CN103542601A - 单级压缩单级吸收式复合热泵 - Google Patents

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Abstract

单级压缩单级吸收式复合热泵，由第一吸收器，第一溶液热交换器，第一发生器，第一溶液泵，第一冷凝器，冷剂液泵，第一蒸发器，压缩机，第一节流阀，第二蒸发器，第二吸收器，第二溶液泵，第二溶液热交换器，第二发生器，第二冷凝器，第二节流阀所组成，其中第一吸收器，第一溶液热交换器，第一发生器，第一溶液泵，第一冷凝器，冷剂液泵和第一蒸发器构成经典的单级第二类吸收式热泵，第一冷凝器、压缩机，第一节流阀和第二蒸发器构成压缩式热泵，第二蒸发器和其余部件构成单级第一类吸收式热泵，三种热泵有机结合，构成单级压缩单级吸收式复合热泵。

Description

单级压缩单级吸收式复合热泵
技术领域
本发明属于低温余热利用/节能环保技术领域。
背景技术
吸收式热泵以热能为动力，采用逆卡诺循环实现热量由低温向高温传递，特别适合有大量废热的场合。目前，吸收式热泵大致可分为两种，即第一类吸收式热泵和第二类吸收式热泵，前者它以高温驱动热为驱动力，回收低温余热实现对外供热，是一种增热型热泵，后者以余热与环境温度间的温度差为驱动力，以部分余热温度的降低为代价，获得高于自身温度的热量，又称增温型热泵。
当供热区间一定时，第一类吸收式热泵需要较高温度的驱动热介质或需要较高温度的余热介质，而对于第二类吸收式热泵，当余热温度一定时，则需要较低的环境温度，否则热泵将无法完成加热任务。
压缩式热泵的工作原理是以高品位的机械能或电能为动力，依靠压缩机提高制冷剂的压力以实现热力循环，是目前应用最广泛、技术最成熟的技术。由于制冷剂本身的物性，压缩式热泵可以回收0℃以下的热量，但一般认为其供热温度不超过65℃，原则上越低越好，因为当供热温度较高时，一方面压缩机的压比大幅增加，排气温度升高、吸气密度降低，工作效率下降，在容积效率存在的客观条件下，当压比增加到一定数值时，将会出现压缩机不停运转但却无法吸气的情况，另一方面，由于制冷剂高温下（130℃附近）会发生分解，故为安全起见，供热温度不能太高。
发明集两种热泵的优势所得的复合热泵，将有助于解决上述两种热泵所难以解决的问题。
发明内容
本发明提供的是单级压缩单级吸收式复合热泵。
单级压缩单级吸收式复合热泵，由第一吸收器，第一溶液热交换器，第一发生器，第一溶液泵，第一冷凝器，冷剂液泵，第一蒸发器，压缩机，第一节流阀，第二蒸发器，第二吸收器，第二溶液泵，第二溶液热交换器，第二发生器，第二冷凝器，第二节流阀所组成，其中第一吸收器，第一溶液热交换器，第一发生器，第一溶液泵，第一冷凝器，冷剂液泵和第一蒸发器构成经典的单级第二类吸收式热泵，第一冷凝器、压缩机，第一节流阀和第二蒸发器构成压缩式热泵，其中第一冷凝器做为压缩式热泵的蒸发器，第二蒸发器做为压缩式热泵的冷凝器，第二蒸发器，第二吸收器，第二溶液泵，第二溶液热交换器，第二发生器，第二冷凝器，第二节流阀构成经典的第一类吸收式热泵。第一发生器和第一蒸发器还有余热介质管路与外部连通，第二发生器还有驱动热介质管路与外部连通，第一吸收器、第二吸收器和第二冷凝器还分别有被加热介质管路与外部连通，构成单级压缩单级吸收式复合热泵。
第一冷凝器既是单级第二类吸收式热泵的冷凝器又是压缩式热泵的蒸发器，第二蒸发器既是第一类吸收式热泵的蒸发器又是压缩式热泵的冷凝器。
附图说明
附图所示为本发明提供的单级压缩单级吸收式复合热泵。
图中，1—第一吸收器，2—第一溶液热交换器，3—第一发生器，4—第一溶液泵，5—第一冷凝器，6—冷剂液泵，7—第一蒸发器，8—压缩机，9—第一节流阀，10—第二蒸发器，11—第二吸收器，12—第二溶液泵，13—第二溶液热交换器，14—第二发生器，15第二—冷凝器，16—第二节流阀。
具体实施方式
本发明提供的单级压缩单级吸收式复合热泵是这样实现的：
结构上，由第一吸收器1，第一溶液热交换器2，第一发生器3，第一溶液泵4，第一冷凝器5，冷剂液泵6，第一蒸发器7，压缩机8，第一节流阀9，第二蒸发器10，第二吸收器11，第二溶液泵12，第二溶液热交换器13，第二发生器14，第二冷凝器15，第二节流阀16所组成，其中第一吸收器1，第一溶液热交换器2，第一发生器3，第一溶液泵4，第一冷凝器5，冷剂液泵6和第一蒸发器7构成经典的单级第二类吸收式热泵，第一冷凝器5、压缩机8，第一节流阀9和第二蒸发器10构成压缩式热泵，其中第一冷凝器5做为压缩式热泵的蒸发器，第二蒸发器10做为压缩式热泵的冷凝器，第二蒸发器10，第二吸收器11，第二溶液泵12，第二溶液热交换器13，第二发生器14，第二冷凝器15，第二节流阀16构成经典的第一类吸收式热泵。第一发生器3和第一蒸发器7还有余热介质管路与外部连通，第二发生器14还有驱动热介质管路与外部连通，第一吸收器1、第二吸收器11和第二冷凝器12还分别有被加热介质管路与外部连通，构成单级压缩单级吸收式复合热泵。
工艺上，进入第一吸收器1的浓溶液吸收冷剂蒸汽并放热于被加热介质，得到的稀溶液经第一溶液热交换器2后进入第一发生器3，余热介质流经第一发生器3加热进入其内的稀溶液释放并向第一冷凝器5提供冷剂蒸汽，得到的浓溶液经第一溶液泵4和第一溶液热交换器2进入第一吸收器1，进入第一冷凝器5的冷剂蒸汽放热后得到的冷剂液经冷剂液泵6后进入第一蒸发器7，余热介质流经第一蒸发器7并加热进入其内的冷剂液成冷剂蒸汽并向第一吸收器1提供，完成单级第二类吸收式热泵循环；进入第一冷凝器5的制冷剂介质吸热、蒸发后成制冷剂蒸气并向压缩机提供，压缩机出口的高温高压制冷剂蒸气进入第二蒸发器10，放热冷凝后得到制冷剂液，该部分制冷剂液经第一节流阀9节流后进入第一冷凝器5，完成压缩式热泵循环；进入第二吸收器11的浓溶液吸收冷剂蒸汽并放热于被加热介质，得到的稀溶液经第二溶液泵12和第二溶液热交换器13进入第二发生器14，驱动热介质流经第二发生器14并加热进入其内的稀溶液释放并向第二冷凝器15提供冷剂蒸汽，得到的浓溶液经第二溶液热交换器13进入第二吸收器11，进入第二冷凝器15的冷剂蒸汽放热于被加热介质，得到的冷剂液经第二节流阀16进入第二蒸发器10，吸热后得到的冷剂蒸汽向第二吸收器11提供，完成单级第一类吸收式热泵循环；上述三个独立的循环有机结合，构成单级压缩单级吸收式复合热泵循环。
第一冷凝器5既是单级第二类吸收式热泵的冷凝器又是压缩式热泵的蒸发器，第二蒸发器10既是第一类吸收式热泵的蒸发器又是压缩式热泵的冷凝器。
本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的单级压缩单级吸收式复合热泵具有如下的效果和优势：
①在环境温度较高时，可以利用较低温度的余热来制热；
②可以充分利用高温驱动热来实现对低温度的余热的充分利用；
③当采用第一类吸收式热泵和第二类吸收式热泵依次完成对被加热介质的加热时，可以降低对驱动热介质的温度需求；
④复合热泵结构简单，三个热泵循环的运行相互影响又相互独立，操作方便，维修容易，可行性高。
举个例子来具体说明本发明所带来的实际效果：
某处有大量55℃的低温乏汽，该处有工艺需要将某物料自65℃升高至75℃，原来的工艺是采用0.3Mpa、135℃的低压蒸汽直接进行加热，由于地理原因，此处环境温度一般为40℃。
①若仅采用压缩式热泵工艺，由于供热温度超过了压缩式热泵的供热上限，故压缩式热泵无法完成该任务，即节能率为0；
②若仅采用以LiBr-水为工质对单级第二类吸收式热泵，取蒸发温度为50℃，该环境温度下，单级第二类吸收式热泵最高供热温度仅为63℃，根本无法完成对物料的加热，故节能率为0；
③若仅采用单级第一类吸收式热泵，以低温乏汽为余热源，取蒸发温度为50℃，可以完成加热任务，单级第一类吸收式热泵的COP约为1.8，节能率为44.4%；
④若采用本发明所提供的技术方案，则可将第二类吸收式热泵发生器冷剂蒸汽饱和温度降至21℃，这一温度显然无法放热给环境，但它足以作为压缩式热泵的蒸发温度，利用压缩式热泵再将该部分热量提升至45℃后进入第一类吸收式热泵的蒸发器以作为其余热介质，经计算，单级第一类吸收式热泵和单级第二类吸收式热泵都可完成对物料的加热，其中单级第一类吸收式热泵的COP约为1.7，单级第二类吸收式热泵的COP约为0.47，采用R134a做为压缩式热泵的制冷剂，该工况下压缩机压比为2.1，制热的COP约为8，则本发明提供的方案在此案例中的综合COP约为2.24，节能率约为55.3%，节能率约是方案③的1.25倍。

Claims (2)

1.单级压缩单级吸收式复合热泵，由第一吸收器，第一溶液热交换器，第一发生器，第一溶液泵，第一冷凝器，冷剂液泵，第一蒸发器，压缩机，第一节流阀，第二蒸发器，第二吸收器，第二溶液泵，第二溶液热交换器，第二发生器，第二冷凝器，第二节流阀所组成，其中第一吸收器，第一溶液热交换器，第一发生器，第一溶液泵，第一冷凝器，冷剂液泵和第一蒸发器构成经典的单级第二类吸收式热泵，第一冷凝器、压缩机，第一节流阀和第二蒸发器构成压缩式热泵，其中第一冷凝器做为压缩式热泵的蒸发器，第二蒸发器做为压缩式热泵的冷凝器，第二蒸发器，第二吸收器，第二溶液泵，第二溶液热交换器，第二发生器，第二冷凝器，第二节流阀构成经典的第一类吸收式热泵，第一发生器和第一蒸发器还有余热介质管路与外部连通，第二发生器还有驱动热介质管路与外部连通，第一吸收器、第二吸收器和第二冷凝器还分别有被加热介质管路与外部连通，构成单级压缩单级吸收式复合热泵。
2.本发明所述的单级压缩单级吸收式复合热泵，其特征在于第一冷凝器既是单级第二类吸收式热泵的冷凝器又是压缩式热泵的蒸发器，第二蒸发器既是第一类吸收式热泵的蒸发器又是压缩式热泵的冷凝器。
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