CN206771796U - 基于喷射器的第二类吸收式热泵 - Google Patents

基于喷射器的第二类吸收式热泵 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了基于喷射器的第二类吸收式热泵，包括蒸发器、发生器、喷射器和溶剂泵，所述蒸发器的溶剂出口通过管路连接至溶剂泵的溶剂入口，容积泵的溶剂出口通过管路与蒸发器的溶剂入口相接且之间设有喷射器，所述喷射器与发生器的蒸汽出口相接。减少了热量损失，提高了热泵的能效。同时省略掉冷凝器内部的热交换器，节约工艺成本和材料成本。

Description

基于喷射器的第二类吸收式热泵
技术领域
本实用新型涉及第二类吸收式热泵，具体涉及基于喷射器的第二类吸收式热泵。
背景技术
如图1所示的现有技术中，典型的第二类吸收式热泵循环，包括发生器6、冷凝器11、溶剂泵18、蒸发器1、吸收器2、溶液热交换器5、溶液泵3、溶液节流阀4。冷凝器11内部设置有热交换器并通过管路连接端口n和端口p。端口n和端口p为冷却水通道。图2的热动力循环必须引入冷却水来保证发生器6产生的溶剂蒸气冷凝，因此，整个热泵的效率小于1。工程实践中，通常的能效一般低于0.5。
实用新型内容
本实用新型针对上述问题，提供了基于喷射器的第二类吸收式热泵，减少了热量损失，提高了热泵的能效。同时省略掉冷凝器内部的热交换器，节约工艺成本和材料成本。
本实用新型解决技术问题的技术方案为：基于喷射器的第二类吸收式热泵，包括蒸发器、发生器、喷射器和溶剂泵，所述蒸发器的溶剂出口通过管路连接至溶剂泵的溶剂入口，溶剂泵的溶剂出口通过管路与蒸发器的溶剂入口相接且之间设有喷射器，所述喷射器与发生器的蒸汽出口相接。
进一步地，还包括吸收器、溶液泵、溶液节流阀、溶液热交换器、溶剂节流阀，蒸发器内设有喷淋管，蒸发器蒸气出口通过蒸气通道连接至吸收器，吸 收器内部设置有与高温热源出口和高温热源进口通过管路连接的热交换器，溶液热交换器内部设有两组热交换管路，其中第二端口与第一端口连通，第三端口与第四端口连通；吸收器内的稀溶液出口连接到溶液热交换器的第三端口；溶液热交换器的第四端口通过管路连接到溶液节流阀的入口；发生器内部设有通过管路与第二中温热源端口和中温热源出口连通的热交换器；溶液节流阀的出口通过管路连接至发生器内部的喷淋管，并将稀溶液喷淋到发生器内部的热交换器表面；发生器内部的浓溶液出口连接到溶液泵的进液口；溶液泵的出液口通过管路连接至溶液热交换器的第一端口；溶液热交换器的第二端口通过管路连接吸收器的浓溶液入口。
进一步地，所述喷射器包括同轴设置的引射室、喷嘴、混合室、扩散器，喷嘴设置于引射室内且轴向设有工作流体进口，引射室径向设有引射流体进口，引射室、混合室和扩散器顺序连接，扩散器轴向设有混合流体出口，喷射器的工作流体进口与溶剂泵的出液口通过管道相接，引射流体进口与发生器的蒸汽出口通过管道相接，混合流体出口通过管路与蒸发器的溶剂入口连通。
进一步地，所述蒸发器与溶剂泵之间设有冷剂池，且蒸发器与冷剂池之间设有溶剂节流阀。
进一步地，还包括溶剂热交换器，溶剂热交换器内部有两组热交换管路，其中第七端口和第八端口相通，第五端口和第六端口相通；蒸发器的溶剂出口通过管路连接至溶剂热交换器的第七端口，溶剂热交换器的第八端口通过管路连接至溶剂节流阀的入口；喷射器的混合流体出口通过管路连接至溶剂热交换器的第五端口，溶剂热交换器的第六端口通过管路连接至蒸发器的溶剂入口且与喷淋管接通。
进一步地，蒸发器与吸收器之间设有蒸汽压缩机，蒸发器的蒸汽出口连接至蒸汽压缩机的蒸汽入口，蒸汽压缩机的蒸汽出口连接至吸收器的蒸汽入口。
进一步地，所述蒸发器内设有与中温热源进口和第一中温热源端口连通的热交换器。
进一步地，第二中温热源端口通过管路连接第一中温热源端口，中温热源进口与中温热源出口连通外部中温热源。
进一步地，第一中温热源端口和中温热源进口连接外部温度高的中温热源，第二中温热源端口和中温热源出口连通外部温度低的中文热源。
进一步地，所述喷嘴两端开口面积大，中间开口面积小，所述扩散器为开口面积逐渐增大的喇叭口状。
本实用新型的有益效果：
1.溶剂在喷射器内部被强制冷凝，减少了热量损失，提高了热泵的能效。同时省略掉冷凝器内部的热交换器，节约工艺成本和材料成本。
2.本实用新型利用蒸气压缩式热泵和吸收式热泵的优势，同时也规避了他们的劣势。此外，两组中温热源也是工程实践中经常遇到的场景。空气压缩机热回收系统的热水温度一般在75℃，而内燃机组缸套水的出水温度通常在80℃。温度高的中温热源连接至e、f端口，温度低的中温热源连接至a、b端口。分立的热源设置有利于优化整个系统的性能。
3.本实用新型通过溶剂泵加压的方法对于改善蒸气压缩机的效率非常明显。
附图说明
图1为传统第二类吸收式热泵的原理示意图；
图2为本实用新型的第一种实施方式的原理示意图；
图3为本实用新型的第一种实施方式的原理示意图；
图4为本实用新型的第一种实施方式的原理示意图；
图5为喷射器的原理示意图；
图6为现有技术中的一种方案原理示意图；
图中，1、蒸发器2、吸收器，3、溶液泵，4、溶液节流阀，5、溶液热交换器，51、第一端口，52、第二端口，53、第三端口，54、第四端口，6、发生器，7、冷剂池，8、蒸汽压缩机，9、溶剂节流阀，10、喷射器，101、引射室，102、喷嘴，103、混合室，104、扩散器，105、工作流体进口，106、引射流体进口，107、混合流体出口，11、冷凝器，12、溶剂热交换器，121、第五端口，122、第六端口，123、第七端口，124、第八端口，18、溶剂泵，a、第二中温热源端口，b、中温热源出口，c、高温热源进口，d、高温热源出口，e、第一中温热源端口，f、中温热源进口。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型，下面结合附图来详细解释本实用新型的实施方式。
如图2所示为本实用新型的第一种实施方式，基于喷射器的第二类吸收式热泵，包括蒸发器1、发生器6、喷射器10和溶剂泵18，所述蒸发器1的溶剂出口通过管路连接至溶剂泵18的溶剂入口，溶剂泵18的溶剂出口通过管路与蒸发器1的溶剂入口相接且之间设有喷射器10，所述喷射器10与发生器6的蒸汽出口相接，溶剂泵18的输入间接来自蒸发器1的溶剂。
还包括吸收器2、溶液泵3、溶液节流阀4、溶液热交换器5、溶剂节流阀 9，蒸发器1内设有与中温热源进口f和第一中温热源端口e连通的热交换器，蒸发器1内设有喷淋管，蒸发器1蒸气出口通过蒸气通道连接至吸收器2，吸收器2内部设置有与高温热源出口d和高温热源进口c通过管路连接的热交换器，溶液热交换器5内部设有两组热交换管路，其中第二端口52与第一端口51连通，第三端口53与第四端口54连通；吸收器2内的稀溶液出口连接到溶液热交换器5的第三端口53；溶液热交换器5的第四端口54通过管路连接到溶液节流阀4的入口；发生器6内部设有通过管路与第二中温热源端口a和中温热源出口b连通的热交换器，第二中温热源端口a通过管路连接第一中温热源端口e，中温热源进口f与中温热源出口b连通外部中温热源；溶液节流阀4的出口通过管路连接至发生器6内部的喷淋管，并将稀溶液喷淋到发生器6内部的热交换器表面；发生器6内部的浓溶液出口连接到溶液泵3的进液口；溶液泵3的出液口通过管路连接至溶液热交换器5的第一端口51；溶液热交换器5的第二端口52通过管路连接吸收器2的浓溶液入口。
所述喷射器10包括同轴设置的引射室101、喷嘴102、混合室103、扩散器104，喷嘴102设置于引射室101内且轴向设有工作流体进口105，引射室101径向设有引射流体进口106，引射室101、混合室103和扩散器104顺序连接，扩散器104轴向设有混合流体出口107，工作流体通过工作流体进口105流入喷嘴102内，由于流通截面逐渐变小，流速逐渐增加，压力势能逐渐转化为动能，压力逐渐降低。当工作流体通过喷嘴102后，在喷嘴出口达到较高的速度，大部分压力势能转化为动能，形成局部相对负压，将引射流体通过引射流体进口106抽吸到引射室101内。两股共轴流体在混合室103内进行充分混合和速度与能量均衡，在混合室103的出口截面，建立起均匀的速度场和能量场，形成稳 定均一的高速度流体。流体进入扩散器104后，随着流通截面面积的逐渐扩大，流速逐渐降低，动能逐渐转化为势能，压力逐渐得到恢复，当达到扩散室104末端的混合流体出口107时，压力得到完全恢复。喷射器10的工作流体进口105与溶剂泵18的出液口通过管道相接，引射流体进口106与发生器6的蒸汽出口通过管道相接，混合流体出口107通过管路与蒸发器1的溶剂入口连通。
所述蒸发器1与溶剂泵18之间设有冷剂池7，且蒸发器1与冷剂池7之间设有溶剂节流阀9。
还包括溶剂热交换器12，溶剂热交换器12内部有两组热交换管路，其中第七端口123和第八端口124相通，第五端口121和第六端口122相通；蒸发器1的溶剂出口通过管路连接至溶剂热交换器12的第七端口123，溶剂热交换器12的第八端口124通过管路连接至溶剂节流阀9的入口；喷射器10的混合流体出口通过管路连接至溶剂热交换器12的第五端口121，溶剂热交换器12的第六端口122通过管路连接至蒸发器1的溶剂入口且与喷淋管接通，来自溶剂热交换器12的溶剂喷淋到蒸发器1内的热交换器表面。溶剂在喷射器内部被强制冷凝，减少了热量损失，提高了热泵的能效。同时相对比现有技术省略掉了冷凝器11内部的热交换器改为冷剂池7，所述冷剂池7为存储溶剂的容器，节约工艺成本和材料成本。
如图3所示为本实用新型的第二种实施方式，蒸发器1与吸收器2之间设有蒸汽压缩机8，蒸发器1的蒸汽出口连接至蒸汽压缩机8的蒸汽入口，蒸汽压缩机8的蒸汽出口连接至吸收器2的蒸汽入口。对应于图1的冷凝器11和蒸发器1的位置均取消了热交换器，失去了传统吸收式热泵原有的功能，冷凝功能被喷射器10取代，蒸发功能由蒸气压缩机8的闪蒸功能所取代。有学者提出直 接将发生器6的溶剂蒸气通过管路连接至蒸气压缩机8的入口的方案，如图6所示，在工程实践中，溴化锂-水是吸收式热泵应用最多的工质对。水饱和液体在50℃的密度为988kg/m3，在80℃时为971.77kg/m3；而50℃水蒸汽的密度为0.083147kg/m3，80℃水蒸汽密度为0.29367kg/m3。显然，对于液态水其温度越低饱和液体的密度越高，但在工作温度范围内变化不大。对于水蒸汽而言则相反，温度越低密度越低，50～80℃的温差蒸汽密度相差3.5倍。与图6的方法相比，实施例2采用溶剂泵加压的方法对于改善蒸气压缩机8的效率非常明显。
如图4所示为本实用新型的第三种实施方式，所述蒸发器1内设有与中温热源进口f和第一中温热源端口e连通的热交换器。第一中温热源端口e和中温热源进口f连接外部温度高的中温热源，第二中温热源端口a和中温热源出口b连通外部温度低的中文热源。利用蒸气压缩式热泵和吸收式热泵的优势，同时也规避了他们的劣势。此外，两组中温热源也是工程实践中经常遇到的场景。空气压缩机热回收系统的热水温度一般在75℃，而内燃机组缸套水的出水温度通常在80℃。温度高的中温热源连接至e、f端口，温度低的中温热源连接至a、b端口。分立的热源设置有利于优化整个系统的性能。
上述虽然结合附图对实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于喷射器的第二类吸收式热泵，其特征在于，包括蒸发器(1)、发生器(6)、喷射器(10)和溶剂泵(18)，所述蒸发器(1)的溶剂出口通过管路连接至溶剂泵(18)的溶剂入口，溶剂泵(18)的溶剂出口通过管路与蒸发器(1)的溶剂入口相接且之间设有喷射器(10)，所述喷射器(10)与发生器(6)的蒸汽出口相接。
2.如权利要求1所述的基于喷射器的第二类吸收式热泵，其特征在于，还包括吸收器(2)、溶液泵(3)、溶液节流阀(4)、溶液热交换器(5)、溶剂节流阀(9)，蒸发器(1)内设有喷淋管，蒸发器(1)蒸气出口通过蒸气通道连接至吸收器(2)，吸收器(2)内部设置有与高温热源出口(d)和高温热源进口(c)通过管路连接的热交换器，溶液热交换器(5)内部设有两组热交换管路，其中第二端口(52)与第一端口(51)连通，第三端口(53)与第四端口(54)连通；吸收器(2)内的稀溶液出口连接到溶液热交换器(5)的第三端口(53)；溶液热交换器5的第四端口(54)通过管路连接到溶液节流阀(4)的入口；发生器(6)内部设有通过管路与第二中温热源端口端口(a)和中温热源出口(b)连通的热交换器；溶液节流阀(4)的出口通过管路连接至发生器(6)内部的喷淋管，并将稀溶液喷淋到发生器(6)内部的热交换器表面；发生器(6)内部的浓溶液出口连接到溶液泵(3)的进液口；溶液泵(3)的出液口通过管路连接至溶液热交换器(5)的第一端口(51)；溶液热交换器(5)的第二端口(52)通过管路连接吸收器(2)的浓溶液入口。
3.如权利要求1所述的基于喷射器的第二类吸收式热泵，其特征在于，所述喷射器(10)包括同轴设置的引射室(101)、喷嘴(102)、混合室(103)、扩散器(104)，喷嘴(102)设置于引射室(101)内且轴向设有工作流体进口(105)， 引射室(101)径向设有引射流体进口(106)，引射室(101)、混合室(103)和扩散器(104)顺序连接，扩散器(104)轴向设有混合流体出口(107)，喷射器(10)的工作流体进口(105)与溶剂泵(18)的出液口通过管道相接，引射流体进口(106)与发生器(6)的蒸汽出口通过管道相接，混合流体出口(107)通过管路与蒸发器(1)的溶剂入口连通。
4.如权利要求2所述的基于喷射器的第二类吸收式热泵，其特征在于，所述蒸发器(1)与溶剂泵(18)之间设有冷剂池(7)，且蒸发器(1)与冷剂池(7)之间设有溶剂节流阀(9)。
5.如权利要求4所述的基于喷射器的第二类吸收式热泵，其特征在于，还包括溶剂热交换器(12)，溶剂热交换器(12)内部有两组热交换管路，其中第七端口(123)和第八端口(124)相通，第五端口(121)和第六端口(122)相通；蒸发器(1)的溶剂出口通过管路连接至溶剂热交换器(12)的第七端口(123)，溶剂热交换器(12)的第八端口(124)通过管路连接至溶剂节流阀(9)的入口；喷射器(10)的混合流体出口通过管路连接至溶剂热交换器(12)的第五端口(121)，溶剂热交换器(12)的第六端口(122)通过管路连接至蒸发器(1)的溶剂入口且与喷淋管接通。
6.如权利要求4所述的基于喷射器的第二类吸收式热泵，其特征在于，蒸发器(1)与吸收器(2)之间设有蒸汽压缩机(8)，蒸发器(1)的蒸汽出口连接至蒸汽压缩机(8)的蒸汽入口，蒸汽压缩机(8)的蒸汽出口连接至吸收器(2)的蒸汽入口。
7.如权利要求5或6所述的基于喷射器的第二类吸收式热泵，其特征在于，所述蒸发器(1)内设有与中温热源进口(f)和第一中温热源端口(e)连通的 热交换器。
8.如权利要求7所述的基于喷射器的第二类吸收式热泵，其特征在于，第二中温热源端口(a)通过管路连接第一中温热源端口(e)，中温热源进口(f)与中温热源出口(b)连通外部中温热源。
9.如权利要求7所述的基于喷射器的第二类吸收式热泵，其特征在于，第一中温热源端口(e)和中温热源进口(f)连接外部温度高的中温热源，第二中温热源端口(a)和中温热源出口(b)连通外部温度低的中温热源。
10.如权利要求3所述的基于喷射器的第二类吸收式热泵，其特征在于，所述喷嘴(102)两端开口面积大，中间开口面积小，所述扩散器(104)为开口面积逐渐增大的喇叭口状。
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