CN202521938U

CN202521938U - 热泵系统及干燥系统

Info

Publication number: CN202521938U
Application number: CN2012201063979U
Authority: CN
Inventors: 苏庆泉
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2022-03-20

Abstract

本实用新型是关于一种热泵系统及干燥系统。所述的热泵系统包括吸收器、蒸发器、发生器以及冷凝器，吸收器内设有吸收换热器，蒸发器内设有蒸发换热器，发生器内设有发生换热器，冷凝器内设有冷凝换热器，其特征在于所述发生换热器的出口和所述冷凝换热器的入口通过管道连接，并在该管道上设置疏水阀以及节流阀。所述干燥系统包括上述热泵系统以及干燥室、空气预热器、空气加热器和湿空气换热器。本热泵系统通过利用供给蒸汽和工艺蒸汽之间存在的压力差来驱动热泵循环，从而实现低温余热的热泵温升，达到有效利用余热和提高能量利用效率的目的。

Description

热泵系统及干燥系统

技术领域

本实用新型涉及一种热能工程领域的热泵技术，特别涉及一种以供给蒸汽与工艺蒸汽的压力差为驱动力的新型热泵及干燥系统。

背景技术

吸收式循环通常采用二组分吸收溶液，习惯上称低沸点组分为工质，高沸点组分为吸收剂，二者组成工质对，常见的有以水为工质，以溴化锂为吸收剂的水-溴化锂工质对。吸收式热泵系统利用吸收溶液在一定条件下能析出工质蒸气，在另一条件下又能强烈地吸收工质蒸气这一特性实现制冷或者供热。现有的吸收式热泵系统主要包括：内设换热器的发生器、内设换热器的冷凝器、内设换热器的蒸发器和内设换热器的吸收器。发生器和冷凝器通过蒸气通路相连，蒸发器和吸收器通过蒸气通路相连。吸收溶液通过吸收溶液管道在发生器和吸收器之间进行循环。

通常的供热系统一般采用蒸汽锅炉或者由热电厂向用户提供较高温度和压力的供给蒸汽，一般的供给蒸汽为温度180-220℃、压力0.9-1.3MPa的高品位热源。可是，在实际应用中用户所需的工艺蒸汽往往并不需要如此高的压力和温度。比如常规的干燥系统，通常只需要饱和温度100-140℃、压力0.1-0.4MPa的蒸汽即可实现物料的干燥，尤其是对于一些热敏性物料干燥温度高了反而不利。因此，如图4所示，现有的干燥系统通常采用节流阀60对供给蒸汽管道40提供的供给蒸汽进行降温减压以产生工艺蒸汽管道42内所需的工艺蒸汽。这样，供给蒸汽原有的高能量品位就白白的被浪费掉了。另一方面，工艺排出的余热也由于品位过低而难以得到循环利用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新的热泵系统，所要解决的技术问题是利用供给蒸汽与工艺蒸汽之间存在的压力差作为驱动力，来实现低品位余热的品位提升或者制冷。

本实用新型的目的在于还提供一种干燥系统，所要解决的技术问题是利用供给蒸汽与工艺蒸汽之间存在的压力差作为驱动力，来回收并提高干燥工艺所排余热的品位，并将其作为干燥介质的预热热源进行循环利用，从而实现干燥工艺能量利用效率的大幅度改善。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种热泵系统，包括吸收器、蒸发器、发生器以及冷凝器，吸收器内设有吸收换热器，蒸发器内设有蒸发换热器，发生器内设有发生换热器，冷凝器内设有冷凝换热器，所述的吸收器和发生器之间设有溶液循环管道，用于使吸收溶液在吸收器和发生器之间进行循环，所述的蒸发器和冷凝器之间设有连接管道，用于将冷凝器中的冷凝水导入蒸发器，所述发生换热器的入口与供给蒸汽的管道相连接，发生换热器的出口与所述冷凝换热器的入口通过管道相连接，并在该管道上设置疏水阀，所述冷凝换热器的出口与工艺蒸汽的管道相连接。所述疏水阀的作用是保证供给蒸汽在发生换热器内全部冷凝。

较佳的，前述的热泵系统，在所述疏水阀与所述冷凝换热器入口之间的管道上还设有节流阀。所述节流阀的作用是将高压的冷凝水减压至工艺蒸汽所需的压力。

较佳的，前述的热泵系统，还设有蒸汽喷射式热泵，所述蒸汽喷射式热泵的工作流体入口与供给蒸汽的管道相连接，蒸汽喷射式热泵的引射流体入口与所述冷凝换热器的出口相连接，蒸汽喷射式热泵的压缩流体出口与工艺蒸汽的管道相连接。所述蒸汽喷射式热泵的作用是进一步提高冷凝换热器内产生的蒸汽的压力。

较佳的，前述的热泵系统，在所述的溶液循环管道上设有溶液热交换器，用于对从发生器输出的高温的吸收溶液与从吸收器输出的低温的吸收溶液进行换热。

依据本实用新型提出的一种干燥系统，其包括上述的热泵系统，还包括干燥室、空气预热器、空气加热器和湿空气换热器，该空气预热器与热泵系统中的吸收换热器相连接并形成回路，该湿空气换热器与热泵系统中的蒸发换热器相连接并形成回路，该空气加热器与热泵系统中的工艺蒸汽管道相连接。

本实用新型与现有技术相比具有如下明显的优点和有益效果：

本实用新型的热泵系统通过采用新型的吸收式热泵循环，进而有机结合了吸收式热泵和蒸汽喷射式热泵，以供给蒸汽与工艺蒸汽之间存在的压力差为驱动力，完成了低品位余热的品位提升或者制冷，实现了由其吸收换热器对用户供热或者由其蒸发换热器对用户供冷或者冷热联供。本热泵系统由冷凝换热器出口输出工艺蒸汽，其在数量及热焓上接近于输入到发生换热器的供给蒸汽，因而实质上并未消耗供给蒸汽而仅仅是有效利用了原本被浪费掉了的蒸汽压力落差，所以，本热泵系统所提供热量或者冷量的运行成本极低而经济效益极佳。

本实用新型的干燥系统，则是以供给蒸汽与干燥工艺蒸汽之间存在的压力差为驱动力，以干燥工艺所排湿空气的余热为低温热源，将热泵系统吸收换热器输出的热能用于空气的预热，从而可以大幅度降低干燥系统的能耗。本干燥系统由于所投入热泵驱动力和低温热源都是无偿的，因此经济效益极佳。本实用新型的干燥介质为空气，也可以为氮气或水等其他流体。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的热泵系统的流程图。

图2是本实用新型实施例2的热泵系统的流程图。

图3是本实用新型实施例3的干燥系统的流程图。

图4是现有干燥系统的流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的热泵系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1所示，是本实用新型实施例1的热泵系统的流程图。本实施例提出的热泵系统由吸收器10、蒸发器11、发生器20、冷凝器21和供给蒸汽管道40组成。发生器20内设有发生换热器25，冷凝器21内设有冷凝换热器26。

所述的吸收器10和蒸发器11通过第一通路12连通。在所述的吸收器10中设有吸收溶液。所述的吸收器内设有吸收换热器15，该吸收换热器15内有载热介质，吸收器10内产生的高温吸收热加热吸收换热器内的载热介质，使该载热介质得到升温，从而形成向用户提供的高品位热能。

所述的蒸发器11内设有工质。在该蒸发器11内还设有蒸发换热器16，外部低温热源通过该蒸发换热器16使工质蒸发为工质蒸气。该工质蒸气通过第一通路12进入到吸收器10内，从而被吸收器10内的高浓度的吸收溶液所吸收，并释放高温的吸收热，所述吸收溶液得到稀释。由此，所述的外部低温热源转化为所述的高品位热能并向用户提供，同时，蒸发换热器16可实现向用户提供冷量。该蒸发器还设有蒸发器喷淋管道用于将蒸发器底部的液态工质输送到顶部，从而使蒸发器内的工质进行循环，提高换热效率。

所述的发生器20，内设有吸收溶液以及发生换热器25。由供给蒸汽管道40提供的高温高压供给蒸汽在疏水器27的作用下在发生换热器25内冷凝而向发生器20提供冷凝热即驱动热源，从而加热其中的吸收溶液，使其产生工质蒸气，同时吸收溶液的浓度得到提高。

所述的冷凝器21，内设有工质以及冷凝换热器26。所述的发生器20和冷凝器21通过第二通路22连通。在发生器20内产生的工质蒸气通过第二通路22进入到冷凝器21内。所述的发生换热器25的出口和所述的冷凝换热器26通过管道连接，并在该管道上设置疏水器27以及节流阀28，疏水器27的作用是阻汽排水。发生换热器25内产生的高压冷凝水经由疏水器27，在节流阀28的作用下减压至工艺蒸汽的压力后进入冷凝换热器26，并在冷凝换热器26接受冷凝器21内工质蒸气的冷凝热而形成工艺蒸汽，并从工艺蒸汽管道42输出。

所述的吸收器10和发生器20之间设有溶液循环管道，用于使吸收溶液在吸收器10和发生器20之间进行循环。将吸收器10中的部分吸收溶液输送到发生器20中，并将发生器20中的部分吸收溶液输送到吸收器10中。由于吸收器10中的吸收溶液是用于吸收工质蒸气，发生器中的吸收溶液是用于产生工质蒸气，所以发生器20输出的吸收溶液的浓度高于吸收器10输出的吸收溶液的浓度。也就是说，由发生器20进行了吸收器中吸收溶液的再生过程。为更好地对工质蒸气进行吸收，在吸收器10内设有喷淋设备13，用于喷洒来自发生器的高浓度的吸收溶液。为更好的产生工质蒸气，在发生器20内设有喷淋设备23，用于喷洒来自吸收器的低浓度的吸收溶液。

所述的蒸发器11和冷凝器21之间设有连接管道29，用于将工质从冷凝器21导入到蒸发器11。为更好的产生工质蒸气，在蒸发器11内设有喷淋设备14，用于喷洒来自冷凝器的工质。

由于吸收器10和发生器20的工作温度不同，吸收器需要较低的温度，而发生器需要较高的温度，所以本实施例在溶液循环管道上设置溶液热交换器36，用于对从发生器输出的高温的吸收溶液与从吸收器输出的低温的吸收溶液进行换热。还可以在溶液循环管道上设置阀门30，用于控制吸收溶液的流量和流速。

另外，还在蒸发器喷淋管道和溶液循环管道上和分别设置了输送泵33和输送泵34。

请参阅图2所示，是本实用新型实施例2的热泵系统的流程图。为了进一步提升所产工艺蒸汽的压力和温度，还设置了蒸汽喷射式热泵45。所述蒸汽喷射式热泵45的引射流体入口与冷凝换热器出口41相连接，蒸汽喷射式热泵45的工作流体入口与供给蒸汽管道40相连接，蒸汽喷射式热泵45的压缩流体出口与工艺蒸汽管道42相连接。以供给蒸汽的高压力为驱动源，在蒸汽喷射式热泵45的作用下工艺蒸汽的压力和温度得到了进一步的提升。

请参阅图3所示，是本实用新型提出的干燥系统的流程图。本实施例的干燥系统包括上述实施例2的热泵系统、干燥室50、空气加热器51、空气预热器52和湿空气换热器53。所述的干燥室50和空气加热器51为现有技术中的空气干燥系统。所述的空气预热器52设置在向空气加热器提供空气的管道上，其作用在于对空气进行预热，从而可以减少空气加热器的能源消耗。该空气预热器52与热泵系统中的吸收换热器15相连接并形成回路，从而使吸收器10中产生的热量用于对干燥系统的干燥介质进行预热。所述空气加热器51与热泵系统中的工艺蒸汽管道42相连接，从而使工艺蒸汽的热量用于对干燥系统的干燥介质进行加热。从干燥室50排出的湿空气具有较大的湿度和水蒸汽潜热，湿空气换热器53设置在干燥室排出湿空气的管道上。该湿空气换热器53与蒸发换热器16相连接并形成回路，从而可以使干燥室排出的湿空气的热焓作为蒸发换热器16的低温热源得到回收利用。这样，上述干燥系统利用热泵系统输出的吸收换热器热量和工艺蒸汽热量对干燥介质进行两级加热，从而显著减少了供给蒸汽的耗量，能量利用效率因而得到明显改善。

在上述实施例中，仅描述了完成本实用新型技术方案的基本流程，对于实现该流程的其他零件或者设备进行了省略，例如，保证各个物质流动方向所需的泵或者阀门，吸收溶液的工质和吸收剂。对于实现上述各个实施例所述的动力循环系统所需要的其他设备或者零件，本领域人员皆可在现有技术中找到对应的技术手段，在此不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种热泵系统，包括吸收器、蒸发器、发生器以及冷凝器，吸收器内设有吸收换热器，蒸发器内设有蒸发换热器，发生器内设有发生换热器，冷凝器内设有冷凝换热器，所述的吸收器和发生器之间设有溶液循环管道，用于使吸收溶液在吸收器和发生器之间进行循环，所述的蒸发器和冷凝器之间设有连接管道，用于将冷凝器中的冷凝水导入蒸发器，其特征在于所述发生换热器的入口与供给蒸汽的管道相连接，发生换热器的出口与所述冷凝换热器的入口通过管道相连接，并在该管道上设置疏水阀，所述冷凝换热器的出口与工艺蒸汽的管道相连接。

2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，在所述疏水阀与所述冷凝换热器入口之间的管道上还设有节流阀。

3.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，在所述的溶液循环管道上设有溶液热交换器，用于对从发生器输出的高温的吸收溶液与从吸收器输出的低温的吸收溶液进行换热。

4.根据权利要求1-3任一项所述的热泵系统，其特征在于还设有蒸汽喷射式热泵，所述蒸汽喷射式热泵的工作流体入口与供给蒸汽的管道相连接，蒸汽喷射式热泵的引射流体入口与所述冷凝换热器的出口相连接，蒸汽喷射式热泵的压缩流体出口与工艺蒸汽的管道相连接。

5.一种干燥系统，其特征在于其包括权利要求1-4任一项所述的热泵系统，还包括干燥室、空气预热器、空气加热器和湿空气换热器，该空气预热器与热泵系统中的吸收换热器相连接并形成回路，该湿空气换热器与热泵系统中的蒸发换热器相连接并形成回路，该空气加热器与热泵系统中的工艺蒸汽管道相连接。