基于平行压缩和喷气增焓技术的自复叠高温热泵循环系统技术方案

本发明专利技术公开了基于平行压缩和喷气增焓技术的自复叠高温热泵循环系统，包括分离器、复叠换热器、经济器、混合器、蒸发器、第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀、第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器、第四冷凝器、第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机；本发明专利技术分离器出口的饱和液体节流到中间压力，并由第一压缩机压缩到冷凝压力，避免了不必要的节流损失，压缩机的耗功量减少，系统性能提高，并通过第二冷凝器与第四冷凝器中的两次不完整冷凝过程，既能生产两股温度水平不同的蒸汽，也能与蒸汽的温差相匹配，减少不可逆损失。减少不可逆损失。减少不可逆损失。

【技术实现步骤摘要】
基于平行压缩和喷气增焓技术的自复叠高温热泵循环系统


[0001]本专利技术属于高温热泵领域，特别是涉及一种基于平行压缩和喷气增焓技术的自复叠高温热泵循环系统。

技术介绍

[0002]造纸、水泥和化工等高能耗工业领域，在生产工艺过程中会产生大量的工业余热，同时对高温蒸汽有大量的需求。热泵作为一种充分利用低品位热能的高效节能装置，可以利用其对工业余热进行回收，并用来生产蒸汽，以增加企业的经济效益，并减少碳排放量。
[0003]目前实现大温跨的高温热泵技术主要有复叠循环和自复叠循环。复叠循环将两个或多个热泵循环(使用不同工质)耦合在一起，这样可以降低每个循环的压缩比，以提高整体温度提升的效果。但是，复叠热泵包含更多的部件，具有结构复杂、成本高和控制策略复杂的缺点。与复叠循环相比，自复叠循环的复杂程度和成本更低，因为自复叠循环可以利用非共沸混合工质的温度滑移和组分分离特性，在使用单台压缩机的情况下实现较大的温升。但是，传统的自复叠循环节流损失大，压比高，压缩机的效率低。另外，虽然自复叠循环在热源侧(工业废水，显式放热，温差大)可以与非共沸混合工质的温度滑移特性很好地匹配，但是在热汇侧(蒸汽，相变蒸发，温变小)与蒸汽的温度匹配性差，不可逆损失增加。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于平行压缩和喷气增焓技术的自复叠高温热泵循环系统，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于平行压缩和喷气增焓技术的自复叠高温热泵循环系统，包括分离器、复叠换热器、经济器、混合器、蒸发器、第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀、第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器、第四冷凝器、第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机；
[0006]所述第一节流阀、所述复叠换热器、所述第一压缩机、所述第二冷凝器、所述混合器依次连接；
[0007]所述复叠换热器、所述经济器、所述第三节流阀、所述蒸发器、所述第二压缩机、所述第三压缩机、所述第一冷凝器、所述第三冷凝器、所述混合器依次连接；所述第二节流阀与所述经济器连接；
[0008]所述混合器、所述第四冷凝器、所述分离器依次连接。
[0009]可选地，所述自复叠高温热泵循环系统使用两种不同沸点的工质组成的混合工质，所述分离器用于将所述混合工质分离成饱和气体与饱和液体，所述饱和气体与所述饱和液体中均包括低沸点工质与高沸点工质，且所述饱和气体中的低沸点工质浓度高于高沸点工质，所述饱和液体中的高沸点工质浓度高于低沸点工质。
[0010]可选地，所述饱和气体直接进入所述复叠换热器，所述饱和液体经所述第一节流阀节流后进入所述复叠换热器，与所述饱和气体换热后蒸发形成过热蒸气，所述饱和气体
冷凝形成饱和过冷液体。
[0011]可选地，所述过热蒸汽由所述第一压缩机压缩为高温高压蒸气，所述高温高压蒸气在所述第二冷凝器中冷凝放热，形成两相工质。
[0012]可选地，所述饱和过冷液体分为第一饱和过冷液体与第二饱和过冷液体，所述第一饱和过冷液体经过所述第二节流阀节流后进入所述经济器蒸发吸热，形成蒸气；所述第二饱和过冷液体进入所述经济器后放热，形成过冷液体。
[0013]可选地，所述过冷液体经所述第三节流阀节流降压后进入所述蒸发器蒸发吸热，形成过热蒸汽工质，所述过热蒸汽工质进入所述第二压缩机进行压缩后，与所述第一饱和过冷液体形成的蒸气混合后，经所述第三压缩机压缩，形成高温高压蒸汽。
[0014]可选地，所述高温高压蒸气依次经过所述第一冷凝器和所述第三冷凝器后，与所述复叠换热器中的饱和液体形成的过热蒸汽汇合后继续放热。
[0015]可选地，所述第二冷凝器与所述第四冷凝器用于形成不同浓度的低沸点工质，所述第二冷凝器与所述第四冷凝器中的低沸点工质均不完全冷凝，且所述第二冷凝器中形成的低沸点工质浓度低于所述第四冷凝器中的低沸点工质。
[0016]本专利技术的技术效果为：
[0017](1)传统的自复叠循环中分离器出口的饱和液体节流到与蒸发器处相同的压力，造成较大的节流不可逆损失，而实际上，只需要节流到中间压力(P
12
>P
10
)即可满足要求，在此专利技术中，分离器出口的饱和液体节流到中间压力，并由第一压缩机压缩到冷凝压力，由于避免了不必要的节流损失，压缩机的耗功量减少，系统性能提高。
[0018](2)为实现大的温升，势必需要增加压缩机的压比，使得压缩机的效率下降。本专利技术采用喷气增焓技术，一方面可以对主回路工质进行节流前过冷，增大焓差，提高蒸发器吸热量；另一方面，使压缩机分两级压缩，并中间补气降低蒸气过热度，提高压缩机效率。
[0019](3)自复叠系统使用大温度滑移的非共沸混合工质可以在热源侧实现好的温度匹配，提高热源利用率，但在热汇侧，为生产蒸汽，大的温度滑移势必造成大的温差不可逆损失。本专利技术通过两次不完整冷凝过程(第二冷凝器和第四冷凝器)，既能生产两股温度水平不同的蒸汽，也能与蒸汽的温差相匹配，减少不可逆损失。
附图说明
[0020]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0021]图1为本专利技术实施例中的自复叠高温热泵循环系统示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例中的自复叠高温热泵循环系统替代方案示意图。
具体实施方式
[0023]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0024]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0025]本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0026]实施例一
[0027]如图1
‑
2所示，本实施例中提供一种基于平行压缩和喷气增焓技术的自复叠高温热泵循环系统，包括：
[0028]本专利技术在传统自复叠循环的基础上进行改进，其循环流程如图1所示。热源侧(C1
‑
C2)为工业废水或其它余热，通常温度为60
‑
70℃，由于没有取热限制，废水出口的温度越低越好，以提高对热源的利用率。
[0029]自复叠循环使用由两种不同沸点的工质(如低沸点工质R1234y本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平行压缩和喷气增焓技术的自复叠高温热泵循环系统，其特征在于，包括分离器、复叠换热器、经济器、混合器、蒸发器、第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀、第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器、第四冷凝器、第一压缩机、第二压缩机、第三压缩机；所述第一节流阀、所述复叠换热器、所述第一压缩机、所述第二冷凝器、所述混合器依次连接；所述复叠换热器、所述经济器、所述第三节流阀、所述蒸发器、所述第二压缩机、所述第三压缩机、所述第一冷凝器、所述第三冷凝器、所述混合器依次连接；所述第二节流阀与所述经济器连接；所述混合器、所述第四冷凝器、所述分离器依次连接。2.根据权利要求1所述的基于平行压缩和喷气增焓技术的自复叠高温热泵循环系统，其特征在于，所述自复叠高温热泵循环系统使用两种不同沸点的工质组成的混合工质，所述分离器用于将所述混合工质分离成饱和气体与饱和液体，所述饱和气体与所述饱和液体中均包括低沸点工质与高沸点工质，且所述饱和气体中的低沸点工质浓度高于高沸点工质，所述饱和液体中的高沸点工质浓度高于低沸点工质。3.根据权利要求2所述的基于平行压缩和喷气增焓技术的自复叠高温热泵循环系统，其特征在于，所述饱和气体直接进入所述复叠换热器，所述饱和液体经所述第一节流阀节流后进入所述复叠换热器，与所述饱和气体换热后蒸发形成过热蒸气，所述饱和气体冷凝形成饱和过冷液体。4.根据权利要求3所述的基于平行压缩和喷气增焓技术的自...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯春雨，姜玉雁，郭聪，谭思聪，赵建忠，
申请(专利权)人：青岛国能永泰智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：