CN106440476B - 二段独立复叠式双效溴化锂吸收式制冷热泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二段独立复叠式双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：低压发生器（1）、高压发生器（2）、冷凝器（3）、高温热交换器（4）、低温热交换器（5）、第一吸收器（6）、第一蒸发器（7）、第二吸收器（8）、第二蒸发器（9）、冷剂水换热器（16），第一吸收器（6）、高温热交换器（4）和高压发生器（2）构成一路溶液循环，第二吸收器（8）、低温热交换器（5）和低压发生器（1）构成另一路溶液循环；中温水是分三路，一路串联流经第二蒸发器（9）和第一吸收器（6），另两路分别流经第二吸收器（8）和冷凝器（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

二段独立复叠式双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独立复叠式双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

现有的复叠式双效溴化锂吸收式制冷/热泵机组（以下简称复叠式双效机组，或机组）如图1所示，由低压发生器1、高压发生器2、冷凝器3、高温热交换器4、低温热交换器5、第一吸收器6、第一蒸发器7、第二吸收器8、第二蒸发器9、第一冷剂泵10、第一溶液泵11、冷剂连通管12、循环水水泵13和控制系统（图中未示出）及连接各部件的管路、阀所构成。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7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8和冷凝器3升温；高温驱动热源流经高压发生器2，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13驱动，在第一吸收器6和第二蒸发器9之间闭式循环。机组运行时，被第一冷剂泵10抽出从第一蒸发器7顶部喷下的冷剂水吸收流经第一蒸发器7传热管中低温水的热量，汽化后进入第一吸收器6，被其中的溴化锂浓溶液吸收，并释放热量加热流经第一吸收器6传热管中的循环水；温度升高后的循环水被循环水水泵13送入第二蒸发器9的传热管中，被由第一冷剂泵10抽出后从顶部喷下的冷剂水换热降温，温度降低后再重新回到第一吸收器6中吸收溶液释放的热量，而第二蒸发器9中的冷剂水吸收热量后汽化并进入第二吸收器8，被其中的溴化锂溶液吸收；第一吸收器6和第二吸收器8中溴化锂浓溶液吸收冷剂蒸汽后浓度变稀，被第一溶液泵11抽出并分两路分别经高温热交换器4、低温热交换器5换热升温后进入高压发生器2、低压发生器1中。高压发生器2中的溴化锂稀溶液被高温热源加热浓缩，低压发生器1中的溴化锂稀溶液被高压发生器2中溶液浓缩产生的高温冷剂蒸汽加热浓缩，浓缩后的溴化锂溶液再分别经高温热交换器4、低温热交换器5换热降温后回到第一吸收器6和第二吸收器8中吸收冷剂蒸汽；而高压发生器2中溶液浓缩产生的冷剂蒸汽在低压发生器1中释放热量后冷凝，与低压发生器1中溶液浓缩产生的冷剂蒸汽均进入冷凝器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9并通过冷剂连通管12回到第一蒸发器7中。

在复叠式双效机组中，从流经第一蒸发器7的低温水中提取出的热量是先进入流经第一吸收器6的闭式循环水中，然后在第二蒸发器9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8的中温水中。也就是说，复叠式双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、利用溴化锂吸收式双效制冷原理对流经第一蒸发器7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、利用溴化锂吸收式双效制冷原理对流经第二蒸发器9的闭式循环水制冷。闭式循环水在第二蒸发器9中释放的热量（也称制冷量）就是其在第一吸收器6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，复叠式双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、利用溴化锂吸收式双效制冷原理同时对低温水和循环水进行制冷，总制冷量约是低温水热量的2.2倍，假设溴化锂吸收式双效制冷机组的COP是1.4，则复叠式双效机组的COP约是1.4÷2.2=0.636。如果要提高复叠式双效机组的COP，一种途径是尽可能提升双效制冷循环的效率（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9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9的制冷需求，来提高复叠式双效机组的COP。

本发明的目的是这样实现的：一种二段独立复叠式双效溴化锂吸收式制冷热泵机组，包括：低压发生器、高压发生器、冷凝器、高温热交换器、低温热交换器、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、第二冷剂泵和冷剂水换热器，第一蒸发器和第一吸收器处于一个腔体内，并配备第一冷剂泵和第一溶液泵，第二蒸发器和第二吸收器处于另一个腔体内，并配备第二冷剂泵和第二溶液泵。第一溶液泵将第一吸收器的稀溶液抽出，经高温热交换器送往高压发生器，浓缩后的溶液再经高温热交换器回到第一吸收器。第二溶液泵将第二吸收器的稀溶液抽出，经低温热交换器送往低压发生器，浓缩后的溶液再经低温热交换器回到第二吸收器。高压发生器中溶液浓缩产生的冷剂蒸汽进入低压发生器，释放热量冷凝后经冷剂水换热器回到第一蒸发器，低压发生器中溶液浓缩产生的冷剂蒸汽进入冷凝器，冷凝后再回到第二蒸发器。高温驱动热源流经高压发生器，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；中温水是分三路，一路串联流经第二蒸发器和第一吸收器先降温后升温，另外两路分别流经第二吸收器和冷凝器升温；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流经第二吸收器和冷凝器；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，另一路则流经第二吸收器和冷凝器中的任意一个，两路水汇合后再流经第二吸收器和冷凝器中的另一个；或者是分两路，一路先串联流经第二蒸发器和第一吸收器后，再流经第二吸收器和冷凝器中的任意一个，另一路则流经第二吸收器和冷凝器中的另一个。

本发明的改进及有益效果是：

1、与现有的复叠式双效机组相比，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双效机组，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双效机组需要消耗高温热源、利用溴化锂吸收式双效制冷原理来进行制冷的制冷量，从而可以提高复叠式双效机组的COP。

2、与现有的复叠式双效机组相比，本发明还取消了第一蒸发器与第二蒸发器之间的冷剂连通管，增加了第二溶液泵、第二冷剂泵和冷剂水换热器。第一溶液泵只将第一吸收器的溴化锂稀溶液抽出并送往高压发生器浓缩，浓缩后的溶液重新回到第一吸收器吸收冷剂蒸汽；而增加的第二溶液泵则将第二吸收器的溴化锂稀溶液抽出后，送往低压发生器浓缩。因为第二吸收器溴化锂稀溶液的浓度低于第一吸收器溴化锂稀溶液的浓度，所以在增加第二溶液泵并将第二吸收器的稀溶液送往低压发生器浓缩后，可以降低低压发生器中溶液浓缩所需的温度，从而降低其加热源—高发冷剂蒸汽的冷凝放热温度，因而可以降低高压发生器的压力。在进高压发生器的溴化锂溶液浓度一样的情况下，高压发生器压力越低，其溶液浓缩所需的温度也越低，因而可以降低机组运行所需的驱动热源的温度。并且高压发生器中溶液浓缩产生的冷剂蒸汽在低压发生器中冷凝放热后，经冷剂水换热器回第一蒸发器时可以加热溴化锂溶液，从而减少溶液浓缩所需的热源热量，也有利于提高机组的COP。

以低温水进出口温度12/7℃、中温水进出口温度40/45℃为例，由于溴化锂稀溶液浓度和高压发生器压力等原因，该40℃的中温水不适合直接进入第一吸收器6。但采用本专利的复叠式双效机组将一部分40℃的中温水在第二蒸发器9中降温至34℃左右后，该部分中温水可以进入第一吸收器6中，并且在第一吸收器6中其温度可以提升到42℃左右。该部分中温水在第一吸收器6中的温升是8℃，而其在第二蒸发器9中的温降是6℃，即第二蒸发器9的制冷量约只有第一吸收器6换热量的75%，按第一吸收器6的换热量是第一蒸发器7制冷量的1.2倍考虑，则第二蒸发器9的制冷量约只有第一蒸发器7制冷量的0.9倍。也就是说采用本专利的复叠式双效机组后，需要消耗高温驱动热能、利用溴化锂吸收式双效制冷原理来制冷的总制冷量约只有第一蒸发器7低温水制冷量的1.9倍，仍假设溴化锂吸收式双效制冷机组的COP是1.4，则本专利复叠式双效机组的COP可达到约1.4÷1.9=0.737，与现有复叠式机组的0.636相比，提升了约15.9%。而且因为本专利增加的第二溶液泵，机组的高压发生器压力约只有250mmHg，需要的高温驱动热源温度只需约140℃；假如没有增加第二溶液泵，仍是用第一溶液泵将第一吸收器和第二吸收器的溴化锂稀溶液合并送往高压发生器和低压发生器浓缩，则高压发生器的压力约高达750mmHg，需要的高温驱动热源温度约需要170℃。

附图说明

图1为以往复叠式双效溴化锂吸收式制冷/热泵机组的工作原理图。

图2为本发明二段独立复叠式双效溴化锂吸收式制冷热泵机组的一种应用实例。

图3为本发明二段独立复叠式双效溴化锂吸收式制冷热泵机组的另一种应用实例。

图中附图标记：

低压发生器1、高压发生器2、冷凝器3、高温热交换器4、低温热交换器5、第一吸收器6、第一蒸发器7、第二吸收器8、第二蒸发器9、第一冷剂泵10、第一溶液泵11、冷剂连通管12、循环水水泵13、第二溶液泵14、第二冷剂泵15、冷剂水换热器16。

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独立复叠式双效溴化锂吸收式制冷热泵机组（以下简称复叠式双效机组，或机组）的一种应用实例图，该机组由低压发生器1、高压发生器2、冷凝器3、高温热交换器4、低温热交换器5、第一吸收器6、第一蒸发器7、第二吸收器8、第二蒸发器9、第一冷剂泵10、第一溶液泵11、第二溶液泵14、第二冷剂泵15、冷剂水换热器16，以及控制系统和连接各部件的管路、阀等构成。第一蒸发器7和第一吸收器6处于一个腔体内，并配备第一冷剂泵10和第一溶液泵11，第二蒸发器9和第二吸收器8处于另一个腔体内，并配备第二冷剂泵15和第二溶液泵14。低温水流经第一蒸发器7降温；中温水分两路，一路先串联流经第二蒸发器9和第一吸收器6（先降温后升温）后，再流经冷凝器3升温，另一路流经第二吸收器8升温；高温驱动热源流经高压发生器2，释放放热量驱动整个机组运行。机组运行时，被第一冷剂泵10抽出后从第一蒸发器7顶部喷下的冷剂水和被第二冷剂泵15抽出后从第二蒸发器9顶部喷下的冷剂水，分别与流经第一蒸发器7传热管中的低温水和第二蒸发器9传热管中的中温水换热，将其温度降低，本身则汽化成冷剂蒸汽后分别进入第一吸收器6和第二吸收器8，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6和第二吸收器8的溴化锂溶液在吸收冷剂蒸汽后浓度变稀。第一溶液泵11将第一吸收器6中的稀溶液抽出并经高温热交换器4换热升温后进入高压发生器2，被高温热源加热浓缩后再经高温热交换器4换热降温回到第一吸收器6。第二溶液泵14将第二吸收器8中的稀溶液抽出并经低温热交换器5和冷剂水换热器16换热升温后进入低压发生器1，被高压发生器2中溶液浓缩产生的高温冷剂蒸汽加热浓缩后再经低温热交换器5换热降温回到第二吸收器8。而高压发生器2中溶液浓缩产生的冷剂蒸汽在低压发生器1中释放热量后冷凝，经冷剂水换热器16换热降温后回到第一蒸发器7中，低压发生器1中溶液浓缩产生的冷剂蒸汽进入冷凝器3中被中温水降温冷凝，冷凝成的冷剂水再返回到第二蒸发器9中。

图2所示的二段独立复叠式双效溴化锂吸收式制冷热泵机组中，中温水是分两路，一路先串联流经第二蒸发器9和第一吸收器6后，再流经冷凝器3，另一路流经第二吸收器8；其也可以是分三路，一路串联流经第二蒸发器9和第一吸收器6，另两路分别流经第二吸收器8和冷凝器3；其也可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器9和第一吸收器6，另一路任意顺序串联流经第二吸收器8和冷凝器3；其还可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器9和第一吸收器6，另一路则流经第二吸收器8和冷凝器3中的任意一个，两路水汇合后再流经第二吸收器8和冷凝器3中的另一个；或者是分两路，一路先串联流经第二蒸发器9和第一吸收器6后，再流经第二吸收器8和冷凝器3中的任意一个，另一路则流经第二吸收器8和冷凝器3中的另一个。

图2所示的二段独立复叠式双效溴化锂吸收式制冷热泵机组中，流经冷剂水换热器16并与冷剂蒸汽凝水进行换热的是第二溶液泵14抽出的第二吸收器8的稀溶液；其也可以是第一溶液泵11抽出的第一吸收器6的稀溶液；或者中温水（如图3）。

图3为本发明所涉及的二段独立复叠式双效溴化锂吸收式制冷热泵机组（以下简称复叠式双效机组，或机组）的另一种应用实例图，该实例与图2所示应用实例的区别仅在于进入冷剂水换热器16并与冷剂蒸汽凝水进行换热的不是第二溶液泵14抽出的第二吸收器8的稀溶液，而是中温水。

Claims (2)

1.一种二段独立复叠式双效溴化锂吸收式制冷热泵机组，包括：低压发生器（1）、高压发生器（2）、冷凝器（3）、高温热交换器（4）、低温热交换器（5）、第一吸收器（6）、第一蒸发器（7）、第二吸收器（8）、第二蒸发器（9）、第一冷剂泵（10）和第一溶液泵（11），其特征在于：第一蒸发器（7）和第一吸收器（6）处于一个腔体内，并配备第一冷剂泵（10）和第一溶液泵（11），第二蒸发器（9）和第二吸收器（8）处于另一个腔体内，并配备第二冷剂泵（15）和第二溶液泵（14）；第一溶液泵（11）将第一吸收器（6）的稀溶液抽出，经高温热交换器（4）送往高压发生器（2），浓缩后溶液再经高温热交换器（4）进入第一吸收器（6）；第二溶液泵（14）将第二吸收器（8）的稀溶液抽出，经低温热交换器（5）送往低压发生器（1），浓缩后溶液再经低温热交换器（5）进入第二吸收器（8）；高压发生器（2）中溶液浓缩产生的冷剂蒸汽经过低压发生器（1）放热冷凝后，经冷剂水换热器（16）回到第一蒸发器（7）；低压发生器（1）中溶液浓缩产生的冷剂蒸汽进入冷凝器（3），冷凝后再回到第二蒸发器（9）；高温热源流经高压发生器（2）；低温水流经第一蒸发器（7）；中温水是分三路，一路串联流经第二蒸发器（9）和第一吸收器（6），另两路分别流经第二吸收器（8）和冷凝器（3）；或者：中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器（9）和第一吸收器（6），另一路串联流经第二吸收器（8）和冷凝器（3）；或者：中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器（9）和第一吸收器（6），另一路则流经第二吸收器（8），两路水汇合后再流经冷凝器（3）；或者：中温水是分两路，一路先串联流经第二蒸发器（9）和第一吸收器（6）后，再流经冷凝器（3），另一路则流经第二吸收器（8）。

2.根据权利要求1所述的一种二段独立复叠式双效溴化锂吸收式制冷热泵机组，其特征在于：进入冷剂水换热器（16）并与冷剂蒸汽凝水换热的是第二溶液泵（14）抽出的第二吸收器（8）的稀溶液；或者是第一溶液泵（11）抽出的第一吸收器（6）的稀溶液；或者是中温水。