CN103453684A - 复合型吸收式热泵装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能利用吸收式热泵来提高发动机排热的回收效率的复合型吸收式热泵装置。在吸收式热泵中设有排热回收部（20，81，21，22，23，24）和冷却部（25，26，71），在排热回收部中，利用发动机（72）的排放气体来加热在吸收式热泵的吸收器（6）中产生的吸收液与稀释剂的混合液，从而回收排放气体的显热，并且使排放气体中所含的水蒸气凝结来回收潜热（凝结热）。而且，在冷却部中，将由水蒸气凝结而成的凝结水提供给用于在吸收式热泵中使稀释剂凝结的冷却器（7）而使其蒸发，从而放出潜热（气化热）。
Description
技术领域
本发明涉及吸收式热泵（吸收式冷冻机）。
背景技术
作为有效利用由发动机产生的热（排热）的方法，已知将从发动机流出的排放气体用于吸收式热泵的技术（例如参照专利文献1）。在专利文献1介绍的技术中，回收排放气体的显热作为吸收式热泵的热源。
但是，根据这种技术，发动机的排热回收效率还是低，需要能提高发动机排热的回收效率的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2009-262806号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于上述实际情况而完成的，提供一种能利用吸收式热泵来提高发动机排热的回收效率的复合型吸收式热泵装置。
用于解决问题的方案
本发明的复合型吸收式热泵装置具有：排放气体流路部，发动机的排放气体在上述排放气体流路部中流通；
再生器，其具有利用上述排放气体来加热吸收液与稀释剂的混合液的再生部，将在上述再生部中加热后的上述混合液分离为气相状的上述稀释剂和液相状的上述吸收液；
凝结器，其具有冷却路径，冷却剂在上述冷却路径中流通，上述凝结器通过使由上述再生器得到的气相状的上述稀释剂和上述冷却剂进行热交换而使上述稀释剂凝结来得到液相状的上述稀释剂；
蒸发器，其使由上述凝结器得到的液相状的上述稀释剂蒸发来得到气相状的上述稀释剂；
吸收器，其使由上述再生器得到的液相状的上述吸收液和由上述蒸发器得到的气相状的上述稀释剂接触，由此使上述吸收液吸收上述稀释剂来得到上述混合液，并且将所得到的上述混合液提供给上述再生器；以及
冷却器，其通过使在上述冷却路径中流通的上述冷却剂与外部气体进行热交换来冷却上述冷却剂，
上述再生部具有：
排热回收部，其具有：交换部，其与上述排放气体流路部相连，上述排放气体流入上述交换部；以及混合液流路部，其与上述交换部以热方式连接，上述混合液在上述混合液流路部中流通，上述排热回收部使上述排放气体和上述混合液进行热交换，由此加热上述混合液并且使上述排放气体中所含的水蒸气凝结而得到凝结水；以及
冷却部，其用上述冷却器使由上述排热回收部得到的上述凝结水蒸发。
本发明的复合型吸收式热泵装置具有再生器、凝结器、蒸发器和吸收器，具有与一般的吸收式热泵相当的部分（以下，在没有特别说明的情况下简称吸收式热泵）以及作为排放气体的流路的排放气体流路部，用于回收排放气体的排热的机构（排热回收部、冷却部）与吸收式热泵的再生部为一体。排热回收部利用排放气体的显热来加热吸收式热泵的混合液（吸收液与稀释剂的混合液），并且利用混合液来冷却排放气体，由此使排放气体中所含的水蒸气凝结来回收温热（凝结热，潜热），能用于使吸收式热泵工作所需的混合液的加热工序。
另外，在此，水蒸气凝结而成的凝结水由冷却部提供给冷却器而蒸发。利用此时产生的冷热（气化热，潜热）来增强冷却器的冷却作用。即，在本发明中，利用排放气体整体的显热、排放气体中所含的水的潜热（凝结热和气化热）这3种作为排放气体的排热，由吸收式热泵利用这些排热。因此根据本发明的复合型吸收式热泵装置，可以提高发动机排热的回收效率，进而可以提高包含发动机和吸收式热泵的装置整体（例如车辆、家庭用发电系统等）的热效率。
本发明的复合型吸收式热泵装置优选具备下述（1）～（5）中的任一项，更优选具备多项。
（1）上述排热回收部具有作为上述凝结水的出口的凝结水流出口和可以使该凝结水流出口开闭的开闭阀，
在上述排热回收部内的上述凝结水的量为规定值以下时，上述开闭阀关闭上述凝结水流出口。
（2）上述排热回收部在上述凝结水的流通路径内具有过滤部，上述过滤部用于除去上述排放气体中所含的、溶解于上述凝结水的酸性成分。
（3）上述冷却部具有将上述凝结水输送到上述冷却器的输液单元，
上述输液单元利用毛细管现象来输送上述凝结水。
（4）上述冷却器具有用于获取上述外部气体的风扇，
上述冷却部具有将上述凝结水输送到上述冷却器的输液单元，
上述输液单元利用上述风扇的动压将上述凝结水输送到上述冷却器。
（5）本发明的复合型吸收式热泵装置是车辆用的复合型吸收式热泵装置，
具有获取外部气体的吸气管道，
上述冷却部具有将上述凝结水输送到上述冷却器的输液单元，
上述输液单元利用行驶时在上述吸气管道中产生的空气的流体压将上述凝结水输送到上述冷却器。
发明效果
根据本发明的复合型吸收式热泵装置，能高效地回收发动机的排放气体所带来的排热。
附图说明
图1是表示实施方式1的带有排热回收器的吸收式热泵系统的概念的说明图。
图2是图1的主要部位放大图。
附图标记说明
1表示分离部，2表示再生部，3表示再生器，4表示凝结器，5表示蒸发器，6表示吸收器，7表示冷却器，20表示容器，21表示交换槽部，22表示液槽部，23表示过滤部，24表示浮阀，70表示散热器，71表示散热风扇，72表示发动机，73表示排放气体流路部，81表示混合液流路部。
具体实施方式
本发明的复合型吸收式热泵装置能应用于具有发动机并且需要由吸收式热泵得到的冷却作用的装置。例如可以安装于汽车等车辆，也可以设置于住宅等建造物。将本发明的复合型吸收式热泵装置作为车辆用的装置的情况下，能使用由车辆的发动机产生的排放气体的排热，并且通过由吸收式热泵得到的冷却作用来对车厢进行制冷。将本发明的复合型吸收式热泵装置作为建造物用的装置的情况下，使用由用于发电等的固定型发动机产生的排放气体的排热，并且通过由吸收式热泵得到的冷却作用对建造物的室内进行制冷。或者，也可以在冰箱、冷冻库等冷藏冷冻装置中利用由吸收式热泵得到的冷却作用。发动机只要是通过燃烧作用产生含有水蒸气的排放气体的发动机即可，而不管其燃料、结构等如何。
以下，举出具体例来说明本发明的复合型吸收式热泵装置。
实施方式1
图1是示出实施方式1的概念的说明图，图2是图1的主要部位放大图。实施方式1的复合型吸收式热泵装置是车载用的装置，如图1所示，具有再生器3（再生部2和分离部1）、凝结器4、蒸发器5、吸收器6、冷却器7和排放气体流路部73。
排放气体流路部73与发动机72的排放气体侧连接。由发动机72产生的排放气体在排放气体流路部73中流通。排放气体流路部73与吸收式热泵中的构成再生器3的一部分的再生部2连通。此外，在发动机72的前侧（更具体地说是车辆行进方向的前侧），配置有具有散热器70和散热风扇71的冷却器7。在散热器70内部形成有流路84。流路84相当于本发明的复合型吸收式热泵装置中的冷却路径的一部分，冷却剂在流路84中流通。流路84的一部分分支而与发动机72内部连通。
再生器3具有再生部2和分离部1。后面描述分离部1。如图2所示，再生部2具有排热回收部和冷却部。排热回收部具有：容器20，其为箱状；流路81，其进入容器20内部；交换槽部21，其包括容器20内部的位于流路81附近的部分；液槽部22，其位于容器20的底部；过滤部23，其位于交换槽部21与液槽部22之间；以及浮阀24，其配置于液槽部22。
交换槽部21构成排放气体流路部73的一部分，具有作为排放气体的入口的排放气体流入口21a和作为排放气体的出口的排放气体流出口21b。流路81中位于容器20外部的部分与后述的吸收器6和分离部1相连。从吸收器6流出的吸收液和稀释液（在实施方式中为水）的混合液即稀释吸收液在流路81中流通。流路81的内部与容器20的内部（即交换槽部21的内部）被气密地隔开。因此在流路81中流通的混合液不与在交换槽部21中流通的排放气体直接接触，不会混合。即，在交换槽部21中，混合液与排放气体仅进行热交换。
实施方式的复合型吸收式热泵装置中的吸收式热泵是所谓单用途型的吸收式热泵，因此从吸收器6流出而在流路81中流通的混合液的温度较低。因此，在交换槽部21中与混合液进行了热交换的排放气体被冷却到不足100℃。因此，此时排放气体中所含的水蒸气凝结，生成凝结水。混合液被排放气体的热（显热）加热，并且也被生成凝结水时的凝结热（潜热）加热。因此，实施方式的复合型吸收式热泵装置此时回收排放气体的显热和潜热的一部分（凝结热）。在交换槽部21中与混合液进行了热交换的排放气体经由排放气体流出口返回排放气体流路部73，然后向外界排出。
过滤部23具有金属网状的过滤基部23a和包含石灰粒的净化部23b。过滤基部23a的网眼为不会使净化部23b（石灰粒）通过的程度。在交换槽部21中产生的凝结水利用重力到达过滤部23，与过滤部23中包含的净化部23b即石灰接触。在凝结水中溶解有排放气体中所含的酸性成分（硫酸、硝酸等），因此如果在这种状态使其气化，则根据冷却器7、冷却部的材料等的不同，有可能使它们劣化。因此，在实施方式中利用过滤部23的净化部23b来中和酸性成分，实质上除去凝结水中的酸性成分。作为用于中和酸性成分的中和剂，除了石灰以外还能优选使用氢氧化镁、苛性钠等。除此以外，也可以在过滤部23中添加活性炭等过滤材料。
通过了过滤部23的凝结水利用重力到达位于过滤部23的下方的液槽部22。然后经过形成于液槽部22的凝结水流出口22a向冷却部流出。
此外，在凝结水流出口22a配置有浮阀24。浮阀24具有在液槽部22中蓄积的凝结水中漂浮的浮部24a和固定于浮部24a并可以与浮部24a一起移动的阀部24b。凝结水流出口22a开口形成在液槽部22的底部，为凝结水的出口。如果在液槽部22中蓄积的凝结水的水位为一定量以上，则浮阀24上升而阀部24b与凝结水流出口22a分离，因此浮阀24开启凝结水流出口22a。另外，在液槽部22中蓄积的凝结水的水位不足一定量的情况下，浮阀24下降而阀部24b与凝结水流出口22a接近，因此浮阀24关闭凝结水流出口22a。浮阀24相当于本发明的复合型吸收式热泵装置中的开闭阀。此外，在实施方式中开闭阀采用了浮阀24，但是不限于此，也可以采用各种开闭阀。例如，也可以在液槽部22配置水量传感器并且在凝结水流出口22a配设电磁阀，根据由水量传感器检测出的水量（即存在于液槽部22的凝结水的量）对电磁阀进行开闭控制。不限于此，能用已知的各种方法使凝结水流出口22a开闭。在液槽部22中蓄积的凝结水的量为规定量以下的情况下关闭凝结水流出口22a，使得在凝结水的量少的情况下排放气体不会从凝结水流出口22a流向冷却部。在凝结水的量少的情况下，即，当排放气体以较高温度的状态流向冷却部时，冷却器7有可能被排放气体加热。在本实施方式中隔断从排热回收部向冷却部的排放气体的流路，从而可以利用冷却器7可靠性高地对冷却剂进行冷却。
冷却部具有：配置在比冷却器7靠近车辆行进方向的前侧的喷射器25以及将喷射器25与凝结水流出口22a相连的输液流路26。在喷射器25的车辆行进方向的后侧配置有散热风扇71。在实施方式中，喷射器25与散热风扇71连接，利用由于散热风扇71旋转而产生的负压来汲取凝结水，从喷射器25向散热器70喷射该凝结水。在这种情况下，喷射器25和散热风扇71相当于本发明的复合型吸收式热泵装置中的输液单元。此外，将凝结水向冷却器7输送的机构不限于此。例如，除了上述由于散热风扇71旋转而产生的负压以外，也能使用在车辆行驶时作用于车体的空气的流体压。在这种情况下，如果将用于对发动机72提供外部气体的吸气管道与喷射器25连接，就能高效地回收上述流体压。或者也可以利用毛细管现象等直接将凝结水导向冷却器7。
吸收式热泵
以下说明实施方式1的复合型吸收式热泵装置中的吸收式热泵的工作。如图1所示，实施方式1的复合型吸收式热泵装置中的吸收式热泵除了具有排热回收部和冷却器以外，与一般的吸收式热泵大致同样地构成。
吸收式热泵（吸收式冷冻机）具备：再生器3，其包括具有分离室10的分离部1和具有容器20的再生部2；凝结器4，其具有凝结室40；蒸发器5，其具有维持着高真空状态的蒸发室50；以及吸收器6，其具有吸收室60。分离部1的分离室10和吸收器6的吸收室60由流路80和流路81相连。蒸发器5的蒸发室50和吸收器6的吸收室60由流路82相连。分离部1的分离室10和凝结器4的凝结室40由流路83相连。凝结器4的凝结室40和蒸发器5的蒸发室50由流路85相连。
如图1所示，从冷却器7流出的冷水（冷却剂）所流通的流路84进入凝结器4。此外，流路84的冷却水利用泵95进行循环。在凝结器4中，使从再生器3（分离部1）通过流路83提供的水蒸气由流路84冷却、凝结而发生相变，成为液相水，并且放出凝结潜热。在凝结器4中形成的凝结水（即液相水）通过流路85移动到蒸发器5。在流路85中设有阀90，可以调整对蒸发器5提供的液相水的流量。在蒸发器5中，液相水从流路85的孔向蒸发室50滴下。滴下的液相水到达热交换器75。车厢内的空气（冷却剂）在热交换器75中流通。蒸发器5内部为真空气氛，因此温度低，热交换器75中流通的空气的温度比蒸发器5内部的温度高。因此，该空气使热交换器75变暖。附着于热交换器75的液相水在高真空状态的蒸发室50中变暖而成为水蒸气。这样，在蒸发器5中，使凝结器4中形成的凝结水即液相水蒸发而发生相变，成为水蒸气，并且得到气化潜热（吸热作用）。该气化潜热使热交换器75冷却，使热交换器75中流通的空气冷却。冷却后的空气（冷风）被输送到车厢内，与车厢内的空气发生热交换（制冷作用）而变暖，再次返回热交换器75。在蒸发器5中蒸发的水蒸气通过流路82提供给吸收器6的吸收室60。
在吸收器6中，高浓度的吸收液利用重力从流路80滴下。从冷却器7流出的冷水（冷却剂）所流通的流路84进入吸收器6。吸收液在吸收室60中吸收水蒸气（稀释剂），对冷却剂放出热而成为稀释吸收液（混合液）。稀释吸收液流入流路81，在液-液热交换部76中流通，与从分离部1流出而在流路80中流通的吸收液进行热交换。在流路81中流通的稀释吸收液的温度比从再生器3的分离部1流出而在流路80中流通的吸收液的温度低。流路81相当于本发明的复合型吸收式热泵装置中的混合液流路部。在流路81中流通的稀释吸收液由泵96输送。
然后，通过了液-液热交换器76的稀释吸收液移动到再生器3的再生部2。移动到再生部2的容器20的稀释吸收液与排放气体进行热交换，被加热后移动到分离部1的分离室10。然后加热后的稀释吸收液在分离室10中分离为吸收液和水蒸气。其中水蒸气从流路83提供给凝结器4。通过分离水蒸气而使稀释吸收液浓缩。因此在分离室10中留下高浓度的吸收液。该高浓度的吸收液从分离室10流入流路80而在液-液热交换器76中流通，与在流路81中流通的稀释吸收液进行热交换（由稀释吸收液冷却）而返回吸收器6。
这样，在吸收式热泵中，放出由凝结器4、吸收器6产生的热，由再生器2回收热。另外，利用由蒸发器5产生的气化潜热来得到吸热作用（冷却作用）。
此外，在实施方式1的复合型吸收式热泵装置中，分离部1和流路81由流路86短路。在流路86中设有泵97。另外，在流路81中设有阀91。
在刚开始运转后等稀释吸收液的温度低的情况下，为了使吸收式热泵工作，需要使稀释吸收液大大地升温。在这种情况下，可以仅使泵97工作，使稀释吸收液的温度迅速上升。此外，在吸收式热泵正常运转时，利用泵96来输送与系统内的吸收液流量对应的规定量的混合液即可。在排放气体热量大的情况下，在此基础上还利用泵97来输送混合液，由此能输送与排放气体热量的变动相应的流量的混合液，能控制由排热回收部回收的热量。此外，在泵96与泵97之间的流路81中配置有逆流防止阀91。利用该逆流防止阀91，防止从泵97输送的混合液向泵96逆流。
其它
本发明不限于以上叙述并用附图示出的实施方式，能在不脱离要旨的范围内适当地变更实施。例如本发明的复合型吸收式热泵装置也可以如以下附注项所列举的那样具体化为包括发动机的发动机-吸收式热泵复合单元。在这种情况下，发动机可以是如上所述安装于发动机车、混合动力车的车辆用的发动机，也可以是配设于建造物的发电系统用的发动机。此外，在这种发动机-吸收式热泵复合单元中，优选发动机以外的构成单元为与本发明的复合型吸收式热泵装置同样的构成。
附注项1
一种发动机-吸收式热泵复合单元，具有：
发动机；
排放气体流路部，上述发动机的排放气体在上述排放气体流路部中流通；
再生器，其具有利用上述排放气体来加热吸收液与稀释剂的混合液的再生部，将在上述再生部中加热后的上述混合液分离为气相状的上述稀释剂和液相状的上述吸收液；
凝结器，其具有冷却路径，冷却剂在上述冷却路径中流通，上述凝结器通过使由上述再生器得到的气相状的上述稀释剂和上述冷却剂进行热交换而使上述稀释剂凝结来得到液相状的上述稀释剂；
蒸发器，其使由上述凝结器得到的液相状的上述稀释剂蒸发来得到气相状的上述稀释剂；
吸收器，其使由上述再生器得到的液相状的上述吸收液和由上述蒸发器得到的气相状的上述稀释剂接触，由此使上述吸收液吸收上述稀释剂来得到上述混合液，并且将所得到的上述混合液提供给上述再生器；以及
冷却器，其通过使在上述冷却路径中流通的上述冷却剂与外部气体进行热交换来冷却上述冷却剂，
上述再生部具有：
排热回收部，其具有：交换部，其与上述排放气体流路部相连，上述排放气体流入上述交换部；以及混合液流路部，其与上述交换部以热方式连接，上述混合液在上述混合液流路部中流通，上述排热回收部使上述排放气体和上述混合液进行热交换，由此加热上述混合液并且使上述排放气体中所含的水蒸气凝结而得到凝结水；以及
冷却部，其用上述冷却器使由上述排热回收部得到的上述凝结水蒸发。
Claims (6)
1.一种复合型吸收式热泵装置，具有：
排放气体流路部，发动机的排放气体在上述排放气体流路部中流通；
再生器，其具有利用上述排放气体来加热吸收液与稀释剂的混合液的再生部，将在上述再生部中加热后的上述混合液分离为气相状的上述稀释剂和液相状的上述吸收液；
凝结器，其具有冷却路径，冷却剂在上述冷却路径中流通，上述凝结器通过使由上述再生器得到的气相状的上述稀释剂和上述冷却剂进行热交换而使上述稀释剂凝结来得到液相状的上述稀释剂；
蒸发器，其使由上述凝结器得到的液相状的上述稀释剂蒸发来得到气相状的上述稀释剂；
吸收器，其使由上述再生器得到的液相状的上述吸收液和由上述蒸发器得到的气相状的上述稀释剂接触，由此使上述吸收液吸收上述稀释剂来得到上述混合液，并且将所得到的上述混合液提供给上述再生器；以及
冷却器，其通过使在上述冷却路径中流通的上述冷却剂与外部气体进行热交换来冷却上述冷却剂，
上述再生部具有：
排热回收部，其具有：交换部，其与上述排放气体流路部相连，上述排放气体流入上述交换部；以及混合液流路部，其与上述交换部以热方式连接，上述混合液在上述混合液流路部中流通，上述排热回收部使上述排放气体和上述混合液进行热交换，由此加热上述混合液并且使上述排放气体中所含的水蒸气凝结而得到凝结水；以及
冷却部，其用上述冷却器使由上述排热回收部得到的上述凝结水蒸发。
2.根据权利要求1所述的复合型吸收式热泵装置，
上述排热回收部具有作为上述凝结水的出口的凝结水流出口和可以使该凝结水流出口开闭的开闭阀，
在上述排热回收部内的上述凝结水的量为规定值以下时，上述开闭阀关闭上述凝结水流出口。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的复合型吸收式热泵装置，
上述排热回收部在上述凝结水的流通路径内具有过滤部，上述过滤部用于除去上述排放气体中所含的、溶解于上述凝结水的酸性成分。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的复合型吸收式热泵装置，
上述冷却部具有将上述凝结水输送到上述冷却器的输液单元，
上述输液单元利用毛细管现象来输送上述凝结水。
5.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的复合型吸收式热泵装置，
上述冷却器具有用于获取上述外部气体的风扇，
上述冷却部具有将上述凝结水输送到上述冷却器的输液单元，
上述输液单元利用上述风扇的动压将上述凝结水输送到上述冷却器。
6.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的复合型吸收式热泵装置，
上述复合型吸收式热泵装置是车辆用的复合型吸收式热泵装置，
具有获取外部气体的吸气管道，
上述冷却部具有将上述凝结水输送到上述冷却器的输液单元，
上述输液单元利用行驶时在上述吸气管道中产生的空气的流体压将上述凝结水输送到上述冷却器。
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