CN1877226A - 新工艺结构的两级及多级第二类吸收式热泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了新工艺结构的两级及多级第二类吸收式热泵，属于供热工程中低温余热利用技术领域。它将两级及多级吸收式热泵中的中间各吸收器与对应的中间各蒸发器相结合，构成吸收－蒸发器；在吸收－蒸发器内部，溶液吸收来自蒸发器或前一(低压)级吸收－蒸发器的冷剂蒸汽的过程在换热管束外进行，来自冷剂液泵的被加热冷剂介质流经管内，溶液吸收冷剂蒸汽过程中的产热直接加热冷剂介质使之汽化。比较已有设备结构，该发明减少了中间吸收器、蒸发器的数量；使两级和多级第二类吸收式热泵中除蒸发器、冷凝器、发生器和吸收器4个主要基本部件之外，需要的吸收－蒸发器数目为比级数减一。该发明减少了中间传热环节和设备，简化了流程，改善了热泵的热力参数——提高了产热温度，或对余热、冷却介质的温度要求降低。

Description

新工艺结构的两级及多级第二类吸收式热泵

技术领域：

本发明属于低温余热利用节能设备与技术领域。

背景技术：

采用吸收式热泵技术进行余热利用是行之有效的手段，具有比较好的节能、环保和经济效益。在余热资源相对丰富的情况下，采用第二类吸收式热泵技术可带来更好的节能效益。对第二类吸收式热泵来说，有单级、两级和多级(两级以上)，随着级数的增加，其供热温度随之增高，但设备也越来越复杂，制造难度和造价也随之增高。

在余热资源很丰富的场合，若余热的温度相对较低，或是用户的用热温度要求相对较高，单级二类热泵的供热温度不能满足用户要求，此时需要采用两级或两级以上(即多级)的二类热泵。

传统的两级及多级第二类吸收式热泵装置，是由蒸发器、发生器、吸收器和各个中间吸收器以及相对应的各个中间蒸发器(包括连接对应的吸收器和蒸发器的中间传热回路)、必要的循环泵等主要部件所构成，级数增加，设备复杂程度随之增加，相应的控制系统也增加；并且，中间吸收器的产热是通过对应的中间回路传递到相应的中间蒸发器，增加了传热环节。这些方面导致了传统工艺结构的两级及多级第二类吸收式热泵存在以下几方面的不足：①中间传热环节的存在，直接影响了热泵供热温度的提高，或者在对外提供一定的供热温度下，导致对余热温度的要求提高；或要求冷却介质的温度更低。②设备复杂，耗材多，制造难度大，造价高。③运动部件多，自身能耗增加，影响了节能效益。④装置的控制系统复杂，增加了控制系统的组成，也加大了制造成本。

以上问题的存在，从供热温度和设备造价两个方面较大程度地影响了该技术的推广应用。

发明内容：

本发明的目的是要提供一种工艺结构简化的两级及多级第二类吸收式热泵，将两级及多级吸收式热泵中的中间各吸收器与对应的中间各蒸发器相结合，构成吸收-蒸发器，以解决传统工艺结构的两级及多级第二类吸收式热泵所存在的上述问题。

本发明的目的是这样实现的，主要由蒸发器、冷凝器、发生器、吸收器和吸收-蒸发器组成，蒸发器与发生器有余热管线连接，发生器与吸收器之间通过溶液泵连通浓溶液管路，发生器产生的冷剂蒸汽通过管线进入冷凝器，被进入冷凝器的冷却介质冷却。吸收器的溶液用管线连接到吸收-蒸发器，蒸发器或多级时的前低压级吸收-蒸发器的冷剂蒸汽连接到吸收-蒸发器，冷剂蒸汽在冷凝器内冷凝后成为冷剂液经冷剂泵连接到吸收-蒸发器内的换热管束并被加热气化，成为冷剂蒸汽进入吸收器或高压级的吸收-蒸发器；吸收-蒸发器内的稀溶液连接到发生器，或连接到低压级的吸收-蒸发器，吸收冷剂蒸汽进一步变稀后再连接到发生器，在余热加热下完成冷剂蒸汽的发生过程，变成浓溶液经溶液泵连通进入吸收器。该工艺结构的热泵装置利用了吸收-蒸发器代替传统结构中相应的吸收器、中间热交换回路和蒸发器，简化了设备和传热过程。

在吸收-蒸发器内，来自于吸收器或高压级吸收-蒸发器的浓溶液，吸收来自于蒸发器或低压级吸收-蒸发器产出的冷剂蒸汽，放出热量，这一过程在换热管束外进行，溶液变稀后的稀溶液进入发生器或低压级吸收-蒸发器；来自冷剂泵的冷剂液进入吸收-蒸发器内的换热管束中被加热气化，成为冷剂蒸汽进入吸收器或高压级吸收-发生器。这使得原本在两个部位的设备间通过中间回路进行的传热过程得到简化，不仅实现了设备简化，也相应地减少了回路及驱动设备。

附图说明：

图l是依据本发明所提供的，余热流体先进入蒸发器1、再进入发生器3的新工艺结构的两级第二类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图2是依据本发明所提供的，余热流体先进入发生器3、再进入蒸发器1的新工艺结构的两级第二类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图3是依据本发明所提供，带有吸收-蒸发器的新工艺结构的三级第二类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图4是依据本发明所提供，带有吸收-蒸发器的新工艺结构的两级及多级第二类吸收式热泵系统中的吸收-蒸发器的结构和流程示意图。

图中，1-蒸发器、2-冷凝器、3-发生器、4-吸收器、5-吸收-蒸发器或一级(高压级)吸收-蒸发器、6-二级(低压级)吸收-蒸发器、7-蒸发器冷剂液再循环泵、8-溶液泵、9-冷剂泵、10、11-溶液热交换器(属于可选项)、12-换热部件(换热管束)；F₁～F₄为调节阀。

图4中，I-浓溶液(来自于吸收器或高压级吸收-蒸发器)；II-冷剂蒸汽(来自于蒸发器或前一级吸收-蒸发器)；III-稀溶液；IV-冷剂液体；V-冷剂蒸汽。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例来详细描述本发明。

在两级第二类吸收式热泵中本发明的目的是这样实现的，①结构上，该热泵主要由蒸发器1、冷凝器2、发生器3、吸收器4和吸收-蒸发器5组成，不再有依靠中间回路相联系进行热交换的中间吸收器及其相对应的中间蒸发器；②余热流体或先进入蒸发器1、再进入发生器3，或先进入发生器3、再进入蒸发器1，与传统结构和流程相同；③来自吸收器4的溶液，进入吸收-蒸发器5，在其内部，溶液吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，这一过程在换热管束外进行；来自冷剂液泵的被加热冷剂介质流经管内，通过换热管束直接获取溶液吸收冷剂蒸汽中的产热，完成汽化过程；④吸收-蒸发器5中产生的冷剂蒸汽，进入吸收器4，被来自发生器的浓溶液吸收，其产热用于满足用户的热需求；⑤吸收-蒸发器5内溶液吸收冷剂蒸汽变稀后进入发生器3，在余热加热下完成冷剂蒸汽的发生过程；浓溶液经溶液泵8打入吸收器4，吸收来自吸收-蒸发器5的冷剂蒸汽，产热用于满足用户需求；⑥冷却介质进、出冷凝器2，完成对来自发生器3的冷剂蒸汽的冷凝，此处结构和流程与传统的相同。

在多级第二类吸收式热泵中，吸收-蒸发器数目随着级数的增加而增多，其数目为级数减去1。以三级为例，它也作为新工艺结构的多级第二类吸收式热泵系统的代表，吸收-蒸发器有2个，分为一级吸收-蒸发器和二级吸收-蒸发器，一级吸收-蒸发器内部压力低于二级吸收-蒸发器。一级(低压级)吸收-蒸发器完成二级(高压级)吸收-蒸发器所用蒸汽的加热，其具体工作过程是这样的，从蒸发器1来的冷剂蒸汽在管束外部被二级吸收-蒸发器6来的溶液吸收、放热，将流经管束内部的冷剂液加热、并使之汽化，向下一级(二级)吸收-蒸发器6提供冷剂蒸汽，浓度变稀后的溶液再回到发生器3；二级吸收-蒸发器6内，来自吸收器4的溶液吸收来自前一级(即一级)吸收-蒸发器5的冷剂蒸汽，加热流经换热管束内部的冷剂液、并使之汽化；汽化后的冷剂蒸汽进入吸收器4被浓溶液吸收、放热，对外提供热负荷。

图4所示为吸收-蒸发器示意性结构与流程简图。在吸收-蒸发器内，来自于吸收器或高压级吸收-蒸发器的浓溶液I，吸收自于蒸发器或低压级吸收-蒸发器产出的冷剂蒸汽II，放出热量，溶液变稀后的稀溶液III进入发生器或低压级吸收-蒸发器；来自冷剂泵的冷剂液IV进入吸收-蒸发器内的换热管束12中被加热气化，成为冷剂蒸汽V进入吸收器或高压级吸收-发生器。

图1所示为采用了吸收-蒸发器的两级第二类吸收式热泵示意性结构与流程简图。在两级第二类吸收式热泵中，吸收-蒸发器5通过来自冷剂泵的冷剂流体、来自蒸发器的冷剂蒸汽、来自吸收器的溶液、流向发生器的溶液、流向吸收器的冷剂蒸汽分别与其它相应部分联结，共同完成如下工作流程：

①余热介质流程——余热介质首先进入蒸发器1加热冷剂介质，然后进入发生器3加热稀溶液。

②高温介质流程——被热用户用热后的介质进入吸收器4被加热重新向热用户供热。

③冷却介质流程——冷却水进、出冷凝器2，完成对来自发生器的冷剂蒸汽的冷凝。

④冷剂蒸汽流程——发生器3中的稀溶液在余热加热下产生的冷剂蒸汽，进入冷凝器2被冷却介质冷凝成冷剂介质，由冷剂液泵9分别送入蒸发器1和吸收-蒸发器5；经调节阀F1进入蒸发器1的冷剂介质被余热加热变为冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入吸收-蒸发器5，被来自吸收器4的溶液吸收且放出热量，加热冷剂介质、并使之变为温度较高的冷剂蒸汽；产生的冷剂蒸汽进入吸收器4，被来自发生器3的浓溶液吸收放出高温热满足用户需求。

⑤溶液流程——自发生器3出口的浓溶液经溶液热交换器10吸热后由溶液泵8送入高温吸收器4，吸收来自吸收-蒸发器5的冷剂蒸汽；吸收冷剂蒸汽后的较稀溶液，经溶液热交换器10冷却后进入吸收-蒸发器5，并且在此吸收来自蒸发器1的冷剂蒸汽变为更稀溶液，最后回到发生器3，从而完成溶液的循环。

图2所示也是采用了吸收-蒸发器的两级第二类吸收式热泵示意性结构与流程简图，与图1所不同的是：①增加了溶液热交换器11；②余热介质的流向与前者相反。

图3所示也是采用了吸收-蒸发器的多级第二类吸收式热泵示意性结构与流程简图。在多级第二类吸收式热泵中，吸收-蒸发器的数目为级数减1个(如三级为2个、四级为3个)，彼此间以溶液流程和冷剂蒸汽流程相连，出高压级吸收-蒸发器的稀溶液进入低压级吸收-蒸发器，低压级吸收-蒸发器产生的冷剂蒸汽进入高压级吸收-蒸发器。其它流程与两级第二类吸收式热泵没有区别。

本发明技术可以实现的效果：

比较传统工艺结构的两级及多级第二类吸收式热泵，本发明实现了如下几个方面的改善：

1.减少了中间吸收器、蒸发器的数量和中间传热循环回路，设备构造得到较大程度的简化，减少了耗材，降低了制造的难度。

2.减少了中间传热环节，使得进入吸收器的冷剂蒸汽的参数得到提高，相应地提高了装置的供热温度；或在一定的用户需求供热温度下，可以利用更低温度的余热；或降低对冷却介质的低温要求。

3.取消了中间回路，相应地取消了中间回路的驱动设备和能耗。

4.设备本身的能耗得到降低，增加了装置的节能效益。

5.设备构造的减少，中间回路的减少，运动部件的减少，都使得控制系统得到相应的简化；这些也相应地增加了设备安全性能。

以上几个方面的改善，都将较大程度地降低设备投资，全面改善两级和多级第二类吸收式热泵的性能，扩展其应用价值和应用范围。

Claims (4)

1.一种新工艺结构的两级及多级第二类吸收式热泵，主要由蒸发器、冷凝器、发生器、吸收器和吸收-蒸发器组成，蒸发器(1)与发生器(3)有余热管线连接，发生器(3)与吸收器(4)之间通过溶液泵连通浓溶液管路，发生器(3)产生的冷剂蒸汽通过管线或通道进入冷凝器(2)，被进入冷凝器(2)的冷却介质冷却，其特征在于：吸收器(4)的溶液用管线连接到吸收-蒸发器(5)，蒸发器(1)或低压级级吸收-蒸发器(6)的冷剂蒸汽连接到吸收-蒸发器(5)，冷剂蒸汽在冷凝器(2)内冷凝后成为冷剂液经冷剂泵(9)连接到吸收-蒸发器内的换热管束(12)并被加热气化，成为冷剂蒸汽连接到吸收器(4)或高压级的吸收-蒸发器，吸收-蒸发器内的稀溶液连接到发生器(3)，或高压级吸收-蒸发器内的稀溶液连接到低压级吸收-蒸发器，吸收冷剂蒸汽进一步变稀后进入发生器(3)，在余热加热下完成冷剂蒸汽的发生过程，变成弄溶液经溶液泵(8)连通进入吸收器(4)，该工艺结构的热泵装置利用了吸收-蒸发器代替传统结构中相应的吸收器、中间热交换回路和蒸发器，简化了设备和传热过程，并改善了热泵的热力参数。

2.根据权利要求1所述的新工艺结构的两级及多级第二类吸收式热泵，其特征是：在所说的吸收-蒸发器内，来自于吸收器(4)或高压级吸收-蒸发器的浓溶液(I)，吸收来自于蒸发器或低压级吸收-蒸发器产出的冷剂蒸汽(II)，放出热量，溶液变稀后的稀溶液(III)进入发生器或低压级吸收-蒸发器；来自冷剂泵的冷剂液(IV)进入吸收-蒸发器内的换热管束(12)中被加热气化，成为冷剂蒸汽(V)进入吸收器或高压级吸收-发生器。

3.根据权利要求1所述的新工艺结构的两级及多级第二类吸收式热泵，其特征是在两级第二类吸收式热泵中，提供给吸收器的冷剂蒸汽由吸收-蒸发器产生提供，蒸发器向吸收-蒸发器提供吸收过程所需要的冷剂蒸汽，吸收过程的放热加热流经换热管束的冷剂液、并使之蒸发汽化。

4.根据权利要求1所述的新工艺结构的两级及多级第二类吸收式热泵，其特征是，在多级第二类吸收式热泵中，提供给吸收器的冷剂蒸汽由高压级的吸收-蒸发器提供，低压吸收-蒸发器逐级向高压吸收-蒸发器提供吸收过程所需要的冷剂蒸汽，而逐个次高压级的吸收-蒸发器的吸收过程放出的热加热流经换热管束内的冷剂液、并使之蒸发汽化。