CN110567190B - 一种蒸汽压缩型吸收式热泵 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高效的回收工业余热的热量用于加热热水的热泵机组，内部采用两种循环工质实现制冷剂的内部交换，并同时使用压气机提升吸收器的溶液吸收效果，其中压气机采用多级叶片方式，相比现有热泵技术而言，可以实现制热温度的大幅度提升，更为充分的回收工业余热，进而具有显著的节能减排技术优势。

Description

一种蒸汽压缩型吸收式热泵

技术领域

本发明属于能源利用技术领域，特别是涉及回收工业余热用于提升热水温度的热泵技术。

背景技术

在能源利用领域广泛存在热量交换过程，热量的传递过程可以归纳为从高温流体向低温流体传递或者从低温流体向高温流体传递。根据牛顿第二定律，热量可以自发的从高温物体传向低温物体，仅使用普通换热器即可实现；如果需要将热量从低温物体传向高温物体则需要消耗一定的代价，往往需要消耗一定量的高品位能源，比如电力、高温度的蒸汽或者热水等，需要使用热泵、引射装置等。在现有技术中，采用热泵技术由于其较高的效率和可靠性得到了市场的认可和应用。热泵技术中按原理分为吸收式热泵或者压缩式热泵方式，其中吸收式热泵又分为第一类吸收式热泵和第二类吸收式热泵，第一类吸收式热泵需要消耗高品位能量将低温物体的热量大量传输给高温物体，也称为增热型热泵，而第二类热泵不需要消耗高品位能量，而需要比低温物体更低温度的冷源，提取低温物体的少量热量将高温物体继续升温，也称为升温型热泵。第二类吸收式热泵需要更低品位的冷水，进而利用余热与冷水之间的温差完成内部循环以加热热水。但就现有报道的第二类吸收式热泵技术而言，受内部热力学循环和工质物性的影响，热水升温的幅度有限，进而难以满足热水获得“大温升”的需求。

为了解决该技术难题，该发明提出了一种采用制冷剂蒸汽交换和制冷剂蒸汽压缩的吸收式热泵机组，显著的提升了热水侧的出口温度。

发明内容

为了回收工业余热以实现热水侧“大温升”的换热目的，该发明所述热泵采用了制冷剂蒸汽交换器和制冷剂蒸汽压缩风机的流程。该热泵内部包括吸收器1、蒸发器2、制冷剂气化段3、制冷剂冷凝段4、发生器5、冷凝器6、压气机7、溶液热交换器8、溶液热交换器9、循环泵10、循环泵11、循环泵12、循环泵13、循环泵14、热水入口15、热水出口16、余热出口17、余热入口18、冷水入口19、冷水出口20、阀门21和阀门22。

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，热水在吸收器1中被加热，余热流体依次经过发生器5、制冷剂气化段3和蒸发器2被逐级降温，冷水并联经过制冷剂冷凝段4和冷凝器6被加热后离开，并通过控制阀门21和阀门22的开度调节进入制冷剂冷凝段4和冷凝器6各自的流量。

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，吸收器1与溶液热交换器8、热水入口15和热水出口16相连；蒸发器2与余热出口17、循环泵10和制冷剂气化段3相连；制冷剂气化段3与溶液热交换器8、循环泵11、蒸发器2和发生器5相连；制冷剂冷凝段4与溶液热交换器9、循环泵12、冷水入口19和冷凝器6相连；冷凝器6与阀门22、冷水出口20和循环泵14相连；发生器5与溶液热交换器9、循环泵13、制冷剂气化段3和余热入口18相连。

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，同时采用两种循环工质对，两种工质对中吸收剂不同，制冷剂相同。介质A和介质B构成溶液C，介质A和介质D构成溶液E，其中介质A为制冷剂，介质B和介质C为吸收剂，溶液C循环于吸收器1和制冷剂气化段3之间，溶液E循环于制冷剂冷凝段4和发生器5。

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，高浓度的溶液C在吸收器1中吸收来自蒸发器2的制冷剂A蒸汽后释放热量加热热水，并且变成低浓度的溶液C经过溶液热交换器8后进入制冷剂气化段3，低浓度的溶液C被余热流体加热后产生制冷剂A蒸汽，制冷剂蒸汽A进入制冷剂冷凝段4，同时低浓度的溶液C变成高浓度的溶液C依次经过循环泵11和溶液热交换器8后进入吸收器1；制冷剂冷凝段4中制冷剂A蒸汽冷凝为液态后进入高浓度的溶液E，溶液E被稀释后依次进入循环泵12和溶液热交换器9后进入发生器5，低浓度的溶液E被余热流体加热后沸腾浓缩，产生的高浓度的溶液E依次经过循环泵13和溶液热交换器9后进入制冷剂冷凝段4，同时该溶液产生的制冷剂蒸汽A进入冷凝器6后被冷水冷却后冷凝为液体，液态的制冷剂A再经过循环泵14进入蒸发器2，并经过循环泵10实现喷淋蒸发变成制冷剂蒸汽。

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，吸收器1和蒸发器2共用一个空间。

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，制冷剂气化段3和制冷剂冷凝段4共用一个空间，制冷剂气化段3产生的制冷剂蒸汽经过压气机7的压缩后压力提升，再进入制冷剂冷凝段4后冷凝，压气机7实现制冷剂蒸汽提升压力的作用并由电机驱动。

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，冷凝器6和发生器5共用一个空间。

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，热水来自于民用供热管道或者工艺生产用热水或者蒸汽管路，冷水来自于冷却塔、地下水、江河湖海或工业中生产工艺排放。

该发明所述热泵采用了制冷剂蒸汽交换和制冷剂蒸汽压缩，可以显著的提升热水的升温幅度和余热流体的降温幅度，同时提升换热器的效率。首先采用了制冷剂蒸汽交换方式提升了吸收器1入口的溶液浓度，进而增强溶液的吸收制冷剂蒸汽的效果；其次在蒸发器2和吸收器1中间设置压气机7，通过提升制冷剂蒸汽的压力显著提升吸收器内的溶液吸收效果。综上，吸收器1的换热量显著上升，所以热水的出口温度得以提升。

附图说明

图1是一种蒸汽压缩型吸收式热泵流程图。

附图标记：1-吸收器，2-蒸发器，3-制冷剂气化段，4-制冷剂冷凝段，5-发生器，6-冷凝器，7-压气机，8-溶液热交换器，9-溶液热交换器，10-循环泵，11-循环泵，12-循环泵，13-循环泵，14-循环泵，15-热水入口，16-热水出口，17-余热出口，18-余热入口，19-冷水入口，20-冷水出口，21-阀门，22-阀门。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图1，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图1中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

该热泵采用溴化锂甲醇溶液和碘化锂甲醇溶液，溴化锂甲醇溶液中溴化锂为吸收剂，甲醇为制冷剂；碘化锂甲醇溶液中碘化锂为吸收剂，甲醇为制冷剂。该热泵内部包括吸收器1、蒸发器2、制冷剂气化段3、制冷剂冷凝段4、发生器5、冷凝器6、压气机7、溶液热交换器8、溶液热交换器9、循环泵10、循环泵11、循环泵12、循环泵13、循环泵14、热水入口15、热水出口16、余热出口17、余热入口18、冷水入口19和冷水出口。

该热泵通过回收余热的热量用来加热热水和冷水，其中热水来自供热系统回水管路，冷水来自于地下水，余热水来自生产工艺排放。其中热水在吸收器1中被加热，余热流体依次经过发生器5、制冷剂气化段3和蒸发器2被逐级降温后离开，冷水同时经过制冷剂冷凝段4和冷凝器6被加热后离开。

该热泵内部各个部件连接方式为：吸收器1与溶液热交换器8、热水入口15和热水出口16相连；蒸发器2与余热出口17、循环泵10和制冷剂气化段3相连；制冷剂气化段3与溶液热交换器8、循环泵11、蒸发器2和发生器5相连；制冷剂冷凝段4与溶液热交换器9、循环泵12、冷水入口19和冷凝器6相连；冷凝器6与阀门22、冷水出口20和循环泵14相连；发生器5与溶液热交换器9、循环泵13、制冷剂气化段3和余热入口18相连。

该热泵的工作方式为：溴化锂浓溶液在吸收器1中吸收来自蒸发器2的甲醇蒸汽后释放热量加热热水，并且变成溴化锂稀溶液经过溶液热交换器8后进入制冷剂气化段3，溴化锂稀溶液被来自余热出口17的余热流体加热后产生甲醇蒸汽，甲醇蒸汽进入制冷剂冷凝段4，同时溴化锂稀溶液变成溴化锂浓溶液依次经过循环泵11和溶液热交换器8后进入吸收器1；制冷剂冷凝段4中甲醇蒸汽冷凝为液态后导致其中的碘化锂溶液浓度下降，产生的碘化锂稀溶液依次进入循环泵12和溶液热交换器9后进入发生器5，碘化锂稀溶液被余热流体加热后沸腾浓缩，产生的碘化锂浓溶液依次经过循环泵13和溶液热交换器9后进入制冷剂冷凝段4，同时碘化锂溶液沸腾产生的甲醇蒸汽进入冷凝器6后被冷水冷却后冷凝为液体，液态的甲醇再经过循环泵14进入蒸发器2，并经过循环泵10实现喷淋蒸发变成甲醇蒸汽。

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，吸收器1和蒸发器2共用一个空间，其中吸收器1位于上部，蒸发器2位于下部。

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，制冷剂气化段3和制冷剂冷凝段4共用一个空间，制冷剂气化段3产生的甲醇蒸汽经过压气机7压缩后进入制冷剂冷凝段4后冷凝继续循环，压气机7安装于该空间的中间位置，压气机7采用电机驱动，并采用六片的蔓叶形叶片。

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，冷凝器6和发生器5共用一个腔体。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种蒸汽压缩型吸收式热泵，其特征在于：内部包括吸收器(1)、蒸发器(2)、制冷剂气化段(3)、制冷剂冷凝段(4)、发生器(5)、冷凝器(6)、压气机(7)、溶液热交换器(8)、溶液热交换器(9)、循环泵(10)、循环泵(11)、循环泵(12)、循环泵(13)、循环泵(14)、热水入口(15)、热水出口(16)、余热出口(17)、余热入口(18)、冷水入口(19)、冷水出口(20)、阀门(21)和阀门(22)；

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，吸收器(1)与溶液热交换器(8)、热水入口(15)和热水出口(16)相连；蒸发器(2)与余热出口(17)、循环泵(10)和制冷剂气化段(3)相连；制冷剂气化段(3)与溶液热交换器(8)、循环泵(11)、蒸发器(2)和发生器(5)相连；制冷剂冷凝段(4)与溶液热交换器(9)、循环泵(12)、冷水入口(19)和冷凝器(6)相连；冷凝器(6)与阀门(22)、冷水出口(20)和循环泵(14)相连；发生器(5)与溶液热交换器(9)、循环泵(13)、制冷剂气化段(3)和余热入口(18)相连；

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，热水在吸收器(1)中被加热，余热流体依次经过发生器(5)、制冷剂气化段(3)和蒸发器(2)被逐级降温，冷水并联经过制冷剂冷凝段(4)和冷凝器(6)被加热后离开，并通过控制阀门(21)和阀门(22)的开度调节进入制冷剂冷凝段(4)和冷凝器(6)各自的流量；

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，同时采用两种循环工质对，两种工质对中吸收剂不同，制冷剂相同，介质A和介质B构成溶液C，介质A和介质D构成溶液E，其中介质A为制冷剂，介质B和介质C为吸收剂，溶液C循环于吸收器(1)和制冷剂气化段(3)之间，溶液E循环于制冷剂冷凝段(4)和发生器(5)；

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，高浓度的溶液C在吸收器(1)中吸收来自蒸发器(2)的制冷剂A蒸汽后释放热量加热热水，并且变成低浓度的溶液C经过溶液热交换器(8)后进入制冷剂气化段(3)，低浓度的溶液C被余热流体加热后产生制冷剂A蒸汽，制冷剂蒸汽A进入制冷剂冷凝段(4)，同时低浓度的溶液C变成高浓度的溶液C依次经过循环泵(11)和溶液热交换器(8)后进入吸收器(1)；制冷剂冷凝段(4)中制冷剂A蒸汽冷凝为液态后进入高浓度的溶液E，溶液E被稀释后依次进入循环泵(12)和溶液热交换器(9)后进入发生器(5)，低浓度的溶液E被余热流体加热后沸腾浓缩，产生的高浓度的溶液E依次经过循环泵(13)和溶液热交换器(9)后进入制冷剂冷凝段(4)，同时该溶液产生的制冷剂蒸汽A进入冷凝器(6)后被冷水冷却后冷凝为液体，液态的制冷剂A再经过循环泵(14)进入蒸发器(2)，并经过循环泵(10)实现喷淋蒸发变成制冷剂蒸汽；

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，吸收器(1)和蒸发器(2)共用一个空间；

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，制冷剂气化段(3)和制冷剂冷凝段(4)共用一个空间，压气机(7)安装于该空间的中间位置，用以提升制冷剂的气化和冷凝效果；

所述一种蒸汽压缩型吸收式热泵，冷凝器(6)和发生器(5)共用一个空间。

2.根据权利要求1所述的一种蒸汽压缩型吸收式热泵，其特征在于：在制冷剂气化段(3)和制冷剂冷凝段(4)实现在不同循环工质对的制冷剂交换。

3.根据权利要求1所述的一种蒸汽压缩型吸收式热泵，其特征在于：工质中吸收剂为无机盐、醇类和氟利昂。

4.根据权利要求1所述的一种蒸汽压缩型吸收式热泵，其特征在于：压气机采用多叶片风机。

5.根据权利要求1所述的一种蒸汽压缩型吸收式热泵，其特征在于：热水来自于民用供热管道或者工艺生产用热水或者蒸汽管路，冷水来自于冷却塔、地下水、江河湖海或工业中生产工艺排放。