CN108050724B - 一种第二类吸收式热泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种第二类吸收式热泵，该第二类吸收式热泵包括发生器、冷凝器、高温吸收器、高温蒸发器、低温吸收器、低温蒸发器、传感器、第一流量控制阀、第二流量控制阀和控制器；其中低温吸收器换热管内的介质与溶液换热后部分通过管路输送至高温蒸发器，用于制取二级升温系统中高温吸收器所需的蒸汽；另一部分输送至机组外部，用于制取或直接作为外部用热源；并且控制器根据传感器检测的温度或压力信号判断输出低品位热媒或高品位热媒是否满足当前的需求，控制器可以发送控制命令至第一流量控制阀和第二流量控制阀，以调节相应控制阀的开度，以满足制取高品位和低品位热源的要求。

Description

一种第二类吸收式热泵
技术领域
本发明涉及热交换技术领域，特别涉及一种第二类吸收式热泵。
背景技术
第二类吸收式热泵为升温型热泵，其利用大量中间品位的废热和低温冷却水的热势差制取热量少、但温度高于中间品位废热的热量，从而满足用户高品位的用热需求。
目前，第二类吸收式热泵主要有两种：单级升温第二类吸收式热泵(以下简称单级升温热泵)和二级升温第二类吸收式热泵(以下简称二级升温热泵)。单级升温第二类吸收式热泵，制取的高品位热媒与低品位热源的温升幅度比较小，但热效率高；二级升温第二类吸收式热泵的高品位热媒与低品位热源的温升幅度高，但热效率较低。
由以上描述可以看出，二级升温热泵比单级升温热泵制取的热媒温度高，两热泵的差异为：二级升温热泵在单级升温热泵的基础上增加高温吸收器、高温蒸发器。
单级升温热泵主要包括发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器、热交换器，二级升温热泵还进一步包括高温吸收器、高温蒸发器、高低温热交换器，单级升温热泵制取的高温热媒提供给高温蒸发器，由高温吸收器制取更高品位的热媒。
目前，对于同时需要高品位热媒和低品位热媒的场合，一般需要单独设置单级升温热泵和二级升温热泵，利用两种热泵分别制取不同品位的热媒，以供用户使用。
对于多种品质热源需求的场合，安装两种类型的机组所需的安装空间就相应比较大，不仅增加机组的使用成本，而且大大限制了第二类吸收式热泵在安装空间受限场合的应用。
因此，如何提供一种第二类吸收式热泵，该热泵可降低多种品质热源需求场合的使用成本，并且机组尺寸相对比较小，扩大第二类吸收式热泵的应用范围，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的为提供第二类吸收式热泵，该热泵可同时制取较低品质、更高品质热媒，机组占地面积比较小，大大降低了热泵机组的使用成本，且扩大了第二类吸收式热泵的应用范围。
为解决上述技术问题，本发明提供一种第二类吸收式热泵，包括发生器、冷凝器、高温吸收器、高温蒸发器、低温吸收器、低温蒸发器；所述低温吸收器换热管内的介质与溶液换热后部分通过管路输送至所述高温蒸发器，用于制取二级升温系统中所述高温吸收器所需的蒸汽；另一部分输送至机组外部，用于制取或直接作为外部用热源。
与现有技术中使用单级、二级两种类型的第二类吸收式热泵相比，本文中所提供的第二类吸收式热泵可同时制取低品位热源和高品位热源，即本文所提供的热泵融和单级、二级二类热泵为一体，并且本文中的第二类吸收式热泵的模块与现有技术二级第二类吸收式热泵的模块基本相同，与现有设置单级、二级二类热泵相比，本文热泵的占地面积比较小，大大节省了热泵的安装空间，同时降低初投资。
另外，本文热泵机组的体积比较小，有利于应用于安装环境受限的环境中，扩大二类热泵机组的应用范围。
可选的，所述低温吸收器内部的换热管具有两组：第一换热管组和第二换热管组，所述第一换热管组中的介质与所述高温蒸发器形成循环管路，所述第一换热管组输出介质用于制取所述高温吸收器所需蒸汽；
所述第二换热管组的进口和出口分别连通外部输入热源和外部输出管路。
可选的，所述发生器的溶液出口还进一步通过管路连通所述低温吸收器的溶液入口。
可选的，还包括以下部件：
传感器，用于检测所述低温吸收器换热管输出至外部或输出至所述高温蒸发器管路的温度或压力信号；
第一流量控制阀，设置于所述高温吸收器的溶液入口；
第二流量控制阀，设置于所述发生器的溶液出口与所述低温吸收器的入口连通管路；
控制器，根据所述传感器检测的温度或压力信号，控制所述第一流量控制阀和所述第二流量控制阀的开度。
可选的，还包括低温换热器和高温换热器，所述第一流量控制阀设于所述高温换热器的溶液出口和所述高温吸收器的溶液入口连通管路；所述低温换热器的第一出口还进一步连通所述高温换热器的第二出口，所述第二流量控制阀设于所述低温换热器的第一出口和所述高温换热器的第二出口两者之间的连通管路。
另外，本发明还提供了一种第二类吸收式热泵，所述热泵机组内布置有发生器、冷凝器、高温吸收器、高温蒸发器、低温吸收器和低温蒸发器；所述低温吸收器包括相对隔离的第一低温吸收器和第二低温吸收器，所述低温蒸发器包括相对隔离的第一低温蒸发器和第二低温蒸发器；
所述发生器的出口同时与所述第二低温吸收器的溶液进口和所述高温吸收器的溶液进口连通；所述发生器、所述第二低温吸收器、所述第二低温蒸发器形成单级热泵；
所述发生器、所述第一低温吸收器、所述第一低温蒸发器、所述高温蒸发器、所述高温吸收器形成二级热泵。
可选的，所述发生器包括相互隔离的第一腔体和第二腔体，所述发生器的第二腔体的溶液出口连通所述第二低温吸收器的溶液进口，所述发生器的第二腔体的溶液入口连通所述第二低温吸收器的溶液出口；
所述发生器的第一腔体的溶液出口连通所述高温吸收器的溶液进口，所述第一低温吸收器的溶液出口连通所述发生器的第一腔体的溶液入口。
可选的，所述冷凝器包括相互隔离的第一腔体和第二腔体，所述冷凝器的第一腔体连通所述发生器的第一腔体，所述冷凝器的第二腔体连通所述发生器的第二腔体。
可选的，所述冷凝器的第一腔体、第二腔体中的冷凝水管串联，两端分别连接外界的冷却水入口管和冷却水出口管。
可选的，所述冷凝器的第一腔体产生的冷凝水通过同一泵送部件同时供给所述高温蒸发器和所述第一低温蒸发器。
可选的，所述第一低温蒸发器内的余热管和所述第二低温蒸发器中的余热管串联或者串联连接外接余热管路。
可选的，所述发生器的第一腔体内的换热管和所述发生器的第二腔体内的换热管内介质并联或者串联。
可选的，所述第一低温蒸发器内的余热管和所述发生器的第一腔体的换热管串联，并且所述第一低温蒸发器内的余热管另一端和所述发生器的第一腔体的换热管另一端其中一者连通外部余热进管，另一者连通外部余热出管；
所述第二低温蒸发器内的余热管和所述发生器的第二腔体的换热管串联，并且所述第二低温蒸发器内的余热管另一端和所述发生器的第二腔体的换热管另一端其中一者连通外部余热进管，另一者连通外部余热出管。
附图说明
图1为本发明一种具体实施方式中第二类吸收式热泵的工作原理图；
图2为本发明另一种具体实施方式中第二类吸收式热泵的工作原理图。
其中，图1至图2中部件名称和附图标记之间的一一对应关系如下所示：
发生器1、冷凝器2、低温吸收器3、第一换热管组301、第二换热管组302、低温蒸发器4、高温蒸发器5、高温吸收器6、气液分离器7、高温换热器8、低温换热器9、泵10、20、30、第一流量控制阀13、第二流量控制阀14、传感器15；
发生器的第一腔体11、发生器的第二腔体12、冷凝器的第一腔体21、冷凝器的第二腔体22、第一低温蒸发器31、第二低温蒸发器32、第一低温吸收器41、第二低温吸收器42、第二气液分离器50、高温吸收器70、高温蒸发器60、第一气液分离器80。
具体实施方式
本发明的核心为提供一种第二类吸收式热泵，该热泵可同时制取较高品质、更高品质热媒，机组占地面积比较小，大大降低了热泵机组的使用成本，且扩大了第二类吸收式热泵的应用范围。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明第一种具体实施例中第二类吸收式热泵的工作原理图。
第二类吸收式热泵分为两类：单级升温第二类吸收式热泵(以下简称单级升温热泵)和二级升温第二类吸收式热泵(以下简称二级升温热泵)，单级升温热泵主要包括发生器、冷凝器、低温吸收器、低温蒸发器，用于制取较高品位热源。二级升温热泵是在单级升温热泵的基础上增加高温吸收器、高温蒸发器，即利用单级升温热泵制取的较高品位热源作为基础热源，进一步制取温度更高的高品位热媒。单级升温热泵和二级升温热泵的工作原理在此不做详述，可参考现有技术。
本文提供了一种第二类吸收式热泵，包括发生器1、冷凝器2、高温吸收器6、高温蒸发器5、低温吸收器3、低温蒸发器4，也就是说，该第二类吸收式热泵的主要部件与二级升温热泵的主要部件相同。另外，本文中所提供的第二类吸收式热泵的低温吸收器3换热管内的介质(水或其他液体介质)与溶液换热后部分通过管路输送至高温蒸发器5，用于制取二级升温系统中高温吸收器6所需的蒸汽；另一部分输送至机组外部，用于制取或直接作为外部用热源。
当用户所需的较高品位热源为热水时，从低温吸收器3换热管输出至外部的介质可直接作为热源使用，当用户使用的较高品位热源为蒸汽时，从低温吸收器3换热管输出至外部的介质需经气液分离器7分离间接作为热源使用。
也就是说，本文的第二类吸收式热泵中发生器1、冷凝器2、高温吸收器6、高温蒸发器5、低温吸收器3、低温蒸发器4形成二级升温溶液循环系统，低温吸收器3换热管内的介质分两部分输出，其中一部分输出至高温蒸发器5，作为二级升温高品位热源的基础热源。低温吸收器3换热管内的部分介质直接输送至外部，直接作为外部用热源(热水)或者制取外部用热源(蒸汽)。
与现有技术中使用单级、二级两种类型的第二类吸收式热泵相比，本文中所提供的第二类吸收式热泵可同时制取低品位热源和高品位热源，即本文所提供的热泵融和单级、二级二类热泵为一体，并且本文中的第二类吸收式热泵的模块与现有技术二级第二类吸收式热泵的模块基本相同，与现有设置单级、二级二类热泵相比，本文热泵的占地面积比较小，大大节省了热泵的安装空间，降低使用成本。
另外，本文热泵机组的体积比较小，有利于应用于安装环境受限的环境中，扩大二类热泵机组的应用范围。
低温吸收器3中可以设置一组换热管，换热管的进口连通来自高温蒸发器5，出口通过管件连通高温蒸发器5和机组外部管路，以分别输出热源。当然，低温吸收器3内部的换热管也可以设置两组，具体设置参见以下描述。
在一种具体实施方式中，低温吸收器3内部的换热管具有两组：第一换热管组301和第二换热管组302，第一换热管组301中的介质与高温蒸发器5形成循环管路，第一换热管输出介质用于制取高温吸收器6所需蒸汽，即第一换热管的进口与高温蒸发器5的出口连通，第一换热管的出口与高温蒸发器5的进口连通。第二换热管组302的进口和出口分别连通外部输入热源和外部输出管路，第二换热管组302输出介质用于制取外部用热源。该输入热源可以为与高温吸收器6的外部输入热源相同，当然也可以不同；外部输出管路可以为热水管路，也可以为安装有气液分离器7的蒸汽管路。
上述实施例中，低温吸收器内部设置相对独立的第一换热管组301和第二换热管组302分别提供二级基础热源和外部较高品位热源，两者之间的循环相互不影响，有利于机组工作的稳定性。
为了进一步提高机组的换热效率，发生器1的溶液出口还进一步通过管路连通低温吸收器3的溶液入口，这样进入低温吸收器3的溶液量相对增加，可以增加低温吸收器3的换热量。
为了提高机组的自动化控制，还可以进行如下设置。
在一种具体的实施方式中，第二类吸收式热泵还可以包括以下部件：传感器15、第一流量控制阀13、第二流量控制阀14、控制器，传感器15用于检测所述低温吸收器3换热管输出至外部或输出至所述高温蒸发器5管路的温度或压力信号；即传感器15可以为温度传感器，也可以为压力传感器，该传感器15可以安装于低温吸收器3换热管输出二级基础热源的管路，还可以安装于低温吸收器3换热管输出较高品位热媒管路。
第一流量控制阀13设置于所述高温吸收器6的溶液入口；第二流量控制阀14设置于所述发生器1的溶液出口与所述低温吸收器3的入口连通管路。
控制器，根据传感器15检测的温度或压力信号，控制第一流量控制阀13和第二流量控制阀14的开度。
该实施例中控制器中可以预置控制参数，控制器接收传感器15发送来的检测信号，控制器判断传感器15检测的温度或压力信号，判断输出低品位热媒或高品位热媒是否满足当前的需求，进而控制器可以发送控制命令至第一流量控制阀13和第二流量控制阀14，以调节第一流量控制阀13和第二流量控制阀14的开度，以满足制取高品位和低品位热源的要求，即可以根据客户的需求，自由调节制取的高低品位热源的输出。
在一种具体的实施例中，本文提供的第二类吸收式热泵还可以包括低温换热器9和高温换热器8，第一流量控制阀13设于高温换热器8的溶液出口和高温吸收器6的溶液入口连通管路；低温换热器9的第一出口B1还进一步连通高温换热器8的第二出口，第二流量控制阀14设于低温换热器9的第一出口B1和高温换热器8的第二出口两者之间的连通管路。
为了图示的清楚，图1中仅标注出了低温换热器各口的定义，其中，A1、A2、B1、B2分别为第一进口、第二进口、第一出口、第二出口；高温换热器各口的命名可参考低温换热器各口的定义。
该实施方式中发生器溶液经低温换热器9后流入低温吸收器，可以提高机组的换热效率。
当然，发生器1溶液出口与低温吸收器3的溶液入口的连通方式不局限于以上描述，只要能实现上述技术效果即可。
除以上描述外，本文还提供了另一种同一热泵实现单级、二级同时运行的具体实施方式，具体描述如下。
请参考图2，图2为本发明另一种具体实施例中第二类吸收式热泵的工作原理图。
在另一种具体实施例中，第二类吸收式热泵机组内布置有发生器、冷凝器、高温吸收器70、高温蒸发器60、低温吸收器和低温蒸发器；低温吸收器包括相对隔离的第一低温吸收器41和第二低温吸收器42，第一低温吸收器41和第二低温吸收器42可以设置于同一箱体内部，低温蒸发器包括相对隔离的第一低温蒸发器31和第二低温蒸发器32，第一低温蒸发器31和第二低温蒸发器32可以设置于同一箱体内部；发生器的出口同时与第二低温吸收器42的溶液进口和高温吸收器70的溶液进口连通；发生器、第二低温吸收器42、第二低温蒸发器32形成单级热泵；发生器、第一低温吸收器41、第一低温蒸发器31、高温蒸发器60、高温吸收器70形成二级热泵。单级热泵和二级热泵的工作原理在此也不做详述。
该实施例中，通过设置热泵机组内部模块的结构，同一热泵集成有单级循环模块和二级循环模块，以实现单级循环和二级循环，以实现较高品位热源和高品位热源的同时输出，与现有设置单独单级、二级二类热泵相比，本文热泵的占地面积比较小，大大节省了热泵的安装空间，降低使用成本。
为了尽量降低同一机组内部单级、二级循环之间的相互干扰，提高各级制取热源的效率，还可以进行以下设置。
进一步地，发生器的箱体内部可以包括相互隔离的第一腔体11和第二腔体12，发生器的第二腔体12的溶液出口连通第二低温吸收器42的溶液进口，发生器的第二腔体12的溶液入口连通第二低温吸收器42的溶液出口；发生器的第一腔体11的溶液出口连通高温吸收器70的溶液进口，第一低温吸收器41的溶液出口连通发生器的第一腔体11的溶液入口。
同理，冷凝器的箱体内部包括相互隔离的第一腔体21和第二腔体22，冷凝器的第一腔体21连通发生器的第一腔体11，冷凝器的第二腔体22连通发生器的第二腔体12。该设置可以进一步提高单级、二级的工作效率。
具体地，冷凝器的第一腔体21、第二腔体22中的冷凝水管串联，两端分别连接外界的冷却水入口管和冷却水出口管。这样在不降低单级、二级工作效率的前提下，可以简化系统内部管路设置，便于机组安装和维修。
为了进一步简化机组连接管路，冷凝器的第一腔体21产生的冷凝水还可以通过同一泵送部件同时供给高温蒸发器60和第一低温蒸发器31。当然，连通高温蒸发器60和第一低温蒸发器31的分配管上还可以设置流量阀，用以控制流经高温蒸发器60和第一低温蒸发器31的流量。
进一步地，第一低温蒸发器31内的余热管和第二低温蒸发器32中的余热管还可以串联，外界余热从串联的两余热管的其中一端流入，从另一端流出。所谓余热管是指与外界余热源连通的内部换热管。当然，第一低温蒸发器31内的余热管和第二低温蒸发器32中的余热管还可以并联，即两者的余热管进口并行连接到外界余热上，互不干涉，工作不影响。
在上述实施例的基础上，发生器的第一腔体11内的换热管和发生器的第二腔体12内的换热管也可以串联，串联的两换热管的一端连通低温蒸发器的余热流出端部，另一端连通外部余热出管。当然，发生器的第一腔体11内的换热管和发生器的第二腔体12内的换热管也可以并联。
当然，低温蒸发器、发生器之间余热水的管路不局限于上述描述，还可以单独设置，例如按以下方式设置。
在另一种实施例中，第一低温蒸发器31内的余热管和发生器的第一腔体11的换热管串联，并且第一低温蒸发器31内的余热管另一端和发生器的第一腔体11的换热管另一端其中一者连通外部余热进管，另一者连通外部余热出管；
第二低温蒸发器32内的余热管和发生器的第二腔体12的换热管串联，并且第二低温蒸发器32内的余热管另一端和发生器的第二腔体12的换热管另一端其中一者连通外部余热进管，另一者连通外部余热出管。
这样，可以根据具体循环工况，分别调节进入相应系统的余热水，例如根据第二气液分离器50的内部气压P1，调节蒸汽输出管上流量阀V1和余热源管安装的流量阀V3的状态(开度)，同理，二级系统中可以根据第一气液分离器80的内部气压P2，调节蒸汽输出管上流量阀V2和余热源管安装的流量阀V4的状态。单级、二级系统相对独立，均可以达到较高制取热媒效率。
当然为了维持系统正常运行，以上各实施例中还可以设置泵送部件，如图1中的泵10、泵20、泵30以实现溶液和冷凝水的泵送。
需要说明的是，图1和图2中仅示出了制取热媒为蒸汽的示意图，并未给出制取热媒为热水的工作原理，将以上技术方案应用于制取热水的原理与以上相同，不做赘述。
上述热泵中的循环溶液可以为溴化锂溶液，也可以为其他溶液，在此不做过多介绍，可参考现有技术。
上述各实施例中的换热器可以为板式换热器，也可以为其他形式的换热器，只要能实现上述技术效果即可。
以上对本发明所提供的一种第二类吸收式热泵进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种第二类吸收式热泵，包括发生器(1)、冷凝器(2)、高温吸收器(6)、高温蒸发器(5)、低温吸收器(3)、低温蒸发器(4)；其特征在于，所述低温吸收器(3)换热管内的介质与溶液换热后部分通过管路输送至所述高温蒸发器(5)，用于制取二级升温系统中所述高温吸收器(6)所需的蒸汽；另一部分输送至机组外部，用于制取或直接作为外部用热源；
所述发生器(1)的溶液出口还进一步通过管路连通所述低温吸收器(3)的溶液入口；
还包括以下部件：
传感器，用于检测所述低温吸收器(3)换热管输出至外部或输出至所述高温蒸发器(5)管路的温度或压力信号；
第一流量控制阀(13)，设置于所述高温吸收器(6)的溶液入口；
第二流量控制阀(14)，设置于所述发生器(1)的溶液出口与所述低温吸收器(3)的入口连通管路；
控制器，根据所述传感器检测的温度或压力信号，控制所述第一流量控制阀(13)和所述第二流量控制阀(14)的开度；所述低温吸收器(3)内部的换热管具有两组：第一换热管组(301)和第二换热管组(302)，所述第一换热管组(301)中的介质与所述高温蒸发器(5)形成循环管路，所述第一换热管组(301)输出介质用于制取所述高温吸收器(6)所需蒸汽；
所述第二换热管组(302)的进口和出口分别连通外部输入热源和外部输出管路。
2.如权利要求1所述的第二类吸收式热泵，其特征在于，还包括低温换热器(9)和高温换热器(8)，所述第一流量控制阀(13)设于所述高温换热器(8)的溶液出口和所述高温吸收器(6)的溶液入口连通管路；所述低温换热器(9)的第一出口还进一步连通所述高温换热器(8)的第二出口，所述第二流量控制阀(14)设于所述低温换热器(9)的第一出口和所述高温换热器(8)的第二出口两者之间的连通管路。
3.如权利要求1所述的第二类吸收式热泵，其特征在于，所述第二类吸收式热泵为单级升温第二类吸收式热泵。
4.如权利要求1所述的第二类吸收式热泵，其特征在于，还包括泵(10)和泵(30)，分别用于将所述发生器形成的冷凝水泵送至所述低温发生器(4)和所述高温发生器(5)。
5.如权利要求1至4任一项所述的第二类吸收式热泵，其特征在于，还包括泵(20)，设置于所述发生器的溶液出口，用于将所述发生器内的溶液泵送至所述高温吸收器(6)。
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