使用中等濃度溶液的蒸氣發生器-吸收器熱交換熱傳導設備和方法及其在吸收式熱泵中...的製作方法

2023-12-05 17:19:01

專利名稱：使用中等濃度溶液的蒸氣發生器-吸收器熱交換熱傳導設備和方法及其在吸收式熱泵中 ...的製作方法
本申請是申請日為1993年6月15日的申請序列號為08/076，759的申請部分繼續申請，而申請序列號為08/076,759的申請是申請日為1991年11月18日的申請序列號為07/793,644、現為美國專利No.5,271,235的部分繼續申請。
本發明是在由能源部批准的合同86X-17497C下進行的政府資助項目。政府對本發明有一定權利。發明背景發明領域本發明涉及製冷和熱泵裝置，特別涉及蒸氣發生器一吸收器熱交換(「GAX」)型吸收式製冷循環。本發明特別適用於燃氣、空氣對空氣、吸收式熱泵中。相當技術的說明吸收式製冷循環出現在十九世紀中葉，主要用於製冷裝置中，這種循環用製冷劑/吸收劑混合物進行工作，製冷劑蒸氣在吸收器中被吸收入液態吸收劑中而產生熱量，然後在蒸氣發生器中加熱製冷劑/吸收劑混合物而餾出製冷劑蒸氣。該循環此外還包括一產生熱量的冷凝器和一吸熱的蒸發器。由吸收器中的吸收所產生的熱量和來自冷凝器的熱量一起被排到冷卻劑-通常為冷卻水。
早期的這些「單級」吸收循環裝置雖然熱效率很低，但在電動機出現前常比壓縮裝置更受歡迎，因為它們消耗的熱能成本低，且它們需要的機械能比壓縮裝置少得多。但隨著燃氣和電能的相對成本的改變以及電動壓縮裝置的不斷改進，這些單級吸收式裝置在大多數應用場合已被廢棄，不過，即使在當今，這些效率較低的單級裝置還使用在低壓溴化鋰商用空調裝置以及旅遊車和旅館的製冷裝置中。
Altenkirch在1913年設計出了一種改進的吸收循環。這種循環把在吸收器中產生的一部分熱量傳給循環到蒸氣發生器的製冷劑/吸收劑流體並把從蒸氣發生器流到吸收器的吸收劑中的一部分熱量傳到蒸氣發生器，從而比早期的單級循環效率高。熱量的這一傳導減少了蒸氣發生器從製冷劑/吸收劑混合物中蒸發出製冷劑所需的熱量輸入。該裝置稱做吸收器熱交換(AHE)裝置。
AHE循環在本世紀60年代初用來製造其效率足以符合空調器的性能價格比要求的吸收式裝置，從1965年開始AHE循環用在家用氣冷式空調中。但即使在這些AHE裝置中，吸收器中吸收過程產生的熱量的損耗還是很大。AHE循環還在空氣對空氣燃氣熱泵中試用，它雖然有利於加熱，但從未商品化。隨著能量成本的提高，AHE空調失去了其成本優熱，今天只有有限市場。
Altenkirch在1913年還設計了另一種可從吸收劑回收大部分吸收熱量的吸收式循環。這一稱為蒸氣發生器-吸收器熱交換(GAX)循環的循環使用了又一個熱交換裝置，從而把吸收器中由吸收過程產生的高溫熱量通過一交換流體傳到蒸氣發生器，GAX循環比AHE裝置可從吸收劑中回收更大量的熱，從而可使用更高的蒸氣發生器溫度並從而獲得更高的熱效率。若使用某種燃料。這類GAX裝置的熱效率可比高爐、鍋爐等高得多。
但是，現有GAX循環裝置的缺點是需要有使用獨立傳熱流體的獨立傳熱迴路。這一傳熱迴路必須氣密、需要一膨脹室、需要一可改變流量的氣密泵並需要—裝置來控制傳熱體的流量，以便與在特定室外溫度下的加熱無冷卻循環中所要傳導的GAX熱量匹配。此外，在傳熱迴路中使用不同於工作流體的流體存在著傳熱迴路與吸收器或蒸氣發生器之間發生並交叉摻和(汙染)的危險。這些現有GAX裝置一般使用始終處於液相的傳熱流體，因此只能使用傳熱流體的顯熱。
住宅和小型商用樓加熱和冷卻裝置中迄今都使用以標準冷凝器-蒸發器循環工作的電熱泵。但是，儘管電熱泵在諸如美國南方各州那樣氣候較溫暖的地區可有效地滿足住宅和小型商用樓的加熱和冷卻要求。但這些電熱泵在氣溫低於約30°F以下的氣候地區若無輔助加熱設備，其加熱能力是不夠用的。此外，這些電熱泵一般使用對環境有害的含氫氯氟烴(HCFCS)或含氯氟烴(CFC′S)之類的製冷劑。
因此，需要有一種適用於住宅或小型商用樓的熱泵的蒸氣發生器-吸收器熱交換設備和方法，它無需使用高成本、易發生故障的獨立傳熱迴路即可高效地把吸收器中由吸收過程產生的大部分熱量傳到蒸氣發生器。
本發明提出了一種能滿足該要求的蒸氣發生器-吸收器熱交換設備和方法，它可把一種對環境無害的流體既用作工作流體，又用作熱交換流體；它高效地回收吸收器中由吸收過程產生的大部分熱量；它無需要複雜的控制系統；由於其工作流體在氣液兩相之間轉換，因此它可有利地使用工作流體的潛熱和顯熱把吸收劑中的熱量傳到蒸氣發生器；並且由於尺寸小、成本低、效率高，因此它可滿足各種氣候條件下的住宅和商用樓的加熱和冷卻要求，並且在0°F以下的溫度也能提供足夠的熱量。
本發明的其它特徵和優點由附圖和下述說明給出，其一部分可從附圖和說明中清楚看出或從本發明的實施過程中獲得理解。本發明的優點將由附圖、說明和權利要求特別指出的蒸氣發生器-吸收器熱交換設備、裝有該蒸氣發生器-吸收器熱交換設備的熱泵和在蒸氣發生器-吸收器熱交換設備的吸收器與蒸氣發生器之間傳熱的方法實現。發明綜述為了實現上述和其它優點，按照本文所體現、概括的本發明目的，本發明的一個方面是提出一種包括一蒸氣發生器和-吸收器的蒸氣發生器-吸收器熱交換設備。該吸收器的內部壓力比蒸氣發生器的內部壓力低，它們在相對兩端都有高溫區和低溫區，從而形成各自溫度區間。蒸氣發生器和吸收器的該溫度區間界定各自的重合傳熱區。-流體流動通道供一種其製冷劑濃度為高濃度、中等濃度和低濃度的溶液在蒸氣發生器和吸收器的高溫區、傳熱區和低溫區中循環。本文所體現和概述的本發明蒸氣發生器-吸收器熱交換設備的改進之處包括-熱交換迴路，該流體流動通道中在該溶液具有中等濃度的部位處的一部分溶液流進該熱交換環路。該熱交換環路還供這部分溶液在吸收器和蒸氣發生器的傳熱區之間循環而把熱量從吸收器傳到蒸氣發生器。
在一優選實施例中，該熱交換迴路還包括-位於吸收器的傳熱區中的熱交換件和使該部分溶液從該流體流動通道流過該熱交換件而在兩傳熱區之間流動的導管。
在另一優選實施例中，該熱交換迴路還包括，若干熱交換件，蒸氣發生器和吸收器的傳熱區中都至少有一個熱交換件；以及一使該部分溶液從該流體流動通道流過串聯的各熱交換件而在傳熱區之間來回流動的導管。
按照本發明的另一個方面，該熱交換迴路最好包括一與該流體流動通道連通的輸入端。該輸入端在該溶液具有中等濃度的部位處與該流體流動通道連通。該熱交換迴路還可包括一輸出端，從而把在兩傳熱區之間循環的該部分中等濃度的溶液輸入蒸氣發生器或吸收器中。在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的溶液可大致為液相，也可在該熱交換迴路中的至少一部分中呈液氣兩相混合物。
本發明的另一方面包括一蒸氣發生器一吸收器熱交換設備，該設備包括一蒸氣發生器，該蒸氣發生器中的溶液有一濃度梯度，即頂端為高濃度、底端為低濃度，中間為中等濃度；該蒸氣發生器還有一溫度梯度，即頂端為低溫，低端為高溫，中間為傳熱區。按照本發明的這一方面，該蒸氣發生器一吸收器(GAX)設備還包括其內部壓力比蒸氣發生器低的吸收器，其中的溶液有一濃度梯度，即頂端為低濃度、低端為高濃度、中間為中等濃度，該吸收器還有一溫度梯度，即頂端為高溫、底端為低溫、其間為傳熱區。該GAX設備在這一方面還包括一高濃度溶液導管，該導管的入口在吸收器的底端處與吸收器連通，其出口位於發生器頂端處，從而灑布來自吸收器底端的高濃度溶液，該溶液然後沿著蒸氣發生器的濃度和溫度梯度流動。還有一與高濃度溶液導管連通的泵使流體流過吸收器與蒸氣發生器之間的該導管。一低濃度溶液導管的入口在蒸氣發生器底端處與蒸氣發生器連通，其出口位於吸收器頂端處，從而來自蒸氣發生器底端的低濃度溶液從該出口灑出後沿著蒸氣發生器的濃度和溫度梯度流動。一加熱器放置在蒸氣發生器的底端旁用來加熱蒸氣發生器中的溶液。本發明這一方面的GAX設備還包括一熱交換迴路，它包括在蒸氣吸收器的傳熱區中的至少一個熱交換件，蒸氣發生器和吸收器的傳熱區具有溫度重合區；以及一熱交換導管，它有一輸入端，該輸入端以吸收器和蒸氣發生器中的至少一個中的溶液的中等濃度部位處取得溶液後在吸收器和蒸氣發生器之間傳送該溶液，從而在其中進行傳熱。該熱交換導管還可有一出口端，從而把該溶液灑布到吸收器或蒸氣發生器中。
本發明的另一方面還提供一種熱泵，包括一室內液體對空氣熱交換器、一室外液體對空氣熱交換器、該蒸氣發生器-吸收器熱交換設備和防凍迴路。本發明這一方而的防凍迴路供防凍流體在室內和室外熱交換器和該蒸氣發生器-吸收器熱交換設備之間循環，從而從兩熱交換器之一中吸取熱量後傳到另一個熱交換器。
按照本發明的另一個方面，提供了一種在蒸氣發生器-吸收器熱交換設備中的蒸氣發生器和吸收器之間傳熱的方法。在吸收器的傳熱區與蒸氣發生器的傳熱區之間循環中等濃度的溶液而實現該傳熱。如上所述，蒸氣發生器的傳熱區和吸收器的傳熱區具有溫度梯度，而該溫度梯度有一共同的溫度區間。
按照本發明的另一個方面，提供了一種使本發明的蒸氣發生器-吸收器熱交換設備在一低溫區和一中溫區之間傳熱的方法。這一方法包括在室外熱交換器與吸收器的熱交換器、冷凝器的熱交換器和蒸氣發生器的熱交換器中的至少一個熱交換器之間循環防凍流體，從而通過防凍流體把吸收器、冷凝器和蒸氣發生器中的至少一個熱交換器的熱量傳到該室外熱交換器，該方法還包括在室內熱交換器與蒸發器的熱交換器之間循環防凍流動，從而通過防凍流體把室內熱交換器的熱量傳到蒸發器的熱交換器。
儘管通過一燃氣的家用熱泵來說明本發明，但由權利要求廣泛規定的本發明並不受此限制，其益處和優點同樣適用於其它加熱和製冷過程。本發明的上述和其它優點可從結合附圖的下述說明中看得更清楚。附圖的簡要說明

圖1為用現有蒸氣發生器-吸收器熱交換(GAX)迴路說明吸收式設備的流程圖；圖2為圖1系統的壓力-溫度-構成(P-T-X)圖；圖3為本發明GAX設備第一實施例的流程圖；圖4為本發明GAX設備第二實施例的流程圖；圖5為與本發明圖3和圖4有關的壓力-溫度-構成(P-T-X)圖；圖6為本發明GAX設備第三實施例的流程圖；圖7為本發明GAX設備第四實施例的流程圖；圖8為與本發明圖6、7和10有關的壓力-溫度-構成(P-T-X)圖；圖9為本發明GAX設備的第五實施例的流程圖；圖10為本發明GAX設備第六實施例的流程圖；圖11為本發明GAX設備第七實施例的流程圖；圖12為本發明GAX設備第八實施例的流程圖；圖13為使用本發明蒸氣發生器-吸收器熱交換設備的本發明熱泵的流程圖。優選實施例的詳細說明按照本發明，本說明書中所使用的「低濃度溶液」一詞指蒸氣發生器的高溫區即底部中的溶液。本說明書中所使用的「高濃度溶液」一詞指吸收器的低溫區即底部中的溶液。在本說明中所使用的，「中等濃度溶液」一詞指其製冷劑濃度比低濃度溶液高但比高濃度溶液低的溶液。吸收器和/或蒸氣發生器中可有濃度不等的中等濃度溶液。「低」、「高」、「中等」這些詞指被吸收成份即製冷劑與吸收劑即水的相對濃度。因此低濃度溶液較之同樣數量的高濃度溶液其中氨之類的被吸收的製冷劑少，而水之類的吸收劑多。
如上所述，低、中等、高濃度溶液中的被吸收成分和吸收劑成分可呈氣態或液態或氣液兩態，此外，這裡使用的「熱泵」一詞用來指在低、中和高溫狀態之間傳熱的任何設備並且不僅表示該詞的通常意義，而且還用來表示熱傳導器以及製冷、空調和有關過程的更傳統系統。
在圖1所示現有系統中，以蒸氣發生器-吸收器熱交換(GAX)循環工作的蒸氣發生器-吸收器熱交換設備10包括一蒸氣發生器12、一吸收器14、一冷凝器16、一蒸發器18、一溶液泵38以及供製冷劑/吸收劑溶液在蒸氣發生器12和吸收器14中流通以及製冷劑溶液在冷凝器16和蒸發器18中流通的工作流體通道。特別是，該製冷劑/吸收劑溶液通道包括供高濃度溶液32從吸收器14的低溫區C通向蒸氣發生器12的低溫區D的高濃度溶液通道21和供低濃度溶液46從蒸氣發生器12的高溫區E連通到吸收器14的高溫區F的低濃度溶液通道22。從低濃度溶液通道22流出的溶液經過吸收器14的高溫、中溫和低溫區F、G、C並從高濃度溶液通道21經過蒸氣發生器12的低溫、中溫和高溫區D、I、E而流完整個製冷劑/吸收劑溶液通道。整個工作流體通道則從蒸氣發生器12經導管24到冷凝器16、從冷凝器16經導管26到蒸發器18、再從蒸發器18經導管28到吸收器14。
這裡所使用的「低溫區」、「中溫區」和「高溫區」諸詞指相對溫度。如圖1所示，在某一部位中由一溫度區間界定的某一區比另一區的溫度較高或較低。因此，舉例說，蒸氣發生器12的高溫區E的溫度可為400°F左右，其低溫區D可為200 °F左右。另一方面，吸收器14的高溫區F可為300°F左右。而其低溫區C也可為100°F左右，在蒸氣發生器12和吸收器件14都有-稱為傳熱區的溫度重合區。該傳熱區在圖1中為蒸氣發生器12的D區與I區之間的區域以及吸收器14的G區與F區之間的區域。
使用氨/水(或其中的吸收劑可揮發的其它流體)的吸收式蒸氣發生器實質上是一蒸餾塔，它包括一提餾(汽提)部和一精餾部。該提餾部即為與D區與E區之間部位對應的較低、較高溫部，而錆餾部即為與D區以上部位對應的較低溫頂部。蒸氣發生器的提餾部與錆餾部之間的分界部D區的溫度等於高濃度溶液在蒸氣發生器壓力下的沸點。如本說明中使用的，「蒸氣發生器」一詞通常指提餾部，該蒸氣發生器中的「高溫區」和「低溫區」分別指該提餾部的E區和D區。
如圖1所示，吸收器14和蒸氣發生器12的垂直溫度梯度互相相反，即蒸氣發生器12的最高溫區E位於其底端處，而吸收器14的最高溫區F位於其頂端處。從而各自的傳熱區D-I和G-F的方向也相反。界定傳熱區D-I和G-F的溫度區同在蒸氣發生器12溫度區間和吸收器14的溫度區間的重合溫度區中，例如可在約200°F到約300°F(適用於美國的額定熱泵)。
圖1所示現有設備在蒸氣發生器12和吸收器14的傳熱區D-I和G-F之間有一傳熱迴路30，其方向使得流體直接在兩傳熱區之間流通。
圖1所示現有系統工作時，主要由氨之類製冷劑構成的、任何能含有少量特別是易揮發的、水之類的吸收劑的低壓製冷劑大多以蒸氣流出蒸發器18後經導客28流到吸收器14中的低溫區C。在吸收器14中向上流動的該製冷劑蒸氣吸收入反向流動的低濃度溶液而生成高濃度溶液32，而以液態沉積在吸收器14的低溫區C中。這一過程中的溫度高於環境溫度，從而，其中的一部分熱量傳給在此過程中在熱交換迴路34的熱交換器36流動的空氣、水、防凍劑或其它傳熱流體。
然後高濃度溶液泵38把高濃度溶液32經高濃度溶液通路21泵至保持較高壓力的蒸氣發生器12的D區。蒸氣發生器12的壓力比吸收器14高。例如，蒸氣發生器12中的壓力通常可約為240-400psia，而吸收器14中的壓力通常可約為15-80psia，具體數值視工作溫度而定。按照吸收器熱交換(AHE)循環原理，高濃度溶液通道21中的熱交換器40用來把吸收器的熱量傳給高濃度溶液32。在一種方案中，在熱交換器40中把高濃度溶液32大致加熱到其在蒸氣發生器12的壓力之下的沸點而用作蒸氣發生器12的D區的熱量輸入。或者，也可如圖1所示，在熱交換器40中把高濃度溶液32加熱到其沸點以下的一溫度後在蒸氣發生器12D區上方精餾部中的熱交換器41中對之加熱。在這兩種方案中，高濃度溶液都在D區灑布到蒸氣發生器12中。
當高濃度溶液32向下流過蒸氣器發生器12時，熱源42和傳熱翅片44配合而加熱高濃度溶液32，從而從高濃度溶液中餾出製冷劑蒸氣而在蒸氣發生器12的高溫區E生成低濃度溶液46。製冷劑濃度接近100％的蒸氣從蒸氣發生器12排出，經製冷劑通道24流到冷凝器14，在冷凝器14中冷凝後經導管26並經節流裝置48而在蒸發器10中成為低壓。蒸氣發生器22高溫區E中的低濃度溶液46經低濃度溶液通道22並經節流裝置23流回吸收器14的高溫區F。低濃度溶液46顯熱在熱交換器52處把熱量輸給蒸氣發生器12。還可用高濃度溶液通道21與低濃度溶液通道22之間的一熱交換器(未畫出)進行傳熱。
在圖1所示現有蒸氣發生器-吸收器熱交換系統中，用一GAX傳熱迴路30進行傳熱，該迴路比方說包括一對熱交換蛇管50和53和一循環高壓水之類的傳熱流體的泵54。由於吸收器14和蒸氣發生器12的垂直溫度梯度相反，因此必須如圖1，所示交叉連接蛇管(盤管)50和53之間的通道。
GAX循環的原理示出在圖2的壓力-溫度-構成圖中，其中，D點表示蒸氣發生器12的提餾和精餾部之間的分界點，E點表示蒸氣發生器12的高溫區、C點表示吸收器14的低溫區，F點表示吸收器14的高溫區、點I表示蒸氣發生器12中其溫度低於吸收器14的F點溫度的區域而該溫度差足以在此兩區之間傳熱、點G表示吸收器14中其溫度高於蒸氣發生器12中D點溫度的區域而該溫度差足以在此兩區之是傳熱。圖2中的這些區域分別與圖1中的區域D、E、C、F、I和G對應。
在圖2中直線D-I表示蒸氣發生器12的傳熱區，直線G-F表示吸收器14的傳熱區。點A和B分別表示冷凝器16和蒸發器18。從C到D的直線表示高濃度溶液通道21，從E到F的直線表示低濃度溶液通道22。圖2中從直線G-F指向直線D-I的多根箭頭表示從吸收器14傳熱區向蒸氣發生器12傳熱區的傳熱。從直線EF指向直線IE以及從直線CG指向直線CD的單跟箭頭分別表示從熱交換器52向蒸氣發生器12的傳熱和從吸收器14向熱交換器40的傳熱。
從吸收器14傳到蒸氣發生器12的熱量從吸收器14的整個一溫度區間上獲得，而且應只以傳熱所需溫度差傳到蒸氣發生器12中一較低的溫度區間。為最高效地傳熱，吸收器14傳熱區F最熱段的熱量應傳到蒸氣發生器12傳熱區I的最熱段，吸收器14和蒸氣發生器12的傳熱區的相繼更冷段的情況同樣如此。這就是說，傳熱流體的溫度區間必須在蒸氣發生器12與吸收器14傳熱區溫度區間之間以及各段之間相配。
如本說明書例示和概述的，按照本發明，在一包括蒸氣發生器和一吸收器的蒸氣發生器-吸收器熱交換設備中設置一熱交換迴路。該吸收器的內部壓力低於該蒸氣發生器的內部壓力，而蒸氣發生器和吸收器都有其溫度梯度垂直相反的高溫區和低溫區以及一傳熱區。界定兩傳熱區的兩溫度區間重合。該蒸氣發生器-吸收器熱交換設備有一流體流動通道供一具有高、中等和低製冷劑濃度的溶液流經蒸氣發生器和吸收器的高溫區、傳熱區和低溫區。
與同在審理中的專利申請序號為08/076,759的申請一樣，本發明提出在蒸氣發生器-吸收器熱交換設備中使用該設備的製冷劑/吸收劑工作流體進行GAX傳熱的各種實施例和方法。但與把低濃度溶液、高濃度溶液或它們的混合物作為傳熱介質的上述申請不同，本發明把中等濃度溶液用作傳熱介質。原則上，按照本發明，可使用具有中等溶液濃度的任何吸收劑/製冷劑混合物。如前所述，本文使用的「中等濃度溶液」指其製冷劑濃度低於高濃度溶液但高於低濃度溶液的一種溶液。蒸氣發生器和吸收器中都有中等濃度溶液，但如下文所述，就本發明目的而言，使用某些中等濃度溶液比使用其它中等濃度溶液更有利。
本發明設備包括-熱交換迴路，它從流體流動通道中的中等濃度溶液所在部位取得至少一部分溶液並使該中等濃度溶液在吸收器和蒸氣發生器的傳熱區之間循環而把熱量從吸收器傳到蒸氣發生器。本發明使用的「傳熱區」一詞不僅包括蒸氣發生器和吸收器內部具有重合溫度的區域，而且包括與蒸氣發生器和吸收器鄰接或發生傳熱接觸的具有重合溫度的區域，傳熱最好在整個重合溫度區間上進行。
如本文例示和概述的，按照本發明，該熱交換迴路包括吸收器傳熱區中的至少一個熱交換件和一導管供從流體流動通道中取得的一部分中等濃度溶液流過該熱交換件並在兩傳熱區之間流動。本發明的熱交換迴路可包括若干熱交換件，蒸氣發生器和吸收器的傳熱區中都至少有一個熱交換件，一導管供從流體流動通路中取得的中等濃度溶液順序流經在兩傳熱區之間來來回回的各熱交換件。按照本發明的不同實施例，蒸氣發生器和吸收器中都可有一個直到四個或更多個熱交換件。本發明使用的「熱交換件」一詞指可在流體之間進行熱量交換的任何裝置，例如熱交換蛇管。
如本文例示和概述的，按照本發明，使溶液在熱交換迴路中循環的原動力最好由泵提供，但在某些情況下也可利用水頭，該熱交換迴路最好還包括-與流體流動通道連通而從該流體流動通道抽取中等濃度溶液的輸入端和一把該溶液分布在蒸氣發生器或吸收器中的輸出端。
如本文例示和概述的，按照本發明，輸入端在溶液為中等濃度的部位與流體流動通道連通，從而把中等濃度溶液用作熱交換介質，該輸入端最好位於蒸氣發生器或吸收器中，可由任何合適的積存液體的裝置構成。在本發明圖3、4、6和7所示各實施例中，該輸入端位於蒸氣發生器中。在圖9、10、11和12所示其它實施例中，該輸入端位於吸收器中。
如圖3、6、7、9、10、11和12所示，熱交換迴路的輸出端把在兩傳熱區之間循環的該部分溶液或是灑布到蒸氣發生器中，如圖3、6、7、11和12所示；或是灑布到吸收器中，如圖9和10所示。該輸出端可為能灑布液體或蒸氣/液體混合物的任何裝置，比方說，在液體時為灑布器，在蒸氣/液體混合物時為分離器/灑布器，它在蒸氣發生器或吸收器中最好位於與中等濃度溶液進入熱交換迴路的部位大致同溫同壓的部位。
本發明圖3、4、9和12所示實施例把大致為液相的工作流體用作傳熱介質，從而使用該工作流體的顯熱，本發明圖6、7、10和11所示其它實施例在至少一部分熱交換迴路中用作傳熱介質的工作流體為兩相的液體/蒸氣混合物，從而使用該工作流體的潛熱。
圖3所示本發明一實施例用從蒸氣發生器取得的大致為液相的工作流體作為傳熱流體，從而使用該工作流體的顯熱。圖3示出一蒸氣發生器-吸收器熱交換設備150。在該實施例中，熱交換迴路包括蒸氣發生器12傳熱區中的兩個熱交換蛇管152和153以及吸收器14傳熱區中的兩個熱交換蛇管154和155。一熱交換導管156包括-放置成從最好是蒸氣發生器12的I區抽取中等濃度溶液的輸入端和一把該中等濃度溶液灑入蒸氣發生器12的輸出端，該輸出端在該實施例中為灑布器160，圖3中的該輸入端為一集液器158或最好在區I或區I下方收集蒸氣發生器12中的中等濃度溶液的任何裝置。集液器158最好位於灑布器160緊上方。熱交換導管156串聯蒸氣發生器的熱交換蛇管152和153以及吸收器的熱交換蛇管154和155從而在蒸氣發生器12和吸收器14的傳熱區之間來回傳導中等濃度溶液。
按照本發明該實施例，最好用熱交換迴路泵162從集液器158抽取中等濃度溶液並在蒸氣發生器12的熱交換蛇管152和153與吸收器14的熱交換蛇管154和155之間循環中等濃度溶液。中等濃度溶液從熱交換迴路的泵162流入熱交換蛇管152而把中等濃度溶液的熱量傳到蒸氣發生器12中。流出熱交換蛇管152後，該中等濃度溶液經熱交換導管156流到吸收器14的熱交換蛇管154而把吸收器14中的熱量傳給該中等濃度溶液。從熱交換蛇管154流出後，該中等濃度溶液經熱交換導管156流到蒸氣發生器12中的熱交換蛇管153而把中等濃度溶液的熱量傳到蒸氣發生器12中。該中等濃度溶液然後流出熱交換蛇管153並經熱交換導管156流到吸收器14中的熱交換蛇管155而使吸收器14中的熱量傳給中等濃度溶液。中等濃度溶液然後流出熱交換蛇管155並經熱交換導管156流到蒸氣發生器12中的灑布器160，灑布器160最好位於蒸氣發生器12I區中的集液器158的緊下方。熱交換蛇管152、153、154和155之間的反覆/循環量取決於熱交換迴路泵62的設計和熱交換蛇管152、153、154、155以及熱交換導管156的壓力降。中等濃度溶液所能反覆循環的最大量為中等濃度溶液在蒸氣發生器12的I區或其近旁的流量。
如上所述，該實施例的中等濃度溶液大致為液相。中等濃度溶液在熱交換蛇管152和153與熱交換蛇管154和155之間的流量可以是蒸氣發生器12中在I區或I區近旁的中等濃度溶液的總流量，或通過收集少於總流量的該流量來調節該流量，從而提高因把吸收器14的熱量傳給蒸氣發生器12而獲得的溫度。
按照本發明並作為圖3所示實施例的另一種方案，可把集液器158和灑布器160合二為一，而成為單一的集液器/灑布器。該集液器/灑布器可以是任何可在蒸氣發生器12中收集、存貯和散布中等濃度溶液的裝置。例如，該集液器/灑布器可以是收集和存貯流過蒸氣發生器12的中等濃度溶液的一液槽，該液槽可裝有一排穿過液槽槽底的灑布管，這些管子的頂部位於液槽的一定高度處，從而當中等濃度溶液的高度達到管子頂部時，中等濃度溶液便溢出液槽而灑布到蒸氣發生器12中，從熱交換蛇管155回流到蒸氣發生器12的中等濃度溶液則經熱交換導管156流入該集液器/灑布器。
在圖3實施例中使用集液器/灑布器可無需使用兩路傳熱迴路。相反，中等濃度溶液積累後可以最佳傳熱率不斷反覆循環。由於蒸氣發生器的中等濃度溶液連續流經該集液器/灑布器，在傳熱迴路中流動的中等濃度溶液的濃度可始終保持該中等濃度溶液在蒸氣發生器12中該集液器/灑布器所在處的濃度。從而，只要調節中等濃度溶液在該傳熱迴路中的流量即可把GAX傳熱調節到最佳。
圖4所示本發明另一實施例使用從蒸氣發生器12取得的大致為液相的工作流體。圖4示出蒸氣發生器-吸收器熱交換設備200，它包括從蒸氣發生器12收集中等濃度溶液的集液器258，集液器258可位於蒸氣發生器12中的任何部位，最好在I區近旁或下方。熱交換迴路泵262把集液器258收集的中等濃度溶液泵滿熱交換導管256。集液器258與熱交換導管256連通而使中等濃度溶液流入熱交換導管256並使蒸氣經該液體流出熱交換導管256，從而熱交換導管256中可充滿中等濃度溶液。當熱交換導管256充滿時，從蒸氣發生器12流入集液器258的中等濃度溶液溢出而流回蒸氣發生器12中。熱交換導管256中一旦充滿中等濃度溶液，集液器258不再用作輸入端，而是用作膨脹室和濃度調節室而把熱交換導管256中的中等濃度溶液保持在中等濃度溶液在該處的濃度上。
按照本發明，中等濃度溶液經熱交換導管256在蒸氣發生器12與吸收器14之間循環而在其間傳熱。圖4實施例與圖3實施例不同，熱交換導管256不把中等濃度溶液灑入蒸氣發生器12或吸收器14中，而是在蒸氣發生器12中的熱交換蛇管250和吸收器14中的熱交換蛇管252之間反覆循環該溶液的獨立迴路。熱交換迴路泵262使中等濃度溶液經熱交換導管256而循環。
按照本發明，熱交換導管256用作與圖1中迴路30類似的獨立傳熱迴路，但它不需要外來流體。與圖1中迴路30不同，由於熱交換導管56中的中等濃度溶液自由膨脹或收縮入集液器258，因此熱交換導管256也不需要膨脹室。而且，熱交換導管256中的中等濃度溶液的組成和沸點隨室外條件的變動而自動調節到最佳工作所需組成，因為流到集液器258的中等濃度溶液由吸收器中的調節器根據天氣條件而加以調節。流到集液器258的中等濃度溶液繼而把熱交換導管256中的該液體調節到該組成(成分)。
中等濃度溶液萬一在吸收器14的熱交換蛇管中加熱時沸騰，蒸氣就會流到集液器256而逸入蒸氣發生器12。這一過程從而把熱交換導管256中的中等濃度溶液的濃度和溫度控制在合適大小而保持傳熱流體為顯熱傳導流體。熱交換導管256中的中等濃度溶液的流量也可用設置在熱交換迴路泵262進口或出口處的一閥加以調節或通過調節熱交換迴路泵262的每分鐘轉數加以調節。
吸收器把流經熱交換蛇管252的中等濃度溶液從G區處的溫度加熱到F區處的溫度。中等濃度溶液以從I區到D區的對應溫度把該熱量傳給蒸氣發生器。如下所述，為此可使用一系列中等濃度溶液。
圖5的壓力-溫度-組成圖示出了本發明對各單相、顯熱中等濃度溶液的優選使用。在圖3和4所示實施例中，吸收器和蒸氣發生器的溫度重合區間在蒸氣發生器中為DU，在吸收器中為TF，T和D的溫度相同，F和U的溫度相同。但為了獲得從吸收器向蒸氣發生器傳熱的溫度差，實際的溫度重合區間在蒸氣發生器中為DI、在吸收器中為GF。
用於圖3和4所示那樣顯熱傳導的中等濃度溶液必須能加熱到溫度F而不沸騰。如圖5所示，蒸氣發生器中從U處到E處的中等濃度溶液在溫度F下不沸騰。這些中等濃度溶液處於蒸氣發生器壓力下，但在GF區間上其蒸氣壓力低於蒸氣發生器壓力。一個例子是圖5中表為直線SV的氨的濃度稍高於25％的溶液。該SU中等濃度溶液的蒸氣壓力在從蒸氣發生器12中U點抽取時處於蒸氣發生器的壓力。點U在吸收器14中的溫度為F，如果在溫度區間GF上的蒸氣壓力為直線SU的壓力，則這一中等濃度溶液可在溫度區間GF上工作而不高於蒸氣發生器壓力。這一25％的溶液優於圖5中表為直線KM的10％溶液的地方在於，25％的溶液在蒸氣發生器壓力下有端點U，這一中等濃度溶液在U點流過蒸氣發生器的量比10％的溶液在N點流過蒸氣發生器的量多。此外，其比熱更高。因此，SU之類的濃度較高的中等濃度溶液可以較少的迴路在吸收器和蒸氣發生器的熱交換蛇管中傳導吸收器的重合熱量。從而，在圖3所示實施例中，從蒸氣發生器12中I區或I區下方到圖5中點U抽取的溶液要比KM之類濃度較低的中等濃度溶液有利。
另一方面，在圖4的單相顯熱實施例中，溫度較高的中等溫度溶液SU較之溶液KM就沒有什麼淨優點了。在圖4系統中，可用熱交換迴路泵262以比圖3實施例高的流率使中等濃度溶液流過熱交換導管256，其流率可高到在一個通路中傳導全部數量的GAX熱量，雖然中等濃度溶液SU具有較高的熱容量，但(圖5中)較低濃度的中等濃度溶液KM在整個室外溫度範圍上更為適用，因為熱泵必須在圖5中沸點H下工作，而KM的沸點遠高於吸收器溫度F，從而更少需要調節中等濃度溶液的濃度。
圖6所示本發明另一實施例也使用從蒸氣發生器12取得的工作流體作為傳熱流體。該工作溶液在熱交換迴路的至少一部分中為液/氣兩相流體，從而使用該工作流體的潛熱，請特別參看圖6，該圖示出一蒸氣發生器-吸收器熱交換設備302。在該實施例中，熱交換迴路包括位於吸收器14傳熱區中的熱交換蛇管352。-熱交換導管356包括一從蒸氣發生器12的最好稍低於D區的部位抽取中等濃度溶液的輸入端和最好位於蒸氣發生器12的I區近旁的一輸出端，該輸出端可以是比方說一分離器/灑布器，用來灑布該中等濃度溶液。圖6中的該輸入端為集液器362，但也可以是在蒸氣發生器12中收集中等濃度溶液的任何裝置。熱交換導管356在蒸氣發生器12和吸收器14之間傳導中等濃度溶液。
按照本發明該實施例，在蒸氣發生器12與吸收器14之間循環中等濃度溶液的原動力可以是重力，即由集液器362收集的中等濃度溶液的液體壓頭。中等濃度溶液經熱交換導管356流到熱交換蛇管352中後其中的至少一部分中等濃度溶液被吸收器14的熱量所蒸發。中等濃度溶液的兩相混合物然後經熱交換導管356流到蒸氣發生器12中的分離器/灑布器360，分離器/灑布器360把該兩相混合物分離成液體和蒸氣而給予蒸氣發生器，它在蒸氣發生器12中的所在處的溫度和壓力最好與流出分離器/灑布器360的中等濃度溶液的溫度和壓力相等或相近。在該實施例中，分離器/灑布器360最好位於蒸氣發生器12的I區附近。
如上所述，該實施例的中等濃度溶液在至少一部分熱交換導管356中為蒸氣和液體的兩相混合物。中等濃度溶液在熱交換導管356中的流率受集液器362收集到的液量、集液器362與分離器/灑布器360的高度差、熱交換導管356上的壓力降和熱交換蛇管352中中等濃度溶液蒸發出的蒸氣量的控制。熱交換導管356在集液器362與熱交換蛇管352底部之間的進口段為中等濃度溶液所充滿。在熱交換蛇管352中的該溶液部分為液體、部分為蒸氣，其密度遠低於熱交換導管356進口段中的液體的密度，從而增大了集液器362與分離器/灑布器360之間的壓頭。從而進口處液體在熱交換蛇管352中的蒸發程度有助於控制熱交換導管356中的流量，適當調節熱交換導管356上的壓力降，即可用熱交換蛇管352中的傳熱量控制中等濃度溶液的流量，重要的是，由集液器362收集的中等濃度溶液的量必須大於用來傳熱的中等濃度溶液的最大量，也即，集液器362應稍稍溢流。
圖7所示本發明另一實施例使用從蒸氣發生器12取得的工作流體作為傳熱流體。該流體在至少一部分熱交換迴路中為液/氣兩相混合物，因此利用工作流體的潛熱。請特別參見圖7，該圖示出一蒸氣發生器-吸收器熱交換設備400，在該實施例中，熱交換迴路包括吸收器14傳熱區中的熱交換蛇管442和蒸氣發生器12傳熱區中的熱交換蛇管444。一熱交換導管430包括一放置成從蒸氣發生器12取得中等濃度溶液的進口端和一輸出端，該輸出端最好為灑布該中等濃度濃液的一灑布器435。圖7中的該輸入端為集液器440，它最好位於蒸氣發生器12的D區緊下方，它也可以是在蒸氣發生器12內部收集中等濃度溶液的任何裝置。
按照本發明該實施例，在蒸氣發生器12與吸收器14之間循環中等濃度溶液的原動力可以如同圖6實施例那樣為集液器440與熱交換蛇管442的進口之間的液體壓頭。或者，需要時，也可由圖6所示熱交換迴路泵445提供該原動力。該中等濃度溶液經熱交換導管430流到吸收器14傳熱區中的熱交換蛇管442後至少一部分中等濃度溶液在該蛇管中被吸收器14的熱量蒸發。中等濃度溶液的該兩相混合物然後經熱交換導管430流到蒸氣發生器12傳熱區中的熱交換蛇管444而在其中冷卻，蒸氣重新被吸收而把其熱量放出到蒸氣發生器12中。該中等濃度溶液在灑布器435處流出熱交換蛇管444。灑布器435在蒸氣發生器12中的所在處的溫度和壓力最好與流出灑布器的中等濃度溶液的溫度和壓力相等或相近。在該實施例中，灑布器435最好位於蒸氣發生器12中集液器440的緊下方。
如上所述，該實施例的中等濃度溶液在至少一部分熱交換導管430中為蒸氣和液體的兩相混合物。在熱交換蛇管442與444之間的中等濃度溶液的流量可以為所收集的中等濃度溶液的總流量，也可如上所述調節或用熱交換迴路泵445調節，從而使從吸收器14到蒸氣發生器12的傳熱量最佳，與圖3實施例一樣，可把集液器和灑布器合成為單一的集液器/灑布器，從而只須調節中等濃度溶液在熱交換迴路中的流率即可方便地調節GAX傳熱。
圖6和圖7所示實施例之類兩相傳熱的中等濃度溶液最好取自蒸氣發生器的較高濃度端。例如，在這類系統中使用圖8直線AE上點D與點H之間的中等濃度溶液是非常有利的，部分這樣的中等濃度溶液在從G到F的整個溫度區間上可被吸收器的熱量蒸發。在圖6和圖7所示實施例中，中等濃度溶液的循環量可選定成吸收器的熱量在一個通道中傳導。
例如，圖8的氨/水PTX圖示出了如何在圖6和7的實施例中用該部分濃度較高的中等濃度溶液傳導吸收器的熱量，要傳導的熱量由圖8中吸收器直線CE在點G與F之間的吸收過程產生。該部分濃度較高的中等濃度溶液的實際路徑用虛線表示。該中等濃度溶液收集自蒸氣發生器在線DE上的J點。在整個迴路中，該中等濃度溶液大致保持蒸氣發生器的壓力，該虛線不表示壓力，只表示熱交換關係和路徑。
回過頭來參看圖6，蒸氣發生器12中的中等濃度溶液從集液器362經熱交換導管356流到吸收器14中K點(圖8)處熱交換蛇管352的底部，在這裡吸收器GF段的熱量傳給虛線KL處的中等濃度溶液而使它的一部分汽化。G到K和E到L的溫度差為進行這一傳熱所需的溫差。在此傳熱過程中，該兩相溶液從K點流到L點。圖8中L點處的中等濃度溶液在圖6的熱交換蛇管352的頂部。該溶液然後經熱交換導管356流到位於I區或其附近的分離器/灑布器360，此處的溫度與圖8的點M相當。在圖6實施例中，蒸氣和液體最好在I區或其附近排入蒸氣發生器12中。該蒸氣以與向下流過蒸氣發生器的其餘大部分中間濃度溶液相反方向向上流動。作為同溫度、同組成的兩液體在圖6中I區或其近旁的分離器/灑布器360處匯合而向下流到熱交換蛇管52上。
在圖7實施例中，圖8所示兩相溶液的流動在點M之前有與圖6相同，但然後從點M繼續流到點J近旁部位而作為液體重新流入蒸氣發生器，在圖7中，在圖8M點溫度下溶液在I區處進入蒸氣發生器12熱交換蛇管444後向上流過該蛇管，從而溶液中的熱量因蒸氣的重新吸收而傳給蒸氣發生器12。完全再吸收而生成的中間濃度溶液如圖8J點表示的經灑布器435流入蒸氣發生器12。
結合圖3、4、6和7所述的中等濃度溶液在上述各部位從蒸氣發生器抽取，並且，若循環該流體所需壓力不算在內，大致工作在蒸氣發生器壓力下。
從蒸氣發生器抽取的其它中等濃度溶液，比方說圖8中直線DE的點H與點M之間的那些溶液也可用於顯熱或潛熱式傳熱，但此時它們須在與蒸氣發生器壓力不同的壓力下工作。若用這些「中間範圍」的中等濃度溶液進行顯熱式傳熱，壓力應升高到蒸氣發生器壓力之上的一壓力，而在此壓力下溶液在溫度F下不沸騰。若用這類中間範圍的中等濃度溶液進行潛熱式傳熱，壓力須使用比方說節流裝置下降到溶液在吸收器溫度G下沸騰的一壓力。當它們完成GAX傳熱後，這些溶液應升壓到蒸氣發生器壓力後再返回蒸氣發生器。同樣，用於顯熱式的傳熱的中間範圍溶液在完成GAX傳熱後須降壓到蒸氣發生器壓力。
按照本發明，也可把以吸收器取得的中等濃度溶液用作傳熱流體而進行顯熱式傳熱或最好是進行潛熱式兩相傳熱。圖9-12示出使用從吸收器抽取的中等濃度溶液的實施例。
圖9所示本發明實施例把取自吸收器14的工作流體用作傳熱流體。該中等濃度溶液的氨的濃度較低，在整個迴路中始終為液體，因此是顯熱式傳熱。請特別參看圖9，該圖示出一蒸氣發生器-吸收器熱交換設備450。在該實施例中，熱交換迴路包括蒸氣發生器12傳熱區中的熱交換蛇管470、吸收器14傳熱區中的熱交換蛇管472和熱交換導管476。熱交換導管476包括一用作輸入端的、放置成從吸收器14F區緊下方收集中等濃度溶液的集液器462和一用作輸出端的、放置成在吸收器14中灑布中等濃度溶液的灑布器464。該實施例的中等濃度溶液的濃度接近在高溫區F進入該吸收器的低濃度溶液的濃度，熱交換導管476使該中等濃度溶液在吸收器14與蒸氣發生器12之間循環。
按照本發明該實施例，用熱交換迴路泵466使中等濃度溶液從吸收器14中的集液器462流到蒸氣發生器12。中等濃度溶液從熱交換迴路泵466流到蒸氣發生器12中的熱交換蛇管470而把熱量傳到蒸氣發生器12中。該中等濃度溶液然後經熱交換導管476流到吸收器14中的熱交換蛇管472。儘管圖9中只示出一個迴路和蒸氣發生器12和吸收器14中的各一個熱交換蛇管，但可能需要多條迴路和多個熱交換蛇管才能把可得到的所有GAX熱量從吸收器14傳到蒸氣發生器12中。當可得到的所有GAX熱量傳到蒸氣發生器12後，中等濃度溶液在最後一個吸收器熱交換蛇管中被加熱到接近它被收集處的溫度而最好在集液器462緊下方被灑布器464灑布到吸收器14中。與圖3和圖7的實施例一樣，集液器和灑布器可合成為單個集液器/灑布器，以便只要調節中等濃度溶液在熱交換迴路中的流率即可方便地調節GAX傳熱，並可使用僅僅一個熱交換迴路。
圖10所示本發明實施例也把從吸收器14取得的工作流體用作傳熱流體。但與圖9實施例不同，圖10中具有「中間」氨濃度的中等濃度溶液在至少一部分熱交換迴路中成為液/氣兩相流體，從而利用工作流體的潛熱。請特別參見圖10，該圖示出一蒸氣發生器-吸收器熱交換設備500。在該實施例中，熱交換迴路包括吸收器14傳熱區中的熱交換蛇管502、蒸氣發生器12傳熱區中的熱交換蛇管503和熱交換導管504。熱交換導管504包括用作輸入端而放置成從吸收器14的G區或其近旁收集中等濃度溶液的集液器506和用作輸出端而放置成在吸收器14中灑布中等濃度溶液的灑布器510，熱交換導管504使中等濃度溶液在吸收器14和蒸氣發生器12之間循環。
按照本發明該實施例，用熱交換迴路泵508使中等濃度溶液從吸收器14中的集液器506流到蒸氣發生器12。該中等濃度溶液從熱交換迴路泵508流到吸收器14中的熱交換蛇管502中，從而吸收器14的熱量使得其中的至少一部分中等濃度溶液蒸發。中等濃度溶液的該兩相混合物然後經熱交換導管504流到蒸氣發生器12中的熱交換蛇管503中而冷卻，從而重新吸收蒸氣而將其熱量放出到蒸氣發生器中。該中等濃度溶液然後經熱交換導管504回到位於吸收器14的G區處集液器506緊下方的灑布器510。與圖3、7和9的實施例一樣，集液器和灑布器可合成為單的集液器/灑布器，從而調節中等濃度溶液在熱交換迴路中的流率即可方便地調節GAX傳熱。
圖10實施例的優點包括熱交換迴路在吸收器壓力下工作、循環中等濃度溶液只需很低的功率以及只需一圈熱交換迴路。後面兩個優點是相對使用泵來循環顯熱式傳熱液體或潛熱式傳熱的高濃度溶液或接近高濃度的中等濃度溶液的其它方法而言的。
圖10的實施例最好使用圖8中點T到點G的中等濃度溶液，在點T到點G區間中以吸收器12取得的中等濃度溶液含氨量約為20％，當在點L處汽化時約為4％。因此，該蒸氣中的這些溶液平衡的水的濃度比圖6和7從蒸氣發生器12抽取圖8中J點附近48％-40％的潛熱式傳熱溶液的蒸氣高得多，由於含水量高，因此圖10中從吸收器14抽取的兩相潛熱傳熱中等濃度溶液的焓比此圖6和7從蒸氣發生器12中抽取的兩相溶液的焓大得多。因此需要循環的中等濃度溶液的數量少。
圖11所示本發明實施例也把取自吸收器14的工作流體用作傳熱流體。與圖10工作流體一樣，這一流體在至少一部分熱交換迴路中為液/氣兩相流體，從而利用該工作流體的潛熱。不過，與圖10實施例不同，圖11所示實施例在吸收器14中非常靠近底部的部位收集中等濃度溶液，從而使用非常接近高濃度溶液的組成的中等濃度溶液。
請特別參見圖11，該圖示出一蒸氣發生器-吸收器熱交換設備550。在該實施例中，熱交換迴路包括吸收器14傳熱區中的熱交換蛇管552、蒸氣發生器12傳熱區中的熱交換蛇管553和熱交換導管554，熱交換導管554包括-用作輸入端、放置成從吸收器14的C區緊上方一部位收集中等濃度溶液的集液器556和一用作輸出端、放置成在蒸氣發生器12中灑布中等濃度溶液的灑布器560。熱交換導管554使中等濃度溶液在吸收器14和蒸氣發生器12之間循環。
按照本發明該實施例，用熱交換迴路泵558使中等濃度溶液從吸收器14中的集液器556流到蒸氣發生器12，該中等濃度溶液從熱交換迴路泵558經迴路泵的排液導管2562流到吸收器14中的熱交換蛇管552，迴路泵的排液導管562最好位於吸收器14內部，從而在迴路泵的排液導管562中流動的中等濃度溶液由吸收器14的內部熱量加熱。吸收器14的熱量使得至少一部分中等濃度溶液在熱交換蛇管552中汽化。中等濃度溶液的該兩相混合物然後經熱交換導管554流到蒸氣發生器12中的熱交換蛇管553而在其中冷卻，從而蒸氣重新吸收而把熱量放出到蒸氣發生器中，中等濃度溶液然後由位於蒸氣發生器12 D區緊下方的灑布器560灑布到蒸氣發生器12中。
按照本發明，圖11所示實施例的另一種方案是中等濃度溶液一進入蒸氣發生器12就灑布該中等濃度溶液，此時，使用一分離器/灑布器來灑布液體和蒸氣的兩相混合物而無需使用熱交換蛇管553。該分離器/灑布器在蒸發生器12中所在處的溫度和壓力最好與流出該分離器/灑布器中等濃度溶液的溫度和壓力相同或相近，例如在I區或其近旁。
按照作為參考資料包括在本申請中的原申請序號為07/793,649也即現在的美國專利No.5,271,235，提高吸收劑/製冷劑溶液在吸收器傳熱區中的流率即可提高吸收器傳熱區的吸收作用，從而提高從吸收器向蒸氣發生氣的傳熱。本發明傳熱裝置與美國專利No.5,271,235的流率提高裝置相結合。即可既提高中等濃度溶液在吸收器傳熱區中的流率，又可使用用來收集吸收器的中等濃度溶液並對之增壓和使之在熱交換迴路中流動的現有裝置。
圖12示出本發明的提高吸收劑/製冷劑溶液在吸收器傳熱區中的流率從而在傳熱範圍內提高吸收作用和吸收器熱輸出的一實施例以及一中等濃度溶液傳熱裝置。該實施例使用取自吸收器的液相工作流體作為傳熱介質，從而使用該工作流體的顯熱。請特別參看圖12，該圖示出一蒸氣發生器-吸收器熱交換設備600，在所示實施例中，熱交換迴路包括吸收器14傳熱區中的三個熱交換蛇管650、612和654、蒸氣發生器12傳熱區中的二個熱交換蛇管651和653和熱交換導管656。熱交換導管656包括一用作輸入端、放置成從吸收器14G區或G區近旁收集中等濃度溶液的集液器658和一用作輸出端、在蒸氣發生器12的I區或I區近旁灑布中等濃度溶液的灑布器660。熱交換導管656供中等濃度溶液在吸收器14和蒸氣發生器12之間循環。
按照本發明該實施例，使中等濃度溶液從吸收器12中集液器658流向蒸氣發生器12的原動力由熱交換迴路泵662提供，它還使流率按美國專利No.5,271,235的發明而提高，中等濃度溶液從熱交換迴路泵662流到吸收器14中的熱交換與吸收器和蒸氣發生器中的溫度梯度獲得最佳配合，而使蛇管中向上流動的流體與吸收器或蒸氣發生器中向下流動的液體之間的逆向溫度差最大。
按照上述GAX傳熱設備的各實施例，熱交換蛇管可位於蒸氣發生器和吸收器內部。但按照本發明，熱交換蛇管也可位於蒸氣發生器和吸收器外部希望進行傳熱的區域近旁和/或與該區域有傳熱接觸的部位。本文的「傳熱區」一詞既指蒸氣發生器或吸收器內部，也指蒸氣發生器或吸收器外部希望進行傳熱的區域近旁或與該區域有傳熱接觸的部位。
本發明蒸氣發生器-吸收器熱交換設備的各實施例最適用於熱泵，圖13示出使用本發明蒸氣發生器-吸收器熱交換設備之一的一熱泵700，該熱泵700包括一室外熱交換蛇管752和一室內熱交換蛇管754。室內熱交換蛇管754可選用一風扇或鼓風機之類的鼓風裝置756把熱風或冷風送入建築物中，室外熱交換蛇管752也可選用一風扇或鼓風機之類的鼓風裝置757。室外和室內熱蛇管650，從而吸收器14內部的熱量傳給中等濃度溶液，然後該中等濃度溶液經熱交換導管656流到蒸氣發生器12中的熱交換蛇管651而把顯熱從該中等濃度溶液傳到蒸氣發生器12中。該中等濃度溶液然後經熱交換導管656返回到吸收器14中的熱交換蛇管652，從而吸收器14內的熱量重新傳給中等濃度溶液，然後中等濃度溶液經熱交換導管656在蒸氣發生器12和吸收器14之間再繞一圈而流過蒸氣發生器12中的熱交換蛇管653和吸收器14中的熱交換蛇管654。該中等濃度溶液最後流回蒸氣發生器12而在區I或區I近旁用灑布器660灑布。
按照本發明，圖12實施例可能需要在吸收器14與蒸氣發生器12之間再附加一些通路才能把所需熱量從吸收器14傳給蒸氣發生器12，這是因為從吸收器14收集而以高流率泵至蒸氣發生器12的中等濃度溶液的量可能較少。
在上述本發明所有實施例及其變型方案中，應使在蒸氣發生器或吸收器的熱交換蛇管中流動的傳熱液體或液氣混合物垂直向上流動，從而交換蛇管752和754以及鼓風裝置756和757可以是用於熱泵或空調裝置中的任何標準的現有設備。
熱泵700包括兩大部分，即蒸氣發生器-吸收器熱交換設備吸收單元和防凍流體系統，本發明的該蒸氣發生器-吸收器熱交換設備可由上述各部件構成，即吸收器14、蒸氣發生器12、冷凝器16和蒸發器18，防凍流體系統分為冷流體迴路和熱流體迴路。按照本發明，可使用的防凍流體包括可用於傳熱的那些現有流體。一種優選的防凍流體為含有丙二醇之類無毒、防燃防凍液體的水溶液。
與反轉製冷迴路而從冷卻轉變為加熱的標準熱泵系統相反，本發明熱泵不是反轉製冷迴路，而是使用一種系統流動控制裝置758，它最好為-可反轉防凍迴路的八路閥，系統流動控制裝置可把冷防凍流體和熱防凍流體從冷蒸發器18或熱冷凝器16、吸收器14和蒸氣發生器12的精餾段導向室外熱交換蛇管752或室內熱交換蛇管754。
冷防凍迴路包括冷卻流過蒸發器熱交換蛇管中的防凍流體的蒸發器18，從而從防凍流體中吸取夏季房間或建築物中的熱量或冬季室外空氣中的熱量。
熱防凍迴路包括吸收器14、冷凝器16和蒸氣發生器12的精餾段，它們把所吸取的熱量的溫度提高到100°F以上，吸收器14、冷凝器16和蒸氣發生器12的精餾段的熱量輸出總和等於兩個輸入熱量的總和，其一是燃氣火焰的熱量，另一個是蒸發器18的低溫輸入熱量，吸收器14、蒸發器12的精餾段和冷凝器16把系統輸出熱量經過吸收器熱交換蛇管778、精餾段熱交換蛇管772和冷凝器熱交換蛇管768傳給熱防凍流體，在冬季，熱防凍流體傳到房子或建築物的熱量要比取自燃氣火焰的熱量多得多，在許多地區，可能無需補助熱量。
在圖13中所示本發明熱泵一具體實施例中，熱防凍迴路包括一把防凍流體從系統流向控制裝置758傳送到一可以是一分流器的第一流向控制裝置764的第一導管762。泵之類的流體傳送裝置760用來使防凍流體在熱防凍迴路中流動，流體傳送裝置760可位於熱防凍回流中的任何地方，但最好位於第一導管762中。
按照該實施例，第一導管762中的第一部分防凍流體用第一流向控制裝置764導向第二導管766，而該導管把防凍流體送到冷凝器熱交換蛇管768。在冷凝器熱交換蛇管768中，熱量從冷凝器16傳給防凍流體。該防凍流體從冷凝器熱交換蛇管768經第三導管770流到精餾段熱交換蛇管772。在精餾段熱交換蛇管772中，熱量從蒸氣發生器12傳給該防凍流體。該防凍流體從精餾段熱交換蛇管772經第四導管774流回系統流向控制裝置758。
該實施例中的第二部分防凍流體從第一導管762用第一流向控制裝置764導向第五導管776，該導管776把該防凍流體傳送到吸收器熱交換蛇管778，在吸收器熱交換蛇管778中，熱量從吸收器14傳給該防凍流體。該防凍流體從吸收器熱交換蛇管778經第六導管780流入第四導管774後回到系統流向控制裝置758。
圖13所示熱防凍迴路的特殊流向布置上是例示性的，不應看成對本發明有所限制，該防凍流體在吸收器14、冷凝器16和蒸氣發生器12之間的其它流向布置都在本發明範圍之內。例如，防凍流體在吸收器14、冷凝器16和蒸氣發生器12中的流動可以如圖所示並聯，也可串聯，但最好如圖13所示，冷凝器16和吸收器14中的防凍流體為並聯。
冷防凍迴路包括供防凍流體從系統流向控制裝置758流到蒸發器熱交換蛇管786的第一導管782，在蒸發器熱交換蛇管786中，熱量從該防凍流體傳給蒸發器18。該防凍流體從蒸發器熱交換蛇管786經第二導管788回到系統流向控制裝置758。泵之類的流體傳送裝置784用來使該防凍流體在該冷防凍迴路中流動。流體傳送裝置784可位於該冷防凍迴路中的任何地方，但最好位於第一導管782中。圖13所示冷防凍迴路的流向布置只是例示性的，不應看成對本發明有所限制。
系統流向控制裝置在夏季把冷防凍劑導向室內熱交換蛇管754，在冬季導向室外熱交換蛇管752；同時在夏季把熱防凍劑導向室外熱交換蛇管752，在冬季導向室內熱交換蛇管754。這種倒轉流體滿足家庭或樓房取曖或降溫需要的方法需要時也可在冬季用來給室外熱交換蛇管752除霜，此時只須反轉流向把熱防凍劑導向室外熱交換蛇管752。
上述所有實施例及其改型方案中部件製作材料的選擇取決於工作流體即製冷劑和吸收劑的成分以及預期的工作溫度和壓力範圍。對於在高達約300°F(從而不包括蒸氣發生器底部)溫度、高達約300psia壓力下工作的氨和水的吸收溶液來說，與該溶液接觸的所有部件的最佳製作材料為低碳鋼，但與氨接觸的蒸發器和冷凝器可使用鋁，若使用其它溶液，則製作材料的選擇在吸收式裝置技術領域中是公知的。
儘管上述各種GAX傳熱裝置舉例用在家用或小型商用熱泵中，但它們的好處並不限於這類應用。上述各種GAX傳熱裝置具有的優良性能可用於需要中溫加熱或冷卻的工藝，僅舉一些例子來說，就有釀酒、食品處理、巴氐滅菌和造紙。此外，本發明原理不限於可高效地把高溫熱源與低溫熱源結合生成的熱量轉換成中溫熱量的吸收式熱泵循環，本發明同樣可用於把處理工廠排出的廢熱水之類中溫熱量轉換成一有用高溫輸出加上一低溫輸出的熱轉換器。
熟悉本技術領域的人士顯然可看出，在本發明精神和範圍內，可對該蒸氣發生器-吸收器熱交換設備、熱泵和在蒸氣發生器與吸收器之間傳熱的方法作出種種修正和改動。因此，本發明覆蓋在後附權利要求及其等同物的範圍內對本發明作出的所有修正和改動。
權利要求
1.一種蒸氣發生器-吸收器熱交換設備，包括一蒸氣發生器和一吸收器，該吸收器的內部壓力低於蒸氣發生器的內部壓力，它們在相對兩端都有高溫和低溫區而形成各自的溫度區間，該溫度區間界定各自的重合傳熱區；以及一供一種其製冷劑濃度為高、中等和低的溶液流過蒸氣發生器和吸收器的高溫區、傳熱區和低溫區的流體流動通道，其特徵是包括一從所述流體流動通道中在該溶液具有中等濃度的部位取得至少一部分該溶液並使所述部分中等濃度溶液在所述兩傳熱區之間循環從而把熱量從該吸收器傳到該蒸氣發生器的熱交換迴路。
2.按權利要求1所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路包括在該吸收器傳熱區中的至少一個熱交換件以及一供所述部分中等濃度溶液從該流體流動迴路流過所述熱交換件並在兩傳熱區之間流動的導管。
3.按權利要求1所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路包括若干熱交換件，該蒸氣發生器和該吸收器的傳熱區中都至少有一個熱交換件；以及一供所述部分中等濃度溶液從該流體流動通道依次在兩傳熱區之間來回流過熱交換件的導管。
4.按權利要求1所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路還包括一使所述部分溶液流動的熱交換迴路泵。
5.按權利要求1所述的設備，其特徵是，使所述部分溶液流動的原動力由重力提供。
6.按權利要求1所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路還包括一與該流體流動通道連通的輸入端。
7.按權利要求5所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路還包括一把所述部分中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器和吸收器之一中的輸出端。
8.按權利要求1所述的設備，其特徵是，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的該部分溶液大致為液態。
9.按權利要求1所述的設備，其特徵是，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的該部分溶液在至少一部分該熱交換迴路中為液氣兩相混合物。
10.一種蒸氣發生器一吸收器熱交換設備，包括一蒸氣發生器，其中有一種溶液，該溶液有一濃度梯度和一溫度梯度，該濃度梯度在頂端處為高濃度，底端處為低濃度，其間為中等濃度；該溫度梯度在頂端處為低溫，在底端處為高溫，其間為一傳熱區；其內部壓力低於蒸氣發生器內部壓力的一吸收器，其中有一種溶液，該溶液有一濃度梯度和一溫度梯度，該濃度梯度在頂端處為低濃度、底端處為高濃度、其間為中等濃度；該溫度梯度在頂端為高溫、底端為低溫、其間為一傳熱區；一高濃度溶液導管，其進口在吸收器底端與吸收器連通，其出口位於蒸氣發生器頂端處，該出口灑布來自吸收器底端的高濃度溶液而使該溶液沿著蒸氣發生器的濃度和溫度梯度流動；一與該高濃度溶液導管連通而使流體在吸收器與蒸氣發生器之間的該導管中流動的泵；一低濃度溶液導管，其進口在蒸氣發生器底端處與之連通，其出口位於吸收器頂端處，該出口灑布來自蒸氣發生器底端的低濃度溶液而使該溶液沿著吸收器的濃度和溫度梯度流動；一放置在蒸氣發生器底端處而加熱蒸氣發生器中的溶液的加熱器；以及一熱交換迴路，它包括在吸收器傳熱區中的至少一個熱交換件，蒸氣發生器和吸收器的所述兩傳熱區具有重合溫度；一熱交換導管，該熱交換導管有一輸入端，該輸入端從吸收器和蒸氣發生器的至少一個中在溶液具有中等濃度的部位取得溶液；且該熱交換導管在吸收器和蒸氣發生器的傳熱區之間傳送該中等濃度溶液，從而在其間傳熱。
11.按權利要求10所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路還包括一把該中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器和吸收器之一中的輸出端。
12.按權利要求10所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路包括若干熱交換件，蒸氣發生器和吸收器的傳熱區中都至少有一個熱交換件。
13.按權利要求12所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路還包括一把該中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器和吸收器之一中的輸出端。
14.按權利要求10所述的設備，其特徵是，該輸入端為一集液器。
15.按權利要求11所述的設備，其特徵是，該輸出端為一灑布器。
16.按權利要求11所述的設備，其特徵是，該輸入端和該輸出端為合二為一的集液器/灑布器。
17.按權利要求10所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路還包括一用來循環所述中等濃度溶液的熱交換迴路泵。
18.按權利要求10所述的設備，其特徵是，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的該中等濃度溶液大致為液態。
19.按權利要求10所述的設備，其特徵是，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的該中等濃度溶液在至少一部分該熱交換迴路中為液氣兩相混合物。
20.按權利要求13所述的設備，其特徵是，所述熱交換迴路包括位於吸收器傳熱區的兩個熱交換件和位於蒸氣發生器傳熱區的兩個熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從蒸氣發生器取得中等濃度溶液，所述輸出端把所述中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器中，所述熱交換導管串聯地連接所述各熱交換件而在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間來回傳送所述中等濃度溶液。
21.按權利要求20所述的設備，其特徵是，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的該中等濃度溶液大致為液態。
22.按權利要求20所述的設備，其特徵是，循環該中等濃度溶液的原動力由一熱交換迴路泵提供。
23.按權利要求20所述的設備，其特徵是，所述輸入端和輸出端大致位於蒸氣發生器中的同一部位。
24.按權利要求23所述的設備，其特徵是，所述輸入端為一集液器，而所述輸出端為一灑布器。
25.按權利要求23所述的設備，其特徵是，所述輸入和輸出端為一合二為一的集液器/灑布器。
26.按權利要求12所述的設備，其特徵是，所述熱交換迴路包括位於蒸氣發生器傳熱區的熱交換件和位於吸收器傳熱區的一熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從蒸氣發生器取得中等濃度溶液，所述熱交換導管串聯地連接所述熱交換件而在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間來回傳送所述中等濃度溶液。
27..按權利要求26所述的設備，其特徵是，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的該中等濃度溶液大致為液態。
28..按權利要求26所述的設備，其特徵是，循環該中等濃度溶液的原動力由一熱交換迴路泵提供。
29.按權利要求26所述的設備，其特徵是，該輸入端為一集液器。
30.按權利要求11所述的設備，其特徵是，所述熱交換迴路包括位於吸收器傳熱區中的一熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從蒸氣發生器取得中等濃度溶液，所述輸出端把所述中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器，所述熱交換導管在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間傳送所述中等濃度溶液。
31.按權利要求30所述的設備，其特徵是，用來循環所述中等濃度溶液的原動力為重力。
32.按權利要求30所述的設備，其特徵是，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的該中等濃度溶液在至少一部分熱交換迴路中為液氣兩相混合物。
33.按權利要求30所述的方法，其特徵是，所述輸入端和輸出端位於蒸氣發生器的不同部位。
34.按權利要求33所述的設備，其特徵是，所述輸入端為一集液器，所述輸出端為一灑布器。
35.按權利要求13所述的設備，其特徵是，所述熱交換迴路包括一位於蒸氣發生器傳熱區中的熱交換件和一位於吸收器傳熱區中的熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從蒸氣發生器取得中等濃度溶液，所述輸出端把所述中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器中，所述熱交換導管串聯地連接所述熱交換件而在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間傳送所述中等濃度溶液。
36.按權利要求35所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路還包括一用來循環所述中等濃度溶液的熱交換迴路泵。
37.按權利要求35所述的設備，其特徵是，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的該中等濃度溶液在至少一部分熱交換迴路中為液氣兩相混合物。
38.按權利要求35所述的設備，其特徵是，所述輸入和輸出端大致位於蒸於發生器中同一部位。
39.按權利要求38所述的設備，其特徵是，所述輸入端為一集液器，所述輸出端為一灑布器。
40.按權利要求38所述的設備，其特徵是，所述輸入和輸出端為一合二為一的集液器/灑布器。
41.按權利要求13所述的設備，其特徵是，所述熱交換迴路包括位於蒸氣發生器傳熱區中的至少一個熱交換件和位於吸收器傳熱區中的至少一個熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從吸收器取得中等濃度溶液，所述輸出端把所述中等濃度溶液灑布到吸收器中，所述熱交換導管串聯地連接所述熱交換件而在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間傳送所述中等濃度溶液。
42..按權利要求41所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路還包括一用來循環所述中等濃度溶液的熱交換迴路泵。
43.按權利要求41所述的設備，其特徵是，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的該中等濃度溶液在至少一部分熱交換迴路中為液氣兩相混合物。
44.按權利要求41所述的設備，其特徵是，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的該中等濃度溶液大致為液態。
45.按權利要求41所述的設備，其特徵是，所述輸入和輸出端大致位於吸收器中同一部位。
46.按權利要求45所述的設備，其特徵是，所述輸入端為一集液器，所述輸出端為一灑布器。
47.按權利要求45所述的設備，其特徵是，所述輸入和輸出端為一合二為一的集液器/灑布器。
48.按權利要求11所述的設備，其特徵是，所述熱交換迴路包括一位於吸收器傳熱區中的熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從吸收器取得中等濃度溶液，所述輸出端把所述中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器中，所述熱交換導管在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間傳送所述中等濃度溶液。
49.按權利要求48所述的設備，其特徵是，進一步包括一位於蒸氣發生器傳熱區中的熱交換件；
50.按權利要求49所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路進一步包括一用來循環所述中等濃度溶液的熱交換迴路泵。
51.按權利要求49所述的設備，其特徵是，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的該中等濃度溶液在至少一部分熱交換迴路中為液氣兩相混合物。
52.按權利要求49所述的設備，其特徵是，所述輸入端為一集液器，所述輸出端為一灑布器。
53.按權利要求13所述的設備，其特徵是，所述熱交換迴路包括位於蒸氣發生器傳熱區中的至少兩個熱交換件和位於吸收器傳熱區中的至少三個熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從吸收器取得中等濃度溶液，所述輸出端把所述中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器中，所述熱交換導管串聯地連接所述熱交換件而在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間傳送所述中等濃度溶液。
54.按權利要求53所述的設備，其特徵是，該熱交換迴路進一步包括一用來循環所述中等濃度溶液的熱交換熱迴路泵。
55.按權利要求53所述的設備，其特徵是，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環的該中等濃度溶液大致為液態。
56.按權利要求53所述的設備，其特徵是，所述輸入端為一集液器，所述輸出端為一灑布器。
57.一種熱泵，包括一室內的液體對空氣熱交換器；一室外的液體對空氣熱交換器；一蒸氣發生器-吸收器熱交換設備，它包括一蒸氣發生器和一吸收器，該吸收器的內部壓力低於該蒸氣發生器的內部壓力，它們都有在相對兩端的高溫和低溫區以及一傳熱區，界定各自傳熱區的溫度區間重合；供蒸氣發生器高溫區的低濃度溶液和吸收器低溫區的高濃度溶液流到並流過蒸氣發生器和吸收器的高溫和低溫區的流體流動通道；一從流體流動通路中從一與該流體流動通道連通的一輸入端在溶液具有中等濃度的部位處取得一部分該溶液並供該部分溶液在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間循環從而在其間傳熱的熱交換迴路；以及供防凍流體在室內和室外熱交換器與該蒸氣發生器-吸收器熱交換設備之間循環從而選擇性地把從所述兩熱交換器之一中吸取的熱量傳給另一個熱交換器的一防凍迴路。
58.按權利要求57所述的熱泵，其特徵是，該熱交換迴路還包括一把該中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器和吸收器之一中的輸出端。
59.按權利要求58所述的熱泵，其特徵是，所述熱交換迴路包括位於吸收器傳熱區中的兩個熱交換件和位於蒸氣發生器傳熱區中的兩個熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從蒸氣發生器中取得中等濃度溶液，所述輸出端把所述中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器中，所述熱交換導管串聯地連接所述各熱交換件而在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間來回傳送所述中等濃度溶液。
60.按權利要求57所述的熱泵，其特徵是，所述熱交換迴路包括位於蒸氣發生器傳熱區中的一熱交換件和位於吸收器傳熱區中的一熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從蒸氣發生器中取得中等濃度溶液；所述熱交換導管串聯地連接所述熱交換件而在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間傳送所述中等濃度溶液。
61.按權利要求58所述的熱泵，其特徵是，所述熱交換迴路包括位於吸收器傳熱區中的一熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從蒸氣發生器中取得中等濃度溶液，所述輸出端把所述中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器中，所述熱交換導管在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間傳送所述中等濃度溶液。
62.按權利要求58所述的熱泵，其特徵是，所述熱交換迴路包括一位於蒸氣發生器傳熱區中的熱交換件和一位於吸收器傳熱區中的熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從蒸氣發生器中取得中等濃度溶液；所述輸出端把所述中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器中，所述熱交換導管串聯地連接所述熱交換件而在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間傳送所述中等濃度溶液。
63.按權利要求58所述的熱泵，其特徵是，所述熱交換迴路包括位於蒸氣發生器傳熱區中的至少一個熱交換件和位於吸收器傳熱區中的至少一個熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從吸收器中取得中等濃度溶液；所述輸出端把所述中等濃度溶液灑布到吸收器中，所述熱交換導管串聯地連接所述熱交換件而在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間傳導所述中等濃度溶液。
64.按權利要求58所述的熱泵，其特徵是，所述熱交換迴路包括一位於吸收器傳熱區中的熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從吸收器中取得中等濃度溶液，所述輸出端把所述中等濃度溶液灑布到吸收器中，所述熱交換導管在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間傳導所述中等濃度溶液。
65.按權利要求64所述的熱泵，其特徵是，所述熱交換迴路還包括一位於蒸氣發生器傳熱區中的熱交換件。
66.按權利要求58所述的熱泵，其特徵是，所述熱交換迴路包括位於蒸氣發生器傳熱區中的至少兩個熱交換件和位於吸收器傳熱區中的至少三個熱交換件；一熱交換導管，其所述輸入端從吸收器中取得中等濃度溶液；所述輸出端把所述中等濃度溶液灑布到蒸氣發生器中，所述熱交換導管串聯地連接所述熱交換件而在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間傳導所述中等濃度溶液。
67.一種在一蒸氣發生器-吸收器熱交換設備的蒸氣發生器與吸收器之間傳熱的方法，該設備包括一蒸氣發生器和一吸收器，該吸收器的內部壓力低於該蒸氣發生器的內部壓力，該吸收器和蒸氣發生器在相對兩端都有高溫區和低溫區，從而形成各自的溫度區間，這些溫度區間界定各自的重合傳熱區；以及一供一種含有高、中等和低濃度製冷劑的溶液流過該蒸氣發生器和該吸收器的高溫區、低溫區和傳熱區的流體流動通道，所述方法包括在吸收器傳熱區和蒸氣發生器的傳熱區之間循環一具有中等濃度的溶液。
68.按權利要求67所述的在一吸收器與一蒸氣發生器之間傳熱的方法，其中，所述方法包括使中等濃度溶液從放置成從蒸氣發生器中取得中等濃度溶液的一輸入端經吸收器的傳熱區和蒸氣發生器的傳熱區流到蒸氣發生器中的一輸出端，而所述吸收器中的該中等濃度的溫度高於該中等濃度溶液所流到的蒸氣發生器傳熱區的溫度，從而把熱量從所述部分中等濃度溶液傳到蒸氣發生器中。
69.按權利要求68所述的方法，其中，所述方法包括使該中等濃度溶液依次通過兩個位於吸收器傳熱區中的熱交換件和兩個位於蒸氣發生器傳熱區中的熱交換件而在所述兩傳熱區中交替流動，從而通過該中等濃度溶液把熱量從吸收器的傳熱區傳到蒸氣發生器的傳熱區。
70.按權利要求69所述的方法，其中，用一熱交換迴路泵使該中等濃度溶液流動。
71.按權利要求69所述的方法，其中，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間流動的中等濃度溶液大致為液態。
72.按權利要求69所述的方法，其中，所述輸入和輸出端大致位於該蒸氣發生器中同一部位。
73.按權利要求67所述的在一吸收器和一蒸氣發生器之間傳熱的方法，其中，所述方法包括使中等濃度溶液從一放置成可從蒸氣發生器中取得中等濃度溶液的一輸入端經吸收區的傳熱區和蒸氣發生器的傳熱區流到蒸氣發生器中的一輸出端而所述吸收區中的該中等濃度溶液的溫度高於該中等濃度溶液所流到的蒸氣發生器傳熱區的溫度，從而把熱量從所述部分中等濃度溶液傳到蒸氣發生器中。
74.按權利要求73所述的方法，其中，所述方法包括使該中等濃度溶液依次通過位於吸收器傳熱區中的一熱交換件和位於蒸氣發生器傳熱區中的一熱交換件而在所述兩傳熱區之間交替流動，從而通過該中等濃度溶液把熱量從吸收器傳熱區傳到蒸氣發生器的傳熱區。
75.按權利要求74所述的方法，其中，用一熱交換迴路泵使該中等濃度溶液流動。
76.按權利要求74所述的方法，其中，在蒸氣發生器和吸收器的兩傳熱區之間流動的該中等濃度溶液大致為液態。
77.按權利要求67所述的在一吸收器和一蒸氣發生器之間傳熱的方法，其中，所述方法包括使中等濃度溶液從一放置成可從蒸氣發生器中取得中等濃度溶液的輸入端經吸收器的傳熱區流到該蒸氣發生器中的一輸出端而所述吸收器的傳熱區中的該中等濃度溶液的溫度高於該中等濃度溶液所流到的該蒸氣發生器傳熱區的溫度，從而把熱量從所述部分中等濃度溶液傳到該蒸氣發生器中。
78.按權利要求77所述的方法，其中，所述方法包括使中等濃度溶液通過一位於吸收器傳熱區中的熱交換件而在所述兩傳熱區之間流動，從而通過該中等濃度溶液把熱量從吸收器的傳熱區傳到蒸氣發生器的傳熱區。
79.按權利要求78所述的方法，其中，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間流動的該中等濃度溶液在至少一部分該傳熱區迴路中為液氣兩相混合物。
80.按權利要求78所述的方法，其中，所述輸入和輸出端位於蒸氣發生器中不同部位。
81.按權利要求68所述的方法，其中，所述方法包括使中等濃度溶液通過一位於吸收器傳熱區中的熱交換件和一位於蒸氣發生器傳熱區中的熱交換件而在所述兩傳熱區之間流動，從而通過該中等濃度溶液把熱量從吸收器的傳熱區傳到蒸氣發生器的傳熱區。
82.按權利要求81所述的方法，其中，用一熱交換迴路泵使該中等濃度溶液流動。
83.按權利要求81所述的方法，其中，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間流動的該中等濃度溶液在至少一部分該熱交換迴路中為液氣兩相混合物。
84.按權利要求81所述的方法，其中，所述輸入和輸出端大致位於蒸氣發生器中同一部位。
85.按權利要求67所述的在一吸收器和一蒸氣發生器之間傳熱的方法，其中，所述方法包括使中等濃度溶液從一放置成可從吸收器取得中等濃度溶液的輸入端經吸收器的傳熱區和蒸氣發生器的傳熱區流到吸收器中一輸出端而所述吸收器傳熱區的該中等濃度溶液的溫度高於該中等濃度溶液所流到的該蒸氣發生器傳熱區的溫度，從而把熱量從所述部分中等濃度溶液傳到蒸發器中。
86.按權利要求85所述的方法，其中，所述方法包括使中等濃度溶液通過位於吸收器傳熱區中的至少一個熱交換件和位於蒸氣發生器傳熱區中的至少一個熱交換件而在所述傳熱區之間流動，從而通過該中等濃度溶液把熱量從吸收器的傳熱區傳到蒸氣發生器。
87.按權利要求86所述的方法，其中，用一熱交換迴路泵使該中等濃度溶液流動。
88.按權利要求86所述的方法，其中，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間流動的該中等濃度溶液在至少一部分該熱交換迴路中為液氣兩相混合物。
89.按權利要求86所述的方法，其中，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間流動的中等濃度溶液大致為液態。
90.按權利要求87所述的方法，其中，所述輸入端和輸出端大致位於吸收器中同一部位。
91.按權利要求68所述在一吸收器和一蒸氣發生器之間傳熱的方法，其中，所述方法包括使中等濃度溶液從一放置成可從吸收器取得中等濃度溶液的輸入端經吸收器的傳熱區和蒸氣發生器的傳熱區流到蒸氣發生器中一輸出端，並且所述吸收器的傳熱區的中等濃度溶液的溫度高於該中等濃度溶液所流到的蒸氣發生器的傳熱區的溫度，從而把熱量從所述部分中等濃度溶液傳到蒸氣發生器。
92.按權利要求91所述的方法，其中，所述方法包括使中等濃度溶液通過一位於吸收器的傳熱區中的熱交換件而在所述兩傳熱區之間流動，從而通過該中等濃度溶液把熱量從吸收器傳熱區傳到蒸氣發生器傳熱區。
93.按權利要求91所述的方法，其中，所述方法包括使中等濃度溶液通過一位於吸收器的傳熱區中的熱交換件和一位於蒸氣發生器傳熱區中的熱交換件而在所述兩傳熱區之間流動，從而通過該中等濃度溶液把熱量從吸收器傳熱區傳到蒸氣發生器傳熱區。
94.按權利要求93所述的方法，其中，用一熱交換迴路泵使該中等濃度溶液流動。
95.按權利要求93所述的方法，其中，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間流動的中等濃度溶液在至少一部分熱交換迴路中為液氣兩相混合物。
96.按權利要求91所述的方法，其中，所述方法包括使中等濃度溶液通過吸收器傳熱區中的至少三個熱交換件和蒸氣發生器傳熱區中的至少兩個熱交換件而在所述傳熱區之間流動，從而把熱量從吸收器傳熱區傳到蒸氣發生器傳熱區。
97.按權利要求96所述的方法，其中，用一熱交換迴路泵使該中等濃度溶液流動。
98.按權利要求96所述的方法，其中，在蒸氣發生器和吸收器的傳熱區之間流動的該中等濃度溶液大致為液態。
99.一種使用蒸氣發生器一吸收器熱交換設備在一中溫區和一高溫區之間傳熱方法，該設備包括一蒸氣發生器和一吸收器，該吸收器的內部壓力低於該蒸氣發生器的內部壓力，該吸收器和蒸氣發生器在相對兩端都有高溫區和低溫區而形成各自的溫度區間，這些溫度區間界定各自的重合傳熱區；以及一供一種具有高、中等和低製冷劑濃度的溶液流經蒸氣發生器和吸收器的高溫區、傳熱區和低溫區的流體流動通道，所述方法包括使一防凍流體在一室外熱交換器和吸收器熱交換器、冷凝器熱交換器和蒸氣發生器熱交換器中的至少一個熱交換器之間流動，從而通過所述防凍流體把熱量從吸收器、冷凝器和蒸氣發生器的所述至少一個熱交換器傳到所述室外熱交換器；使一防凍流體在一室內熱交換器和蒸發器熱交換器之間流動，從而通過所述防凍流體把熱量從所述室內熱交換器傳到所述蒸發器熱交換器；以及其中，所述蒸氣發生器-吸收器熱交換設備包括一放置成可從該流體流動通路中在該溶液具有中等濃度的一部位取得至少一部分該溶液並供所述部分中等濃度溶液在所述兩傳熱區之間流動從而把熱量從吸收器傳到蒸氣發生器的熱交換迴路。
100.一種使用蒸氣發生器-吸收器熱交換設備在一低溫區和一中溫區之間傳熱的方法，該設備包括一蒸氣發生器和一吸收器，該吸收器的內部壓力低於該蒸氣發生器的內部壓力，該吸收器和蒸氣發生器在相對兩端都有高溫區和低溫區而形成各自的溫度區間，這些溫度區間界定各自的重合傳熱區；以及一供一種具有高、中等和低製冷劑濃度的溶液流經蒸氣發生器和吸收器的高溫區、傳熱區和低溫區的流體流動通道，所述方法包括使一防凍流體在一室內熱交換器與吸收器熱交換器、冷凝器熱交換器、和蒸氣發生器熱交換器中的至少一個熱交換器之間流動，從而通過所述防凍流體把熱量從吸收器、冷凝器和蒸氣發生器中的所述至少一個熱交換器傳到所述室內熱交換器；使一防凍流體在一室外熱交換器和蒸發器熱交換器之間流動，從而通過所述防凍流體把熱量從所述室外熱交換器傳到所述蒸發器熱交換器；以及其中，所述蒸氣發生器-吸收器熱交換設備包括一放置成可從該流體流動通路中在該溶液具有中等濃度的一部位取得至少一部分該溶液並供所述部分中等濃度溶液在所述兩傳熱區之間流動從而把熱量從吸收器傳到蒸氣發生器的熱交換迴路。
全文摘要
本文公開了特別可用於吸收式熱泵系統中的蒸氣發生器-吸收器熱交換(GAX)的各種實施例及其方法。這些實施例及其方法把該吸收式系統的工作溶液用作傳熱介質且此時該工作溶液具有中等濃度。
文檔編號F25B25/02GK1139482SQ95191322
公開日1997年1月1日 申請日期1995年10月27日 優先權日1994年11月23日
發明者班傑明.A.菲利普, 託馬斯.S.扎瓦基@@## 申請人:菲利普工程公司