CN101012983A - 两级与多级第一类吸收式热泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了两级与多级第一类吸收式热泵，属于余热利用热泵技术领域。它主要由蒸发器、吸收－蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器、节流阀、溶液泵和溶液热交换器所组成。来自发生器的冷剂蒸汽进入冷凝器被冷凝成液体，其或是经节流进入蒸发器和吸收－蒸发器，或是先经节流进入蒸发器吸热部分汽化，未汽化的冷剂液再经提压泵打入吸收－蒸发器；蒸发器内吸热汽化的冷剂蒸汽进入(一级)吸收－蒸发器被溶液吸收、放热，加热另一路进入(一级)吸收－蒸发器的冷剂液，后者汽化成温度较高的冷剂蒸汽后进入吸收器或下一级吸收－蒸发器，实现余热温度的提升；来自(一级)吸收－蒸发器的稀溶液经泵打入发生器，被加热释放出高温冷剂蒸汽后反顺序依次进、出吸收器和各级吸收－蒸发器吸收冷剂蒸汽；被加热流体依次进、出吸收器和冷凝器吸热。该发明结构简单，在相同条件下，可实现余热温度的两级或多级提升，扩展了热泵的应用范围。

Description

两级与多级第一类吸收式热泵

技术领域：

本发明属于低温余热利用热泵技术领域。

背景技术：

采用吸收式热泵技术进行余热利用是行之有效的手段，具有比较好的节能、环保和经济效益，利用热泵的前提是热泵能够将热量自余热温度提升到用户需求的水平以上。由于热泵系统的复杂性，导致利用热泵进行余热利用往往投资较高。采用尽可能简单的流程和构造是降低设备造价的最根本的办法，同时这也能使热泵提升余热的能力得到提高，这会扩展热泵应用的范围。

在余热资源相对不足、温度较低，或用户需求温度(包括用户要求的初始温度，即进入第一类吸收式热泵吸收器的介质温度)高的情况下，采用单级第一类吸收式热泵往往无法将余热的温度提升到用户需要的程度，也就无法达到有效利用余热、实现节能目的。在此情况下，采用简单流程和构造的两级或多级第一类吸收式热泵可以实现对余热一定程度的利用，从而实现一定的节能效益。

发明内容：

本发明的目的是要提供工艺结构简单的两级与多级第一类吸收式热泵，它可以将较低温度的余热提升到更高的温度，扩展了利用低温余热向高温用户供热的范围。

本发明的目的是这样实现的，对于闭式两级与多级第一类吸收式热泵，它主要由蒸发器、吸收-蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器、节流阀、溶液泵和溶液热交换器(可选项)所组成；根据工艺流程，从冷凝液进入蒸发器和(一级)吸收-蒸发器之间的流程上看，分为两种基本结构——一种是冷凝液分别经节流程度不同的节流阀进行连通，另一种是节流阀加提压泵进行连通。

如图1所示的冷凝液采用两路节流的闭式两级第一类吸收式热泵中，冷凝器有冷剂液管线分别通过节流阀与蒸发器和吸收-蒸发器相连，蒸发器还有冷剂蒸汽通道与吸收-蒸发器相连，吸收-蒸发器与吸收器之间分别有冷剂蒸汽管路和溶液管路相连，吸收-蒸发器与发生器之间通过溶液泵连通溶液管路，发生器通过溶液管路与吸收器相连，发生器有冷剂蒸汽通道与冷凝器相连，吸收器与冷凝器之间有被加热介质管线相连，其特征在于：①出自冷凝器的冷剂液，一部分通过连通冷凝器和蒸发器之间的冷剂液管线经节流阀深度节流进入蒸发器，吸收余热蒸发后进入吸收-蒸发器被来自吸收器的中浓度溶液吸收、放出热量；另一部分通过连通冷凝器和吸收-蒸发器的冷剂液管线经浅度节流进入吸收-蒸发器，吸热后成为温度较高的冷剂蒸汽进入吸收器被来自发生器的浓溶液所吸收、放出热量；②进入吸收-蒸发器的中浓度溶液吸收来自蒸发器的低压蒸气成为稀溶液，经溶液泵打入发生器，被外部驱动热源加热后释放出高温蒸汽进入冷凝器，浓度增大后的浓溶液进入吸收器吸收来自吸收-蒸发器的较高温度的冷剂蒸汽、放出热量：③被加热流体首先进入吸收器吸热，然后再进入冷凝器吸热、并使进入冷凝器的高温冷剂蒸汽冷凝成液体。

如图2所示的冷凝液采用全节流、一次冷剂泵提压的闭式两级第一类吸收式热泵中，主体结构和工艺与冷凝液采用分别节流方式的闭式两级第一类吸收式热泵基本一致，所不同的是：在结构上，蒸发器和吸收-蒸发器之间通过冷剂液泵连通冷剂液管道；在工艺流程上，出自冷凝器的冷剂液经节流阀深度节流进入蒸发器，其中一部分吸收余热后成为低温冷剂蒸汽，然后进入吸收-蒸发器，没有汽化的另外一部分经提压泵适当提升压力进入吸收-蒸发器，吸热后在较高温度下汽化，然后进入吸收器。

如图3所示的冷凝液采用三路节流方式的闭式三级第一类吸收式热泵中，冷凝器有冷剂液管线分别通过节流阀与蒸发器、一级吸收-蒸发器和二级吸收-蒸发器相连，蒸发器还有冷剂蒸汽通道与一级吸收-蒸发器相连，一级吸收-蒸发器与二级吸收-蒸发器之间分别有冷剂蒸汽管路和溶液管路相连，一级吸收-蒸发器与发生器之间通过溶液泵连通溶液管路，发生器通过溶液管路与吸收器相连，发生器有冷剂蒸汽通道与冷凝器相连，吸收器通过溶液管路与二级吸收-蒸发器相连，二级吸收-蒸发器与一级吸收-蒸发器之间分别有溶液管路和冷剂蒸汽管路相连，吸收器与冷凝器之间有被加热介质管线相连，其特征在于：①出自冷凝器的冷剂液分为三部分，一部分通过连通冷凝器和蒸发器之间的冷剂液管线经节流阀深度节流进入蒸发器、吸收余热蒸发后进入一级吸收-蒸发器被来自二级吸收-蒸发器的溶液吸收并放出热量，另一部分通过连通冷凝器和吸收-蒸发器的冷剂液管线经节流阀浅度节流进入一级吸收-蒸发器、吸热后成为温度较高的冷剂蒸汽进入二级吸收-蒸发器被来自吸收器的溶液所吸收并放出热量，再一部分经节流阀更低程度的节流进入二级吸收-蒸发器，吸热后成为温度更高一些的冷剂蒸汽，然后进入吸收器被来自发生器的浓溶液吸收并放出热量；②进入一级吸收-蒸发器的溶液吸收来自蒸发器的低压蒸气成为稀溶液，经溶液泵打入发生器，稀溶液在发生器内被外部驱动热源加热后释放出高温蒸汽进入冷凝器，浓度增大后的浓溶液进入吸收器吸收来自二级吸收-蒸发器的较高温度的冷剂蒸汽、放出热量，浓度降低后的溶液再进入二级吸收-蒸发器吸收来自一级吸收-蒸发器的冷剂蒸汽、放出热量并使进入二级吸收-蒸发器的冷剂液汽化，浓度再降低后的溶液进入一级吸收-蒸发器吸收来自蒸发器的低温冷剂蒸汽、放出热量，并使进入一级吸收-蒸发器的冷剂液汽化；③被加热流体首先进入吸收器吸热，然后再进入冷凝器吸热、并使进入冷凝器的高温冷剂蒸汽冷凝成液体。

对于开式两级与多级第一类吸收式热泵，它与相对应的闭式两级与多级第一类吸收式热泵相比，所不同的是前者比后者省略了蒸发器，一级吸收-蒸发器与余热蒸汽管线相连，冷凝器与余热凝水管线相连。

附图说明：

图1是依据本发明所提供的，冷凝液采用两路节流的闭式两级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图2是依据本发明所提供的，冷凝液采用全节流、一次冷剂泵提压的闭式两级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图3是依据本发明所提供的，冷凝液采用三路节流的闭式三级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图4是依据本发明所提供的，冷凝液采用两路节流、一次冷剂泵提压的闭式三级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图5是依据本发明所提供的，冷凝液采用两次节流、一次冷剂泵提压方式的闭式三级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图6是依据本发明所提供的，冷凝液采用一路节流的开式两级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图7是依据本发明所提供的，冷凝液采用两路节流的开式三级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图8是依据本发明所提供的冷凝液采用两路节流的双效、闭式两级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图9是依据本发明所提供的冷凝液采用两路节流的闭式两级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

其中，图3～图5和图7也是多级第一类吸收式热泵的代表。

图中，1-蒸发器，2-低压(一级)吸收-蒸发器，3-吸收器，4-发生器，5-冷凝器，6、7、13、15-节流阀，8-溶液泵，9、10、14-溶液热交换器，11-冷剂液泵，12-二级吸收-蒸发器，15-冷剂液再循环泵，16-低压发生器，17-溶液热交换器，18-精馏塔。

其中，溶液热交换器和冷剂液再循环泵属于可选项，前者用以改善机组性能，后者用以改善冷剂液吸收余热的效果。

具体实施方式：

下面结合附图和实例来详细描述本发明。

以本发明所提供的，冷凝液采用两路节流方式的闭式两级第一类吸收式热泵为例，如图1所示，本发明的目的是这样实现的，①结构上，该两级第一类吸收式热泵由蒸发器1、吸收-蒸发器2、吸收器3、发生器4、冷凝器5、节流阀6、节流阀7、溶液泵8和溶液热交换器9、10所组成，辅之于必要的泵、阀、管件等辅助零部件和相应的控制系统；②来自冷凝器5的冷剂液分两路分别经节流阀节流后进入蒸发器1和吸收-蒸发器2——其中一路经节流阀6进行深度节流降压、降温后进入蒸发器1，吸收余热成为低温冷剂蒸汽，然后再进入吸收-蒸发器2被来自吸收器的溶液吸收、放出热量；另一路冷剂液经节流阀7进行浅度节流后进入吸收-蒸发器2，吸热后成为较高温度的蒸汽进入吸收器3被来自发生器4的溶液吸收、放出热量；③来自吸收-蒸发器2的稀溶液，通过溶液泵8提压、经溶液热交换器9进入发生器4，在外部驱动热加热下释放出高温冷剂蒸汽进入冷凝器5；浓溶液经溶液热交换器10进入吸收器3，吸收来自吸收-蒸发器2的较高温度的蒸汽、放出热量；中间浓度的溶液经溶液热交换器9进入吸收-蒸发器2，吸收来自蒸发器1的低温蒸汽、放出热量；④被加热流体首先进入吸收器3吸热，然后再进入冷凝器5吸热后对外输出，并使来自发生器4的高温冷剂蒸汽冷凝成液体。

如图2所示，冷凝液采用一次节流、一次冷剂泵提压方式的闭式两级第一类吸收式热泵，与前者的不同就在于它的冷凝器5与吸收-蒸发器2之间没有管路相连，冷剂液先是全部通过节流阀6进行深度节流进入蒸发器1，其中一部分吸收余热蒸发成低温冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入吸收-蒸发器2被来自吸收器3的溶液吸收、放出热量；另一部分未被汽化的冷剂液经提压泵11提升压力后进入吸收-蒸发器2，在适当的较高压力下吸热蒸发(相应地有较高的温度)成较高温度的冷剂蒸汽，该部分冷剂蒸汽进入吸收器3被来自发生器4的溶液吸收并放出热量；在其它流程上二者没有区别。

如图3所示，在闭式三级第一类吸收式热泵中，①结构上，该三级第一类吸收式热泵由蒸发器1、一级吸收-蒸发器2、吸收器3、发生器4、冷凝器5、节流阀6、节流阀7、溶液泵8、溶液热交换器9、溶液热交换器10、二级吸收-蒸发器12、节流阀13和溶液热交换器14所组成，辅之于必要的泵、阀、管件等辅助零部件和相应的控制系统；②来自冷凝器5的冷剂液分三路分别经节流阀节流后进入蒸发器1、一级吸收-蒸发器2和二级吸收-蒸发器3——其中一路经节流阀6进行深度节流降压、降温后进入蒸发器1，吸收余热成为低温冷剂蒸汽，然后再进入一级吸收-蒸发器2被来自二级吸收-蒸发器12的溶液吸收、放出热量；另一路冷剂液经节流阀7进行浅度节流后进入一级吸收-蒸发器2，吸热后成为较高温度的蒸汽进入二级吸收-蒸发器12被来自吸收器3的溶液吸收、放出热量；再一路经节流阀13进行更低程度的节流后进入二级吸收-蒸发器12，吸热后成为温度更高一些的冷剂蒸汽，然后进入吸收器3被来自发生器3的浓溶液吸收并放出热量；③来自一级吸收-蒸发器2的稀溶液，通过溶液泵8提压、经溶液热交换器9进入发生器4，在外部驱动热加热下释放出高温冷剂蒸汽进入冷凝器5；浓溶液经溶液热交换器10进入吸收器3，吸收来自二级吸收-蒸发器12的较高温度的蒸汽、放出热量；浓度变稀后的溶液经溶液热交换器14进入二级吸收-蒸发器12，吸收来自一级吸收-蒸发器2的低温蒸汽、放出热量；浓度进一步变稀后的溶液经溶液热交换器9进入一级吸收-蒸发器2，吸收来自蒸发器1的低温冷剂蒸汽、放出热量；④被加热流体首先进入吸收器3吸热，然后再进入冷凝器5吸热后对外输出，并使来自发生器4的高温冷剂蒸汽冷凝成液体。

从结构上看，对于本发明中的两级与多级第一类吸收式热泵中，随着级数的增加，吸收-蒸发器的数量也增加，为级数减1。

从流程来看，各流体的具体工作流程如下：

①余热介质流程——余热介质进入蒸发器1加热经节流阀6进行深度节流的冷剂介质、使其汽化成低温冷剂蒸汽；低温冷剂介质进入(一级)吸收-蒸发器被溶液吸收放出较高温度的热使进入吸收-蒸发器的另一路冷剂介质得到汽化形成温度较高的蒸汽，实现了余热温度的第一级提升；随着吸收-蒸发器的增加，余热得到逐级提升。

②高温介质流程——高温驱动热进入发生器4，完成对来自吸收-蒸发器2的稀溶液的加热，产生高温的冷剂蒸汽进入冷凝器5。

③被加热介质流程——被加热介质首先进入吸收器3，吸取浓溶液吸收来自吸收-蒸发器2的冷剂蒸汽过程中放出的热量，而后进入冷凝器5，吸取来自发生器的高温冷剂蒸汽的放热后对外输出。

④冷剂蒸汽流程——来自发生器4的高温冷剂蒸汽在冷凝器5中加热流体，冷凝成为液体，分两路分别经节流阀6和节流阀7进行不同程度的节流后进入蒸发器1和吸收-蒸发器2；进入蒸发器1的冷剂介质被加热汽化成低温冷剂蒸汽，进入吸收-蒸发器2，被来自吸收器3的较高浓度的溶液所吸收，放出热量；进入吸收-蒸发器2的冷剂介质，吸取吸收过程中放出的热量后成为较高温度的冷剂蒸汽，进入吸收器3被来自发生器4的浓溶液所吸收，放出热量加热进入的被加热介质。

⑤溶液流程——出自发生器4的浓溶液经溶液热交换器10进入吸收器3，吸收来自吸收-蒸发器2的较高温度的冷剂蒸汽后浓度降低，经溶液热交换器9进入吸收-蒸发器2，吸收来自蒸发器1的低温冷剂蒸汽后成为稀溶液，通过溶液泵8、经溶液热交换器9、10后打入发生器4，在驱动热的加热下释放出高温冷剂蒸汽，而后重新成为高浓度的溶液。

图4所示为冷凝液采用两路节流、一次冷剂泵提压的闭式三级第一类吸收式热泵系统，它与图3所示流程的区别在于：来自冷凝器5的冷剂液体分两路节流分别进入蒸发器1和二级吸收-蒸发器12；其中进入蒸发器1的冷剂介质，一部分在蒸发器1中吸热汽化，另一部分再经提压泵11进行适当提压后进入一级吸收-蒸发器2，吸热汽化成温度较高的冷剂蒸汽向二级吸收-蒸发器12提供。

图5所示为冷凝液采用两次节流、一次冷剂泵提压方式的闭式三级第一类吸收式热泵，它与图4所示流程的区别在于：来自冷凝器5的冷剂液体全部节流后进入蒸发器1，其中进入蒸发器1的冷剂介质，一部分在蒸发器1中吸热汽化，另一部分再经提压泵11进行适当提压后分两路分别经节流和直接进入一级吸收-蒸发器2和二级吸收-蒸发器12；进入一级吸收-蒸发器2的一路冷剂介质，吸热后汽化成温度较高的冷剂蒸汽进入二级吸收-蒸发器12，直接进入二级吸收-蒸发器12的另一路的冷剂液，压力较高，吸热汽化成温度更高的冷剂蒸汽向吸收器3提供。

图6所示为冷凝液采用一路节流的开式两级第一类吸收式热泵，它与图1所示的不同在于：结构上没有了蒸发器1，余热蒸汽直接进行吸收-蒸发器2，完成余热介质的作用后自冷凝器5输出；冷剂液体经节流阀7节流后直接进入吸收-蒸发器2，吸热成为冷剂蒸汽向吸收器3提供。

图7所示为冷凝液采用两路节流的开式三级第一类吸收式热泵，它与图3所示流程的区别在于：结构上没有了蒸发器1，余热蒸汽直接进行一级吸收-蒸发器2，完成余热介质的作用后自冷凝器5输出；来自冷凝器5的冷剂液体分两路节流分别进入一级吸收-蒸发器2和二级吸收-蒸发器12。其中进入吸收-蒸发器2的冷剂介质，吸热成为冷剂蒸汽向二级吸收-蒸发器12提供；经节流阀13节流后进入二级吸收-蒸发器12中的冷剂液体吸热汽化成温度较高的冷剂蒸汽向吸收器3提供。

图8所示为冷凝液采用两路节流的双效、闭式两级第一类吸收式热泵，它与图1所示不同的在于，发生器4中产生的高温冷剂蒸汽不直接进入冷凝器5，而是进入低压发生器16实现双效作用。比较图1所示热泵，这种双效两级(以及多级)热泵结构复杂，供热温度低，制造难度加大，造价也高。

图9所示为主要由蒸发器、吸收-蒸发器、吸收器、精馏塔、冷凝器、节流阀、溶液泵和溶液热交换器组成的两级第一类吸收式热泵，它与图1所示不同之处在于，它可以采用以氨水溶液为代表、需要进行精馏处理的工质。

本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的两级与多级第一类吸收式热泵具有如下的效果和优势：

①结构简单，流程合理，可降低设备造价。

②可实现余热温度的两级与多级提升。

③可降低发生器内浓溶液的温度，避免或降低此处溶液可能对设备造成的腐蚀，提高设备安全性。

④能够利用更低温度的余热和向用户提供更高温度的供热，扩大了第一类吸收式热泵的温度工作范围。

Claims (6)

1.两级与多级第一类吸收式热泵，分为闭式和开式两大类，闭式两级与多级第一类吸收式热泵主要由蒸发器(1)、吸收-蒸发器(2)/(12)、吸收器(3)、发生器(4)、冷凝器(5)、节流阀(6)/(7)/(13)、溶液泵(8)、溶液热交换器(9)、(10)与(14)和提压泵(11)所组成；冷凝器(5)或是有冷剂液管线经节流阀(6)、节流阀(7)和节流阀(12)分别与蒸发器(1)、吸收-蒸发器(2)和吸收-蒸发器(12)相连，或是有冷剂液管线经节流阀(6)与蒸发器(1)相连、再有冷剂液管线经冷剂液泵(11)连通吸收-蒸发器(2)；蒸发器(1)有冷剂蒸汽通道与吸收-蒸发器(2)相连，吸收-蒸发器(2)与发生器(4)之间通过溶液泵(8)连通溶液管路，发生器(4)与吸收器(3)之间有溶液管路连通，吸收器(3)与吸收-蒸发器(2)/(12)之间有溶液管线相连，吸收-蒸发器(2)和吸收-蒸发器(12)之间有溶液管路相连，发生器(4)有冷剂蒸汽通道与冷凝器(5)相连，其特征在于：冷凝器(5)通过节流阀(6)/(7)/(13)和节流阀(7)/(13)与泵(11)结合，分别直接或间接连通蒸发器(1)、吸收-蒸发器(2)和吸收-蒸发器(12)，冷剂液分别在蒸发器(1)、吸收-蒸发器(2)和吸收-蒸发器(12)中吸热汽化，向吸收-蒸发器(2)/(12)或吸收器(3)提供冷剂蒸汽；稀溶液经溶液泵(8)进入发生器(4)，受热释放出的高温冷剂蒸汽进入冷凝器(5)，浓溶液依次进入吸收器(3)、吸收-蒸发器(12)和吸收-蒸发器(2)，完成对进入的冷剂蒸汽的吸收；被加热流体依次进出吸收器(3)和冷凝器(5)完成吸热过程。

2.根据权利要求1所述的两级与多级第一类吸收式热泵，其特征是热泵既可以是闭式的，也可以是开式的。

3.根据权利要求1所述的开式两级与多级第一类吸收式热泵，其特征是余热蒸汽直接进入一级吸收-蒸发器。

4.根据权利要求1所述的两级与多级第一类吸收式热泵，其特征是采用节流阀或节流阀结合提压泵的方式来实现冷剂介质向蒸发器、吸收-蒸发器的直接或间传递。

5.根据权利要求1所述的两级与多级第一类吸收式热泵，其特征是按运行模式可分为单效和双效两类。

6.根据权利要求1所述的两级与多级第一类吸收式热泵，其特征是采用发生器时，可采用以溴化锂水溶液为代表的溶液作工质；用精馏塔替代发生器时，可采用以氨水为代表的溶液作工质。

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