CN103453690A - 生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，包括制冷剂循环系统、混合冷却循环系统、生活热水循环系统、吸收式热泵循环系统以及为混合冷却循环系统和吸收式热泵循环系统提供动力的蒸汽锅炉循环系统，所述制冷剂循环系统由混合冷却循环系统驱动且制冷剂循环系统与混合冷却循环系统之间设有热交换器，所述混合冷却循环系统与吸收式热泵循环系统之间设有蒸发器实现热交换，所述生活热水循环系统与吸收式热泵循环系统之间设有冷凝器实现热交换，所述蒸汽锅炉循环系统与吸收式热泵循环系统之间设有发生器实现热交换。本发明能够结合制冷技术、吸收式热泵技术、生物质能应用及凝结水回收利用技术，达到节能、高效、实用的目的。

Description

生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置

技术领域

本发明涉及生物质能利用、吸收式热泵空调、冷热电联产以及热泵热水领域，特别是一种生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置。

背景技术

为了更好地完成处突、反恐、灾害救援等医疗保障任务，流动使用的、为战场受伤人员进行治疗的野战医院不断增多，野战医院应该随时与一线部队保持一致，因此其必须具有装备轻便、机动性强等特点。且野战医院逐步走向信息化和高科技化，各种医疗器械陆续完善，各科系的专业医护人员也逐渐配备齐全。以上提到的各种设备需要大量的电能；工作人员以及伤员需要基本的生活饮用水和食品保证，食品加工同样需要热能；对于需要手术以及皮肤大面积破损的病人需要保证室内的温湿度和洁净度，以防感染，药品需要低温保存，这都需要空调系统的参与，自然涉及到空调用能的问题。目前，各野战部队都设有自己的发电机组，发电机组很多都是用煤、石油等不可再生资源来制取高品位能源的，既污染环境，又是对资源的一种极度浪费，效率也不是很高，由于医院的流动性强，燃料的供应也不能充分保障。

除了设备用电和空气调节的冷（热）量的需求，医院作为对卫生要求较高的场所，需要大量的生活热水，生活热水要求的温度不是很高，如果这部分耗能被附加到电能上，这就意味着用更多的高品位能源来换取低品位的热能，根据热力学第二定律，能量的品质下降了，这种做法是得不偿失的，需要为野战医院提供合理高效的供电、供热、供冷方案。冷热电联产系统是最有效、可行的办法。

另一方面，野外的一些枯枝、树叶以及庄稼秸秆不能得到合理的应用，常常被人为焚烧或者夏季自燃，这部分生物质能没有得到充分的利用，耗散到周围的环境中，燃料的不充分燃烧还会产生CO、CO₂等污染环境的物质。

将生物质能锅炉利用与吸收式热泵技术有机结合，通过锅炉驱动汽轮机来发电、制取冷量，并充分利用可回收能源，充分发挥各种能源的利用价值，弥补常规锅炉热利用方式的不足，节能高效的机组的开发已成为一个重要的研究方向。

发明内容

本发明所要解决的问题就是提供一种生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，能够结合制冷技术、吸收式热泵技术、生物质能应用及凝结水回收利用技术，达到节能、高效、实用的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：包括制冷剂循环系统、采用冷凝水与冷却水冷却的混合冷却循环系统、生活热水循环系统、吸收式热泵循环系统以及为所述混合冷却循环系统和吸收式热泵循环系统提供动力的蒸汽锅炉循环系统，所述制冷剂循环系统由混合冷却循环系统驱动且所述制冷剂循环系统与混合冷却循环系统之间设有热交换器，所述混合冷却循环系统与所述吸收式热泵循环系统之间设有蒸发器实现热交换，所述生活热水循环系统与所述吸收式热泵循环系统之间设有冷凝器实现热交换，所述蒸汽锅炉循环系统与所述吸收式热泵循环系统之间设有发生器实现热交换。

进一步的，所述制冷剂循环系统包括离心机、室内换热器和热交换器，所述离心机由所述混合冷却循环系统驱动，所述离心机的出口与室内换热器的第一换热管相连通，所述室内换热器的第一换热管与所述热交换器的第一热交换管道连通，所述离心机的入口与所述热交换器的第一热交换管道连通。

进一步的，所述室内换热器的第一换热管与所述热交换器的第一热交换管道之间设有第一节流阀。

进一步的，所述混合冷却循环系统包括汽轮机、冷凝水盘、蒸发器、向蒸发器泵水的蒸发器泵和冷却水箱，所述汽轮机由所述蒸汽锅炉循环系统提供驱动用的蒸汽并带动所述离心机，所述冷凝水盘设在汽轮机的出口处收集汽轮机的冷凝水，所述冷凝水盘通过冷凝水管连通至热交换器的第二热交换管道上，所述蒸发器泵的入口与所述冷凝水管连通，所述蒸发器泵的出口连接至所述蒸发器，所述冷却水箱的入口连接至所述蒸发器并与所述蒸发器泵的出口连通，所述冷却水箱的出口连通至热交换器的第二热交换管道上。

进一步的，所述冷凝水管上位于冷凝水管与蒸发器泵之间设有第三阀门，所述冷凝水管上位于热交换器与蒸发器泵之间设有第四阀门。

进一步的，所述热交换器为板式交换器。

进一步的，所述冷却水箱上设有溢流管。

进一步的，所述生活热水循环系统包括冷凝器、生活热水泵、热水供水管和热水回水管，所述热水供水管和热水回水管均连接至所述冷凝器上形成回路，所述生活热水泵设在热水供水管上向冷凝器泵水。

进一步的，所述吸收式热泵循环系统包括吸收器、蒸发器、冷凝器、发生器和溶液泵，所述吸收器与所述蒸发器之间设有第一管道，所述蒸发器与冷凝器之间设有第二管道，所述第一管道与第二管道在蒸发器中连通，所述冷凝器与发生器之间设有第三管道，所述吸收器与发生器之间设有第四管道，所述第三管道与第四管道在发生器中连通，所述溶液泵设在第四管道上。

进一步的，所述第二管道上设有第三节流阀。

进一步的，所述吸收器与发生器之间还设有第五管道，所述第五管道与第四管道在发生器中连通，所述第五管道上设有第二节流阀。

进一步的，所述蒸汽锅炉循环系统包括锅炉、发生器泵和发生器，所述锅炉的出汽口连通至汽轮机为汽轮机提供驱动用的蒸汽，所述发生器与锅炉的出汽口之间设有第六管道，所述发生器与锅炉的底部之间设有第七管道，所述发生器泵设在第七管道上向锅炉中泵水，所述第六管道与第七管道在发生器中连通。

进一步的，所述第六管道上设有第二阀门。

进一步的，所述锅炉的出汽口与汽轮机之间设有第一阀门。

进一步的，所述锅炉上设有向锅炉中补水的补水泵。

进一步的，所述汽轮机上还连接有发电机。

进一步的，所述离心机和发电机由汽轮机联轴驱动。传动效率高，能源利用率高。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

1、创新性：本发明采用蒸汽锅炉驱动汽轮机，联轴驱动离心机和发电机，结合锅炉蒸汽驱动吸收式热泵循环系统，从而实现冷热电联产的目的。

2、节能性：本发明以生物质能作为原料，改变了以往以煤为主要燃料的能源结构，燃煤锅炉效率较低，尤其是这种应用于野战医院的小型燃煤锅炉，锅炉越小效率越低，充分利用生物质能顺应了国家关于调整能源结构的政策方针，同时也积极响应了“节能减排”的号召；另一方面，汽轮机出口的低压蒸汽释放出气化潜热转变为冷凝水并与离心机的冷却水混合作为吸收式热泵循环系统的冷源，有效地将冷凝水与冷却水中的这部分热量回收利用，这种能量利用回收方式也充分发挥了吸收式热泵循环系统在低温位热能利用方面的优势。

3、实用性：本发明可以根据需要做成各种模块以及不同的型号，特别适用于野战医院这种流动性很强的工作场合，设备轻便，便于快速安装和转移；对于野外作战的情况，生物质能的来源也较为广泛。

4、可控性：本发明中设有四个主要的阀门，通过调节各阀门的开度，可以实现本发明的变流量工作，根据工况需要调节分配不同的冷量、电量和热量，控制方便。

5、本发明结构简单、灵活巧妙，可行性高，成本低。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为本发明中制冷剂循环系统的示意图；

图3为本发明中混合冷却循环系统的示意图；

图4为本发明中生活热水循环系统的示意图；

图5为本发明中吸收式热泵循环系统的示意图；

图6为本发明中蒸汽锅炉循环系统的示意图。

具体实施方式

如图1至6所示本发明一种实施例，生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，包括制冷剂循环系统1、采用冷凝水与冷却水冷却的混合冷却循环系统2、生活热水循环系统3、吸收式热泵循环系统4以及为所述混合冷却循环系统和吸收式热泵循环系统提供动力的蒸汽锅炉循环系统5，所述制冷剂循环系统由混合冷却循环系统驱动且所述制冷剂循环系统与混合冷却循环系统之间设有热交换器a，所述混合冷却循环系统与所述吸收式热泵循环系统之间设有蒸发器b实现热交换，所述生活热水循环系统与所述吸收式热泵循环系统之间设有冷凝器c实现热交换，所述蒸汽锅炉循环系统与所述吸收式热泵循环系统之间设有发生器d实现热交换。

所述制冷剂循环系统包括离心机11、室内换热器12和热交换器，所述离心机由所述混合冷却循环系统驱动，所述离心机的出口与室内换热器的第一换热管121相连通，所述室内换热器的第一换热管与所述热交换器的第一热交换管道a1连通，所述离心机的入口与所述热交换器的第一热交换管道连通。所述室内换热器的第一换热管与所述热交换器的第一热交换管道之间设有第一节流阀13。

所述混合冷却循环系统包括汽轮机21、冷凝水盘22、蒸发器、向蒸发器泵水的蒸发器泵23和冷却水箱24，所述汽轮机由所述蒸汽锅炉循环系统提供驱动用的蒸汽并带动所述离心机，所述冷凝水盘设在汽轮机的出口处收集汽轮机的冷凝水，所述冷凝水盘通过冷凝水管25连通至热交换器的第二热交换管道a2上，所述蒸发器泵的入口与所述冷凝水管连通，所述蒸发器泵的出口连接至所述蒸发器，所述冷却水箱的入口连接至所述蒸发器并与所述蒸发器泵的出口连通，所述冷却水箱的出口连通至热交换器的第二热交换管道上。所述冷凝水管上位于冷凝水管与蒸发器泵之间设有第三阀门26，所述冷凝水管上位于热交换器与蒸发器泵之间设有第四阀门27。所述冷却水箱上设有溢流管28，由于不断回收了冷凝水，故冷却水箱上设置溢流管。

所述生活热水循环系统包括冷凝器、生活热水泵31、热水供水管32和热水回水管33，所述热水供水管和热水回水管均连接至所述冷凝器上形成回路，所述生活热水泵设在热水供水管上向冷凝器泵水。

所述吸收式热泵循环系统包括吸收器41、蒸发器、冷凝器、发生器和溶液泵42，所述吸收器与所述蒸发器之间设有第一管道43，所述蒸发器与冷凝器之间设有第二管道44，所述第一管道与第二管道在蒸发器中连通，所述冷凝器与发生器之间设有第三管道45，所述吸收器与发生器之间设有第四管道46，所述第三管道与第四管道在发生器中连通，所述溶液泵设在第四管道上。所述第二管道上设有第三节流阀47。所述吸收器与发生器之间还设有第五管道48，所述第五管道与第四管道在发生器中连通，所述第五管道上设有第二节流阀49。

所述蒸汽锅炉循环系统包括锅炉51、发生器泵52和发生器，所述锅炉的出汽口连通至汽轮机为汽轮机提供驱动用的蒸汽，所述发生器与锅炉的出汽口之间设有第六管道53，所述发生器与锅炉的底部之间设有第七管道54，所述发生器泵设在第七管道上向锅炉中泵水，所述第六管道与第七管道在发生器中连通。所述第六管道上设有第二阀门55。所述锅炉的出汽口与汽轮机之间设有第一阀门56。所述锅炉上设有向锅炉中补水的补水泵57。

上述实施例中，所述热交换器为板式交换器。所述汽轮机上还连接有发电机6；所述离心机和发电机由汽轮机联轴驱动。

本发明中锅炉制得的蒸汽分为两路，一方面供给汽轮机，联轴带动离心机和发电机工作，从汽轮机出来的为本发明装置的低压蒸汽，蒸汽冷凝放出气化潜热并落入冷凝水盘中，通过蒸发器泵的作用，将冷凝水与离心机的冷却水混合，混合后的低温热水进入蒸发器作为低温热源，从蒸发器出来后的冷却水进入冷却水箱，通过蒸发器泵的作用流经板式换热器，为离心机冷却用。另一方面，锅炉制得的蒸汽供给发生器作为本发明装置的工作热源，循环的动力由发生气泵提供，此部分为闭式系统。

本发明能实现的主要功能有：

（1）为医疗设备、照明等提供电能，电能是由与汽轮机联轴的发电机产生的。

（2）由吸收式热泵提供生活热水以及冬季供暖用热水，吸收式热泵系统中的循环为：稀溶液在发生器中被加热，消耗来自锅炉蒸汽的热量，部分制冷剂蒸汽由稀溶液中气化，使发生器中的稀溶液变为浓溶液，浓溶液通过第二节流阀节流降压后进入吸收器，在吸收器中浓溶液吸收来自蒸发器的制冷剂蒸汽，再次变为稀溶液，稀溶液又被溶液泵送往发生器。在发生器中气化的部分制冷剂蒸汽进入冷凝器被冷却成液态制冷剂，放出的冷凝热供给室内用户作为生活热水或冬季采暖用，液态制冷剂通过第三节流阀降温降压后送入蒸发器，与离心机的冷却水交换热量，气化成气态的制冷剂蒸汽再次被送外吸收器。

（3）离心机系统为药品储藏、空气调节等提供需要的冷量，制冷机循环为：从离心机出来的高温高压制冷剂在板式换热器中冷凝放热然后第一节流阀中降温降压，最后流经室内换热器，与室内以及需要冷却的空间交换热量。

（4）通过调节第一阀门和第二阀门的开度，可以根据电量、冷量和热量的不同负荷分配锅炉制得的蒸汽。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims (17)

1.生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：包括制冷剂循环系统（1）、采用冷凝水与冷却水冷却的混合冷却循环系统（2）、生活热水循环系统（3）、吸收式热泵循环系统（4）以及为所述混合冷却循环系统和吸收式热泵循环系统提供动力的蒸汽锅炉循环系统（5），所述制冷剂循环系统由混合冷却循环系统驱动且所述制冷剂循环系统与混合冷却循环系统之间设有热交换器（a），所述混合冷却循环系统与所述吸收式热泵循环系统之间设有蒸发器（b）实现热交换，所述生活热水循环系统与所述吸收式热泵循环系统之间设有冷凝器（c）实现热交换，所述蒸汽锅炉循环系统与所述吸收式热泵循环系统之间设有发生器（d）实现热交换。

2.根据权利要求1所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述制冷剂循环系统包括离心机（11）、室内换热器（12）和热交换器，所述离心机由所述混合冷却循环系统驱动，所述离心机的出口与室内换热器的第一换热管（121）相连通，所述室内换热器的第一换热管与所述热交换器的第一热交换管道（a1）连通，所述离心机的入口与所述热交换器的第一热交换管道连通。

3.根据权利要求2所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述室内换热器的第一换热管与所述热交换器的第一热交换管道之间设有第一节流阀（13）。

4.根据权利要求2所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述混合冷却循环系统包括汽轮机（21）、冷凝水盘（22）、蒸发器、向蒸发器泵水的蒸发器泵（23）和冷却水箱（24），所述汽轮机由所述蒸汽锅炉循环系统提供驱动用的蒸汽并带动所述离心机，所述冷凝水盘设在汽轮机的出口处收集汽轮机的冷凝水，所述冷凝水盘通过冷凝水管（25）连通至热交换器的第二热交换管道（a2）上，所述蒸发器泵的入口与所述冷凝水管连通，所述蒸发器泵的出口连接至所述蒸发器，所述冷却水箱的入口连接至所述蒸发器并与所述蒸发器泵的出口连通，所述冷却水箱的出口连通至热交换器的第二热交换管道上。

5.根据权利要求4所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述冷凝水管上位于冷凝水管与蒸发器泵之间设有第三阀门（26），所述冷凝水管上位于热交换器与蒸发器泵之间设有第四阀门（27）。

6.根据权利要求4所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述热交换器为板式交换器。

7.根据权利要求4所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述冷却水箱上设有溢流管（28）。

8.根据权利要求1或2或4所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述生活热水循环系统包括冷凝器、生活热水泵（31）、热水供水管（32）和热水回水管（33），所述热水供水管和热水回水管均连接至所述冷凝器上形成回路，所述生活热水泵设在热水供水管上向冷凝器泵水。

9.根据权利要求1或2或4所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述吸收式热泵循环系统包括吸收器（41）、蒸发器、冷凝器、发生器和溶液泵（42），所述吸收器与所述蒸发器之间设有第一管道（43），所述蒸发器与冷凝器之间设有第二管道（44），所述第一管道与第二管道在蒸发器中连通，所述冷凝器与发生器之间设有第三管道（45），所述吸收器与发生器之间设有第四管道（46），所述第三管道与第四管道在发生器中连通，所述溶液泵设在第四管道上。

10.根据权利要求9所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述第二管道上设有第三节流阀（47）。

11.根据权利要求9所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述吸收器与发生器之间还设有第五管道（48），所述第五管道与第四管道在发生器中连通，所述第五管道上设有第二节流阀（49）。

12.根据权利要求4所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述蒸汽锅炉循环系统包括锅炉（51）、发生器泵（52）和发生器，所述锅炉的出汽口连通至汽轮机为汽轮机提供驱动用的蒸汽，所述发生器与锅炉的出汽口之间设有第六管道（53），所述发生器与锅炉的底部之间设有第七管道（54），所述发生器泵设在第七管道上向锅炉中泵水，所述第六管道与第七管道在发生器中连通。

13.根据权利要求12所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述第六管道上设有第二阀门（55）。

14.根据权利要求12所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述锅炉的出汽口与汽轮机之间设有第一阀门（56）。

15.根据权利要求12所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述锅炉上设有向锅炉中补水的补水泵（57）。

16.根据权利要求12所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述汽轮机上还连接有发电机（6）。

17.根据权利要求16所述的生物质能冷热电联产节能吸收式热泵装置，其特征在于：所述离心机和发电机由汽轮机联轴驱动。

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