CN101556095A - 低品位能驱动与机械功驱动复合热泵或制冷系统 - Google Patents

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陈光明
唐黎明
刘利华
何一坚
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Abstract

本发明公开了一种低品位能驱动与机械功驱动复合热泵或制冷系统。低品位能收集器与发生器、第一冷凝器、制冷剂存储器、第一节流阀、冷凝蒸发器、吸收器、储液器、溶液泵、溶液热交换器、发生器依次相连接,压缩机高压端与溶液热交换器、第二冷凝器、冷凝蒸发器、三通阀、第二节流阀、冬季蒸发器、压缩机低压端依次相连接,三通阀与第三节流阀、夏季蒸发器、压缩机低压端依次相连接,发生器浓溶液出口与溶液热交换器、吸收器依次相连接。本发明具备所有低品位能热泵、制冷系统的优点。复合了压缩热泵、制冷系统,品位能供给充分时,系统COP大幅提高;低品位能供给不充裕时,系统可以较高效运行;低品位能完全没有时,系统还可以稳定运行。

Description

低品位能驱动与机械功驱动复合热泵或制冷系统
技术领域
本发明涉及一种低品位能驱动与机械功驱动复合热泵或制冷系统。 背景技术
我国蕴藏的石油、天然气以及煤碳等化石能源按人均非常有限,而且,相 对干旱,土地沙漠化严重,环境承受能力比较弱,化石能源的开发利用容易给 环境带来非常不利影响。所以,有效地开发、利用低品位能可以弥补化石能源 的不足,改善用能结构,将具有很高的社会效益和经济价值。
空调热泵、制冷系统是耗能大户,其消耗的电能约占社会全部消耗电能的
15%。但在工业和其他领域中,大量低品位能没有得到很好利用。此外,太阳能 作为一种能量巨大的清洁可再生能源,基于吸收制冷原理利用太阳能热利用的 方式,把太阳能用于空调热泵、制冷系统具有原理上的可行性并具有一系列的 优点。
针对常规低品位能特别是太阳热能驱动热泵、制冷循环存在效率低、对热 源温度要求高以及难以适应太阳辐射自身不连续、不稳定等一直困扰太阳能热 泵、制冷推广的问题,依据热(冷)量分级原理。本发明提出一个能提高低品 位热能驱动热泵(制冷)系统总能效率的新型热泵(制冷)系统。新系统由热 能驱动制冷单元与机械功驱动热泵、制冷单元复合而成。热能驱动制冷单元提 供低品位冷量,机械功驱动热泵(制冷)单元提供高品位热(冷)量,通过能 量耦合达到提升低品位热能驱动热泵(制冷)系统总能效率的目的。此外,新 系统还能克服太阳辐射不连续、不稳定的缺点,为太阳能以及其他低品位能源 的高效利用奠定基础。 发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种低品位能驱动与机械功驱 动复合热泵或制冷系统。
低品位能驱动与机械功驱动复合热泵或制冷系统中的低品位能收集器与发 生器、第一冷凝器、制冷剂存储器、第一节流阀、冷凝蒸发器、吸收器、储液 器、溶液泵、溶液热交换器、发生器依次相连接,压縮机高压端与溶液热交换 器、第二冷凝器、冷凝蒸发器、三通阀、第二节流阀、冬季蒸发器、压縮机低 压端依次相连接,三通阀与第三节流阀、夏季蒸发器、压縮机低压端依次相连 接,发生器浓溶液出口与溶液热交换器、吸收器依次相连接。
3所述的低品位能收集器是太阳能集热器、工业废热热交换器或废水余热热 交换器。
所述的冬季蒸发器是风冷换热器、地源换热器或水源换热器。 以太阳能为例,本发明具有的有益效果:
1) 它具备所有低品位能热泵、制冷系统的优点,节能,经济,清洁,环保。
2) 由于在低温蒸发制冷部分采用压缩式制冷系统,使得吸收制冷系统的蒸发 温度可以不需要很低,从而很大程度上提高了系统的效率,所需加热水温度较 低,从而对于集热器的要求较低,可以大大的节约集热器的初投资。
3) 在低品位能供给充分的时候,由于与常规的压縮制冷系统相比复合式系统
的冷凝温度大幅降低,使得系统的COP得到大幅的提升,节约电能。
4) 在低品位能供给不充裕的时候系统仍然可以较高效地运行,低品位能主要
用于对压縮式热泵(制冷)系统的制冷剂进行过冷,同时压縮式热泵(制冷) 系统的高温高压的制冷剂可以有效地使吸收制冷系统的稀溶液的温度得到提 升,从而对能量进行了回收。此时的系统由于有了过冷部分的存在比起常规压 縮式热泵、制冷系统来说也可以节约能源。
5) 在低品位能完全没有的情况下,此系统相当于一个普通水冷(或水源、或 地源)热泵(制冷)机组,仍可以稳定地运行。
6) 除了具有"低品位能驱动与机械功驱动复合热泵、制冷系统(申请号: 200710068960.1)的全部优点外,还具有系统简单、可靠性高、更加节能的优点。 附图说明
附图是低品位能驱动与机械功驱动复合热泵或制冷系统结构示意图,图中: 低品位能收集器l、发生器2、第一冷凝器3、制冷剂存储器4、第一节流阀5、 第二冷凝器6、溶液热交换器7、冷凝蒸发器8、吸收器9、储液器IO、溶液泵 11、压縮机12、冬季蒸发器13、夏季蒸发器14、第二节流阀15、第三节流阀 16、三通阀17。 具体实施方式
如附图所示,低品位能驱动与机械功驱动复合热泵或制冷系统中的低品位 能收集器1与发生器2、第一冷凝器3、制冷剂存储器4、第一节流阀5、冷凝 蒸发器8、吸收器9、储液器IO、溶液泵ll、溶液热交换器7、发生器2依次相 连接,压缩机12高压端与溶液热交换器7、第二冷凝器6、冷凝蒸发器8、三通 阀17、第二节流阀15、冬季蒸发器13、压縮机12低压端依次相连接,三通阀 17与第三节流阀16、夏季蒸发器14、压縮机12低压端依次相连接,发生器2浓溶液出口与溶液热交换器7、吸收器9依次相连接。
所述的低品位能收集器1是太阳能集热器、工业废热热交换器或废水余热 热交换器等低品位能源的收集器。
所述的冬季蒸发器13可以是风冷换热器、或地源换热器、或水源换热器等。
本发明由压縮式热泵(制冷)循环和吸收制冷(热泵)循环复合而成,吸 收制冷(热泵)循环可以采用水和溴化锂、氨和水或它们的替代工质作为工作 流体,压縮热泵(制冷)循环的制冷工质为R22、 R410A或它们的替代制冷剂。
下面以水和溴化锂作为吸收制冷(热泵)循环的工作流体、R410A作为压 縮热泵(制冷)循环的制冷剂、以及空调工况为例说明系统的工作过程。
在夏季制冷运行时,在热驱动制冷单元(吸收制冷循环)中,储液器10中 的稀溶液经溶液泵11提升进入溶液热交换器7与来自发生器浓溶液的进行热量 交换后进入发生器2被低品位能进一步加热产生制冷剂蒸汽,发生器2中的浓 溶液经溶液热交换器7中被预冷后进入吸收器9,在吸收器9中被冷却介质进一 步冷却并吸收制冷剂变为稀溶液进入储液器10,进入下一个循环,在发生器2 中产生的制冷剂蒸汽在第一冷凝器3中被冷却介质冷却、冷凝、过冷后进入制 冷剂储存器4,经第一节流阀5后进入冷凝蒸发器8,在冷却、过冷来自机械功 驱动热泵(制冷)单元(压縮制冷循环)的制冷剂R410A的过程中由于吸热而 蒸发成制冷剂蒸汽进入吸收器9被吸收剂吸收,完成一个循环;机械功驱动热 泵(制冷)单元(压縮制冷循环)中,来自夏季蒸发器14的R410A低压蒸汽被 压縮机12压縮后送入溶液热交换器7,在溶液热交换器7中进行初步放热后, 进入第二冷凝器6被冷却、冷凝、过冷后进入冷凝蒸发器8被进一步过冷,通 过三通阀17进入第三节流阀16被节流,节流后进入夏季蒸发器14吸收载冷剂 的热量而蒸发,蒸汽被压縮机12吸入进入下一个循环。从而完成整个系统的制 冷循环。此时,载冷剂(冷冻水)可提供空调末端使用。
在冬季热泵运行时,在热驱动制冷单元(吸收制冷循环)中,储液器10中 的稀溶液经溶液泵11提升进入溶液热交换器7在吸收来自发生器2浓溶液以及 来自机械功驱动热泵(制冷)单元(压缩制冷循环)高温气体的热量后进入发 生器2被低品位能进一步加热产生制冷剂蒸汽,发生器2中的浓溶液经溶液热 交换器7中被预冷后进入吸收器9,在吸收器9中被进一步被冷却(冷却介质是 来自用户端的回水)并吸收制冷剂变为稀溶液进入储液器10,进入下一个循环, 在发生器2中产生的制冷剂蒸汽在第一冷凝器3中被冷却介质(来自吸收器9 的冷却介质)冷凝、过冷后进入制冷剂储存器4,经第一节流阀5后进入冷凝蒸发器8在冷却、过冷来自机械功驱动热泵(制冷)单元(压縮制冷循环)的制 冷剂R410A的过程中由于吸热而蒸发成制冷剂蒸汽进入吸收器9被吸收剂吸收 变为稀溶液进入储液器10,完成一个循环;在机械功驱动热泵(制冷)单元(压 縮制冷循环)中,来自冬季蒸发器13的R410A低压蒸汽被压縮机12压縮后送 入溶液热交换器7,在溶液热交换器7中进行初步放热后,进入第二冷凝器6向 来自第一冷凝器3的冷却介质(向用户提供热水)放热被冷却、冷凝后在冷凝 蒸发器8进一步被过冷,然后通过三通阀17进入第二节流阀15,节流后在冬季 蒸发器13中吸收环境的热量而蒸发成制冷剂蒸汽,蒸汽被压縮机12吸入进入 下一个循环。从而完成整个系统的热泵循环。
本系统与过去的技术相比具有以下二个显著的特点:
1) 热泵(制冷)空调系统在制冷时,热驱动制冷单元(吸收制冷循环)利 用低品位能所制取的低品位冷量被100%的转化成高品位冷量,提高了热驱动制 冷单元(吸收制冷循环)对低品位能的利用率。
2) 热泵(制冷)空调系统在制热时,改变过去太阳能热泵(制冷)机组在 制热时仅吸收太阳能的热量,而放弃从环境中吸取热量的现状,不但提高了机 组的运行效率,而且即使在没有太阳的时候机组也可以连续运行。
3) 与"低品位能驱动与机械功驱动复合热泵、制冷系统(申请号: 200710068960.1)相比,除了具有其全部优点外,还具有系统简单、可靠性高、 更加节能的优点。

Claims (3)

1.一种低品位能驱动与机械功驱动复合热泵或制冷系统,其特征在于低品位能收集器(1)与发生器(2)、第一冷凝器(3)、制冷剂存储器(4)、第一节流阀(5)、冷凝蒸发器(8)、吸收器(9)、储液器(10)、溶液泵(11)、溶液热交换器(7)、发生器(2)依次相连接,压缩机(12)高压端与溶液热交换器(7)、第二冷凝器(6)、冷凝蒸发器(8)、三通阀(17)、第二节流阀(15)、冬季蒸发器(13)、压缩机(12)低压端依次相连接,三通阀(17)与第三节流阀(16)、夏季蒸发器(14)、压缩机(12)低压端依次相连接,发生器(2)浓溶液出口与溶液热交换器(7)、吸收器(9)依次相连接。
2. 根据权利要求1所述的一种低品位能驱动与机械功驱动复合热泵或制冷 系统,其特征在于所述的低品位能收集器(l)是太阳能集热器、工业废热热交换 器或废水余热热交换器。
3. 根据权利要求1所述的一种低品位能驱动与机械功驱动复合热泵或制冷系 统,其特征在于所述的冬季蒸发器(13)是风冷换热器、地源换热器或水源换热器。
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