CN103090593B - 热泵循环系统及热泵循环方法及蒸发系统 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种热泵循环系统及热泵循环方法及蒸发系统。所述的热泵循环系统包括由吸收器、蒸发器、发生器以及冷凝器构成的吸收式热泵循环系统以及压缩机和节流阀，发生器内设有发生换热器，冷凝器内设有冷凝换热器，所述压缩机、发生换热器、节流阀和冷凝换热器串联形成蒸气压缩式热泵循环子系统。本发明的热泵循环系统通过以电力驱动的蒸气压缩式热泵循环子系统向发生器提供驱动热源的同时向冷凝器提供冷源，从而无需外部提供现有吸收式热泵所需的驱动热源和冷源。所述蒸发系统包括上述热泵循环系统以及蒸发装置。本发明的技术可以有效利用电力，尤其是利用夜间的低谷电实现热量的温度提升或者蒸气的温度压力提升。

Description

热泵循环系统及热泵循环方法及蒸发系统

技术领域

本发明涉及一种热能工程领域的热泵循环技术，特别涉及一种结合了吸收式热泵循环与压缩式热泵循环的热泵循环系统及热泵循环方法及蒸发系统。

背景技术

现有的吸收式热泵循环系统，利用吸收溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，在另一条件下又能强烈地吸收低沸点组分蒸气这一特性完成制冷或者热泵循环。吸收式循环通常采用二组分吸收溶液,习惯上称低沸点组分为工质，高沸点组分为吸收剂，二者组成工质对,常见的有以水为工质，以溴化锂为吸收剂的水-溴化锂工质对。现有的吸收式热泵循环系统主要包括:内设换热器的发生器、内设换热器的冷凝器、内设换热器的蒸发器和内设换热器的吸收器。发生器和冷凝器通过蒸气通路相连，蒸发器和吸收器通过蒸气通路相连。吸收溶液通过吸收溶液管道在发生器和吸收器之间进行循环。吸收式热泵循环分为第一类吸收式热泵循环和第二类吸收式热泵循环。

作为现有第二类吸收式热泵循环系统的一个例子，其工作过程包括：(1)利用温度相对较低的外部驱动热源(如热水、烟气等)在发生器中加热从吸收器输送来的具有一定浓度的溴化锂溶液，并使溴化锂溶液中的水蒸发出来，形成的浓溴化锂溶液循环到吸收器中。(2)发生器中形成的较低压力的水蒸气通过蒸气通路进入冷凝器中，被冷凝换热器中的冷却工质即外部冷量冷凝成冷凝水。(3)该冷凝水经冷凝水管道进入蒸发器中，吸收蒸发换热器中工质的热量即温度相对较高的外部热源(如热水、乏蒸汽等)而成为压力较高的水蒸气。(4)上述的水蒸气通过蒸气通路进入吸收器，被来自发生器中的浓溴化锂溶液吸收并产生高温的吸收热，同时溴化锂溶液的浓度降低，所述的吸收热通过吸收换热器对其中的工质进行加热，从而实现外部热源的温度提升。

上述现有的吸收式热泵循环系统需要有外部驱动热源和冷源才能够运行，从而使其适用范围受到了一定的限制。本发明的技术利用电力尤其是低谷电来提升工业余热废热的品质，使之得以循环利用，从而能够给用户带来显著的节能效果和经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的热泵循环系统,所要解决的技术问题是有效利用电力来驱动吸收式热泵循环系统从而实现热量的温度提升。

本发明的目的在于还提供一种蒸发系统,所要解决的技术问题是采用电力来驱动吸收式热泵循环系统来供应蒸发器所需热源。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种热泵循环系统，包括由吸收器、蒸发器、发生器以及冷凝器构成的第二类吸收式热泵循环系统，所述蒸发器的蒸发换热器的入口用于投入外部热源，所述吸收器的吸收换热器的出口用于输出温度高于所述外部热源温度的热量，以及压缩机和节流阀；发生器内设有发生换热器,冷凝器内设有冷凝换热器，所述压缩机、发生换热器、节流阀和冷凝换热器串联形成蒸气压缩式热泵循环子系统，该子系统内设有有机制冷工质。

较佳的，前述的热泵循环系统，在所述的吸收器和发生器之间设有第一循环管道，用于使吸收溶液在吸收器和发生器之间进行循环。

较佳的，前述的热泵循环系统，在所述的蒸发器和冷凝器之间设有第二循环管道，用于将水在蒸发器和冷凝器之间进行循环。

较佳的，前述的热泵循环系统，在所述的第一循环管道上设有第一循环换热器，用于对从发生器输出的低温的吸收溶液与从吸收器输出的高温的吸收溶液进行换热。

较佳的，前述的热泵循环系统，在所述的第二循环管道上设有第二循环换热器，用于对从蒸发器输出的高温的水与从冷凝器输出的低温的水进行换热。

较佳的，前述的热泵循环系统，在所述的蒸发换热器的出口和吸收换热器的进口之间设有增压泵，用于将蒸发换热器中生成的冷凝水输送到吸收换热器中。

本发明提出的热泵循环方法采用上述的热泵循环系统，该方法包括：通过蒸气压缩式热泵循环过程。通过蒸气压缩式热泵循环过程，向冷凝器提供冷量的同时向发生器提供驱动热源；通过吸收式热泵循环过程，将投入蒸发换热器的外部热源转化为高品质热源通过吸收换热器向用户提供。

所述的蒸气压缩式热泵循环过程包括：经压缩机压缩后的高温高压的有机制冷剂通过发生换热器冷凝，冷凝放热用作发生器的驱动热源；经过节流阀的低压有机制冷剂通过冷凝换热器蒸发，蒸发吸热用作冷凝器的冷量；

所述的吸收式热泵循环过程包括:发生器中的吸收溶液吸收蒸气压缩式热泵循环过程中产生的高温高压有机制冷剂的冷凝热，产生水蒸气，同时吸收溶液的浓度得到提高；将发生器中的部分吸收溶液输送到吸收器中，吸收器中的吸收溶液吸收水蒸气产生高温吸收热加热吸收换热器内的制热工质，该制热工质得到升温，使外部热源转化为向用户提供的高品质热源；外部热源加热蒸发换热器使蒸发器中的水蒸发为水蒸气，该水蒸气进入到吸收器内；在发生器内产生的水蒸气进入到冷凝器内，经过节流阀的低压有机制冷剂通过冷凝换热器吸收热量而蒸发，使来自发生器的水蒸气冷凝为液态水。

依据本发明提出的一种蒸发系统，其包前述的热泵循环系统和蒸发装置，所述的吸收换热器通过供热管道向该蒸发装置提供热源工质，所述的蒸发换热器通过回收管道接收蒸发装置输出的余热工质。

较佳的，前述的蒸发系统，所述的蒸发装置包括蒸发塔、加热套和气液分离器。

较佳的，前述的蒸发系统，所述的吸收换热器通过供热管道连接于加热套，所述的蒸发换热器通过回收管道连接于气液分离器。

本发明与现有技术相比具有如下明显的优点和有益效果：

本发明的热泵循环系统通过以电力驱动的蒸气压缩式热泵循环子系统向发生器提供驱动热源的同时向冷凝器提供冷量，从而无需外部提供现有技术中吸收式热泵所需的外部驱动热源和冷量。本发明的新型的蒸发系统技术可以有效利用电力，尤其是利用低谷电提高蒸发装置余热的品质，使之得以循环利用，给用户带来显著的节能效果和经济效益。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明实施例1的热泵循环系统的流程图。

图2是本发明实施例2的热泵循环系统的流程图。

图3是本发明实施例3的蒸发系统的流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的热泵循环系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1所示,是本发明实施例1的热泵循环系统的流程图。本实施例提出的热泵循环系统包括由吸收器10、蒸发器11、发生器20、冷凝器21、压缩机27和节流阀28。吸收器10、蒸发器11、发生器20和冷凝器21构成第二类吸收式热泵循环系统。所述蒸发器的蒸发换热器的入口用于投入外部热源，所述吸收器的吸收换热器的出口用于输出温度高于所述外部热源温度的热量，发生器20内设有发生换热器25,冷凝器21内设有冷凝换热器26。所述压缩机27、发生换热器25、节流阀28和冷凝换热器26串联形成蒸气压缩式热泵循环子系统。

所述的吸收器10和蒸发器11通过第一通路12连通。在所述的吸收器10中设有吸收溶液。所述的吸收器内设有吸收换热器15，该吸收换热器15内有制热工质，吸收器10内产生的高温吸收热加热吸收换热器内的制热工质，使该制热工质得到升温，从而形成向用户提供的高品质热源。

所述的蒸发器11内设有水。在该蒸发器11内还设有蒸发换热器16，外部热源通过该蒸发换热器16使水蒸发为水蒸气。该水蒸气通过第一通路12进入到吸收器10内，从而被吸收器10内的高浓度的吸收溶液所吸收，并释放高温的吸收热，所述吸收溶液得到稀释。由此，所述的外部热源转化为所述的高品质热源并向用户提供。

所述的发生器20，内设有吸收溶液以及发生换热器25。被压缩机27压缩后的高温高压的有机制冷剂通过发生换热器25向发生器20提供冷凝热即驱动热源，从而加热其中的吸收溶液，使其产生水蒸气，同时吸收溶液的浓度得到提高。

所述的冷凝器21，内设有水以及冷凝换热器26。所述的发生器20和冷凝器21通过第二通路22连通。在发生器20内产生的水蒸气通过第二通路22进入到冷凝器21内。经过节流阀28的低压有机制冷剂通过冷凝换热器26吸收热量而蒸发，其蒸发热即冷量使来自发生器20的水蒸气冷凝为液态水。

所述的压缩机27和节流阀28采用现有技术中的蒸气压缩式热泵循环系统中的现有技术即可实现。

所述的吸收器10和发生器20之间设有第一循环管道，用于使吸收溶液在吸收器10和发生器20之间进行循环。将吸收器10中的部分吸收溶液输送到发生器20中，并将发生器20中的部分吸收溶液输送到吸收器10中。由于吸收器10中的吸收溶液是用于吸收水蒸气，发生器中的吸收溶液是用于蒸发水蒸气，所以发生器20输出的吸收溶液的浓度高于吸收器10输出的吸收溶液的浓度。也就是说，由发生器20进行了吸收器中吸收溶液的再生过程。为更好地对水蒸气进行吸收，在吸收器10内设有喷淋设备13，用于喷洒来自发生器的高浓度的吸收溶液。为更好的产生水蒸气，在发生器20内设有喷淋设备23，用于喷洒来自吸收器的低浓度的吸收溶液。

所述的蒸发器11和冷凝器21之间设有第二循环管道，用于将水在蒸发器11和冷凝器21之间进行循环。将蒸发器11中的部分水输送到冷凝器21中，并将冷凝器21中的部分水输送到蒸发器11中。为更好的产生水蒸气，在蒸发器11内设有喷淋设备14，用于喷洒来自冷凝器的水。

由于吸收器10和发生器20的工作温度不同，吸收器需要较高的温度，而发生器需要较低的温度，所以本实施例在第一循环管道上设置第一循环换热器36，用于对从发生器输出的低温的吸收溶液与从吸收器输出的高温的吸收溶液进行换热，提高进入吸收器的吸收溶液的温度，降低进入发生器中的吸收溶液的温度。

由于蒸发器和冷凝器的工作温度不同，蒸发器需要较高的温度，而冷凝器需要较低的温度，所以本实施例在第二循环管道上设置第二循环换热器35，用于对从蒸发器输出的高温的水与从冷凝器输出的低温的水进行换热，提高进入蒸发器的水的温度，降低进入冷凝器中的水的温度。

另外，还在第一循环管道和第二循环管道上分别设置输送泵33和输送泵34。

请参阅图2所示,是本发明实施例2的热泵循环系统的流程图。本实施例2提出的热泵循环系统与实施例1所不同的是，在所述的蒸发换热器16的出口和吸收换热器15的进口之间还设有增压泵17，当外部热源工质为低温低压的乏蒸气时，用于将蒸发换热器16中生成的冷凝水输送到吸收换热器15中，使其转化为高温高压的新蒸气并向用户提供。本发明提出的热泵循环方法采用上述的热泵循环系统，该方法包括蒸气压缩式热泵循环过程和吸收式热泵循环过程；

所述的蒸气压缩式热泵循环过程包括：经压缩机压缩后的高温高压的有机制冷剂通过发生换热器冷凝，冷凝放热用作发生器的驱动热源；经过节流阀的低压有机制冷剂通过冷凝换热器蒸发，蒸发吸热用作冷凝器的冷量。

所述的吸收式热泵循环过程包括:发生器中的吸收溶液吸收上述蒸气压缩式热泵循环过程中产生的高温高压有机制冷剂的冷凝热，产生水蒸气，同时吸收溶液的浓度得到提高；将发生器中的部分吸收溶液输送到吸收器中，吸收器中的吸收溶液吸收水蒸气产生高温吸收热加热吸收换热器内的制热工质，该制热工质得到升温，使投入蒸发换热器的外部热源转化为向用户提供的高品质热源；外部热源加热蒸发换热器使水蒸发为水蒸气，该水蒸气进入到吸收器内；在发生器内产生的水蒸气进入到冷凝器内，经过节流阀的低压有机制冷剂通过冷凝换热器吸收热量而蒸发，使来自发生器的水蒸气冷凝为液态水。

上述的热泵循环方法中的吸收式热泵循环过程采用蒸汽压缩式热泵循环为其提供所需的外部驱动热源和冷源，而该蒸汽压缩式热泵可以有效利用低谷电作为驱动源，因而具有更高的能量效率和经济效益。

请参阅图3所示，是本发明提出的蒸发系统的流程图。该蒸发系统包括前述的热泵循环系统以及蒸发装置，所述的热泵循环系统向该蒸发装置提供进行蒸发过程所需的热源，并对放热后的热源进行再生。所述的吸收换热器15通过供热管道45向该蒸发装置提供热源工质，所述的蒸发换热器16通过回收管道46接收蒸发装置输出的余热工质。所述的蒸发装置包括蒸发塔41、加热套42和气液分离器43，加热套42设置在蒸发塔41外侧，气液分离器43设置于蒸发塔41底部。所述的吸收换热器15通过供热管道连接于加热套42，所述的蒸发换热器16通过回收管道连接于气液分离器43。本蒸发系统采用电力驱动压缩机来制备蒸发装置所需的热源，并将放热后的热源通过热泵循环系统再次转化为高品质热源向蒸发装置提供。本发明的蒸发装置可以是单效蒸发装置也可以是多效蒸发装置。上述的热源工质和余热工质可为同一物质在不同场合的不同名称。

在上述实施例中，仅描述了完成本发明技术方案的基本流程,对于实现该流程的其他零件或者设备进行了如略，例如，保证各个物质流动方向所需的泵或者阀门，吸收溶液的工质和吸收剂。对于实现上述各个实施例所述的动力循环系统所需要的其他设备或者零件，本领域人员皆可在现有技术中找到对应的技术手段，在此不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种热泵循环系统，包括由吸收器、蒸发器、发生器以及冷凝器构成的第二类吸收式热泵循环系统，吸收器内设有吸收换热器,蒸发器内设有蒸发换热器，发生器内设有发生换热器,冷凝器内设有冷凝换热器,所述蒸发器的蒸发换热器的入口用于投入外部热源，所述吸收器的吸收换热器的出口用于输出温度高于所述外部热源温度的热量，其特征在于其还包括压缩机和节流阀，所述压缩机、发生换热器、节流阀和冷凝换热器串联形成蒸气压缩式热泵循环子系统。

2.根据权利要求1所述的热泵循环系统，其特征在于，所述的吸收器和发生器之间设有第一循环管道，用于使吸收溶液在吸收器和发生器之间进行循环。

3.根据权利要求1所述的热泵循环系统，其特征在于，所述的蒸发器和冷凝器之间设有第二循环管道，用于将水在蒸发器和冷凝器之间进行循环。

4.根据权利要求2所述的热泵循环系统，其特征在于，在所述的第一循环管道上设有第一循环换热器，用于对从发生器输出的低温的吸收溶液与从吸收器输出的高温的吸收溶液进行换热。

5.根据权利要求3所述的热泵循环系统，其特征在于，在所述的第二循环管道上设有第二循环换热器，用于对从蒸发器输出的高温的水与从冷凝器输出的低温的水进行换热。

6.根据权利要求1至5所述的热泵循环系统，其特征在于，在所述的蒸发换热器的出口和吸收换热器的进口之间连接有连接管路，在所述连接管路上设有增压泵，所述增压泵用于将蒸发换热器中生成的冷凝水增压并输送到吸收换热器中。

7.一种蒸发系统，其特征在于其包括权利要求1-6任一项所述的热泵循环系统和蒸发装置，所述的吸收换热器通过供热管道向该蒸发装置提供热源工质，所述的蒸发换热器通过回收管道接收蒸发装置输出的余热工质。

8.根据权利要求7所述的蒸发系统，其特征在于所述的蒸发装置包括蒸发塔、加热套和气液分离器。

9.根据权利要求7所述的蒸发系统，其特征在于，所述的吸收换热器通过供热管道连接于加热套，所述的蒸发换热器通过回收管道连接于气液分离器。

10.一种热泵循环方法，其特征在于，其采用权利要求1-6任一项所述的热泵循环系统，该方法包括：

所述的蒸气压缩式热泵循环过程包括：经压缩机压缩后的高温高压的有机制冷剂通过发生换热器冷凝，冷凝放热用作发生器的驱动热源；经过节流阀的低压有机制冷剂通过冷凝换热器蒸发，蒸发吸热用作冷凝器的冷量；

所述的吸收式热泵循环过程包括:发生器中的吸收溶液吸收蒸气压缩式热泵循环过程中产生的高温高压有机制冷剂的冷凝热，产生水蒸气，同时吸收溶液的浓度得到提高；将发生器中的部分吸收溶液输送到吸收器中，吸收器中的吸收溶液吸收水蒸气产生高温吸收热加热吸收换热器内的制热工质，该制热工质得到升温，使外部热源转化为向用户提供的高品质热源；外部热源加热蒸发换热器使蒸发器中的水蒸发为水蒸气，该水蒸气进入到吸收器内；在发生器内产生的水蒸气进入到冷凝器内，经过节流阀的低压有机制冷剂通过冷凝换热器吸收热量而蒸发，使来自发生器的水蒸气冷凝为液态水。