设置有电磁控制阀Ⅰ15以及抽气泵16，相变换热装置Ⅱ14底部通过管路设有凝结水排放阀13；所述相变换热装置Ⅰ6内的螺旋盘管两端通过管路分别与制冷机组压缩机1的高压高温工作介质出口和电子膨胀阀4的入口连接，其中电子膨胀阀4的出口与制冷机组压缩机1之间的管路上设有蒸发器2，蒸发器2内设有蛇形盘管，蒸发器2内在蛇形盘管外侧有排出冷冻水3的进口和出口，制冷介质通过电子膨胀阀4膨胀后进入蒸发器2内设置的蛇形盘管收到冷冻水3冲刷降温后进进入制冷机组压缩机1，蒸发器2上设有排出冷冻水3的进口和出口。

一种制冷机组余热提级热水利用系统的利用方法，其步骤为：

喷淋式空气除湿装置21中对进入的空气喷洒吸湿浓溶液20从而吸收湿空气24中的水蒸汽，喷洒并吸收水蒸汽后的吸湿浓溶液20变为吸湿稀溶液26，吸湿稀溶液26吸收湿空气水蒸汽的凝结热温度升高，通过第三阀门27、吸湿稀溶液工作泵28和第四阀门29后顺着管路进入余热提级联合装置5的相变换热装置Ⅰ6中，在相变换热装置Ⅰ6设定压力条件下吸湿稀溶液26从相变换热装置Ⅰ6内的螺旋盘管中吸收制冷机组压缩机1排出的冷凝热进行水汽蒸发，将吸湿稀溶液26浓缩成吸湿浓溶液20，吸湿浓溶液20通过浓溶液循环泵9加压后进入波纹板式回热器11内，在波纹板式回热器11中与从热用户循环利用返回的冷却水通过波纹板片进行热量交换，吸湿浓溶液20被冷却后进入喷淋式空气除湿装置21继续吸湿溶液经过上述过程循环使用；

余热提级联合装置5持续对制冷机组压缩机1排放的热量进行回收，制冷机组压缩机1的冷凝废热沿管路在相变换热装置Ⅰ6中加热吸湿稀溶液26从而产生水蒸汽，水蒸汽通过蒸汽管道17和电磁控制阀Ⅱ18进入相变换热装置Ⅱ14，循环冷却水12在波纹板式换热器11中与被相变换热装置Ⅰ6加热浓缩后的吸湿浓溶液20进行热量交换，循环冷却水12吸收吸湿浓溶液20热量温度升高后进入相变换热装置Ⅱ14，相变换热装置Ⅱ14中通过相变换热装置Ⅰ6中吸湿稀溶液26被压缩机1排放的热量加热产生的水蒸汽与循环冷却水12进行凝结换热，水蒸汽释放出凝结热量，相变换热装置Ⅱ14中蛇形盘管外侧蒸汽凝结产生的凝结水通过凝结水排放阀13排出，循环冷却水12经过波纹板式换热器11和相变换热装置Ⅱ14两次加热温度可提升至40℃～60℃，并可以通过与相变换热装置Ⅱ14相连的电磁控制阀Ⅰ15和抽气泵16控制余热提级联合装置5中工作压力，进而控制相变换热装置Ⅰ6和相变换热装置Ⅱ14中水蒸汽温度，水蒸汽温度控制范围为：40℃～65℃，实现制冷机组余热提级热水利用。

余热提级联合装置5对制冷机组余热采用分级回收，冷凝废热在相变换热装置Ⅰ6中加热吸湿稀溶液26产生的水蒸汽通过蒸汽管道17和电磁控制阀Ⅱ18进入相变换热装置Ⅱ14，循环冷却水12在波纹板式换热器11中与被加热浓缩后的吸湿浓溶液20进行换热，循环冷却水12升温后进入相变换热装置Ⅱ14，相变换热装置Ⅱ14中的水蒸汽与循环冷却水12进行凝结换热，释放出凝结热量，相变换热装置Ⅱ14中的凝结水通过凝结水排放阀13排出，循环冷却水12经过两次加热温度进一步提高，并可以通过与相变换热装置Ⅱ14相连的电磁控制阀Ⅰ15和抽气泵16控制余热提级联合装置5中工作压力，进而控制系统中蒸汽温度，实现制冷机组余热提级热水利用。

本发明提供的制冷机组余热提级热水利用系统，在传统制冷机组运行方式的基础上，利用喷淋式空气除湿装置21吸收空气的潜热，通过余热提级联合装置5实现制冷机组余热的提级利用，实现废热的有效回收，达到节能减排的目的。且本发明结构新颖，提高了余热的温度水平，为有效利用制冷机组余热创造了条件，具有较好的使用前景，可广泛地应用于制冷系统余热回收。

Claims (3)

1.一种制冷机组余热提级热水利用系统，其特征在于：它包括设置在湿热环境中的喷淋式空气除湿装置（21）和设置在制冷压缩机（1）后面的余热提级联合装置（5），

所述喷淋式空气除湿装置（21）为箱形结构，喷淋式空气除湿装置（21）侧面上部设有干空气出口、侧面下部设有湿空气进口（24），喷淋式空气除湿装置（21）内的中部设有喷淋管道，喷淋管道上设有多个螺旋喷嘴（22），箱体底部设有用以收集吸湿稀溶液（26）的储液箱（25），储液箱（25）通过管路与余热提级联合装置（5）相连接，管路上顺序设有吸湿稀溶液工作泵（28），吸湿稀溶液工作泵（28）两侧分别设有第三阀门（27）和第四阀门（29），从热用户循环利用返回的循环冷却水（12）先进入波纹板式回热器（11）吸收热量后再进入相变换热装置Ⅱ（14）吸收蒸汽热量水温进一步升高，加热后的冷却水供给热用户循环使用；

所述余热提级联合装置（5）包括相变换热装置Ⅰ（6）、波纹板式回热器（11）和相变换热装置Ⅱ（14），其中相变换热装置Ⅰ（6）和相变换热装置Ⅱ（14）内均设有两端管路与外部链接的螺旋盘管，波纹板式回热器（11）内设有两组热流体蛇形管，一组热流体蛇形管一端通过管路与喷淋管道上的螺旋喷嘴（22）相连接，另一端通过浓溶液循环泵（9）与相变换热装置Ⅰ（6）的侧壁管路连接，其中浓溶液循环泵（9）的入口与相变换热装置Ⅰ（6）相连接，出口与波纹板式回热器（11）内的热流体蛇形管路连接，浓溶液循环泵（9）的入口上设有过滤器（8），浓溶液循环泵（9）的入口管路上设有第一阀门（7）、出口管路上设有第二阀门（10），波纹板式回热器（11）的另一路流体一端与热用户返回的循环冷却水进口连接，波纹板式回热器（11）中循环冷却水出口与相变换热装置Ⅱ（14）中的螺旋盘管一端相连接，循环冷却水在螺旋盘管中被再次加热，加热后的循环冷却水（12）供给热水用户，相变换热装置Ⅱ（14）顶部通过蒸汽管道与相变换热装置Ⅰ（6）连接，蒸汽管道上设有电磁控制阀Ⅱ（18），相变换热装置Ⅱ（14）上还设有抽气管路，抽气管路上顺序设置有电磁控制阀Ⅰ（15）以及抽气泵（16），相变换热装置Ⅱ（14）底部通过管路设有凝结水排放阀（13）；所述相变换热装置Ⅰ（6）内的螺旋盘管两端通过管路分别与制冷机组压缩机（1）的高压高温工作介质出口和电子膨胀阀（4）的入口连接，其中电子膨胀阀（4）的出口与制冷机组压缩机（1）之间的管路上设有蒸发器（2），蒸发器（2）内设有蛇形盘管，蒸发器（2）内在蛇形盘管外侧有排出冷冻水（3）的进口和出口，制冷介质通过电子膨胀阀（4）膨胀后进入蒸发器（2）内设置的蛇形盘管收到冷冻水（3）冲刷降温后进入制冷机组压缩机（1），蒸发器（2）上设有排出冷冻水（3）的进口和出口。

2.根据权利要求1所述的制冷机组余热提级热水利用系统，其特征在于：所述螺旋喷嘴（22）下方的侧壁上设有PVC材质的波纹板填料（23）。

3.一种使用权利要求1所述制冷机组余热提级热水利用系统的利用方法，其特征在于步骤为：

喷淋式空气除湿装置（21）中对进入的空气喷洒吸湿浓溶液（20）从而吸收湿空气进口（24）中的水蒸汽，喷洒并吸收水蒸汽后的吸湿浓溶液（20）变为吸湿稀溶液（26），吸湿稀溶液（26）吸收湿空气水蒸汽的凝结热温度升高，通过第三阀门（27）、吸湿稀溶液工作泵（28）和第四阀门（29）后顺着管路进入余热提级联合装置（5）的相变换热装置Ⅰ（6）中，在相变换热装置Ⅰ（6）设定压力条件下吸湿稀溶液（26）从相变换热装置Ⅰ（6）内的螺旋盘管中吸收制冷机组压缩机（1）排出的冷凝热进行水汽蒸发，将吸湿稀溶液（26）浓缩成吸湿浓溶液（20），吸湿浓溶液（20）通过浓溶液循环泵（9）加压后进入波纹板式回热器（11）内，在波纹板式回热器（11）中与从热用户循环利用返回的冷却水通过波纹板片进行热量交换，吸湿浓溶液（20）被冷却后进入喷淋式空气除湿装置（21）继续循环使用；

余热提级联合装置（5）持续对制冷机组压缩机（1）排放的热量进行回收，制冷机组压缩机（1）的冷凝废热沿管路在相变换热装置Ⅰ（6）中加热吸湿稀溶液（26）从而产生水蒸汽，水蒸汽通过蒸汽管道（17）和电磁控制阀Ⅱ（18）进入相变换热装置Ⅱ（14），循环冷却水（12）在波纹板式换热器（11）中与被相变换热装置Ⅰ（6）加热浓缩后的吸湿浓溶液（20）进行热量交换，循环冷却水（12）吸收吸湿浓溶液（20）热量温度升高后进入相变换热装置Ⅱ（14），相变换热装置Ⅱ（14）中通过相变换热装置Ⅰ（6）中吸湿稀溶液（26）被压缩机（1）排放的热量加热产生的水蒸汽与循环冷却水（12）进行凝结换热，水蒸汽释放出凝结热量，相变换热装置Ⅱ（14）中蛇形盘管外侧蒸汽凝结产生的凝结水通过凝结水排放阀（13）排出，循环冷却水（12）经过波纹板式换热器（11）和相变换热装置Ⅱ（14）两次加热温度可提升至40℃~60℃，并可以通过与相变换热装置Ⅱ（14）相连的电磁控制阀Ⅰ（15）和抽气泵（16）控制余热提级联合装置（5）中工作压力，进而控制相变换热装置Ⅰ（6）和相变换热装置Ⅱ（14）中水蒸汽温度，水蒸汽温度控制范围为：40℃~65℃，实现制冷机组余热提级热水利用。

Images