一种单螺杆自复叠高温热泵蒸汽机及控制方法

本发明涉及高温热泵蒸汽机领域，具体是一种单螺杆自复叠高温热泵蒸汽机及控制方法。

背景技术：

1、目前全世界85％的能源消耗来自化石燃料的燃烧，其中工业能耗占总能耗的1/3，而工业能耗中更是有70％的用于产生高温蒸汽。其中尤其是150～170℃的高温蒸汽。与此同时，大量的低温工业余热被浪费，回收率不足30％，而通过回收工业余热来制造高温蒸汽的高温热泵蒸汽机能够有效缓解上述问题。

2、高温热泵蒸汽机的关键技术是制冷剂与压缩机。其中，由于需要大于100℃的输出温度，所以高温热泵蒸汽机的制冷剂临界温度需要大于100℃，而且由于《基加利修正案》的规定，制冷剂的odp和gwp需要非常小。目前所使用的高温热泵制冷剂多为hfc类制冷剂，尽管hfc类制冷剂具有优良的热力学性能，但是其具有非常高的gwp，这也导致其加剧了对环境的破坏，所以急需要寻找替代品。

3、高温热泵蒸汽机的另一个关键技术则是压缩机，由于需要其在高温的环境中工作，升温温差大，所以高温热泵蒸汽机的压缩机必须满足大压力比、大容积流量和高排气温度的要求。目前高温热泵蒸汽机的冷媒压缩机主要采用涡旋压缩机、活塞压缩机和双螺杆压缩机，均存在着一定的问题。如，涡旋式压缩机的结构为多腔压缩，相邻腔之间的压差很小(接近于连续变化)，同时，动、静涡旋盘紧密接触，在润滑油的帮助下达到良好的密封效果，几乎没有内部泄漏，但由于需要保持一定的运动间隙来实现密封，其压缩量相对较小；活塞式压缩机的压力范围较宽，由于其工作原理是容积变化，因此无论流量大小，都能达到较高的工作压力，但活塞式压缩机排气量小，输出功率低，排气不连续，气流压力脉动，易产生气柱振动，由于惯性力大，运动时振动和噪音大，因此机器体积庞大，为了平衡这些问题，需要增加各种辅助设备，这也导致活塞式压缩机结构复杂，易损件较多，从而增加了维护成本；螺杆压缩机采用强制气体输送，因此容积流量几乎不受排气压力的影响，并能在很大范围内保持高效率，但机组体积大、制造设备成本高是阻碍其大面积推广的主要因素。

4、高温热泵蒸汽机还需要压缩水蒸气，所以水蒸气压缩机也是其中一个关键技术。目前压缩水蒸气的压缩机主要包括离心水蒸气压缩机，罗茨水蒸气压缩机和双螺杆水蒸气压缩机。离心式水蒸气压缩机更适用于流量大、压缩比小的系统；罗茨水蒸气压缩机的压缩比相对较小，适用于小流量系统；螺杆式水蒸气压缩机更适用于中等流量和大压缩比系统。且离心式、罗茨式和螺杆式水蒸气压缩机都需要开发新的关键部件材料，以尽量减少压缩机工作原理的缺点和高温工作环境的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种单螺杆自复叠高温热泵蒸汽机及控制方法，使用不同沸点的两种制冷剂与单螺杆水蒸气压缩机相配合，可以输出更稳定的饱和蒸汽，可以更加节能，更加灵活调节系统。

2、本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

3、一种单螺杆自复叠高温热泵蒸汽机，包括单螺杆冷媒压缩机、冷凝器、气液分离器、中间换热器、蒸发器、闪蒸罐、水泵、单螺杆水蒸气压缩机；所述蒸发器用于吸收工业余热，在所述蒸发器的蒸发室内设有第一制冷剂，所述蒸发器的蒸发室的一端与单螺杆冷媒压缩机的输入端连通，另一端与中间换热器的第一换热室的输出端连通，且在蒸发器的蒸发室与中间换热器的第一换热室之间设有第一节流阀，所述中间换热器的第二换热室内设有第二制冷剂，所述第二制冷剂的沸点高于第一制冷剂的沸点，所述中间换热器的第二换热室的一端与单螺杆冷媒压缩机的输入端连通，另一端与气液分离器连通，且在中间换热器的第二换热室与气液分离器之间设有第二节流阀，所述单螺杆冷媒压缩机的输出端与冷凝器的供热室的输入端连通，所述冷凝器的供热室的输出端、中间换热器的第一换热室的输入端均与气液分离器连通，所述冷凝器的吸热室的输入端与水泵的输出端连接，冷凝器的吸热室的输出端、水泵的输入端、单螺杆水蒸气压缩机的输入端、供水管路均与闪蒸罐连通，且在供水管路与闪蒸罐之间设有第三节流阀，所述供水管路连接单螺杆水蒸气压缩机，且在供水管路与单螺杆水蒸气压缩机之间设有第四节流阀。

4、优选的，所述第一制冷剂、第二制冷剂均为hfo制冷剂。

5、一种单螺杆自复叠高温热泵蒸汽机的控制方法，包括：

6、当蒸发器吸收的工业余热在40℃以下时，将第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀开度减小，将第四节流阀开度增大；当蒸发器吸收的工业余热大于70℃且小于100℃时，将第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀开度增大，将第四节流阀开度减小。

7、对比现有技术，本发明的有益效果在于：

8、本发明使用不同沸点的两种制冷剂与单螺杆水蒸气压缩机相配合，可以输出更稳定的饱和蒸汽，可以更加节能，更加灵活调节系统。其中，单螺杆水蒸气压缩机具有高压比，对于高温水蒸气具有更好的适应性，使用喷水来对单螺杆水蒸气压缩机排气温度进行降温并且保证水蒸气饱和温度输出；使用不同沸点的两种制冷剂进行混合，作为系统制冷剂，性质稳定，非常适合高温热泵的使用。

技术特征：

1.一种单螺杆自复叠高温热泵蒸汽机，其特征在于：包括单螺杆冷媒压缩机(1)、冷凝器(2)、气液分离器(3)、中间换热器(4)、蒸发器(5)、闪蒸罐(6)、水泵(7)、单螺杆水蒸气压缩机(8)；所述蒸发器(5)用于吸收工业余热，在所述蒸发器(5)的蒸发室内设有第一制冷剂，所述蒸发器(5)的蒸发室的一端与单螺杆冷媒压缩机(1)的输入端连通，另一端与中间换热器(4)的第一换热室的输出端连通，且在蒸发器(5)的蒸发室与中间换热器(4)的第一换热室之间设有第一节流阀(9)，所述中间换热器(4)的第二换热室内设有第二制冷剂，所述第二制冷剂的沸点高于第一制冷剂的沸点，所述中间换热器(4)的第二换热室的一端与单螺杆冷媒压缩机(1)的输入端连通，另一端与气液分离器(3)连通，且在中间换热器(4)的第二换热室与气液分离器(3)之间设有第二节流阀(10)，所述单螺杆冷媒压缩机(1)的输出端与冷凝器(2)的供热室的输入端连通，所述冷凝器(2)的供热室的输出端、中间换热器(4)的第一换热室的输入端均与气液分离器(3)连通，所述冷凝器(2)的吸热室的输入端与水泵(7)的输出端连接，冷凝器(2)的吸热室的输出端、水泵(7)的输入端、单螺杆水蒸气压缩机(8)的输入端、供水管路(11)均与闪蒸罐(6)连通，且在供水管路(11)与闪蒸罐(6)之间设有第三节流阀(12)，所述供水管路(11)连接单螺杆水蒸气压缩机(8)，且在供水管路(11)与单螺杆水蒸气压缩机(8)之间设有第四节流阀(13)。

2.根据权利要求1所述的一种单螺杆自复叠高温热泵蒸汽机，其特征在于：所述第一制冷剂、第二制冷剂均为hfo制冷剂。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种单螺杆自复叠高温热泵蒸汽机的控制方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明公开了一种单螺杆自复叠高温热泵蒸汽机及控制方法，主要涉及高温热泵蒸汽机领域；包括单螺杆冷媒压缩机、冷凝器、气液分离器、中间换热器、蒸发器、闪蒸罐、水泵、单螺杆水蒸气压缩机、第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀、第四节流阀、供水管路；本发明使用不同沸点的两种制冷剂与单螺杆水蒸气压缩机相配合，可以输出更稳定的饱和蒸汽，可以更加节能，更加灵活调节系统。技术研发人员：杜彦君,吴玉庭,马旭东,雷标,智瑞平受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20