低品位能驅動與機械功驅動複合熱泵或製冷系統的製作方法

2023-05-13 12:39:46 1

專利名稱：低品位能驅動與機械功驅動複合熱泵或製冷系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種低品位能驅動與機械功驅動複合熱泵或製冷系統。
背景技術：
我國蘊藏的石油、天然氣以及煤碳等化石能源按人均非常有限，而且，相 對乾旱，土地沙漠化嚴重，環境承受能力比較弱，化石能源的開發利用容易給 環境帶來非常不利影響。所以，有效地開發、利用低品位能可以彌補化石能源 的不足，改善用能結構，將具有很高的社會效益和經濟價值。
空調熱泵、製冷系統是耗能大戶，其消耗的電能約佔社會全部消耗電能的
15%。但在工業和其他領域中，大量低品位能沒有得到很好利用。此外，太陽能 作為一種能量巨大的清潔可再生能源，基於吸收製冷原理利用太陽能熱利用的 方式，把太陽能用於空調熱泵、製冷系統具有原理上的可行性並具有一系列的 優點。
針對常規低品位能特別是太陽熱能驅動熱泵、製冷循環存在效率低、對熱 源溫度要求高以及難以適應太陽輻射自身不連續、不穩定等一直困擾太陽能熱 泵、製冷推廣的問題，依據熱(冷)量分級原理。本發明提出一個能提高低品 位熱能驅動熱泵(製冷)系統總能效率的新型熱泵(製冷)系統。新系統由熱 能驅動製冷單元與機械功驅動熱泵、製冷單元複合而成。熱能驅動製冷單元提 供低品位冷量，機械功驅動熱泵(製冷)單元提供高品位熱(冷)量，通過能 量耦合達到提升低品位熱能驅動熱泵(製冷)系統總能效率的目的。此外，新 系統還能克服太陽輻射不連續、不穩定的缺點，為太陽能以及其他低品位能源 的高效利用奠定基礎。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種低品位能驅動與機械功驅 動複合熱泵或製冷系統。
低品位能驅動與機械功驅動複合熱泵或製冷系統中的低品位能收集器與發 生器、第一冷凝器、製冷劑存儲器、第一節流閥、冷凝蒸發器、吸收器、儲液 器、溶液泵、溶液熱交換器、發生器依次相連接，壓縮機高壓端與溶液熱交換 器、第二冷凝器、冷凝蒸發器、三通閥、第二節流閥、冬季蒸發器、壓縮機低 壓端依次相連接，三通閥與第三節流閥、夏季蒸發器、壓縮機低壓端依次相連 接，發生器濃溶液出口與溶液熱交換器、吸收器依次相連接。
3所述的低品位能收集器是太陽能集熱器、工業廢熱熱交換器或廢水餘熱熱 交換器。
所述的冬季蒸發器是風冷換熱器、地源換熱器或水源換熱器。 以太陽能為例，本發明具有的有益效果
1) 它具備所有低品位能熱泵、製冷系統的優點，節能，經濟，清潔，環保。
2) 由於在低溫蒸發製冷部分採用壓縮式製冷系統，使得吸收製冷系統的蒸發 溫度可以不需要很低，從而很大程度上提高了系統的效率，所需加熱水溫度較 低，從而對於集熱器的要求較低，可以大大的節約集熱器的初投資。
3) 在低品位能供給充分的時候，由於與常規的壓縮製冷系統相比複合式系統
的冷凝溫度大幅降低，使得系統的COP得到大幅的提升，節約電能。
4) 在低品位能供給不充裕的時候系統仍然可以較高效地運行，低品位能主要
用於對壓縮式熱泵(製冷)系統的製冷劑進行過冷，同時壓縮式熱泵(製冷) 系統的高溫高壓的製冷劑可以有效地使吸收製冷系統的稀溶液的溫度得到提 升，從而對能量進行了回收。此時的系統由於有了過冷部分的存在比起常規壓 縮式熱泵、製冷系統來說也可以節約能源。
5) 在低品位能完全沒有的情況下，此系統相當於一個普通水冷(或水源、或 地源)熱泵(製冷)機組，仍可以穩定地運行。
6) 除了具有"低品位能驅動與機械功驅動複合熱泵、製冷系統(申請號 200710068960.1)的全部優點外，還具有系統簡單、可靠性高、更加節能的優點。


附圖是低品位能驅動與機械功驅動複合熱泵或製冷系統結構示意圖，圖中 低品位能收集器l、發生器2、第一冷凝器3、製冷劑存儲器4、第一節流閥5、 第二冷凝器6、溶液熱交換器7、冷凝蒸發器8、吸收器9、儲液器IO、溶液泵 11、壓縮機12、冬季蒸發器13、夏季蒸發器14、第二節流閥15、第三節流閥 16、三通閥17。
具體實施例方式
如附圖所示，低品位能驅動與機械功驅動複合熱泵或製冷系統中的低品位 能收集器1與發生器2、第一冷凝器3、製冷劑存儲器4、第一節流閥5、冷凝 蒸發器8、吸收器9、儲液器IO、溶液泵ll、溶液熱交換器7、發生器2依次相 連接，壓縮機12高壓端與溶液熱交換器7、第二冷凝器6、冷凝蒸發器8、三通 閥17、第二節流閥15、冬季蒸發器13、壓縮機12低壓端依次相連接，三通閥 17與第三節流閥16、夏季蒸發器14、壓縮機12低壓端依次相連接，發生器2濃溶液出口與溶液熱交換器7、吸收器9依次相連接。
所述的低品位能收集器1是太陽能集熱器、工業廢熱熱交換器或廢水餘熱 熱交換器等低品位能源的收集器。
所述的冬季蒸發器13可以是風冷換熱器、或地源換熱器、或水源換熱器等。
本發明由壓縮式熱泵(製冷)循環和吸收製冷(熱泵)循環複合而成，吸 收製冷(熱泵)循環可以採用水和溴化鋰、氨和水或它們的替代工質作為工作 流體，壓縮熱泵(製冷)循環的製冷工質為R22、 R410A或它們的替代製冷劑。
下面以水和溴化鋰作為吸收製冷(熱泵)循環的工作流體、R410A作為壓 縮熱泵(製冷)循環的製冷劑、以及空調工況為例說明系統的工作過程。
在夏季製冷運行時，在熱驅動製冷單元(吸收製冷循環)中，儲液器10中 的稀溶液經溶液泵11提升進入溶液熱交換器7與來自發生器濃溶液的進行熱量 交換後進入發生器2被低品位能進一步加熱產生製冷劑蒸汽，發生器2中的濃 溶液經溶液熱交換器7中被預冷後進入吸收器9，在吸收器9中被冷卻介質進一 步冷卻並吸收製冷劑變為稀溶液進入儲液器10，進入下一個循環，在發生器2 中產生的製冷劑蒸汽在第一冷凝器3中被冷卻介質冷卻、冷凝、過冷後進入制 冷劑儲存器4，經第一節流閥5後進入冷凝蒸發器8，在冷卻、過冷來自機械功 驅動熱泵(製冷)單元(壓縮製冷循環)的製冷劑R410A的過程中由於吸熱而 蒸發成製冷劑蒸汽進入吸收器9被吸收劑吸收，完成一個循環；機械功驅動熱 泵(製冷)單元(壓縮製冷循環)中，來自夏季蒸發器14的R410A低壓蒸汽被 壓縮機12壓縮後送入溶液熱交換器7，在溶液熱交換器7中進行初步放熱後， 進入第二冷凝器6被冷卻、冷凝、過冷後進入冷凝蒸發器8被進一步過冷，通 過三通閥17進入第三節流閥16被節流，節流後進入夏季蒸發器14吸收載冷劑 的熱量而蒸發，蒸汽被壓縮機12吸入進入下一個循環。從而完成整個系統的制 冷循環。此時，載冷劑(冷凍水)可提供空調末端使用。
在冬季熱泵運行時，在熱驅動製冷單元(吸收製冷循環)中，儲液器10中 的稀溶液經溶液泵11提升進入溶液熱交換器7在吸收來自發生器2濃溶液以及 來自機械功驅動熱泵(製冷)單元(壓縮製冷循環)高溫氣體的熱量後進入發 生器2被低品位能進一步加熱產生製冷劑蒸汽，發生器2中的濃溶液經溶液熱 交換器7中被預冷後進入吸收器9，在吸收器9中被進一步被冷卻(冷卻介質是 來自用戶端的回水)並吸收製冷劑變為稀溶液進入儲液器10，進入下一個循環， 在發生器2中產生的製冷劑蒸汽在第一冷凝器3中被冷卻介質(來自吸收器9 的冷卻介質)冷凝、過冷後進入製冷劑儲存器4，經第一節流閥5後進入冷凝蒸發器8在冷卻、過冷來自機械功驅動熱泵(製冷)單元(壓縮製冷循環)的制 冷劑R410A的過程中由於吸熱而蒸發成製冷劑蒸汽進入吸收器9被吸收劑吸收 變為稀溶液進入儲液器10，完成一個循環；在機械功驅動熱泵(製冷)單元(壓 縮製冷循環)中，來自冬季蒸發器13的R410A低壓蒸汽被壓縮機12壓縮後送 入溶液熱交換器7，在溶液熱交換器7中進行初步放熱後，進入第二冷凝器6向 來自第一冷凝器3的冷卻介質(向用戶提供熱水)放熱被冷卻、冷凝後在冷凝 蒸發器8進一步被過冷，然後通過三通閥17進入第二節流閥15，節流後在冬季 蒸發器13中吸收環境的熱量而蒸發成製冷劑蒸汽，蒸汽被壓縮機12吸入進入 下一個循環。從而完成整個系統的熱泵循環。
本系統與過去的技術相比具有以下二個顯著的特點
1) 熱泵(製冷)空調系統在製冷時，熱驅動製冷單元(吸收製冷循環)利 用低品位能所製取的低品位冷量被100%的轉化成高品位冷量，提高了熱驅動制 冷單元(吸收製冷循環)對低品位能的利用率。
2) 熱泵(製冷)空調系統在制熱時，改變過去太陽能熱泵(製冷)機組在 制熱時僅吸收太陽能的熱量，而放棄從環境中吸取熱量的現狀，不但提高了機 組的運行效率，而且即使在沒有太陽的時候機組也可以連續運行。
3) 與"低品位能驅動與機械功驅動複合熱泵、製冷系統(申請號 200710068960.1)相比，除了具有其全部優點外，還具有系統簡單、可靠性高、 更加節能的優點。
權利要求
1.一種低品位能驅動與機械功驅動複合熱泵或製冷系統，其特徵在於低品位能收集器(1)與發生器(2)、第一冷凝器(3)、製冷劑存儲器(4)、第一節流閥(5)、冷凝蒸發器(8)、吸收器(9)、儲液器(10)、溶液泵(11)、溶液熱交換器(7)、發生器(2)依次相連接，壓縮機(12)高壓端與溶液熱交換器(7)、第二冷凝器(6)、冷凝蒸發器(8)、三通閥(17)、第二節流閥(15)、冬季蒸發器(13)、壓縮機(12)低壓端依次相連接，三通閥(17)與第三節流閥(16)、夏季蒸發器(14)、壓縮機(12)低壓端依次相連接，發生器(2)濃溶液出口與溶液熱交換器(7)、吸收器(9)依次相連接。
2. 根據權利要求1所述的一種低品位能驅動與機械功驅動複合熱泵或製冷 系統，其特徵在於所述的低品位能收集器(l)是太陽能集熱器、工業廢熱熱交換 器或廢水餘熱熱交換器。
3. 根據權利要求1所述的一種低品位能驅動與機械功驅動複合熱泵或製冷系 統，其特徵在於所述的冬季蒸發器(13)是風冷換熱器、地源換熱器或水源換熱器。
全文摘要
本發明公開了一種低品位能驅動與機械功驅動複合熱泵或製冷系統。低品位能收集器與發生器、第一冷凝器、製冷劑存儲器、第一節流閥、冷凝蒸發器、吸收器、儲液器、溶液泵、溶液熱交換器、發生器依次相連接，壓縮機高壓端與溶液熱交換器、第二冷凝器、冷凝蒸發器、三通閥、第二節流閥、冬季蒸發器、壓縮機低壓端依次相連接，三通閥與第三節流閥、夏季蒸發器、壓縮機低壓端依次相連接，發生器濃溶液出口與溶液熱交換器、吸收器依次相連接。本發明具備所有低品位能熱泵、製冷系統的優點。複合了壓縮熱泵、製冷系統，品位能供給充分時，系統COP大幅提高；低品位能供給不充裕時，系統可以較高效運行；低品位能完全沒有時，系統還可以穩定運行。
文檔編號F25B30/06GK101556095SQ20091009801
公開日2009年10月14日 申請日期2009年4月23日 優先權日2009年4月23日
發明者何一堅, 劉利華, 唐黎明, 陳光明 申請人:浙江大學