一种无循环泵式蒸气增压系统的控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无循环泵式蒸气增压系统的控制方法，系统运行时根据蒸气发生室提供的高温高压蒸气的温度即出气温度和外部提供的低温低压液体的温度即进液温度预设初始增压比，所述初始增压比为加压子过程开始时，液体加压室中工作流体气体与工作流体液体的体积比；根据所述预设初始增压比计算并控制出气阶段的时长，使液体加压室在加压子过程开始时具有预设的初始增压比即最佳初始增压比。最佳初始增压比只由系统的蒸发温度、进液温度、工作流体种类决定。当工作流体种类、出气温度、进液温度、出气质量流量和液体加压室体积确定时，通过本发明专利技术控制方法仅需调整出气阶段时长就可以取得最佳初始增压比。

【技术实现步骤摘要】
一种无循环泵式蒸气增压系统的控制方法
本专利技术属于蒸气增压领域，尤其是涉及一种无循环泵式蒸气增压系统的控制方法。
技术介绍
在空调制冷设备中、在汽轮机发电设备中等工业工艺场合都需要高温高压的蒸气。一般利用消耗电能的机械泵将液体加压，之后将加压后的高压低温液体加热，由此产生所需的高温高压的蒸气。同时，许多工业工艺场合存在无法有效利用低品位热能的问题，即浪费了能量又污染了环境(如加剧温室效应、城市热岛效应等)。在现代社会，随着社会的发展，能源与环境问题日益突出，各国都致力于发展绿色的可再生能源，太阳能包括太阳热能得到了有效规模的发展。所以有了蒸气增压系统的应用。蒸气增压系统直接利用热能通过热平衡原理给低温低压液体加热，可以减少电能的应用，同时也可以利用低品位热能，是响应可持续发展的科技专利技术。蒸气增压系统的结构如图1所示，包括至少一个蒸气发生室1、液体加压室2和液体加压室冷却装置3，及相应的管路和切换阀4～9。外部热能输入进蒸气发生室1，蒸气发生室1吸收热能后产生所需的高温高压蒸气；同时，外部提供用以补充蒸气发生室高温高压液体损失的低温低压液体，进入液体加压室2。蒸气增压系统的运行可以分为出气阶段和增压阶段。在出气阶段，打开切换阀4和切换阀9，关闭切换阀5、切换阀6、切换阀7和切换阀8。蒸气发生室吸收热能，将高温高压的液体气化，由出口a输出高温高压的蒸气。当蒸气增压系统应用于闭系统时，切换阀动作和切换阀1动作一致；当蒸气增压系统应用于开系统时，切换阀3在外部向蒸气增压系统从入口b输入低温低压液体时开启，其他时候处于关闭状态。外部向蒸气增压系统输入低温低压液体的操作要在增压阶段开始前完成，即在出气阶段结束前完成。当蒸气增压室里的液位下降到一定程度时(最低液位要求所剩的高温高压液体产生的高温高压蒸气足够给低温低压蒸气加热加压)，关闭切换阀4，结束出气阶段，开始增压阶段。增压阶段由三个子过程组成：加压子过程、回液子过程和冷却子过程。打开切换阀5，系统进入加压阶段的加压子过程。蒸气发生室产生的高温高压液体进入液体加压室，将液体加压室中的液体升温升压。当液体加压室中的液体的温度和压强与蒸气发生室中的相同时，打开切换阀7，此时系统由加压阶段的加压子过程进入回液子过程。当液体加压室的布置位置高于蒸气发生室时，液体加压室中的高温高压液体在重力作用下进入蒸气发生室，蒸气发生室中的高温高压蒸气继续进入液体加压室以平衡蒸气发生室和液体加压室的压力；当液体加压室的布置位置不高于蒸气发生室时，在来自蒸气发生室的高温高压蒸气推动下，液体加压室中的高温高压液体进入蒸气发生室。当液体加压室中无液体剩余时，关闭切换阀5和切换阀7，结束回液子过程；打开切换阀8，关闭切换阀6，开始冷却子程序。直至液体加压室的压力降至满足要求，即外部提供低温低压液体结束后，液体加压室内的液体的状态要和低温低压液体刚从b口进入蒸气增压系统时的状态相同，关闭切换阀8，蒸气增压系统的一个工作周期完成。该工作周期切换阀的动作，如表格1所示。表1.蒸气增压喷射器制冷系统(单液体加压室)一个周期内切换阀动作注:标记“√”和“×”分别表示状态“开”和“关”。
技术实现思路
本专利技术提供一种无循环泵式蒸压增压系统的控制方法，本专利技术在现有的蒸气增压装置的基础实现上，仅需要调整外部提供的出气阶段的时长，即可达到优化系统性能的目的。一种无循环泵式蒸气增压系统的控制方法，所述蒸气增压系统中至少包括有一套用于气化工作流体的蒸气发生室以及与蒸气发生室相连的液体加压室，系统运行包括出气阶段和增压阶段；所述增压阶段包括依次进行的加压，回液和冷却三个子过程；系统运行时根据蒸气发生室提供的高温高压蒸气的温度即出气温度和外部提供的低温低压液体的温度即进液温度预设初始增压比，所述初始增压比为加压子过程开始时，液体加压室中工作流体气体与工作流体液体的体积比；根据所述预设初始增压比计算并控制出气阶段的时长，使液体加压室在加压子过程开始时具有预设的初始增压比即最佳初始增压比。初始增压比γ定义为加压子过程刚开始时，液体加压室中工作流体气体与工作流体液体的体积比。在蒸气增压系统中，在其他参数不变时，存在最佳初始增压比，以使输入的热能的利用率最高，且液体加压室在冷却子过程冷却水量最小。预设初始增压比即最佳初始增压比由出气温度、进液温度和工作流体种类决定。具体可以根据如下公式确定初始增压比：式中：γ为初始增压比；vsig为加压子过程开始时工作流体的饱和气体比体积；vsiL为加压子过程开始时工作流体的饱和液体比体积；hbg为蒸气发生室向液体加压室输出的饱和气体工作流体的焓值；hsig、hsiL分别为加压子过程开始时即进液温度下的液体加压室中饱和气体工作流体和饱和液体工作流体的焓值；vsiiL为加压子过程结束时即出气温度下的液体加压室中饱和气体工作流体的比体积；hsiiL为加压子过程结束时即出气温度下的液体加压室中饱和气体工作流体的焓值。而调整出气质量流量、出气温度、进液温度、液体加压室体积、工作流体种类和出气阶段时长可以改变初始增压比。在蒸气增压系统的应用中，出气质量流量、出气温度、进液温度、液体加压室体积和工作流体种类按照一定的要求确定。所以，最佳初始增压比可以仅通过调整出气阶段的时长t1实现；出气阶段的时长t1的调整可以通过控制位于蒸气发生室出气管道上的切换阀、及位于外部向蒸气增压系统提供低温低压液体的进液管道上的切换阀实现。根据如下公式由初始增压比计算出气阶段的时长：c为出气质量流量；V为液体加压室体积；t1为出气阶段的时长；vg3为回液子过程中，即出气温度下，蒸气发生室需要向液体加压室提供的高温高压蒸气的比体积。低温低压的液体加压室在加压子过程中，密度随着温度和压强(在气液两相平衡状态时，温度和压强一一对应)的升高而变小，如图2所示，为常用工作流体R134a、R142b、R123、R717和水的饱和液态的密度随着温度的变化(数据来自软件EngineeringEquationSolver)。在加压子过程结束时，原先的液体体积膨胀。而由蒸气发生室传递给液体加压室用来加压的高温高压蒸气经过热平衡过程也冷却成液体。所以加压子过程结束后，液体加压室中的液态工作流体体积增加。如果初始增压比过小，即初始增压时，液体加压室中液体体积过大，则加压子过程结束时，甚至在加压过程中，因液体体积增加过度而有压力未达到回液要求的液体溢出液体加压室，扰乱蒸气发生室的正常工作，从而使得整个制冷系统无法正常运行。如果初始增压比过大，即初始增压时，液体加压室中液体体积过小，意味着液体加压室体积相对增大，则在回液子过程结束时，液体加压室中剩余的高温高压蒸气越多。这部分高温高压蒸气不但无法被利用，而且需要消耗冷却水。所以，当初始增压比过大时，被浪费的热量和冷却水量增大，系统性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无循环泵式蒸气增压系统的控制方法，所述蒸气增压系统中至少包括有一套用于气化工作流体的蒸气发生室以及与蒸气发生室相连的液体加压室，系统运行包括出气阶段和增压阶段；所述增压阶段包括依次进行的加压，回液和冷却三个子过程；其特征在于，系统运行时根据蒸气发生室提供的高温高压蒸气的温度即出气温度和外部提供的低温低压液体的温度即进液温度预设初始增压比，所述初始增压比为加压子过程开始时，液体加压室中工作流体气体与工作流体液体的体积比；根据所述预设初始增压比计算并控制出气阶段的时长，使液体加压室在加压子过程开始时具有预设的初始增压比即最佳初始增压比。

【技术特征摘要】
1.一种无循环泵式蒸气增压系统的控制方法，所述蒸气增压系统中至少包括有一套用于气化工作流体的蒸气发生室以及与蒸气发生室相连的液体加压室，系统运行包括出气阶段和增压阶段；所述增压阶段包括依次进行的加压，回液和冷却三个子过程；其特征在于，系统运行时根据蒸气发生室提供的高温高压蒸气的温度即出气温度和外部提供的低温低压液体的温度即进液温度预设初始增压比，所述初始增压比为加压子过程开始时，液体加压室中工作流体气体与工作流体液体的体积比；根据所述预设初始增压比计算并控制出气阶段的时长，使液体加压室在加压子过程开始时具有预设的初始增压比即最佳初始增压比。2.如权利要求1所述的无循环泵式蒸气增压系统的控制方法，其特征在于，根据如下公式确定初始增压比：式中：γ为初始增压比；vsig为加压子过程开始时工作流体的饱和气体比体积；vsiL为加压子过程开始时工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：张胜，何一坚，吴杰，李荣，王祎，陈光明，唐黎明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33