CN117029313A - 一种可大范围调节的吸收式热泵 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种可大范围调节的吸收式热泵，涉及余热回收供暖领域，解决了在供热初末寒期，存在溶液流动不畅、负荷无法提高、不能满足供热需求等问题，所采用的方案，包括：冷凝器，其内设置有第一进水口及第一出水口，其中，在第一进水口及第一出水口之间连接有旁通阀，旁通阀具有调流件，调流件用于调节旁通阀的开度；蒸发器，内设置有余热水进口及余热水出口，用于吸收外部余热热量，蒸发器顶部通过气态冷剂水管路连接至吸收器顶部；吸收器，其内设置有第二进水口及第二出水口，吸收器下部通过稀溶液管路连接至发生器上部；发生器，利用外部热源加热内部溶液至沸腾，产生水蒸气。本发明的技术方案，可实现大范围、精准的调节。

Description

一种可大范围调节的吸收式热泵

技术领域

本发明涉及余热回收供暖领域，尤其涉及一种可大范围调节的吸收式热泵。

背景技术

传统的热泵系统通常包括发生器、冷凝器、吸收器和蒸发器等主要部件，以及溶液泵、冷剂泵和溶液热交换器等辅助部件。在传统的工作过程中，溶液和冷剂水通过溶液泵和冷剂泵在机组四大部件中循环，从而实现外部热能向可用热能的转化。

用于供热的吸收式热泵，在供热初末寒期，存在溶液流动不畅、负荷无法提高、无法大范围调节、不能满足供热需求等问题。

发明内容

为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种可大范围调节的吸收式热泵，包括：

冷凝器，其内设置有第一进水口及第一出水口，冷凝器通过液态冷剂水管路连接至蒸发器顶部，其中，在所述第一进水口及所述第一出水口之间连接有旁通阀，所述旁通阀具有调流件，所述调流件用于调节旁通阀的开度；

所述蒸发器，内设置有余热水进口及余热水出口，用于吸收外部余热热量，所述蒸发器顶部通过气态冷剂水管路连接至所述吸收器顶部；

所述吸收器，其内设置有第二进水口及第二出水口，所述吸收器下部通过稀溶液管路连接至所述发生器上部；

所述发生器，利用外部热源加热内部溶液至沸腾，产生水蒸气，加热浓缩后的浓溶液经过浓溶液管路中的溶液热交换器降温后进入吸收器，所述水蒸气经过发生器顶部通过水蒸气管路进入所述冷凝器。

在一些实施例中，所述可大范围调节的吸收式热泵具有自动控制系统，所述自动控制系统控制所述旁通阀的调流件，所述自动控制系统的控制参数包括所述发生器的溶液的浓度的结晶裕量。

在一些实施例中，所述发生器的溶液中具有浓度计，所述浓度计将测量到的溶液浓度传送至所述自动控制系统，所述自动控制系统，根据所述溶液浓度，确定所述发生器的溶液的浓度的结晶裕量。

在一些实施例中，所述控制参数还包括所述吸收式热泵的内部参数，所述内部参数包括所述发生器溶液的内部温度，所述自动控制系统，还用于，根据所述溶液温度，与所述溶液浓度，共同确定所述发生器的溶液的浓度的结晶裕量。

在一些实施例中，所述发生器溶液的内部具有温度计，所述温度计将测量到的溶液温度传送至所述自动控制系统。

在一些实施例中，所述可大范围调节的吸收式热泵为单级，所述吸收器的第二出水口通过加热水管路连接至所述冷凝器的第一进水口。

在一些实施例中，所述可大范围调节的吸收式热泵为多级，所述冷凝器的第一进水口与上一级的所述吸收式热泵的冷凝器的第一出水口相连。

在一些实施例中，所述蒸发器的下部与蒸发器的上部之间，还连通设置有冷剂循环管路，且所述冷剂循环管路上设置有冷剂循环泵。

在一些实施例中，所述水蒸气经过发生器顶部通过水蒸气管路进入所述冷凝器，具体包括:所述水蒸气经过发生器顶部的挡液板进入所述冷凝器。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益的技术效果：本发明实施例的技术方案，根据吸收式热泵流程及供热初末寒期极好工况的特点，找到了影响机组性能最小的解决方法，即旁通冷凝器、不旁通吸收器，并将旁通阀的控制引入到吸收式热泵自身控制范围，从而实现了可大范围调节，并可精准调节；本发明的技术方案，在冷凝器的第一进水口及第一出水口之间连接有旁通阀5，旁通阀5具有调流件，利用调流件来调节旁通阀5的开度，进而调节了进入冷凝器的流量，当温度低时，采用大流量，增大旁通阀的开度，进入冷凝器的流量大，当温度高时，采用小流量方式，降低旁通阀的开度，进入冷凝器的流量小，实现大范围、更精准的调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的现有技术中一种吸收式热泵示意图；

图2是本发明现有技术中改良后的一种吸收式热泵示意图；

图3是本发明实施例提供的一种单级吸收式热泵示意图；

图4是本发明实施例提供的一种多级吸收式热泵示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种多级吸收式热泵示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种多级吸收式热泵示意图。

其中，图1至图2中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1-冷凝器，2-蒸发器，3-吸收器，4-发生器，P1-冷凝压力，P2-蒸发压力，T1-冷凝器出水温度，T2-蒸发器出水温度。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征；各个实施例之间的技术方案可以相互结合，以本领域普通技术人员能够实现为基础。

吸收式热泵是余热回收供暖领域常见的设备。吸收式热泵分为两个密封腔体，分别是发生器/冷凝器腔体和蒸发器/吸收器腔体。溶液和冷剂水需要在两个腔体间流动，一般需要设置屏蔽泵，并考虑一部分内部压力差。

用于供热的吸收式热泵，在供热初末寒期存在溶液流动不畅、负荷无法提高等问题。

现有技术中的热泵流程，如附图1所示。

1-冷凝器，2-蒸发器，3-吸收器，4-发生器，P1-冷凝压力，P2-蒸发压力，T1-冷凝器出水温度，T2-蒸发器出水温度。

热泵工作原理如下：热泵分为发生器4、冷凝器1、吸收器3、蒸发器2四大部件，以及溶液泵、冷剂泵和溶液热交换器等部件(图中未示出)。溶液泵、冷剂泵都是真空屏蔽泵，主要作用是将溶液和冷剂水在机组四大部件中循环。溶液泵根据机组结构不同所处的位置不同，本图按布置在吸收器3处考虑。发生器4中，外部高温热源(虚线管路----)加热溶液至沸腾，产生水蒸气，浓缩后的浓溶液经过溶液热交换器降温后进入吸收器3布液(图中显示喷淋，也可以是滴淋结构)。发生器4产生的水蒸气经过挡液板进入冷凝器，冷凝成水放热，加热外部热水(双点画线)。水蒸气冷凝形成的冷剂水进入蒸发器蒸发，吸收外部余热热量(单点画线/>)，没有蒸发完的冷剂水再通过冷剂泵进行二次循环。蒸发器产生的水蒸气被吸收器中的浓溶液吸收，放热加热热水管路(双点画线)。浓溶液吸收水蒸气后形成稀溶液，通过溶液泵经过溶液热交换，被加热后再进入发生器继续循环。

由上述流程可以看出，冷凝器1的冷凝压力由水蒸气特性决定，对应唯一的冷凝温度，该冷凝温度需要能够将换热管内的水加热至出水温度T1，即冷凝温度＞T1，一般温差在2-5℃，如出水温度60℃，冷凝温度为62℃，冷凝压力约为22kPa。同理，蒸发压力也受蒸发器出水温度T2影响，且蒸发温度＜T2，如将余热水从30℃降温至20℃，蒸发温度为18℃，蒸发压力为2kPa。由于热泵是吸收低温余热加热高温水，因此正常状态下T1＞T2，也就是说冷凝压力＞蒸发压力。这样，发生/冷凝腔体与吸收/蒸发腔体之间存在压力差。溶液和冷剂水在二者之间流动时，受高差、压力差和泵的出力。

供热领域余热回收的参数特点如下：在初末寒期，室外温度高，余热温度较高(如循环水、烟气余热等)，热网水温度低，甚至和余热温度接近；在严寒期，室外温度低，余热温度降低，热网水温度升高。两种极限工况相差比较大。

在严寒期，热泵冷凝器1出水温度高、冷凝压力高，而蒸发器2出水温度低、蒸发压力低，因此存在较大的压力差，屏蔽泵出力较小；初末寒期的时候，热泵冷凝器1出水温度低、冷凝压力较低，蒸发器2出水温度高、蒸发压力较高，压力差很小，屏蔽泵出力较大。因此，供热型吸收式热泵的屏蔽泵一般选择比较大，以保证较大的调节范围。

但是，在一些特殊情况，如烟气余热回收项目在初寒期极端或其他项目长时间停暖再启动阶段，压力差基本没有，需要屏蔽泵出力更大。以烟气余热回收项目为例，在初寒期启动阶段，烟气较多，持续加热热网水，可能将中介水加热至50℃，此时热网水温度在40℃左右，可能形成反向压差，需要屏蔽泵出力很大。而热泵一般按照中介水20℃左右、热网水50℃以上的严寒期工况设计，屏蔽泵如果按照反向压差选择，在正常工作时会导致极小出力运行，性能不稳定。因此，一般屏蔽泵选择不会考虑这类情况，导致启动阶段难度较大。此外，如果长时间停暖，热网水温度降得低于余热水温度，也会在启动时出现类似情况。这种情况下启动难度很大。

如果在这种情况下启动(T1与T2相近时，或者T2高于T1时)，热泵的内部循环量很小，导致无法增加负荷。发生器4加热量稍大(T2高时，系统难以流动)，就会导致发生器4的溶液温度急剧升高，接近结晶条件，自控系统会马上将发生器4负荷降下来。最终导致热泵只能在极小负荷下运行，无法加负荷、不能满足供热需求。

为解决上述问题，有解决方案有两种：第一种是要求外部负荷达到一定程度以上时再启动热泵，此时热网水温度升高，再经热泵内部升温后，冷凝器出水温度升高，内部压力较高，能够形成正压差，保证在屏蔽泵设计范围之内。

第二种是在系统上设置旁通管道和调节阀，通过人工手动调节阀门，旁通一部分水量，使进入热泵的热网水量减少，温差拉大，冷凝器出水温度升高，内部压力高，也能满足屏蔽泵设计要求，即，在热水侧增加了旁通阀，旁通整个热泵(吸收器和冷凝器)。如图2所示。

但上述两种方式都有问题。

第一种方案，在初末寒期内无法运行，导致余热回收量减少，项目经济性和环保大打折扣，完全启动时间需近一个月，快时也近半月(实际上初末寒期是外部参数很好的阶段，如果运行能够大量回收余热)。

第二种方案需要人工操作，一方面调节难度比较大，另一方面也无法精准调节，机组运行工况较差(旁通量少了热泵还是运行困难，若旁通量大了，冷凝器出口温度过高，参数变差，影响热泵余热回收量，因此，不好掌控)，即，第二种方案，一是由于阀门是系统后加的，无法实现热泵根据内部参数对其自动控制；二是系统改造只能把吸收器和冷凝器一起旁通，旁通吸收器对解决问题没有好处，只是恶化工况。

因此，如何设计热泵，可以在低负荷、参数极好情况下热泵的自动调节，能够满足热泵在该条件下自动调节、增加负荷、提高余热回收量、满足供热需求，是一个需要解决的技术问题。

为解决上述问题，本发明一实施例提供了一种可大范围调节的吸收式热泵，如图3所示，本发明实施例，是以单级吸收式热泵为例进行的叙述，包括：

冷凝器1，其内设置有第一进水口及第一出水口，冷凝器通过液态冷剂水管路连接至蒸发器2顶部，其中，在第一进水口及第一出水口之间连接有旁通阀5，旁通阀5具有调流件，调流件用于调节旁通阀5的开度；

蒸发器2，内设置有余热水进口及余热水出口，用于吸收外部余热热量，蒸发器2顶部通过气态冷剂水管路连接至吸收器3顶部；

吸收器3，其内设置有第二进水口及第二出水口，吸收器3下部通过稀溶液管路连接至发生器4上部；

发生器4，利用外部热源加热内部溶液至沸腾，产生水蒸气，加热浓缩后的浓溶液经过浓溶液管路中的溶液热交换器降温后进入吸收器3，水蒸气经过发生器4顶部通过水蒸气管路进入冷凝器1。

本发明实施例的技术方案，根据吸收式热泵流程及供热初末寒期极好工况的特点，找到了影响机组性能最小的解决方法，即旁通冷凝器、不旁通吸收器，并将旁通阀的控制引入到吸收式热泵自身控制范围，从而实现了可大范围调节，并可精准调节，在冷凝器的第一进水口及第一出水口之间连接有旁通阀5，旁通阀5具有调流件，利用调流件来调节旁通阀5的开度，进而调节了进入冷凝器的流量，当温度低时，采用大流量，增大旁通阀的开度，进入冷凝器的流量大，当温度高时，采用小流量方式，降低旁通阀的开度，进入冷凝器的流量小，实现了大范围、可精准的调节。

可选的，可大范围调节的吸收式热泵具有自动控制系统，自动控制系统控制旁通阀的调流件，自动控制系统的控制参数包括发生器的溶液的浓度的结晶裕量。

本发明实施例的技术方案，将旁通阀的控制引入到可大范围调节的吸收式热泵自身控制范围，从而实现精准的调节，且控制过程不需要人力介入，节省人力资源，实现了自动控制。

可选的，发生器的溶液中具有浓度计，浓度计将测量到的溶液浓度传送至自动控制系统，自动控制系统，根据溶液浓度，确定发生器的溶液的浓度的结晶裕量。

可选的，控制参数还包括可大范围调节的吸收式热泵的内部参数，内部参数包括发生器溶液的内部温度，自动控制系统，还用于，根据溶液温度，与溶液浓度，共同确定发生器的溶液的浓度的结晶裕量。

自动控制系统根据根据溶液浓度，或与溶液浓度共同确定发生器的溶液的浓度的结晶裕量两种技术方案，为自动控制系统控制旁通阀提供了依据，以便于自动控制系统更精准的控制旁通阀的开度，来实现吸收式热泵更精准的调节。

可选的，发生器溶液的内部具有温度计，温度计将测量到的溶液温度传送至自动控制系统。

可选的，吸收式热泵为单级，吸收器的第二出水口通过管路连接至冷凝器的第一进水口。

如图3所示，对于单级的吸收式热泵，吸收器的第二出水口通过加热水管路连接至冷凝器的第一进水口

可选的，吸收式热泵为多级，冷凝器的第一进水口与上一级的吸收式热泵的冷凝器的第一出水口相连。

如图4、图5、图6所示，本发明在多级结构时的流程，可以在其中一级加入旁通管道和旁通阀(不一定是最高或最低一级)，也可以在其中两级或更多级加入旁通管道和旁通阀，还可以在全部级数上都增加旁通阀。多个旁通阀的流程，可以根据外界调节和机组性能决定各阀门的开度，实现更灵活的调节。

可选的，如图3所示，蒸发器的下部与蒸发器的上部之间，还连通设置有冷剂循环管路，且冷剂循环管路上设置有冷剂循环泵。

可选的，水蒸气经过发生器顶部通过水蒸气管路进入冷凝器，具体包括:水蒸气经过发生器顶部的挡液板进入冷凝器。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种可大范围调节的吸收式热泵，其特征在于，包括：

冷凝器，其内设置有第一进水口及第一出水口，冷凝器通过液态冷剂水管路连接至蒸发器顶部，其中，在所述第一进水口及所述第一出水口之间连接有旁通阀，所述旁通阀具有调流件，所述调流件用于调节旁通阀的开度；

所述蒸发器，内设置有余热水进口及余热水出口，用于吸收外部余热热量，所述蒸发器顶部通过气态冷剂水管路连接至所述吸收器顶部；

所述吸收器，其内设置有第二进水口及第二出水口，所述吸收器下部通过稀溶液管路连接至所述发生器上部；

所述发生器，利用外部热源加热内部溶液至沸腾，产生水蒸气，加热浓缩后的浓溶液经过浓溶液管路中的溶液热交换器降温后进入吸收器，所述水蒸气经过发生器顶部通过水蒸气管路进入所述冷凝器。

2.根据权利要求1所述的可大范围调节的吸收式热泵，其特征在于，所述可大范围调节的吸收式热泵具有自动控制系统，所述自动控制系统控制所述旁通阀的调流件，所述自动控制系统的控制参数包括所述发生器的溶液的浓度的结晶裕量。

3.根据权利要求2所述的可大范围调节的吸收式热泵，其特征在于，所述发生器的溶液中具有浓度计，所述浓度计将测量到的溶液浓度传送至所述自动控制系统，所述自动控制系统，根据所述溶液浓度，确定所述发生器的溶液的浓度的结晶裕量。

4.根据权利要求2所述的可大范围调节的吸收式热泵，其特征在于，所述控制参数还包括所述吸收式热泵的内部参数，所述内部参数包括所述发生器溶液的内部温度，所述自动控制系统，还用于，根据所述溶液温度，与所述溶液浓度，共同确定所述发生器的溶液的浓度的结晶裕量。

5.根据权利要求4所述的可大范围调节的吸收式热泵，其特征在于，所述发生器溶液的内部具有温度计，所述温度计将测量到的溶液温度传送至所述自动控制系统。

6.根据权利要求1所述的可大范围调节的吸收式热泵，其特征在于，所述吸收式热泵为单级，所述吸收器的第二出水口通过加热水管路连接至所述冷凝器的第一进水口。

7.根据权利要求1所述的可大范围调节的吸收式热泵，其特征在于，所述吸收式热泵为多级，所述冷凝器的第一进水口与上一级的所述吸收式热泵的冷凝器的第一出水口相连。

8.根据权利要求1所述的可大范围调节的吸收式热泵，其特征在于，所述蒸发器的下部与蒸发器的上部之间，还连通设置有冷剂循环管路，且所述冷剂循环管路上设置有冷剂循环泵。

9.根据权利要求1所述的可大范围调节的吸收式热泵，其特征在于，所述水蒸气经过发生器顶部通过水蒸气管路进入所述冷凝器，具体包括:所述水蒸气经过发生器顶部的挡液板进入所述冷凝器。