CN103604243A - 一种喷淋型空气源吸收式热泵 - Google Patents

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Abstract

一种喷淋型空气源吸收式热泵,属于供热技术领域。该喷淋型空气源吸收式热泵包括发生器、吸收器、冷凝器、载冷剂再生装置、喷淋塔、溶液热交换器、溶液泵和节流阀;本发明采用现有集中供热系统或燃料直接燃烧驱动吸收式热泵,通过喷淋型蒸发器从空气中提取低品位热能,提高了供热的一次能源效率,降低了污染物排放。与传统空气源热泵相比,冬季没有结霜的风险,保障了供热的可靠性,减少了风冷换热器面积。利用自身排烟或者吸收式热泵冷冻方法,不仅可以实现载冷剂的连续再生、减少了载冷剂用量,还大大降低了载冷剂再生能耗。本发明对于供热和生活热水的制备具有明显的节能减排效果。

Description

一种喷淋型空气源吸收式热泵
技术领域
本发明涉及一种喷淋型空气源吸收式热泵,用于采暖和生活热水,冬季从低温空气中高效取热,并通过自身排烟或者吸收式热泵冷冻方式对载冷剂进行连续再生,特别适用于冬季气温较低的地区,属于供热领域。
背景技术
我国建筑供热能耗很大,从1996到2008年,北方城镇采暖能耗从7200万吨标煤增加到15300万吨标煤,已经占建筑总能耗的23%。随着我国城市的高速发展和人民生活水平的不断提高,必然带来各种用能设备数量和服务水平需求的增长,其能耗还将会大幅度提升。我国北方供热主要基于化石燃料燃烧,除热电联产外,主要依靠不同规模的锅炉,这种供热方式存在着能效低、污染大、能源高质低用等不足,尤其是燃煤锅炉。燃煤锅炉大量排放的污染物也被认为是城市PM2.5、PM10等污染的主要来源之一,是治理城市雾霾天气需要急迫解决的问题。
近年来,基于蒸汽压缩式热泵的供热系统得到了广泛的应用,包括地源热泵和空气源热泵,但是用于北方寒冷地区暴露出了较多的问题。比如地源热泵的土壤热不平衡问题会导致土壤温度的下降和制热性能的严重衰减;此外,地源热泵的地埋管换热器不仅施工难度大、初投资高,而且还需要占用较大的土地面积。对于空气源热泵,由于其结构简单而越来越多的应用与供热、空调和生活热水。然而,传统空气源用于冬天制热时会出现结霜的问题,导致系统制热性能系数和制热量都会大幅衰减,从而造成较大的供热能耗、甚至降低供热的可靠性。除此之外,风冷蒸发器需要较大的换热器面积而造成的高投资也是限制其大面积推广的一个重要因素。
发明内容
基于上述问题,本发明提出一种喷淋型空气源吸收式热泵,该热泵以热网、锅炉和燃料等作为驱动热源,通过喷淋型蒸发器从低温空气中提取显热和潜热,能够显著提高现有供热系统的一次能源效率,同时也能有效降低污染物排放。喷淋型蒸发器不仅没有风冷蒸发器的结霜风险,还大大降低了所需的换热器面积。并通过自身排烟或者冷冻再生用吸收式热泵对喷淋后被稀释了的载冷剂进行再生,从而实现全年稳定、高效运行。
本发明的下技术方案如下:
一种喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述喷淋型空气源吸收式热泵包括发生器、吸收器、冷凝器、载冷剂再生装置、喷淋塔、喷淋型蒸发器、溶液热交换器、溶液泵、第一节流阀和第二节流阀;所述发生器的溶液出口依次与溶液热交换器的热端、第一节流阀和吸收器溶液入口相连;所述吸收器溶液出口依次与溶液泵、溶液热交换器的冷端和发生器的溶液入口相连;所述发生器的蒸汽出口依次与冷凝器、第二节流阀、喷淋型蒸发器和吸收器的蒸汽入口相连;所述喷淋型蒸发器置于喷淋塔内;所述喷淋塔的塔体内部由上到下依次为喷淋塔风机、挡液板、喷淋装置、喷淋型蒸发器和集液盘;所述集液盘的出口依次与载冷剂泵、第二阀门、载冷剂再生装置和喷淋装置相连;;所述载冷剂再生装置和第二阀门构成的支路与第一阀门所在支路并联;供热和生活热水从热水支路入口流入,经冷凝器和吸收器依次加热后,再从吸收器上的热水支路出口流出,送至用户使用。
本发明所述的喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述喷淋塔为开式喷淋塔或闭式喷淋塔。
本发明所述的喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述的喷淋型蒸发器是载冷剂—空气—制冷剂三种介质的换热器,其中,空气和载冷剂在换热器外侧流动,制冷剂在换热器内侧流动。
本发明所述的喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:在热水支路入口前增设烟气换热器,待加热的水被高温烟气预热后进入冷凝器。
本发明所述的喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述载冷剂再生装置可以是太阳能再生、烟气余热再生或吸收式热泵冷冻再生系统。
本发明所述的喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述载冷剂再生装置内的载冷剂可为凝固点比水低的各种溶液。
本发明所述的喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述喷淋型空气源吸收式热泵的循环形式包括多级循环、单效循环、多效循环、GAX循环以及这些循环的改进型。
本发明所述的喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述喷淋型空气源吸收式热泵的驱动热源包括太阳能、地热能、废热、蒸汽、高温热水、化石燃料和生物质能中的一种或几种的组合。
本发明与现有供热系统相比具有如下优点:
①采用现有集中供热系统或者燃料直接燃烧驱动吸收式热泵,从空气中提取显热和潜热;与基于燃料燃烧的系统相比,提高了供热的一次能源效率,降低了污染物排放;与基于电力驱动的蒸汽压缩式热泵系统相比,大面积应用后不会增加电网压力,且采用天然制冷剂有利于臭氧层的保护;
②喷淋型蒸发器通过载冷剂喷淋从低温空气中提取显热和潜热,与普通空气源热泵相比,没有结霜的风险,保障了供热的可靠性;
③喷淋型蒸发器不仅结构简单,且换热系数也较高,与普通空气源热泵相比减少了风冷换热器面积,与地源热泵相比降低了地埋管投资和占地面积;
④对于直燃型或者区域锅炉驱动的吸收式热泵,可以利用排烟对热水进行预热或者作为载冷剂的再生热源,实现了排烟热回收,进一步提高了供热系统能效;
⑤除了利用排烟或者太阳能外,还可以利用基于吸收式热泵的冷冻再生装置,不仅可以实现载冷剂的连续再生、减少了载冷剂用量,还充分利用了空气中的水蒸气从气态变为液态再变为固态的相变潜热,大大提高了系统的供热效率。
总的来说,本发明既能提高现有基于燃料燃烧的供热系统的一次能源效率,又能提高普通空气源热泵系统的供热可靠性,相比普通空气源热泵和地源热泵还能降低初投资,是一种既节能又经济的供热和生活热水制取系统。
附图说明
图1是本发明提供的一种喷淋型空气源吸收式热泵的结构原理图。
图2是本发明中利用烟气余热对热水预热的实施例示意图。
图3是本发明中利用烟气余热对载冷剂进行再生的实施例示意图。
图4是本发明中利用吸收式热泵冷冻再生、空气冷却的实施例示意图。
图5是本发明中利用吸收式热泵冷冻再生、预热热水的实施例示意图。
图6是本发明中利用吸收式热泵冷冻再生、再热载冷剂的实施例示意图。
其中:1-驱动热源出口;2-驱动热源入口;3-发生器;4-溶液热交换器;5-溶液泵;6-第一节流阀;7-吸收器;8-热水支路入口;9-热水支路出口;10-冷凝器;11-第二节流阀;12-喷淋塔;13-载冷剂再生装置;14-第一阀门;15-第二阀门;16-载冷剂泵;17-喷淋型蒸发器;18-喷淋装置;19-挡液板;20-喷淋塔风机;21-塔体;22-集液盘;23-烟气换热器;24-烟气入口;25-烟气出口;26-再生泵;27-再生塔;28-冷冻再生用吸收式热泵;29-排冰口;30-冷冻再生用风机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构和运行方式做进一步说明。
图1是本发明提供的一种喷淋型空气源吸收式热泵的结构原理图,包括发生器3、吸收器7、冷凝器10、载冷剂再生装置13、喷淋塔12、溶液热交换器4、溶液泵5、第一节流阀6和第二节流阀11;所述发生器3的溶液出口依次与溶液热交换器4的热端、第一节流阀6和吸收器7溶液入口相连;所述吸收器7溶液出口依次与溶液泵5、溶液热交换器4的冷端和发生器3的溶液入口相连;所述发生器3的蒸汽出口依次与冷凝器10、第二节流阀11、喷淋型蒸发器17和吸收器7的蒸汽入口相连;所述喷淋型蒸发器17置于喷淋塔12内;所述喷淋塔12的塔体21内部由上到下依次为喷淋塔风机20、挡液板19、喷淋装置18、喷淋型蒸发器17和集液盘22;所述集液盘22的出口依次与载冷剂泵16、第二阀门15、载冷剂再生装置13和喷淋装置18相连;所述载冷剂再生装置13和第二阀门15构成的支路与第一阀门14所在支路并联。供热和生活热水从热水支路入口8流入,经冷凝器10和吸收器7依次加热后,再从吸收器7上的热水支路出口9流出,送至用户使用。
本发明所述喷淋塔12可为开式喷淋塔或闭式喷淋塔;所述的喷淋型蒸发器17是载冷剂—空气—制冷剂三种介质的换热器,其中,空气和载冷剂在换热器外侧流动,制冷剂在换热器内侧流动,外界空气流过循环喷淋的载冷剂,将空气的显热和潜热转移到载冷剂中,载冷剂再将热量传递给换热器内侧的制冷剂,使制冷剂蒸发吸热。所述载冷剂再生装置13可以是太阳能再生、烟气余热再生或吸收式热泵冷冻再生系统;所述载冷剂再生装置13内的载冷剂可为凝固点比水低的各种溶液;所述喷淋型空气源吸收式热泵的循环形式包括多级循环、单效循环、多效循环、GAX(generator absorber heat exchange)循环以及这些循环的改进型;所述喷淋型空气源吸收式热泵的驱动热源包括太阳能、地热能、废热、蒸汽、高温热水、化石燃料和生物质能中的一种或几种的组合。
图2是本发明中利用烟气余热对热水预热的实施例示意图,在图1的基础上增加了烟气换热器23,待加热的水在进入冷凝器10之前首先被高温烟气预热;高温烟气由烟气入口24进入烟气换热器23,将待加热的水进行预热后从烟气出口25排出。该模式适用于有排烟余热可以利用的场合,如直燃型吸收式热泵或者由锅炉驱动的吸收式热泵。
图3是本发明中利用烟气余热对载冷剂进行再生的实施例示意图,是在图1的基础上增加了烟气换热器23。所述的载冷剂再生装置13包括烟气换热器23、再生泵26和再生塔27;所述集液盘22的出口依次经载冷剂泵16、第二阀门15、烟气换热器23、再生塔27和再生泵26与喷淋装置18相连。该模式适用于有排烟余热可以利用、但是该余热又不适合或者不足以用于预热热水的场合。因此,与图2不同的是,排烟余热并不是直接用于预热热水,而是用于作为载冷剂再生装置13的部分或全部热源。在该模式中,排烟从烟气入口24进入烟气换热器23,然后从烟气出口25排出;从载冷剂泵16出来的稀载冷剂的一部分通过第二阀门15进入烟气换热器23,吸收热量后再进入再生塔27进行再生,浓缩后的载冷剂通过再生泵26回到喷淋装置18进行循环喷淋。该模式明显降低了载冷剂再生所需的能耗,从而也提高了系统的供热效率。
图4是本发明中利用吸收式热泵冷冻再生、空气冷却的实施例示意图,在图1的基础上增加了冷冻再生用吸收式热泵28、排冰口29和冷冻再生用风机30,所增加的部件即构成了载冷剂再生装置13。从载冷剂泵16出口稀载冷剂的一部分通过第二阀门15进入冷冻再生用吸收式热泵28的蒸发侧,被冷冻后析出的冰经过适当处理可以从排冰口29排出并收集,析出冰后的载冷剂则变为浓载冷剂,回到喷淋装置18进行循环喷淋;冷冻再生用吸收式热泵28的冷凝和吸收侧的排热量则由外界低温空气带走。该模式将空气中凝结到载冷剂中的水分凝固为冰,充分利用了水的相变潜热;此外,利用外界低温空气作为冷冻再生用吸收式热泵28的冷却介质,具有很高的再生效率,从而也提高了系统的供热效率。
图5是本发明中利用吸收式热泵冷冻再生、预热热水的实施例示意图,在图1的基础上增加了冷冻再生用吸收式热泵22和排冰口29,所增加的部件即构成了载冷剂再生装置13。从载冷剂泵16出来的稀载冷剂的一部分通过第二阀门15进入冷冻再生用吸收式热泵28的蒸发侧,被冷冻后析出的冰经过适当处理可以从排冰口29排出并收集,析出冰后的载冷剂则变为浓载冷剂,回到喷淋装置18进行循环喷淋;冷冻再生用吸收式热泵22的冷凝和吸收侧的排热量则用于预热进入冷凝器10之前的热水。与图4所示运行模式相比,该模式中冷冻再生用吸收式热泵22的效率略低,但是由于冷冻再生用吸收式热泵22的排热量全部直接用于加热所需热水,所以整个供热系统也具有较高的供热效率。
图6是本发明中利用吸收式热泵冷冻再生、再热载冷剂的实施例示意图,在图1的基础上增加了再生泵26、冷冻再生用吸收式热泵28和排冰口29,所增加的部件即构成了载冷剂再生装置13。与图5所示运行模式相比,该模式中冷冻再生用吸收式热泵28的排热量用于加热冷冻再生后的浓载冷剂,即载冷剂通过第二阀门15进入冷冻再生用吸收式热泵28被再生后又被加热,然后才通过再生泵26回到喷淋装置18进行循环喷淋。该模式比图4和图5所示模式多出了一个再生泵26,这是考虑到载冷剂在冷冻再生用吸收式热泵28经过了较多的换热器,阻力稍大。该模式由于再生后的载冷剂温度较高,因此抬高了喷淋到蒸发器17上的载冷剂整体温度,从而提高了供热系统的供热效率。

Claims (8)

1.一种喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述喷淋型空气源吸收式热泵包括发生器(3)、吸收器(7)、冷凝器(10)、载冷剂再生装置(13)、喷淋塔(12)、溶液热交换器(4)、溶液泵(5)、第一节流阀(6)和第二节流阀(11);所述发生器(3)的溶液出口依次与溶液热交换器(4)的热端、第一节流阀(6)和吸收器(7)溶液入口相连;所述吸收器(7)溶液出口依次与溶液泵(5)、溶液热交换器(4)的冷端和发生器(3)的溶液入口相连;所述发生器(3)的蒸汽出口依次与冷凝器(10)、第二节流阀(11)、喷淋型蒸发器(17)和吸收器(7)的蒸汽入口相连;所述喷淋型蒸发器(17)置于喷淋塔(12)内;所述喷淋塔(12)的塔体(21)内部由上到下依次为喷淋塔风机(20)、挡液板(19)、喷淋装置(18)、喷淋型蒸发器(17)和集液盘(22);所述集液盘(22)的出口依次与载冷剂泵(16)、第二阀门(15)、载冷剂再生装置(13)和喷淋装置(18)相连;所述载冷剂再生装置(13)和第二阀门(15)构成的支路与第一阀门(14)所在支路并联;供热和生活热水从热水支路入口(8)流入,经冷凝器(10)和吸收器(7)依次加热后,再从吸收器(7)上的热水支路出口(9)流出,送至用户使用。
2.根据权利要求1所述的一种喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述喷淋塔(12)为开式喷淋塔或闭式喷淋塔。
3.根据权利要求1或2所述的一种喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述的喷淋型蒸发器(17)是载冷剂—空气—制冷剂三种介质的换热器,其中,空气和载冷剂在换热器外侧流动,制冷剂在换热器内侧流动。
4.根据权利要求1或2所述的一种喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:在热水支路入口(8)前增设烟气换热器(23),待加热的水被高温烟气预热后进入冷凝器(10)。
5.根据权利要求1或2所述的一种喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述载冷剂再生装置(13)采用太阳能再生、烟气余热再生或吸收式热泵冷冻再生系统。
6.根据权利要求1或2所述的一种喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述载冷剂再生装置(13)内的载冷剂为凝固点比水低的各种溶液。
7.根据权利要求1所述的一种喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述喷淋型空气源吸收式热泵的循环形式包括多级循环、单效循环、多效循环、GAX循环以及这些循环的改进型。
8.根据权利要求1所述的一种喷淋型空气源吸收式热泵,其特征在于:所述喷淋型空气源吸收式热泵的驱动热源包括太阳能、地热能、废热、蒸汽、高温热水、化石燃料和生物质能中的一种或几种的组合。
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