CN101881526B - 溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组 - Google Patents

溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组，包括蒸发器、吸收器、冷凝器、低温再生器、高温再生器、低温热交换器、高温热交换器、冷剂凝水热回收器、冷剂泵、稀溶液泵和浓溶液泵，高温再生器顶部设有温水器，在温水器与高温再生器之间设置凝水回路连接配管，在温水器顶部和冷凝器顶部之间设有连通抽气管，在高温再生器溶液出口和低温再生器溶液出口之间设有连接管路。本发明溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组的设计，通过控制系统和调节各个阀门的开闭便可以实现双效制冷机循环；双效热泵循环；单效热泵循环；卫生热水的伴随取出；卫生热水的独立取出。

Description

溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组
技术领域
本发明涉及供热工程中低温废热、余热及清洁能源的利用节能技术领域，尤其涉及溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组。
背景技术
溴化锂吸收式机组是以水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂，以蒸汽、热水、燃气/燃油直接燃烧产生的热量或其它废热作为热源，利用蒸发、吸收的原理来实现制冷/供暖的。目前所采用的溴化锂吸收式冷水机组按能量利用的程度可分为单效、双效、三效或多效型吸收式制冷机。按驱动热源种类可分为蒸汽型、直燃型、热水型等。而市场上常见的是双效吸收式制冷机包括：蒸汽双效吸收式制冷机如图1所示，是使用蒸汽(压力2.5-8kg/cm2.G)作为热源和直燃双效吸收式冷温水机，如图2所示，是使用燃气/燃油直接燃烧产生的热量或烟气作为热源实现低温冷水的取出；另外，溴化锂吸收式机组利用蒸发吸收的原理也可以实现供暖功能，包括其一，传统的直燃机暖房功能(见图2暖房回路，开启截止阀F15和F16)：利用燃气/燃油燃烧产生的热量或烟气作为热源加热溴化锂溶液产生的高温蒸汽直接加热供暖热水，以及其二，采用吸收式热泵的原理也可以实现供暖功能。和冷水机组相同，根据能量利用程度的不同，溴化锂吸收式热泵也可以分为单效吸收式热泵和双效吸收式热泵。双效吸收式热泵的循环原理同双效吸收式制冷机的原理，只不过蒸发器里通入的是低温热源水(可以是各种废热水、河水、井水、地热水、太阳能热水)，而供暖水回路由冷却水回路来提供，于是机组可以实现供暖水在吸收器和冷凝器的两次升温，充分吸收蒸发器中废热水的热量用于供暖，双效吸收式热泵的供暖COP非常高，可以达到2.2-2.3左右。但通常双效吸收式热泵只适合用于供暖温水温度比较低的场合。而当用户对供暖温水温度要求较高时，则需要进行单效吸收式热泵的运转。如图3所示为直燃型单效吸收式热泵的循环原理图。即使是单效型吸收式热泵，由于它可以回收低温热源中的热量，它的供暖COP依然是相当高的，可以达到1.6-1.8，远大于一般的直燃机暖房效率和锅炉的供暖效率。因此无论是单效还是双效吸收式热泵机组都是在高温驱动热源的驱动下，回收低温热源水的热量，来提供较高温度温水的设备，因此，热泵机组不仅可以用来有效的回收利用废热源，而且供暖效率很高。在能源紧缺的当代，热泵已成为一热门话题，它的推广利用具有重大的节能意义和光明的发展前景。
但一般来说，吸收式制冷机组和热泵机组在功能上都是独立的，也就是说，吸收式制冷机组只能实现制冷功能，即使是具备传统暖房功能的直燃型溴化锂吸收式冷温水机组，它的供暖效率也不会大于1；而热泵机组只能实现供暖功能，一般无法实现制冷功能。也就是说，目前市面上的溴化锂机组大多是单冷机，或者是直燃型冷温水机(具备制冷/供暖双重功效，但供暖效率小于1)。而且，若是在制冷或热泵供暖的同时需要卫生热水功能，只能通过外加锅炉的方式，不仅需要增加额外的初投资，还得增加占地面积。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼备双效吸收式制冷机和吸收式热泵的优势，使一套机组既能实现高效制冷运转，也能充分利用低温热源，实现高效热泵运转并能在高效制冷/热泵供暖的同时提供卫生用热水，达到一机多用的多重功效的溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组，包括蒸发器、吸收器、冷凝器、低温再生器、高温再生器、低温热交换器、高温热交换器、冷剂凝水热回收器、冷剂泵、稀溶液泵和浓溶液泵，吸收器经稀溶液泵、单向阀、低温热交换器、高温热交换器与高温再生器由连接配管相连接，高温再生器溶液端经高温热交换器与低温再生器由连接配管相连接；高温再生器蒸汽端由连接配管直接与低温再生器相连接，低温再生器凝水端经冷剂凝水热回收器与冷凝器由连接配管相连接；低温再生器溶液端经浓溶液泵、低温热交换器与吸收器由连接配管相连接，在低温再生器和吸收器之间设有溶液溢流管，冷凝器经节流装置与蒸发器相连接，所述高温再生器顶部设有温水器，在温水器与高温再生器之间设置凝水回路连接配管，在温水器顶部和冷凝器顶部之间设有连通抽气管，在高温再生器溶液出口和低温再生器溶液出口之间设有连接管路，在高温热交换器与高温再生器的连接管路上设有截止阀，在高温再生器蒸汽管路和冷凝器之间设有连接管路，在稀溶液泵出口与冷剂凝水热回收器出口之间设置连接管路，在冷凝器和冷剂泵出口位置设置连通至吸收器的连接管路，在浓溶液泵前后设有连通配管。
所述温水器与高温再生器之间的凝水回路连接配管上设置调节阀。
所述温水器顶部和冷凝器顶部之间的连通抽气管上设置截止阀。
所述高温再生器溶液出口和低温再生器溶液出口之间的连接管路设置有截止阀。
所述高温再生器蒸汽管路和冷凝器之间的连接管路上设置调节阀。
所述稀溶液泵出口与冷剂凝水热回收器出口之间的连接管路上设置截止阀。
冷凝器和冷剂泵出口位置连通至吸收器的连接管路上设置电磁截止阀。
所述浓溶液泵前后的连通配管上设置截止阀。
在低温再生器出口和浓溶液泵之间增设截止阀。
在冷剂凝水热回收器出口至冷凝器之间的连接配管管路上设置调节阀。
本发明溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组的设计，通过控制系统和调节各个阀门的开闭便可以实现双效制冷机循环；双效热泵循环；单效热泵循环；卫生热水的伴随取出；卫生热水的独立取出。五种工作模式的运转，这样的设计不仅功能强大、实用性强、投资少、成本低、占地面积少还符合了当今节能减排的能源政策需求，具有广阔的发展前景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是现有技术蒸汽型溴化锂吸收式制冷机循环原理流程示意图；
图2是现有技术直燃型溴化锂吸收式冷温水机循环原理流程示意图；
图3是现有技术溴化锂单效吸收式热泵循环原理流程示意图；
图4是本发明溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组循环原理流程示意图。
图中：A处为卫生热水入口，B处为卫生热水出口，C处为冷却水/供暖水出口，D处为冷却水/供暖水入口，E处为冷水/低温热源水入口，F处为冷水/低温热源水出口。
具体实施方式
如图4所示，溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组包括蒸发器1、吸收器2、冷凝器3、低温再生器4、高温再生器5、温水器6、低温热交换器7、高温热交换器8、冷剂凝水热回收器9、冷剂泵10、稀溶液泵11和浓溶液泵12，吸收器2经稀溶液泵11、单向阀F14、低温热交换器7、高温热交换器8与高温再生器5由连接配管相连接，高温再生器5溶液端经高温热交换器8与低温再生器4由连接配管相连接；高温再生器5蒸汽端由连接配管直接与低温再生器4相连接，低温再生器4凝水端经冷剂凝水热回收器9与冷凝器3由连接配管相连接；低温再生器4溶液端经浓溶液泵12、低温热交换器7与吸收器2由连接配管相连接，在低温再生器4和吸收器2之间设有溶液溢流管，冷凝器3经节流装置与蒸发器1相连接。该直燃型机组高温再生器5顶部加设温水器6；在高温热交换器8和高温再生器5之间的溶液连接管上增设截止阀F1和F2；在高温再生器5溶液出口和低温再生器4溶液出口之间增加连接管路，并设置截止阀F3；在冷剂凝水热回收器9出口至冷凝器3之间的管路上增设电动或手动或其他形式的调节阀F4；在高温再生器5冷剂蒸汽管路和冷凝器3之间增设连接管路，并在管路上增加电动或手动或其他形式的调节阀F5；在低温再生器4溶液出口和浓溶液泵12之间增设截止阀F6；在温水器6顶部和冷凝器3顶部之间增设连通抽气管，并在管路上设置截止阀F7；在低温再生器4蒸汽管路和冷凝器3之间增设截止阀F8；在温水器6至高温再生器5之间设置凝水回路连接配管，并在其上设置电动或手动或其他形式的调节阀F9；在稀溶液泵11出口和冷剂凝水热回收器9凝水端增加连接管路并在管路间设置截止阀F10；分别在冷凝器3和冷剂泵10出口位置增设连通至吸收器2的连接管路，并分别在连通管路上设置电磁阀F11和F12。在浓溶液泵前后增加连通配管，并在配管上设置截止阀F15。
该溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组在进行双效制冷运行时，开启截止阀F1、F2、F6、F7、F8和调节阀F4、F9；关闭截止阀F3、F10、F15和调节阀F5。冷水在蒸发器1内被来自冷凝器3减压节流后的低温冷剂水冷却，冷剂水吸收冷水热量后蒸发成冷剂蒸汽，进入吸收器内，被浓溶液吸收，浓溶液变为稀溶液。吸收器2内的稀溶液由稀溶液泵分成两路，一路送往低温热交换器7与浓溶液进行热交换，另一路送往冷剂凝水热回收器9，与低温再生器4流出的冷剂蒸汽凝结水(稀溶液在高温再生器被外界燃油或燃气直接燃烧加热产生温度为95℃左右的过热蒸汽，该过热蒸汽进入低温再生器加热中间浓度溶液，冷凝成95℃左右的饱和水进入冷剂凝水热回收器与低温稀溶液换热后再进入冷凝器)进行热交换，两路低温稀溶液温度上升，汇合后进入高温热交换器8，与高温再生器5出来的高温中间浓度溶液换热温度升高，最后进入高温再生器5被外界热源加热，浓缩成中间浓度溶液。中间浓度溶液经高温热交换器8与稀溶液换热后进入低温再生器4，被来自高温再生器5的过热冷剂蒸汽加热，成为最终浓溶液。浓溶液流经低温热交换器7，温度被降低，进入吸收器，滴淋在冷却水管上，吸收来自蒸发器1的冷剂水蒸气，成为稀溶液；另一方面，在高温再生器5内，外界燃油或燃气燃烧加热溴化锂溶液后产生的冷剂水蒸气，进入低温再生器4，加热中间浓度溶液，自身凝结成冷剂后进入冷剂凝水热交换器7加热稀溶液，温度降低，与低温再生器4产生的冷剂蒸汽进入冷凝器3被冷却，经减压节流变成低温冷剂水进入蒸发器1，滴淋在冷水管上，冷却进入蒸发器1的冷水。以上循环反复进行，达到制取低温冷水的目的。
双效热泵暖房运转时，阀门开闭状态同双效制冷运转，原蒸发器1冷水回路切换至低温热源水回路(可以是地热水，废热水，井水，河水等)，原吸收器-冷凝器冷却水回路切换至供暖温水回路，溶液和冷剂的流程与变化同制冷双效机。供暖温水在吸收器2中吸收来自蒸发器1的冷剂蒸汽的潜热实现第一次升温；接着进入冷凝器3吸收低温再生器中溶液浓缩产生的冷剂蒸汽的冷凝热实现第二次升温，并通过循环不断往复，实现双效热泵供暖。
当用户需要的供暖温水温度较高时，机组可以进行单效热泵的暖房运转。此时，蒸发器1冷水回路依然连接低温热源水回路(可以是地热水，废热水，井水，河水等)，吸收器2、冷凝器3冷却水回路依然连接供暖温水回路，并开启截止阀F2、F3、F7、F8、F15和调节阀F5、F9，关闭截止阀F1、F6、F10和调节阀F4，浓溶液泵12被短接，不参与工作。于是，吸收器2内的稀溶液利用稀溶液泵11，经过低温热交换器7和高温热交换器8进入高温再生器5，高温再生器5利用高温热源加热该部位的溶液成为浓溶液，然后经低温热交换器7，进入吸收器2，吸收蒸发器产生的冷剂蒸汽成为稀溶液，吸收器产生的吸收热加热管内的温水实现第一次升温；另一方面，高温再生器5产生的冷剂蒸汽直接进入冷凝器3被管内的温水冷凝，再经过减压节流，变成低温冷剂水进入蒸发器1，滴淋在管上进行蒸发，冷却进入蒸发器1的低温热源水；温水则在冷凝器中实现了第二次升温。通过以上循环不断往复，实现单效热泵供暖。
机组在以上三种模式中任何一种模式运转时，都可以实现温水器中温水的伴随取出。当机组为双效热泵或制冷运转时，机组控制系统可以根据冷暖负荷的要求自动调节F4和F9，实现冷暖负荷和卫生热水的比例调节；同样，当机组为单效热泵运转时，机组控制系统也可以根据热泵采暖负荷自动调节F5和F9，实现供暖和卫生热水的负荷调节。为防止机组在小负荷运行时发生异常，机组增设了电磁截止阀F11和F12，使机组在负荷小到一定程度时，冷剂可以不经过蒸发器的滴淋散布而直接溢流至吸收器，从而保证机组在卫生热水负荷大而冷(供暖)负荷非常小的状态下也能正常运转。
另外，机组除可以完成以上功能外，在不需要供暖和供冷的过渡季节还可以实现温水器的独立工作，单独提供卫生用热水。此时，关闭截止阀F1、F2、F3、F6、F7、F8和调节阀F4和F5，打开调节阀F9，温水器6便形成了一个独立的循环供暖流程，可以进行卫生热水的单独提供，在整个过程中，冷剂泵10、稀溶液泵11和浓溶液泵12不运转。

Claims (10)

1.溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组，包括蒸发器、吸收器、冷凝器、低温再生器、高温再生器、低温热交换器、高温热交换器、冷剂凝水热回收器、冷剂泵、稀溶液泵和浓溶液泵，吸收器经稀溶液泵、单向阀、低温热交换器、高温热交换器与高温再生器由连接配管相连接，高温再生器溶液端经高温热交换器与低温再生器由连接配管相连接；高温再生器蒸汽端由连接配管直接与低温再生器相连接，低温再生器凝水端经冷剂凝水热回收器与冷凝器由连接配管相连接；低温再生器溶液端经浓溶液泵、低温热交换器与吸收器由连接配管相连接，在低温再生器和吸收器之间设有溶液溢流管，冷凝器经节流装置与蒸发器相连接，其特征在于：所述高温再生器顶部设有温水器，在温水器与高温再生器之间设置凝水回路连接配管，在温水器顶部和冷凝器顶部之间设有连通抽气管，在高温再生器溶液出口和低温再生器溶液出口之间设有连接管路，在高温热交换器与高温再生器的连接管路上设有截止阀，在高温再生器蒸汽管路和冷凝器之间设有连接管路，在稀溶液泵出口与冷剂凝水热回收器出口之间设置连接管路，在冷凝器和冷剂泵出口位置设置连通至吸收器的连接管路，在浓溶液泵前后之间设有连通配管。
2.根据权利要求1所述溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组，其特征在于：所述温水器与高温再生器之间的凝水回路连接配管上设置调节阀。
3.根据权利要求1所述溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组，其特征在于：所述温水器顶部和冷凝器顶部之间的连通抽气管上设置截止阀。
4.根据权利要求1所述溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组，其特征在于：所述高温再生器溶液出口和低温再生器溶液出口之间的连接管路设置有截止阀。
5.根据权利要求1所述溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组，其特征在于：所述高温再生器蒸汽管路和冷凝器之间的连接管路上设置调节阀。
6.根据权利要求1所述溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组，其特征在于：所述稀溶液泵出口与冷剂凝水热回收器出口之间的连接管路上设置截止阀。
7.根据权利要求1所述溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组，其特征在于：冷凝器和冷剂泵出口位置连通至吸收器的连接管路上设置电磁截止阀。
8.根据权利要求1所述溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组，其特征在于：所述浓溶液泵前后之间的连通配管上设置截止阀。
9.根据权利要求1所述溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组，其特征在于：在低温再生器出口和浓溶液泵之间增设截止阀。
10.根据权利要求1所述溴化锂单双效吸收式冷温水同时型热泵热水机组，其特征在于：在冷剂凝水热回收器出口至冷凝器之间的连接配管管路上设置调节阀。
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