CN103322724A - 热泵循环系统及干燥系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种热泵循环系统及干燥系统以及方法。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子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依次连接形成蒸气压缩式热泵循环子系统。所述干燥系统包括上述热泵循环系统、干燥室、加热器和余热换热器。本发明的热泵循环系统以及干燥系统通过以电力驱动的蒸气压缩式热泵循环子系统向吸收式热泵循环子系统的发生器提供驱动热源的同时向冷凝器提供冷源，从而无需现有第二类吸收式热泵所需的外部驱动热源和冷源，可以有效利用电力实现余热废热的温度品位提升或者乏蒸汽的温度压力提升。

Description

热泵循环系统及干燥系统以及方法

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蒸气压缩式热泵循环的新型热泵循环系统及干燥系统以及方法。

背景技术

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来完成制冷或者供热。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。

吸收式热泵包括以增加热量为目的的第一类吸收式热泵和以提升热量温度即输出高温热能为目的的第二类吸收式热泵，现有的第二类吸收式热泵通常需要在发生换热器投入外部驱动热源，同时在冷凝换热器投入冷却水即冷源才能够运行，从而使其适用范围受到了一定的限制。而在另一方面，蒸气压缩式热泵由于受到制冷工质工作压力的限制，通常无法输出85℃以上的高温热能，其应用因而受到了极大的制约。本发明的技术将吸收式热泵循环和蒸气压缩式热泵循环有机的结合起来，利用少量电力尤其是低谷电驱动蒸气压缩式热泵循环子系统，来为吸收式热泵子系统同时提供所需的驱动热源和冷源，以实现工业余热废热的品位提升，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以及热泵循环方法，所要解决的技术问题是通过将吸收式热泵子系统与蒸气压缩式热泵子系统相结合，实现实质上以电力驱动吸收式热泵循环，来完成热量的温度品位提升。

本发明的目的在于还提供一种干燥系统以及干燥方法，所要解决的技术问题是使用少量电力来驱动热泵循环系统，以回收干燥系统的余热，并加以升温后用作干燥热源。

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，包括由蒸发器、吸收器、发生器以及冷凝器构成的吸收式热泵循环子系统，蒸发器内设有蒸发换热器，吸收器内设有吸收换热器，发生器内设有发生换热器，冷凝器内设有冷凝换热器，吸收器和发生器之间设有循环管道，用于使吸收溶液在吸收器和发生器之间进行循环，蒸发器和冷凝器之间设有连接管道，用于将冷凝器中的冷凝水输送到蒸发器，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依次连接形成蒸气压缩式热泵循环子系统，所述吸收式热泵循环子系统采用水为工质，采用的吸收剂可以是LiBr、LiNO₃、LiCl、CaCl₂、LiI或者上述两种或两种以上吸收剂的混合物等，所述蒸气压缩式热泵循环子系统采用氨或者有机制冷剂为制冷工质，该有机制冷剂可以是R22、R134a、R410A、R407C、R600、R600a、R123、R124、R142b、R227ea、R236fa或者上述两种或两种以上制冷工质的混合物等。较佳的，所述蒸气压缩式热泵循环的蒸发温度为0-40℃，冷凝温度为25-70℃。较佳的，所述吸收式热泵循环的蒸发温度为30-180℃，吸收温度为70-240℃。

较佳的，前述的吸收式热泵循环子系统，在所述循环管道上设置第一循环换热器，用于对从发生器输出的吸收溶液与从吸收器输出的吸收溶液进行换热。

较佳的，前述的吸收式热泵循环子系统，在所述连接管道和循环管道之间还设有第二循环换热器，用于对从第一循环换热器流出的来自吸收器的吸收溶液与来自冷凝器的冷凝水进行换热。

较佳的，前述的吸收式热泵循环子系统，所述的蒸发器还设有管道以及安装该管道上的泵，用于将蒸发器中的冷凝水从底部抽出，并在蒸发器顶部喷淋。

本发明还提供一种热泵循环方法，采用上述的热泵循环系统，该方法包括：(1)压缩机压缩来自冷凝换热器的制冷工质蒸气，经过压缩后的制冷工质蒸气输送到发生换热器中冷凝并释放冷凝热，所述制冷工质的冷凝热加热吸收溶液，产生工质蒸气同时浓缩吸收溶液，所述的工质蒸气输送到冷凝器中，所述的浓缩后吸收溶液输送到吸收器中；(2)制冷工质在发生换热器中冷凝后经过节流阀进入冷凝换热器，在冷凝换热器中吸收工质蒸气冷凝释放的冷凝热并蒸发，在冷凝器中形成的冷凝水输送到蒸发器中；(3)在蒸发器中冷凝水通过蒸发换热器中的载热介质吸收外部低温热源的热量并蒸发为工质蒸气，所述工质蒸气输送到吸收器中；(4)在吸收器中吸收溶液吸收来自蒸发器的工质蒸气并产生高温的吸收热，所述吸收热作为高温热源通过吸收换热器中的载热介质向外部输出，吸收器中的吸收溶液输送到发生器中。

较佳的，上述热泵循环方法还包括，从发生器输出的吸收溶液与从吸收器输出的吸收溶液进行换热；从吸收器输出的吸收溶液还与从冷凝器输出的冷凝水进行换热。

依据本发明提出的一种干燥系统，其包括上述的热泵循环系统，还包括干燥室、加热干燥介质或者直接加热被干燥物料的加热器、以及回收湿干燥介质或被干燥物料余热的余热换热器，该加热器与热泵循环系统中的吸收换热器相连并形成回路，该余热换热器与热泵循环系统中的蒸发换热器相连并形成回路。所述加热器和余热换热器可以是翅片管式换热器等各种形式的换热器，也可以是加热夹套等。

依据本发明提出的一种干燥方法，上述的干燥系统，该方法包括：用热泵循环系统中的吸收换热器提供的热能来加热空气；加热后的空气在干燥室中与被干燥物料接触后形成湿空气；所述的湿空气通过余热换热器向蒸发换热器提供热能。

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以及热泵循环方法通过以电力驱动的蒸气压缩式热泵循环子系统，由具有蒸气压缩式热泵循环冷凝温度的制冷剂冷凝放热向吸收式热泵子系统的发生器提供驱动热源，同时由具有蒸气压缩式热泵循环蒸发温度的制冷剂蒸发吸热向吸收式热泵子系统的冷凝器提供冷源，因而无需现有第二类吸收式热泵所需的外部驱动热源和冷源，从而大大的拓宽了以提升热能品位为目的的热泵循环系统的应用范围。另一方面，由于本热泵循环系统是由以水为工质的吸收式热泵循环的吸收过程来完成制热的，受工质工作压力的限制较小，因而可实现输出热能温度高达240℃的超高温热泵。此外，由于本吸收式热泵循环的发生过程可以选择在大大低于其吸收过程的温度和压力下进行，根据吸收溶液饱和蒸气压的温度特性，此时的吸收式热泵循环的发生温度与冷凝温度之差，亦即所需的本蒸气压缩式热泵循环的冷凝温度与蒸发温度之差较小，因而蒸气压缩式热泵循环子系统可以获得较高的能效比，这就意味着在有余热废热可用的情况下，本热泵循环系统能够以少量的电力尤其是低谷电来制取大量的高温热能，从而可实现极佳的节能效果和经济效益。

本发明的新型干燥系统以及干燥方法可以有效利用少量电力尤其是低谷电来提高干燥系统余热的品质，使之得以循环利用，从而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的干燥系统的流程图。

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构成吸收式热泵循环子系统。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依次连接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内有载热介质，吸收器10内产生的高温吸收热加热吸收换热器内的载热介质，使该载热介质得到升温，从而形成向用户提供的高品质热源。

所述的蒸发器11内设有作为工质的水。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使水蒸发为工质蒸气。该工质蒸气通过第一通路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，并释放出高温的吸收热，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温热能并向用户提供。

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制冷工质在发生换热器25内发生冷凝，并向发生器20提供作为驱动热源的冷凝放热，从而加热其中的吸收溶液，使其产生工质蒸气，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内产生的工质蒸气通过第二通路22进入到冷凝器21内。经过节流阀28的低压制冷工质在冷凝换热器26内发生蒸发，并向冷凝器21提供作为冷源的蒸发吸热，使来自发生器20的工质蒸气冷凝为冷凝水。

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之间设有循环管道31，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工质蒸气，发生器中的吸收溶液是用于蒸发工质蒸气，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。为更好地对工质蒸气进行吸收，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。为更好的产生工质蒸气，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之间设有管道32，用于将冷凝器21内的冷凝水输送至蒸发器11。在蒸发器11上还设有管道18以及安装于管道18上的泵17，用于将蒸发器11中的水从底部抽出，并从蒸发器顶部输入。较佳的管道18与管道32连接，使来自蒸发器底部的水和来自冷凝器的水混合后进入到蒸发器中，。为更好的产生工质蒸气，在蒸发器11内设有喷淋设备14，用于喷洒来自冷凝器和或蒸发器底部的水。由于吸收器10和发生器20的工作温度不同，为了提高热效率，本实施例在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，为了更进一步的提高热效率，在管道32和循环管道31之间还设有第二循环换热器35，用于使从第一循环换热器36流出的来自吸收器的吸收溶液与来自冷凝器21的冷凝水进行换热，提高进入蒸发器的水的温度，降低进入发生器的吸收溶液的温度。另外，还在循环管道31上设置输送泵34，在管道32上设置输送泵33，在第二循环换热器35的下游管道上设置节流阀37。

本发明提出的热泵循环方法采用上述的热泵循环系统，该方法包含了蒸气压缩式热泵循环和吸收式热泵循环，具体为：压缩机27对来自冷凝换热器26的制冷工质蒸气进行压缩，被压缩机27压缩后的高温高压的制冷工质蒸气在发生换热器25内发生冷凝，并向发生器20提供作为驱动热源的冷凝放热，从而加热其中的吸收溶液，使其产生工质蒸气，同时吸收溶液的浓度得到提高。来自发生换热器25的制冷工质经过节流阀28形成低压制冷工质并在冷凝换热器26内发生蒸发，并向冷凝器21提供作为冷源的蒸发吸热，使来自发生器20的工质蒸气冷凝为冷凝水。冷凝器21中的冷凝水被输出到蒸发器11，在蒸发器11中冷凝水通过蒸发换热器16中的载热介质吸收外部低温热源的热量形成工质蒸气，该工质蒸气被输送到吸收器10中。吸收器10中的吸收溶液吸收工质蒸气，并释放出高温的吸收热，该吸收热作为高温热源通过吸收换热器15中的载热介质向外部输出，所述吸收溶液得到稀释。由此，所述的外部低温热源转化为所述的高温热源并向用户提供。发生器20中的吸收溶液和吸收器10中的吸收溶液进行循环，并且，从发生器输出的吸收溶液和从冷凝器输出的冷凝水分别与从吸收器输出的吸收溶液进行换热。

请参阅图2所示，是本发明提出的干燥系统的流程图。本实施例的干燥系统包括上述实施例的热泵循环系统、干燥室50、加热器52和余热换热器53。所述加热器52的作用在于对干燥介质或者直接对被干燥物料进行加热。该加热器52与热泵循环系统中的吸收换热器15相连并形成回路，从而使吸收器10中产生的热量用于干燥系统。从干燥室50排出的湿干燥介质或者被干燥物料具有余热，余热换热器53设置在干燥室排出湿干燥介质或被干燥物料的通道上。该余热换热器53与蒸发换热器16相连，并形成回路，从而可以使干燥室排出的湿干燥介质或者被干燥物料的余热被回收利用。该余热作为热源使蒸发器11中的水形成工质蒸气。

本发明提出的种干燥方法为采用上述的干燥系统进行的，该方法包括：用热泵循环系统中的吸收换热器15提供的热能在加热器52来加热空气；加热后的空气在干燥室50中与被干燥物料接触后形成湿空气；所述的湿空气通过余热换热器53向蒸发换热器提供热能。

上述干燥系统以及干燥方法利用干燥系统自身的余热来产生高温热能，并用作干燥热源对干燥介质或者直接对被干燥物料进行加热，也就是说，仅用少量的电力尤其是低谷电使原本被排掉的余热得到有效的循环利用，因而可实现显著的节能效果和经济效益。

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 (8)

1.一种热泵循环系统，其特征在于包括由蒸发器、吸收器、发生器以及冷凝器构成的吸收式热泵循环子系统，蒸发器内设有蒸发换热器，吸收器内设有吸收换热器，发生器内设有发生换热器，冷凝器内设有冷凝换热器，吸收器和发生器之间设有循环管道，用于使吸收溶液在吸收器和发生器之间进行循环，蒸发器和冷凝器之间设有连接管道，用于将冷凝器中的冷凝水输送到蒸发器，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依次连接形成蒸气压缩式热泵循环子系统，所述的吸收式热泵循环子系统采用水为工质，蒸气压缩式热泵循环子系统采用氨或者有机制冷剂为制冷工质。

2.根据权利要求1所述的热泵循环系统，其特征在于，在所述循环管道上设置第一循环换热器，用于对从发生器输出的吸收溶液与从吸收器输出的吸收溶液进行换热。

3.根据权利要求2所述的热泵循环系统，其特征在于，在所述连接管道和循环管道之间还设有第二循环换热器，用于对从第一循环换热器流出的来自吸收器的吸收溶液与来自冷凝器的冷凝水进行换热。

4.一种干燥系统，其特征在于，其包括权利要求1-3任一项所述的热泵循环系统，还包括干燥室、加热器和余热换热器，所述加热器与热泵循环系统中的吸收换热器相连并形成回路，所述余热换热器与热泵循环系统中的蒸发换热器相连并形成回路。

5.一种热泵循环方法，其采用权利要求1-3任一项所述的热泵循环系统，该方法包括：

(1)压缩机压缩来自冷凝换热器的制冷工质蒸气，经过压缩后的制冷工质蒸气输送到发生换热器中冷凝并释放冷凝热，所述制冷工质的冷凝热加热吸收溶液，产生工质蒸气同时浓缩吸收溶液，所述的工质蒸气输送到冷凝器中，所述的浓缩后吸收溶液输送到吸收器中；

(2)制冷工质在发生换热器中冷凝后经过节流阀进入冷凝换热器，在冷凝换热器中吸收工质蒸气冷凝释放的冷凝热并蒸发，在冷凝器中形成的冷凝水输送到蒸发器中；

(3)在蒸发器中冷凝水通过蒸发换热器中的载热介质吸收外部低温热源的热量并蒸发为工质蒸气，所述工质蒸气输送到吸收器中；

(4)在吸收器中吸收溶液吸收来自蒸发器的工质蒸气并产生高温的吸收热，所述吸收热作为高温热源通过吸收换热器中的载热介质向外部输出，吸收器中的吸收溶液输送到发生器中。

6.根据权利要求5所述的热泵循环方法，其特征在于，对从发生器输出的吸收溶液与从吸收器输出的吸收溶液进行换热。

7.根据权利要求6所述的热泵循环方法，其特征在于，还对从吸收器输出的吸收溶液与从冷凝器输出的冷凝水进行换热。

8.一种干燥方法，其采用权利要求4所述的干燥系统，该方法包括：

用热泵循环系统中的吸收换热器提供的热能来加热空气；

加热后的空气在干燥室中与被干燥物料接触后形成湿空气；

所述的湿空气通过余热换热器向蒸发换热器提供热能。

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