CN113587471B - 一种双级压缩与吸收式高温热泵复合的冷热联供系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双级压缩与吸收式高温热泵复合的冷热联供系统，包括双级压缩系统和吸收式热泵系统。通过双级压缩获得的热量作为吸收式热泵的驱动热源，经第二类吸收式热泵进行高温供热。同时，吸收式热泵冷凝器中的冷凝热被部分或全部回收，用作双级压缩系统的中温热源，使得该复合系统的供热量可在一定范围内进行调节，同时双级压缩的蒸发侧输出冷量。该系统将双级压缩系统产生的热量作为吸收式热泵的驱动热源，在进一步提高热能品位的同时，降低了对热泵系统的工质及设备的要求。对于建筑空调、工业生产等领域中，需要同时进行高温供热和制冷的场合，该系统具有广阔的应用前景。

Description

一种双级压缩与吸收式高温热泵复合的冷热联供系统

技术领域

本发明涉及热泵和制冷技术领域，尤其涉及一种双级压缩与吸收式高温热泵复合的冷热联供系统。

背景技术

热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。常温热泵基本可满足常规住宅、商用建筑的生活热水和少数工业热水的需求，但不能满足大多数工业上的和民用上更高的温度需求，目前，大多通过锅炉或电加热器来满足高温热的需求，但是锅炉燃烧化石燃料存在排放温室气体的问题，电加热系统则存在用电效率低等问题。

热泵主要包括压缩式热泵和吸收式热泵。其中，吸收式热泵中的第二类吸收式热泵也称升温型热泵，是利用中温热能驱动，制取热量少于但是温度高于中温热源的热量，将部分中热能转移到更高温位，从而提高热能的利用品位，但是吸收式热泵的升温能力有限，约为30~50℃，一般以70~100℃热源驱动，通过向低温热源排热而实现部分热能品位的提升，输出温度为 100~150℃。

而压缩式热泵作为最常用的热泵形式，对其的研究主要集中在新型环保高温工质和系统循环及设备两个方面。目前，国内压缩式高温热泵技术发展有限，是因为热泵使用工质的本身特性（临界温度和临界压力、臭氧破坏指数（ODP）、温室效应指数（GWP），油溶性，化学性质，安全性，可燃性，价格等）和应用的设备部件（在高温高压下运行润滑油的润滑性和油密性会存在丧失现象，润滑油与材料的兼容性、压缩机的冷却及耐高温、膨胀阀的高温适用性，机组的耐压性等技术问题）制约了出水温度的提高，输出温度一般在55~100℃。

工质与设备问题不仅制约了热泵温度的提高，而且使得在冷热联供系统中难以实现大温差的供热与制冷。要想进一步提高热能品位（实现大温差冷热联供），研发新型环保的高温工质和满足高温高压运行工况的压缩机、润滑油等是发展高温热泵的关键，但国内还处于发展阶段，短时间内很难大量投入使用，而大多数新型制冷剂的专利权掌握在国外人手中，采购成本高。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种可同时实现高温供热与制冷的双级压缩与吸收式高温热泵复合的冷热联供系统。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种双级压缩与吸收式高温热泵复合的冷热联供系统，其特征在于：包括吸收式热泵系统和双级压缩系统、蓄热箱；所述吸收式热泵系统包括热泵蒸发器、吸收器、溶液热交换器、第一节流阀、发生器、溶液泵、第一冷凝器、工质泵，所述热泵蒸发器的出口与所述吸收器的第一进口连接，吸收器出口与所述溶液热交换器的第一进口连接，溶液热交换器的第一出口通过所述第一节流阀与所述发生器工质进口连接，发生器的第一工质出口通过所述溶液泵与溶液热交换器的第二进口连接，溶液热交换器的第二出口与吸收器的第二进口连接，发生器的第二工质出口与所述第一冷凝器的第一进口连接，第一冷凝器的第一出口通过工质泵与热泵蒸发器的进口连接，从而形成吸收式热泵循环，通过供热管路向外高温供热；所述双级压缩系统包括中冷器、双级压缩蒸发器、低级压缩机、高级压缩机、第二冷凝器、第二节流阀、第三节流阀，所述第二冷凝器的第一出口通过所述第三节流阀与所述中冷器的第一进口连接，中冷器的第一出口与所述高级压缩机的进口连接，高级压缩机出口与第二冷凝器的第一进口连接，中冷器的第二出口经所述第二节流阀与所述双级压缩蒸发器进口连接，双级压缩蒸发器出口与所述低级压缩机进口连接，低级压缩机出口与中冷器的第二进口连接，从而形成双级压缩循环，通过供冷管路向外输出冷量；所述吸收式热泵系统的第一冷凝器的第二出口通过冷却介质泵与所述双级压缩系统的中冷器的第三进口连接，中冷器的第三出口与第一冷凝器的第二进口连接；所述第二冷凝器的第二出口通过第三水泵与所述蓄热箱的进口连接，第二冷凝器的第二进口与蓄热箱的出口连接，蓄热箱的出口还分别通过第一水泵、第二水泵与热泵蒸发器的第二进口和发生器的第二进口连接，蓄热箱的进口还分别连接热泵蒸发器的第二出口和发生器的第二出口。

进一步的，还包括三通调节阀和换热器，所述第一冷凝器的第二出口通过冷却介质泵与三通调节阀进口连接，所述三通调节阀的第一出口与所述中冷器的第三进口连接，三通调节阀的第二出口与换热器的第一进口连接，换热器的第一出口与第一冷凝器的第二进口连接，换热器的第二进口和第二出口与冷却水管路连接。

进一步的，还包括太阳能辅助加热系统，所述太阳能辅助加热系统包括集热器、调节阀和第四水泵，所述蓄热箱的出口依次连接所述第四水泵、集热器和调节阀和蓄热箱的进口，形成回路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明系统可同时进行高温供热与制冷，将双级压缩系统产生的热量作为吸收式热泵的驱动热源，在进一步提高热能品位的同时，降低了对热泵系统的工质及设备的要求。2、吸收式热泵第一冷凝器中的冷凝热被部分或全部回收，用作双级压缩系统的中温热源，使得双级压缩产生的热量在一定范围内变化，进而使得吸收式热泵的吸收器侧的高温供热量可在一定范围内进行调节。3、太阳能可作为辅助热源，当供热量需求较大时，打开调节阀，使得太阳能与双级压缩产生的热量共同作为吸收式热泵的驱动热源，进一步增加了吸收式热泵的吸收器侧的高温供热量。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

其中：1-热泵蒸发器，2-吸收器，3-溶液热交换器，4-第一节流阀，5-发生器，6-溶液泵，7-第一冷凝器，8-工质泵，9-第一水泵，10-第二水泵，11-冷却介质泵，12-三通调节阀，13-换热器，14-中冷器，15-第二节流阀，16-双级压缩蒸发器，17-低级压缩机，18-高级压缩机，19-第二冷凝器，20-第三节流阀，21-第三水泵，22-蓄热箱，23-集热器，24-调节阀，25-第四水泵，26-冷却水管路，27-供热管路，28-供冷管路。

具体实施方式

为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

图1示出了一种双级压缩与吸收式高温热泵复合的冷热联供系统的具体实施例，包括吸收式热泵系统和双级压缩系统和蓄热箱22；吸收式热泵系统包括热泵蒸发器1、吸收器2、溶液热交换器3、第一节流阀4、发生器5、溶液泵6、第一冷凝器7、工质泵8，热泵蒸发器的1出口与吸收器2的第一进口连接，吸收器2出口与溶液热交换器3的第一进口连接，溶液热交换器3的第一出口通过第一节流阀4与发生器5工质进口连接，发生器5的第一工质出口通过溶液泵6与溶液热交换器3的第二进口连接，溶液热交换器3的第二出口与吸收器2的第二进口连接，发生器5的第二工质出口与第一冷凝器7的第一进口连接，第一冷凝器7的第一出口通过工质泵8与热泵蒸发器1的进口连接，从而形成吸收式热泵循环，通过供热管路27向外高温供热；双级压缩系统包括中冷器14、双级压缩蒸发器16、低级压缩机17、高级压缩机18、第二冷凝器19、第二节流阀15、第三节流阀20，第二冷凝器19的第一出口通过第三节流阀20与中冷器14的第一进口连接，中冷器14的第一出口与高级压缩机18的进口连接，高级压缩机18出口与第二冷凝器19的第一进口连接，中冷器14的第二出口经第二节流阀15与双级压缩蒸发器16进口连接，双级压缩蒸发器16出口与低级压缩机17进口连接，低级压缩机17出口与中冷器14的第二进口连接，从而形成双级压缩循环，通过供冷管路28向外输出冷量；吸收式热泵系统的第一冷凝器7的第二出口通过冷却介质泵11与双级压缩系统的中冷器14的第三进口连接，中冷器14的第三出口与第一冷凝器7的第二进口连接；第二冷凝器19的第二出口通过第三水泵21与蓄热箱22的进口连接，第二冷凝器19的第二进口与蓄热箱22的出口连接，蓄热箱22的出口还分别通过第一水泵9、第二水泵10与热泵蒸发器1的第二进口和发生器5的第二进口连接，蓄热箱22的进口还分别连接热泵蒸发器1的第二出口和发生器5的第二出口。

优选的，还包括三通调节阀12和换热器13，第一冷凝器7的第二出口通过冷却介质泵11与三通调节阀12进口连接，三通调节阀12的第一出口与中冷器14的第三进口连接，三通调节阀12的第二出口与换热器13的第一进口连接，换热器13的第一出口与第一冷凝器7的第二进口连接，换热器13的第二进口和第二出口与冷却水管路26连接。还包括太阳能辅助加热系统，太阳能辅助加热系统包括集热器23、调节阀24和第四水泵25，蓄热箱22的出口依次连接第四水泵25、集热器23和调节阀24和蓄热箱22的进口，形成回路。

上述实施例的工作过程及原理如下：

系统运行起始，蓄热箱22内的一部分热水从蓄热箱22的出口经过第一水泵9从热泵蒸发器1的第二进口泵入热泵蒸发器1内，热泵蒸发器1内的工质水吸收该热水的热量蒸发为水蒸气后进入吸收器2中，吸收器2中的溴化锂浓溶液吸收水蒸气，浓度逐渐降低，同时工质水相变为液态放出潜热，使溴化锂溶液温度升高并且高于蓄热箱22的驱动热源温度，通过供热管路27向外进行高温供热。完成供热后的溴化锂稀溶液经过溶液热交换器3的第一进口和第一出口之间的第一溶液通道后，通过第一节流阀4进入到发生器5内，蓄热箱22中的一部分热水通入到发生器5内加热溴化锂稀溶液，溴化锂稀溶液中的水受热蒸发出来，进入第一冷凝器7中冷凝，而发生器5内产生的溴化锂浓溶液经溶液泵6的输送，从溶液热交换器3第二进口进入第二溶液通道，溶液热交换器3内第一溶液通道和第二溶液通道的两股流体之间相互换热，溴化锂稀溶液被加热，溴化锂浓溶液被冷却，随后溴化锂浓溶液从溶液热交换器3的第二出口经过吸收器2的第二入口返回到吸收器2中。进入第一冷凝器7中的水蒸气与冷却介质进行热交换，冷凝成液体，经工质泵8输送回热泵蒸发器1中。

从第一冷凝器7第二出口出来的升温后的冷却介质通过冷却介质泵11泵入三通调节阀12，一部分冷却介质由三通调节阀12第一出口进入双级压缩系统的中冷器14中，作为双级压缩系统的中温热源，与进入中冷器14中的制冷剂间接换热；另一部分冷却介质由三通调节阀12第二出口进入换热器13第一进口，与冷却水管路26中通入的冷却水进行换热，带走多余热量。经过中冷器14和换热器13的冷却后，冷却介质重新汇合并从第一冷凝器7的第二入口返回到第一冷凝器7中。

进入中冷器14的冷却介质和经低级压缩机17压缩的制冷剂在中冷器14中放出热量，热量被经第三节流阀20节流后的制冷剂气液混合物吸收，从而中冷器14中的制冷剂一部分变为制冷剂干蒸汽从中冷器14的第一出口进入高级压缩机18进行压缩后，经第二冷凝器19与外部进行换热，此热量以水为载体，经第三水泵21运送至蓄热箱22中，达到对蓄热箱22中水加热的目的，该热量用作吸收式热泵的驱动热源。另一部分变为制冷剂冷凝液从中冷器14第二出口经第二节流阀15节流后进入双级压缩蒸发器16，在蒸发器16中蒸发吸热，通过供冷管路28向外制冷。制冷剂蒸汽经过低级压缩机17压缩后从中冷器14第二进口回到中冷器14中完成循环。降温后的从中冷器14的第三出口和换热器13第一出口出来的冷却介质再次汇合并回到第一冷凝器7中，对冷凝器中的工质水蒸气进行冷却。

当吸收式热泵系统的供热量需求较大时，打开三通调节阀12，并调节进入中冷器14和换热器13中的冷却介质的流量配比，使得冷却介质进入中冷器14的流量增大，进入换热器13的流量减少，从而增大双级压缩系统对蓄热箱22的供热量，最终增加了吸收式热泵的吸收器2的高温供热量；当供热量需求较小时，使得冷却介质进入换热器13的流量增大，进入中冷器14的流量减少，从而减少双级压缩系统对蓄热箱22的供热量，最终减少了吸收式热泵的吸收器2的高温供热量。

当吸收式热泵系统的供热量需求进一步增加时，打开调节阀24和第四水泵25，太阳能辅助加热系统开始工作，系统管路中的水经过第四水泵25到达集热器23，经太阳能加热后进入蓄热箱22中，从而增加了驱动热源的供热量，最终增加了吸收式热泵的吸收器2的供热量。

在整个系统中，吸收式高温热泵的驱动热源由两部分所组成，一是双级压缩系统产生的热能，此为主要驱动热源，二是太阳能辅助系统产生的热能，此为辅助驱动热源，太阳能辅助加热系统可根据实际情况选择安装。双级压缩的中温热源由两部分组成，一是经低级压缩机17压缩制冷剂放出的热量，二是第一冷凝器7回收的冷凝热，回收的冷凝热的量可根据吸收式热泵吸收器2的高温供热量通过三通调节阀12进行调节。吸收式高温热泵系统与双级压缩系统相互耦合，实现了双级压缩蒸发器侧供冷，吸收式热泵吸收器侧高温供热，提高了热能品位。

上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种双级压缩与吸收式高温热泵复合的冷热联供系统，其特征在于：包括吸收式热泵系统、双级压缩系统和蓄热箱（22）；所述吸收式热泵系统包括热泵蒸发器（1）、吸收器（2）、溶液热交换器（3）、第一节流阀（4）、发生器（5）、溶液泵（6）、第一冷凝器（7）、工质泵（8），所述热泵蒸发器（1）的 出口与所述吸收器（2）的第一进口连接，吸收器（2）出口与所述溶液热交换器（3）的第一进口连接，溶液热交换器（3）的第一出口通过所述第一节流阀（4）与所述发生器（5）工质进口连接，发生器（5）的第一工质出口通过所述溶液泵（6）与溶液热交换器（3）的第二进口连接，溶液热交换器（3）的第二出口与吸收器（2）的第二进口连接，发生器（5）的第二工质出口与所述第一冷凝器（7）的第一进口连接，第一冷凝器（7）的第一出口通过工质泵（8）与热泵蒸发器（1）的进口连接，从而形成吸收式热泵循环，通过供热管路（27）向外高温供热；所述双级压缩系统包括中冷器（14）、双级压缩蒸发器（16）、低级压缩机（17）、高级压缩机（18）、第二冷凝器（19）、第二节流阀（15）、第三节流阀（20），所述第二冷凝器（19）的第一出口通过所述第三节流阀（20）与所述中冷器（14）的第一进口连接，中冷器（14）的第一出口与所述高级压缩机（18）的进口连接，高级压缩机（18）出口与第二冷凝器（19）的第一进口连接，中冷器（14）的第二出口经所述第二节流阀（15）与所述双级压缩蒸发器（16）进口连接，双级压缩蒸发器（16）出口与所述低级压缩机（17）进口连接，低级压缩机（17）出口与中冷器（14）的第二进口连接，从而形成双级压缩循环，通过供冷管路（28）向外输出冷量；所述吸收式热泵系统的第一冷凝器（7）的第二出口通过冷却介质泵（11）与所述双级压缩系统的中冷器（14）的第三进口连接，中冷器（14）的第三出口与第一冷凝器（7）的第二进口连接；所述第二冷凝器（19）的第二出口通过第三水泵（21）与所述蓄热箱（22）的进口连接，第二冷凝器（19）的第二进口与蓄热箱（22）的出口连接，蓄热箱（22）的出口还分别通过第一水泵（9）、第二水泵（10）与热泵蒸发器（1）的第二进口和发生器（5）的第二进口连接，蓄热箱（22）的进口还分别连接热泵蒸发器（1）的第二出口和发生器（5）的第二出口。

2.根据权利要求1所述一种双级压缩与吸收式高温热泵复合的冷热联供系统，其特征在于：还包括三通调节阀（12）和换热器（13），所述第一冷凝器（7）的第二出口通过冷却介质泵（11）与三通调节阀（12）进口连接，所述三通调节阀（12）的第一出口与所述中冷器（14）的第三进口连接，三通调节阀（12）的第二出口与换热器（13）的第一进口连接，换热器（13）的第一出口与第一冷凝器（7）的第二进口连接，换热器（13）的第二进口和第二出口与冷却水管路（26）连接。

3.根据权利要求2所述一种双级压缩与吸收式高温热泵复合的冷热联供系统，其特征在于：还包括太阳能辅助加热系统，所述太阳能辅助加热系统包括集热器（23）、调节阀（24）和第四水泵（25），所述蓄热箱（22）的出口依次连接所述第四水泵（25）、集热器（23）和调节阀（24）和蓄热箱（22）的进口，形成回路。

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