CN106440475B - 二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组，属于空调设备技术领域。包括：第一冷凝器（1）、第一发生器（2）、第二冷凝器（3）、第二发生器（4）、第一热交换器（5）、第二热交换器（6）、第一吸收器（7）、第一蒸发器（8）、第二吸收器（9）、第二蒸发器（10）、第一冷剂泵（11）、第一溶液泵（12）、第二溶液泵（13）和第二冷剂泵（14），这些部件构成两个独立的单效制冷循环；高温热源流经第一发生器（2）和第二发生器（4）；低温水流经第一蒸发器（8）；中温水是串联流经第二蒸发器（10）、第一吸收器（7）、第二吸收器（9）、第一冷凝器（1）和第二冷凝器（3）。本机组可减少复叠式机组中第二蒸发器的制冷量，从而提高整个机组的COP。

Description

二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组
技术领域
本发明涉及一种二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组。属于空调设备技术领域。
背景技术
现有的二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组（以下简称复叠式单效机组，或机组）如图1所示，由第一冷凝器1、第一发生器2、第二冷凝器3、第二发生器4、第一热交换器5、第二热交换器6、第一吸收器7、第一蒸发器8、第二吸收器9、第二蒸发器10、第一冷剂泵11、第一溶液泵12、第二溶液泵13、第二冷剂泵14、循环水水泵15和控制系统（图中未示出）及连接各部件的管路、阀所构成。其中第一冷凝器1、第一发生器2、第一热交换器5、第一吸收器7、第一蒸发器8、第一冷剂泵11和第一溶液泵12构成第一单效制冷循环；而第二冷凝器3、第二发生器4、第二热交换器6、第二吸收器9、第二蒸发器10、第二冷剂泵14和第二溶液泵13构成第二单效制冷循环。低温水（制冷机组的冷水或热泵机组的余热水，下同）流经第一蒸发器8降温；中温水（制冷机组的冷却水或热泵机组的热水，下同）流经第二吸收器9和第二冷凝器3、第一冷凝器1升温；高温驱动热源流经第一发生器2和第二发生器4，释放放热量驱动整个机组运行；另外还有一路循环水由循环水水泵15驱动，在第一吸收器7和第二蒸发器10之间闭式循环。机组运行时，第一制冷循环在流经第一发生器2的高温热源驱动下对流经第一蒸发器8的低温水进行制冷，热量进入流经第一冷凝器1的中温水和流经第一吸收器7的循环水；而第二制冷循环则在流经第二发生器4的高温热源驱动下对流经第二蒸发器10的循环水进行制冷，热量进入流经第二冷凝器3和第二吸收器9的中温水。
在复叠式单效机组中，从流经第一蒸发器8的低温水中提取出的热量是先进入流经第一吸收器7的闭式循环水中，然后在第二蒸发器10中再将该闭式循环水中的热量提取出来后才能进入流经第二吸收器9的中温水中。也就是说，复叠式单效机组为了将低温水中的热量提取出来进入中温水中，除了需要消耗高温驱动热能、利用溴化锂吸收式单效制冷原理对流经第一蒸发器8的低温水制冷（即提取出其中的热量，下同）外，还同样需要消耗高温驱动热能、利用溴化锂吸收式单效制冷原理对流经第二蒸发器10的闭式循环水制冷。闭式循环水在第二蒸发器10中释放的热量（也称制冷量）就是其在第一吸收器7中吸收的热量，对于溴化锂吸收式机组来说，吸收器中的换热量大约是对应蒸发器制冷量的1.2倍。因此，复叠式单效机组为了将低温水中的热量提取出来进入中温水中，需要消耗高温驱动热能、利用溴化锂吸收式单效制冷原理同时对低温水和循环水进行制冷，制冷量约是低温水热量的2.2倍，假设溴化锂吸收式单效制冷机组的COP是0.8，则复叠式单效机组的COP约是0.8÷2.2=0.364。如果要提高复叠式单效机组的COP，一种途径是尽可能提升单效制冷循环的效率（即COP），如增大换热面积来降低热交换器的换热端差等，还有一种途径就是减少第二蒸发器10的制冷需求。
发明内容
本发明的目的就是通过减少第二蒸发器10的制冷需求，来提高复叠式单效机组的COP。
本发明的目的是这样实现的：一种二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组，包括：第一冷凝器、第一发生器、第二冷凝器、第二发生器、第一热交换器、第二热交换器、第一吸收器、第一蒸发器、第二吸收器、第二蒸发器、第一冷剂泵、第一溶液泵、第二溶液泵和第二冷剂泵，第一冷凝器、第一发生器、第一热交换器、第一吸收器、第一蒸发器、第一冷剂泵和第一溶液泵构成第一单效制冷循环，第二冷凝器、第二发生器、第二热交换器、第二吸收器、第二蒸发器、第二冷剂泵和第二溶液泵构成第二单效制冷循环。高温驱动热源流经第一发生器和第二发生器，释放放热量驱动整个机组运行；低温水流经第一蒸发器降温；中温水是先串联流经第二蒸发器和第一吸收器先降温后升温，然后再任意顺序串联、串并联或并联流经第二吸收器、第一冷凝器和第二冷凝器；其也可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器和第一吸收器，另一路任意顺序串联、串并联或并联流经第二吸收器、第一冷凝器和第二冷凝器；其还可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器和第一吸收器后，再流经第二吸收器、第一冷凝器和第二冷凝器中的任意一个，另一路则任意顺序串联或并联流经第二吸收器、第一冷凝器和第二冷凝器中其余的两个；其还可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器和第一吸收器后，再任意顺序串联或并联流经第二吸收器、第一冷凝器和第二冷凝器中的任意两个，另一路则流经第二吸收器、第一冷凝器和第二冷凝器中剩余的那个；其还可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器和第一吸收器，另一路流经第二吸收器、第一冷凝器和第二冷凝器中的任意一个后，两路水汇合，再任意顺序串联或并联流经第二吸收器、第一冷凝器和第二冷凝器中其余的两个；还可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器和第一吸收器，另一路任意顺序串联或并联流经第二吸收器、第一冷凝器和第二冷凝器中的任意两个后，两路水汇合，再流经第二吸收器、第一冷凝器和第二冷凝器中剩余的那个。
本发明的有益效果是：
与现有的复叠式单效机组相比，本发明取消了闭式循环水及水泵，改为从中温水中分出一路（或全部）来替代该闭式循环水，该路中温水先在第二蒸发器中降温后再进入第一吸收器中升温。对于一些工况的复叠式单效机组，经第一吸收器升温后的这一路中温水，其温度可以高于中温水进机组的温度，也就是说这一路中温水在第一吸收器中吸收的热量可以大于其在第二蒸发器中释放的热量，换句话说就是第二蒸发器的制冷量可以小于第一吸收器的换热量，从而减少了整个复叠式单效机组需要消耗高温热源、利用溴化锂吸收式单效制冷原理来进行制冷的制冷量，从而可以提高复叠式单效机组的COP。
以低温水进出口温度12/7℃、中温水进出口温度43/53℃为例，由于溴化锂稀溶液浓度的原因，43℃的中温水不适合直接进入第一吸收器7。但采用本专利的复叠式单效机组将一部分43℃的中温水在第二蒸发器10中降温至36℃左右后，该部分中温水可以进入第一吸收器7中，并且在第一吸收器7中其温度可以提升到46℃左右。该部分中温水在第一吸收器7中的温升是10℃，而其在第二蒸发器10中的温降是7℃，即第二蒸发器10的制冷量约只有第一吸收器7换热量的70%，按第一吸收器7的换热量是第一蒸发器8制冷量的1.2倍考虑，则第二蒸发器10的制冷量约只有第一蒸发器8制冷量的0.84倍。也就是说采用本专利的复叠式单效机组后，需要消耗高温驱动热能、利用溴化锂吸收式单效制冷原理来制冷的总制冷量约只有第一蒸发器8低温水制冷量的1.84倍，仍假设溴化锂吸收式单效制冷机组的COP是0.8，则本专利复叠式单效机组的COP可达到约0.8÷1.84=0.435，与现有复叠式机组的0.364相比，提升了约19.4%。
附图说明
图1为以往二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组的工作原理图。
图2为本发明二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组的一种应用实例。
图3为本发明二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组的另一种应用实例。
图4为本发明二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组的第三种应用实例。
图中附图标记：
第一冷凝器1、第一发生器2、第二冷凝器3、第二发生器4、第一热交换器5、第二热交换器6、第一吸收器7、第一蒸发器8、第二吸收器9、第二蒸发器10、第一冷剂泵11、第一溶液泵12、第二溶液泵13、第二冷剂泵14、循环水水泵15。
低温水进A1，低温水出A2，中温水进B1，中温水出B2，热源进C1，热源出C2。
图2为本发明所涉及的二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组（以下简称复叠式单效机组，或机组）的一种应用实例图，该机组由第一冷凝器1、第一发生器2、第二冷凝器3、第二发生器4、第一热交换器5、第二热交换器6、第一吸收器7、第一蒸发器8、第二吸收器9、第二蒸发器10、第一冷剂泵11、第一溶液泵12、第二溶液泵13和第二冷剂泵14，第一冷凝器1、第一发生器2、第一热交换器5、第一吸收器7、第一蒸发器8、第一冷剂泵11和第一溶液泵12构成第一单效制冷循环，第二冷凝器3、第二发生器4、第二热交换器6、第二吸收器9、第二蒸发器10、第二冷剂泵14和第二溶液泵13构成第二单效制冷循环。低温水流经第一蒸发器8降温；中温水串联流经第二蒸发器10、第一吸收器7、第二吸收器9、第二冷凝器3和第一冷凝器1（先降温后升温）；高温驱动热源串联流经第一发生器2和第二发生器4，释放放热量驱动整个机组运行。机组运行时，第二制冷循环对流经第二蒸发器10的中温水进行制冷，即：流经第二蒸发器10传热管中的中温水被由第二冷剂泵14抽出后从第二蒸发器10顶部喷下的冷剂水换热降温，而冷剂水本身则汽化成冷剂蒸汽后进入第二吸收器9，被其中的溴化锂溶液吸收并释放热量加热流经其传热管中的中温水，第二吸收器9中的溴化锂溶液在吸收冷剂蒸汽后浓度变稀，被第二溶液泵13抽出，经第二热交换器6换热升温后再进入第二发生器4中被高温热源加热浓缩，浓缩出来的冷剂蒸汽进入第二冷凝器3中被中温水降温冷凝，冷凝成的冷剂水返回到第二蒸发器10；而浓缩后的浓溶液则经第二热交换器6换热降温后重新回到第二吸收器9吸收冷剂蒸汽。与此同时，在第一制冷循环中，低温水流经第一蒸发器8，被由第一冷剂泵11抽出后从第一蒸发器8顶部喷下的冷剂水换热降温，冷剂水本身则汽化成冷剂蒸汽后进入第一吸收器7，被其中的溴化锂溶液吸收并释放热量加热流经其传热管中的中温水，第一吸收器7中的溴化锂溶液在吸收冷剂蒸汽后浓度变稀，被第一溶液泵12抽出，经第一热交换器5换热升温后再进入第一发生器2中被高温热源加热浓缩，浓缩出来的冷剂蒸汽进入第一冷凝器1中，被中温水降温冷凝，冷凝成的冷剂水返回到第一蒸发器8中；而浓缩后的浓溶液则经第一热交换器5换热降温后重新回到第一吸收器7吸收冷剂蒸汽。
图2所示的二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组中，中温水是串联流经第二蒸发器10、第一吸收器7、第二吸收器9、第二冷凝器3和第一冷凝器1；其也可以是先串联流经第二蒸发器10和第一吸收器7，然后再任意顺序串联、串并联或并联流经第二吸收器9、第一冷凝器1和第二冷凝器3；其也可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器10和第一吸收器7，另一路任意顺序串联、串并联或并联流经第二吸收器9、第一冷凝器1和第二冷凝器3（如图3）；其还可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器10和第一吸收器7后，再流经第二吸收器9、第一冷凝器1和第二冷凝器3中的任意一个，另一路则任意顺序串联或并联流经第二吸收器9、第一冷凝器1和第二冷凝器3中其余的两个（如图4）；其还可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器10和第一吸收器7后，再任意顺序串联或并联流经第二吸收器9、第一冷凝器1和第二冷凝器3中的任意两个，另一路则流经第二吸收器9、第一冷凝器1和第二冷凝器3中剩余的那个；其还可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器10和第一吸收器7，另一路流经第二吸收器9、第一冷凝器1和第二冷凝器3中的任意一个后，两路水汇合，再任意顺序串联或并联流经第二吸收器9、第一冷凝器1和第二冷凝器3中其余的两个；还可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器10和第一吸收器7，另一路任意顺序串联或并联流经第二吸收器9、第一冷凝器1和第二冷凝器3中的任意两个后，两路水汇合，再流经第二吸收器9、第一冷凝器1和第二冷凝器3中剩余的那个。
图3为本发明所涉及的二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组（以下简称复叠式单效机组，或机组）的另一种应用实例图，该机组的构成以及工作流程与图2所示机组相同，仅中温水流程有区别：中温水分两路，一路串联流经第二蒸发器10和第一吸收器7（先降温后升温），另一路分两股，一股流经第二吸收器9，另一股则串联流经第二冷凝器3和第一冷凝器1。
图4为本发明所涉及的二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组（以下简称复叠式单效机组，或机组）的第三种应用实例图，该机组的构成以及工作流程与图2所示机组相同，仅中温水流程有区别：中温水分两路，一路串联流经第二蒸发器10、第一吸收器7和第二吸收器9（先降温后升温），另一路则串联流经第二冷凝器3和第一冷凝器1。

Claims (1)

1.一种二段复叠式单效溴化锂吸收式制冷热泵机组，包括：第一冷凝器（1）、第一发生器（2）、第二冷凝器（3）、第二发生器（4）、第一热交换器（5）、第二热交换器（6）、第一吸收器（7）、第一蒸发器（8）、第二吸收器（9）、第二蒸发器（10）、第一冷剂泵（11）、第一溶液泵（12）、第二溶液泵（13）和第二冷剂泵（14），第一冷凝器（1）、第一发生器（2）、第一热交换器（5）、第一吸收器（7）、第一蒸发器（8）、第一冷剂泵（11）和第一溶液泵（12）构成第一单效制冷循环，第二冷凝器（3）、第二发生器（4）、第二热交换器（6）、第二吸收器（9）、第二蒸发器（10）、第二冷剂泵（14）和第二溶液泵（13）构成第二单效制冷循环；高温热源流经第一发生器（2）和第二发生器（4）；低温水流经第一蒸发器（8）；其特征在于：中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器（10）和第一吸收器（7），另一路顺序串联、串并联或并联流经第二吸收器（9）、第一冷凝器（1）和第二冷凝器（3）；或者：中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器（10）和第一吸收器（7）后，再流经第一冷凝器（1）和第二冷凝器（3）中的任意一个，另一路则顺序串联或并联流经第二吸收器（9）以及第一冷凝器（1）和第二冷凝器（3）中另一个；或者：中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器（10）和第一吸收器（7）后，再任意顺序串联或并联流经第一冷凝器（1）和第二冷凝器（3），另一路则流经第二吸收器（9）；或者：中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器（10）和第一吸收器（7），另一路流经第二吸收器（9），两路水汇合，再任意顺序串联或并联流经第一冷凝器（1）和第二冷凝器（3）；或者：中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器（10）和第一吸收器（7），另一路顺序串联或并联流经第二吸收器（9）以及第一冷凝器（1）和第二冷凝器（3）中的任意一个后，两路水汇合，再流经第一冷凝器（1）和第二冷凝器（3）中剩余的那个。
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