CN1936460A - 两级第一类吸收式热泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了两级第一类吸收式热泵，属于低温余热利用热泵技术领域。它主要由蒸发器、低压吸收器、低压发生器、高压吸收器、高压发生器、冷凝器、混合加热器、节流阀、若干循环泵和溶液热交换器所组成，分为提取余热的低温级和对外供热的高温级，两级之间装有混合加热器，并由冷剂液管线和冷剂蒸汽管(通)道相连接。在低温级，经节流降压、降温后的部分冷剂介质吸收余热而蒸发，冷剂蒸汽进入低压吸收器被溶液吸收、放热，加热经过低压吸收器的另一部分冷剂介质，后者在混合加热器内与低压发生器中产生的冷剂蒸汽混合、形成蒸汽进入高温级的高压吸收器。该发明利用一体装置实现了余热温度的两级提升，采用节流阀完成冷剂液不同目的的节流，结构合理、简化，在相同条件下，供热温度得到提高，其它参数得到改善。

Description

两级第一类吸收式热泵

技术领域：

本发明属于低温余热利用热泵技术领域。

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。在余热资源相对不足、温度较低，或用户需求温度(包括用户要求的初始温度，即进入第一类吸收式热泵吸收器的介质温度)高的情况下，采用单级第一类吸收式热泵无法将余热的温度提升到用户需要的程度，也就无法达到有效利用低温余热、实现节能目的。在此情况下，采用供热温度不同的单级第一类吸收式热泵组成热泵联合供热系统，首先由低温级第一类吸收式热泵提取余热，连同其驱动热一起构成该级热泵的产热来作为高温级第一类吸收式热泵的余热，可以达到利用余热、实现节能的目的；在某些情况下，也可以采取热泵与其它加热设备串联进行供热来完成，但这都将带来系统复杂、投资过大、安全性降低等方面的问题，这也使得系统的控制和调节系统复杂化。

发明内容：

本发明的目的是要提供一种工艺结构更为简单的两级第一类吸收式热泵，它可以将较低温度的余热提升到更高的温度，扩展了利用低温余热向高温用户供热的范围。

本发明的目的是这样实现的，它主要由蒸发器、低压吸收器、低压发生器、高压吸收器、高压发生器、冷凝器、混合加热器、节流阀、若干循环泵和溶液热交换器(可选项)所组成；整体工艺上，可分为提取余热的低温级和对外供热的高温级。低温级主要由蒸发器、低压吸收器、低压发生器和混合加热器所组成；高温级主要由高压吸收器、高压发生器和冷凝器组成，辅之于必要的泵、阀、管件等辅助零部件和相应的控制系统。冷凝器有冷剂液管线分别通过节流阀与蒸发器和低压吸收器相连，蒸发器还有冷剂蒸汽通道与低压吸收器相连，低压吸收器与低压发生器之间通过溶液泵连通溶液管路，高压吸收器与高压发生器之间通过溶液泵连通溶液管路，高压吸收器与冷凝器之间有被加热介质管线相连，高压发生器有冷剂蒸汽通道与冷凝器相连，其特征在于：在低温级和高温级之间装有混合加热器，由冷剂液管线和冷剂蒸汽管道相连，低压吸收器和低压发生器分别通过冷剂液管道和冷剂蒸汽通道与混合加热器相连，混合加热器通过冷剂蒸汽通道与高压吸收器相连，出自冷凝器的高温冷剂液分别经节流阀进行不同程度的节流后进入蒸发器和低压吸收器，进入蒸发器的冷剂介质吸取余热得到蒸发，进入低压吸收器的冷剂介质吸热后再进入混合加热器，与来自低压发生器的冷剂蒸汽在混合加热器内混合，混合加热器产生的冷剂蒸汽进入高温级的高压吸收器，成为高压发生器所需要的冷剂蒸汽。以上所指的高压、低压和高温、低温是指二者之间的压力、温度有相对大小，并非指压力、温度的实际高压、高温值。

该发明采用混合加热器代替原本在两级间进行热量传递的冷凝-蒸发器和采用节流阀完成冷剂液不同的节流过程，具有结构紧凑、投资低、控制系统相对简单的优势，同时具有流程简单、传热环节简洁，在提高供热温度或利用更低温度的余热以及改善热泵的工艺参数等方面具有更好的优势。

附图说明：

图1是依据本发明所提供的，驱动热并联进入高、低压发生器，溶液在两级之间独立运行的两级第一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，驱动热串联进入高、低压发生器，溶液在两级之间独立运行的两级第一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的，驱动热并联进入高、低压发生器，溶液在两级之间串联运行的两级第一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的，驱动热并联进入高、低压发生器，溶液在两级之间独立运行，供热级双效运行的两级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图5是依据本发明所提供的，驱动热并联进入高、低压发生器，溶液在两级之间串联运行，余热提取级双效运行的两级第一类吸收式热泵系统结构和流程示意图。

图中，1—蒸发器，2—低压吸收器，3—低压发生器，4—高压吸收器，5—高压发生器，6—冷凝器，7—(深度)节流阀，8—(浅度)节流阀，9、10—溶液泵，11—混合加热器，12、13、16—溶液热交换器(属于可选项)，14—调节阀，15—高温级第二发生器，17—低温级第二发生器，F1～F4-控制调节阀。

图中，a—驱动热(低温级的驱动热温度可以低于高温级的驱动热的温度)，b—被加热介质，c—高压吸收器出稀溶液，d—高压发生器出浓溶液，e—高压发生器出冷剂蒸汽，f—冷凝器出的部分冷剂液体，g—低压吸收器出稀溶液，h—低压发生器出浓溶液，i—余热介质，j—进入低压吸收器的两相冷剂介质，k—蒸发器出冷剂蒸汽，1—低压发生器出冷剂蒸汽，m—混合加热器出冷剂蒸汽，n—双效供热时出双效供热端低压发生器的冷剂蒸汽，o—双效供热时出双效供热端低压发生器的冷剂液体。

图1中体现了A、B两级：A—高温级，对外供热，主要包括高压吸收器4、高压发生器5、冷凝器6、溶液泵10和溶液热交换器13；B一低温级，提取余热，主要包括蒸发器1、低压吸收器2、低压发生器3、(深度)节流阀7、(浅度)节流阀8、溶液泵9和溶液热交换器12。

具体实施方式：

下面结合附图和实例来详细描述本发明。

以本发明所提供的，驱动热并联进入高、低压发生器，溶液在两级之间独立运行的两级第一类吸收式热泵为例，如图1所示，本发明的目的是这样实现的，①结构上，该两级第一类吸收式热泵由低温级B和高温级A两部分组成，高温级主要由高压吸收器4、高压发生器5和冷凝器6组成，低温级主要由蒸发器1、低压吸收器2、低压发生器3和混合加热器11所组成，辅之于必要的泵、阀、管件等辅助零部件和相应的控制系统；在低温级，低温级产生的较高压力、温度的冷剂蒸汽进入高温级的吸收器，被来自高温级部分的高压发生器的浓溶液所吸收、放热，完成对被加热流体的第一步加热；高温级的高压发生器在高温热的驱动下，将来自高压吸收器的稀溶液加热、产生更高压力和温度的冷剂蒸汽，进入冷凝器对被加热流体进行第二步加热，对外供热。低温级起到了高温级蒸发器的作用。两级之间由冷剂液和冷剂蒸汽相连——高温级冷凝器6分别通过节流程度不同的两个节流阀7和8与低温级的蒸发器1和低压吸收器2相连；低压吸收器2和低压发生器3分别用冷剂液管线和冷剂蒸汽管道与混合加热器11相连接，低温级中混合加热器11的出口冷剂蒸汽管道与高温级的吸收器4相连，混合加热器11所产生的冷剂蒸汽进入吸收器4被来自高温级高压发生器5的浓溶液所吸收。②在低温级部分，出自高温级冷凝器6的部分冷剂液f经节流降压、降温后吸收余热而蒸发、成为冷剂蒸汽k，冷剂蒸汽k进入低压吸收器3被溶液吸收、放出热量，加热经过低压发生器3的另一部分冷剂介质j使之进一步汽化，后者在混合加热器11内与低压发生器3中产生的冷剂蒸汽1混合、形成高温级所需要的冷剂蒸汽m进入高温级的高压吸收器4；③在高温级部分，低温级产生的较高压力、温度的冷剂蒸汽m进入高温级的高压吸收器4，被来自高温级中高压发生器5的浓溶液d所吸收、放热，完成对被加热流体b的第一步加热；高温级高压发生器5在高温热a的驱动下，将来自高压吸收器4的稀溶液c加热、产生更高压力和温度的冷剂蒸汽e，进入冷凝器6对被加热流体b进行第二步加热，对外供热。

各流体的具体工作流程：

①余热介质流程——余热介质i进、出蒸发器1加热冷剂介质。

②高温介质流程——高温级驱动热a进入高压发生器5，完成对来自高压吸收器4的稀溶液c的加热，产生高温的冷剂蒸汽e进入冷凝器6；低温级驱动热a(可以与高温级驱动热相同或不同)进入低压发生器3，完成对来自低压吸收器2的稀溶液g的加热，产生冷剂蒸汽1进入混合加热器11。

③被加热介质流程——被加热介质b首先进入高压吸收器4，吸取浓溶液d吸收冷剂蒸汽m过程中放出的热量，温度得到第一次提高；而后进入冷凝器6，吸取冷剂蒸汽e的放热，温度升高后对用户提供。

④冷剂蒸汽流程——高温级，来自高压发生器5的冷剂蒸汽e在冷凝器6中加热流体b，冷凝成为液体，一部分经节流阀7深度节流后进入蒸发器1，另一部分经节流阀8浅度节流后进入低压吸收器2；在低温级，进入蒸发器1的冷剂介质被加热汽化成冷剂蒸汽k，进入低压吸收器2，被来自低压发生器3的较高浓度的溶液h所吸收，放出热量；经节流阀8节流后的冷剂介质进入低压吸收器2，吸取吸收过程中放出的热量得到进一步汽化后进入混合加热器11，与来自低压发生器3的冷剂蒸汽1混合成为高温级所需要的冷剂蒸汽m，进入高温级的高压吸收器4，被浓溶液d所吸收。

⑤溶液流程——低温级，出自低压发生器3的溶液h进入低压吸收器2，吸收来自蒸发器1的冷剂蒸汽k成为稀溶液g，经溶液泵9打入低压发生器3，在驱动热a的加热下释放出冷剂蒸汽1，重新成为较高浓度的溶液h；高温级，出自高压发生器5的溶液d进入高压吸收器4，吸收来自混合加热器11的冷剂蒸汽m成为稀溶液c，经溶液泵10打入高压发生器5，在驱动热a的加热下释放出高温下的冷剂蒸汽e，而后重新成为高浓度的溶液d。

图2所示的是驱动热串联进入高、低压发生器，溶液在两级之间独立运行的两级第一类吸收式热泵，其结构与图1所示热泵相同，其溶液、冷剂液和冷剂蒸汽的工作流程均与图1所示热泵相同，所不同的只是驱动热a是先进入高压级发生器5再进入低压级发生器3串联运行。

图3所示为两泵型两级第一类吸收式热泵，驱动热并联进入高、低压发生器，与图1所示热泵不同的地方在于两级之间的溶液是联系在一起的——进入高压发生器5的稀溶液来自低压吸收器2，进入低压发生器3的溶液来自高压吸收器4；高压吸收器4和低压发生器3之间有调节阀14(可选项)，其余部分均相同。

图4所示为高温级双效运行的两级第一类吸收式热泵，其结构相对于图1～3所示热泵，在高温级不相同，它的高温级设计两个发生器5和15，按双效模式运行，其它部分相同，结构相对复杂，供热温度相对较低，但节能效率相对高一些。

图5所示为低温级双效运行的两级第一类吸收式热泵，其结构相对于图1～3所示热泵，在低温级不相同，它的低温级设计两个发生器3和17，按双效模式运行，其它部分相同，结构相对复杂一些，供热温度也相对较低一些，节能效率相对要高一些。

将图4和图5相结合，可以设计为高温级、低温级均为双效运行的两级第一类吸收式热泵，但这种热泵结构复杂，制造难度加大，造价也高。

本发明所提出的两级第一类吸收式热泵与第一类吸收式热泵联合梯级供热系统相比较，具有如下的效果和优势：

①一体装置，实现余热温度的两级提升。

②扩大了第一类吸收式热泵的温度工作范围。

③采用混合加热器替代了冷凝-蒸发器，采用了节流阀完成冷剂液不同目的的节流，结构合理、简洁，降低了设备投资。

④采用混合加热器也使热泵的热力参数得到改善，在相同条件下，供热温度(余热提升的温度)得到进一步提高；或可利用更低温度的余热；或降低发生器内浓溶液的温度，避免或降低此处溶液可能对设备造成的腐蚀。扩大了工作温度范围，拓展了第一类吸收式热泵的应用场合。

⑤控制系统相应得到简化，供热系统的安全性也得到相应提高。

Claims (6)

1.两级第一类吸收式热泵，主要由蒸发器(1)、低压吸收器(2)、低压发生器(3)、高压吸收器(4)、高压发生器(5)、冷凝器(6)、节流阀(7)、混合加热器(11)、节流阀(8)、溶液循环泵(9)与(10)所组成，分为提取余热的低温级和对外供热的高温级两部分，冷凝器(6)有冷剂液管线经节流阀(7)和节流阀(8)分别与蒸发器(1)和低压吸收器(2)相连，蒸发器(1)有冷剂蒸汽通道与低压吸收器(2)相连，低压吸收器(2)与低压发生器(3)之间通过溶液泵(9)连通溶液管路，高压吸收器(4)与高压发生器(5)之间通过溶液泵(10)连通溶液管路，高压吸收器(4)与冷凝器(6)之间有被加热介质管线相连，高压发生器(5)有冷剂蒸汽通道与冷凝器(6)相连，其特征在于：在低温级和高温级之间装有混合加热器(11)，由冷剂液管线和冷剂蒸汽管道相连，低压吸收器(2)和低压发生器(3)分别通过冷剂介质管道和冷剂蒸汽通道同时与混合加热器(11)相连，混合加热器(11)通过冷剂蒸汽通道与高压吸收器(4)相连，出自冷凝器(6)的高温冷剂液一部分经节流阀(7)节流后进入蒸发器(1)，吸取余热、得到蒸发，另一部分经节流阀(8)节流后，以湿蒸汽状态进入低压吸收器(2)吸热、得到进一步汽化后再进入混合加热器(11)，与来自低压发生器(3)的冷剂蒸汽在混合加热器(11)内混合，混合加热器(11)产生的冷剂蒸汽进入高温级的高压吸收器(4)，成为高压发生器(5)所需要的冷剂蒸汽。

2.根据权利要求1所述的两级第一类吸收式热泵，其特征是冷剂介质为两级所共用，在两级之间串联运行。

3.根据权利要求1所述的两级第一类吸收式热泵，其特征是溶液可以分别在两级独立循环使用，也可以两级共用串联运行。

4.根据权利要求1所述的两级第一类吸收式热泵，其特征是采用混合加热器向高温级高压吸收器提供所需冷剂蒸汽。

5.根据权利要求1所述的两级第一类吸收式热泵，其特征是采用节流阀来进行冷剂介质在两级之间的传递。

6.根据权利要求1所述的两级第一类吸收式热泵，其特征是按运行模式可分为两级全单效型或低温级双效-高温级单效型或低温级单效-高温级双效型或两级全双效型4类。

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