CN216408920U - 一种双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一方面在于提供一种双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统。该双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统包括双热源蒸发系统，热压缩系统和机械压缩系统。双热源蒸发系统包括太阳能集热器、高温蒸发罐和低温蒸发罐。热压缩系统包括引射泵和储气降温水箱。机械压缩系统包括水蒸气压缩机和压缩机排气管。该双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统通过双热源蒸汽发生、热压缩与机械压缩三者的结合实现了从太阳能和低品位余热到满足用户需求的高温高压蒸汽，其充分的利用了清洁可再生的太阳能和低品位余热资源。此外，该双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统还具有清洁环保、低能耗、效率高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业用热技术领域，具体涉及一种双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统。
背景技术
蒸汽锅炉作为一个可以提供高温高压蒸汽的工业设备，被广泛应用于工业生产和日常生活的各个工艺流程中。目前，市场上的蒸汽锅炉的种类主要包括燃料锅炉和电热锅炉，燃料锅炉则通常包括燃煤锅炉和燃气锅炉。
燃料锅炉直接利用煤炭或天然气作为燃料产生蒸汽，运行成本相对较低。然而，在燃料燃烧过程中，由于燃料存在杂质，会产生诸如氮氧化物之类的污染物和二氧化碳等温室气体，对环境有较大的污染和破坏。因此，对环境污染影响较大的燃料锅炉，尤其是燃煤锅炉，不断被取缔和改造。此外，燃气锅炉在供暖需求旺盛的冬季也面临着“气荒”，即天然气供应不足的问题。
相比而言，电热锅炉具有更为广泛的适应性。电热锅炉直接将电能转化为热能用于生成蒸汽。与燃料锅炉相比，电热锅炉更为环保，还可以灵活调节。然而，就能量转化效率而言，电热锅炉的电热转化效率低于1，即一份电能只能转化不到一份热能。因此，使用电热锅炉的电能消耗量巨大，使用成本较高，同时对于电网的负荷冲击也较大。如果大规模的使用电热锅炉，将会需要针对电网进行升级，投入成本巨大。
因此，急需一种既高效又环保的新蒸汽锅炉技术来解决上述问题。
实用新型内容
为弥补现有技术的不足，本申请提供一种双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统。该双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统通过双热源蒸汽发生、热压缩与机械压缩三者的结合实现了从太阳能和低品位余热到满足用户需求的高温高压蒸汽，其充分的利用了清洁可再生的太阳能和低品位余热资源。此外，该双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统还具有清洁环保、低能耗、效率高等优点。
本申请一方面在于提供一种双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统。该双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统包括双热源蒸发系统，热压缩系统和机械压缩系统。
双热源蒸发系统包括太阳能集热器和高温蒸发罐，高温蒸发罐的内部设置有高温蒸发螺旋管。太阳能集热器的出水口与高温蒸发螺旋管的入水口之间通过太阳能回水管相连，高温蒸发螺旋管的出水口与太阳能集热器的入水口之间通过太阳能进水管相连，太阳能回水管上设置有第一调节阀和太阳能循环泵。双热源蒸发系统还包括低温蒸发罐，低温蒸发罐与高温蒸发罐通过减压管相连，减压管上设置有减压调节阀。
热压缩系统包括引射泵和储气降温水箱，引射泵的工作流体进口与双热源蒸发系统中的高温蒸发罐通过动力进气管相连，引射泵的引射流体进口与双热源蒸发系统中的低温蒸发罐通过引射进气管相连，引射泵的混合流体出口与储气降温水箱之间通过引射泵排气管相连。
机械压缩系统包括水蒸气压缩机和压缩机排气管，水蒸气压缩机的入气口与热压缩系统中的储气降温水箱通过压缩机吸气管相连，水蒸气压缩机的出气口与压缩机排气管相连。
在一些实施例中，太阳能进水管上设置有补水加热器，补水加热器内设置有相邻设置的加热管道和补水管道，加热管道的两端分别与太阳能进水管相连，补水管道的出口与高温蒸发罐通过补水管相连。在另一种实施方式中，加热器也可为其他形式的水水换热型加热器。
在一些实施例中，高温蒸发罐上进一步设置有高温蒸发罐排水管，高温蒸发罐排水管上设置有第一截止阀。
在一些实施例中，低温蒸发罐上进一步设置有低温蒸发罐排水管，低温蒸发罐排水管上设置有第二截止阀。
在一些实施例中，低温蒸发罐的内部设置有低温蒸发螺旋管，低温蒸发螺旋管的入水口与余热进水管相连，低温蒸发螺旋管的出水口与余热出水管相连。
在一些实施例中，低温蒸发罐和储气降温水箱之间通过水箱回水管相连，水箱回水管上设置有第二调节阀。
在一些实施例中，低温蒸发罐和储气降温水箱之间通过水箱循环管相连，水箱循环管上设置有水箱循环泵和第三调节阀。
在一些实施例中，机械压缩系统进一步包括压缩机补水泵，压缩机补水泵与水蒸气压缩机之间通过压缩机补水管相连，压缩机补水管上设置有第四调节阀。
在一些实施例中，高温蒸发罐内部设置有压力传感器和/或温度传感器。
在一些实施例中，低温蒸发罐内部设置有压力传感器和/或温度传感器。
在一些实施例中，储气降温水箱内部设置有压力传感器和/或温度传感器。
在一些实施例中，水蒸气压缩机的进出口设置有压力传感器和/或温度传感器。
在一些实施例中，太阳能集热器的进出口设置有压力传感器和/或温度传感器。
在一些实施例中，部分重要管道上设置有压力传感器和/或温度传感器。
附图说明
通过结合附图对于本申请的实施方式进行描述，可以更好地理解本申请，在附图中：
图1为本申请的一个实施例中的一种双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统的结构示意图。
附图标号说明：
10：太阳能集热器；
12：高温蒸发罐；
14：高温蒸发螺旋管；
16：太阳能回水管；
18：太阳能进水管；
20：第一调节阀；
22：太阳能循环泵；
24：低温蒸发罐；
26：减压管；
28：减压调节阀；
30：引射泵；
32：储气降温水箱；
34：动力进气管；
36：引射进气管；
38：引射泵排气管；
40：水蒸气压缩机；
42：压缩机排气管；
44：压缩机吸气管；
46：补水加热器；
48：加热管道；
50：补水管道；
52：补水管；
54：高温蒸发罐排水管；
56：第一截止阀；
58：低温蒸发罐排水管；
60：第二截止阀；
62：低温蒸发螺旋管；
64：余热进水管；
66：余热出水管；
68：水箱回水管；
70：第二调节阀；
72：水箱循环管；
74：水箱循环泵；
76：第三调节阀；
78：压缩机补水泵；
80：压缩机补水管；
82：第四调节阀。
具体实施方式
除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。
本申请的实施例涉及一种如图1所示的一种双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统。该双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统包括双热源蒸发系统，热压缩系统和机械压缩系统。
双热源蒸发系统包括太阳能集热器10和高温蒸发罐12，高温蒸发罐12的内部设置有高温蒸发螺旋管14。太阳能集热器10的出水口与高温蒸发螺旋管14的入水口之间通过太阳能回水管16相连，高温蒸发螺旋管14的出水口与太阳能集热器10的入水口之间通过太阳能进水管18相连，太阳能回水管16上设置有第一调节阀20和太阳能循环泵22。双热源蒸发系统还包括低温蒸发罐24，低温蒸发罐24与高温蒸发罐12通过减压管26相连，减压管26上设置有减压调节阀28。在如图1所示的实施例中，高温蒸发罐12中可以包含高温高压水工质，该高温高压水工质可以通过减压管26流经减压调节阀28，并在被降温降压后流入低温蒸发罐24。高温高压水工质降压后会闪蒸成低温低压蒸汽和低温低压饱和水，一方面可以用于补充低温蒸发罐24中因被加热蒸发损失的水工质，另一方面可以产生部分低温低压蒸汽。
热压缩系统包括引射泵30和储气降温水箱32，引射泵30的工作流体进口与双热源蒸发系统中的高温蒸发罐12通过动力进气管34相连，引射泵30的引射流体进口与双热源蒸发系统中的低温蒸发罐24通过引射进气管36相连，引射泵30的混合流体出口与储气降温水箱32之间通过引射泵排气管38相连。
机械压缩系统包括水蒸气压缩机40和压缩机排气管42，水蒸气压缩机40的入气口与热压缩系统中的储气降温水箱32通过压缩机吸气管44相连，水蒸气压缩机40的出气口与压缩机排气管42相连。
在一些实施例中，太阳能进水管18上设置有补水加热器46，补水加热器46内可设置有相邻设置的加热管道48和补水管道50，加热管道48的两端分别与太阳能进水管18相连，补水管道50的出口与高温蒸发罐12通过补水管52相连。在如图1所示的实施例中，补充水可以通过补水加热器46的补水管道50被流入加热管道48的传热工质加热，随后通过补水管52流入高温蒸发罐12。补充水可以用于补充高温蒸发罐12中因为被加热蒸发而损失的水工质。通过使用补水加热器46，可以进一步利用太阳能集热器10收集的热能，提升双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统的使用效率，减少能耗，降低使用成本。
在一些实施例中，高温蒸发罐12上进一步设置有高温蒸发罐排水管54，高温蒸发罐排水管54上设置有第一截止阀56。高温蒸发罐12中过多的水工质可以通过高温蒸发罐排水管54排出，第一截止阀56可以用于控制高温蒸发罐12中水工质的排出。
在一些实施例中，低温蒸发罐24上进一步设置有低温蒸发罐排水管58，低温蒸发罐排水管58上设置有第二截止阀60。低温蒸发罐24中过多的水工质可以通过低温蒸发罐排水管58排出,第二截止阀60可以用于控制低温蒸发罐24中水工质的排出。
在一些实施例中，低温蒸发罐24的内部设置有低温蒸发螺旋管62，低温蒸发螺旋管62的入水口与余热进水管64相连，低温蒸发螺旋管62的出水口与余热出水管66相连。
在一些实施例中，低温蒸发罐24和储气降温水箱32之间通过水箱回水管68相连，水箱回水管68上设置有第二调节阀70。储气降温水箱32中可以包括中温液态水工质，该中温液态水工质可以通过水箱回水管68流经第二调节阀70流入低温蒸发罐24中，并可以弥补低温蒸发罐24中的水工质因蒸发产生的消耗。
在一些实施例中，低温蒸发罐24和储气降温水箱32之间通过水箱循环管72相连，水箱循环管72上设置有水箱循环泵74和第三调节阀76。低温蒸发罐24中可以包括低温水工质，该低温水工质可以通过水箱循环管72流经第三调节阀76由水箱循环泵74输送入储气降温水箱32中。进而，可以弥补储气降温水箱32中的水工质因蒸发而产生的损失。
在一些实施例中，机械压缩系统进一步包括压缩机补水泵78，压缩机补水泵78与水蒸气压缩机40之间通过压缩机补水管80相连，压缩机补水管80上设置有第四调节阀82。在如图1所示的实施例中，在水蒸气压缩机40工作过程中，外部纯净水工质可以被压缩机补水泵78通过压缩机补水管80流经第四调节阀82送入水蒸气压缩机40的压缩腔中。进而，可以降低最终排气的温度，保证机组的安全稳定运行。
在一些实施例中，高温蒸发罐12内部设置有压力传感器和/或温度传感器。压力传感器和/或温度传感器可以用来提供高温蒸发罐12内部的压力和/或温度信息，为系统控制提供信息基础，提高系统运行安全性。
下面，结合图1就该实施例涉及的双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统的运行方式进行简要说明。
当双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统开始工作时，太阳能集热器10利用太阳能加热传热工质，使其吸热成为高温传热工质。高温传热工质流出太阳能集热器10的出水口，并通过太阳能回水管16流经第一调节阀20由太阳能循环泵22输送入高温蒸发罐12的内部的高温蒸发螺旋管14。高温传热工质在高温蒸发螺旋管14中放热，并加热高温蒸发罐12中的水工质，使其蒸发成高温高压蒸汽。高温传热工质放热后温度降低，并通过太阳能进水管18流经补水加热器46的加热管道48，在补水加热器46中进一步的放热，加热来自补水管道50的补充水。高温传热工质在流经补水加热器46后温度进一步降低，随后通过太阳能进水管18流入太阳能集热器10。并再次在太阳能集热器10中被吸收的太阳能加热，温度再次升高，成为高温传热工质。在该实施例中，高温蒸发罐12和低温蒸发罐24不仅具有产生蒸汽的作用同时还是水工质和蒸汽的储存体。
同时，温度低于太阳能集热器10出水口处的高温传热工质温度的高温余热，通过余热进水管64流入低温蒸发罐24中的低温蒸发螺旋管62。高温余热在低温蒸发螺旋管62中放热加热低温蒸发罐24中的水工质，使其蒸发成低温低压蒸汽，放热后的高温余热通过余热出水管66流出系统。高温余热可以是来自于双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统外部的余热，也可以是双热源蒸发系统中放热后的高温传热工质。
接着,热压缩系统工作。在高温蒸发罐12里被高温蒸发螺旋管14加热产生的高温高压蒸汽通过动力进气管34流入引射泵30，并引射低温蒸发罐24里产生的较低温度和压力的蒸汽。低温蒸发罐24里较低温度和压力的蒸汽通过引射进气管36流入引射泵30被高温蒸发罐12里面的高温高压蒸汽热压缩。压缩后，二者混合成为中间压力蒸汽并可能带有一定的过热度。中间压力蒸汽通过引射泵排气管38流入储气降温水箱32的液面以下。储气降温水箱32中包括中温液态水工质，该中温液态水工质吸收中间压力蒸汽的过热并蒸发提升产生的蒸汽量，并实现中间压力蒸汽过热度的降低。在该实施例中，储气降温水箱32不仅具有产生蒸汽的作用同时还是水工质和蒸汽的储存体。
随后，机械压缩系统工作。储气降温水箱32中的中间压力蒸汽通过压缩机吸气管44被水蒸气压缩机40吸入并压缩。从而，产生更高温度和压力的蒸汽后通过压缩机排气管42供给用户使用。在水蒸气压缩机40工作过程中，外部纯净水工质可以被压缩机补水泵78通过压缩机补水管80流经第四调节阀82送入水蒸气压缩机40的压缩腔中。进而，可以降低最终排气的温度，保证机组的安全稳定运行。
双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统中的双热源蒸发系统中的太阳能集热器10和高温蒸发罐12实现了利用绿色可再生能源，即太阳能，来产生高温高压蒸汽。同时，双热源蒸发系统中的低温蒸发罐24实现了利用一种经常被忽视和浪费的能源，即低品位余热，来产生温度和压力较低的蒸汽。太阳能和低品位余热的使用有助于降低一次能源的消耗，从而助力节能减排，促进碳中和的早日实现。同时，太阳能和低品位余热的使用也有助于降低生产成本，提高生产效益。
双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统中的热压缩系统则通过使用引射泵30利用太阳能产生的高温高压蒸汽来热压缩由低品位余热产生的较低温度和压力的蒸汽，产生中压蒸汽。进而，实现较低温度和压力蒸汽的压力提升，有利于提升水蒸气压缩机40的吸气压力。从而，实现了低品位余热的高效回收利用，进一步提升整个系统的能效，减少系统的功耗。
双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统中的机械压缩系统通过水蒸气压缩机40利用机械压缩将中压蒸汽进一步压缩升压升温产生更高温和压力的蒸汽，来满足用户使用需求。机械压缩的效率高、稳定性强，能够有效地提升蒸汽压力和温度保证系统的高效稳定运行。
双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统通过双热源蒸汽发生、热压缩与机械压缩三者的结合实现了从太阳能和低品位余热到满足用户需求的高温高压蒸汽，其充分的利用了清洁可再生的太阳能和低品位余热资源。与目前已有的燃煤和燃气锅炉相比，该系统仅消耗部分电能提供蒸汽，更加的清洁环保。与电锅炉相比，该系统利用太阳能高效回收低品位余热产生蒸汽，耗电和耗能都大幅度的减少。
以上的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统，其特征在于，所述双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统包括双热源蒸发系统，热压缩系统和机械压缩系统，其中，
所述双热源蒸发系统包括太阳能集热器和高温蒸发罐，所述高温蒸发罐的内部设置有高温蒸发螺旋管；所述太阳能集热器的出水口与所述高温蒸发螺旋管的入水口之间通过太阳能回水管相连，所述高温蒸发螺旋管的出水口与所述太阳能集热器的入水口之间通过太阳能进水管相连，所述太阳能回水管上设置有第一调节阀和太阳能循环泵；双热源蒸发系统还包括低温蒸发罐，所述低温蒸发罐与所述高温蒸发罐通过减压管相连，所述减压管上设置有减压调节阀；
所述热压缩系统包括引射泵和储气降温水箱，所述引射泵的工作流体进口与所述双热源蒸发系统中的所述高温蒸发罐通过动力进气管相连，所述引射泵的引射流体进口与所述双热源蒸发系统中的所述低温蒸发罐通过引射进气管相连，所述引射泵的混合流体出口与所述储气降温水箱之间通过引射泵排气管相连；
所述机械压缩系统包括水蒸气压缩机和压缩机排气管，所述水蒸气压缩机的入气口与所述热压缩系统中的所述储气降温水箱通过压缩机吸气管相连，所述水蒸气压缩机的出气口与所述压缩机排气管相连。
2.根据权利要求1所述的双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统，其特征在于，所述太阳能进水管上设置有补水加热器，所述补水加热器内设置有相邻设置的加热管道和补水管道，所述加热管道的两端分别与所述太阳能进水管相连，所述补水管道的出口与所述高温蒸发罐通过补水管相连。
3.根据权利要求1所述的双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统，其特征在于，所述高温蒸发罐上进一步设置有高温蒸发罐排水管，所述高温蒸发罐排水管上设置有第一截止阀。
4.根据权利要求1所述的双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统，其特征在于，所述低温蒸发罐上进一步设置有低温蒸发罐排水管，所述低温蒸发罐排水管上设置有第二截止阀。
5.根据权利要求1所述的双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统，其特征在于，所述低温蒸发罐的内部设置有低温蒸发螺旋管，所述低温蒸发螺旋管的入水口与余热进水管相连，所述低温蒸发螺旋管的出水口与余热出水管相连。
6.根据权利要求1所述的双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统，其特征在于，所述低温蒸发罐和所述储气降温水箱之间通过水箱回水管相连，所述水箱回水管上设置有第二调节阀。
7.根据权利要求1所述的双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统，其特征在于，所述低温蒸发罐和所述储气降温水箱之间通过水箱循环管相连，所述水箱循环管上设置有水箱循环泵和第三调节阀。
8.根据权利要求1所述的双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统，其特征在于，所述机械压缩系统进一步包括压缩机补水泵，所述压缩机补水泵与所述水蒸气压缩机之间通过压缩机补水管相连，所述压缩机补水管上设置有第四调节阀。
9.根据权利要求1所述的双热源热工混合压缩热泵蒸汽系统，其特征在于，所述高温蒸发罐内部设置有压力传感器和/或温度传感器。
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| FR3141236A1 (fr) * | 2022-10-19 | 2024-04-26 | Pierre Bignon | Machine thermique |
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