CN110748937B - 压缩机双压力工况大温差取热电驱动热泵机组及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压缩机双压力工况大温差取热电驱动热泵机组及工作方法,它是在单个压缩机压缩机的排气口和进气口之间并联两路工作压力不同的蒸发器和冷凝器;其中一路为由高压级冷凝器、高压级膨胀阀和高压级蒸发器组成的高压组;另一路为由冷凝侧引射器、低压级蒸发器、低压级膨胀阀、低压级蒸发器、蒸发侧引射器组成的低压组。本发明机组采用单个压缩机带动双级蒸发器和双级冷凝器的结构形式,机组COP取决于高压级的蒸发压力和冷凝压力,压差较小,压缩机做功少,即消耗的少,所以本发明的能效较常规机组将有较大提高。
Description
技术领域
本发明涉及大温差集中供热领域,尤其涉及利用电驱动热泵取热的大温差集中供热技术领域。
背景技术
现有利用电厂余热的大温差集中供热系统,大多采用在热电厂换热首站和二级换热站设置吸收式热泵机组,以达到降低一级网回水温度并有利于利用电厂循环冷却水余热的目的。这种系统在技术上存在以下几方面的缺陷:①一级网回水温度较高,不能直接利用常规板式换热设备吸收循环冷却水中的热量。理论分析和工程实践均证明,在一级网供水温度为100℃左右时,要满足二级网70℃/50℃的水温要求,一级网回水将大于40℃;若一网回水温度降低至20℃,则二级网供回水温度则只能达到45℃/38℃左右,将不能满足正常供热要求。②一级管网回水回到换热首站,通过多级吸收式热泵从循环冷却水中分级取热,消耗大量较高品位的蒸汽,从而降低了发电效率。③吸收式热泵机组投资成本高,机组性能不稳定,设备体型大,在二级换热站中安装困难等。
为了解决一次热媒回水温度较高及吸收式热泵寿命低、成本高、性能不稳定等问题,申请人曾经申请了专利“一种利用电厂余热的大温差集中供热系统”(专利号ZL201821125512.0),提出在二级换热站中以电动热泵替代吸收式热泵的技术方案。在该技术方案中,考虑到单级常规电驱动热泵在大温差取热过程中能效系数较小的问题,提出了采用蒸发、冷凝压力均不相同的两级电驱动热泵串联取热的技术措施,以提高大温差取热热泵机组的整体能效。但两级热泵串联,一方面会使系统复杂,投资增加,占用较多的机房面积,另一方面,当想要达到我们想要的温度时,由于系统复杂需要分别对两组系统进行调节,从而降低两级热泵机组优化调节的灵活性。
发明内容
为克服大温差供热系统中两级电驱动热泵串联系统复杂、投资大,占用面积大,以及系统调节不灵活的技术缺陷,本发明提出了以“单压缩机配置两级蒸发、冷凝设备”的“大温差取热电驱动热泵机组”替代“两级串联热泵机组”的技术方案。
为达到上述目的,本发明采取的技术方案是:
一种压缩机双压力工况大温差取热电驱动热泵机组,其特征在于,它采用单个压缩机,在压缩机的排气口和进气口之间并联两路工作压力不同的蒸发器和冷凝器;其中一路为由高压级冷凝器、高压级膨胀阀和高压级蒸发器组成的高压组;另一路为由冷凝侧引射器、低压级冷凝器、低压级膨胀阀、低压级蒸发器、蒸发侧引射器组成的低压组;其中:
高压组的连接关系是:压缩机的排气口与高压级冷凝器的进口连接,高压级冷凝器的出口经高压级膨胀阀与高压级蒸发器进口相连,高压级蒸发器出口与压缩机的进气口相连;
低压组的连接关系是:压缩机的排气口与冷凝侧引射器喷管入口相连,冷凝侧引射器的被引射气体入口与低压级蒸发器气相出口相连,冷凝侧引射器的扩压管出口与低压级冷凝器进口相连,低压级冷凝器出口经低压级膨胀阀与低压级蒸发器进口相连,低压级蒸发器出口与蒸发侧引射器的被引射气体入口相连,蒸发侧引射器的喷管入口与压缩机排气口相连,蒸发侧引射器的扩压管出口与压缩机进气口相连。
本发明大温差取热电驱动热泵机组的工作方法是:
从压缩机排气口引出来的冷剂蒸汽分为两路,形成高压侧、低压侧制冷循环;其中:
在高压侧制冷循环中,从压缩机排出的冷剂蒸汽直接进入高压级冷凝器,在高压级冷凝器中,制冷剂蒸汽放热冷凝变为具有一定过冷度的液态冷剂;再经高压级膨胀阀节流降温后,变成低温低压的液态冷剂;低温低压的液态冷剂进入高压级蒸发器吸热后变成低温低压的冷剂气体,然后被吸入压缩机再次压缩。
在低压侧制冷循环中,从压缩机排气口排出的冷剂蒸汽作为工作流体分为两路。一路进入冷凝侧引射器,一路进入蒸发侧引射器;进入冷凝侧引射器5的高压冷剂蒸汽引射低压级蒸发器出来的少量低压冷剂蒸汽混合降温降压后进入低压级冷凝器,在低压级冷凝器中放热冷凝变为具有一定过冷度的液态冷剂;再经低压级膨胀阀节流降温后,变成低温低压的液态冷剂;低温低压的液态冷剂进入低压级蒸发器吸热后变成低温低压的冷剂气体,从低压级蒸发器出来的冷剂气体分别作为冷凝侧引射器和蒸发侧引射器的引射气体;来自于压缩机排气口的少量高压冷剂蒸汽进入蒸发侧引射器,同时引射低压级蒸发器出来的冷剂气体升压至与高压级蒸发器的蒸发压力一致后,两路低温低压气态冷剂汇合为一路,一同被吸入压缩机被再次压缩。
本发明大温差取热电驱动热泵机组在集中供热系统中的工作方法是:从用户流入热泵机组的二次热媒先流经低压级冷凝器进行吸热后,再进入高压级冷凝器吸热升温到一定温度后供出。从用户流入热泵机组的一次热媒先流经高压级蒸发器进行放热后,再进入高压级蒸发器放热降温到一定温度后回到换热首站。
本发明高压级冷凝器或低压级冷凝器的冷凝温度由通过该冷凝器的二次热媒的出口温度所确定;高压级蒸发器或低压级蒸发器的蒸发温度由通过该蒸发器的一次热媒的出口温度确定。两级冷凝器之间的二次热媒中间温度和两级蒸发器之间的一次热媒的中间温度,可根据能量守恒和整体效率最优的原则确定。
本发明的优点是:
(1)本发明机组采用单个压缩机带动双级蒸发器和双级冷凝器的结构形式,机组COP取决于高压级的蒸发压力和冷凝压力,压差较小;而常规机组COP取决于低压级的蒸发压力和高压级的冷凝压力,压差较大。换句话说,实现同样的热量,本发明压缩机的做功少,即消耗的少,所以本发明的能效较常规机组将有较大提高。
(2)本发明机组是一个压缩机带两组蒸发器和冷凝器,与工作于不同蒸发冷凝温度区间的两级串联热泵系统相比,本发明的机组系统组成简化,设备投资减少,
(3)由于本发明可根据能量守恒和整体效率最优的原则,确定两级冷凝器之间的二次热媒中间温度和两级蒸发器之间的一次热媒的中间温度,确定了这个中间温度,那么通过调节阀可以控制流量,流量得到控制进而中间温度即可稳定在我们想要的值,实现工况调节的灵活性。
(4)本发明可通过引射器进口管路的阀门调节阀对冷剂流量进行调节,使得低压侧冷凝器的进口压力有所降低,低压侧蒸发器出口压力有所升高,进而提高热泵机组的总体效率。
(5)本发明在二级换热站内采用大温差取热电驱动热泵机组,这样从用户流入热泵机组的一次热媒先流经高压级蒸发器进行放热后,再进入低压级蒸发器放热降温到一定温度后回到换热首站。经过两次放热降温,可以大幅降低一次供热管网的回水温度,从而大幅度提高一次管网的供回水温差,增大了管网的热力输送能力。由于一次热媒回水温度大幅度降低,可以利用常规换热设备充分吸收电厂循环水余热,从而提高电厂一次能源的利用效率,有利于电厂余热的高效充分利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明大温差取热电驱动热泵机组工作原理图
图中:1-压缩机、2-高压级冷凝器、3-高压级膨胀阀、4-高压级蒸发器、5-冷凝侧引射器、6-低压级冷凝器、7-低压级膨胀阀、8-低压级蒸发器、9-蒸发侧引射器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示,本发明大温差取热电驱动热泵机组,仅仅采用一个压缩机,从图中可以看出,在压缩机1的排气口和进气口之间连接两路压力不同的蒸发器和冷凝器;其中一路为由高压级冷凝器2、高压级膨胀阀3、高压级蒸发器4以及阀件和管道组成的高压组;另一路为由冷凝侧引射器5、低压级冷凝器6、低压级膨胀阀7、低压级蒸发器8、蒸发侧引射器9以及阀件和管道组成的低压组;其中:
高压组的连接关系是:压缩机1的排气口与高压级冷凝器2的进口连接,高压级冷凝器2的出口经高压级膨胀阀3与高压级蒸发器4进口相连,高压级蒸发器4出口与压缩机1的进气口相连;
低压组的连接关系是:压缩机1的排气口与冷凝侧引射器5喷管入口相连,冷凝侧引射器5的被引射气体入口与低压级蒸发器8气相出口相连,冷凝侧引射器5的扩压管出口与低压级冷凝器6进口相连,低压级冷凝器6出口经低压级膨胀阀7与低压级蒸发器8进口相连,低压级蒸发器8出口与蒸发侧引射器9的被引射气体入口相连,蒸发侧引射器9的喷管入口与压缩机1排气口相连,蒸发侧引射器9的扩压管出口与压缩机1进气口相连。
本发明大温差取热电驱动热泵机组的工作方法是:
从压缩机1排气口通过调节阀引出来的冷剂蒸汽分为两路,分别形成高压侧和低压侧制冷循环。在高压侧制冷循环中,从压缩机1排出的冷剂蒸汽直接进入高压级冷凝器2,在高压级冷凝器2中,制冷剂蒸汽放热冷凝变为具有一定过冷度的液态冷剂;再经高压级膨胀阀3节流降温后,变成低温低压的液态冷剂;低温低压的液态冷剂进入高压级蒸发器4吸热后变成低温低压的冷剂气体,然后被吸入压缩机1再次压缩。
在低压侧制冷循环中,从压缩机1排气口排出的冷剂蒸汽作为工作流体分为两路。一路进入冷凝侧引射器5,一路进入蒸发侧引射器9;进入冷凝侧引射器5的冷剂蒸汽引射低压级蒸发器8出来的冷剂蒸汽混合降温降压后进入低压级冷凝器6,在低压级冷凝器6中放热冷凝变为具有一定过冷度的液态冷剂;再经低压级膨胀阀7节流降温后,变成低温低压的液态冷剂;低温低压的液态冷剂进入低压级蒸发器8吸热后变成低温低压的冷剂气体,从低压级蒸发器8出来的冷剂气体分别作为冷凝侧引射器5和蒸发侧引射器9的引射气体;来自于压缩机排气口的冷剂蒸汽进入蒸发侧引射器9,同时引射低压级蒸发器8出来的冷剂气体后升压至与高压级蒸发器4的蒸发压力一致后,两路低温低压气态冷剂汇合为一路,一同被吸入压缩机1被再次压缩。
本发明大温差取热电驱动热泵机组在集中供热系统中的工作方法是:
经过两级板换放热后的一次热媒,首先进入高压级蒸发器4放热降温,然后进入低压级蒸发器8进一步放热降温后返回换热首站。两级蒸发器之间的一次热媒温度,根据能量守恒和整体效率最优的原则确定。
若返回二级换热站的二次热媒,首先进入低压级冷凝器6吸热升温,然后进入高压级冷凝器2进一步吸热升温后,再进入两级板换进一步吸热升温供出。两级冷凝器之间的二次热媒温度,也应根据能量守恒和整体效率最优的原则确定。
本发明机组用的引射器是设备的关键部件,其设计方法为:
冷凝侧引射器5工作流体的进口压力根据压缩机高压出口压力确定;被引射流体的进口压力根据低压级蒸发器的蒸发温度确定;混合流体的出口压力由低压级冷凝器6的冷凝温度确定,可由调节阀对低压流体进行流量调节得到。
蒸发侧引射器9工作流体的进口压力由压缩机1高压出口压力确定;被引射流体的进口压力由低压级蒸发器8的蒸发温度确定;混合流体的出口压力由高压级蒸发器4的蒸发温度确定,可由调节阀对高压流体进行流量调节得到。
比较引射器的喷管外界背压与喷管进口状态所对应的临界压力,即可对引射器的喷管进行选型。
下面根据一个实例说明设计方法。
比如,根据现有技术,如果本发明机组采用R22为工作流体,则进入引射器的工作流体温度为高压级冷凝器的冷凝温度65℃,查对应压焓图即可得到压力为2.75MPa;被引射流体的温度为低压级蒸发器0℃,对应压力为0.5MPa;冷凝侧引射器出口的混合流体温度为低压级冷凝器的冷凝温度55℃,对应压力为2.25MPa。
选取pp=2.25MPa,pH=0.5MPa,pC=1.48MPa作为气体引射器的设计工况。在计算状态下,气体引射器工作喷嘴中的工作蒸汽由喷嘴前的压力PP膨胀到接受室中的压力PH。在设计工况下,气体引射器实现了较大的膨胀比即压力比Pp>PC,由于外界背压大于临界压力,则喷管内气体流速始终处于亚音速区域,气体比体积相对变化率小于流速相对变化率,要求喷管截面逐渐缩小,故此时选择减缩喷管。
以上所述,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,可轻易想到的变化和替换,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 (3)
1.一种压缩机双压力工况大温差取热电驱动热泵机组,其特征在于,它采用单个压缩机,在压缩机的排气口和进气口之间并联两路工作压力不同的蒸发器和冷凝器;其中一路为由高压级冷凝器、高压级膨胀阀和高压级蒸发器组成的高压组;另一路为由冷凝侧引射器、低压级冷凝器、低压级膨胀阀、低压级蒸发器、蒸发侧引射器组成的低压组;其中:
高压组的连接关系是:压缩机的排气口与高压级冷凝器的进口连接,高压级冷凝器的出口经高压级膨胀阀与高压级蒸发器进口相连,高压级蒸发器出口与压缩机的进气口相连;
低压组的连接关系是:压缩机的排气口与冷凝侧引射器喷管入口相连,冷凝侧引射器的被引射气体入口与低压级蒸发器气相出口相连,冷凝侧引射器的扩压管出口与低压级冷凝器进口相连,低压级冷凝器出口经低压级膨胀阀与低压级蒸发器进口相连,低压级蒸发器出口与蒸发侧引射器的被引射气体入口相连,蒸发侧引射器的喷管入口与压缩机排气口相连,蒸发侧引射器的扩压管出口与压缩机进气口相连。
2.一种如权利要求1所述的压缩机双压力工况大温差取热电驱动热泵机组的工作方法,其特征在于,从压缩机排气口引出来的冷剂蒸汽分为两路,形成高压侧、低压侧制冷循环;其中:
在高压侧制冷循环中,从压缩机排出的冷剂蒸汽直接进入高压级冷凝器,在高压级冷凝器中,制冷剂蒸汽放热冷凝变为具有一定过冷度的液态冷剂;再经高压级膨胀阀节流降温后,变成低温低压的液态冷剂;低温低压的液态冷剂进入高压级蒸发器吸热后变成低温低压的冷剂气体,然后被吸入压缩机再次压缩;
在低压侧制冷循环中,从压缩机排气口排出的冷剂蒸汽作为工作流体分为两路,一路进入冷凝侧引射器,一路进入蒸发侧引射器;进入冷凝侧引射器的高压冷剂蒸汽引射低压级蒸发器出来的少量低压冷剂蒸汽混合降温降压后进入低压级冷凝器,在低压级冷凝器中放热冷凝变为具有一定过冷度的液态冷剂;再经低压级膨胀阀节流降温后,变成低温低压的液态冷剂;低温低压的液态冷剂进入低压级蒸发器吸热后变成低温低压的冷剂气体,从低压级蒸发器出来的冷剂气体分别作为冷凝侧引射器和蒸发侧引射器的引射气体;来自于压缩机排气口的少量高压冷剂蒸汽进入蒸发侧引射器,同时引射低压级蒸发器出来的冷剂气体升压至与高压级蒸发器的蒸发压力一致后,两路低温低压气态冷剂汇合为一路,一同被吸入压缩机被再次压缩。
3.如权利要求2所述的压缩机双压力工况大温差取热电驱动热泵机组的工作方法,其特征在于,高压级冷凝器或低压级冷凝器的冷凝温度由通过该冷凝器的二次热媒的出口温度所确定;高压级蒸发器或低压级蒸发器的蒸发温度由通过该蒸发器的一次热媒的出口温度确定;两级冷凝器之间的二次热媒中间温度和两级蒸发器之间的一次热媒的中间温度,根据能量守恒和整体效率最优的原则确定。
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Legal Events
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---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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