CN110173929B - 一种带机械热回收的吸收-压缩混合循环系统及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带机械热回收的吸收‑压缩混合循环系统及工作方法，包括吸收器、溶液换热器、膨胀阀、发生器、气液分离器、混合器和机械热回收机构；该系统工作方法具有发生器低压发生过程、压缩机压缩过程、吸收器高压吸收过程和机械热回收过程四个过程。与现有技术相比，本发明通过在溶液换热器之后添加机械热回收，在回收热量的同时进一步降低膨胀阀前溶液温度，机械热回收释放的高温热量可用以加热压缩机排气、加热溶液换热器冷流体通道出口的稀溶液或加热吸收器侧的高温流体，通过两级热回收，不仅可降低膨胀阀前溶液温度，从而降低节流过程的不可逆损失，而且可提升循环制热量和制热能效，循环能效约可提升10‑20％。

Description

一种带机械热回收的吸收-压缩混合循环系统及工作方法
技术领域
本发明涉及热泵设备技术领域，尤其是涉及一种带机械热回收的吸收-压缩混合循环系统及工作方法。
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。目前较成熟的热泵技术是蒸气压缩热泵技术和吸收热泵技术。
对于蒸气压缩热泵循环，目前受限于循环和部件等因素，系统能效和运行范围受到一定的限制。最高供水温度一般低于90℃，难以突破100℃。对于制取100℃以上的热水或蒸汽，目前较成熟的热泵技术是第二类吸收热泵，但是需要利用中温热源(80℃废热水)驱动，适用范围十分有限。为了使热泵能高效满足供热需求，研究学者提出了一种吸收-压缩混合循环，如图1所示，该循环可以采用低温热源驱动，并且压缩机吸排气压力可得到显著降低，比较适合高温供热。然而对于该循环，尽管采用了溶液换热器降低膨胀阀前溶液温度，但是由于溶液换热器两侧溶液流量差异较大，即使不计成本提高溶液换热器效率，膨胀阀前的溶液温度仍然较高，直接节流会造成比较大的热损失和节流损失，因此循环能效偏低。
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机械热回收的吸收-压缩混合循环系统及工作方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种带机械热回收的吸收-压缩混合循环系统，包括吸收器、溶液换热器、膨胀阀、发生器、气液分离器、混合器和机械热回收机构；
通过将吸收器的溶液出口、溶液换热器的热流体通道、机械热回收机构、膨胀阀和发生器的溶液进口依次连接，以形成第一溶液流路；
通过将发生器的溶液出口和气液分离器的进口连接，气液分离器的溶液出口、溶液换热器的冷流体通道和混合器的溶液进口依次连接，混合器的溶液出口和吸收器的溶液进口连接，以形成第二溶液流路；
通过将气液分离器的制冷剂出口和混合器的制冷剂进口顺次连接，以形成制冷剂流路。
优选地，气液分离器和溶液换热器之间的第一溶液流路上设有溶液泵。
优选地，所述的气液分离器和混合器之间的制冷剂流路上设有压缩机。
优选地，所述的机械热回收机构释放的热量用以加热压缩机排气、加热溶液换热器冷流体通道出口的稀溶液或加热吸收器侧的高温流体。
优选地，所述的机械热回收机构采用蒸汽压缩热泵。本发明还提供一种带机械热回收的吸收-压缩混合循环系统的工作方法，包括以下过程：
发生器低压发生吸热过程：发生器中的浓溶液从热源吸热，溶液中的制冷剂被蒸发出来，溶液浓度由浓变稀，稀溶液经溶液泵加压后流向混合器；
压缩机压缩及蒸气压缩冷却过程：发生器产生的气态制冷剂被压缩机压缩成高温高压状态，然后流入混合器与稀溶液进行混合；
吸收器高压吸收过程：来自压缩机的高温高压气态制冷剂被来自发生器的稀溶液逐渐吸收，制冷剂溶液浓度由稀变浓，同时吸收过程释放的高温热由高温流体带走，然后浓溶液流向溶液换热器；
机械热回收过程：从溶液换热器流出的浓溶液为具有较高温度的浓溶液，具有较高温度的浓溶液在机械热回收机构进一步释放热量，机械热回收机构释放的高温热量用以加热压缩机排气、加热溶液换热器冷流体通道出口的稀溶液或加热吸收器高温端进口的高温流体，机械热回收机构流出的低温浓溶液经膨胀阀节流之后流入发生器。
本发明中，循环运行工质(制冷剂溶液)对可选为氨水溶液和溴化锂水溶液等。
本发明中，发生器和吸收器内部都有一组换热管，分别用于流通低温流体和高温流体。
相比于传统的吸收-压缩混合循环，本发明的混合循环系统是在溶液换热器之后添加机械热回收，即热泵热回收，在回收热量的同时进一步降低膨胀阀前溶液温度。机械热回收释放的高温热量可用以加热压缩机排气、加热溶液换热器冷流体通道出口的稀溶液或加热吸收器侧的高温流体。在温度允许的情况下可采用简单的蒸气压缩热泵实现机械热回收，或者采用类似本循环的小循环实现机械热回收。
通过两级热回收(溶液换热器+机械热回收)，不仅可降低膨胀阀前溶液温度，从而降低节流过程的不可逆损失，而且可提升循环制热量和制热能效，循环能效约可提升10-20％。
附图说明
图1为吸收-压缩混合循环系统的示意图；
图2为本发明带机械热回收的吸收-压缩混合循环系统的示意图。
图中，1为吸收器，2为溶液换热器，3为膨胀阀，4为发生器，5为气液分离器，6为溶液泵，7为混合器，8为压缩机，9为机械热回收机构，I为第一溶液流路，II为第二溶液流路，III为制冷剂流路。
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1
一种带机械热回收的吸收-压缩混合循环系统，如图2所示，包括吸收器1、溶液换热器2、膨胀阀3、发生器4、气液分离器5、混合器7和机械热回收机构9。
本实施例中的吸收器3和发生器4内部都有一组换热管，分别用于流通低温流体和高温流体。且吸收器3设有溶液进口和溶液出口，发生器4设有溶液进口和溶液出口，气液分离器5设有溶液进口、溶液出口和制冷剂出口，混合器7设有溶液进口、溶液出口和制冷剂进口。
本实施例通过将吸收器1的溶液出口、溶液换热器2的热流体通道、机械热回收机构9、膨胀阀3和发生器4的溶液进口依次连接，以形成第一溶液流路I；通过将发生器4的溶液出口和气液分离器5的进口连接，气液分离器5的溶液出口、溶液换热器2的冷流体通道和混合器7的溶液进口依次连接，混合器7的溶液出口和吸收器1的溶液进口连接，以形成第二溶液流路II；通过将气液分离器5的制冷剂出口和混合器7的制冷剂进口顺次连接，以形成制冷剂流路III。
本实施例中，气液分离器5和溶液换热器2之间的第一溶液流路I上设有溶液泵6。气液分离器5和混合器7之间的制冷剂流路III上设有压缩机8。
本实施例中机械热回收机构9释放的热量用以加热压缩机8排气、加热溶液换热器2冷流体通道出口的稀溶液或加热吸收器1侧的高温流体。分别可以参见图2中a、b、c三处循环。本实施例中的机械热回收机构9可以采用蒸汽压缩热泵。
上述带机械热回收的吸收-压缩混合循环系统的工作方法，包括以下过程：
发生器低压发生吸热过程：发生器4中的浓溶液从热源吸热，溶液中的制冷剂被蒸发出来，溶液浓度由浓变稀，稀溶液经溶液泵6加压后流向混合器7；
压缩机压缩及蒸气压缩冷却过程：发生器4产生的气态制冷剂被压缩机8压缩成高温高压状态，然后流入混合器7与稀溶液进行混合；
吸收器高压吸收过程：来自压缩机8的高温高压气态制冷剂被来自发生器4的稀溶液逐渐吸收，制冷剂溶液浓度由稀变浓，同时吸收过程释放的高温热由高温流体带走，然后浓溶液流向溶液换热器2；
机械热回收过程：从溶液换热器2流出的浓溶液为具有较高温度的浓溶液，具有较高温度的浓溶液在机械热回收机构9进一步释放热量，机械热回收机构9释放的高温热量用以加热压缩机8排气、加热溶液换热器2冷流体通道出口的稀溶液或加热吸收器1高温端进口的高温流体，机械热回收机构9流出的低温浓溶液经膨胀阀3节流之后流入发生器4。
相比于传统的吸收-压缩混合循环(如图1所示)，本实施例的混合循环系统是在溶液换热器之后添加机械热回收，即热泵热回收，在回收热量的同时进一步降低膨胀阀前溶液温度。机械热回收释放的高温热量可用以加热压缩机排气、加热溶液换热器冷流体通道出口的稀溶液或加热吸收器侧的高温流体。在温度允许的情况下可采用简单的蒸气压缩热泵实现机械热回收，或者采用类似本循环的小循环实现机械热回收。
通过两级热回收(溶液换热器+机械热回收)，不仅可降低膨胀阀前溶液温度，从而降低节流过程的不可逆损失，而且可提升循环制热量和制热能效，循环能效约可提升10-20％。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带机械热回收的吸收-压缩混合循环系统，其特征在于，包括吸收器(1)、溶液换热器(2)、膨胀阀(3)、发生器(4)、气液分离器(5)、混合器(7)和机械热回收机构(9)；
通过将吸收器(1)的溶液出口、溶液换热器(2)的热流体通道、机械热回收机构(9)、膨胀阀(3)和发生器(4)的溶液进口依次连接，以形成第一溶液流路(I)；
通过将发生器(4)的溶液出口和气液分离器(5)的进口连接，气液分离器(5)的溶液出口、溶液换热器(2)的冷流体通道和混合器(7)的溶液进口依次连接，混合器(7)的溶液出口和吸收器(1)的溶液进口连接，以形成第二溶液流路(II)；
通过将气液分离器(5)的制冷剂出口和混合器(7)的制冷剂进口顺次连接，以形成制冷剂流路(III)；
所述的气液分离器(5)和混合器(7)之间的制冷剂流路(III)上设有压缩机(8)；
所述的机械热回收机构(9)释放的热量用以加热压缩机(8)排气、加热溶液换热器(2)冷流体通道出口的稀溶液或加热吸收器(1)侧的高温流体；
所述的机械热回收机构(9)采用蒸汽压缩热泵。
2.根据权利要求1所述的一种带机械热回收的吸收-压缩混合循环系统，其特征在于，气液分离器(5)和溶液换热器(2)之间的第一溶液流路(I)上设有溶液泵(6)。
3.如权利要求1或2所述的带机械热回收的吸收-压缩混合循环系统的工作方法，其特征在于，包括以下过程：
发生器低压发生吸热过程：发生器(4)中的浓溶液从热源吸热，溶液中的制冷剂被蒸发出来，溶液浓度由浓变稀，稀溶液经溶液泵(6)加压后流向混合器(7)；
压缩机压缩及蒸气压缩冷却过程：发生器(4)产生的气态制冷剂被压缩机(8)压缩成高温高压状态，然后流入混合器(7)与稀溶液进行混合；
吸收器高压吸收过程：来自压缩机(8)的高温高压气态制冷剂被来自发生器(4)的稀溶液逐渐吸收，制冷剂溶液浓度由稀变浓，同时吸收过程释放的高温热
由高温流体带走，然后浓溶液流向溶液换热器(2)；
机械热回收过程：从溶液换热器(2)流出的浓溶液为具有较高温度的浓溶液，具有较高温度的浓溶液在机械热回收机构(9)进一步释放热量，机械热回收机构(9)释放的高温热量用以加热压缩机(8)排气、加热溶液换热器(2)冷流体通道出口的稀溶液或加热吸收器(1)高温端进口的高温流体，机械热回收机构(9)流出的低温浓溶液经膨胀阀(3)节流之后流入发生器(4)。
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