二段獨立復疊式雙效溴化鋰吸收式製冷熱泵機組的製作方法

2023-05-02 12:40:41 2

本發明涉及一種二段獨立復疊式雙效溴化鋰吸收式製冷熱泵機組。屬於空調設備技術領域。

背景技術：

現有的復疊式雙效溴化鋰吸收式製冷/熱泵機組（以下簡稱復疊式雙效機組，或機組）如圖1所示，由低壓發生器1、高壓發生器2、冷凝器3、高溫熱交換器4、低溫熱交換器5、第一吸收器6、第一蒸發器7、第二吸收器8、第二蒸發器9、第一冷劑泵10、第一溶液泵11、冷劑連通管12、循環水水泵13和控制系統（圖中未示出）及連接各部件的管路、閥所構成。低溫水（制冷機組的冷水或熱泵機組的餘熱水，下同）流經第一蒸發器7降溫；中溫水（制冷機組的冷卻水或熱泵機組的熱水，下同）流經第二吸收器8和冷凝器3升溫；高溫驅動熱源流經高壓發生器2，釋放放熱量驅動整個機組運行；另外還有一路循環水由循環水水泵13驅動，在第一吸收器6和第二蒸發器9之間閉式循環。機組運行時，被第一冷劑泵10抽出從第一蒸發器7頂部噴下的冷劑水吸收流經第一蒸發器7傳熱管中低溫水的熱量，汽化後進入第一吸收器6，被其中的溴化鋰濃溶液吸收，並釋放熱量加熱流經第一吸收器6傳熱管中的循環水；溫度升高後的循環水被循環水水泵13送入第二蒸發器9的傳熱管中，被由第一冷劑泵10抽出後從頂部噴下的冷劑水換熱降溫，溫度降低後再重新回到第一吸收器6中吸收溶液釋放的熱量，而第二蒸發器9中的冷劑水吸收熱量後汽化並進入第二吸收器8，被其中的溴化鋰溶液吸收；第一吸收器6和第二吸收器8中溴化鋰濃溶液吸收冷劑蒸汽後濃度變稀，被第一溶液泵11抽出並分兩路分別經高溫熱交換器4、低溫熱交換器5換熱升溫後進入高壓發生器2、低壓發生器1中。高壓發生器2中的溴化鋰稀溶液被高溫熱源加熱濃縮，低壓發生器1中的溴化鋰稀溶液被高壓發生器2中溶液濃縮產生的高溫冷劑蒸汽加熱濃縮，濃縮後的溴化鋰溶液再分別經高溫熱交換器4、低溫熱交換器5換熱降溫後回到第一吸收器6和第二吸收器8中吸收冷劑蒸汽；而高壓發生器2中溶液濃縮產生的冷劑蒸汽在低壓發生器1中釋放熱量後冷凝，與低壓發生器1中溶液濃縮產生的冷劑蒸汽均進入冷凝器3中被中溫水降溫冷凝，冷凝成的冷劑水返回到第二蒸發器9並通過冷劑連通管12回到第一蒸發器7中。

在復疊式雙效機組中，從流經第一蒸發器7的低溫水中提取出的熱量是先進入流經第一吸收器6的閉式循環水中，然後在第二蒸發器9中再將該閉式循環水中的熱量提取出來後才能進入流經第二吸收器8的中溫水中。也就是說，復疊式雙效機組為了將低溫水中的熱量提取出來進入中溫水中，除了需要消耗高溫驅動熱能、利用溴化鋰吸收式雙效製冷原理對流經第一蒸發器7的低溫水製冷（即提取出其中的熱量，下同）外，還同樣需要消耗高溫驅動熱能、利用溴化鋰吸收式雙效製冷原理對流經第二蒸發器9的閉式循環水製冷。閉式循環水在第二蒸發器9中釋放的熱量（也稱製冷量）就是其在第一吸收器6中吸收的熱量，對於溴化鋰吸收式機組來說，吸收器中的換熱量大約是對應蒸發器製冷量的1.2倍，因此，復疊式雙效機組為了將低溫水中的熱量提取出來進入中溫水中，需要消耗高溫驅動熱能、利用溴化鋰吸收式雙效製冷原理同時對低溫水和循環水進行製冷，總製冷量約是低溫水熱量的2.2倍，假設溴化鋰吸收式雙效制冷機組的COP是1.4，則復疊式雙效機組的COP約是1.4÷2.2=0.636。如果要提高復疊式雙效機組的COP，一種途徑是儘可能提升雙效製冷循環的效率（即COP），如增大換熱面積來降低熱交換器的換熱端差等，還有一種途徑就是減少第二蒸發器9的製冷需求。

技術實現要素：

本發明的目的就是通過減少第二蒸發器9的製冷需求，來提高復疊式雙效機組的COP。

本發明的目的是這樣實現的：一種二段獨立復疊式雙效溴化鋰吸收式製冷熱泵機組，包括：低壓發生器、高壓發生器、冷凝器、高溫熱交換器、低溫熱交換器、第一吸收器、第一蒸發器、第二吸收器、第二蒸發器、第一冷劑泵、第一溶液泵、第二溶液泵、第二冷劑泵和冷劑水換熱器，第一蒸發器和第一吸收器處於一個腔體內，並配備第一冷劑泵和第一溶液泵，第二蒸發器和第二吸收器處於另一個腔體內，並配備第二冷劑泵和第二溶液泵。第一溶液泵將第一吸收器的稀溶液抽出，經高溫熱交換器送往高壓發生器，濃縮後的溶液再經高溫熱交換器回到第一吸收器。第二溶液泵將第二吸收器的稀溶液抽出，經低溫熱交換器送往低壓發生器，濃縮後的溶液再經低溫熱交換器回到第二吸收器。高壓發生器中溶液濃縮產生的冷劑蒸汽進入低壓發生器，釋放熱量冷凝後經冷劑水換熱器回到第一蒸發器，低壓發生器中溶液濃縮產生的冷劑蒸汽進入冷凝器，冷凝後再回到第二蒸發器。高溫驅動熱源流經高壓發生器，釋放放熱量驅動整個機組運行；低溫水流經第一蒸發器降溫；中溫水是分三路，一路串聯流經第二蒸發器和第一吸收器先降溫後升溫，另外兩路分別流經第二吸收器和冷凝器升溫；其也可以是分兩路，一路串聯流經第二蒸發器和第一吸收器，另一路任意順序串聯流經第二吸收器和冷凝器；其還可以是分兩路，一路串聯流經第二蒸發器和第一吸收器，另一路則流經第二吸收器和冷凝器中的任意一個，兩路水匯合後再流經第二吸收器和冷凝器中的另一個；或者是分兩路，一路先串聯流經第二蒸發器和第一吸收器後，再流經第二吸收器和冷凝器中的任意一個，另一路則流經第二吸收器和冷凝器中的另一個。

本發明的改進及有益效果是：

1、與現有的復疊式雙效機組相比，本發明取消了閉式循環水及水泵，改為從中溫水中分出一路來替代該閉式循環水，該路中溫水先在第二蒸發器中降溫後再進入第一吸收器中升溫。對於一些工況的復疊式雙效機組，經第一吸收器升溫後的這一路中溫水，其溫度可以高於中溫水進機組的溫度，也就是說這一路中溫水在第一吸收器中吸收的熱量可以大於其在第二蒸發器中釋放的熱量，換句話說就是第二蒸發器的製冷量可以小於第一吸收器的換熱量，從而減少了整個復疊式雙效機組需要消耗高溫熱源、利用溴化鋰吸收式雙效製冷原理來進行製冷的製冷量，從而可以提高復疊式雙效機組的COP。

2、與現有的復疊式雙效機組相比，本發明還取消了第一蒸發器與第二蒸發器之間的冷劑連通管，增加了第二溶液泵、第二冷劑泵和冷劑水換熱器。第一溶液泵只將第一吸收器的溴化鋰稀溶液抽出並送往高壓發生器濃縮，濃縮後的溶液重新回到第一吸收器吸收冷劑蒸汽；而增加的第二溶液泵則將第二吸收器的溴化鋰稀溶液抽出後，送往低壓發生器濃縮。因為第二吸收器溴化鋰稀溶液的濃度低於第一吸收器溴化鋰稀溶液的濃度，所以在增加第二溶液泵並將第二吸收器的稀溶液送往低壓發生器濃縮後，可以降低低壓發生器中溶液濃縮所需的溫度，從而降低其加熱源—高發冷劑蒸汽的冷凝放熱溫度，因而可以降低高壓發生器的壓力。在進高壓發生器的溴化鋰溶液濃度一樣的情況下，高壓發生器壓力越低，其溶液濃縮所需的溫度也越低，因而可以降低機組運行所需的驅動熱源的溫度。並且高壓發生器中溶液濃縮產生的冷劑蒸汽在低壓發生器中冷凝放熱後，經冷劑水換熱器回第一蒸發器時可以加熱溴化鋰溶液，從而減少溶液濃縮所需的熱源熱量，也有利於提高機組的COP。

以低溫水進出口溫度12/7℃、中溫水進出口溫度40/45℃為例，由於溴化鋰稀溶液濃度和高壓發生器壓力等原因，該40℃的中溫水不適合直接進入第一吸收器6。但採用本專利的復疊式雙效機組將一部分40℃的中溫水在第二蒸發器9中降溫至34℃左右後，該部分中溫水可以進入第一吸收器6中，並且在第一吸收器6中其溫度可以提升到42℃左右。該部分中溫水在第一吸收器6中的溫升是8℃，而其在第二蒸發器9中的溫降是6℃，即第二蒸發器9的製冷量約只有第一吸收器6換熱量的75%，按第一吸收器6的換熱量是第一蒸發器7製冷量的1.2倍考慮，則第二蒸發器9的製冷量約只有第一蒸發器7製冷量的0.9倍。也就是說採用本專利的復疊式雙效機組後，需要消耗高溫驅動熱能、利用溴化鋰吸收式雙效製冷原理來製冷的總製冷量約只有第一蒸發器7低溫水製冷量的1.9倍，仍假設溴化鋰吸收式雙效制冷機組的COP是1.4，則本專利復疊式雙效機組的COP可達到約1.4÷1.9=0.737，與現有復疊式機組的0.636相比，提升了約15.9%。而且因為本專利增加的第二溶液泵，機組的高壓發生器壓力約只有250mmHg，需要的高溫驅動熱源溫度只需約140℃；假如沒有增加第二溶液泵，仍是用第一溶液泵將第一吸收器和第二吸收器的溴化鋰稀溶液合併送往高壓發生器和低壓發生器濃縮，則高壓發生器的壓力約高達750mmHg，需要的高溫驅動熱源溫度約需要170℃。

附圖說明

圖1為以往復疊式雙效溴化鋰吸收式製冷/熱泵機組的工作原理圖。

圖2為本發明二段獨立復疊式雙效溴化鋰吸收式製冷熱泵機組的一種應用實例。

圖3為本發明二段獨立復疊式雙效溴化鋰吸收式製冷熱泵機組的另一種應用實例。

圖中附圖標記：

低壓發生器1、高壓發生器2、冷凝器3、高溫熱交換器4、低溫熱交換器5、第一吸收器6、第一蒸發器7、第二吸收器8、第二蒸發器9、第一冷劑泵10、第一溶液泵11、冷劑連通管12、循環水水泵13、第二溶液泵14、第二冷劑泵15、冷劑水換熱器16。

低溫水進A1，低溫水出A2，中溫水進B1，中溫水出B2，熱源進C1，熱源出C2。

圖2為本發明所涉及的二段獨立復疊式雙效溴化鋰吸收式製冷熱泵機組（以下簡稱復疊式雙效機組，或機組）的一種應用實例圖，該機組由低壓發生器1、高壓發生器2、冷凝器3、高溫熱交換器4、低溫熱交換器5、第一吸收器6、第一蒸發器7、第二吸收器8、第二蒸發器9、第一冷劑泵10、第一溶液泵11、第二溶液泵14、第二冷劑泵15、冷劑水換熱器16，以及控制系統和連接各部件的管路、閥等構成。第一蒸發器7和第一吸收器6處於一個腔體內，並配備第一冷劑泵10和第一溶液泵11，第二蒸發器9和第二吸收器8處於另一個腔體內，並配備第二冷劑泵15和第二溶液泵14。低溫水流經第一蒸發器7降溫；中溫水分兩路，一路先串聯流經第二蒸發器9和第一吸收器6（先降溫後升溫）後，再流經冷凝器3升溫，另一路流經第二吸收器8升溫；高溫驅動熱源流經高壓發生器2，釋放放熱量驅動整個機組運行。機組運行時，被第一冷劑泵10抽出後從第一蒸發器7頂部噴下的冷劑水和被第二冷劑泵15抽出後從第二蒸發器9頂部噴下的冷劑水，分別與流經第一蒸發器7傳熱管中的低溫水和第二蒸發器9傳熱管中的中溫水換熱，將其溫度降低，本身則汽化成冷劑蒸汽後分別進入第一吸收器6和第二吸收器8，被其中的溴化鋰溶液吸收並釋放熱量加熱流經其傳熱管中的中溫水，第一吸收器6和第二吸收器8的溴化鋰溶液在吸收冷劑蒸汽後濃度變稀。第一溶液泵11將第一吸收器6中的稀溶液抽出並經高溫熱交換器4換熱升溫後進入高壓發生器2，被高溫熱源加熱濃縮後再經高溫熱交換器4換熱降溫回到第一吸收器6。第二溶液泵14將第二吸收器8中的稀溶液抽出並經低溫熱交換器5和冷劑水換熱器16換熱升溫後進入低壓發生器1，被高壓發生器2中溶液濃縮產生的高溫冷劑蒸汽加熱濃縮後再經低溫熱交換器5換熱降溫回到第二吸收器8。而高壓發生器2中溶液濃縮產生的冷劑蒸汽在低壓發生器1中釋放熱量後冷凝，經冷劑水換熱器16換熱降溫後回到第一蒸發器7中，低壓發生器1中溶液濃縮產生的冷劑蒸汽進入冷凝器3中被中溫水降溫冷凝，冷凝成的冷劑水再返回到第二蒸發器9中。

圖2所示的二段獨立復疊式雙效溴化鋰吸收式製冷熱泵機組中，中溫水是分兩路，一路先串聯流經第二蒸發器9和第一吸收器6後，再流經冷凝器3，另一路流經第二吸收器8；其也可以是分三路，一路串聯流經第二蒸發器9和第一吸收器6，另兩路分別流經第二吸收器8和冷凝器3；其也可以是分兩路，一路串聯流經第二蒸發器9和第一吸收器6，另一路任意順序串聯流經第二吸收器8和冷凝器3；其還可以是分兩路，一路串聯流經第二蒸發器9和第一吸收器6，另一路則流經第二吸收器8和冷凝器3中的任意一個，兩路水匯合後再流經第二吸收器8和冷凝器3中的另一個；或者是分兩路，一路先串聯流經第二蒸發器9和第一吸收器6後，再流經第二吸收器8和冷凝器3中的任意一個，另一路則流經第二吸收器8和冷凝器3中的另一個。

圖2所示的二段獨立復疊式雙效溴化鋰吸收式製冷熱泵機組中，流經冷劑水換熱器16並與冷劑蒸汽凝水進行換熱的是第二溶液泵14抽出的第二吸收器8的稀溶液；其也可以是第一溶液泵11抽出的第一吸收器6的稀溶液；或者中溫水（如圖3）。

圖3為本發明所涉及的二段獨立復疊式雙效溴化鋰吸收式製冷熱泵機組（以下簡稱復疊式雙效機組，或機組）的另一種應用實例圖，該實例與圖2所示應用實例的區別僅在於進入冷劑水換熱器16並與冷劑蒸汽凝水進行換熱的不是第二溶液泵14抽出的第二吸收器8的稀溶液，而是中溫水。