CN101261054A - 一种大温升吸收式热泵机组 - Google Patents

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Abstract

能够大幅度提升余热温度的一种大温升吸收式热泵机组。技术方案是采用两级蒸发和两级吸收方案,机组的主要部件有发生器、冷凝器、一级蒸发器、二级蒸发器、一级吸收器、二级吸收器、一级溶液热交换器和二级溶液热交换器,本发明的主要特征是将一级吸收器产生的热量用作二级蒸发器热源,一级蒸发器从热源吸收低温余热,二级吸收器和冷凝器产生的热量用于供热,其最大的优点就是能够吸收较低温度热源的余热,而能够得到较高温度的供热热水。

Description

一种大温升吸收式热泵机组
技术领域
本发明属于一种用于采暖、供热水的热泵机组,特别是一种能够获得较大温升的高效吸收式热泵机组。
背景技术
目前,各种热泵装置已经广泛的应用于各种采暖和热水供应系统中,其中增热型吸收式热泵以高温热能为驱动力,提取低温余热,供应采暖、热水或工艺用热,具有良好的节能、环保和经济效益,得到了较为广泛的应用,例如采用地下水、地表水或工业废热水等为低位热源,以高温蒸汽或燃油、燃气为驱动能源,为建筑物供暖的吸收式热泵机组。在实际工程中,经常遇到余热资源温度较低而用户需求温度较高的情况,如余热温度为20~10℃,而要求的供热温度为70~90℃,这时采用普通的双效或单效吸收式热泵机组往往无法将余热温度提升到用户需求的程度,采用两级或多级吸收式热泵串联的方式虽然可以达到较大幅度提升余热温度的目的,但将给系统带来体积庞大、投资大、能源利用效率降低以及运行调节复杂等问题,使吸收式热泵在这种场合的应用收到了严重限制,甚至失去了经济价值。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种投资小、系统体积小而且能够大幅度提升余热温度的大温升吸收式热泵机组。
本发明的技术方案是大温升吸收式热泵机组,其特征在于机组由发生器、冷凝器、一级蒸发器、二级蒸发器、一级吸收器、二级吸收器、一级溶液热交换器、二级溶液热交换器、节流装置、溶液泵、冷剂泵组成,稀溶液在发生器中被高温蒸汽或燃油、燃气加热产生蒸汽后变成浓溶液,通过溶液热交换器后进入一级吸收器和二级吸收器,分别吸收一级蒸发器和二级蒸发器中产生的冷剂蒸汽,发生器发生的冷剂蒸汽进入冷凝器冷凝放热,加热用于供热的热水,冷凝液通过节流装置进入一级蒸发器和二级蒸发器,吸热蒸发变成水蒸气,分别进入一级吸收器和二级吸收器被溶液吸收,完成冷剂循环;其中一级蒸发器从低位热源吸热,回收低温余热,一级吸收器放出的溶液吸收热作为二级蒸发器的热源,热水在二级吸收器和冷凝器中被加热,即机组供热量为二级吸收器和冷凝器热负荷之和。
本发明提出了热泵机组的四种实现形式,分别是并联式、倒串联式、串并联式和串联式。
并联式的特征是流出发生器的浓溶液分成两路:一路经二级溶液热交换器放热降温后进入二级吸收器,吸收来自二级蒸发器的冷剂蒸汽变成稀溶液,再在二级溶液泵的驱动下,经二级溶液热交换器进入发生器完成循环;另一路溶液经一级溶液热交换器放热降温后进入一级吸收器,吸收来自一级蒸发器的冷剂蒸汽变成稀溶液,再在一级溶液泵的驱动下,经一级溶液热交换器进入发生器完成循环。
倒串联式的特征是流出发生器的浓溶液先后经过二级溶液热交换器和一级溶液热交换器放热降温后进入一级吸收器,吸收来自一级蒸发器的冷剂蒸汽变成中间溶液,再在一级溶液泵的驱动下,经一级溶液热交换器进入二级吸收器,吸收来自二级蒸发器的冷剂蒸汽变成稀溶液,再在二级溶液泵的驱动下,经二级溶液热交换器进入发生器完成循环。
串并联式的特征是流出发生器的浓溶液分成两路:一路经二级溶液热交换器放热降温后进入二级吸收器,吸收来自二级蒸发器的冷剂蒸汽变成稀溶液,与另一路直接来自发生器的浓溶液混合成中间溶液,再经一级溶液热交换器放热降温后进入一级吸收器,吸收来自一级蒸发器的冷剂蒸汽变成稀溶液,再在一级溶液泵的驱动下,先后经一级溶液热交换器和二级溶液热交换器加热升温后进入发生器完成循环。
串联式的特征是流出发生器的浓溶液经二级溶液热交换器放热降温后进入二级吸收器,吸收来自二级蒸发器的冷剂蒸汽后变成中间浓度溶液,再经一级溶液热交换器放热降温后进入一级吸收器,吸收来自一级蒸发器的冷剂蒸汽后变成稀溶液,再在一级溶液泵的驱动下,先后经一级溶液热交换器和二级溶液热交换器加热升温后进入发生器完成循环。
并联式和倒串联式机组在一级蒸发器和二级蒸发器分别设置一级冷剂泵和二级冷剂泵,分别将各蒸发器没有蒸发的冷剂水泵入各蒸发器上部喷淋装置并喷淋的各蒸发器管束上。
串并联和串联式机组在一级蒸发器设置一级冷剂泵,将一级蒸发器没有蒸发的冷剂水泵入二级蒸发器上部喷淋装置并喷淋的二级蒸发器管束上。
本发明的主要特点是将一级吸收器产生的热量用作二级蒸发器热源,一级蒸发器从热源吸收低温余热,二级吸收器和冷凝器产生的热量用于供热,其最大的优点就是能够吸收较低温度热源的余热,而能够得到较高温度的供热热水。
附图说明
图1为本发明的并联循环大温升吸收式热泵机组的流程示意图;
图2为本发明的倒串联循环大温升吸收式热泵机组的流程示意图;
图3为本发明的串并联循环大温升吸收式热泵机组的流程示意图;
图4为本发明的串联循环大温升吸收式热泵机组的流程示意图。
图中标号:1-发生器;2-冷凝器;3a-一级吸收器;3b-二级吸收器;4a-一级蒸发器;4b-二级蒸发器;5a-一级溶液热交换器;5b-二级溶液热交换器;6a-一级节流装置;6b-二级节流装置;7a-一级溶液泵;7b-二级溶液泵;8a-一级冷剂泵;8b-二级冷剂泵;9-循环水泵
具体实施方式
下面结合具体实施例,对本发明的具体实施方式进行说明。
实施例1:并联循环大温升吸收式热泵机组。如图1所示,本热泵机组有发生器1、冷凝器2、一级吸收器3a、一级蒸发器4a、一级溶液热交换器5a、二级吸收器3b、二级蒸发器4b、二级溶液热交换器5b、一级节流装置6a、二级节流装置6b、一级溶液泵7a、二级溶液泵7b、一级冷剂泵8a、二级冷剂泵8b、循环水泵9及连接管路等主要部件组成。其中,一级蒸发器4a压力小于二级蒸发器4b压力,二级蒸发器4b压力小于冷凝器2压力。稀溶液在发生器1中被热源加热沸腾,产生冷剂蒸汽,稀溶液浓度提高变成浓溶液,流出发生器1。流出发生器1的浓溶液分成两路:一路经二级溶液热交换器5b放热降温后进入二级吸收器3b,吸收来自二级蒸发器4b的冷剂蒸汽,放出的吸收热加热热水,浓溶液变成稀溶液,再在二级溶液泵7b的驱动下,经二级溶液热交换器5b被来自发生器1的浓溶液加热,而后进入发生器1再被热源加热完成循环;另一路溶液经一级溶液热交换器5a放热降温后进入一级吸收器3a,吸收来自一级蒸发器4a的冷剂蒸汽,放出的吸收热加热循环水,浓溶液变成稀溶液,再在一级溶液泵7a的驱动下,经一级溶液热交换器5a被来自发生器1的浓溶液加热,而后进入发生器1再被热源加热完成循环。发生器1产生的冷剂蒸汽进入冷凝器2冷凝成冷剂水,放出的冷凝热加热热水,冷剂水经节流装置6a节流降压后进入蒸发器4b,其中一部分在蒸发器4b中被循环水加热而蒸发,产生的水蒸气进入吸收器3b被溶液吸收,另一部分冷剂水经节流装置6b继续节流降压后进入蒸发器4a,吸收冷水热量而蒸发,产生的水蒸气进入吸收器3a被溶液吸收,一级冷剂泵8a和二级冷剂泵8b分别用于增加蒸发器4a和蒸发器4b中的冷剂水喷淋密度,强化热质交换。热水先进入二级吸收器3b加热,再进入冷凝器2加热,两级加热后送出。冷水作为热泵低位热源,进入一级蒸发器4a中放热降温后送出。热源作为该热泵的驱动能源,进入发生器1中加热溶液。循环水在一级吸收器3a和二级蒸发器4b之间循环流动,即从一级吸收器3a流出的循环水进入二级蒸发器4b放热降温,再在循环水泵9的驱动下进入一级吸收器3a吸热升温,如此循环往复,将一级吸收器3a产生的热量输送到蒸发器4b。可以看出,本机组采用了两级蒸发-吸收循环,从而增大了溶液的放汽范围,提高了冷水(低温热源)与热水之间的温差,实现了大温升供热。
实施例2:倒串联循环大温升吸收式热泵机组。如图2所示,本热泵机组有发生器1、冷凝器2、一级吸收器3a、一级蒸发器4a、一级溶液热交换器5a、二级吸收器3b、二级蒸发器4b、二级溶液热交换器5b、一级节流装置6a、二级节流装置6b、一级溶液泵7a、二级溶液泵7b、一级冷剂泵8a、二级冷剂泵8b、循环水泵9及连接管路等主要部件组成。其中,一级蒸发器4a压力小于二级蒸发器4b压力,二级蒸发器4b压力小于冷凝器2压力。稀溶液在发生器1中被热源加热沸腾,产生冷剂蒸汽,稀溶液浓度提高变成浓溶液,流出发生器1。流出发生器1的浓溶液先后经过二级溶液热交换器5b和一级溶液热交换器5a放热降温后进入一级吸收器3a,吸收来自一级蒸发器4a的冷剂蒸汽,放出的吸收热加热循环水,浓溶液变成中间溶液,再在一级溶液泵7a的驱动下,经一级溶液热交换器5a被浓溶液加热,而后进入二级吸收器3b,吸收来自二级蒸发器4b的冷剂蒸汽,放出的吸收热加热热水,中间溶液变成稀溶液,再在二级溶液泵7b的驱动下,经二级溶液热交换器5b被来自发生器1的浓溶液加热,而后进入发生器1再被热源加热完成循环。发生器1产生的冷剂蒸汽进入冷凝器2冷凝成冷剂水,放出的冷凝热加热热水,冷剂水经节流装置6a节流降压后进入蒸发器4b,其中一部分在蒸发器4b中被循环水加热而蒸发,产生的水蒸气进入吸收器3b被溶液吸收,另一部分冷剂水经节流装置6b继续节流降压后进入蒸发器4a,吸收冷水热量而蒸发,产生的水蒸气进入吸收器3a被溶液吸收,一级冷剂泵8a和二级冷剂泵8b分别用于增加蒸发器4a和蒸发器4b中的冷剂水喷淋密度,强化热质交换。热水先进入二级吸收器3b加热,再进入冷凝器2加热,两级加热后送出。冷水作为热泵低位热源,进入一级蒸发器4a中放热降温后送出。热源作为该热泵的驱动能源,进入发生器1中加热溶液。循环水在一级吸收器3a和二级蒸发器4b之间循环流动,即从一级吸收器3a流出的循环水进入二级蒸发器4b放热降温,再在循环水泵9的驱动下进入一级吸收器4a吸热升温,如此循环往复,将一级吸收器3a产生的热量输送到蒸发器4b。可以看出,本机组采用了两级蒸发一吸收循环,从而增大了溶液的放汽范围,提高了冷水(低温热源)与热水之间的温差,实现了大温升供热。
实施例3:串并联循环大温升吸收式热泵机组。如图3所示,本热泵机组有发生器1、冷凝器2、一级吸收器3a、一级蒸发器4a、一级溶液热交换器5a、二级吸收器3b、二级蒸发器4b、二级溶液热交换器5b、一级节流装置6a、二级节流装置6b、一级溶液泵7a、一级冷剂泵8a、二级冷剂泵8b、循环水泵9及连接管路等主要部件组成。其中,一级蒸发器4a压力小于二级蒸发器4b压力,二级蒸发器4b压力小于冷凝器2压力。稀溶液在发生器1中被热源加热沸腾,产生冷剂蒸汽,稀溶液浓度提高变成浓溶液,流出发生器1。流出发生器1的浓溶液分成两路:一路经二级溶液热交换器5b放热降温后进入二级吸收器3b,吸收来自二级蒸发器4b的冷剂蒸汽,放出的吸收热加热热水,浓溶液变成稀溶液,与另一路直接来自发生器1的浓溶液混合成中间溶液,再经一级溶液热交换器5a放热降温后进入一级吸收器3a,吸收来自一级蒸发器4a的冷剂蒸汽,放出的吸收热加热循环水,中间溶液变成稀溶液,再在一级溶液泵7a的驱动下,先后经一级溶液热交换器5a和二级溶液热交换器5b加热升温后进入发生器1再被热源加热完成循环。发生器1产生的冷剂蒸汽进入冷凝器2冷凝成冷剂水,放出的冷凝热加热热水,冷剂水经节流装置6a节流降压后进入蒸发器4b,其中一部分在蒸发器4b中被循环水加热而蒸发,产生的水蒸气进入吸收器3b被溶液吸收,另一部分冷剂水经节流装置6b继续节流降压后进入蒸发器4a,吸收冷水热量而蒸发,产生的水蒸气进入吸收器3a被溶液吸收,一级冷剂泵8a和二级冷剂泵8b分别用于增加蒸发器4a和蒸发器4b中的冷剂水喷淋密度,强化热质交换。热水先进入二级吸收器3b加热,再进入冷凝器2加热,两级加热后送出。冷水作为热泵低位热源,进入一级蒸发器4a中放热降温后送出。热源作为该热泵的驱动能源,进入发生器1中加热溶液。循环水在一级吸收器3a和二级蒸发器4b之间循环流动,即从一级吸收器3a流出的循环水进入二级蒸发器4b放热降温,再在循环水泵9的驱动下进入一级吸收器3a吸热升温,如此循环往复,将一级吸收器3a产生的热量输送到蒸发器4b。可以看出,本机组采用了两级蒸发一吸收循环,从而增大了溶液的放汽范围,提高了冷水(低温热源)与热水之间的温差,实现了大温升供热。另外本机组与实施例一和实施例二相比,省去了二级溶液泵7b。
实施例4:串联循环大温升吸收式热泵机组。如图4所示,本热泵机组有发生器1、冷凝器2、一级吸收器3a、一级蒸发器4a、一级溶液热交换器5a、二级吸收器3b、二级蒸发器4b、二级溶液热交换器5b、一级节流装置6a、二级节流装置6b、一级溶液泵7a、一级冷剂泵8a、循环水泵9及连接管路等主要部件组成。其中,一级蒸发器4a压力小于二级蒸发器4b压力,二级蒸发器4b压力小于冷凝器2压力。稀溶液在发生器1中被热源加热沸腾,产生冷剂蒸汽,稀溶液浓度提高变成浓溶液,流出发生器1。流出发生器1的浓溶液经二级溶液热交换器5b放热降温后进入二级吸收器3b,吸收来自二级蒸发器4b的冷剂蒸汽,放出的吸收热加热热水,浓溶液浓度降低变成中间浓度溶液,再经一级溶液热交换器5a放热降温后进入一级吸收器3a,吸收来自一级蒸发器4a的冷剂蒸汽,放出的吸收热加热循环水,中间溶液浓度降低变成稀溶液,再在一级溶液泵7a的驱动下,先后经一级溶液热交换器5a和二级溶液热交换器5b加热升温后进入发生器1再被热源加热完成循环。发生器1产生的冷剂蒸汽进入冷凝器2冷凝成冷剂水,放出的冷凝热加热热水,冷剂水经节流装置6a节流降压后进入蒸发器4b,其中一部分在蒸发器4b中被循环水加热而蒸发,产生的水蒸气进入吸收器3b被溶液吸收,另一部分冷剂水经节流装置6b继续节流降压后进入蒸发器4a,吸收冷水热量而蒸发,产生的水蒸气进入吸收器3a被溶液吸收,一级冷剂泵8a用于增加蒸发器4a和蒸发器4b中的冷剂水喷淋密度,强化热质交换。热水先进入二级吸收器3b加热,再进入冷凝器2加热,两级加热后送出。冷水作为热泵低位热源,进入一级蒸发器4a中放热降温后送出。热源作为该热泵的驱动能源,进入发生器1中加热溶液。循环水在一级吸收器3a和二级蒸发器4b之间循环流动,即从一级吸收器3a流出的循环水进入二级蒸发器4b放热降温,再在循环水泵9的驱动下进入一级吸收器3a吸热升温,如此循环往复,将一级吸收器3a产生的热量输送到蒸发器4b。可以看出,本机组采用了两级蒸发一吸收循环,从而增大了溶液的放汽范围,提高了冷水(低温热源)与热水之间的温差,实现了大温升供热。另外本机组与实施例一和实施例二相比,省去了二级溶液泵7b和二级冷剂泵8b。

Claims (8)

1、一种大温升吸收式热泵机组,特征在于机组的主要部件有发生器、冷凝器、一级蒸发器、二级蒸发器、一级吸收器、二级吸收器、一级溶液热交换器、二级溶液热交换器、节流装置、溶液泵、冷剂泵,稀溶液在发生器中被高温蒸汽或燃油、燃气加热产生蒸汽后变成浓溶液,通过溶液热交换器后进入一级吸收器和二级吸收器,分别吸收一级蒸发器和二级蒸发器中产生的冷剂蒸汽,放出吸收热,浓溶液变成稀溶液,再在溶液泵的驱动下通过溶液热交换器进入发生器加热,完成溶液循环;发生器发生的冷剂蒸汽进入冷凝器冷凝放热,加热用于供热的热水,冷凝液通过节流装置进入一级蒸发器和二级蒸发器,吸热蒸发变成水蒸气,分别进入一级吸收器和二级吸收器被溶液吸收,完成冷剂循环;其中一级蒸发器从低位热源吸热,回收低温余热,一级吸收器放出的溶液吸收热作为二级蒸发器的热源,热水在二级吸收器和冷凝器中被加热,即机组供热量为二级吸收器和冷凝器热负荷之和。
2、根据权利要求1所述的一种大温升吸收式热泵机组,其特征是热泵机组有四种实现形式,分别是并联式、倒串联式、串并联式和串联式。
3、根据权利要求1所述的一种大温升吸收式热泵机组,其特征在于所述热泵机组为并联式,流出发生器的浓溶液分成两路:一路经二级溶液热交换器放热降温后进入二级吸收器,吸收来自二级蒸发器的冷剂蒸汽变成稀溶液,再在二级溶液泵的驱动下,经二级溶液热交换器进入发生器完成循环;另一路溶液经一级溶液热交换器放热降温后进入一级吸收器,吸收来自一级蒸发器的冷剂蒸汽变成稀溶液,再在一级溶液泵的驱动下,经一级溶液热交换器进入发生器完成循环。
4、根据权利要求1所述的一种大温升吸收式热泵机组,其特征在于所述热泵机组为倒串联式,流出发生器的浓溶液先后经过二级溶液热交换器和一级溶液热交换器放热降温后进入一级吸收器,吸收来自一级蒸发器的冷剂蒸汽变成中间溶液,再在一级溶液泵的驱动下,经一级溶液热交换器进入二级吸收器,吸收来自二级蒸发器的冷剂蒸汽变成稀溶液,再在二级溶液泵的驱动下,经二级溶液热交换器进入发生器完成循环。
5、根据权利要求1所述的一种大温升吸收式热泵机组,其特征在于所述热泵机组为串并联式,流出发生器的浓溶液分成两路:一路经二级溶液热交换器放热降温后进入二级吸收器,吸收来自二级蒸发器的冷剂蒸汽变成稀溶液,与另一路直接来自发生器的浓溶液混合成中间溶液,再经一级溶液热交换器放热降温后进入一级吸收器,吸收来自一级蒸发器的冷剂蒸汽变成稀溶液,再在一级溶液泵的驱动下,先后经一级溶液热交换器和二级溶液热交换器加热升温后进入发生器完成循环。
6、根据权利要求1所述的一种大温升吸收式热泵机组,其特征在于所述热泵机组为串联式,流出发生器的浓溶液经二级溶液热交换器放热降温后进入二级吸收器,吸收来自二级蒸发器的冷剂蒸汽后变成中间浓度溶液,再经一级溶液热交换器放热降温后进入一级吸收器,吸收来自一级蒸发器的冷剂蒸汽后变成稀溶液,再在一级溶液泵的驱动下,先后经一级溶液热交换器和二级溶液热交换器加热升温后进入发生器完成循环。
7、根据权利要求1~4之一所述的一种大温升吸收式热泵机组,其特征在于在一级蒸发器和二级蒸发器分别设置一级冷剂泵和二级冷剂泵,分别将各蒸发器没有蒸发的冷剂水泵入各蒸发器上部喷淋装置并喷淋的各蒸发器管束上。
8、根据权利要求1、2、5、6之一所述的一种大温升吸收式热泵机组,其特征在于在一级蒸发器设置一级冷剂泵,将一级蒸发器没有蒸发的冷剂水泵入二级蒸发器上部喷淋装置并喷淋的二级蒸发器管束上。
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