热液喷射多单元蒸气压缩装置及热泵的制作方法

本发明涉及压缩机及热泵领域，尤其是一种热液喷射多单元蒸气压缩装置及热泵。

背景技术：

众所周知：低品位蒸气或二次蒸气的利用，是当今节能减排、绿色低碳经济、碳中和及循环经济的重大课题。

现有技术中一般采用以下方法实现对低品位蒸气或二次蒸气的节能利用。

1、机械蒸汽再压缩技术，简称mvr(mechanicalvaporrecompression)

mvr是重新利用蒸发产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术，其工作过程是将二次蒸汽经mvr压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后进入蒸发器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热。除开车启动外，整个蒸发过程中无需生蒸汽；这样，原来要废弃的二次蒸汽就得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率，其经济性相当于20效的多效蒸发。但mvr一次性投资大于多效蒸发，一般为多效蒸发1.5倍以上。另外多效蒸发因没特殊设备，建设周期短，而mvr因压缩机设备特殊，生产周期较长，建设周期为多效蒸发的3倍之多。另外鉴于水蒸汽难于压缩的特点，mvr压缩和其他绝热压缩一样最终必然为过热状态，其中80％以上的能量消耗于增温过热，不足20％的能量用于增压。以100℃的二次蒸汽为例，经核算mvr单级压缩机最高饱和温升8℃，成为108℃饱和蒸汽，见表1，压缩比约1.32，已是现有机械压缩设计的理想点，此时正好20％用于增压，80％用于增温过热，mvr二台单级压缩机串联饱和增温才16℃，即每台单级压缩机饱和增温8℃，使用范围受限。

另外，为了保证机械蒸汽再压缩机mvr长周期安全稳定运行，必须确保进入机械蒸汽再压缩机mvr的二次蒸汽中含盐量或含其它腐蚀溶质量低于10ppm，而现有国内外传统蒸发器的蒸发室，均有蒸发效率不太高，特别是汽液分离不理想，带腐蚀溶质二次蒸汽进入下游设备、管道，造成严重腐蚀、以致不能运行；并且溶质或产品损失也严重的课题亟待解决；mvr不得不设置二次蒸汽三次洗涤系统来解决这一问题，既增加了投资同时也增加了能耗。

2、多效蒸发

以水蒸汽为例，从原理上讲，多效蒸发器是将生蒸汽的汽化潜热多次利用。但是，无论如何，生蒸汽是以汽态的方式进入系统，又以汽态的方式流出系统。进出系统的蒸汽焓差很小，例如以164℃，706.27kpa饱和水蒸汽即生蒸汽，进入蒸发系统，经多效蒸发又以42℃二次蒸汽排出系统，其焓见表1，焓差仅为2763-2578＝185kj/kg，生蒸汽的热利用率小于7％，非但如此，排出系统的二次蒸汽为保证其蒸发的真空度，不得不用大量的循环水将其冷凝，再加上其它能耗，其热力学第二定率的热利用率更低。更大的问题在于：过程中所需生蒸气是靠燃烧或消耗能源，如媒、石油等由锅炉产生的，能源燃烧不仅产生二氧化碳排放(即碳排放)及其有害气体的排放，而且还可产生废渣、废液等的排放；二次蒸汽冷凝不得不用大量的循环水，而循环水又把其热量通过循环水冷却塔以水的蒸发或加热空气方式而排向大气，造成大量的废热排放至大气中，使环境污染，气温上升。

3、蒸汽喷射热泵

蒸汽喷射热泵又称为蒸汽喷射泵就是利用高压力的生蒸汽，在蒸汽喷射器的拉瓦尔喷嘴膨胀产生超音速流，将压力能转换为射流的动能，引射低品位蒸汽或二次蒸汽增压的利用，增压后混合蒸汽压力小于生蒸汽压力；由于引射系数一般不超过1，低品位蒸汽或二次蒸汽利用率很低，小于50％；能耗很高，高压力的生蒸汽消耗大于50％，至今应用很少。

4、液体喷射式气体压缩器

液体喷射式气体压缩器就是利用液体具有的压力能通过喷嘴转化射流的动能，吸引气体在扩散道或扩压器被压缩升压利用；一般都是单喷嘴配单扩散道或扩压器组成，常用于常温液体压缩不同成分的气体，使气体增压变成被液体成分饱和或过饱和的气体利用，例如水压缩空气就是这样；若用于压缩同成分而比液体温度高的蒸汽，由于温差的存在，蒸汽将被冷凝就变成冷凝器或喷射真空泵。也有试图用电加热器加热高压蒸汽凝液变成过热凝液经高压水泵提升形成高压过热凝液，通过现有射流吸入装置，即液体体喷射式气体压缩器(单喷嘴配单扩散道)吸入二次蒸汽并混合后释放形成高压高温蒸汽重新作为热源，二次蒸汽全部得到利用，但却没有提供更好的的两相流的汽液分离方案，而且目前现有射流吸入装置，即液体喷射式气体压缩器，均为单喷嘴和与之相配的单扩散道，过热凝液的流量和可能达到压缩状况，取决于过热凝液的压力能、喷嘴后喷射过热凝液分散程度和喷嘴与扩散道正确的配合。同样的压力能，小喷嘴，流量也相对小，喷嘴后喷射过热凝液分散程度就高，压缩二次蒸汽效率就高，反之随喷嘴口径增大，流量也相应增大，喷嘴后过热凝液分散程度就急剧下降，压缩二次蒸汽效率也就急剧下降，这就是说，采用现有射流吸入装置压缩二次蒸汽利用能力有限，使用范围更受限。

技术实现要素：

本发明针对所要解决的技术问题，提供一种能够高效利用低品位蒸气或二次蒸气的热液喷射多单元蒸气压缩装置及热泵。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供了一种热液喷射多单元蒸气压缩装置，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，包括热液喷射多单元蒸气压缩器、二级扩容分离室、热液循环增压泵；所述热液喷射多单元蒸气压缩器具有增压循环热液进口、低品位蒸气或二次蒸气进口以及多压缩单元出口的花板；所述二级扩容分离室具有两相流的进口、热液出口以及增压的饱和蒸气出口；

所述热液循环增压泵具有的增压热液出口与热液喷射多单元蒸气压缩器增压循环热液进口连通；热液喷射多单元蒸气压缩器低品位蒸气或二次蒸气进口与界外装置或设备具有的低品位蒸气或二次蒸气出口连通；热液喷射多单元蒸气压缩器多压缩单元出口的花板与所述二级扩容分离室两相流进口连通；二级扩容分离室增压的饱和蒸气出口与界外装置或设备具有的增压的饱和蒸气进口连通；二级扩容分离室热液出口与热液循环增压泵具有的热液进口连通；

所述热液喷射多单元蒸气压缩装置对低品位蒸气或二次蒸气进行压缩使其变成增压的饱和蒸气以进行利用或循环利用包括以下步骤：

1)通过热液循环增压泵将增压的饱和蒸气凝液或同温度、同成分的热液增压，从热液喷射多单元蒸气压缩器增压循环热液进口进入液室，经花板分配到多喷嘴，喷嘴数≥2；在气液混合室喷出，使热液的压力能转变为动能，形成园锥形的热液喷射流，吸引从外界进入气液混合室的低品位蒸气或二次蒸气，通过花板进入与喷嘴一一对应的多压缩单元，压缩单元数≥2；在压缩单元的加速段被加速后，进入压缩单元的两相流压缩段，形成声速或超声速的两相流，因热液的温度大于吸入同组成的低品位蒸气或二次蒸气，故低品位蒸气或二次蒸气不能被冷凝，同时由于热液具有不可压缩性，故只能是低品位蒸气或二次蒸气在声速或超声速的两相流中被压缩，此时又有几十倍质量比其温度高的热液存在，也不能成为增压的过热蒸气，最高也莫过于与高温热液同温的饱和蒸气，即增压的饱和蒸气，两相流经扩压段扩压后经多压缩单元出口的花板排出，进入二级扩容分离室；

2)两相流入二级扩容分离室，首先进入第一级扩容分离室，因第一级扩容分离室的横切面积是多压缩单元出口横切面积总和的数倍，利用在一定流量下，流体的流速与流通面积成反比的原理，实现第一次扩容降速，将动能转化为压力能；再进入第二级扩容分离室，第二级扩容分离室的横切面积又是第一级扩容分离室的横切面积的数倍，将动能进一步转化为压力能，与此同时，在一定流量下，流体的压力也与流通面积成反比，于是实现流体在第一级扩容分离室降压，将热液的压力能转化为热能，使被压缩蒸气补焓升温；进入第二级扩容分离室，实现流体在第二级扩容分离室进一步降压，将热液的压力能进一步转化为热能，使被压缩蒸气进一步补焓升温，成为与热液同温的饱和蒸气，此时增压的饱和蒸气处于低压；另外由于二级降速和二级降压，则满足了因热液与蒸气因密度差很大，液滴受重力有向下沉降，蒸气要向上升的意向，并提供了足够的空间和停留时间，也使饱和蒸气从气液两相流中与热液很好地分离，通过高效的伞形丝网除沫器除沫后，由于增压的饱和蒸气出口横切面积比第二级扩容分离室横切面积小很多倍，这就使得气液分离能在比背压更低的场景下实现；除沫后的饱和蒸气在增压的饱和蒸气出口成为增压的饱和蒸气并以较高速度排出，进入界外装置或设备具有的增压的饱和蒸气进口，实现利用或循环利用；被分离出的液滴沉降于第二级扩容分离室下部，从热液出口排出；

3)从二级扩容分离室热液出口排出的热液进入热液循环增压泵的热液进口，热液被增压后从热液循环增压泵的热液出口又进入热液喷射多单元蒸气压缩器，实现循环利用。

本发明所述的热液喷射多单元蒸气压缩装置是根据流体力学、能量守恒及转换原理，利用热液的不可压缩性、热液和蒸气的密度差很大的特性，以及所有物质不同压力(温度)饱和蒸气焓差很小的特性，以水蒸汽为例，由于100℃与120℃饱和水蒸汽的焓差仅为29kj/kg；结合现有方法实现对低品位蒸气或二次蒸气的节能利用的缺陷，特别是单喷嘴配单扩散道或扩压器组成流体喷射式气体压缩器的缺陷，采用增压的饱和蒸气凝液或同温度、同成分的热液实现对同成分的低品位蒸气或二次蒸气进行压缩变成增压的饱和蒸气进行利用或循环利用。

具体的，所述热液喷射多单元蒸气压缩器，包括具有锥形封头或椭圆形封头和圆柱形内腔的液室，具有圆柱形内腔、上花板、下花板的气液混合室，具有圆柱形内腔并底部具有多压缩单元出口的花板的多压缩单元室；

所述液室的锥形封头或椭圆形封头设置有增压循环热液进口；所述气液混合室的上花板装有多个喷嘴，喷嘴的数量≥2并与液室相通，气液混合室的圆柱形内腔侧壁设置有低品位蒸气或二次蒸气进口，所述多压缩单元室内具有多压缩单元，所述多压缩单元安装在气液混合室的下花板底部，多压缩单元的数量≥2并与气液混合室相通；

所述压缩单元，包括具有圆台形内腔的加速段、具有圆柱形内腔的高速两相流压缩段和具有圆台形内腔的扩压段；所述加速段直径较大的一端装于气液混合室的下花板并与气液混合室相通，直径较小的一端通过高速两相流压缩段和扩压段的直径较小的一端连通，扩压段的直径较大的一端与多压缩单元出口的花板连通；

所述增压循环热液进口的中心线、液室圆柱形内腔的中心线、气液混合室圆柱形内腔的中心线、多压缩单元室圆柱形内腔的中心线以及多压缩单元出口的花板的中心线共线；

所述上花板的喷嘴安装孔中心线、喷嘴的中心线、下花板的压缩单元安装孔的中心线、加速段的圆台形内腔中心线、高速两相流压缩段的圆柱形内腔中心线、扩压段的圆台形内腔中心线以及多压缩单元出口的花板的压缩单元安装孔的中心线共线；

所述低品位蒸气或二次蒸气进口的中心线与气液混合室圆柱形内腔的中心线垂直。

具体的，所述二级扩容分离室，包括具有圆柱形内腔的第一级扩容分离室，具有上椭圆形封头或蝶形封头、下椭圆形封头或蝶形封头、圆柱形内腔的第二级扩容分离室，在第二级扩容分离室圆柱形内腔内壁与第一级扩容分离室圆柱形内腔外壁之间具有伞形丝网除沫器；

所述第一级扩容分离室的上端具有两相流进口，下端具有第一级扩容分离室的出口，也是第二级扩容分离室进口；所述第二级扩容分离室的上椭圆形封头或蝶形封头上设置有第一级扩容分离室，所述下椭圆形封头或蝶形封头设置有热液出口，所述第二级扩容分离室圆柱形内腔的侧壁上部设置有增压的饱和蒸气出口，下部设置有液位计口、补液口；

所述第一级扩容分离室圆柱形内腔的中心线、第二级扩容分离室圆柱形内腔的中心线、伞形丝网除沫器的中心线以及热液出口的中心线共线；

所述增压的饱和蒸气出口的中心线与所述第二级扩容分离室圆柱形内腔的中心线垂直。

采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，即能量品位提升装置，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、蒸发器；所述蒸发器，包括加热室、二级扩容蒸发室；所述二级扩容蒸发室，包括具有圆柱形内腔的第一级扩容蒸发室，具有上椭圆形封头或蝶形封头、下椭圆形封头或蝶形封头、圆柱形内腔的第二级扩容蒸发室，第二级扩容蒸发室圆柱形内腔的内壁与第一级扩容蒸发室圆柱形内腔的外壁之间具有气相伞形丝网除沫器；

所述第一级扩容蒸发室，上端具有沸腾蒸发液进口，下端具有第一级扩容蒸发室的出口，也是第二级扩容蒸发室进口；所述第二级扩容蒸发室的上椭圆形封头或蝶形封头设置有第一级扩容蒸发室，所述下椭圆形封头或蝶形封头设置有浓缩蒸发液出口，所述第二级扩容蒸发室圆柱形内腔的侧壁上部设置有二次蒸气出口，下部设置有浓缩蒸发液液位计口；

所述第一级扩容蒸发室圆柱形内腔的中心线、第二级扩容蒸发室圆柱形内腔的中心线、气相伞形丝网除沫器的中心线以及浓缩蒸发液出口的中心线共线；

所述二次蒸气出口的中心线与所述第二级扩容蒸发室圆柱形内腔的中心线垂直

当有结晶析出时，其下封头设置为锥形封头，作为强制循环蒸发器的二级扩容蒸发室，锥形封头作为晶体沉降槽，其底部具有结晶液出口，而浓缩蒸发液出口则设置在圆柱形内腔侧壁下部；

此时所述第一级扩容蒸发室圆柱形内腔的中心线、第二级扩容蒸发室圆柱形内腔的中心线、气相伞形丝网除沫器的中心线以及结晶液出口的中心线共线；

所述二次蒸气出口的中心线、浓缩蒸发液出口的中心线均与所述所述第二级扩容蒸发室圆柱形内腔的中心线垂直。

本发明的二级扩容蒸发室具有如下特点：

1、二级扩容蒸发室的第一级扩容蒸发室，因第一级扩容蒸发室的横切面积是蒸发器加热室加热管或蒸发液通道横切面积总和的数倍，利用在一定流量下，流体的压力与流通面积成反比的原理，实现第一次扩容降压，沸腾状态的蒸发液进行了第一次压力闪蒸蒸发；再进入第二级扩容蒸发室，第二级扩容蒸发室的横切面积又是第一级扩容蒸发室的横切面积的数倍，将沸腾状态的蒸发液进行了第二次压力闪蒸蒸发，而蒸发背压一般均为常压或真空状态，这就使得蒸发、浓缩蒸发液却在比背压更低的场景下实现，而沸腾的蒸发液流量不是很大，也就产生大的蒸发比或蒸发强度，因流通面积有关系，使闪蒸蒸气或二次蒸气处于比二次蒸气排出口更低的压力。

2、蒸发好，气液分离才会好，不但流体的压力与流通面积成反比，而且流体的流速也与流通面积成反比；这意味着流体流速的两次降低，在蒸发室中，浓缩的蒸发液粒在蒸发产生的蒸气中受到重力的作用，由于蒸气和液粒的密度差，产生沉降，蒸气则上升；蒸气流速的两次降低，也就使蒸发产生的蒸气或二次蒸气对浓缩的蒸发液粒或液滴重力沉降的阻力和浮力降低；从而使浓缩蒸发液粒的沉降速度加快，在接近浓缩液面时蒸发已经基本完成，阻力和浮力更小，沉降速度则更快，进而大大提高了分离效率。

上升蒸气或二次蒸气进入气相伞形丝网捕沫器，伞形就意味着捕沫面积增大，就像雨伞一样面积增大，遮蔽雨的面积就愈大；不过，气相伞形丝网捕沫器遮蔽雨或雾沫是在伞的反面，面积大，气流就远离允许最大气速，在这样的条件下雾沫与丝网碰撞，重力的作用，使雾沫形成较大的液滴，要么脱离丝网下落，要么沿丝网捕沫器的坡度流至第二级扩容蒸发室的筒体内壁，并沿壁下流至液面，蒸气通过气相伞形丝网捕沫器后，就成为干饱和蒸气，进入大的缓冲空间，再由二次蒸气出口排出，本发明的气相伞形丝网捕沫器，气液分离效率高，几乎是100％。

3、气液分离效率好，二次蒸气夹带的腐蚀性物质(溶质)极少，工程调试证明其二次蒸汽凝液中的溶质含量均在10ppm以下，换算为二次蒸汽远小于mvr要求的10ppm，就无须如mvr那样要建二次蒸汽三次洗涤设施，更解决了传统蒸发器的蒸发室气液分离不理想，下游不耐蚀管道设备腐蚀严重、溶质或产品损失严重的课题，若用于海水淡化，更小于世界卫生组织推荐饮用水标准，盐度＜200ppmtds，提高淡化饮用水质量。

4、二级扩容蒸发室，在第二级扩容蒸发室还可使液位控制在较低的位置，减少静压差，从而减少静压差引起的沸点升值，也有利于蒸发。

进一步的，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、降膜蒸发器；所述降膜蒸发器，包括降膜加热室、二级扩容蒸发室；所述蒸气为二次蒸气；

进一步的，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置具有低品位蒸气或二次蒸气进口为二次蒸气进口、增压的饱和蒸气出口；所述降膜蒸发器具有与二级扩容蒸发室连通的二次蒸气出口以及与降膜加热室连通的增压的饱和蒸气进口；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置二次蒸气进口与二级扩容蒸发室二次蒸气出口连通；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口与降膜加热室增压的饱和蒸气进口连通；

所述热泵对二次蒸气的压缩循环利用实现蒸发液蒸发浓缩包括以下步骤：

1)蒸发液从降膜蒸发器上部进入降膜加热室并分布于降膜管内壁，蒸发液在重力的作用下呈膜状下降，膜层很薄，被从热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口排出，从降膜加热室增压的饱和蒸气进口进入降膜管外壁的增压的饱和蒸气加热成沸腾状态，从下部的花板进入降膜蒸发器的二级扩容蒸发室；

2)沸腾状态蒸发液首先进入二级扩容蒸发室的第一级扩容蒸发室，再进入第二级扩容蒸发室，使沸腾状态蒸发液进行二级压力闪蒸蒸发和二级降速，而蒸发背压一般均为常压或真空状态，因流通面积的关系，这就使得蒸发、浓缩蒸发液在比背压更低的场景下实现，且因没有大量浓缩蒸发液循环，沸腾状态蒸发液流量不是很大，也就产生大的蒸发比或蒸发强度，蒸发效率高；同时也使闪蒸蒸气或二次蒸气从气液两相流中与热液很好地分离，进入高效的气相伞形丝网除沫器除沫后，从二次蒸气出口成为饱和二次蒸气并以较高速度排出；被分离出的液滴沉降于第二级扩容蒸发室下部，从浓缩蒸发液出口排出，作为成品；

3)从二次蒸气出口排出的二次蒸气进入热液喷射多单元蒸气压缩装置二次蒸气进口，被压缩为增压的饱和蒸气，然后从增压的饱和蒸气出口排出，再次进入降膜蒸发器降膜加热室加热蒸发液，实现循环利用。

所述热泵，上述三个步骤周而复始进行，达到浓缩蒸发液的目标，而无需锅炉蒸汽和冷却水。

进一步的，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、板式蒸发器；所述板式蒸发器，包括板式加热室、二级扩容蒸发室；所述蒸气为二次蒸气；

进一步的，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置具有低品位蒸气或二次蒸气进口为二次蒸气进口、增压的饱和蒸气出口；所述板式蒸发器具有与二级扩容蒸发室连通的二次蒸气出口以及与板式加热室连通的增压的饱和蒸气进口；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置二次蒸气进口与二级扩容蒸发室二次蒸气出口连通；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口与板式加热室增压的饱和蒸气进口连通；

所述热泵对二次蒸气的压缩循环利用实现蒸发液蒸发浓缩包括以下步骤：

1)蒸发液从板式蒸发器板式加热室进口进入板式加热室的蒸发液通道，被从所述热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口排出，从板式加热室增压的饱和蒸气进口进入与蒸发液通道彼邻的增压的饱和蒸气通道的增压的饱和蒸气，加热成沸腾状态，又从板式加热室蒸发液通道出口进入板式蒸发器二级扩容蒸发室；

2)沸腾状态蒸发液首先进入二级扩容蒸发室的第一级扩容蒸发室，再进入第二级扩容蒸发室，使沸腾状态蒸发液进行二级压力闪蒸蒸发和二级降速，而蒸发背压一般均为常压或真空状态，因流通面积的关系，这就使得蒸发、浓缩蒸发液在比背压更低的场景下实现，且因没有大量浓缩蒸发液循环，沸腾状态蒸发液流量不是很大，也就产生大的蒸发比或蒸发强度，蒸发效率高；同时也使闪蒸蒸气或二次蒸气从气液两相流中与热液很好地分离，进入高效的气相伞形丝网除沫器除沫后，从二次蒸气出口成为饱和二次蒸气并以较高速度排出；被分离出的液滴沉降于第二级扩容蒸发室下部，从浓缩蒸发液出口排出，作为成品；

3)从二次蒸气出口排出的二次蒸气进入热液喷射多单元蒸气压缩装置二次蒸气进口，被压缩为增压的饱和蒸气，然后从增压的饱和蒸气出口排出，再次进入板式蒸发器板式加热室加热蒸发液，实现循环利用。

所述热泵，上述三个步骤周而复始进行，达到浓缩蒸发液的目标，而无需锅炉蒸汽和冷却水。

进一步的，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、强制循环蒸发器；所述强制循环蒸发器，包括强制循环加热室、二级扩容蒸发室、循环泵；所述二级扩容蒸发室，当有结晶析出时，二级扩容蒸发室第二级扩容蒸发室的下椭圆形封头或蝶形封头为锥形封头，作为强制循环蒸发器的二级扩容蒸发室；所述蒸气为二次蒸气；

进一步的，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置具有低品位蒸气或二次蒸气进口为二次蒸气进口、增压的饱和蒸气出口；所述强制循环加热室具有浓缩蒸发液进口、沸腾蒸发液出口以及增压的饱和蒸气进口；所述二级扩容蒸发室具有沸腾蒸发液进口、二次蒸气出口、浓缩蒸发液出口以及结晶液出口；所述循环泵具有浓缩蒸发液进口及增压的浓缩蒸发液出口；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置二次蒸气进口与二级扩容蒸发室二次蒸气出口连通；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口与强制循环加热室增压的饱和蒸气进口连通；所述二级扩容蒸发室浓缩蒸发液出口与循环泵浓缩蒸发液进口连通；所述循环泵增压的浓缩蒸发液出口与强制循环加热室浓缩蒸发液进口连通；所述强制循环加热室沸腾蒸发液出口与二级扩容蒸发室沸腾蒸发液进口连通；

所述热泵对二次蒸气的压缩循环利用实现蒸发液蒸发浓缩包括以下步骤：

1)蒸发液从循环泵浓缩蒸发液进口前进入循环泵，与浓缩蒸发液一道被增压，并从增压泵增压的浓缩蒸发液出口排出，然后进入强制循环加热室下部的浓缩蒸发液进口，被从所述热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口排出，从强制循环加热室增压的饱和蒸气进口进入管外壁的增压的饱和蒸气加热成沸腾状态，再从强制循环加热室上部的沸腾蒸发液出口进入二级扩容蒸发室沸腾蒸发液进口；

2)沸腾状态蒸发液首先进入二级扩容蒸发室的第一级扩容蒸发室，再进入第二级扩容蒸发室，使沸腾状态蒸发液进行二级压力闪蒸蒸发和二级降速，而蒸发背压一般均为常压或真空状态，因流通面积的关系，这就使得蒸发、浓缩蒸发液在比背压更低的场景下实现，因有大量浓缩蒸发液循环，故沸腾状态蒸发液流量大，虽产生小的蒸发比，但流量基数大，总蒸发强度高，蒸发效率也高；同时也使闪蒸蒸气或二次蒸气从气液两相流中与热液很好地分离，进入高效的气相伞形丝网除沫器除沫后，从二次蒸气出口成为饱和二次蒸气并以较高速度排出；被分离出的液滴沉降于第二级扩容蒸发室下部，从浓缩蒸发液出口排出，大部分进入循环泵，小部分作为成品；

3)从二次蒸气出口排出的二次蒸气进入热液喷射多单元蒸气压缩装置的二次蒸气进口，被压缩为增压的饱和蒸气，然后从增压的饱和蒸气出口排出，再次进入强制循环加热室加热蒸发液，实现循环利用；

4)当有结晶析出时，第二级扩容蒸发室的下椭圆形封头或蝶形封头为锥形封头，锥形封头作为晶体沉降槽，结晶液从其底部的结晶液出口排出去进行加工处理；因循环泵的强制循环，强制循环加热室的加热管内浓缩蒸发液的流速大，故使浓缩蒸发液中生成的细小晶粒呈悬浮状态，不易沉积于管内壁而结垢，则传热效率较高。

所述热泵，上述四个步骤周而复始进行，达到浓缩蒸发液的目标，而无需锅炉蒸汽和冷却水。

进一步的，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、精馏塔、再沸器；精馏液体为a、b组分，易挥发组分为a，难挥发组分为b；所述蒸气为a组分蒸气；

进一步的，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置具有低品位蒸气或二次蒸气进口为低品位蒸气进口、增压的饱和蒸气出口；所述精馏塔具有中部精馏液体为a、b组分进口、塔顶a组分蒸气出口、塔底再沸液出口以及塔下部再沸液进口；所述再沸器具有底部再沸液进口、顶部再沸液出口以及上部增压的a组分蒸气进口；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置低品位蒸气进口与所述精馏塔顶部a组分蒸气出口连通；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口与所述再沸器增压的a组分蒸气进口连通；所述精馏塔的塔底再沸液出口与所述再沸器的底部再沸液进口连通；所述再沸器的顶部再沸液出口与所述精馏塔的下部再沸液进口连通；

所述热泵对a组分蒸气的压缩循环利用实现精馏液体为a、b组分的分离包括以下步骤：

1)精馏液体为a、b组分从精馏塔中部a、b组分进口进入，在精馏塔的上部塔板或填料被上升的蒸气加热，产生部分汽化和部分冷凝，易挥发组分a在蒸气中得到增浓，而难挥发组分b在液相中也得到增浓；塔的顶部就得到纯的易挥发组分a蒸气，从塔顶部a组分蒸气出口排出；而塔的底部也就得到纯的难挥发组分b，从塔底再沸液出口排出；

2)从精馏塔顶部的a组分蒸气出口排出的a组分蒸气，从所述热液喷射多单元蒸气压缩装置的低品位蒸气进口进入热液喷射多单元蒸气压缩装置，被增压的a组分凝液压缩为增压的饱和蒸气，从增压的饱和蒸气出口排出，再从所述再沸器具有的增压的a组分蒸气进口进入再沸器并加热再沸液，实现循环利用；而增压的a组分蒸气则被冷凝为a组分凝液，从再沸器壳程下部出口排出，部分作为回流液去精馏塔顶，以保证a组分蒸气纯度，另一部分则作为a组分产品或作为热液喷射多单元蒸气压缩装置补充液；

3)从精馏塔底再沸液出口排出的难挥发组分b，部分作为再沸液从再沸器底部再沸液进口进入再沸器，在管程被壳程增压的a组分蒸气加热使再沸液部分气化，从顶部再沸液出口排出，再从精馏塔下部再沸液进口进入精馏塔，提供精馏塔加热产生部分汽化和部分冷凝的热源；另一部分则作为b组分产品。

所述热泵，上述三个步骤周而复始进行，达到精馏液体为a、b组分连续分离提纯的目标，而无需锅炉蒸汽和冷却水。

进一步的，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、精馏塔、再沸器；精馏液体为a、b、c组分，易挥发组分为a，较易挥发组分为b；难挥发组分为c；所述蒸气为a组分蒸气、b组分蒸气；

所述热泵，和所述精馏液体为a、b组分热泵结构形式一样，步骤也一样，只因精馏液体为a、b、c组分，必须由两台结构形式一样，步骤也一样的热泵，共同完成精馏液体为a、b、c组分的分离，第一台完成a组分的分离，第二台完成b、c组分的分离；以此类推，可完成更多组分的分离。

进一步的，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、低品位蒸气源、较高品位蒸气加热器；所述蒸气为低品位蒸气；

进一步的，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置具有低品位蒸气或二次蒸气进口为低品位蒸气进口、增压的饱和蒸气出口；低品位蒸气源具有低品位蒸气出口；较高品位蒸气加热器具有增压的饱和蒸气进口；所述低品位蒸气源低品位蒸气出口、热液喷射多单元蒸气压缩装置低品位蒸气进口、热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口、较高品位蒸气加热器增压的饱和蒸气进口依次连通；

所述热泵对低品位蒸气的增压利用实现对物料进行加热包括以下步骤：

1)低品位蒸气从所述低品位蒸气源低品位蒸气出口排出，进入热液喷射多单元蒸气压缩装置低品位蒸气进口，在热液喷射多单元蒸气压缩装置中被增压的饱和蒸气凝液压缩为增压的饱和蒸气，再从增压的饱和蒸气出口排出；

2)热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口排出的增压的饱和蒸气从较高品位蒸气加热器增压的饱和蒸气进口进入较高品位蒸气加热器的壳程，对管程物料进行加热，完成加热物料的任务，自身放出潜热而变成凝液，从壳程具有的凝液出口排出，实现低品位蒸气的增压加热物料的利用。

进一步的，所述热泵，还包括凝液排放罐、凝液泵；所述蒸发器、再沸器、较高品位蒸气加热器具有的凝液出口与凝液排放罐具有的入口连通；凝液排放罐具有的出口与凝液泵进口连通；所述凝液泵的出口与热液喷射多单元蒸气压缩装置的补充液进口或其它用户连通；作补充液、塔顶回流液或用作加热蒸发液、精馏液及另外的物料，进一步利用凝液的热能。

综上所述，所述的热液喷射多单元蒸气压缩装置及热泵与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，包括热液喷射多单元蒸气压缩器、二级扩容分离室、热液循环增压泵；用增压的饱和蒸气凝液或同温同成分的热液压缩同成分的低品位蒸气或二次蒸气，由于热液温度高，不会产生低品位蒸气或二次蒸气冷凝，而是在高速两相流中被压缩，并使在高背压下，实现在低压环境中热液的压力能转换为热能给被压缩蒸气补焓、同时使蒸气和热液很好地分离，变成增压的饱和蒸气，利用或循环利用，热液则被热液循环增压泵增压并压缩低品位蒸气或二次蒸气变成增压的饱和蒸气，整个压缩过程都是在有大量热液下进行的，则不会发生如mvr和所有机械压缩机及蒸汽喷射热泵，在绝热压缩时，其中80％以上的能量消耗于增温过热，不足20％的能量用于增压；而不同压力、温度饱和蒸气焓差又很小，故能耗低，增压比高；经核算相同饱和增温或增压比时，热液喷射多单元蒸气压缩装置的理论能耗不足mvr理想设计理论能耗的1/3。更重要的是对低品位蒸气或二次蒸气的增压利用或循环利用，节约了锅炉生蒸汽和冷却水；用低碳技术，造就成了绿色能源；这将为解决当今绿色低碳经济、碳中和和循环经济的重大课题，发挥绝佳的作用。

2、本发明所述的热液喷射多单元蒸气压缩装置，结构简单、材料要求低，同时便于制造，制造成本低，因此投资不仅比机械蒸气再压缩技术，简称mvr低，甚至比多效蒸发更低。建设周期不仅比mvr短，甚至比多效蒸发还短。

3、本发明所述的热液喷射多单元蒸气压缩装置，克服了单喷嘴配单扩散道或扩压器组成液体喷射式气体压缩器，能力所限或能力大则效率低的缺陷。可以用改变压缩单元数、喷嘴大小、热液流量、压力等进行各种高效率及不同规模的设计。

4、本发明所述的热液喷射多单元蒸气压缩装置，可用于常温液体压缩不同成分气体，如水压缩空气，也可对同成分的蒸气进行冷凝的冷凝器及作为真空泵等多用途，并且能耗低；如果采用大于增压的饱和蒸气凝液温度的过热液体压缩低品位蒸气或二次蒸气，则增压比高，能耗更低。

5、本发明所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，即能量品位提升装置，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、蒸发器；所述蒸发器，包括加热室、二级扩容蒸发室；所述二级扩容蒸发室，就是热液喷射多单元蒸气压缩装置的所述二级扩容分离室的形式、结构作为蒸发器的二级扩容蒸发室；所述加热室分别为降膜加热室、板式加热室、强制循环加热室和二级扩容蒸发室组成的蒸发器与热液喷射多单元蒸气压缩装置组成的热泵，不仅具有蒸发效率高，气液分离好的特点，更重要的是完成对蒸发液的浓缩，不用锅炉生蒸汽、不用冷却水，不仅节约了大量能源，同时降碳增效。又无须如mvr那样要建二次蒸汽三次洗涤设施，更解决了传统蒸发器的蒸发室气液分离不理想，下游不耐蚀管道设备腐蚀严重、溶质(产品)损失严重的课题，若用于海水淡化，更小于世界卫生组织推荐饮用水标准，盐度＜200ppmtds，提高淡化饮用水质量。

6、本发明所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、精馏塔、再沸器；所述热泵实现精馏液体为a、b组分，或精馏液体为a、b、c及更多组分连续分离提纯的目标，而无需锅炉生蒸汽和冷却水，同样节约了大量能源，同时降碳增效。

7、本发明所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、低品位蒸气源、较高品位蒸气加热器；所述热泵；完成加热物料的任务，实现低品位蒸气的增压加热物料的利用，充分利用低品位蒸气的能量而节约能源。

附图说明

图1是本发明实施例中热液喷射多单元蒸气压缩装置为热液喷射多单元蒸气压缩器、二级扩容分离室、热液循环增压泵时的系统构成示意图；

图2是本发明实施例中为热液喷射多单元蒸气压缩器的主视图；

图3是本发明实施例中为二级扩容分离室的主视图；

图4是本发明实施例中当有二级扩容分离室形式结构作为二级扩容蒸发室主视图；

图5是本发明实施例中当有结晶析出时二级扩容蒸发室主视图；

图6是本发明实施例中热泵为热液喷射多单元蒸气压缩装置、降膜蒸发器为降膜加热室和二级扩容蒸发室组成时的装置系统构成示意图；

图7是本发明实施例中热泵为热液喷射多单元蒸气压缩装置、板式蒸发器为板式加热室和二级扩容蒸发室组成时的装置系统构成示意图；

图8是本发明实施例中热泵为热液喷射多单元蒸气压缩装置、强制循环蒸发器为强制循环加热室、二级扩容蒸发室及循环泵组成时的装置系统构成示意图；

图9是本发明实施例中热泵为热液喷射多单元蒸气压缩装置、精馏塔、再沸器、液体为a、b组分时的装置系统构成示意图；

图10是本发明实施例中热泵为热液喷射多单元蒸气压缩装置、精馏塔、再沸器、液体为a、b、c组分时的装置系统构成示意图；

图11是本发明实施例中热泵为热液喷射多单元蒸气压缩装置、低品位蒸气源、较高品位蒸气加热器组成时的装置系统构成示意图；

图中标示：1-热液喷射多单元蒸气压缩器，101-增压循环热液进口，102-液室，103-喷嘴，104-气液混合室，105-低品位蒸气或二次蒸气进口，106-压缩单元，1061-加速段，1062高速两相流压缩段，1063-扩压段，107-压缩单元室，1081-上花板，1082-下花板，109-多压缩单元出口的花板，2-二级扩容分离室，201-两相流进口，202-第一级扩容分离室，203-第二级扩容蒸发室，204-伞形丝网除沫器，205-增压的饱和蒸气出口，206-热液出口，207-液位计口，208-补液口，22-二级扩容蒸发室，221-沸腾蒸发液进口，222-第一级扩容蒸发室，223-第二级扩容蒸发室，224-气相伞形丝网除沫器，225-二次蒸气出口，226-浓缩蒸发液出口，227-浓缩蒸发液液位计口，229结晶液出口-，3-热液循环增压泵，4-降膜加热室，5-板式加热室，6-强制循环加热室，7-精馏塔，8-再沸器，9-凝液排放罐，10-凝液泵，11-循环泵，12-较高品位蒸气加热器，13-低品位蒸气源。

具体实施方式

无论什么物质(包括无机物、有机物、单质等)不同压力或不同饱和蒸气温度的焓差都非常小，以水蒸汽为例，干度x＝1.00，过热度为0的干饱和水蒸汽(通常叫饱和蒸汽)具有温度、压力、和热焓一一对应的特点。换句话说，给定热焓值后，饱和水蒸汽的压力和温度就确定了。现将饱和水蒸汽及饱和线上的水(凝液)的状态参数摘录如附表1；

表1不同温度下饱和水蒸汽及水(凝液)的参数

从表1可以看出，不同温度的饱和水蒸汽的焓差是很小的。因此若能将低品位蒸汽或二次蒸汽增压补焓，使其利用就是一个绝佳选择。

以水蒸汽为例，100℃与120℃饱和水蒸汽的焓差仅为2706-2677＝29kj/kg,通过本发明所述的热液喷射多单元蒸气压缩装置与蒸发器、加热器等组成的热泵,即能量品位提升装置；只需对100℃低品位蒸汽或二次蒸汽，将其增压并补焓29kj/kg变为120℃增压的饱和蒸汽即可实现其利用。饱和温升20℃，压缩比1.96，这就超过mvr压缩机2台串联的总饱和温升和压缩比，此时热泵的理论热效率η，即热泵回用热量和补充热量的差与回用的热量之百分比：

η＝((2706-29)/2706)x100％＝98.93％

此时热泵的性能系数cop，即热泵输出的能量与其所消耗的能量之比：

cop＝(2677+29)/29＝2706/29＝93.31

热泵这样的理论热效率η和性能系数cop是不可想像的。

利用流体力学、能量守恒及转换原理、扩容分离及闪蒸蒸发原理，结合所有物质不同压力饱和蒸气焓差很小的实际状况，本发明热液喷射多单元蒸气压缩装置，用增压的饱和蒸气凝液或同温同成分的热液压缩同成分的低品位蒸气或二次蒸气，由于热液温度高，不会产生低品位蒸气或二次蒸气冷凝，而是利用热液的不可压缩性使其在高速两相流中被压缩，并利用压力能转换为热能给蒸气补焓，整个压缩过程都是在有大量热液下进行的，则不会发生如mvr和所有机械压缩机及蒸汽喷射热泵，在绝热压缩时，其中80％以上的能量消耗于增温过热，不足20％的能量用于增压；不同压力(温度)饱和蒸气焓差又很小，故压比高、能耗低，经核算相同饱和增温或增压比时，热液喷射多单元蒸气压缩装置的理论能耗不足mvr理想设计的理论能耗的1/3。另外还可以用改变压缩单元数、喷嘴大小、热液流量、压力等进行各种高效率及不同规模的设计。

如果用本发明热液喷射多单元蒸气压缩装置，以常温液体压缩不同成分气体，如水压缩空气，或者对同成分的蒸气进行冷凝及作为真空泵等多用途压缩机，并且能耗低效率高；如果采用大于增压的饱和蒸气凝液温度的过热液体压缩低品位蒸气或二次蒸气，则增压比高，能耗更低。

本发明提供的技术方案是：提供一种能够高效利用低品位蒸气或二次蒸气的热液喷射多单元蒸气压缩装置及热泵。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种热液喷射多单元蒸气压缩装置，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，包括热液喷射多单元蒸气压缩器1、二级扩容分离室2、热液循环增压泵3；所述热液喷射多单元蒸气压缩器1具有增压循环热液进口101、低品位蒸气或二次蒸气进口105以及多压缩单元出口的花板109；所述二级扩容分离室2具有两相流的进口201、热液出口206以及增压的饱和蒸气出口205；

所述热液循环增压泵3具有的增压热液出口与热液喷射多单元蒸气压缩器1增压循环热液进口101连通；热液喷射多单元蒸气压缩器1低品位蒸气或二次蒸气进口105与界外装置或设备具有的低品位蒸气或二次蒸气出口连通；热液喷射多单元蒸气压缩器1多压缩单元出口的花板109与所述二级扩容分离室2两相流进口201连通；二级扩容分离室2增压的饱和蒸气出口205与界外装置或设备具有的增压的饱和蒸气进口连通；二级扩容分离室2热液出口206与热液循环增压泵3具有的热液进口连通；

所述热液喷射多单元蒸气压缩装置对低品位蒸气或二次蒸气进行压缩使其变成增压的饱和蒸气以进行利用或循环利用包括以下步骤：

1)通过热液循环增压泵3将增压的饱和蒸气凝液或同温度、同成分的热液增压，从热液喷射多单元蒸气压缩器1增压循环热液进口101进入液室102，经花板分配到多喷嘴103，喷嘴数≥2；在气液混合室104喷出，使热液的压力能转变为动能，形成园锥形的热液喷射流，吸引从外界进入气液混合室的低品位蒸气或二次蒸气，通过花板进入与喷嘴103一一对应的多压缩单元106，压缩单元数≥2；在压缩单元106的加速段1081被加速后，进入压缩单元106的两相流压缩段1082，形成声速或超声速的两相流，因热液的温度大于吸入同组成的低品位蒸气或二次蒸气，故低品位蒸气或二次蒸气不能被冷凝，同时由于热液具有不可压缩性，故只能是低品位蒸气或二次蒸气在声速或超声速的两相流中被压缩，此时又有几十倍质量比其温度高的热液存在，也不能成为增压的过热蒸气，最高也莫过于与高温热液同温的饱和蒸气，即增压的饱和蒸气，两相流经扩压段1083扩压后经多压缩单元出口的花板109排出，进入二级扩容分离室2；

2)两相流入二级扩容分离室2，首先进入第一级扩容分离室202，因第一级扩容分离室202的横切面积是多压缩单元106出口横切面积总和的数倍，利用在一定流量下，流体的流速与流通面积成反比的原理，实现第一次扩容降速，将动能转化为压力能；再进入第二级扩容分离室203，第二级扩容分离室203的横切面积又是第一级扩容分离室202的横切面积的数倍，将动能进一步转化为压力能，与此同时，在一定流量下，流体的压力也与流通面积成反比，于是实现流体在第一级扩容分离室202降压，将热液的压力能转化为热能，使被压缩蒸气补焓升温；进入第二级扩容分离室203，实现流体在第二级扩容分离室203进一步降压，将热液的压力能进一步转化为热能，使被压缩蒸气进一步补焓升温，成为与热液同温的饱和蒸气，此时增压的饱和蒸气处于低压；另外由于二级降速和二级降压，则满足了因热液与蒸气因密度差很大，液滴受重力有向下沉降，蒸气要向上升的意向，并提供了足够的空间和停留时间，也使饱和蒸气从气液两相流中与热液很好地分离，通过高效的伞形丝网除沫器(204)除沫后，由于增压的饱和蒸气出口205横切面积比第二级扩容分离室203横切面积小很多倍，这就使得气液分离能在比背压更低的场景下实现；除沫后的饱和蒸气在增压的饱和蒸气出口205成为增压的饱和蒸气并以较高速度排出，进入界外装置或设备具有的增压的饱和蒸气进口，实现利用或循环利用；被分离出的液滴沉降于第二级扩容分离室2下部，从热液出口206排出；

3)从二级扩容分离室2热液出口206排出的热液进入热液循环增压泵3的热液进口，热液被增压后从热液循环增压泵3的热液出口又进入热液喷射多单元蒸气压缩器1，实现循环利用。

实施例二

如图2所示，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，包括热液喷射多单元蒸气压缩器1、二级扩容分离室2、热液循环增压泵3；所述热液喷射多单元蒸气压缩器1，包括具有锥形封头或椭圆形封头和圆柱形内腔的液室102，具有圆柱形内腔、上花板1081、下花板1082的气液混合室104，具有圆柱形内腔并底部具有多压缩单元出口的花板109的多压缩单元室107；

所述液室102的锥形封头或椭圆形封头设置有增压循环热液进口101；所述气液混合室104的上花板1081装有多个喷嘴103，喷嘴103的数量≥2并与液室102相通，气液混合室104的圆柱形内腔侧壁设置有低品位蒸气或二次蒸气进口105，所述多压缩单元室107内具有多压缩单元106，所述多压缩单元106安装在气液混合室104的下花板1082底部，多压缩单元106的数量≥2并与气液混合室104相通；

所述压缩单元106，包括具有圆台形内腔的加速段1061、具有圆柱形内腔的高速两相流压缩段1062和具有圆台形内腔的扩压段1063；所述加速段1061直径较大的一端装于气液混合室104的下花板1082并与气液混合室104相通，直径较小的一端通过高速两相流压缩段1062和扩压段1063的直径较小的一端连通，扩压段1063的直径较大的一端与多压缩单元出口的花板109连通；

所述增压循环热液进口101的中心线、液室102圆柱形内腔的中心线、气液混合室104圆柱形内腔的中心线、多压缩单元室107圆柱形内腔的中心线以及多压缩单元出口的花板109的中心线共线；

所述上花板1081的喷嘴安装孔中心线、喷嘴103的中心线、下花板1082的压缩单元106安装孔的中心线、加速段1061的圆台形内腔中心线、高速两相流压缩段1062的圆柱形内腔中心线、扩压段1063的圆台形内腔中心线以及多压缩单元出口的花板109的压缩单元106安装孔的中心线共线；

所述低品位蒸气或二次蒸气进口105的中心线与气液混合室104圆柱形内腔的中心线垂直。

实施例三

如图3所示，所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，包括热液喷射多单元蒸气压缩器1、二级扩容分离室2、热液循环增压泵3；所述二级扩容分离室2，包括具有圆柱形内腔的第一级扩容分离室202，具有上椭圆形封头或蝶形封头、下椭圆形封头或蝶形封头、圆柱形内腔的第二级扩容分离室203，在第二级扩容分离室203圆柱形内腔内壁与第一级扩容分离室202圆柱形内腔外壁之间具有伞形丝网除沫器204；

所述第一级扩容分离室202的上端具有两相流进口201，下端具有第一级扩容分离室的出口，也是第二级扩容分离室进口；所述第二级扩容分离室203的上椭圆形封头或蝶形封头上设置有第一级扩容分离室202，所述下椭圆形封头或蝶形封头设置有热液出口206，所述第二级扩容分离室203圆柱形内腔的侧壁上部设置有增压的饱和蒸气出口205，下部设置有液位计口207、补液口208；

所述第一级扩容分离室202圆柱形内腔的中心线、第二级扩容分离室203圆柱形内腔的中心线、伞形丝网除沫器204的中心线以及热液出口206的中心线共线；

所述增压的饱和蒸气出口205的中心线与所述第二级扩容分离室203圆柱形内腔的中心线垂直。

实施例四

如图4所示，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，即能量品位提升装置，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、蒸发器；所述蒸发器，包括加热室、二级扩容蒸发室22；所述二级扩容蒸发室22，就是热液喷射多单元蒸气压缩装置的所述二级扩容分离室2的形式、结构作为蒸发器的二级扩容蒸发室22；所述二级扩容蒸发室22，包括具有圆柱形内腔的第一级扩容蒸发室222，具有上椭圆形封头或蝶形封头、下椭圆形封头或蝶形封头、圆柱形内腔的第二级扩容蒸发室223，第二级扩容蒸发室223圆柱形内腔的内壁与第一级扩容蒸发室222圆柱形内腔的外壁之间具有气相伞形丝网除沫器224；

所述第一级扩容蒸发室222，上端具有沸腾蒸发液进口221，下端具有第一级扩容蒸发室的出口，也是第二级扩容蒸发室进口；所述第二级扩容蒸发室223的上椭圆形封头或蝶形封头设置有第一级扩容蒸发室222，所述下椭圆形封头或蝶形封头设置有浓缩蒸发液出口226，所述第二级扩容蒸发室223圆柱形内腔的侧壁上部设置有二次蒸气出口225，下部设置有浓缩蒸发液液位计口227；

所述第一级扩容蒸发室222圆柱形内腔的中心线、第二级扩容蒸发室223圆柱形内腔的中心线、气相伞形丝网除沫器224的中心线以及浓缩蒸发液出口226的中心线共线；

所述二次蒸气出口225的中心线与所述第二级扩容蒸发室223圆柱形内腔的中心线垂直。

如图5所示，当有结晶析出时，其下封头设置为锥形封头，作为强制循环蒸发器的二级扩容蒸发室22，锥形封头作为晶体沉降槽，其底部具有结晶液出口229，而浓缩蒸发液出口226则设置在圆柱形内腔侧壁下部；

此时所述第一级扩容蒸发222室圆柱形内腔的中心线、第二级扩容蒸发室223圆柱形内腔的中心线、气相伞形丝网除沫器224的中心线以及结晶液出口229的中心线共线；

所述二次蒸气出口225的中心线、浓缩蒸发液出口226的中心线均与所述所述第二级扩容蒸发室223圆柱形内腔的中心线垂直。

实施例五

如图6所示，，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、蒸发器；所述蒸发器为降膜蒸发器，包括降膜加热室4、二级扩容蒸发室22；所述蒸气为二次蒸气；

所述热液喷射多单元蒸气压缩装置具有低品位蒸气或二次蒸气进口105为二次蒸气进口、增压的饱和蒸气出口205；所述降膜蒸发器具有与二级扩容蒸发室22连通的二次蒸气出口225以及与降膜加热室4连通的增压的饱和蒸气进口；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置二次蒸气进口与二级扩容蒸发室22二次蒸气出口225连通；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口205与降膜加热室4增压的饱和蒸气进口连通；

所述热泵对二次蒸气的压缩循环利用实现蒸发液蒸发浓缩包括以下步骤：

1)蒸发液从降膜蒸发器上部进入降膜加热室4并分布于降膜管内壁，蒸发液在重力的作用下呈膜状下降，膜层很薄，被从热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口205排出，从降膜加热室4增压的饱和蒸气进口进入降膜管外壁的增压的饱和蒸气加热成沸腾状态，从下部的花板进入降膜蒸发器的二级扩容蒸发室22；

2)沸腾状态蒸发液首先进入二级扩容蒸发室22的第一级扩容蒸发室222，再进入第二级扩容蒸发室223，使沸腾状态蒸发液进行二级压力闪蒸蒸发和二级降速，而蒸发背压一般均为常压或真空状态，因流通面积的关系，这就使得蒸发、浓缩蒸发液在比背压更低的场景下实现，且因没有大量浓缩蒸发液循环，沸腾状态蒸发液流量不是很大，也就产生大的蒸发比或蒸发强度，蒸发效率高；同时也使闪蒸蒸气或二次蒸气从气液两相流中与热液很好地分离，进入高效的气相伞形丝网除沫器224除沫后，从二次蒸气出口225成为饱和二次蒸气并以较高速度排出；被分离出的液滴沉降于第二级扩容蒸发室223下部，从浓缩蒸发液出口226排出，作为成品；

3)从二次蒸气出口225排出的二次蒸气进入热液喷射多单元蒸气压缩装置二次蒸气进口，被压缩为增压的饱和蒸气，然后从增压的饱和蒸气出口205排出，再次进入降膜蒸发器降膜加热室4加热蒸发液，实现循环利用。

所述热泵，上述三个步骤周而复始进行，达到浓缩蒸发液的目标，而无需锅炉蒸汽和冷却水。

实施例六

如图7所示，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、蒸发器；所述蒸发器为板式蒸发器，包板式加热室5、二级扩容蒸发室22；所述蒸气为二次蒸气；

所述热液喷射多单元蒸气压缩装置具有低品位蒸气或二次蒸气进口105为二次蒸气进口、增压的饱和蒸气出口205；所述板式蒸发器具有与二级扩容蒸发室22连通的二次蒸气出口225以及与板式加热室5连通的增压的饱和蒸气进口；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置二次蒸气进口与二级扩容蒸发室22二次蒸气出口225连通；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口205与板式加热室5增压的饱和蒸气进口连通；

所述热泵对二次蒸气的压缩循环利用实现蒸发液蒸发浓缩包括以下步骤：

1)蒸发液从板式蒸发器板式加热室5进口进入板式加热室5的蒸发液通道，被从所述热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口205排出，从板式加热室5增压的饱和蒸气进口进入与蒸发液通道彼邻的增压的饱和蒸气通道的增压的饱和蒸气，加热成沸腾状态，又从板式加热室5蒸发液通道出口进入板式蒸发器二级扩容蒸发室22；

2)沸腾状态蒸发液首先进入二级扩容蒸发室22的第一级扩容蒸发室222，再进入第二级扩容蒸发室223，使沸腾状态蒸发液进行二级压力闪蒸蒸发和二级降速，而蒸发背压一般均为常压或真空状态，因流通面积的关系，这就使得蒸发、浓缩蒸发液在比背压更低的场景下实现，且因没有大量浓缩蒸发液循环，沸腾状态蒸发液流量不是很大，也就产生大的蒸发比或蒸发强度，蒸发效率高；同时也使闪蒸蒸气或二次蒸气从气液两相流中与热液很好地分离，进入高效的气相伞形丝网除沫器224除沫后，从二次蒸气出口225成为饱和二次蒸气并以较高速度排出；被分离出的液滴沉降于第二级扩容蒸发室223下部，从浓缩蒸发液出口226排出，作为成品；

3)从二次蒸气出口225排出的二次蒸气进入热液喷射多单元蒸气压缩装置二次蒸气进口，被压缩为增压的饱和蒸气，然后从增压的饱和蒸气出口205排出，再次进入板式蒸发器板式加热室5加热蒸发液，实现循环利用。

本发明所述热泵，所述板式蒸发器，其板式加热室5，具有传热效率高的特点，而二级扩容蒸发室22，又具蒸发效率高，气液分离好的特点，是绝妙的组合：

所述热泵，上述三个步骤周而复始进行，达到浓缩蒸发液的目标，而无需锅炉蒸汽和冷却水。

实施例七

如图8所示，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、蒸发器；所述蒸发器为强制循环蒸发器；所述强制循环蒸发器，包括强制循环加热室6、二级扩容蒸发室22、循环泵11；所述蒸气为二次蒸气；

所述热液喷射多单元蒸气压缩装置具有低品位蒸气或二次蒸气进口105为二次蒸气进口、增压的饱和蒸气出口205；所述强制循环加热室6具有浓缩蒸发液进口、沸腾蒸发液出口以及增压的饱和蒸气进口；所述二级扩容蒸发室22具有沸腾蒸发液进口221、二次蒸气出口225、浓缩蒸发液出口226以及结晶液出口229；所述循环泵11具有浓缩蒸发液进口及增压的浓缩蒸发液出口；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置二次蒸气进口与二级扩容蒸发室22二次蒸气出口225连通；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口205与强制循环加热室6增压的饱和蒸气进口连通；所述二级扩容蒸发室22浓缩蒸发液出口226与循环泵11浓缩蒸发液进口连通；所述循环泵11增压的浓缩蒸发液出口与强制循环加热室6浓缩蒸发液进口连通；所述强制循环加热室6沸腾蒸发液出口与二级扩容蒸发室(22)沸腾蒸发液进口221连通；

所述热泵对二次蒸气的压缩循环利用实现蒸发液蒸发浓缩包括以下步骤：

1)蒸发液从循环泵11浓缩蒸发液进口前进入循环泵11，与浓缩蒸发液一道被增压，并从增压泵11增压的浓缩蒸发液出口排出，然后进入强制循环加热室6下部的浓缩蒸发液进口，被从所述热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口205排出，从强制循环加热室6增压的饱和蒸气进口进入管外壁的增压的饱和蒸气加热成沸腾状态，再从强制循环加热室6上部的沸腾蒸发液出口进入二级扩容蒸发室22沸腾蒸发液进口221；

2)沸腾状态蒸发液首先进入二级扩容蒸发室22的第一级扩容蒸发室222，再进入第二级扩容蒸发室223，使沸腾状态蒸发液进行二级压力闪蒸蒸发和二级降速，而蒸发背压一般均为常压或真空状态，因流通面积的关系，这就使得蒸发、浓缩蒸发液在比背压更低的场景下实现，因有大量浓缩蒸发液循环，故沸腾状态蒸发液流量大，虽产生小的蒸发比，但流量基数大，总蒸发强度高，蒸发效率也高；同时也使闪蒸蒸气或二次蒸气从气液两相流中与热液很好地分离，进入高效的气相伞形丝网除沫器224除沫后，从二次蒸气出口225成为饱和二次蒸气并以较高速度排出；被分离出的液滴沉降于第二级扩容蒸发室22下部，从浓缩蒸发液出口226排出，大部分进入循环泵11，小部分作为成品；

3)从二次蒸气出口225排出的二次蒸气进入热液喷射多单元蒸气压缩装置的二次蒸气进口，被压缩为增压的饱和蒸气，然后从增压的饱和蒸气出口205排出，再次进入强制循环加热室6加热蒸发液，实现循环利用；

4)当有结晶析出时，第二级扩容蒸发室223的下椭圆形封头或蝶形封头为锥形封头，锥形封头作为晶体沉降槽，结晶液从其底部的结晶液出口229排出去进行加工处理；因循环泵11的强制循环，强制循环加热室6的加热管内浓缩蒸发液的流速大，故使浓缩蒸发液中生成的细小晶粒呈悬浮状态，不易沉积于管内壁而结垢，则传热效率较高。

所述热泵，上述四个步骤周而复始进行，达到浓缩蒸发液的目标，而无需锅炉蒸汽和冷却水。

实施例八

如图9所示，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、精馏塔7、再沸器8；精馏液体为a、b组分，易挥发组分为a，难挥发组分为b；所述蒸气为a组分蒸气；

所述热液喷射多单元蒸气压缩装置具有低品位蒸气或二次蒸气进口105为低品位蒸气进口、增压的饱和蒸气出口205；所述精馏塔7具有中部精馏液体为a、b组分进口、塔顶a组分蒸气出口、塔底再沸液出口以及塔下部再沸液进口；所述再沸器8具有底部再沸液进口、顶部再沸液出口以及上部增压的a组分蒸气进口；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置低品位蒸气进口与所述精馏塔7顶部a组分蒸气出口连通；所述热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口205与所述再沸器8增压的a组分蒸气进口连通；所述精馏塔7的塔底再沸液出口与所述再沸器8的底部再沸液进口连通；所述再沸器8的顶部再沸液出口与所述精馏塔7的下部再沸液进口连通；

所述热泵对a组分蒸气的压缩循环利用实现精馏液体为a、b组分的分离包括以下步骤：

1)精馏液体为a、b组分从精馏塔7中部a、b组分进口进入，在精馏塔7的上部塔板或填料被上升的蒸气加热，产生部分汽化和部分冷凝，易挥发组分a在蒸气中得到增浓，而难挥发组分b在液相中也得到增浓；塔的顶部就得到纯的易挥发组分a蒸气，从塔顶部a组分蒸气出口排出；而塔的底部也就得到纯的难挥发组分b，从塔底再沸液出口排出；

2)从精馏塔7顶部的a组分蒸气出口排出的a组分蒸气，从所述热液喷射多单元蒸气压缩装置的低品位蒸气进口进入热液喷射多单元蒸气压缩装置，被增压的a组分凝液压缩为增压的饱和蒸气，从增压的饱和蒸气出口205排出，再从所述再沸器8具有的增压的a组分蒸气进口进入再沸器8并加热再沸液，实现循环利用；而增压的a组分蒸气则被冷凝为a组分凝液，从再沸器8壳程下部出口排出，部分作为回流液去精馏塔7顶，以保证a组分蒸气纯度，另一部分则作为a组分产品或作为热液喷射多单元蒸气压缩装置补充液；

3)从精馏塔7底再沸液出口排出的难挥发组分b，部分作为再沸液从再沸器8底部再沸液进口进入再沸器8，在管程被壳程增压的a组分蒸气加热使再沸液部分气化，从顶部再沸液出口排出，再从精馏塔7下部再沸液进口进入精馏塔7，提供精馏塔7加热产生部分汽化和部分冷凝的热源；另一部分则作为b组分产品。

所述热泵，上述三个步骤周而复始进行，达到精馏液体为a、b组分，连续分离提纯的目标，而无需锅炉蒸汽和冷却水。

实施例九

如图10所示，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、精馏塔7、再沸器8；精馏液体为a、b、c组分，易挥发组分为a，较易挥发组分为b；难挥发组分为c；所述蒸气为a组分蒸气、b组分蒸气；

所述热泵，和精馏液体为a、b组分热泵结构形式一样，步骤也一样，只因精馏液体为a、b、c组分，必须由两台结构形式一样，步骤也一样热泵，共同完成精馏液体为a、b、c组分的分离，第一台完成a组分的分离，第二台完成b、c组分的分离；以此类推，可完成更多组分的分离。

实施例十

如图11所示，采用所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、低品位蒸气源13、较高品位蒸气加热器12；所述蒸气为低品位蒸气；

所述热液喷射多单元蒸气压缩装置具有低品位蒸气或二次蒸气进口105为低品位蒸气进口、增压的饱和蒸气出口205；低品位蒸气源13具有低品位蒸气出口；较高品位蒸气加热器12具有增压的饱和蒸气进口；所述低品位蒸气源13低品位蒸气出口、热液喷射多单元蒸气压缩装置低品位蒸气进口、热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口205、较高品位蒸气加热器12增压的饱和蒸气进口依次连通；

所述热泵对低品位蒸气的增压利用实现对物料进行加热包括以下步骤：

1)低品位蒸气从所述低品位蒸气源13低品位蒸气出口排出，进入热液喷射多单元蒸气压缩装置低品位蒸气进口，在热液喷射多单元蒸气压缩装置中被增压的饱和蒸气凝液压缩为增压的饱和蒸气，再从增压的饱和蒸气出口205排出；

2)热液喷射多单元蒸气压缩装置增压的饱和蒸气出口205排出的增压的饱和蒸气从较高品位蒸气加热器12增压的饱和蒸气进口进入较高品位蒸气加热器12的壳程，对管程物料进行加热，完成加热物料的任务，自身放出潜热而变成凝液，从壳程具有的凝液出口排出，实现低品位蒸气的增压加热物料的利用。

实施例十一

为了实现对凝液热能的利用，如图6、7、8、9、10、11所示，，所述热泵，还包括凝液排放罐9、凝液泵10；所述蒸发器、再沸器8、较高品位蒸气加热器12具有的凝液出口与凝液排放罐9具有的入口连通；凝液排放罐9具有的出口与凝液泵10进口连通；所述凝液泵10的出口与热液喷射多单元蒸气压缩装置的补充液进口208等设备进口连通；作补充液、塔顶回流液或加热蒸发液、精馏液及另外的物料，进一步利用凝液的热能。

综上所述，上述实施例一至实施例十一中所述的热液喷射多单元蒸气压缩装置及热泵与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，包括热液喷射多单元蒸气压缩器、二级扩容分离室、热液循环增压泵；用增压的饱和蒸气凝液或同温同成分的热液压缩同成分的低品位蒸气或二次蒸气，由于热液温度高，不会产生低品位蒸气或二次蒸气冷凝，而是在高速两相流中被压缩，并使在高背压下，实现在低压环境中热液的压力能转换为热能给被压缩蒸气补焓、同时使蒸气和热液很好地分离，变成增压的饱和蒸气，利用或循环利用，热液则被热液循环增压泵增压并压缩低品位蒸气或二次蒸气变成增压的饱和蒸气，整个压缩过程都是在有大量热液下进行的，则不会发生如mvr和所有机械压缩机及蒸汽喷射热泵，在绝热压缩时，其中80％以上的能量消耗于增温过热，不足20％的能量用于增压；而不同压力、温度饱和蒸气焓差又很小，故能耗低，增压比高；经核算相同饱和增温或增压比时，热液喷射多单元蒸气压缩装置的理论能耗不足mvr理想设计理论能耗的1/3。更重要的是对低品位蒸气或二次蒸气的增压利用或循环利用，节约了锅炉生蒸汽和冷却水；用低碳技术，造就成了绿色能源；这将为解决当今绿色低碳经济、碳中和和循环经济的重大课题，发挥绝佳的作用。

2、本发明所述的热液喷射多单元蒸气压缩装置，结构简单、材料要求低，同时便于制造，制造成本低，因此投资不仅比机械蒸气再压缩技术，简称mvr低，甚至比多效蒸发更低。建设周期不仅比mvr短，甚至比多效蒸发还短。

3、本发明所述的热液喷射多单元蒸气压缩装置，克服了单喷嘴配单扩散道或扩压器组成液体喷射式气体压缩器，能力所限或能力大则效率低的缺陷。可以用改变压缩单元数、喷嘴大小、热液流量、压力等进行各种高效率及不同规模的设计。

4、本发明所述的热液喷射多单元蒸气压缩装置，可用于常温液体压缩不同成分气体，如水压缩空气，也可对同成分的蒸气进行冷凝的冷凝器及作为真空泵等多用途，并且能耗低；如果采用大于增压的饱和蒸气凝液温度的过热液体压缩低品位蒸气或二次蒸气，则增压比高，能耗更低。

5、本发明所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，即能量品位提升装置，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、蒸发器；所述蒸发器，包括加热室、二级扩容蒸发室；所述二级扩容蒸发室，就是热液喷射多单元蒸气压缩装置的所述二级扩容分离室的形式、结构作为蒸发器的二级扩容蒸发室；所述加热室分别为降膜加热室、板式加热室、强制循环加热室和二级扩容蒸发室组成的蒸发器与热液喷射多单元蒸气压缩装置组成的热泵，不仅具有蒸发效率高，气液分离好的特点，更重要的是完成对蒸发液的浓缩，不用锅炉生蒸汽、不用冷却水，不仅节约了大量能源，同时降碳增效。又无须如mvr那样要建二次蒸汽三次洗涤设施，更解决了传统蒸发器的蒸发室气液分离不理想，下游不耐蚀管道设备腐蚀严重、溶质(产品)损失严重的课题，若用于海水淡化，更小于世界卫生组织推荐饮用水标准，盐度＜200ppmtds，提高淡化饮用水质量。

6、本发明所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、精馏塔、再沸器；所述热泵实现精馏液体为a、b组分，或精馏液体为a、b、c及更多组分连续分离提纯的目标，而无需锅炉生蒸汽和冷却水，同样节约了大量能源，同时降碳增效。

7、本发明所述热液喷射多单元蒸气压缩装置构成的热泵，所述热泵，包括热液喷射多单元蒸气压缩装置、低品位蒸气源、较高品位蒸气加热器；所述热泵；完成加热物料的任务，实现低品位蒸气的增压加热物料的利用，充分利用低品位蒸气的能量而节约能源。