CN114909826A - 一种压缩式蒸汽机组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压缩式蒸汽机组，其特征在于，包括：冷凝器，具有热介质通道和第一制冷剂通道，热介质通道具有连接在热介质总进口上的第一热介质入口和连接在热介质总出口上的第一热介质出口，第一制冷剂通道具有第一制冷剂入口和第一制冷剂出口；压缩蒸发单元，包括多个压缩蒸发子单元，每个压缩蒸发子单元均包括蒸发器、压缩机以及第一节流装置，蒸发器具有冷介质通道和第三制冷剂通道，所有的冷介质通道串联后连接在冷介质总进口和冷介质总出口之间，所有的第三制冷剂通道并联后连接在第一制冷剂入口和第一制冷剂出口上。

Description

一种压缩式蒸汽机组
技术领域
本发明涉及热泵机组技术领域，具体涉及一种压缩式蒸汽机组。
背景技术
工业生产过程中存在大量乏汽余热、废水余热、高湿空气余热，随着为应对气候变暖而对锅炉使用的限制，在食品加工、塑料加工、化学工业、造纸工业、木材加工、合成橡胶、纺织工业及烟草行业等存在大量低品位余热场合，但是现有技术中几乎没有对这些低品位余热进行再利用，造成了大量的能源浪费，不符合节能减排的要求。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种压缩式蒸汽机组。
本发明提供了一种压缩式蒸汽机组，具有热介质总进口、热介质总出口、冷介质总进口以及冷介质总出口，其特征在于，包括：冷凝单元、回热换热单元以及压缩蒸发单元，冷凝单元具有冷凝器，该冷凝器具有热介质通道和第一制冷剂通道，热介质通道具有连接在热介质总进口上的第一热介质入口和连接在热介质总出口上的第一热介质出口，第一制冷剂通道具有第一制冷剂入口和第一制冷剂出口，压缩蒸发单元包括多个压缩蒸发子单元，每个压缩蒸发子单元均包括蒸发器、压缩机以及第一节流装置，蒸发器具有冷介质通道和第三制冷剂通道，所有的冷介质通道串联后连接在冷介质总进口和冷介质总出口之间，所有的第三制冷剂通道并联后连接在第一制冷剂入口和第一制冷剂出口上，回热换热单元包括回热换热器，该回热换热器具有第二热介质入口、第二热介质出口、第二制冷剂入口以及第二制冷剂出口，第二热介质入口与热介质总进口连接，第二热介质出口与第一热介质入口连接，第二制冷剂入口与第一制冷剂出口连接，其中，第三制冷剂通道具有第三制冷剂入口和第三制冷剂出口，压缩蒸发子单元的第三制冷剂出口与压缩机连接后连接在第一制冷剂入口上，压缩蒸发子单元的第三制冷剂入口与第一节流装置连接后连接在第二制冷剂出口上。
在本发明提供的压缩式蒸汽机组中，还可以具有这样的特征：其中，压缩蒸发子单元还包括油分离单元，油分离单元包括油分离器和润滑油回路，油分离器具有气体入口、气体出口和润滑油出口，气体入口与该压缩蒸发子单元的压缩机的排气口连通，气体出口与第一制冷剂入口连通，润滑油出口与润滑油回路的一端连通，润滑油回路的另一端与该压缩机连通。
在本发明提供的压缩式蒸汽机组中，还可以具有这样的特征：其中，油分离器中带有电加热器，电加热器加热排气至过热度至设定值T2，T2为5℃至15℃之间的任意一个值。
在本发明提供的压缩式蒸汽机组中，还可以具有这样的特征：其中，压缩蒸发子单元还包括经济器，且经济器为壳管式换热器、板式换热器或闪蒸罐中的任意一种。
在本发明提供的压缩式蒸汽机组中，还可以具有这样的特征：其中，经济器包括第一支路、第二支路以及第二节流装置，第一支路具有第一入口和第一出口，第一入口与第二制冷剂出口连接，第一出口与对应的节流装置连接后连接在第三制冷剂入口上，第二支路具有第二入口和第二出口，第二入口与第二节流装置连接后连接在第二制冷剂出口上，第二出口与对应的压缩机连接。
在本发明提供的压缩式蒸汽机组中，还可以具有这样的特征：其中，第一节流装置为电子膨胀阀、浮球阀、毛细管以及热力膨胀阀中的任意一种。
在本发明提供的压缩式蒸汽机组中，还可以具有这样的特征：其中，压缩机为开启式或半封闭式，且压缩机是螺杆压缩机离心压缩机、涡旋压缩机、活塞式压缩机中的任意一种或几种。
在本发明提供的压缩式蒸汽机组中，还可以具有这样的特征：其中，各个压缩蒸发子单元中的压缩机的数量为一台或多台。
在本发明提供的压缩式蒸汽机组中，还可以具有这样的特征：其中，冷凝单元还包括蒸汽压缩机，该蒸汽压缩机连接在热介质总出口和第一热介质出口之间。
在本发明提供的压缩式蒸汽机组中，还可以具有这样的特征：其中，第二热介质入口和第二热介质出口的连通管道上还设置有至少一个水旁路。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的压缩式蒸汽机组，热介质通过热介质通道与第一制冷剂通道中的制冷剂进行热交换，其中一部分热介质还通过回热换热器与制冷剂进行热交换，热介质直接冷却流过回热换热器的制冷剂液体，有效提高了制冷剂液体的过冷度，减少节流装置数量，简化压缩式蒸汽机组的连接管路，从而提高压缩式蒸汽机组运行效率。
多个压缩蒸发子单元的冷介质通道串联后连接在冷介质总进口和冷介质总出口之间，第三制冷剂通道并联后连接在第一制冷剂入口和第一制冷剂出口上，可以便于根据实际的需要设置压缩蒸发子单元的数目，并且便于对整个压缩式蒸汽机组增加或减少压缩蒸发子单元，安装和使用十分方便，实用性强。
附图说明
图1是本发明的实施例一中的压缩式蒸汽机组的连接及流程示意图；
图2是本发明的实施例二中的压缩式蒸汽机组的连接及流程示意图；
图3是本发明的实施例三中的压缩式蒸汽机组的连接及流程示意图；
图4是本发明的实施例四中的压缩式蒸汽机组的连接及流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明一种压缩式蒸汽机组作具体阐述。
<实施例一>
本实施例提供了一种压缩式蒸汽机组。
图1是本发明的实施例一中的压缩式蒸汽机组的连接及流程示意图。
如图1所示，压缩式蒸汽机组1000具有热介质总进口、热介质总出口、冷介质总进口以及冷介质总出口(图中未示出)。压缩式蒸汽机组1000还包括冷凝单元100、回热换热单元以及压缩蒸发单元300。
热介质总进口的热介质形态为水，热介质总出口的热介质形态为蒸汽，冷介质总进口和冷介质总出口之间流动的冷介质为水、乏汽或空气。
冷凝单元100包括一个冷凝器10，该冷凝器10具有热介质通道和第一制冷剂通道。热介质通道具有第一热介质出口11和第一热介质入口12。第一热介质出口11与热介质总进口连接并连通。第一制冷剂通道具有第一制冷剂入口13和第一制冷剂出口14。
回热换热单元包括一个回热换热器200。回热换热器200具有第二制冷剂出口201、第二制冷剂入口202、第二热介质入口203以及第二热介质出口204。第二制冷剂出口201和第二制冷剂入口202相连通成为一路，第二热介质入口203以及第二热介质出口204相连通成为另一路，两路用于彼此换热。第二热介质入口203与热介质总进口连接并连通。第二热介质出口204与第一热介质入口12连接并连通。第二制冷剂入口202与第一制冷剂出口14连接并连通。
压缩蒸发单元300包括多个压缩蒸发子单元。每个压缩蒸发子单元均包括蒸发器20、压缩机30以及节流装置40。
蒸发器20具有冷介质通道和第三制冷剂通道。
冷介质通道具有第一冷介质入口21和第一冷介质出口22。所有的蒸发器20的冷介质通道依次串联连接后一端连接在冷介质总进口上，另一端连接在冷介质总出口上。因此，从冷介质总进口流入的冷介质会依次流过各个冷介质通道后，从冷介质总出口流出，其中，流经各个冷介质通道时，具体地由其第一冷介质入口21进入并从其第一冷介质出口22流出。
第三制冷剂通道具有第三制冷剂出口23和第三制冷剂入口24。
压缩机30具有吸气口31和排气口32。吸气口31与对应的第三制冷剂出口23连接并连通，其中，“对应”是指属于同一个压缩蒸发子单元。排气口32与第一制冷剂入口13连接并连通。并且各个压缩蒸发子单元的压缩机30的排气口32的管路汇集成一路后再连接到第一制冷剂入口13上。
第三制冷剂入口24与对应的第一节流装置40连接后连接在第二制冷剂出口201上。并且各个压缩蒸发子单元的第三制冷剂入口24连接对应的第一节流装置40后的管路汇集成一路后再连接到第二制冷剂出口201上。第一节流装置40用于将制冷剂液体节流降压转化为气液两相制冷剂后，再使其进入对应的第三制冷剂入口24。
基于上述描述可知，各个压缩蒸发子单元的第三制冷剂通道是并联关系。
在本实施例中，冷凝器10和蒸发器20中的制冷剂为NH3、R718、HFC32、HCFC123、HFC134a、R290、HFC245fa、HFO514A、HFO1336mzz(Z)、HFO1234ze、HFO1234yf或HFO1234z中的任意一种。
压缩机30为单级压缩机或多级压缩机，压缩机30为半封闭压缩机或开启式压缩机，压缩机30的驱动方式为电力驱动、内燃气驱动或燃气轮机驱动。压缩机30是螺杆压缩机、离心压缩机、涡旋压缩机、活塞式压缩机中的一种或多种。并且每个压缩蒸发子单元中的压缩机30为1台压缩机或多台压缩机并联。
第一节流装置40为电子膨胀阀、浮球阀、毛细管、热力膨胀阀中的任意一种或几种。
本实施例提供的压缩式蒸汽机组1000的具体工作过程如下：
如图1所示，由热介质总进口进入的热介质先通过第二热介质入口203进入回热换热器200，换热后从第二热介质出口204流出，经第一热介质入口12进入热介质通道，然后从第一热介质出口11流向热介质总出口。
由冷介质总进口进入的冷介质依次流经各个冷介质通道后流向冷介质总出口。
各个压缩蒸发子单元由其第三制冷剂出口23流出的制冷剂由对应的压缩机30压缩处理后汇集成一路，然后经第一制冷剂入口13进入第一制冷剂通道，从而与热介质通道进行热交换后，从第一制冷剂出口14流出，由第二制冷剂入口202进入回热换热器200换热后，由第二制冷剂出口201流出，然后分成各支路分别流向各个压缩蒸发子单元，并流经压缩蒸发子单元的第一节流装置40后进入对应的第三制冷剂入口24，从而在第三制冷剂通道于对应的冷介质通道进行换热，换热后从其第三制冷剂出口23流出，从而形成一个制冷剂循环。
以上过程循环往复，能够实现回收冷介质余热将热介质加热升温。冷介质总进口的形态是乏汽、废水、空气中的一种，冷介质总出口的对应形态是凝结水、废水、空气中的一种。热介质总进口的热介质形态为水，热介质总出口的热介质形态为蒸汽。
实施例一的作用与效果
根据实施例一所涉及的压缩式蒸汽机组，热介质通过热介质通道与第一制冷剂通道中的制冷剂进行热交换，其中一部分热介质还通过回热换热器与制冷剂进行热交换，热介质直接冷却流过回热换热器的制冷剂液体，有效提高了制冷剂液体的过冷度，减少节流装置数量，简化压缩式蒸汽机组的连接管路，从而提高压缩式蒸汽机组运行效率。
此外，多个压缩蒸发子单元的冷介质通道串联后连接在冷介质总进口和冷介质总出口之间，第三制冷剂通道并联后连接在第一制冷剂入口和第一制冷剂出口上，可以便于根据实际的需要设置压缩蒸发子单元的数目，并且便于对整个压缩式蒸汽机组增加或减少压缩蒸发子单元，安装和使用十分方便，实用性强。
<实施例二>
本实施例提供了一种压缩式蒸汽机组，本实施例的压缩式蒸汽机组与实施例一中的压缩式蒸汽机组的区别在于，本实施例提供的压缩式蒸汽机组2000(见图2)的压缩蒸发子单元还包括油分离单元50，冷凝单元还包括蒸汽压缩机80，第二热介质入口203与第二热介质出口204的连通管道上还设置有至少一个水旁路A。该水旁路A可以为设置在连通管路上的水旁通口。通过水旁路A可以根据需要直接向外输出部分热水。
本实施例中的其他结构与实施例一相同，对于相同的结构给予相同的编号。
图2是本发明的实施例二中的压缩式蒸汽机组的连接及流程示意图。
如图2所示，油分离器单元50包括油分离器51和润滑油回路52。
油分离器51具有气体入口511、气体出口512以及润滑油出口513。气体入口511与该压缩蒸发子单元的压缩机30的排气口32连接并连通，气体出口512与第一制冷剂入口13连接并连通。油分离器51是离心式油分离器、洗涤式油分离器、填料式油分离器或过滤式油分离器中的任意一种。
油分离器51内安装有电加热器514，若排气过热度小于设定值T1，电加热器514启动加热使得排气过热度至设定值T2，T2为5℃至15℃之间的任意一个值，确保油分离器51内分离出的润滑油中不带有液体制冷剂。
润滑油回路52的一端与润滑油出口513连接并连通，另一端与对应的压缩机30连接。
蒸汽压缩机80具有蒸汽入口81和蒸汽出口82。蒸汽入口81与第一热介质出口11连接并连通，蒸汽出口82与热介质总出口连接并连通。
如图2所示，压缩机30排出的含有润滑油的制冷剂气体通过气体入口511进入油分离器51，分离润滑油后的制冷剂气体从气体出口512排出，分离出的润滑油通过润滑油回路52回到压缩机30。
实施例二的作用与效果
本实施例提供的压缩式蒸汽机组与实施例一提供的机组的相同结构也具有相同的作用与效果，在此不再赘述。
本实施例提供的机组具有油分离单元，能够分离制冷剂气体中的润滑油，并将润滑油回输至压缩机，供压缩机循环使用，降低成本，且延长压缩机使用寿命。
本实施例提供的机组具有蒸汽压缩机，能够机组输出的蒸汽压力。
<实施例三>
本实施例提供了一种压缩式蒸汽机组，该压缩式蒸汽机组与实施例一中的压缩式蒸汽机组1000的区别在于，本实施例中的压缩式蒸汽机组3000的压缩蒸发子单元还包括经济器60和第二节流装置70。经济器60为壳管式换热器、板式换热器或闪蒸罐中的一种。本实施例中的经济器60为壳管式换热器或板式换热器。本实施例中的其他结构与实施例一相同，对于相同的结构给予相同的编号。
图3是本发明的实施例三中的压缩式蒸汽机组的连接及流程示意图。
如图3所示，本实施例中的经济器60包括第一支路61和第二支路62。
第一支路61具有第一入口和第一出口。第一入口与第二制冷剂出口201连接，第一出口与对应的节流装置40(两者属于同一压缩蒸发子单元)连接后连接在对应的第三制冷剂入口24上.
第二支路62具有第二入口和第二出口。第二入口与对应的第二节流装置40连接后连接在第二制冷剂出口201上，第二出口与对应的压缩机30连接。
第二节流装置70设置在第二制冷剂出口201与第二入口之间。第二节流装置70为电子膨胀阀、浮球阀、毛细管、热力膨胀阀中的任意一种或几种。
本实施例提供的压缩式蒸汽机组3000的具体工作过程如下：
如图3所示，由热介质总进口进入的热介质先通过第二热介质入口203进入回热换热器200，换热后从第二热介质出口204流出，经第一热介质入口12进入热介质通道，然后从第一热介质出口11流向热介质总出口。
由冷介质总进口进入的冷介质依次流经各个冷介质通道后流向冷介质总出口。
各个压缩蒸发子单元由其第三制冷剂出口23流出的制冷剂由对应的压缩机30压缩处理后汇集成一路，然后经第一制冷剂入口13进入第一制冷剂通道，从而与热介质通道进行热交换后，从第一制冷剂出口14流出，由第二制冷剂入口202进入回热换热器200换热后，由第二制冷剂出口201流出，然后分成各支路分别流向各个压缩蒸发子单元，流向单个压缩蒸发子单元的制冷剂又分为两个分路，其中一个分路依次流经该压缩蒸发子单元的第一支路61、第一节流装置40后进入对应的第三制冷剂入口24，从而在第三制冷剂通道于对应的冷介质通道进行换热，换热后从其第三制冷剂出口23流出，另一个分路先进入第二支路62换热后，经第二节流装置70进入该压缩蒸发子单元的压缩机30，从而形成一个制冷剂循环。
,以上过程循环往复，能够实现回收冷介质余热将热介质加热升温。
实施例三的作用与效果
本实施例提供的压缩式蒸汽机组与实施例一提供的压缩式蒸汽机组的相同结构也具有相同的作用与效果，在此不再赘述。
本实施例提供的压缩式蒸汽机组具有经济器，能够通过对一部分制冷剂进行节流蒸发而对另一部分制冷剂进行二次降温，使能耗降低，节约能源，减少机组运行成本。
<实施例四>
本实施例提供了一种压缩式蒸汽机组，该压缩式蒸汽机组与实施例三中的压缩式蒸汽机组3000的区别在于，本实施例中的压缩式蒸汽机组4000(见图4)的冷凝单元100为带有油分离单元50的冷凝器10且，第二热介质出口204和第一热介质入口12之间还设置有水旁路B。油分离单元50包括油分离器51和润滑油回路52。水旁路B可以以三通接口的形式设置，从而根据需要可以将部分热介质从水旁路B处输出。
图4是本发明的实施例四中的压缩式蒸汽机组的连接及流程示意图。
如图4所示，本实施例中油分离单元50包括油分离器51和润滑油回路(图中未示出)。油分离器50内置于冷凝器310中。冷凝器310具有热介质通道和第一制冷剂通道。热介质通道具有第一热介质出口11和第一热介质入口12。第一热介质出口11与热介质总进口连接并连通，第一热介质入口12与第二热介质出口204连接并连通。第一制冷剂通道具有第一制冷剂入口13和第一制冷剂出口14，第一制冷剂出口14与第二制冷剂入口202连接。
油分离器51具有气体入口511、气体出口512以及润滑油出口(图中未示出)。气体入口511与所有的压缩机30的排气口32连接，气体出口512即为第一制冷剂入口13，在图4中表示同一位置，即，经过油分离后的制冷剂会进入第一制冷剂通道。油分离器51是离心式油分离器、洗涤式油分离器、填料式油分离器或过滤式油分离器中的任意一种。
油分离器51内安装有电加热器514，若排气过热度小于设定值T1，电加热器514启动加热使得排气过热度至设定值T1，T1为5℃至15℃之间的任意一个值，确保油分离器51内分离出的润滑油中不带有液体制冷剂。
润滑油回路52的一端与润滑油出口513连接，另一端与各压缩机30分别连接。即，经过油分离后的油会经润滑油回路52返回至各个压缩机30。
实施例四的作用与效果
本实施例提供的压缩式蒸汽机组与实施例三提供的压缩式蒸汽机组的相同结构也具有相同的作用与效果，在此不再赘述。
本实施例提供的压缩式蒸汽机组的油分离器内置于冷凝器，不仅能够分离制冷剂气体中的润滑油，并将润滑油回输至压缩机，供压缩机循环使用，降低成本，且延长压缩机使用寿命，还能够显著减少压缩式蒸汽机组占地面积、体积和制造成本。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
例如，本发明的实施例二和实施例四中包括油分离单元，且两个实施例中的油分离单元均不包括油冷却器，但是在实际应用中，油分离单元内还可以根据实际需要设置油冷却器，冷却流回压缩机的油。

Claims (10)

1.一种压缩式蒸汽机组，具有热介质总进口、热介质总出口、冷介质总进口以及冷介质总出口，其特征在于，包括：
冷凝单元、回热换热单元以及压缩蒸发单元，
所述冷凝单元具有冷凝器，该冷凝器具有热介质通道和第一制冷剂通道，所述热介质通道具有连接在所述热介质总进口上的第一热介质入口和连接在所述热介质总出口上的第一热介质出口，所述第一制冷剂通道具有第一制冷剂入口和第一制冷剂出口，
所述压缩蒸发单元包括多个压缩蒸发子单元，每个所述压缩蒸发子单元均包括蒸发器、压缩机以及第一节流装置，所述蒸发器具有冷介质通道和第三制冷剂通道，所有的所述冷介质通道串联后连接在所述冷介质总进口和所述冷介质总出口之间，所有的所述第三制冷剂通道并联后连接在所述第一制冷剂入口和所述第一制冷剂出口上，
所述回热换热单元包括回热换热器，该回热换热器具有第二热介质入口、第二热介质出口、第二制冷剂入口以及第二制冷剂出口，所述第二热介质入口与所述热介质总进口连接，所述第二热介质出口与所述第一热介质入口连接，所述第二制冷剂入口与所述第一制冷剂出口连接，
其中，所述第三制冷剂通道具有第三制冷剂入口和第三制冷剂出口，所述压缩蒸发子单元的所述第三制冷剂出口与所述压缩机连接后连接在所述第一制冷剂入口上，所述压缩蒸发子单元的所述第三制冷剂入口与所述第一节流装置连接后连接在所述第二制冷剂出口上。
2.根据权利要求1所述的压缩式蒸汽机组，其特征在于：
其中，所述压缩蒸发子单元还包括油分离单元，
所述油分离单元包括油分离器和润滑油回路，
所述油分离器具有气体入口、气体出口和润滑油出口，所述气体入口与该压缩蒸发子单元的所述压缩机的排气口连通，所述气体出口与所述第一制冷剂入口连通，所述润滑油出口与所述润滑油回路的一端连通，所述润滑油回路的另一端与该所述压缩机连通。
3.根据权利要求2所述的压缩式蒸汽机组，其特征在于：
其中，所述油分离器中带有电加热器，所述电加热器加热排气至过热度至设定值T2，T2为5℃至15℃之间的任意一个值。
4.根据权利要求1所述的压缩式蒸汽机组，其特征在于：
其中，所述压缩蒸发子单元还包括经济器，且所述经济器为壳管式换热器、板式换热器或闪蒸罐中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的压缩式蒸汽机组，其特征在于：
其中，所述经济器包括第一支路、第二支路以及第二节流装置，
所述第一支路具有第一入口和第一出口，所述第一入口与第二制冷剂出口连接，所述第一出口与对应的所述节流装置连接后连接在所述第三制冷剂入口上，
所述第二支路具有第二入口和第二出口，所述第二入口与所述第二节流装置连接后连接在所述第二制冷剂出口上，所述第二出口与对应的所述压缩机连接。
6.根据权利要求1所述的压缩式蒸汽机组，其特征在于：
其中，所述第一节流装置为电子膨胀阀、浮球阀、毛细管以及热力膨胀阀中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的压缩式蒸汽机组，其特征在于：
其中，所述压缩机为开启式或半封闭式，且所述压缩机是螺杆压缩机离心压缩机、涡旋压缩机、活塞式压缩机中的任意一种或几种。
8.根据权利要求1所述的压缩式蒸汽机组，其特征在于：
其中，各个所述压缩蒸发子单元中的所述压缩机的数量为一台或多台。
9.根据权利要求1所述的压缩式蒸汽机组，其特征在于：
其中，所述冷凝单元还包括蒸汽压缩机，该蒸汽压缩机连接在所述热介质总出口和所述第一热介质出口之间。
10.根据权利要求1所述的压缩式蒸汽机组，其特征在于：
其中，所述第二热介质入口和所述第二热介质出口的连通管道上还设置有至少一个水旁路。
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