CN206890490U - 梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉 - Google Patents
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Abstract
一种梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉：是热泵行业与蒸汽锅炉行业的跨界产品；通过凝水、油冷、套缸、过冷等回热器梯级回收凝水、油冷、套缸、过冷等显热；利用虹吸循环驱动热泵工质吸热，以逆流方式提取凝汽源放热实现升膜蒸发，提升热泵蒸发压力；利用虹吸循环驱动软化补水吸热，以逆流方式提取热泵工质冷凝放热实现升膜蒸发，提升热泵锅炉蒸发压力；利用逆流分段方式冷凝放热，以降低热泵冷凝压力；提高能效、降低投资。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种回收凝汽、废蒸汽、乏蒸汽等凝结潜热，同时还梯级回收凝水显热、油冷显热、套缸显热、过冷显热，并利用热泵冷凝器直接产生水蒸汽的梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉。
(二)背景技术
(1)目前的水源热泵只能从热源侧的水源中提取热量，并向使用侧的循环水释放热量。
(2)而在众多工业行业的工艺流程中，经常伴生有大量凝汽、废蒸汽、乏蒸汽、二次蒸汽等，如何高效利用热泵的蒸发器直接回收其凝结潜热，是一项重要课题。
(3)同时如何有效利用热泵的冷凝器直接产生水蒸汽，而无需通过循环水泵与汽包的辅助，又成为另一项重要课题。
(4)而当热泵压缩比较大时，就需通过过冷器来大幅提高凝汽源热泵的能效比；
(5)而当热泵压缩机的排气温度较高时，就需通过油冷却器来回收压缩机排气显热，以进一步提高凝汽源热泵的能效比；
(6)因此发明一种热泵，既可从热源侧的凝汽中直接提取热量，又可在使用侧直接产生水蒸汽，同时还能梯级回收凝水显热、油冷显热、套缸显热、过冷显热，就成为市场迫切期待的创新产品。
综上所述，市场期待着一种梯级回热型凝汽源热泵泵行业和余热蒸汽锅炉行业的跨界产品。
(三)发明内容
本发明目的是：系统集成管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器、管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器、压缩机、梯级回热器，是凝汽源热泵行业与余热蒸汽锅炉行业的跨界产品；凝水回热器、油冷却器、套缸回热器、过冷器等，梯级回收凝水显热、油冷显热、套缸显热、过冷显热；利用虹吸循环驱动热泵工质，以逆流方式提取凝汽源放热实现升膜蒸发，大幅提升热泵蒸发压力；利用虹吸循环驱动软化补水，以逆流方式提取热泵工质冷凝放热实现升膜蒸发，大幅提升热泵锅炉蒸发压力；利用逆流分段方式冷凝放热，以大幅降低热泵冷凝压力；大幅降低压缩机的压差、排量、投资、电耗，从而实现梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉。
按照附图1所示的梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉，其由1- 管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器；1-1-凝汽进口；1-2-分离腔；1-3- 圆环分布垂直虹吸取热管簇；1-4-分流腔；1-5-凝水出口；1-6-液态热泵工质进口；1-7-气态热泵工质出口；1-8-吸油口；1-9-引射器； 1-10-两通阀；1-11-不凝气分离器；1-12-圆柱空间虹吸下降通道； 1-13-凝水泵；1-14-凝水回热器；2-凝汽；3-液位开关；4-膨胀阀； 4-1-干燥过滤器；5-压缩机；5-1-回油口；5-2-驱动设备；5-3-套缸回热器；5-4-油分离器；5-5-油过滤器；5-6-流量开关；5-7-电磁阀； 5-8-油冷却器；5-9-手动球阀；5-10-过冷器；6-管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器；6-1-软化补水进口；6-2-分离腔；6-3-圆环分布垂直虹吸放热管簇；6-4-分流腔；6-5-水蒸汽出口；6-6-气态热泵工质进口；6-7-液态热泵工质出口；6-8-出气口；6-9-圆柱空间虹吸下降通道；7-热泵工质；8-软化补水；9-软化补水流量调节阀；10- 水蒸汽压缩机；11-高压水蒸汽；12-压力开关；13-温度开关；14-真空泵；15-流量调节阀组成，其特征在于：
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程顶部气态热泵工质出口 1-7通过管道连接压缩机5、油分离器5-4、管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6壳程、干燥过滤器4-1、过冷器5-10过冷侧、膨胀阀4、管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程底部液态热泵工质进口1-6，组成热泵循环回路；
油分离器5-4底部出油口通过管道连接手动球阀5-9、油冷却器 5-8润滑油侧、油过滤器5-5、流量开关5-6、电磁阀5-7、手动球阀 5-9、压缩机5回油口，组成油冷回热回路；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程的顶部凝汽进口1-1、中部圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3外侧、底部凝水出口1-5、不凝气分离器1-11、凝水泵1-13、凝水回热器1-14凝水侧，组成凝汽放热凝水回热回路；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程的底部液态热泵工质进口1-6、底部分流腔1-4、中部圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3内侧、顶部分离腔1-2、顶部气态热泵工质出口1-7，组成热泵工质的管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发回路，其中圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3 为圆环分布、垂直设置的管簇，中央设置一个圆柱空间虹吸下降通道 1-12，而管簇内壁的多个圆柱空间设为虹吸上升通道，虹吸下降通道与虹吸上升通道的流通面积大致相等；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1的外壳为垂直设置的圆柱面；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程上部内壁设置液位开关 3，依据热泵工质液位信号闭环控制膨胀阀4的开度，而膨胀阀4的出口通过管道连接管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程底部液态热泵工质进口1-6，组成热泵工质膨胀回路；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6壳程的顶部气态热泵工质进口6-6、中部圆环分布垂直虹吸放热管簇6-3外侧、底部液态热泵工质出口6-7，组成热泵工质的逆流放热回路；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程的底部软化补水进口6-1、底部分流腔6-4、中部圆环分布垂直虹吸放热管簇6-3内侧、顶部分离腔6-2、顶部水蒸汽出口6-5，组成软化补水的管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发回路，其中圆环分布垂直虹吸加热管簇6-3为圆环分布、垂直设置的管簇，中央设置一个圆柱空间虹吸下降通道6-9，而管簇内壁的多个圆柱空间设为虹吸上升通道，虹吸下降通道与虹吸上升通道的流通面积大致相等；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6的外壳为垂直设置的圆柱面；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程上部内壁设置液位开关3，依据软化补水8的水位信号闭环控制软化补水流量调节阀 9的开度，而软化补水流量调节阀9的出口通过管道连接管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程底部软化补水进口6-1，以补充软化补水8，组成软化补水流量调节回路；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程顶部水蒸汽出口6-5通过管道连接水蒸汽压缩机10，组成水蒸汽压缩回路；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程顶部分离腔6-2内壁设置压力开关12和温度开关13各一只；
真空泵14的进气口连接管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程底部凝水出口1-5所连接的不凝气分离器1-11出气口，组成不凝气排出回路；
软化补水8通过管道连接凝水回热器1-14软化水侧、分流三通、油冷却器5-8软化水侧、套缸回热器5-3软化水侧、过冷器5-10软化水侧、汇流三通、软化补水流量调节阀9的进口，组成软化补水梯级回热回路；
软化补水8通过管道连接分流三通、流量调节阀15、汇流三通，组成软化补水流量调节回路。
水蒸汽压缩机10为热力压缩式汽汽引射器，高压水蒸汽11流经其进汽口并由喷嘴高速喷出，所形成的负压通过其引射口引射管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程顶部产生的水蒸汽，并混合、扩压成为中压、中温水蒸汽，经其出汽口流出。
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程上部吸油口1-8通过管道和两通阀1-10连接引射器1-9的低压引射口，管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6壳程上部出气口6-8通过管道和两通阀1-10 连接引射器1-9的高压进气口，压缩机5吸气管的回油口5-1通过管道和两通阀1-10连接引射器1-9的中压出气口，组成管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1的回油回路。
凝汽2是废蒸汽，或是乏蒸汽。
驱动设备5-2是电动机，或是燃气驱动内燃发动机，或是汽油驱动内燃发动机，或是柴油驱动内燃发动机，或是煤油驱动内燃发动机，或是斯特林外燃发动机，或是燃气驱动燃气轮发动机，或是煤气驱动燃气轮发动机。
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程上部内壁设置液位开关3，依据软化补水8的水位信号闭环控制软化补水流量调节阀 9的开度，而软化补水流量调节阀9的进口通过管道连接驱动设备5-2 的套缸回热器5-3出口，其出口则通过管道连接管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程底部软化补水进口6-1，组成软化补水回热及流量调节回路。
本发明的工作原理结合附图1说明如下：
1、凝汽凝结放热：凝汽2通过顶部凝汽进口1-1，引入管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程中，在中部圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3外侧凝结放热以提供热泵热源，而凝结淡水则由凝水出口1-5 排出。
2、热泵工质逆流取热升膜蒸发：管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程上部内壁设置的液位开关3，依据热泵工质液位信号闭环控制膨胀阀4的开度，以使低压两相热泵工质7从下至上流经管程底部液态热泵工质进口1-6、底部分流腔1-4、中部圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3内侧、顶部分离腔1-2、顶部气态热泵工质出口1-7，其中的热泵工质7在液态热泵工质进口1-6处受管道外压作用而直接流至分流腔1-4、圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3内侧，然后以逆流方式提取凝汽源放热而升膜蒸发、比重减小，而在中央圆柱空间虹吸下降通道1-12 中，由于热泵工质7的温度较低、比重较大，因此受重力作用下沉，从而形成驱动强化传热的虹吸循环。
3、热泵循环：管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程顶部低压过热气态热泵工质7被燃气内燃发动机5-2驱动的压缩机5压缩成为高压过热气态热泵工质7，经油分离器5-4的油分离之后，再送入管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6的壳程冷凝成为高压过冷液态热泵工质7，流经液态热泵工质出口6-7、干燥过滤器4-1、过冷器 5-10过冷侧，再经膨胀阀4节流而成为低压两相热泵工质7，重新流入管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程，回收凝汽2的凝结潜热后，蒸发成为低压过热气态热泵工质7，以完成凝汽源热泵循环；同时把冷凝热量释放给管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程的软化补水8。
4、热泵工质冷凝放热：高压过热气态热泵工质7从上至下流经管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6壳程顶部的气态热泵工质进口6-6、中部圆环分布垂直虹吸放热管簇6-3外侧、底部液态热泵工质出口6-7，然后以逆流方式分段释放其过热显热、冷凝潜热、过冷显热，而冷凝成为高压过冷液态热泵工质7。
5、凝水放热：凝汽源放热后产生的凝水，流经凝水出口1-5、不凝气分离器1-11、凝水泵1-13、凝水回热器1-14凝水侧，以释放其显热后降温。
6、油冷放热：经油分离器5-4分离出的压缩机高温润滑油，依据压差流经其底部出油口、手动球阀5-9、油冷却器5-8、油过滤器5-5、流量开关5-6、电磁阀5-7、手动球阀5-9、压缩机5回油口，以释放其显热后降温。
7、套缸放热：发动机5-2的套缸循环冷却水及烟气循环冷却水流经套缸回热器5-3，以释放其显热后降温。
8、过冷放热：冷凝成为高压过冷的液态热泵工质7，流经液态热泵工质出口6-7、干燥过滤器4-1、过冷器5-10过冷侧，以释放其显热后降温。
9、梯级回热：软化补水8流经凝水回热器1-14软化水侧、分流三通、油冷却器5-8软化水侧、套缸回热器5-3软化水侧、过冷器5-10 软化水侧、汇流三通，以梯级回收凝水显热、油冷显热、套缸显热、过冷显热，而充分预热软化补水至其蒸发温度。
10、软化补水逆流取热升膜蒸发：管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程上部内壁设置的液位开关3，依据软化补水8的水位信号闭环控制软化补水流量调节阀9的开度，使得软化补水8从下至上流经软化补水进口6-1、底部分流腔6-4、中部圆环分布垂直虹吸放热管簇6-3内侧，然后以逆流方式提取热泵工质7的冷凝放热而升膜蒸发、比重减小，而在中央圆柱空间虹吸下降通道6-9中，由于软化补水的温度较低、比重较大，因此受重力作用下沉，从而形成驱动强化传热的虹吸循环；而产生的水蒸汽经顶部分离腔6-2的分离后，再由顶部水蒸汽出口6-5排出。
11、水蒸汽输出：1份高压、高温水蒸汽11通过管道流经热力压缩式汽汽引射器10的进汽口，并由其喷嘴高速喷出，所形成的负压通过其引射口和管道引射管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6 管程顶部水蒸汽出口6-5的n份水蒸汽，并混合、扩压成为n+1份中压、中温水蒸汽，经其出汽口输出，并由顶部分离腔6-2内壁设置的压力开关12和温度开关13共同控制热力压缩式汽汽引射器10的水蒸汽流量。
12、压缩机回油：管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6 壳程上部出气口6-8的高压气态热泵工质7通过管道、两通阀1-10流经引射器1-9的高压进气口，并由其喷嘴高速喷出，所形成的负压通过其低压引射口、管道、两通阀1-10、管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程上部的吸油口1-8而引射润滑油，并混合、扩压成为中压流体，再经其中压出气口、管道、两通阀1-10，送回压缩机5的吸气管回油口5-1。
13、排出不凝气：开启真空泵14，以从不凝气分离器1-11抽出凝水中的不凝气体，并排放环境。
因此与现有水源热泵和余热锅炉相比较，本发明特点如下：
(1)系统集成管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器、管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器、压缩机、梯级回热器，是热泵行业与蒸汽锅炉行业的跨界产品；
(2)通过凝水、油冷、套缸、过冷等回热器，梯级回收凝水、油冷、套缸、过冷等显热；
(3)利用虹吸循环驱动热泵工质吸热，以逆流方式提取凝汽源放热实现升膜蒸发，大幅提升热泵蒸发压力；
(4)利用虹吸循环驱动软化补水吸热，以逆流方式提取热泵工质冷凝放热实现升膜蒸发，大幅提升热泵锅炉蒸发压力；
(5)利用逆流分段方式冷凝放热，以大幅降低热泵冷凝压力；
(6)大幅降低压缩机的压差、排量、投资、电耗，从而实现梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉。
因此与现有水源热泵和余热锅炉相比较，本发明技术优势如下：系统集成管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器、管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器、压缩机、梯级回热器，是热泵行业与蒸汽锅炉行业的跨界产品；通过凝水、油冷、套缸、过冷等回热器，梯级回收凝水、油冷、套缸、过冷等显热；利用虹吸循环驱动热泵工质吸热，以逆流方式提取凝汽源放热实现升膜蒸发，大幅提升热泵蒸发压力；利用虹吸循环驱动软化补水吸热，以逆流方式提取热泵工质冷凝放热实现升膜蒸发，大幅提升热泵锅炉蒸发压力；利用逆流分段方式冷凝放热，以大幅降低热泵冷凝压力；大幅降低压缩机的压差、排量、投资、电耗，从而实现梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉。
(四)附图说明
附图1为本发明机械压缩输出蒸汽的系统流程图。
附图2为本发明热力压缩输出蒸汽的系统流程图。
附图3为本发明管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1的横截面图。
附图4为本发明管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6的横截面图。
如附图1所示，其中：1-管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器；1-1- 凝汽进口；1-2-分离腔；1-3-圆环分布垂直虹吸取热管簇；1-4-分流腔；1-5-凝水出口；1-6-液态热泵工质进口；1-7-气态热泵工质出口； 1-8-吸油口；1-9-引射器；1-10-两通阀；1-11-不凝气分离器；1-12- 圆柱空间虹吸下降通道；1-13-凝水泵；1-14-凝水回热器；2-凝汽； 3-液位开关；4-膨胀阀；4-1-干燥过滤器；5-压缩机；5-1-回油口； 5-2-驱动设备；5-3-套缸回热器；5-4-油分离器；5-5-油过滤器；5-6- 流量开关；5-7-电磁阀；5-8-油冷却器；5-9-手动球阀；5-10-过冷器； 6-管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器；6-1-软化补水进口； 6-2-分离腔；6-3-圆环分布垂直虹吸放热管簇；6-4-分流腔；6-5-水蒸汽出口；6-6-气态热泵工质进口；6-7-液态热泵工质出口；6-8-出气口；6-9-圆柱空间虹吸下降通道；7-热泵工质；8-软化补水；9-软化补水流量调节阀；10-水蒸汽压缩机；11-高压水蒸汽；12-压力开关； 13-温度开关；14-真空泵；15-流量调节阀。
(五)具体实施方式
本发明提出的梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉实施例如附图 1所示，现说明如下：其由蒸发取热量4050kW、垂直设置、碳钢制造的管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1；直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢管凝汽进口1-1；直径1200mm/高度250mm的圆柱形分离腔1-2；外包直径1200mm/高度2000mm/管径19mm的圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3；直径1200mm/高度250mm的圆柱形分流腔1-4；直径40mm/壁厚1.5mm/长度60mm的不锈钢管凝水出口1-5；直径60mm/壁厚1.5mm/ 长度60mm的紫铜管液态热泵工质进口1-6；直径120mm/壁厚1.5mm/长度60mm的紫铜管气态热泵工质出口1-7；直径12mm/壁厚0.9mm/长度20mm的紫铜管吸油口1-8；接口直径12mm/壁厚0.9mm/长度150mm 的紫铜管引射器1-9；接口直径12mm/壁厚0.9mm/长度150mm的紫铜管两通阀1-10；接口直径9mm/壁厚0.9mm/长度150mm的紫铜管不凝气分离器1-11；内径800mm/厚度3mm/高度2000mm的圆柱空间虹吸下降通道1-12；流量5.79t/h、扬程10mH2O的凝水泵1-13；回热量517kW 的凝水回热器1-14；流量5.79t/h、温度50℃饱和凝汽2；高度250mm 的不锈钢液位开关3；接口直径60mm/壁厚1mm的紫铜膨胀阀4；接口直径60mm/壁厚1mm的紫铜干燥过滤器4-1；吸气量4000m3/h的压缩机5；直径12mm/壁厚0.9mm/长度20mm的紫铜管回油口5-1；输出轴功率967kW的燃气内燃发动机5-2；套缸冷却及烟气回热量967kW的套缸回热器5-3；油分效率99％的油分离器5-4；接口直径19mm/壁厚0.9mm/长度120mm的紫铜油过滤器5-5；接口直径19mm/壁厚0.9mm/ 长度120mm的黄铜流量开关5-6；接口直径19mm/壁厚0.9mm/长度120mm 的黄铜电磁阀5-7；油冷量170kW的油冷却器5-8；接口直径19mm/壁厚0.9mm/长度120mm的黄铜手动球阀5-9；过冷量517kW的过冷器5-10；接口直径60mm/壁厚2mm/长度120mm的黄铜热力膨胀阀5-11；冷凝放热量5017kW的管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6；直径60mm/壁厚2.5mm/长度60mm的不锈钢管软化补水进口6-1；直径 1200mm/高度250mm的圆柱形分离腔6-2；直径1200mm/高度2000mm/管径19mm的圆环分布垂直虹吸放热管簇6-3；直径1200mm/高度250mm 的圆柱形分流腔6-4；直径200mm/壁厚2.5mm/长度200mm的不锈钢管水蒸汽出口6-5；直径120mm/壁厚1.5mm/长度200mm的紫铜管气态热泵工质进口6-6；直径60mm/壁厚1.5mm/长度60mm的紫铜管液态热泵工质出口6-7；直径12mm/壁厚0.9mm/长度50mm的紫铜管出气口6-8；内径800mm/厚度3mm/高度2000mm的圆柱空间虹吸下降通道6-9；R245fa热泵工质7；进口温度20℃、流量7t/h的软化补水8；接口直径60mm/壁厚2.5mm/长度50mm的不锈钢的软化补水流量调节阀9；绝压0.9bar、流量7t/h的水蒸汽压缩至绝压1bar的热力压缩式汽汽引射器10；绝压9bar、流量3t/h的高压水蒸汽11；0.5bar-2.0bar的压力开关12；0℃-120℃的温度开关13；抽气流量3m3/min的真空泵 14；接口直径200mm/壁厚2.5mm/长度200mm的不锈钢流量调节阀15 组成。
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程顶部气态热泵工质出口 1-7通过管道连接压缩机5、油分离器5-4、管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6壳程、干燥过滤器4-1、过冷器5-10过冷侧、膨胀阀4、管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程底部液态热泵工质进口1-6，组成热泵循环回路；
油分离器5-4底部出油口通过管道连接手动球阀5-9、油冷却器 5-8润滑油侧、油过滤器5-5、流量开关5-6、电磁阀5-7、手动球阀 5-9、压缩机5回油口，组成油冷回热回路；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程的顶部凝汽进口1-1、中部圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3外侧、底部凝水出口1-5、不凝气分离器1-11、凝水泵1-13、凝水回热器1-14凝水侧，组成凝汽放热凝水回热回路；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程的底部液态热泵工质进口1-6、底部分流腔1-4、中部圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3内侧、顶部分离腔1-2、顶部气态热泵工质出口1-7，组成热泵工质的管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发回路，其中圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3 为圆环分布、垂直设置的管簇，中央设置一个圆柱空间虹吸下降通道 1-12，而管簇内壁的多个圆柱空间设为虹吸上升通道，虹吸下降通道与虹吸上升通道的流通面积大致相等；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1的外壳为垂直设置的圆柱面；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程上部内壁设置液位开关 3，依据热泵工质液位信号闭环控制膨胀阀4的开度，而膨胀阀4的出口通过管道连接管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程底部液态热泵工质进口1-6，组成热泵工质膨胀回路；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6壳程的顶部气态热泵工质进口6-6、中部圆环分布垂直虹吸放热管簇6-3外侧、底部液态热泵工质出口6-7，组成热泵工质的逆流放热回路；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程的底部软化补水进口6-1、底部分流腔6-4、中部圆环分布垂直虹吸放热管簇6-3内侧、顶部分离腔6-2、顶部水蒸汽出口6-5，组成软化补水的管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发回路，其中圆环分布垂直虹吸加热管簇6-3为圆环分布、垂直设置的管簇，中央设置一个圆柱空间虹吸下降通道6-9，而管簇内壁的多个圆柱空间设为虹吸上升通道，虹吸下降通道与虹吸上升通道的流通面积大致相等；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6的外壳为垂直设置的圆柱面；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程上部内壁设置液位开关3，依据软化补水8的水位信号闭环控制软化补水流量调节阀 9的开度，而软化补水流量调节阀9的出口通过管道连接管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程底部软化补水进口6-1，以补充软化补水8，组成软化补水流量调节回路；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程顶部水蒸汽出口6-5通过管道连接水蒸汽压缩机10，组成水蒸汽压缩回路；
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程顶部分离腔 6-2内壁设置压力开关12和温度开关13各一只；
真空泵14的进气口连接管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程底部凝水出口1-5所连接的不凝气分离器1-11出气口，组成不凝气排出回路；
软化补水8流经凝水回热器1-14软化水侧、分流三通、油冷却器 5-8软化水侧、套缸回热器5-3软化水侧、过冷器5-10软化水侧、汇流三通、软化补水流量调节阀9的进口，组成软化补水梯级回热回路；
软化补水8流经分流三通、流量调节阀15、汇流三通，组成软化补水流量调节回路。
水蒸汽压缩机10为热力压缩式汽汽引射器，高压水蒸汽11流经其进汽口并由喷嘴高速喷出，所形成的负压通过其引射口引射管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程顶部产生的水蒸汽，并混合、扩压成为中压、中温水蒸汽，经其出汽口流出。
软化补水梯级回热预热回路中，油冷却器5-8软化水侧、套缸回热器5-3软化水侧、过冷器5-10软化水侧，其通过管道串联连接的次序可以改变；其通过管道串联连接的台数可以减少。
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程上部吸油口1-8通过管道和两通阀1-10连接引射器1-9的低压引射口，管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6壳程上部出气口6-8通过管道和两通阀1-10 连接引射器1-9的高压进气口，压缩机5吸气管的回油口5-1通过管道和两通阀1-10连接引射器1-9的中压出气口，组成管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1的回油回路。
凝汽2是废蒸汽，或是乏蒸汽。
驱动设备5-2是电动机，或是燃气驱动内燃发动机，或是汽油驱动内燃发动机，或是柴油驱动内燃发动机，或是煤油驱动内燃发动机，或是斯特林外燃发动机，或是燃气驱动燃气轮发动机，或是煤气驱动燃气轮发动机。
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程上部内壁设置液位开关3，依据软化补水8的水位信号闭环控制软化补水流量调节阀 9的开度，而软化补水流量调节阀9的进口通过管道连接发动机5-2 的套缸回热器5-3出口，其出口则通过管道连接管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程底部软化补水进口6-1，组成软化补水回热及流量调节回路。
本发明实施例中：流量5.79t/h、温度50℃饱和凝汽2通过顶部凝汽进口1-1，引入管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1壳程中，在中部圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3外侧凝结放热以提供热泵热源，而凝结淡水则由凝水出口1-5排出。
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程上部内壁设置的液位开关3，依据热泵工质液位信号闭环控制膨胀阀4的开度，以使低压两相 R245fa热泵工质7从下至上流经管程底部液态热泵工质进口1-6、底部分流腔1-4、中部圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3内侧、顶部分离腔 1-2、顶部气态热泵工质出口1-7，其中的热泵工质7在液态热泵工质进口1-6处受管道外压作用而直接流至分流腔1-4、圆环分布垂直虹吸取热管簇1-3内侧，然后以逆流方式提取4050kW凝汽源放热而升膜蒸发、比重减小，而在中央圆柱空间虹吸下降通道1-12中，由于热泵工质7的温度较低、比重较大，因此受重力作用下沉，从而形成驱动强化传热的虹吸循环。
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程顶部低压过热气态热泵工质7被输出轴功率967kW的燃气内燃发动机5-2驱动的压缩机5压缩成为高压过热气态热泵工质7，经油分离器5-4的油分离之后，再送入管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6的壳程冷凝成为高压过冷液态热泵工质7，流经液态热泵工质出口6-7、干燥过滤器4-1、过冷器5-10过冷侧，再经膨胀阀4节流而成为低压两相热泵工质7，重新流入管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程，回收凝汽2的凝结潜热后，蒸发成为低压过热气态热泵工质7，以完成凝汽源热泵循环；同时把5017kW的冷凝热量释放给管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程的进口温度20℃、流量7t/h的软化补水8。
经油分离器5-4分离出的高温压缩机润滑油，依据压差而经其底部出油口、手动球阀5-9、油冷却器5-8、油过滤器5-5、流量开关5-6、电磁阀5-7、手动球阀5-9、压缩机5回油口，从而回收油冷却热量以预热软化补水8。
高压过热气态热泵工质7从上至下流经管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6壳程顶部的气态热泵工质进口6-6、中部圆环分布垂直虹吸放热管簇6-3外侧、底部液态热泵工质出口6-7，然后以逆流方式分段释放其过热显热、冷凝潜热、过冷显热，而冷凝成为高压过冷液态热泵工质7。
凝汽源放热后产生的凝水，流经凝水出口1-5、不凝气分离器1-11、凝水泵1-13、凝水回热器1-14凝水侧，以释放其显热后降温。
经油分离器5-4分离出的压缩机高温润滑油，依据压差流经其底部出油口、手动球阀5-9、油冷却器5-8、油过滤器5-5、流量开关5-6、电磁阀5-7、手动球阀5-9、压缩机5回油口，以释放其显热后降温。
发动机5-2的套缸循环冷却水及烟气循环冷却水流经套缸回热器 5-3，以释放其显热后降温。被发动机5-2的套缸冷却及烟气回热量 967kW的套缸回热器5-3预热至35℃。
冷凝成为高压过冷的液态热泵工质7，流经液态热泵工质出口6-7、干燥过滤器4-1、过冷器5-10过冷侧，以释放其显热后降温。
软化补水8流经凝水回热器1-14软化水侧、分流三通、油冷却器 5-8软化水侧、套缸回热器5-3软化水侧、过冷器5-10软化水侧、汇流三通，以梯级回收凝水显热、油冷显热、套缸显热、过冷显热，而充分预热软化补水至其蒸发温度。
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6管程上部内壁设置的液位开关3，依据软化补水8的水位信号闭环控制软化补水流量调节阀9的开度，使得进口温度95℃、流量7t/h的软化补水8从下至上流经软化补水进口6-1、底部分流腔6-4、中部圆环分布垂直虹吸放热管簇6-3内侧，然后以逆流方式提取热泵工质7的5017kW冷凝放热而升膜蒸发、比重减小，而在中央圆柱空间虹吸下降通道6-9中，由于软化补水的温度较低、比重较大，因此受重力作用下沉，从而形成驱动强化传热的虹吸循环；而产生绝压0.8bar、流量7t/h的的水蒸汽经顶部分离腔6-2的分离后，再由顶部水蒸汽出口6-5排出。
绝压9bar、流量3t/h的高压、高温水蒸汽11通过管道流经热力压缩式汽汽引射器10的进汽口，并由其喷嘴高速喷出，所形成的负压通过其引射口和管道引射管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器 6管程顶部水蒸汽出口6-5的绝压0.8bar、流量7t/h水蒸汽，并混合、扩压成为绝压1bar、流量12t/h的中压、中温水蒸汽，经其出汽口输出，并由顶部分离腔6-2内壁设置的压力开关12和温度开关13共同控制热力压缩式汽汽引射器10的水蒸汽流量。
管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器6壳程上部出气口 6-8的高压气态热泵工质7通过管道、两通阀1-10流经引射器1-9的高压进气口，并由其喷嘴高速喷出，所形成的负压通过其低压引射口、管道、两通阀1-10、管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器1管程上部的吸油口1-8而引射润滑油，并混合、扩压成为中压流体，再经其中压出气口、管道、两通阀1-10，送回压缩机5的吸气管回油口5-1。
开启抽气流量3m3/min的真空泵14，以从不凝气分离器1-11抽出凝水中的不凝气体，并排放环境。
Claims (7)
1.一种梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉，其由管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器(1)；凝汽进口(1-1)；分离腔(1-2)；圆环分布垂直虹吸取热管簇(1-3)；分流腔(1-4)；凝水出口(1-5)；液态热泵工质进口(1-6)；气态热泵工质出口(1-7)；吸油口(1-8)；引射器(1-9)；两通阀(1-10)；不凝气分离器(1-11)；圆柱空间虹吸下降通道(1-12)；凝水泵(1-13)；凝水回热器(1-14)；凝汽(2)；液位开关(3)；膨胀阀(4)；干燥过滤器(4-1)；压缩机(5)；回油口(5-1)；驱动设备(5-2)；套缸回热器(5-3)；油分离器(5-4)；油过滤器(5-5)；流量开关(5-6)；电磁阀(5-7)；油冷却器(5-8)；手动球阀(5-9)；过冷器(5-10)；管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)；软化补水进口(6-1)；分离腔(6-2)；圆环分布垂直虹吸放热管簇(6-3)；分流腔(6-4)；水蒸汽出口(6-5)；气态热泵工质进口(6-6)；液态热泵工质出口(6-7)；出气口(6-8)；圆柱空间虹吸下降通道(6-9)；热泵工质(7)；软化补水(8)；软化补水流量调节阀(9)；水蒸汽压缩机(10)；高压水蒸汽(11)；压力开关(12)；温度开关(13)；真空泵(14)；流量调节阀(15)组成，其特征在于：管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器(1)管程顶部气态热泵工质出口(1-7)通过管道连接压缩机(5)、油分离器(5-4)、管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)壳程、干燥过滤器(4-1)、过冷器(5-10)过冷侧、膨胀阀(4)、管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器(1)管程底部液态热泵工质进口(1-6)，组成热泵循环回路；油分离器(5-4)底部出油口通过管道连接手动球阀(5-9)、油冷却器(5-8)润滑油侧、油过滤器(5-5)、流量开关(5-6)、电磁阀(5-7)、手动球阀(5-9)、压缩机(5)回油口，组成油冷回热回路；管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器(1)壳程的顶部凝汽进口(1-1)、中部圆环分布垂直虹吸取热管簇(1-3)外侧、底部凝水出口(1-5)、不凝气分离器(1-11)、凝水泵(1-13)、凝水回热器(1-14)凝水侧，组成凝汽放热凝水回热回路；管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器(1)管程的底部液态热泵工质进口(1-6)、底部分流腔(1-4)、中部圆环分布垂直虹吸取热管簇(1-3)内侧、顶部分离腔(1-2)、顶部气态热泵工质出口(1-7)，组成热泵工质的管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发回路，其中圆环分布垂直虹吸取热管簇(1-3)为圆环分布、垂直设置的管簇，中央设置一个圆柱空间虹吸下降通道(1-12)，而管簇内壁的多个圆柱空间设为虹吸上升通道，虹吸下降通道与虹吸上升通道的流通面积大致相等；管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器(1)的外壳为垂直设置的圆柱面；管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器(1)管程上部内壁设置液位开关(3)，依据热泵工质液位信号闭环控制膨胀阀(4)的开度，而膨胀阀(4)的出口通过管道连接管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器(1)管程底部液态热泵工质进口(1-6)，组成热泵工质膨胀回路；管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)壳程的顶部气态热泵工质进口(6-6)、中部圆环分布垂直虹吸放热管簇(6-3)外侧、底部液态热泵工质出口(6-7)，组成热泵工质的逆流放热回路；管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)管程的底部软化补水进口(6-1)、底部分流腔(6-4)、中部圆环分布垂直虹吸放热管簇(6-3)内侧、顶部分离腔(6-2)、顶部水蒸汽出口(6-5)，组成软化补水的管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发回路，其中圆环分布垂直虹吸加热管簇(6-3)为圆环分布、垂直设置的管簇，中央设置一个圆柱空间虹吸下降通道(6-9)，而管簇内壁的多个圆柱空间设为虹吸上升通道，虹吸下降通道与虹吸上升通道的流通面积大致相等；管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)的外壳为垂直设置的圆柱面；管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)管程上部内壁设置液位开关(3)，依据软化补水(8)的水位信号闭环控制软化补水流量调节阀(9)的开度，而软化补水流量调节阀(9)的出口通过管道连接管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)管程底部软化补水进口(6-1)，以补充软化补水(8)，组成软化补水流量调节回路；管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)管程顶部水蒸汽出口(6-5)通过管道连接水蒸汽压缩机(10)，组成水蒸汽压缩回路；管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)管程顶部分离腔(6-2)内壁设置压力开关(12)和温度开关(13)各一只；真空泵(14)的进气口连接管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器(1)壳程底部凝水出口(1-5)所连接的不凝气分离器(1-11)出气口，组成不凝气排出回路；软化补水(8)通过管道连接凝水回热器(1-14)软化水侧、分流三通、油冷却器(5-8)软化水侧、套缸回热器(5-3)软化水侧、过冷器(5-10)软化水侧、汇流三通、软化补水流量调节阀(9)的进口，组成软化补水梯级回热回路；软化补水(8)通过管道连接分流三通、流量调节阀(15)、汇流三通，组成软化补水流量调节回路。
2.按照权利要求1所述的梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉，其特征在于：水蒸汽压缩机(10)为热压缩式汽汽引射器，高压水蒸汽(11)流经其进汽口并由喷嘴高速喷出，所形成的负压通过其引射口引射管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)管程顶部产生的水蒸汽，并混合、扩压成为中压、高温水蒸汽，经其出汽口流出。
3.按照权利要求1所述的梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉，其特征在于：软化补水梯级回热预热回路中，油冷却器(5-8)软化水侧、套缸回热器(5-3)软化水侧、过冷器(5-10)软化水侧，其通过管道串联连接的次序可以改变；其通过管道串联连接的台数可以减少。
4.按照权利要求1所述的梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉，其特征在于：管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器(1)管程上部吸油口(1-8)通过管道和两通阀(1-10)连接引射器(1-9)的低压引射口，管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)壳程上部出气口(6-8)通过管道和两通阀(1-10)连接引射器(1-9)的高压进气口，压缩机(5)吸气管的回油口(5-1)通过管道和两通阀(1-10)连接引射器(1-9)的中压出气口，组成管内虹吸循环逆流取热升膜蒸发器(1)的回油回路。
5.按照权利要求1所述的梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉，其特征在于：凝汽(2)是废蒸汽，或是乏蒸汽。
6.按照权利要求1所述的梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉，其特征在于：驱动设备(5-2)是电动机，或是燃气驱动内燃发动机，或是汽油驱动内燃发动机，或是柴油驱动内燃发动机，或是煤油驱动内燃发动机，或是斯特林外燃发动机，或是燃气驱动燃气轮发动机，或是煤气驱动燃气轮发动机。
7.按照权利要求1所述的梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉，其特征在于：管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)管程上部内壁设置液位开关(3)，依据软化补水(8)的水位信号闭环控制软化补水流量调节阀(9)的开度，而软化补水流量调节阀(9)的进口通过管道连接驱动设备(5-2)的套缸回热器(5-3)出口，其出口则通过管道连接管内虹吸循环逆流取热升膜蒸汽锅炉冷凝器(6)管程底部软化补水进口(6-1)，组成软化补水回热及流量调节回路。
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|---|---|---|---|---|
| CN106764990A (zh) * | 2016-11-27 | 2017-05-31 | 侴乔力 | 梯级回热型凝汽源热泵驱动蒸汽锅炉 |
| CN110186220A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-08-30 | 上海交通大学 | 梯级余热回收的水工质喷射式热泵系统及其工作方法 |
| CN110530042A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-12-03 | 中国矿业大学 | 制冷机组余热提级热水利用系统及方法 |
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