CN214009614U - 一种热泵机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热泵机组，该热泵机组中压缩式模块的压缩机高温排气能够为吸收式模块提供产生蒸汽的能量，进而将吸收式模块和压缩式模块二者耦合，耦合后的机组能够回收零度以下低品质余热的热量，大大提高了热泵机组的使用灵活性；并且能够提高压缩式模块中压缩机的COP。再者，压缩式模块中设置有取热器能够从外界环境中直接取热以供蒸发器中冷媒换热所需，进一步能够回收对外界环境中热的回收利用，提高了机组热回收效率。

Description

一种热泵机组

技术领域

本实用新型涉及热回收技术领域，特别涉及一种热泵机组。

背景技术

热泵机组根据其驱动方式的不同，分为电驱动热泵、燃气驱动式热泵和吸收式热泵。

电驱动热泵是一种压缩式工作模式，其主要部件包括压缩机、节流部件、蒸发器和冷凝器，冷媒循环流动于四者形成的冷媒循环管路中，其中压缩机做功所需的能源来源于电能。冷媒在压缩机内部被压缩形成高温高压的冷媒介质，高温高压的冷媒介质在冷凝器内部被冷凝成液体冷媒介质，液体冷媒介质经节流部件进入蒸发器，在蒸发器中吸热，最后回到压缩机，压缩机再次将其压缩编程高温高压介质。压缩机耗电成本高，COP比较低，投资回报较差。

而，吸收式热泵是一种利用少量高温热源为驱动热源，溴化锂溶液或者其他溶液为吸收剂，水为冷剂，回收利用低温热源的机组。即利用少量高温热源能将低温余热转化为所需的中温品质热源。通常低温余热的温度具有一定的要求，低温余热温度不能太低，目前在15摄氏度左右，这样就限制了吸收式机组对于外界余热利用的限制。

如何尽量回收环境余热是本领域内技术人员始终关注的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的为提供一种余热回收利用效率比较高的热泵机组。

本实用新型提供一种热泵机组，包括吸收式模块和压缩式模块，所述压缩式模块至少包括压缩机、节流部件和蒸发器；所述吸收式模块至少包括发生器、冷凝器、吸收器和耦合式蒸发器，所述发生器和所述吸收器能够形成吸收剂溶液循环回路，所述冷凝器用于冷凝所述发生器产生的冷剂蒸汽；所述压缩机、所述耦合式蒸发器内部的第一换热管道、所述节流部件和所述蒸发器通过管路依次连通能够形成冷媒主循环回路；工作时，所述压缩机排出的至少部分高温冷媒在流经所述第一换热管道时，能够加热所述耦合式蒸发器内部的冷剂，以制取所述吸收器所需蒸汽；

所述压缩式模块还包括取热器，用于自环境中提取热量以对流经所述蒸发器的冷媒加热。

本实用新型所提供的热泵机组中压缩式模块的压缩机高温排气能够为吸收式模块提供产生蒸汽的能量，进而将吸收式模块和压缩式模块二者耦合，耦合后的机组能够回收零度以下低品质余热的热量，大大提高了热泵机组的使用灵活性；并且能够提高压缩式模块中压缩机的COP。再者，压缩式模块中设置有取热器能够从外界环境中直接取热以供蒸发器中冷媒换热所需，进一步能够回收对外界环境中热的回收利用，提高了机组热回收效率。

可选的，所述蒸发器内部仅包括冷媒换热管，在所述取热器作用下，环境热量能够直接传递至所述冷媒换热管；

或者，所述蒸发器内部包括冷媒换热管和第二换热管道，所述取热器包括第三换热管道，所述第二换热管道和所述第三换热管道形成循环回路，在所述取热器作用下，环境热量能够通过所述循环回路传递至所述冷媒换热管。

可选的，所述取热器包括风冷型取热器，包括风扇，所述风扇用于提供外界气体与所述蒸发器内部冷媒换热动力，所述风扇由电力或蒸汽驱动。

可选的，所述取热器还包括与所述第三换热管道能够进行换热的第四换热管道，所述第四换热管道的进口和出口分别与环境流体供液管和回流管连通。

可选的，所述耦合式蒸发器包括具有内腔的箱体，所述箱体设置有冷剂进口、蒸汽出口、冷媒进口和冷媒出口，所述冷剂进口连通所述冷凝器的液态冷剂出口和所述内腔，所述蒸汽出口连通所述吸收器的吸收剂溶液腔，所述第一换热管道位于所述箱体内部，且所述第一换热管道的两端通过所述冷媒进口、所述冷媒出口连通外部相应冷媒管路。

可选的，所述耦合式蒸发器的数量为两个或者两个以上，所述吸收器与所述耦合式蒸发器一一对应，各所述耦合式蒸发器内部的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于所述压缩机和节流部件之间。

可选的，所述吸收式模块为单级模块，所述发生器、所述冷凝器、所述吸收器和所述耦合式蒸发器的数量均为一个；

或者，

所述发生器和所述冷凝器的数量均为一个，所述吸收器和所述耦合式蒸发器的数量均为N个，其中N大于等于2，一个所述吸收器对应一个所述耦合式蒸发器，所述发生器、所述冷凝器、所有吸收器和所有耦合式蒸发器形成N级吸收式模块；至少一者或者几者所述耦合式蒸发器内部的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于所述压缩机和节流部件之间。

可选的，所述发生器至少包括一个高温发生器和一个低温发生器，所述吸收器和所述耦合式蒸发器的数量为一个或者均为N个；

其中N大于等于2，一个所述吸收器对应一个所述耦合式蒸发器，所述发生器、所述冷凝器、所有吸收器和所有耦合式蒸发器形成N级吸收式模块；至少一者或者几者所述耦合式蒸发器的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于所述压缩机和节流部件之间。

可选的，还包括泵送循环管路，用于将所述内腔中的液体冷剂泵送至所述内腔顶部以使所述液体冷剂与所述第一换热通道内部冷媒换热。

可选的，所述吸收器和与所述耦合式蒸发器为一体式结构，所述一体式结构包括壳体，所述壳体内部空间通过隔板形成所述吸收器和所述耦合式蒸发器，所述蒸汽出口位于相应所述隔板上；或者，所述吸收器和与所述耦合式蒸发器为分体式独立结构；

或者/和，

所述发生器和所述冷凝器为一体式结构或者分体式独立结构。

可选的，所述吸收器内部的换热管和所述冷凝器内部的冷却水管串联或者并联或者串并联；

或者/和，所述发生器为热水驱动型发生器、蒸汽驱动型发生器或者烟气驱动型发生；

或者/和，所述压缩机为单级压缩机；或者所述压缩机为双级压缩机。

附图说明

图1为本实用新型第一种实施例中热泵机组的结构示意图；

图2为本实用新型第二种实施例中热泵机组的结构示意图；

图3为本实用新型第三种实施例中热泵机组的结构示意图；

图4为本实用新型第四种实施例中热泵机组的结构示意图。

其中，图1至图4中：

1-吸收式模块；10-吸收器；11-第一吸收器；12-第二吸收器；1-2-壳体；20-耦合式蒸发器；21-第一耦合式蒸发器；22-第二耦合式蒸发器；30-发生器；31-高温发生器；32-低温发生器；40-冷凝器；3-4-筒体；8-泵；15-第一溶液泵；19-第二溶液泵；202-热交换器；

2-压缩机3-蒸发器；5-节流部件；6-取热器。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本实用新型第一种实施例中热泵机组的结构示意图。

本实用新型提供了一种热泵机组，包括吸收式模块和压缩式模块。

其中吸收式模块1的工作原理与当前吸收式热泵的工作原理基本相同。吸收式模块1至少包括发生器30、冷凝器40、吸收器10和耦合式蒸发器20，也就是说，发生器30和吸收器10二者能够形成吸收剂溶液循环回路。发生器30内部的换热管能够与外界的高温驱动热源连通，在高温驱动热源的作用下，使回流至发生器30的稀溶液中的部分冷剂被蒸发出形成冷剂蒸汽，变成浓溶液再次进入吸收器10，在吸收器10中被稀释而放出热量以加热吸收器10内部换热管内的冷却水(或热水)。吸收器10中被稀释后的稀溶液经管路再次返回发生器30。

其中，发生器30蒸发出的冷剂蒸汽在冷凝器40中被冷凝形成冷剂水，冷剂水可以用于耦合式蒸发器20产生吸收器10所需的冷剂蒸汽。

本实用新型中压缩式模块至少包括压缩机2、节流部件5和蒸发器3，其中，压缩机2的排气口通过管路能够连通吸收式模块1中耦合式蒸发器20内部的第一换热管道，压缩机2、第一换热管道、节流部件5和蒸发器3内部换热管能够通过管路依次连通形成冷媒主循环回路。本实用新型中压缩式模块中冷媒可以参照现有技术，本文不做限定。节流部件5可以为膨胀阀，也可以为其他能够起到节流膨胀功能的结构。

本实用新型中压缩机2排气口流出的高温高压的冷媒介质在流过第一换热管道时，其部分热量用来制取吸收器所需蒸汽，即压缩机2排出的高温冷媒在流经第一换热管道时，能够加热耦合式蒸发器20内部的冷剂以制取吸收器所需蒸汽，耦合式蒸发器20产生的蒸汽通入吸收器10内部被浓溶液吸收。其中高温冷媒介质的热量可以通过直接的方式传递给冷剂以形成冷剂蒸汽，当然也可以通过第三者介质间接传递给冷剂。本文优选高温冷媒介质的热量直接传递给冷剂以产生冷剂蒸汽，简化机组的连接结构，减少热量损耗，提高热量利用率。

本实用新型中的热泵机组的压缩式模块还包括取热器，用于自环境中提取热量以对流经所述蒸发器3的冷媒加热。

本实用新型所提供的热泵机组中压缩式模块的压缩机高温排气能够为吸收式模块提供产生蒸汽的能量，进而将吸收式模块和压缩式模块二者耦合，耦合后的机组能够回收零度以下低品质余热的热量，大大提高了热泵机组的使用灵活性；并且能够提高压缩式模块中压缩机的COP。再者，压缩式模块中设置有取热器能够从外界环境中直接取热以供蒸发器3中冷媒换热所需，进一步能够回收对外界环境中热的回收利用，提高了机组热回收效率。

在一种具体实施例中，蒸发器3内部可以仅包括冷媒换热管，在取热器作用下，环境热量能够直接传递至冷媒换热管。冷媒换热管连接于节流部件5和压缩机2之间，压缩机、第一换热管道、节流部件、冷媒换热管依次连接形成冷媒主循环回路。

上述结构换热效率比较高，有利于尽量回收外界环境的热量。

在另一种具体实施例中，蒸发器3内部包括冷媒换热管和第二换热管道，取热器包括第三换热管道，第二换热管道和第三换热管道形成循环回路，在取热器作用下，环境热量能够通过循环回路传递至冷媒换热管。

附图中虽然没有标注出第一换热管道、第二换热管道、第三换热管道，但是本领域内技术人员通过本文的记载，完全能够理解和实施本文所记载的技术方案的。

上述各实施例中的取热器可以包括风冷型取热器，其至少包括风扇61，风扇61用于提供外界气体与蒸发器3内部冷媒换热动力。风扇61可以由电力或蒸汽驱动。风扇可以直接将外界气体吹至蒸发器的冷媒换热管的表面，当然，风扇也可以将外界气体先送至循环回路与循环回路内部的流体介质进行换热，然后流体介质再与蒸发器内部的冷媒进行换热。

风冷型取热器可以与蒸发器3设计为一体结构，如图1所示；当然二者也可以为分体结构，例如图2。

在另一种具体实施方式中，取热器还包括与第三换热管道能够进行换热的第四换热管道，第四换热管道的进口和出口分别与环境流体供液管和回流管连通。环境流体供液管可以来自外界环境的冷水或者余热水。

这样外界环境的气体、液体能够自第四换热管道流入取热器，并与第三换热管道内部循环的介质进行换热，增加了取热器使用的灵活性。

在一种具体实施例中，耦合式蒸发器20包括具有内腔的箱体，箱体设置有冷剂进口、蒸汽出口、冷媒进口和冷媒出口，冷剂进口连通冷凝器40的液态冷剂出口和内腔，蒸汽出口连通吸收器的吸收剂溶液腔，第一换热管道位于箱体内部，且第一换热管道的两端通过冷媒进口、冷媒出口连通外部相应冷媒管路。

上述实施例中，压缩机2排出口流出的高温高压冷媒直接流入耦合式蒸发器20的内部第一换热管道与箱体内部的冷剂直接接触换热，大大提高换热效率。

耦合式蒸发器20的结构可以有多种形式，耦合式蒸发器可以与其供应冷剂蒸汽的吸收器一体式结构，即二者设置于同一壳体1-2内部，例如图4，壳体1-2内部空间通过隔板形成吸收器和耦合式蒸发器，蒸汽出口位于相应隔板上。当然，耦合式蒸发器和吸收器也可以为分体式独立结构，二者分别由单独的壳体围成，通过管路实现连通，例如图1、图2、图3。

关于耦合式蒸发器的具体结构本文不做详细赘述，本领域内技术人员通过本文的描述显然能够理解和实现本文所述的一体式结构和分体式独立结构。

同理，发生器30和冷凝器40也可以为一体式结构或者分体式独立结构。

上述各实施例中，吸收式模块1为单级模块，如图1中发生器、冷凝器40、吸收器10和耦合式蒸发器20的数量均为一个。各器件之间的连接关系本文不做详细赘述。

当然，吸收器和耦合式蒸发器的数量均为N个，其中N大于等于2，一个吸收器对应一个耦合式蒸发器，发生器30、冷凝器40、所有吸收器和所有耦合式蒸发器形成N级吸收式模块1。例如对于两级吸收式模块而言，包括两个吸收器和两个耦合式蒸发器，两个吸收器分别定义为第一吸收器11和第二吸收器12，两个耦合式蒸发器可以定义为第一耦合式蒸发器21和第二耦合式蒸发器22，其中第一耦合式蒸发器21为第一吸收器11提供冷剂蒸汽，第二耦合式蒸发器22为第二吸收器12提供冷剂蒸汽。

压缩机2排气口可以与两个耦合式蒸发器的其中一者或者几者连通。即至少一者或者几者耦合式蒸发器内部的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于所述压缩机2和节流部件5之间。

图4中示出了具有两个吸收器和两个耦合式蒸发器，且两耦合式蒸发器的第一换热通道并联的具体实施方式。

发生器和冷凝器40的数量可以均为一个，也可以为两个或者两个以上。

如图2和图3所示，在另一种具体实施例中，发生器可以至少包括一个高温发生器31和一个低温发生器32，吸收器和耦合式蒸发器的数量为一个或者均为N个；其中N大于等于2，一个吸收器对应一个耦合式蒸发器，发生器、冷凝器40、所有吸收器和所有耦合式蒸发器形成N级吸收式模块1；至少一者或者几者耦合式蒸发器的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于压缩机2和节流部件5之间。

其中图2和图3给出了包括一个高温发生器31、一个低温发生器32、一个吸收器10和一个耦合式蒸发器20的具体实施例。

如前文所述，冷凝器40的液态冷剂可以流入耦合式蒸发器以形成冷剂蒸汽，冷凝器40中液态冷剂流入耦合式蒸发器内部可以通过合理设置二者位置，使得冷凝器40中的液态冷剂在重力作用下流入耦合式蒸发器，当然也可以通过泵等部件将冷凝器40中的液态冷剂泵送之耦合式蒸发器。

进一步地，热泵机组还可以设置泵送循环管路，用于将箱体内腔中的液体冷剂泵送至内腔顶部以使液体冷剂与第一换热通道内部冷媒换热。即通过泵送循环管路，耦合式蒸发器内腔中的液态冷剂能够形成循环流路。图4中示出了泵送循环管路，其包括泵8。当然，溶液的循环也可以设置第一溶液泵15和第二溶液泵19以提供相应管路上溶液运行动力。

上述各实施例中，吸收器内部的换热管和冷凝器40内部的冷却水管串联或者并联或者串并联。根据环境使用需求，外部冷却水(或热水)能够顺次流经吸收器和冷凝器40被加热，也可以分别流经吸收器10和冷凝器40，对于多个吸收器和冷凝器40的情形，外部冷却水(或热水)还可以通过串并联的方式流经吸收器和冷凝器40，机组使用灵活性比较高，满足不同场合供温需求。

对于压缩式模块而言，压缩机2可以为单级压缩机，也可以为双级压缩机。

双级压缩机的具体结构本文不做限定，可参考当前技术。

上述各实施例中，溶液循环回路上还可以设置热交换器202，用于低温溶液和高温溶液的热量交换。

以上对本实用新型所提供的一种热泵机组进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种热泵机组，其特征在于，包括吸收式模块和压缩式模块，所述吸收式模块至少包括发生器(30)、冷凝器(40)、吸收器(10)和耦合式蒸发器(20)，所述发生器(30)和所述吸收器(10)能够形成吸收剂溶液循环回路，所述冷凝器(40)用于冷凝所述发生器(30)产生的冷剂蒸汽；所述压缩式模块至少包括压缩机(2)、节流部件(5)和蒸发器(3)；所述压缩机(2)、所述耦合式蒸发器(20)内部的第一换热管道、所述节流部件(5)和所述蒸发器(3)通过管路依次连通能够形成冷媒主循环回路；工作时，所述压缩机(2)排出的至少部分高温冷媒在流经所述第一换热管道时，能够加热所述耦合式蒸发器(20)内部的冷剂，以制取所述吸收器所需蒸汽；

所述压缩式模块还包括取热器，用于自环境中提取热量以对流经所述蒸发器(3)的冷媒加热。

2.如权利要求1所述的热泵机组，其特征在于，所述蒸发器(3)内部仅包括冷媒换热管，在所述取热器作用下，环境热量能够直接传递至所述冷媒换热管；

或者，所述蒸发器(3)内部包括冷媒换热管和第二换热管道，所述取热器包括第三换热管道，所述第二换热管道和所述第三换热管道形成循环回路，在所述取热器作用下，环境热量能够通过所述循环回路传递至所述冷媒换热管。

3.如权利要求2所述的热泵机组，其特征在于，所述取热器包括风冷型取热器，包括风扇(61)，所述风扇(61)用于提供外界气体与所述蒸发器内部冷媒换热动力，所述风扇由电力或蒸汽驱动。

4.如权利要求2所述的热泵机组，其特征在于，所述取热器还包括与所述第三换热管道能够进行换热的第四换热管道，所述第四换热管道的进口和出口分别与环境流体供液管和回流管连通。

5.如权利要求1至4任一项所述的热泵机组，其特征在于，所述耦合式蒸发器(20)包括具有内腔的箱体，所述箱体设置有冷剂进口、蒸汽出口、冷媒进口和冷媒出口，所述冷剂进口连通所述冷凝器(40)的液态冷剂出口和所述内腔，所述蒸汽出口连通所述吸收器的吸收剂溶液腔，所述第一换热管道位于所述箱体内部，且所述第一换热管道的两端通过所述冷媒进口、所述冷媒出口连通外部相应冷媒管路。

6.如权利要求5所述的热泵机组，其特征在于，所述耦合式蒸发器的数量为两个或者两个以上，所述吸收器与所述耦合式蒸发器一一对应，各所述耦合式蒸发器内部的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于所述压缩机(2)和节流部件(5)之间。

7.如权利要求5所述的热泵机组，其特征在于，所述吸收式模块为单级模块，所述发生器(30)、所述冷凝器(40)、所述吸收器(10)和所述耦合式蒸发器(20)的数量均为一个；

或者，

所述发生器(30)和所述冷凝器(40)的数量均为一个，所述吸收器和所述耦合式蒸发器的数量均为N个，其中N大于等于2，一个所述吸收器对应一个所述耦合式蒸发器，所述发生器、所述冷凝器(40)、所有吸收器和所有耦合式蒸发器形成N级吸收式模块；至少一者或者几者所述耦合式蒸发器内部的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于所述压缩机(2)和节流部件(5)之间。

8.如权利要求5所述的热泵机组，其特征在于，所述发生器至少包括一个高温发生器(31)和一个低温发生器(32)，所述吸收器和所述耦合式蒸发器的数量为一个或者均为N个；

其中N大于等于2，一个所述吸收器对应一个所述耦合式蒸发器，所述发生器、所述冷凝器(40)、所有吸收器和所有耦合式蒸发器形成N级吸收式模块；至少一者或者几者所述耦合式蒸发器的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于所述压缩机(2)和节流部件(5)之间。

9.如权利要求5所述的热泵机组，其特征在于，还包括泵送循环管路，用于将所述内腔中的液体冷剂泵送至所述内腔顶部以使所述液体冷剂与所述第一换热通道内部冷媒换热。

10.如权利要求5所述的热泵机组，其特征在于，所述吸收器和与所述耦合式蒸发器为一体式结构，所述一体式结构包括壳体(1-2)，所述壳体(1-2)内部空间通过隔板形成所述吸收器和所述耦合式蒸发器，所述蒸汽出口位于相应所述隔板上；或者，所述吸收器和与所述耦合式蒸发器为分体式独立结构；

或者/和，

所述发生器和所述冷凝器(40)为一体式结构或者分体式独立结构；

或者/和，所述吸收器内部的换热管和所述冷凝器(40)内部的冷却水管串联或者并联或者串并联；

或者/和，所述发生器为热水驱动型发生器、蒸汽驱动型发生器或者烟气驱动型发生；

或者/和，所述压缩机(2)为单级压缩机；或者所述压缩机(2)为双级压缩机。

11.如权利要求6所述的热泵机组，其特征在于，所述吸收器和与所述耦合式蒸发器为一体式结构，所述一体式结构包括壳体(1-2)，所述壳体(1-2)内部空间通过隔板形成所述吸收器和所述耦合式蒸发器，所述蒸汽出口位于相应所述隔板上；或者，所述吸收器和与所述耦合式蒸发器为分体式独立结构；

或者/和，

所述发生器和所述冷凝器(40)为一体式结构或者分体式独立结构；

或者/和，所述吸收器内部的换热管和所述冷凝器(40)内部的冷却水管串联或者并联或者串并联；

或者/和，所述发生器为热水驱动型发生器、蒸汽驱动型发生器或者烟气驱动型发生；

或者/和，所述压缩机(2)为单级压缩机；或者所述压缩机(2)为双级压缩机。

12.如权利要求7所述的热泵机组，其特征在于，所述吸收器和与所述耦合式蒸发器为一体式结构，所述一体式结构包括壳体(1-2)，所述壳体(1-2)内部空间通过隔板形成所述吸收器和所述耦合式蒸发器，所述蒸汽出口位于相应所述隔板上；或者，所述吸收器和与所述耦合式蒸发器为分体式独立结构；

或者/和，

所述发生器和所述冷凝器(40)为一体式结构或者分体式独立结构；

或者/和，所述吸收器内部的换热管和所述冷凝器(40)内部的冷却水管串联或者并联或者串并联；

或者/和，所述发生器为热水驱动型发生器、蒸汽驱动型发生器或者烟气驱动型发生；

或者/和，所述压缩机(2)为单级压缩机；或者所述压缩机(2)为双级压缩机。

13.如权利要求8所述的热泵机组，其特征在于，所述发生器至少包括一个高温发生器(31)和一个低温发生器(32)，所述吸收器和所述耦合式蒸发器的数量为一个或者均为N个；

其中N大于等于2，一个所述吸收器对应一个所述耦合式蒸发器，所述发生器、所述冷凝器(40)、所有吸收器和所有耦合式蒸发器形成N级吸收式模块；至少一者或者几者所述耦合式蒸发器的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于所述压缩机(2)和节流部件(5)之间。

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