CN106440478A - 复叠式溶液串联单效溴化锂吸收式制冷热泵机组 - Google Patents

复叠式溶液串联单效溴化锂吸收式制冷热泵机组 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复叠式溶液串联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：发生器（1）、冷凝器（2）、高温热交换器（3）、低温热交换器（4）、第一吸收器（5）、第一蒸发器（6）、第二蒸发器（7）、第二吸收器（8），溴化锂溶液串联流经发生器（1）、第一吸收器（5）和第二吸收器（8）；高温热源流经发生器（1）；低温水流经第一蒸发器（6）；中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器（7）和第一吸收器（5），一路流经第二吸收器（8），两路水汇合后再流经冷凝器（2）。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

复叠式溶液串联单效溴化锂吸收式制冷热泵机组
技术领域
本发明涉及一种复叠式溶液串联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
现有的复叠式溶液串联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，由发生器1、冷凝器2、高温热交换器3、低温热交换器4、第一吸收器5、第一蒸发器6、第二蒸发器7、第二吸收器8、第一冷剂泵9、冷剂连通管10、第一溶液泵11、第二溶液泵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6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2升温；高温驱动热源流经发生器1，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5和第二蒸发器7之间闭式循环。机组运行时，被第一冷剂泵9抽出从第一蒸发器6顶部喷下的冷剂水吸收流经第一蒸发器6传热管中低温水的热量，汽化后进入第一吸收器5，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5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7的传热管中，被由第一冷剂泵9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5中吸收溶液释放的热量，而第二蒸发器7中的冷剂水吸收热量后汽化并进入第二吸收器8；第一吸收器5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抽出并经低温热交换器4换热升温后进入第二吸收器8中，吸收第二蒸发器7产生的冷剂蒸汽后浓度再次降低（同时释放热量加热流经第二吸收器8传热管中的中温水），最后再被第二溶液泵12抽出并经高温热交换器3换热升温后进入发生器1中由高温热源加热浓缩。浓缩出来的冷剂蒸汽进入冷凝器2中，被中温水降温冷凝，冷凝成的冷剂水返回到第二蒸发器7并通过连通管11回到第一蒸发器6中；而浓缩后的浓溶液经高温热交换器3和低温热交换器4换热降温后重新回到第一吸收器5中吸收冷剂蒸汽。
在复叠式单效机组中，从流经第一蒸发器6的低温水中提取出的热量先进入流经第一吸收器5的闭式循环水中，然后在第二蒸发器7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6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7的闭式循环水制冷。闭式循环水在第二蒸发器7中释放的热量（也称制冷量）就是其在第一吸收器5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7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7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：一种复叠式溶液串联单效溴化锂吸收式制冷热泵机组，包括：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、第二蒸发器、第二吸收器、第一冷剂泵、冷剂连通管、第一溶液泵和第二溶液泵，第一蒸发器和第一吸收器处于一个腔体内，并配备第一溶液泵，第二蒸发器和第二吸收器处于另一个腔体内，并配备第二溶液泵；第一蒸发器和第二蒸发器的冷剂水由冷剂水连通管连通。第二溶液泵将第二吸收器中的稀溶液抽出，经高温热交换器送往发生器，浓溶液再经高温热交换器和低温热交换器进入第一吸收器，第一溶液泵再将第一吸收器的稀溶液抽出，经低温热交换器回到第二吸收器；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和第一蒸发器中。高温驱动热源流经发生器，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；中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器和第一吸收器先降温后升温，一路流经第二吸收器升温，两路水汇合后再流经冷凝器升温；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，另一路流经冷凝器，两路水汇合后再流经第二吸收器；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，一路先串联流经第二蒸发器和第一吸收器，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；或者是分三路，一路串联流经第二蒸发器和第一吸收器，另外两路并联流经第二吸收器和冷凝器；或者是仅一路，先串联流经第二蒸发器和第一吸收器，再任意顺序串联或并联流经第二吸收器和冷凝器。
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，因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5。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7中降温至36℃左右后，该部分中温水可以进入第一吸收器5中，并且在第一吸收器5中其温度可以提升到46℃左右。该部分中温水在第一吸收器5中的温升是10℃，而其在第二蒸发器7中的温降是7℃，即第二蒸发器7的制冷量约只有第一吸收器5换热量的70%，按第一吸收器5的换热量是第一蒸发器6制冷量的1.2倍考虑，则第二蒸发器7的制冷量约只有第一蒸发器6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6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为以往复叠式溶液串联单效溴化锂吸收式制冷热泵机组的工作原理图。
图2为本发明复叠式溶液串联单效溴化锂吸收式制冷热泵机组的一种应用实例。
图3为本发明复叠式溶液串联单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：
发生器1、冷凝器2、高温热交换器3、低温热交换器4、第一吸收器5、第一蒸发器6、第二蒸发器7、第二吸收器8、第一冷剂泵9、冷剂连通管10、第一溶液泵11、第二溶液泵12、循环水水泵13、第二冷剂泵14。
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为本发明所涉及的复叠式溶液串联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，该机组由发生器1、冷凝器2、高温热交换器3、低温热交换器4、第一吸收器5、第一蒸发器6、第二蒸发器7、第二吸收器8、第一冷剂泵9、冷剂连通管10、第一溶液泵11、第二溶液泵12以及控制系统和连接各部件的管路、阀等构成。第一蒸发器6和第一吸收器5处于一个腔体内，第二蒸发器7和第二吸收器8处于另一个腔体内，第一蒸发器6和第二蒸发器7的冷剂水由冷剂水连通管10连通。低温水流经第一蒸发器6降温；中温水分两路，一路串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5（先降温后升温），一路流经第二吸收器8升温，两路水汇合后再流经冷凝器2升温；高温驱动热源流经发生器1，释放放热量驱动整个机组运行。机组运行时，被第一冷剂泵9抽出后从第一蒸发器6和第二蒸发器7顶部喷下的冷剂水，分别与流经第一蒸发器6传热管中的低温水和第二蒸发器7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5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5和第二吸收器8的溴化锂溶液串联，溴化锂浓溶液先在第一吸收器5中吸收冷剂蒸汽并浓度变稀后，被第一溶液泵11抽出，经低温热交换器4换热升温后进入第二吸收器8中，再次吸收冷剂蒸汽后浓度进一步变稀，最后再被第二溶液泵12抽出，经高温热交换器3换热升温后进入发生器1中。溴化锂稀溶液在发生器1中被高温热源加热浓缩，浓缩出来的冷剂蒸汽进入冷凝器2中，被中温水降温冷凝，冷凝成的冷剂水返回到第二蒸发器7中（第一蒸发器6和第二蒸发器7中的冷剂水由连通管10连通）；而浓缩后的浓溶液则经高温热交换器3和低温热交换器4换热降温后重新回到第一吸收器5中吸收冷剂蒸汽。
图2所示的复叠式溶液串联单效溴化锂吸收式制冷热泵机组中，中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5，一路流经第二吸收器8，两路水汇合后再流经冷凝器2；其也可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5，另一路流经冷凝器2，两路水汇合后再流经第二吸收器8；其还可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5，另一路则任意顺序串联流经第二吸收器8和冷凝器2；其还可以是分两路，一路先串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5，再流经第二吸收器8和冷凝器中2的任意一个，另一路则流经第二吸收器8和冷凝器2中的另一个；或者是分三路，一路串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5，另外两路并联流经第二吸收器8和冷凝器2；或者是仅一路，先串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5，再任意顺序串联或并联流经第二吸收器8和冷凝器2。
图3为本发明所涉及的复叠式溶液串联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，该机组由发生器1、冷凝器2、高温热交换器3、低温热交换器4、第一吸收器5、第一蒸发器6、第二蒸发器7、第二吸收器8、第一冷剂泵9、冷剂连通管10、第一溶液泵11、第二溶液泵12、第二冷剂泵14以及控制系统和连接各部件的管路、阀等构成。第一蒸发器6和第一吸收器5处于一个腔体内，第二蒸发器7和第二吸收器8处于另一个腔体内，第一蒸发器6和第二蒸发器7的冷剂水由冷剂水连通管10连通。低温水流经第一蒸发器6降温；中温水分两路，一路串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5（先降温后升温），一路流经第二吸收器8升温，两路水汇合后再流经冷凝器2升温；高温驱动热源流经发生器1，释放放热量驱动整个机组运行。机组运行时，被第一冷剂泵9抽出后从第一蒸发器6顶部喷下的冷剂水和被第二冷剂泵14抽出后从第二蒸发器7顶部喷下的冷剂水，分别与流经第一蒸发器6传热管中的低温水和第二蒸发器7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，分别进入第一吸收器5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5和第二吸收器8的溴化锂溶液串联，溴化锂浓溶液先在第一吸收器5中吸收冷剂蒸汽并浓度变稀后，被第一溶液泵11抽出，经低温热交换器4换热升温后进入第二吸收器8中，再次吸收冷剂蒸汽后浓度进一步变稀，最后再被第二溶液泵12抽出，经高温热交换器3换热升温后进入发生器1中。溴化锂稀溶液在发生器1中被高温热源加热浓缩，浓缩出来的冷剂蒸汽进入冷凝器2中，被中温水降温冷凝，冷凝成的冷剂水返回到第二蒸发器7并通过冷剂连通管10回到第一蒸发器6中；而浓缩后的浓溶液则经高温热交换器3和低温热交换器4换热降温后重新回到第一吸收器5中吸收冷剂蒸汽。
图3所示的复叠式溶液串联单效溴化锂吸收式制冷热泵机组中，中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5，一路流经第二吸收器8，两路水汇合后再流经冷凝器2；其也可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5，另一路流经冷凝器2，两路水汇合后再流经第二吸收器8；其还可以是分两路，一路串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5，另一路则任意顺序串联流经第二吸收器8和冷凝器2；其还可以是分两路，一路先串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5，再流经第二吸收器8和冷凝器中2的任意一个，另一路则流经第二吸收器8和冷凝器2中的另一个；或者是分三路，一路串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5，另外两路并联流经第二吸收器8和冷凝器2；或者是仅一路，先串联流经第二蒸发器7和第一吸收器5，再任意顺序串联或并联流经第二吸收器8和冷凝器2。

Claims (3)

1.一种复叠式溶液串联单效溴化锂吸收式制冷热泵机组，包括：发生器（1）、冷凝器（2）、高温热交换器（3）、低温热交换器（4）、第一吸收器（5）、第一蒸发器（6）、第二蒸发器（7）、第二吸收器（8）、第一冷剂泵（9）、冷剂连通管（10）、第一溶液泵（11）和第二溶液泵（12），第一蒸发器（6）和第一吸收器（5）处于一个腔体内，并配备第一溶液泵（11），第二蒸发器（7）和第二吸收器（8）处于另一个腔体内，并配备第二溶液泵（12）；第一蒸发器（6）和第二蒸发器（7）的冷剂水由冷剂水连通管（10）连通；第二溶液泵（12）将第二吸收器（8）中的稀溶液抽出，经高温热交换器（3）送往发生器（1），浓溶液再经高温热交换器（3）和低温热交换器（4）进入第一吸收器（5），第一溶液泵（11）再将第一吸收器（5）的稀溶液抽出，经低温热交换器（4）回到第二吸收器（8）；发生器（1）中溶液浓缩产生的冷剂蒸汽进入冷凝器（2），冷凝后再回到第二蒸发器（7）和第一蒸发器（6）中；高温热源流经发生器（1）；低温水流经第一蒸发器（6）；其特征在于：中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器（7）和第一吸收器（5），一路流经第二吸收器（8），两路水汇合后再流经冷凝器（2）；或者：中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器（7）和第一吸收器（5），另一路流经冷凝器（2），两路水汇合后再流经第二吸收器（8）；或者：中温水是分两路，一路串联流经第二蒸发器（7）和第一吸收器（5），另一路则任意顺序串联流经第二吸收器（8）和冷凝器（2）；或者：中温水是分两路，一路先串联流经第二蒸发器（7）和第一吸收器（5），再流经第二吸收器（8）和冷凝器中（2）的任意一个，另一路则流经第二吸收器（8）和冷凝器（2）中的另一个；或者：中温水是分三路，一路串联流经第二蒸发器（7）和第一吸收器（5），另外两路并联流经第二吸收器（8）和冷凝器（2）；或者：中温水仅一路，先串联流经第二蒸发器（7）和第一吸收器（5），再任意顺序串联或并联流经第二吸收器（8）和冷凝器（2）。
2.根据权利要求1所述的一种复叠式溶液串联单效溴化锂吸收式制冷热泵机组，其特征在于：被第一冷剂泵（9）抽出后从第一蒸发器（6）和第二蒸发器（7）顶部喷下的冷剂水，分别与流经第一蒸发器（6）传热管中的低温水和第二蒸发器（7）传热管中的中温水换热。
3.根据权利要求1所述的一种复叠式溶液串联单效溴化锂吸收式制冷热泵机组，其特征在于：被第一冷剂泵（9）抽出后从第一蒸发器（6）顶部喷下的冷剂水和被第二冷剂泵（14）抽出后从第二蒸发器（7）顶部喷下的冷剂水，分别与流经第一蒸发器（6）传热管中的低温水和第二蒸发器（7）传热管中的中温水换热。
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