CN109631412B - 一种带喷液回路的吸收/压缩混合循环系统及热泵加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带喷液回路的吸收/压缩混合循环系统，包括：发生器(1)：包括发生器第一换热通道和发生器第二换热通道，吸收器(9)：包括吸收器第一换热通道和吸收器第二换热通道；第二溶液流路：所述的发生器第二换热通道中生成的制冷剂稀溶液流经溶液泵(8)后流至吸收器第二换热通道中；并在压缩机中生成制冷剂干气体和制冷剂饱和溶液，喷液回路：所述的制冷剂流路中的制冷剂饱和溶液流经喷射器(7)后进入混合器(4)，在混合器(4)中与来自发生器第二换热通道中的制冷剂湿气体混合。与现有技术相比，本发明显著降低压缩机吸气温度，并降低了压缩机功耗，进而提高了系统COP。

Description

一种带喷液回路的吸收/压缩混合循环系统及热泵加热方法
技术领域
本发明涉及制冷/热泵设备技术领域，尤一种带喷液回路的吸收/压缩混合循环系统及热泵加热方法。
背景技术
随着全球经济的快速发展，能源危机环境污染日益严重，开发高效清洁制冷/取热技术变得十分迫切。作为新型取热方式，热泵由于有较高能效和简单的结构特征等优势得到广泛关注。目前较成熟的制冷/热泵技术是机械蒸气压缩制冷/热泵技术和吸收制冷/热泵技术。
对于机械蒸气压缩制冷/热泵循环，目前受限于制冷剂、循环和部件等因素，系统能效和运行范围受到一定的限制。现有的吸收制冷/热泵循环主要采用二元溶液作为工质，其中低沸点组分用作制冷剂，高沸点组分用作吸收剂。考虑到溶液在吸收(发生)过程中吸收(放出)的热量是大于制冷剂的蒸发(冷凝)过程的潜热，此外在相同压力下溶液饱和温度随溶液浓度的变化而变化，同时考虑到机械压缩循环的相对高效性，为了提高当前制冷/热泵循环的COP，研究学者提出了一种吸收/压缩/混合循环，如图1所示[王峰,杜恺.氨压缩—吸收复合热泵循环理论研究,流体机械,2008,36(09):59-62]。然而对于该循环，当运行在高温制热工况(如制热温度大于100℃)时，压缩机排气温度会显著上升，难以选到合适的压缩机。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带喷液回路的混合热泵循环系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种带喷液回路的吸收/压缩混合循环系统，包括
发生器：包括发生器第一换热通道和发生器第二换热通道，所述的发生器第二换热通道用于蒸发制冷剂饱和溶液，生成制冷剂湿气体和制冷剂稀溶液；
吸收器：包括吸收器第一换热通道和吸收器第二换热通道；
低温流路：穿过发生器第一换热通道，用于从低温段吸收热量并将热量传递至发生器第二换热通道；
第二溶液流路：其中设有溶液泵，所述的发生器第二换热通道中生成的制冷剂稀溶液流经溶液泵后流至吸收器第二换热通道中；
制冷剂流路：其中设有压缩机和混合器，所述的发生器第二换热通道中生成的制冷剂湿气体依次流经混合器和压缩机，并在压缩机中生成制冷剂干气体和制冷剂饱和溶液，其中制冷剂干气体流入吸收器第二换热通道，并与来自第二溶液流路中的冷剂稀溶液汇合，生成制冷剂饱和溶液；
喷液回路：其中设有喷射器，所述的制冷剂流路中的制冷剂饱和溶液流经喷射器后被喷入混合器，在混合器中与来自发生器第二换热通道中的制冷剂湿气体混合，之后流经压缩机后返回喷射器。
第一溶液流路：其中设有第一膨胀阀，所述的吸收器第二换热通道生成的制冷剂饱和溶液流经第一膨胀阀后返回发生器第二换热通道。
高温流路：穿过吸收器第一换热通道，从吸收器第二换热通道获取热量并对高温端加热。
进一步地，所述的吸收/压缩混合循环系统还包括中间换热器，所述的中间换热器包括中间换热器第一换热通道和中间换热器第二换热通道，所述的中间换热器第一换热通道和中间换热器第二换热通道分别接入至第一溶液流路和第二溶液流路中。
进一步地，流经溶液泵的制冷剂稀溶液穿过中间换热器第二换热通道后流入吸收器第二换热通道，吸收器第一换热通道中生成的制冷剂饱和溶液穿过中间换热器第一换热通道后流入第一膨胀阀。
进一步地，所述的喷液回路中还设有冷凝器和第二膨胀阀，所述的制冷剂流路中的制冷剂饱和溶液依次流经冷凝器和第二膨胀阀后进入喷射器。
进一步地，所述的喷射器用于将制冷剂饱和溶液以气雾的形式喷入混合器中。
进一步地，所述的混合器中与来自发生器第二换热通道中的制冷剂湿气体混合，对制冷剂湿气体降温并产生冷凝液，所述的降温后的制冷剂湿气体去向压缩机，所述的冷凝液去向溶液泵。
一种带喷液回路的混合热泵加热方法，包括以下过程：
低压发生过程：利用发生器的第一换热通道中的冷流体从低温端吸收热量并将热量传递至发生器第二加热通道，在发生器第二加热通道中对饱和制冷剂溶液加热，得到制冷剂湿气体和制冷剂稀溶液；
喷液过程：将制冷剂饱和溶液喷射至制冷剂湿气体中使得制冷剂湿气体降温，所述的制冷剂湿气体来自低压发生过程。
压缩过程：压缩喷液过程中降温后的制冷剂湿气体，得到制冷剂干气体和制冷剂饱和溶液，所述的制冷剂饱和溶液去向喷液过程；
吸收过程：在吸收器的第二换热通道中利用制冷剂稀溶液对制冷剂干气体进行吸收，该过程放出热量并传递至吸收器第二换热通道，利用第二换热通道中的热流体加热高温端，所述的制冷剂稀溶液来自低压发生过程，所述的制冷剂干气体来自压缩过程。
进一步地，低压发生过程中先利用膨胀阀将饱和制冷剂溶液节流减压，之后通入发生器中蒸发得到制冷剂湿气体和制冷剂稀溶液。
进一步地，喷液过程中先通过冷凝器对制冷剂饱和溶液进行冷凝，之后将冷凝后的制冷剂饱和溶液通入膨胀阀中进行节流减压，最后利用喷射器将节流减压后的饱和制冷剂溶液喷射至混合器中，并与来自发过程的制冷剂湿气体混合，得到降温后的制冷剂湿气体和冷凝液。
进一步地，所述的冷凝液与来自发生过程的制冷剂稀溶液一并通入溶液泵加压，之后一并通入吸收器中，在吸收器中与来自于压缩过程的制冷剂干气体混合，使得制冷剂干气体被吸收，以此获得热量并对高温端加热。
相比现有技术中的第一类吸收/压缩混合循环，本发明技术在制冷剂流路上增加了喷液回路，用于降低压缩机吸气温度，从而降低压缩机的排气温度，提高该循环的应用范围。一部分压缩机排气经喷液回路首先在冷凝器中冷凝为液体，然后经第二膨胀阀节流后流向喷射器，喷射器将低温低压的饱和制冷剂喷入混合器中吸热汽化，从而显著降低压缩机吸气温度，同时可降低压缩机功耗，进而提高了系统COP。此外，本发明中低的压缩机功耗主要归功于压缩机吸气温度得到显著降低，因此使得本发明的适应性得到了进一步提高。
附图说明
图1为现有技术中吸收/压缩/混合循环系统结构示意图；
图2为本发明中带喷液回路的混合热泵循环系统的结构示意图。
图中：1、发生器，2、第一膨胀阀，3、压缩机，4、混合器，5、第二膨胀阀，6、冷凝器，7、喷射器，8、溶液泵，9、吸收器，10、中间换热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本实施例中带喷液回路的混合热泵循环系统具体包括：
实施例
一种带喷液回路的吸收/压缩混合循环系统，包括发生器1：包括发生器第一换热通道和发生器第二换热通道，所述的发生器第二换热通道用于蒸发制冷剂饱和溶液，生成制冷剂湿气体和制冷剂稀溶液；吸收器9：包括吸收器第一换热通道和吸收器第二换热通道；低温流路：穿过发生器第一换热通道，用于从低温段吸收热量并将热量传递至发生器第二换热通道；第二溶液流路：其中设有溶液泵8，所述的发生器第二换热通道中生成的制冷剂稀溶液流经溶液泵8后流至吸收器第二换热通道中；制冷剂流路：其中设有压缩机3和混合器4，所述的发生器第二换热通道中生成的制冷剂湿气体依次流经混合器4和压缩机3，并在压缩机中生成制冷剂干气体和制冷剂饱和溶液，其中制冷剂干气体流入吸收器第二换热通道，并与来自第二溶液流路中的冷剂稀溶液汇合，生成制冷剂饱和溶液；高温流路：穿过吸收器第一换热通道，从吸收器第二换热通道获取热量并对高温端加热。喷液回路：其中设有喷射器7，所述的制冷剂流路中的制冷剂饱和溶液流经喷射器7后进入混合器4，在混合器4中与来自发生器第二换热通道中的制冷剂湿气体混合。第一溶液流路：其中设有第一膨胀阀2，所述的吸收器第二换热通道生成的制冷剂饱和溶液流经第一膨胀阀2后流入发生器第二换热通道。
吸收/压缩混合循环系统还包括中间换热器10，所述的中间换热器10包括中间换热器第一换热通道和中间换热器第二换热通道，所述的中间换热器第一换热通道和中间换热器第二换热通道分别接入至第一溶液流路和第二溶液流路中。流经溶液泵8的制冷剂稀溶液穿过中间换热器第二换热通道后流入吸收器第二换热通道，吸收器第一换热通道中生成的制冷剂饱和溶液穿过中间换热器第一换热通道后流入第一膨胀阀2。所述的喷液回路中还设有冷凝器6和第二膨胀阀5，所述的制冷剂流路中的制冷剂饱和溶液依次流经冷凝器6和第二膨胀阀5后进入喷射器7。所述的喷射器7用于将制冷剂饱和溶液以气雾的形式喷入混合器4中。所述的混合器4中与来自发生器第二换热通道中的制冷剂湿气体混合，对制冷剂湿气体降温并产生冷凝液，所述的降温后的制冷剂湿气体去向压缩机3，所述的冷凝液去向溶液泵8。
在具体的运作过程中，主要分为以下几个流路：
第一溶液流路：自吸收器第二换热通道开始，依次穿过中间换热器第一换热通道、第一膨胀阀2最终进入发生器第二换热通道。
其中第一膨胀阀为节流减压的作用。
第二溶液流路：自发生器第二换热通道起，依次穿过溶液泵8，之后穿过中间换热器第二换热通道，最终进入吸收器第二换热通道。
其中溶液泵8为加压的作用。
制冷剂流路：同样自发生器第二换热通道起，与第二溶液流路并联，依次穿过混合器4、压缩机8，最终进入吸收器第二换热通道。
其中混合器4为与喷液回路的连接点，压缩机3为加压的作用。
喷液回路：自压缩机3起，依次穿过冷凝器6、第二膨胀阀5和喷射器7，最终到达混合器4。
本实施例中运行工质即制冷剂溶液可选为氨水溶液或溴化锂水溶液等。
本实施例以氨水溶液工质对进行说明：
a.发生器低压发生过程：低温流体通过发生器第一换热通道对发生器第二换热通道的氨水饱和溶液进行加热，在发生器第二换热通道中氨水不断气化，生成氨气和氨水稀溶液，其中氨气带有一定的水分，称作湿氨气，在此过程中氨水溶液浓度由浓变稀，对应的饱和温度从Tg1升高到Tg2，形成温度滑移，然后氨水稀溶液经第二溶液流路被溶液泵8加压后流向吸收器9。
b.压缩机压缩及喷液冷却过程：湿氨气会首先进入混合器4中与喷液回路中返回的氨水饱和溶液溶液混合，该混合会使得进入压缩机的湿氨气温度更低，该降温后的湿氨气进入压缩机3后会由于压力增加而产生饱和的氨水溶返回至喷液回路中，而在压缩机3压缩后还会产生干氨气，该干氨气会进入吸收器9中参与吸收过程。
喷射器7将来自喷液回路的氨水饱和溶液喷入混合器4中吸热汽化，喷出的氨水饱和溶液位低温低压状态，则压缩机吸气温度得到显著降低。混合之后的低温低压湿氨气被压缩机压缩成高温高压状态。在混合器4中，由于湿氨气温度降低，会产生一部分冷凝液，冷凝液经低温溶液流路返回到溶液泵8入口。
c.吸收器高压吸收过程：来自压缩机3加压后的高温高压干氨气通入发生器第二换热通道，此时与来自中间换热器第二换热通道的氨水稀溶液混合，使得发生器第二换热通道中的干氨气被氨水稀溶液吸收，此时氨气溶液的浓度由稀变浓，变为饱和氨气溶液，对应的饱和温度从Ta1降低到Ta2，然后浓溶液经第一溶液流路被膨胀阀1节流后减压，之后流向发生器。吸收过程产生的热量被换热管的高温流体带走，实现对高温端的加热。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种带喷液回路的吸收/压缩混合循环系统，其特征在于，包括：
发生器（1）：包括发生器第一换热通道和发生器第二换热通道，所述的发生器第二换热通道用于蒸发制冷剂饱和溶液，生成制冷剂湿气体和制冷剂稀溶液；
吸收器（9）：包括吸收器第一换热通道和吸收器第二换热通道；
低温流路：穿过发生器第一换热通道，用于从低温段吸收热量并将热量传递至发生器第二换热通道；
第二溶液流路：其中设有溶液泵（8），所述的发生器第二换热通道中生成的制冷剂稀溶液流经溶液泵（8）后流至吸收器第二换热通道中；
制冷剂流路：其中设有压缩机（3）和混合器（4），所述的发生器第二换热通道中生成的制冷剂湿气体依次流经混合器（4）和压缩机（3），并在压缩机中生成制冷剂干气体和制冷剂饱和溶液，其中制冷剂干气体流入吸收器第二换热通道，并与来自第二溶液流路中的冷剂稀溶液汇合，生成制冷剂饱和溶液；
喷液回路：其中设有喷射器（7），所述的制冷剂流路中的制冷剂饱和溶液流经喷射器（7）后被喷入混合器（4），在混合器（4）中与来自发生器第二换热通道中的制冷剂湿气体混合，之后流经压缩机（3）后返回喷射器（7）；
第一溶液流路：其中设有第一膨胀阀（2），所述的吸收器第二换热通道生成的制冷剂饱和溶液流经第一膨胀阀（2）后返回发生器第二换热通道；
高温流路：穿过吸收器第一换热通道，从吸收器第二换热通道获取热量并对高温端加热；
所述的吸收/压缩混合循环系统还包括中间换热器（10），所述的中间换热器（10）包括中间换热器第一换热通道和中间换热器第二换热通道，所述的中间换热器第一换热通道和中间换热器第二换热通道分别接入至第一溶液流路和第二溶液流路中；
流经溶液泵（8）的制冷剂稀溶液穿过中间换热器第二换热通道后流入吸收器第二换热通道，吸收器第一换热通道中生成的制冷剂饱和溶液穿过中间换热器第一换热通道后流入第一膨胀阀（2）；
所述的喷液回路中还设有冷凝器（6）和第二膨胀阀（5），所述的制冷剂流路中的制冷剂饱和溶液依次流经冷凝器（6）和第二膨胀阀（5）后进入喷射器（7）；
所述的喷射器（7）用于将制冷剂饱和溶液以气雾的形式喷入混合器（4）中；
所述的混合器（4）中与来自发生器第二换热通道中的制冷剂湿气体混合，对制冷剂湿气体降温并产生冷凝液，所述的降温后的制冷剂湿气体去向压缩机（3），所述的冷凝液去向溶液泵（8）。
2.一种带喷液回路的混合热泵加热方法，其特征在于，包括以下过程：
低压发生过程：利用发生器的第一换热通道中的冷流体从低温端吸收热量并将热量传递至发生器第二加热通道，在发生器第二加热通道中对饱和制冷剂溶液加热，得到制冷剂湿气体和制冷剂稀溶液；
喷液过程：将制冷剂饱和溶液喷射至制冷剂湿气体中使得制冷剂湿气体降温，所述的制冷剂湿气体来自低压发生过程，喷液过程中先通过冷凝器对制冷剂饱和溶液进行冷凝，之后将冷凝后的制冷剂饱和溶液通入膨胀阀中进行节流减压，最后利用喷射器将节流减压后的饱和制冷剂溶液喷射至混合器中，并与来自发过程的制冷剂湿气体混合，得到降温后的制冷剂湿气体和冷凝液；
压缩过程：压缩喷液过程中降温后的制冷剂湿气体，得到制冷剂干气体和制冷剂饱和溶液，所述的制冷剂饱和溶液去向喷液过程；
吸收过程：在吸收器的第二换热通道中利用制冷剂稀溶液对制冷剂干气体进行吸收，该过程放出热量并传递至吸收器第二换热通道，利用第二换热通道中的热流体加热高温端，所述的制冷剂稀溶液来自低压发生过程，所述的制冷剂干气体来自压缩过程。
3.根据权利要求2所述的一种带喷液回路的混合热泵加热方法，其特征在于，低压发生过程中先利用膨胀阀将饱和制冷剂溶液节流减压，之后通入发生器中蒸发得到制冷剂湿气体和制冷剂稀溶液。
4.根据权利要求2所述的一种带喷液回路的混合热泵加热方法，其特征在于，所述的冷凝液与来自发生过程的制冷剂稀溶液一并通入溶液泵加压，之后一并通入吸收器中，在吸收器中与来自于压缩过程的制冷剂干气体混合，使得制冷剂干气体被吸收，以此获得热量并对高温端加热。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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