CN102287957A - 一种开式吸收式热泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于节能领域的一种开式吸收式热泵，该热泵主要由吸收器、溶液热交换器、冷凝器、发生器和溶液泵等组成，取消了传统吸收式热泵的蒸发器，作为低温热源的低压水蒸汽(如电厂汽轮机乏汽或其他工业乏汽)直接进入吸收器，低压水蒸汽被溶液吸收而成为热泵工质的一部分并参与热泵的内部循环，冷凝器中产生的冷剂水流出热泵机组，为了提高冷凝水的纯度，可以采用二级甚至多级发生/冷凝结构。本发明使热泵的结构大为简化，体积和成本降低，同时由于传热环节的减少使热泵的性能也大为改善。

Description

一种开式吸收式热泵
技术领域
本发明属于节能领域，具体涉及一种开式吸收式热泵。
技术背景
工业企业中往往存在大量的低压水蒸汽余热，如火力发电厂汽轮机的低压缸排汽，实践证明，吸收式热泵是回收这些低压水蒸汽余热的有效装置。目前利用吸收式热泵回收低压水蒸汽余热的方式主要有两种：一种是利用中间介质(如水)先与低压水蒸汽换热，再将热量带到热泵蒸发器，与冷剂换热；一种是将低压水蒸汽直接通入热泵蒸发器，与冷剂换热。前一种方式由于存在中间介质的两次换热，使热量的有用能损失较大，另外系统复杂，成本高；后一种方式虽然相比前一种方式减少了一次换热，但由于低压水蒸汽比容很大，在进入热泵蒸发器时由于流速很高会产生较大的阻力损失，同样造成有用能的损失。
发明内容
针对上述问题，本发明专利提出了一种新型的吸收式热泵装置，利用吸收剂(如溴化锂)直接吸收外部低压水蒸汽，外部低压水蒸汽在吸收器中被吸收而成为热泵工质的一部分并参与热泵的内部循环，取消了传统吸收式热泵的蒸发器。
一种开式吸收式热泵，如图1所示，该热泵主要由吸收器、溶液热交换器、冷凝器、发生器、溶液泵组成。来自热泵外部的低压水蒸汽经吸收器低压水蒸汽侧进口进入吸收器，所述低压水蒸汽通常为工业乏汽(例如电厂汽轮机乏汽)，吸收器中的浓溶液吸收低压水蒸汽变成稀溶液，吸收器生成的稀溶液通过稀溶液管道经溶液泵和溶液热交换器进入发生器，发生器生成的浓溶液通过浓溶液管道经溶液热交换器进入吸收器；
发生器中生成的冷剂蒸汽进入冷凝器中冷凝成凝结水，凝结水经冷凝器凝结水管口并通过回水管流出热泵；
热水进水管与吸收器热水进水侧进口相接，热水出水管与冷凝器热水出水侧出口连接，热水依次经过吸收器和冷凝器加热后，通过热水出水管输出；
热泵高温热源侧进口与高温热源输入管连接，热泵高温热源侧出口与高温热源排出管连接，高温热源经高温热源输入管进入发生器，放热后经高温热源排出管排出；
低压水蒸汽带入和外界漏入的空气等不凝性气体经抽气管路抽出。
具体流程为：低压水蒸汽进入热泵机组的吸收器，低压水蒸汽被溶液吸收，同时放出热量加热管内的热水，吸收器中吸收了低压水蒸汽的稀溶液经溶液泵输送，并经溶液热交换器升温后送入发生器，被高温热源加热发生出冷剂蒸汽，同时溶液变成浓溶液，发生出的冷剂蒸汽进入冷凝器凝结为水后经回水管流出热泵。发生器产生的浓溶液在溶液热交换器中换热后进入吸收器，再次吸收低压水蒸汽变成稀溶液，同时放出吸收热加热管内的热水。来自吸收器的稀溶液与来自发生器的浓溶液在溶液热交换器中换热。热水经吸收器和冷凝器逐级加热变为较高温度热水，热水通过热水出水管向外供热。
由于冷凝器中产生的凝结水可能含有微量的吸收剂(如溴化锂)，为了提高凝结水的纯度，可以采用二级甚至多级发生/冷凝结构。
一种二级发生/冷凝的开式吸收式热泵，该开式吸收式热泵主要由吸收器、溶液热交换器、冷凝器、发生器、溶液泵、抽气管路、二级发生器和二级冷凝器组成(即在上述开式吸收式热泵的基础上增加了二级发生器和二级冷凝器)。冷凝器产生的凝结水进入二级发生器，再次被高温热源加热产生蒸汽，蒸汽进入二级冷凝器冷凝成凝结水，二级冷凝器排水侧出口与回水管相接，凝结水经回水管流出热泵；二级发生器中的部分液体通过二级发生器排液管进入发生器或者吸收器；热水进水管与吸收器热水进水侧进口相接，冷凝器热水出水侧出口与二级冷凝器热水入口侧入口连接，热水经吸收器、冷凝器和二级冷凝器逐级加热成温度较高的热水，经二级冷凝器的热水出水管输出。
另一种二级发生/冷凝的开式吸收式热泵，该开式吸收式热泵机组主要由吸收器、溶液热交换器、冷凝器、发生器、溶液泵、抽气管路和发生/冷凝器组成(即在上述开式吸收式热泵的基础上增加了发生/冷凝器)。所述发生/冷凝器分为冷凝侧和发生侧，发生器中产生的冷剂蒸汽进入发生/冷凝器的冷凝侧，并冷凝成凝结水，凝结水经节流降压后再进入发生/冷凝器的发生侧，吸热发生出的蒸汽通过蒸汽管道进入冷凝器冷凝成凝结水，凝结水经回水管流出热泵；发生/冷凝器的发生侧部分液态水通过发生/冷凝器溶液排出管排到发生器或者吸收器。
在本发明中，开式吸收式热泵中工作流体可以是溴化锂水溶液(LiBr/H2O)、氨水(NH3/H2O)或者其它工质对。发生器加热溶液的高温热源可以是高压的蒸汽、高温热水或高温烟气等。
热泵机组中可以增加闪蒸器，作为低温热源的外部液体进入闪蒸器，闪蒸出的气体进入吸收器并被吸收而成为热泵工质的一部分并参与热泵的内部循环，从而实现热泵回收液体的余热。
本发明的有益效果为：本发明取消了传统吸收式热泵机组的蒸发器，来自外界的低压水蒸汽直接进入吸收式热泵的吸收器被溶液吸收，吸收式热泵冷凝器中产生的冷剂水流出热泵机组，即低压水蒸汽由气相变为液相放出冷凝热作为热泵的低温热源，从而使热泵装置的结构大为简化，体积和成本降低，同时由于传热环节的减少使热泵的性能也大为改善。
附图说明
图1为开式吸收式热泵机组结构示意图；
图2为带有凝结水净化装置的开式吸收式热泵结构示意图；
图3为带有自循环净化装置的开式吸收式热泵结构示意图；
图4为开式吸收式热泵机组应用于回收电厂乏汽时的结构示意图；
图5为带有闪蒸器的开式吸收式热泵机组结构示意图；
图中标号：1、吸收器，2、溶液热交换器，3、冷凝器，4、发生器，5、溶液泵，6、热水进水管，6A、吸收器热水进水侧进口，7、汽轮机排汽管，7A、吸收器低压水蒸汽侧进口，8、热水出水管，8A、冷凝器热水出水侧出口，8AA、二级冷凝器热水入口侧入口，9、回水管，9A、冷凝器凝结水管口，9AA、二级冷凝器排水侧出口，10、高温热源输入管，10A、热泵高温热源侧进口，11、高温热源排出管，11A、热泵高温热源侧出口，12、抽气管路，13、汽轮机，14、闪蒸器，15、外部液体输出管，15A、闪蒸器液体出口侧出口，16、二级发生器，17、二级冷凝器，18、二级发生器排液管，19、发生/冷凝器，20、发生/冷凝器溶液排出管，21、外部液体输入管，21A、闪蒸器液体输入侧进口。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1：带有凝结水净化装置的开式吸收式热泵
如图2所示，该热泵主要由吸收器1、溶液热交换器2、冷凝器3、发生器4、溶液泵5、抽气管路12、二级发生器16和二级冷凝器17组成，其中：来自热泵外部的低压水蒸汽经吸收器低压水蒸汽侧进口7A进入吸收器1，吸收器1中的浓溶液吸收低压水蒸汽变成稀溶液，吸收器1生成的稀溶液通过稀溶液管道经溶液泵5和溶液热交换器2进入发生器4，发生器4中稀溶液经高温热源加热生成冷剂蒸汽，同时变成浓溶液，浓溶液通过浓溶液管道经溶液热交换器2进入吸收器1，来自吸收器1的稀溶液与来自发生器4的浓溶液在溶液热交换器2中换热；
热泵高温热源侧进口10A与高温热源输入管10连接，热泵高温热源侧出口11A与高温热源排出管11连接，高温热源经高温热源输入管10分别进入发生器4和二级发生器16，放热后经高温热源排出管11排出；
发生器4中生成的冷剂蒸汽进入冷凝器3中冷凝成凝结水，凝结水经冷凝器凝结水管口9A进入二级发生器16，再次被高温热源加热产生蒸汽，蒸汽进入二级冷凝器17冷凝成凝结水，二级冷凝器排水侧出口9AA与回水管9相接，经过净化的冷凝水经过回水管9送回锅炉；
二级发生器16中的部分液体通过二级发生器排液管18进入发生器4或者吸收器1；低压水蒸汽带入和外界漏入的空气等不凝性气体经抽气管路12抽出。
热水进水管6与吸收器热水进水侧进口6A相接，冷凝器热水出水侧出口8A与二级冷凝器热水入口侧入口8AA连接，热水经吸收器1、冷凝器3和二级冷凝器17逐级加热成温度较高的热水，经二级冷凝器17的热水出水管8向外供热。
本实施例是一种二级发生/冷凝结构的开式吸收式热泵，二级发生器16和二级冷凝器17作为凝结水净化装置，起到了对凝结水净化的作用。
实施例2：带有自循环净化装置的开式吸收式热泵
如图3所示，该开式吸收式热泵机组主要由吸收器1、溶液热交换器2、冷凝器3、发生器4、溶液泵5、抽气管路12和发生/冷凝器19组成，其中，所述发生/冷凝器19分为冷凝侧和发生侧。来自热泵外部的低压水蒸汽经吸收器低压水蒸汽侧进口7A进入吸收器1，吸收器1中的浓溶液吸收低压水蒸汽变成稀溶液，吸收器1分别通过浓溶液管道和稀溶液管道与发生器4连通，吸收器1生成的稀溶液通过稀溶液管道经溶液泵5和溶液热交换器2进入发生器4，发生器4中稀溶液经高温热源加热生成冷剂蒸汽，同时变成浓溶液，浓溶液通过浓溶液管道经溶液热交换器2进入吸收器1，来自吸收器1的稀溶液与来自发生器4的浓溶液在溶液热交换器2中换热；
热泵高温热源侧进口10A与高温热源输入管10连接，热泵高温热源侧出口11A与高温热源排出管11连接，高温热源经高温热源输入管10进入发生器4，放热后经高温热源排出管11排出；
发生器4中产生的冷剂蒸汽进入发生/冷凝器19的冷凝侧，并冷凝成凝结水，凝结水经节流降压后再进入发生/冷凝器19的发生侧，吸热发生出的蒸汽通过蒸汽管道进入冷凝器3冷凝成凝结水，凝结水经冷凝器凝结水管口9A并通过回水管9流出热泵；
发生/冷凝器19的发生侧部分液态水通过发生/冷凝器溶液排出管20排到发生器4或者吸收器1；低压水蒸汽带入和外界漏入的空气等不凝性气体经抽气管路12抽出。
热水进水管6与吸收器热水进水侧进口6A相接，热水出水管8与冷凝器热水出水侧出口8A连接，热水依次经过吸收器1和冷凝器3加热后，通过热水出口管8输出；
本实施例是一种二级发生/冷凝结构的开式吸收式热泵，本实施例中发生/冷凝器19作为自循环净化装置，起到了对冷剂蒸汽净化的作用。
实施例3：热电厂乏汽余热回收系统
如图4，本发明应用于回收电厂汽轮机乏汽的余热，系统由电厂汽轮机与开式吸收式热泵组成。开式吸收式热泵机组主要由吸收器1、溶液热交换器2、冷凝器3、发生器4、溶液泵5和抽气管路12组成。汽轮机排汽管7与吸收器低压蒸汽侧进口7A连接，电厂汽轮机13排放的乏汽经汽轮机排汽管7进入吸收器1，乏汽被吸收器1中的浓溶液吸收，同时放出热量加热管内的热水，浓溶液吸收乏汽变成稀溶液，稀溶液通过稀溶液管道经溶液泵5和溶液热交换器2进入发生器4，发生器4中的稀溶液被来自汽轮机抽汽管路的高温高压蒸汽加热发生出冷剂蒸汽，同时稀溶液变成浓溶液，浓溶液通过浓溶液管道经溶液热交换器2进入吸收器1，来自吸收器1的稀溶液与来自发生器4的浓溶液在溶液热交换器2中换热；
热水进水管6与吸收器热水进水侧进口6A相接，热水出口管8与冷凝器热水出水侧出口8A相接，热水经吸收器1和冷凝器3逐级加热，加热后的较高温度的热水经热水出水管8向外供热；
热泵高温热源侧进口10A与高温热源输入管10连接，高温热源的输入管10与汽轮机抽汽管路连接，热泵高温热源侧出口11A与高温热源排出管11连接，来自汽轮机抽汽管路的高温高压蒸汽在发生器4中冷凝放热变为冷凝水后经高温热源的排出管11返回到电厂热力系统中；
回水管9与冷凝器凝结水管口9A相接，发生器4中稀溶液发生出的冷剂蒸汽进入冷凝器3，凝结为水后经回水管9送回电厂热力系统。
乏汽带入和外界漏入的空气等不凝性气体经抽气管路12抽出。
为了提高冷凝器3中产生的凝结水的纯度，可以采用二级甚至多级发生/冷凝结构。
本实例采用溴化锂水溶液(LiBr/H2O)作为工质对。
在本实施例中，电厂乏汽直接进入热泵的吸收器，乏汽被吸收而成为热泵的工质，采用汽轮机抽汽为驱动热源，实现吸收乏汽中的余热，将热水逐级加热变为较高温度的热水向外供热。本开式吸收式热泵省去了蒸发器，使结构简化。
实施例4：一种回收液态水中余热的系统
如图5，本开式吸收式热泵机组主要由吸收器1、溶液热交换器2、冷凝器3、发生器4、溶液泵5、抽真空管路12和闪蒸器14等组成。外部液体输入管21与闪蒸器液体输入侧进口21A相接，闪蒸器液体出口侧出口15A与外部液体排出管15相接。外部液态的水经外部液体输入管21进入闪蒸器14中，由于闪蒸器14中的压力低于进口水温对应的饱和压力，水在闪蒸器14中闪蒸出气相水蒸汽，水温降低，剩余水通过外部液体排出管15排出闪蒸器14，闪蒸器14中产生的水蒸汽进入吸收器1，吸收器1中的浓溶液吸收水蒸汽变成稀溶液，吸收器1生成的稀溶液通过稀溶液管道经溶液泵5和溶液热交换器2进入发生器4，发生器4中稀溶液经高温热源加热生成冷剂蒸汽，同时变成浓溶液，浓溶液通过浓溶液管道经溶液热交换器2进入吸收器1，来自吸收器1的稀溶液与来自发生器4的浓溶液在溶液热交换器2中换热；
热泵高温热源侧进口10A与高温热源输入管10连接，热泵高温热源侧出口11A与高温热源排出管11连接，高温热源经高温热源输入管10进入发生器4，放热后经高温热源排出管11排出；
发生器4中生成的冷剂蒸汽进入冷凝器3中冷凝成凝结水，凝结水经冷凝器凝结水管口9A并通过回水管9流出热泵；
热水进水管6与吸收器热水进水侧进口6A相接，热水出口管8与冷凝器热水出水侧出口8A相接，热水依次经过吸收器1和冷凝器3加热后，通过热水出口管8输出；
外部液体产生和外界漏入的空气等不凝性气体经抽气管路12抽出。
为了提高冷凝器3中产生的凝结水的纯度，可以采用二级甚至多级发生/冷凝结构。
进入闪蒸器的液态水可以是电厂循环冷却水、江河湖水、地下水或海水等，以其作为低温热源，产生较高温度的有用热量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种开式吸收式热泵，其特征在于：该开式吸收式热泵主要由吸收器(1)、溶液热交换器(2)、冷凝器(3)、发生器(4)和溶液泵(5)组成，其中：
来自热泵外部的低压水蒸汽经吸收器低压水蒸汽侧进口(7A)进入吸收器(1)，吸收器(1)中的浓溶液吸收低压水蒸汽变成稀溶液，吸收器(1)生成的稀溶液通过稀溶液管道经溶液泵(5)和溶液热交换器(2)进入发生器(4)，发生器(4)生成的浓溶液通过浓溶液管道经溶液热交换器(2)进入吸收器(1)，来自吸收器(1)的稀溶液与来自发生器(4)的浓溶液在溶液热交换器(2)中换热；
热泵高温热源侧进口(10A)与高温热源输入管(10)连接，热泵高温热源侧出口(11A)与高温热源排出管(11)连接，高温热源经高温热源输入管(10)进入发生器(4)，对发生器(4)中的稀溶液加热生成冷剂蒸汽，稀溶液变为浓溶液，高温热源放热后经高温热源排出管(11)排出；
发生器(4)中生成的冷剂蒸汽进入冷凝器(3)中冷凝成凝结水，凝结水经冷凝器凝结水管口(9A)并通过回水管(9)流出热泵；
热水进水管(6)与吸收器热水进水侧进口(6A)相接，热水出水管(8)与冷凝器热水出水侧出口(8A)连接，热水经吸收器(1)加热后进入冷凝器(3)进一步加热，加热后的热水经热水出水管(8)输出；
低压水蒸汽带入和外界漏入的不凝性气体经抽气管路(12)抽出。
2.根据权利要求1所述的热泵，其特征在于：所述低压水蒸汽为电厂汽轮机乏汽或其它工业乏汽。
3.根据权利要求2所述的热泵，其特征在于：所述低压水蒸汽为电厂汽轮机乏汽，汽轮机排汽管(7)与吸收器低压蒸汽侧进口(7A)连接，来自电厂汽轮机(13)的乏汽经汽轮机排汽管(7)进入热泵机组的吸收器(1)；高温热源输入管(10)与汽轮机抽汽管路连接，汽轮机(13)抽取的蒸汽经高温热源输入管(10)进入发生器(4)，作为驱动热源，热泵高温热源侧出口(11A)与高温热源排出管(11)连接，来自汽轮机抽汽管路的高温高压蒸汽在发生器中冷凝放热变为冷凝水后经高温热源排出管(11)返回到电厂热力系统中；冷凝器凝结水管口(9A)排出的凝结水经回水管(9)送回电厂热力系统。
4.根据权利要求1所述的热泵，其特征在于：该热泵设置有闪蒸器(14)，外部液体输入管(21)与闪蒸器液体输入侧进口(21A)相接，闪蒸器液体出口侧出口(15A)与外部液体输出管(15)相接；作为热泵低温热源的外部液体经外部液体输入管(21)进入闪蒸器(14)，闪蒸器(14)内的液体经外部液体输出管(15)流出热泵；闪蒸器(14)中产生的水蒸汽进入吸收器(1)。
5.根据权利要求4所述的热泵，其特征在于：所述外部液体是电厂循环冷却水、江河湖水、地下水或海水。
6.根据权利要求1、3或4所述的热泵，其特征在于：热泵采用二级或多级发生/冷凝结构。
7.根据权利要求1所述的热泵，其特征在于：该热泵还包括二级发生器(16)和二级冷凝器(17)，其中：冷凝器(3)产生的凝结水进入二级发生器(16)，再次被高温热源加热产生蒸汽，蒸汽进入二级冷凝器(17)冷凝成凝结水，二级冷凝器排水侧出口(9AA)与回水管(9)相接，凝结水经回水管(9)流出热泵；二级发生器(16)中的部分液体通过二级发生器排液管(18)进入发生器(4)或者吸收器(1)；热水进水管(6)与吸收器热水进水侧进口(6A)相接，冷凝器热水出水侧出口(8A)与二级冷凝器热水入口侧入口(8AA)连接，热水经吸收器(1)、冷凝器(3)和二级冷凝器(17)逐级加热成温度较高的热水，经二级冷凝器(17)的热水出水管(8)向外供热。
8.根据权利要求1所述的热泵，其特征在于：该热泵还包括发生/冷凝器(19)，所述发生/冷凝器(19)分为冷凝侧和发生侧，发生器(4)中产生的冷剂蒸汽进入发生/冷凝器(19)的冷凝侧，并冷凝成凝结水，凝结水经节流降压后再进入发生/冷凝器(19)的发生侧，吸热发生出的蒸汽通过蒸汽管道进入冷凝器(3)冷凝成凝结水，凝结水经回水管(9)流出热泵；发生/冷凝器(19)的发生侧部分液态水通过发生/冷凝器溶液排出管(20)排到发生器(4)或者吸收器(1)。
9.根据权利要求1所述的热泵，其特征在于：热泵的高温热源是高压的蒸汽、高温热水或高温烟气。
10.根据权利要求1所述的热泵，其特征在于：热泵中的工质对是溴化锂水溶液或氨水溶液。
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