CN108518890A - 一种直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于暖通空调领域，特别涉及一种直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，该供暖系统适用于作为我国北方及长江中下游流域等大部分区冬季居住及公共建筑的清洁供暖方式。该系统包括三个基本模块，分别是：直燃吸收式热泵循环模块、蒸气压缩式空气源热泵模块和用户供热模块；直燃吸收式热泵循环模块与蒸气压缩式空气源热泵模块通过蒸发/冷凝器耦合，利用蒸气压缩式空气源热泵模块制取低温热媒，该热媒通过蒸发/冷凝器为直燃吸收式热泵循环模块提供稳定适宜的低温热源。本发明克服传统供暖方式能源利用效率低、污染重等问题，充分利用燃气能源的高品位性质，大大降低用气需求，具有结构紧凑、占地面积小、能源利用效率高、运行费用低等特点。

Description

一种直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统

技术领域

本发明属于暖通空调领域，特别涉及一种直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，该供暖系统适用于作为我国北方及长江中下游流域等大部分区冬季居住及公共建筑的清洁供暖方式。

背景技术

近年来，随着生活水平的提高及建筑面积的扩大，建筑供暖空调能耗急剧增加，由此带来的环境污染问题日益严重。煤改清洁能源供暖是解决我国能源和环境问题的根本途径。利用燃气锅炉和空气源热泵代替燃煤锅炉是目前实现清洁供暖的两种主要技术手段，但目前燃气锅炉供暖存在能量利用率低的问题，同时大量的煤改气会导致燃气紧张。空气源热泵在严寒地区应用存在低温制热能力差，与建筑符合能以匹配的问题，大量的应用也使电网负荷过大，可能会加大电网的峰谷差。

发明内容

本发明提出一种直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，该供暖方式适用于作为我国北方及长江中下游流域等大部分地区冬季居住及公共建筑的清洁供暖方式，克服传统供暖方式能源利用效率低、污染重等问题，充分利用燃气能源的高品位性质，大大降低用气需求，具有结构紧凑、占地面积小、能源利用效率高、运行费用低、应用范围广、污染小等特点。

本发明的技术方案是：

一种直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，包括三个基本模块分别是：直燃吸收式热泵循环模块、蒸气压缩式空气源热泵模块和用户供热模块；直燃吸收式热泵循环模块与蒸气压缩式空气源热泵模块通过蒸发/冷凝器耦合，利用蒸气压缩式空气源热泵模块制取低温热媒，该热媒在蒸发/冷凝器内的冷凝器侧放热，作为直燃吸收式热泵循环模块的低温热源；直燃吸收式热泵循环模块通过流经吸收器和冷凝器的冷却水环路与用户供热模块相连接，向供暖用户提供热量。

所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，包括：燃烧器、发生器、吸收器、溶液热交换器、冷凝器、蒸发/冷凝器、风冷蒸发器、压缩机、节流装置；其中，燃烧器、发生器、吸收器、溶液热交换器、蒸发/冷凝器、冷凝器、蒸发/冷凝器泵、吸收器泵、发生器泵组成直燃吸收式热泵循环模块；蒸发/冷凝器、节流装置、风冷蒸发器、压缩机组成蒸气压缩式热泵循环模块；供暖设备、冷却水循环泵、吸收器、冷凝器组成用户供热模块。

所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，燃烧器与直燃吸收式热泵循环模块中的高压发生器相连接，依靠蒸发/冷凝器，将直燃吸收式热泵循环模块与蒸气压缩式热泵循环模块相连接；在直燃吸收式热泵循环模块中，吸收器的吸收剂出口依次连接发生器泵、低、高温溶液热交换器低温侧后，与高压发生器的吸收剂入口相连接，高压发生器的吸收剂出口经高温溶液热交换器高温侧后与低压发生器吸收剂溶液入口相连，低压发生器吸收剂溶液出口通过低温溶液热交换器高温侧与吸收器的吸收剂溶液入口相连，由吸收器泵送入吸收器，由此形成吸收剂溶液循环环路；蒸发/冷凝器蒸发侧的制冷剂出口与吸收器的制冷剂入口相连，通过吸收剂溶液循环环路，制冷剂由吸收器进入高压发生器，高压发生器制冷剂出口与低压发生器加热器入口相连，加热器出口及低压发生器制冷剂出口与冷凝器的制冷剂入口相连，冷凝器的制冷剂出口通过节流装置与蒸发/冷凝器蒸发侧制冷剂入口相连，由蒸发器/冷凝器泵送入蒸发器侧，从而形成吸收式热泵制冷剂循环回路；在蒸发/冷凝器的冷凝侧制冷剂出口，通过节流装置与风冷蒸发器入口相连，风冷蒸发器出口通过压缩机与蒸发/冷凝器的冷凝侧入口相连接，形成蒸气压缩式热泵模块的制冷剂循环环路；吸收器的冷却水出口与冷凝器的冷却水入口相连，冷凝器的冷却水出口与供暖设备的热水入口相连，供暖设备的热水出口经冷却水循环泵与吸收器的冷却水入口相连，从而形成冷却水循环环路。

所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，燃烧器设置在发生器内部；或者，燃烧器设置在发生器外部。

所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，蒸发/冷凝器采用紧凑式换热器。

所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，根据燃烧器提供的热媒温度不同，直燃吸收式热泵循环模块采用双效或多效吸收式循环系统。

所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，蒸气压缩式空气源热泵的冷凝温度在5～25℃范围内，其循环采用单级压缩形式，或采用双级压缩形式；压缩机采用离心式压缩机，或者采用其他形式的容积式压缩机，采用变频或者其他常规容积控制方式适应环境工况的变化；风冷蒸发器的换热方式是喷淋式换热，或者是风冷换热器直接换热方式。

所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，节流装置采用热力膨胀阀、电子膨胀阀、短管、U型管或孔板的型式。

所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，在供热模块中，供暖设备采取风机盘管形式，或者采取地暖辐射或散热器供暖形式。

所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，在直燃吸收式热泵循环模块中，利用燃烧器提供的热量作为吸收式循环的驱动热源；在吸收器内溴化锂与水混合形成混合溶液，由发生器泵经过低温热交换器、高温热交换器低温侧后送入高压发生器内；在高压发生器内，吸收剂-制冷剂混合溶液被来自燃烧器的热量加热浓缩，同时产生制冷剂A蒸气，浓缩后溶液经高温热交换器高温侧后进入低压发生器，被来自高压发生器的高温制冷剂A蒸气加热进一步浓缩为浓溶液，然后经低温热交换器与来自吸收器的稀溶液换热后进入吸收器吸收来自风冷蒸发器的制冷剂A蒸气，再次变为稀溶液，由此完成吸收式热泵吸收剂循环；高压发生器产生的制冷剂A蒸气在加热完低压发生器溶液后变为液态，与低压发生器产生的制冷剂A蒸气一同流入冷凝器，被冷却后经节流装置流入蒸发/冷凝器蒸发侧，吸收来自蒸气压缩式空气源热泵制取的热量气化后，流入吸收器被浓溶液吸收，由此完成吸收式热泵的制冷剂循环；

在蒸气压缩空气源热泵模块中，制冷剂B在风冷蒸发器内吸收环境空气的热量后气化，经压缩机升压后进入蒸发/冷凝器冷凝侧，被蒸发侧的低温制冷剂A冷却为液态，再经节流装置后节流降压重新流入风冷蒸发器，由此完成蒸气压缩热泵制冷剂循环；

在供热模块中，冷却水先进入吸收器，吸收其内的冷凝热，再进入冷凝器，吸收来自冷凝器的冷凝热后，进入供暖设备向用户供热，释放热量后由冷却水循环泵驱动重新流回吸收器，由此完成冷却水循环。

本发明的优点及有益效果是：

本发明提出一种直燃吸收式空气源热泵循环系统，该系统充分利用燃气能源的高品位性质，提高能源利用率，大大降低用气需求，运行费用可以大大降低。该系统中空气源热泵为吸收式热泵提供稳定的低温热源(约10～25℃)，热泵冷凝温度较常规冷凝温度大大降低，同时提高空气源热泵和吸收式热泵的性能，使得该系统具有良好的节能性、经济性及供暖可靠性，是一种良好的清洁能源供暖方式。

附图说明

图1为直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统的流程示意图；

图2为本发明中直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统的结构原理图；图中，1高压发生器；2低压发生器；3冷凝器；4蒸发/冷凝器；5吸收器；6高温热交换器；7低温热交换器；8蒸发/冷凝器泵；9吸收器泵；10发生器泵；11供暖设备；12节流装置；13风冷蒸发器；14压缩机；15冷却水循环泵；16节流装置。

具体实施方式

如图1-图2所示，本发明共包括三个基本模块分别是：直燃吸收式热泵循环模块、蒸气压缩式空气源热泵模块和用户供热模块。直燃吸收式热泵循环模块与蒸气压缩式空气源热泵模块通过蒸发/冷凝器耦合，利用蒸气压缩式空气源热泵模块制取低温热媒，该热媒在蒸发/冷凝器内的冷凝器侧放热，通过蒸发/冷凝器为直燃吸收式热泵循环模块提供低温热源(5～25℃)；直燃吸收式热泵循环模块通过流经吸收器和冷凝器的冷却水环路与用户供热模块相连接，向供暖用户提供热量。本发明所述系统，高温热源的温度范围一般为(100～500℃)，环境温度范围一般为-30～5℃。

本发明所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，包括：燃烧器(内置于高压发生器1中)、发生器(高压发生器1、低压发生器2)、吸收器5、溶液热交换器(高温热交换器6、低温热交换器7)、冷凝器3、蒸发/冷凝器4、风冷蒸发器13、压缩机14、节流装置16、节流装置12、蒸发/冷凝器泵8、吸收器泵9、发生器泵10等。其中，燃烧器、发生器、吸收器5、溶液热交换器、节流装置16、蒸发/冷凝器4、冷凝器3、蒸发/冷凝器泵8、吸收器泵9、发生器泵10组成直燃吸收式热泵循环模块；蒸发/冷凝器4、节流装置12、风冷蒸发器13、压缩机14组成蒸气压缩式热泵循环模块；供暖设备11、冷却水循环泵15、冷凝器3、吸收器5组成用户供热模块。

燃烧器与直燃吸收式热泵循环模块中的高压发生器1相连接，依靠蒸发/冷凝器4，将直燃吸收式热泵循环模块与蒸气压缩式热泵循环模块相连接；在直燃吸收式热泵循环模块中，吸收器5的吸收剂出口依次连接发生器泵10、溶液热交换器(低温热交换器7和高温热交换器6)低温侧后，与高压发生器1的吸收剂溶液入口相连接，高压发生器1的吸收剂溶液出口经高温溶液热交换器6的高温侧后与低压发生器2吸收剂溶液入口相连，低压发生器2吸收剂溶液出口通过低温溶液热交换器7高温侧与吸收器5的吸收剂溶液入口相连，由吸收器泵9送入吸收器，从而形成吸收剂溶液循环环路；蒸发/冷凝器4蒸发侧的制冷剂出口与吸收器5的制冷剂入口相连，通过吸收剂溶液循环环路，制冷剂由吸收器5进入高压发生器1，高压发生器1制冷剂出口与低压发生器2内加热器入口相连，加热器出口及低压发生器2制冷剂出口与冷凝器3的制冷剂入口相连，冷凝器3的制冷剂出口通过节流装置16与蒸发/冷凝器4蒸发侧制冷剂入口相连，由蒸发器/冷凝器泵8送入蒸发器侧，从而形成吸收式热泵制冷剂循环回路；在蒸发/冷凝器4的冷凝侧制冷剂出口，通过节流装置12与风冷蒸发器13入口相连，风冷蒸发器13出口通过压缩机14与蒸发/冷凝器4的冷凝侧入口相连接，形成蒸气压缩式热泵模块的制冷剂循环环路；吸收器5的冷却水出口与冷凝器3的冷却水入口相连，冷凝器3的冷却水出口与供暖设备11的热水入口相连，供暖设备11的热水出口经冷却水循环泵15与吸收器的冷却水入口相连，从而形成冷却水循环环路。

在直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统的一些实施方式中，将冷却水依次流经吸收器和冷凝器，其有益效果是：充分利用冷凝热加热冷却水，有效提高冷却水温度，提高能源利用效率。

在直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统的一些实施方式中，燃烧器可以设置在发生器内部，也可以设置在发生器外部，其有益效果是：充分利用燃气能源的高品位性质，提高能源利用率，大大降低用气需求，降低运行费用。

在直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统的一些实施方式中，蒸发/冷凝器4采用紧凑、高效换热器，且需具有耐腐蚀、易拆卸等特点，其有益效果是：结构紧凑、占地面积小。

在直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统的一些实施方式中，根据燃烧器提供的热媒温度不同，直燃吸收式热泵循环模块可以采用双效或多效吸收式循环，其有益效果是：能源利用效率高，适用范围广。

在直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统的一些实施方式中，蒸气压缩空气源热泵系统的冷凝温度在10～25℃范围内，其循环采用单级压缩形式，或采用双级压缩形式。压缩机14可以采用离心式压缩机，也可以采用其他形式的容积式压缩机，采用变频或者其他常规容积控制方式适应环境工况的变化。风冷蒸发器13的换热方式可以是喷淋式换热，也可以是风冷换热器直接换热方式，其有益效果是：系统压缩比低，有助于降低排气温度，提升空气源热泵系统的制热量及运行性能系数，进而确保整个直燃吸收式热泵系统高效稳定运行。

在直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统的一些实施方式中，供热模块中的供暖末端设备可以采取风机盘管形式，也可以是地暖辐射、散热器等供暖形式，其有益效果是：利用冷凝热供暖，提高能源利用效率。

本发明的工作过程如下：

在直燃吸收式热泵循环模块中，将燃烧器设置在高压发生器1的内部，利用燃烧器提供的热量作为驱动吸收式循环的动力，保证吸收式热泵供热循环平稳高效的运行。在吸收器5内溴化锂与水混合形成混合溶液，由发生器泵10经过低温热交换器7、高温热交换器6的低温侧后送入高压发生器1内；在高压发生器1内，吸收剂-制冷剂混合溶液被来自燃烧器的热量加热浓缩，同时产生制冷剂A蒸气，浓缩后溶液经高温热交换器6的高温侧后进入低压发生器2，被来自高压发生器1的高温制冷剂A蒸气加热进一步浓缩为浓溶液，然后经低温热交换器7与来自吸收器5的稀溶液换热后进入吸收器5，吸收来自风冷蒸发器13的制冷剂A蒸气，再次变为稀溶液，由此完成吸收式热泵吸收剂循环。高压发生器1产生的制冷剂A蒸气在加热完低压发生器2溶液后变为液态，与低压发生器2产生的制冷剂A蒸气一同流入冷凝器3，被冷却后经节流装置16流入蒸发/冷凝器4的蒸发侧，吸收来自蒸气压缩式空气源热泵制取的热量气化后，流入吸收器5被浓溶液吸收，由此完成吸收式热泵的制冷剂循环。

在蒸气压缩空气源热泵模块中，制冷剂B在风冷蒸发器13内吸收环境空气的热量后气化，经压缩机14升压后进入蒸发/冷凝器4的冷凝侧，被蒸发侧的低温制冷剂A冷却为液态，再经节流装置12节流降压后重新流入风冷蒸发器13，由此完成蒸气压缩热泵制冷剂循环。

在供热模块中，冷却水先进入吸收器5，吸收其内的冷凝热，再进入冷凝器3，吸收来自冷凝器3的冷凝热后，进入供暖设备11向用户供热，释放热量后由冷却水循环泵15驱动重新流回吸收器5，由此完成冷却水循环。

结果表明，本发所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，该系统充分利用燃气能源的高品位性质，提高能源利用率，大大降低用气需求，运行费用可以大大降低。该系统中空气源热泵为吸收式热泵提供稳定的低温热源(约10～25℃)，热泵冷凝温度较常规冷凝温度大大降低，同时提高空气源热泵和吸收式热泵的性能，使得该系统具有良好的节能性、经济性及供暖可靠性，是一种良好的清洁能源供暖方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，其特征在于，包括三个基本模块分别是：直燃吸收式热泵循环模块、蒸气压缩式空气源热泵模块和用户供热模块；直燃吸收式热泵循环模块与蒸气压缩式空气源热泵模块通过蒸发/冷凝器耦合，利用蒸气压缩式空气源热泵模块制取低温热媒，该热媒在蒸发/冷凝器内的冷凝器侧放热，作为直燃吸收式热泵循环模块的低温热源；直燃吸收式热泵循环模块通过流经吸收器和冷凝器的冷却水环路与用户供热模块相连接，向供暖用户提供热量。

2.如权利要求1所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，其特征在于，包括：燃烧器、发生器、吸收器、溶液热交换器、冷凝器、蒸发/冷凝器、风冷蒸发器、压缩机、节流装置；其中，燃烧器、发生器、吸收器、溶液热交换器、蒸发/冷凝器、冷凝器、蒸发/冷凝器泵、吸收器泵、发生器泵组成直燃吸收式热泵循环模块；蒸发/冷凝器、节流装置、风冷蒸发器、压缩机组成蒸气压缩式热泵循环模块；供暖设备、冷却水循环泵、吸收器、冷凝器组成用户供热模块。

3.如权利要求2所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，其特征在于，燃烧器与直燃吸收式热泵循环模块中的高压发生器相连接，依靠蒸发/冷凝器，将直燃吸收式热泵循环模块与蒸气压缩式热泵循环模块相连接；在直燃吸收式热泵循环模块中，吸收器的吸收剂出口依次连接发生器泵、低、高温溶液热交换器低温侧后，与高压发生器的吸收剂入口相连接，高压发生器的吸收剂出口经高温溶液热交换器高温侧后与低压发生器吸收剂溶液入口相连，低压发生器吸收剂溶液出口通过低温溶液热交换器高温侧与吸收器的吸收剂溶液入口相连，由吸收器泵送入吸收器，由此形成吸收剂溶液循环环路；蒸发/冷凝器蒸发侧的制冷剂出口与吸收器的制冷剂入口相连，通过吸收剂溶液循环环路，制冷剂由吸收器进入高压发生器，高压发生器制冷剂出口与低压发生器加热器入口相连，加热器出口及低压发生器制冷剂出口与冷凝器的制冷剂入口相连，冷凝器的制冷剂出口通过节流装置与蒸发/冷凝器蒸发侧制冷剂入口相连，由蒸发器/冷凝器泵送入蒸发器侧，从而形成吸收式热泵制冷剂循环回路；在蒸发/冷凝器的冷凝侧制冷剂出口，通过节流装置与风冷蒸发器入口相连，风冷蒸发器出口通过压缩机与蒸发/冷凝器的冷凝侧入口相连接，形成蒸气压缩式热泵模块的制冷剂循环环路；吸收器的冷却水出口与冷凝器的冷却水入口相连，冷凝器的冷却水出口与供暖设备的热水入口相连，供暖设备的热水出口经冷却水循环泵与吸收器的冷却水入口相连，从而形成冷却水循环环路。

4.如权利要求1、2或3所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，其特征在于，燃烧器设置在发生器内部；或者，燃烧器设置在发生器外部。

5.如权利要求1、2或3所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，其特征在于，蒸发/冷凝器采用紧凑式换热器。

6.如权利要求1、2或3所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，其特征在于，根据燃烧器提供的热媒温度不同，直燃吸收式热泵循环模块采用双效或多效吸收式循环系统。

7.如权利要求1、2所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，其特征在于，蒸气压缩式空气源热泵的冷凝温度在5～25℃范围内，其循环采用单级压缩形式，或采用双级压缩形式；压缩机采用离心式压缩机，或者采用其他形式的容积式压缩机，采用变频或者其他常规容积控制方式适应环境工况的变化；风冷蒸发器的换热方式是喷淋式换热，或者是风冷换热器直接换热方式。

8.如权利要求1、2所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，其特征在于，节流装置采用热力膨胀阀、电子膨胀阀、短管、U型管或孔板的型式。

9.如权利要求1、2或3所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，其特征在于，在供热模块中，供暖设备采取风机盘管形式，或者采取地暖辐射或散热器供暖形式。

10.如权利要求1、2或3所述的直燃吸收式空气源热泵循环供暖系统，其特征在于，在直燃吸收式热泵循环模块中，利用燃烧器提供的热量作为吸收式循环的驱动热源；在吸收器内溴化锂与水混合形成混合溶液，由发生器泵经过低温热交换器、高温热交换器低温侧后送入高压发生器内；在高压发生器内，吸收剂-制冷剂混合溶液被来自燃烧器的热量加热浓缩，同时产生制冷剂A蒸气，浓缩后溶液经高温热交换器高温侧后进入低压发生器，被来自高压发生器的高温制冷剂A蒸气加热进一步浓缩为浓溶液，然后经低温热交换器与来自吸收器的稀溶液换热后进入吸收器吸收来自风冷蒸发器的制冷剂A蒸气，再次变为稀溶液，由此完成吸收式热泵吸收剂循环；高压发生器产生的制冷剂A蒸气在加热完低压发生器溶液后变为液态，与低压发生器产生的制冷剂A蒸气一同流入冷凝器，被冷却后经节流装置流入蒸发/冷凝器蒸发侧，吸收来自蒸气压缩式空气源热泵制取的热量气化后，流入吸收器被浓溶液吸收，由此完成吸收式热泵的制冷剂循环；

在蒸气压缩空气源热泵模块中，制冷剂B在风冷蒸发器内吸收环境空气的热量后气化，经压缩机升压后进入蒸发/冷凝器冷凝侧，被蒸发侧的低温制冷剂A冷却为液态，再经节流装置后节流降压重新流入风冷蒸发器，由此完成蒸气压缩热泵制冷剂循环；

在供热模块中，冷却水先进入吸收器，吸收其内的冷凝热，再进入冷凝器，吸收来自冷凝器的冷凝热后，进入供暖设备向用户供热，释放热量后由冷却水循环泵驱动重新流回吸收器，由此完成冷却水循环。