CN110513748A - 供热*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种供热***，包括供热组件、膨胀功回收组件以及制冷组件；热源首先经过蒸汽发生器将部分热量传递给第一工质，然后热源传递至第一供热换热器并对用户进行供热；第一工质吸收热量后成为过热的蒸汽，过热的蒸汽经膨胀机做功成为低温蒸汽，低温蒸汽经冷凝器将部分热量传递给第二工质，第一工质形成回流；膨胀机带动压缩机做功，并将气体的第二工质压缩为高温高压的气体，将热量传递给第二供热换热器并对用户进行供热，第二工质回流至冷凝器中形成循环。利用高温的热源驱动膨胀机为压缩机提供动力，实现不增加额外做功电力的前提下，降低回水温度，提高现有管网的供热能力，提高了供热***的能源使用效率。
Description
技术领域
本发明涉及集中供热***的技术领域，具体涉及一种供热***。
背景技术
随着城市规模的不断发展和人们生活水平的逐步提高，城市供暖面积不断增大，现有的集中供热管网已经不能满足不断增长的供热需要，因此需要重新规划现有的供热管网，但是对现有的供热管网进行改造需要耗费巨大的资金。现有的城市集中供热的一次网设计供回水温度一般为130℃和70℃，其温差为60℃，如果将回水温度降低为20℃，则可以提高供热能力近一倍。
公开号为CN100507375C的专利申请中公开了一种大温差集中供热***，该***由汽轮机、凝汽器、蒸汽吸收式热泵、汽-水换热器、热水吸收式热泵、水-水换热器以及连接管路和附件组成。利用汽轮机排汽预热大热网回水，并利用循环冷却水作为吸收式热泵的低位热源，优点是尽可能大限度地回收了电厂发电过程中产生的余热；在末端采用热水吸收式热泵和水-水换热器组合的方式加热二次网供热热水，增大了大热网的供、回水温差，同时热泵不需要外来能源做驱动力。但是，其主要是在大热网供水后再对回水时的余热进行回收和利用，其是设置在回水的末端，在回水过程中仍会存在较大的热量损失，因此余热的利用效率不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种供热***，以解决现有技术中的余热利用效率不高的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种供热***，包括：供热组件、膨胀功回收组件以及制冷组件，所述供热组件包括热源、蒸汽发生器和用于给用户供热的第一供热换热器，所述蒸汽发生器具有高温侧和低温侧，所述热源和所述第一供热换热器通过所述蒸汽发生器的高温侧相连通；所述膨胀功回收组件包括第一工质、膨胀机和冷凝器，所述冷凝器具有高温侧和低温侧，所述第一工质依次经所述蒸汽发生器的低温侧、所述膨胀机、所述冷凝器的高温侧并回流至所述蒸汽发生器的低温侧；所述制冷组件包括第二工质、压缩机和用于给用户供热的第二供热换热器，所述压缩机由所述膨胀机驱动，所述第二工质依次经所述冷凝器的低温侧、所述压缩机、所述第二供热换热器并回流至所述冷凝器的低温侧。
进一步地，所述制冷组件还包括蒸发器，所述蒸发器具有高温侧和低温侧，所述蒸发器的高温侧与所述第一供热换热器相连通并进行热交换后连接至回水管网。
进一步地，所述热源的温度超过90摄氏度，回流至所述回水管网的温度为低于30摄氏度。
进一步地，所述第二工质经所述第二供热换热器后还流经所述蒸发器的低温侧并回流至所述压缩机。
进一步地，所述第二供热换热器和所述蒸汽发生器的低温侧之间设有第一节流器；所述第二供热换热器和所述蒸发器的低温侧之间设有第二节流器。
进一步地，所述膨胀机的输出轴与所述压缩机的输入轴同轴连接。
进一步地，所述冷凝器的高温侧和所述蒸汽发生器的低温侧之间设有对所述第一工质加压的泵体。
进一步地，所述第一供热换热器和所述第二供热换热器均具有高温侧和低温侧，供热热网经所述第一供热换热器或所述第二供热换热器的低温侧形成回流。
进一步地，所述第一工质采用R245fa。
进一步地，所述第二工质采用R-134a。
本发明提供的供热***的有益效果在于：与现有技术相比，本发明供热***，热源首先经过蒸汽发生器将部分热量传递给第一工质，然后热源传递至第一供热换热器，并将一部分热量传递给供热热网并对用户进行供热，然后返回至供热***中；第一工质吸收热量后成为过热的蒸汽，过热的蒸汽经膨胀机做功成为低温蒸汽，低温蒸汽经冷凝器将部分热量传递给第二工质后成为液体第一工质，且第一工质流回蒸汽发生器形成回流；第二工质吸收热量后成为气体，膨胀机带动压缩机做功，并将气体的第二工质压缩为高温高压的气体，高温高压的气体将热量传递给第二供热换热器并形成为中温高压的液体，第二供热换热器将一部分热量传递给供热热网并对用户进行供热，中温高压的液体，节流后至冷凝器中形成循环。利用高温的热源驱动膨胀机为压缩机提供动力，实现不增加额外做功电力的前提下，降低回水温度，提高现有管网的供热能力，并且较低的回水温度可以进一步利用中温的余热，在整个供热组件的中间段对中温的热源进行利用，并使得最终的回水温度较低，提高了供热***的能源使用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的供热***的结构示意图。
附图标记说明：
1、热源；2、蒸汽发生器；3、第一供热换热器；4、膨胀机；5、冷凝器；6、压缩机；7、第二供热换热器；8、蒸发器；9、第一节流器；10、第二节流器；11、泵体；12、回水管网。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请一并参阅图1，现对本发明提供的供热***进行说明。所述供热***，包括供热组件、膨胀功回收组件以及制冷组件，所述供热组件包括热源1、蒸汽发生器2和用于给用户供热的第一供热换热器3，所述蒸汽发生器2具有高温侧和低温侧，所述热源1和所述第一供热换热器3通过所述蒸汽发生器2的高温侧相连通；所述膨胀功回收组件包括第一工质、膨胀机4和冷凝器5，所述冷凝器5具有高温侧和低温侧，所述第一工质依次经所述蒸汽发生器2的低温侧、所述膨胀机4、所述冷凝器5的高温侧并回流至所述蒸汽发生器2的低温侧；所述制冷组件包括第二工质、压缩机6和用于给用户供热的第二供热换热器7，所述压缩机6由所述膨胀机4驱动，所述第二工质依次经所述冷凝器5的低温侧、所述压缩机6、所述第二供热换热器7并节流回流至所述冷凝器5的低温侧。
本发明提供的供热***，与现有技术相比，热源1首先经过蒸汽发生器2将部分热量传递给第一工质，然后热源1传递至第一供热换热器3，并将一部分热量传递给供热热网并对用户进行供热，然后返回至供热***中；第一工质吸收热量后成为过热的蒸汽，过热的蒸汽经膨胀机4做功成为低温蒸汽，低温蒸汽经冷凝器5将部分热量传递给第二工质后成为液体第一工质，且第一工质流回蒸汽发生器2形成回流；第二工质吸收热量后成为气体，膨胀机4带动压缩机6做功，并将气体的第二工质压缩为高温高压的气体，高温高压的气体将热量传递给第二供热换热器7并形成为中温高压的液体，第二供热换热器7将一部分热量传递给供热热网并对用户进行供热，中温高压的液体，节流后回流至冷凝器5中形成循环。利用高温的热源1驱动膨胀机4为压缩机6提供动力，实现不增加额外做功电力的前提下，降低回水温度，提高现有管网的供热能力，并且较低的回水温度可以进一步利用中温的余热，在整个供热组件的中间段对中温的热源1进行利用，并使得最终的回水温度较低，提高了供热***的能源使用效率。
进一步地，请一并参阅图1，作为本发明提供的供热***的一种具体实施方式，所述制冷组件还包括蒸发器8，所述蒸发器8具有高温侧和低温侧，所述蒸发器8的高温侧与所述第一供热换热器3相连通并进行热交换后连接至回水管网12。具体的，蒸汽发生器2产生的较高温度的热源1经第一供热换热器3后，将部分热量转移给第一供热换热器3并传递给用户使用，剩余的热源1传递至蒸发器8内，蒸发器8也具有高温侧和低温侧，高温侧和低温侧之间可以进行热量的交换，热量较高的一侧朝热量较低的一侧移动，从而再次对剩余的热源1的热量进行利用，最后再将剩余的热源1回流并重新进行加热形成热源1。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的供热***的一种具体实施方式，所述热源1的温度超过90摄氏度，回流至所述回水管网12的温度为低于30摄氏度。具体的，热源1是经过加热的水或其他的介质，热源1进入蒸汽发生器2前的温度应大于90摄氏度，且热源1经过蒸汽发生器2、第一供热换热器3和蒸发器8的冷却后逐渐降低温度，直至低于30摄氏度，供、回水的温差较大，增大了能源的利用率。
优选地，热源1进入蒸汽发生器2前的温度为130℃，经蒸汽发生器2转移部分热量给第一介质后，热源1的温度降低至70℃；热源1经第一供热换热器3进行供热后使得用户的供水温度为60℃，且热源1的温度降低为52℃；热源1进入蒸发器8后再次将温度传递给第二介质，使得热源1的温度为20℃，此时热源1的温度降低至较低的温度。
第一介质在蒸汽发生器2吸收热源1的热量后，第一介质的蒸汽温度为110℃，过热的蒸汽经膨胀机4做功成为40℃的低温蒸汽，低温蒸汽再次经过冷凝器5将部分热量传递给第二工质后成为液体第一工质，此时第一工质的温度为30℃并回流至蒸汽发生器2重新加温。
进一步地，参阅图1，作为本发明提供的供热***的一种具体实施方式，所述第二工质经所述第二供热换热器7后还流经所述蒸发器8的低温侧并回流至所述压缩机6。具体的，第二工质在冷凝器5吸收热量后成为25℃的气体，膨胀机4带动压缩机6做功，并将气体的第二工质压缩为高温高压的气体此时温度为60℃，高温高压的第二工质气体将热量传递给第二供热换热器7，第二供热换热器7使得用户的供水温度为55℃，且第二工质的温度降低为47℃的液体状态，第二工质气体可以分流节流后经过冷凝器5和蒸发器8吸收热量并再次传送至压缩机6形成循环。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的供热***的一种具体实施方式，所述第二供热换热器7和所述蒸汽发生器2的低温侧之间设有第一节流器9；所述第二供热换热器7和所述蒸发器8的低温侧之间设有第二节流器10。具体的，第二工质气体可以分流经过冷凝器5和蒸发器8吸收热量并再次传送至压缩机6形成循环，其中第二工质气体由第二供热换热器7输出时为液相的第二工质，分别经过第一节流器9和第二节流器10后可以将液相的第二工质转化为气液两相的第二工质，降压降温便于吸热。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的供热***的一种具体实施方式，所述膨胀机4的输出轴与所述压缩机6的输入轴同轴连接。具体的，膨胀机4优选采用无油轴承膨胀机，压缩机6优选采用无油轴承压缩机，膨胀机4在过热蒸汽的带动下可以膨胀做功，从而带动膨胀机4的输出轴的转动，而压缩机6的输入轴和膨胀机4的输出轴同轴，此处可以带动压缩机6做功，通过利用供热组件的高品位热能驱动膨胀机4提供动力，实现制冷循环，不增加额外做功电力的前提下，降低回水温度，提高现有管网的供热能力。
进一步地，参阅图1，作为本发明提供的供热***的一种具体实施方式，所述冷凝器5的高温侧和所述蒸汽发生器2的低温侧之间设有对所述第一工质加压的泵体11。具体的，泵体11一般采用加压的液泵，冷凝器5输出的为低压的第一工质，由于此时第一工质的压力较小，不足以使得所有的第一工质快速的循环回蒸汽发生器2，因此通过增设加压的泵体11，可以对第一工质进行加压，可以实现循环。
进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的供热***的一种具体实施方式，所述第一供热换热器3和所述第二供热换热器7均具有高温侧和低温侧，供热热网经所述第一供热换热器3或所述第二供热换热器7的低温侧形成回流。具体的，第一供热换热器3和第二供热换热器7均具有高温侧和低温侧，高温侧和低温侧之间可以进行热量的交换，热量较高的一侧朝热量较低的一侧移动。蒸汽发生器2产生的较高温度的热源1经第一供热换热器3后，压缩机6产生的较高温度的第二工质经第二供热换热器7后，均可以给供热热网传递热量，供热热网将热量传递给用户使用，并且第一供热换热器3和第二供热换热器7提供给用户的介质温度约为55℃至60℃，回流温度约为45℃至50℃，此时完全能够满足用户的供热需求。
进一步地，作为本发明提供的供热***的一种具体实施方式，所述第一工质采用R245fa。具体的，R245fa即为五氟丙烷，是一种无色透明易流动液体，具有挥发性，沸点15.3℃，在常温常压下稳定，为较好的有机朗肯循环工质材料。
进一步地，作为本发明提供的供热***的一种具体实施方式，所述第二工质采用R-134a。具体的，R-134a即为1，1，1，2-四氟乙烷，其是一种使用广泛的中低温环保制冷剂，具有良好的综合性能，不含氯原子，对臭氧层不起破坏作用，具有良好的安全性能。当然，根据和实际情况和具体需求，在本发明的其他实施例中，R-134a还可以替换为其它氟利昂等制冷剂，此处不作唯一限定。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.供热***，其特征在于：包括
供热组件，所述供热组件包括热源(1)、蒸汽发生器(2)和用于给用户供热的第一供热换热器(3)，所述蒸汽发生器(2)具有高温侧和低温侧，所述热源(1)和所述第一供热换热器(3)通过所述蒸汽发生器(2)的高温侧相连通；
膨胀功回收组件，所述膨胀功回收组件包括第一工质、膨胀机(4)和冷凝器(5)，所述冷凝器(5)具有高温侧和低温侧，所述第一工质依次经所述蒸汽发生器(2)的低温侧、所述膨胀机(4)、所述冷凝器(5)的高温侧并回流至所述蒸汽发生器(2)的低温侧；以及
制冷组件，所述制冷组件包括第二工质、压缩机(6)和用于给用户供热的第二供热换热器(7)，所述压缩机(6)由所述膨胀机(4)驱动，所述第二工质依次经所述冷凝器(5)的低温侧、所述压缩机(6)、所述第二供热换热器(7)并回流至所述冷凝器(5)的低温侧。
2.如权利要求1所述的供热***，其特征在于：所述制冷组件还包括蒸发器(8)，所述蒸发器(8)具有高温侧和低温侧，所述蒸发器(8)的高温侧与所述第一供热换热器(3)相连通并进行热交换后连接至回水管网(12)。
3.如权利要求2所述的供热***，其特征在于：所述热源(1)的温度超过90摄氏度，回流至所述回水管网(12)的温度为低于30摄氏度。
4.如权利要求2所述的供热***，其特征在于：所述第二工质经所述第二供热换热器(7)后还流经所述蒸发器(8)的低温侧并回流至所述压缩机(6)。
5.如权利要求4所述的供热***，其特征在于：所述第二供热换热器(7)和所述蒸汽发生器(2)的低温侧之间设有第一节流器(9)；所述第二供热换热器(7)和所述蒸发器(8)的低温侧之间设有第二节流器(10)。
6.如权利要求1至5任一项所述的供热***，其特征在于：所述膨胀机(4)的输出轴与所述压缩机(6)的输入轴同轴连接。
7.如权利要求1至5任一项所述的供热***，其特征在于：所述冷凝器(5)的高温侧和所述蒸汽发生器(2)的低温侧之间设有对所述第一工质加压的泵体(11)。
8.如权利要求1至5任一项所述的供热***，其特征在于：所述第一供热换热器(3)和所述第二供热换热器(7)均具有高温侧和低温侧，供热热网经所述第一供热换热器(3)或所述第二供热换热器(7)的低温侧形成回流。
9.如权利要求1至5任一项所述的供热***，其特征在于：所述第一工质采用R245fa。
10.如权利要求1至5任一项所述的供热***，其特征在于：所述第二工质采用R-134a。
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