一種噴淋型空氣源吸收式熱泵的制作方法
【專利摘要】一種噴淋型空氣源吸收式熱泵，屬于供熱【技術(shù)領(lǐng)域】。該噴淋型空氣源吸收式熱泵包括發(fā)生器、吸收器、冷凝器、載冷劑再生裝置、噴淋塔、溶液熱交換器、溶液泵和節(jié)流閥；本發(fā)明采用現(xiàn)有集中供熱系統(tǒng)或燃料直接燃燒驅(qū)動吸收式熱泵，通過噴淋型蒸發(fā)器從空氣中提取低品位熱能，提高了供熱的一次能源效率，降低了污染物排放。與傳統(tǒng)空氣源熱泵相比，冬季沒有結(jié)霜的風(fēng)險，保障了供熱的可靠性，減少了風(fēng)冷換熱器面積。利用自身排煙或者吸收式熱泵冷凍方法，不僅可以實現(xiàn)載冷劑的連續(xù)再生、減少了載冷劑用量，還大大降低了載冷劑再生能耗。本發(fā)明對于供熱和生活熱水的制備具有明顯的節(jié)能減排效果。
【專利說明】一種噴淋型空氣源吸收式熱泵【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種噴淋型空氣源吸收式熱泵，用于采暖和生活熱水，冬季從低溫空氣中高效取熱，并通過自身排煙或者吸收式熱泵冷凍方式對載冷劑進(jìn)行連續(xù)再生，特別適用于冬季氣溫較低的地區(qū)，屬于供熱領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]我國建筑供熱能耗很大，從1996到2008年，北方城鎮(zhèn)采暖能耗從7200萬噸標(biāo)煤增加到15300萬噸標(biāo)煤，已經(jīng)占建筑總能耗的23%。隨著我國城市的高速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，必然帶來各種用能設(shè)備數(shù)量和服務(wù)水平需求的增長，其能耗還將會大幅度提升。我國北方供熱主要基于化石燃料燃燒，除熱電聯(lián)產(chǎn)外，主要依靠不同規(guī)模的鍋爐，這種供熱方式存在著能效低、污染大、能源高質(zhì)低用等不足，尤其是燃煤鍋爐。燃煤鍋爐大量排放的污染物也被認(rèn)為是城市PM2.5、PMlO等污染的主要來源之一，是治理城市霧霾天氣需要急迫解決的問題。
[0003]近年來，基于蒸汽壓縮式熱泵的供熱系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，包括地源熱泵和空氣源熱泵，但是用于北方寒冷地區(qū)暴露出了較多的問題。比如地源熱泵的土壤熱不平衡問題會導(dǎo)致土壤溫度的下降和制熱性能的嚴(yán)重衰減；此外，地源熱泵的地埋管換熱器不僅施工難度大、初投資高，而且還需要占用較大的土地面積。對于空氣源熱泵，由于其結(jié)構(gòu)簡單而越來越多的應(yīng)用與供熱、空調(diào)和生活熱水。然而，傳統(tǒng)空氣源用于冬天制熱時會出現(xiàn)結(jié)霜的問題，導(dǎo)致系統(tǒng)制熱性能系數(shù)和制熱量都會大幅衰減，從而造成較大的供熱能耗、甚至降低供熱的可靠性。除此之外，風(fēng)冷蒸發(fā)器需要較大的換熱器面積而造成的高投資也是限制其大面積推廣的一個重要因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于上述問題，本發(fā) 明提出一種噴淋型空氣源吸收式熱泵，該熱泵以熱網(wǎng)、鍋爐和燃料等作為驅(qū)動熱源，通過噴淋型蒸發(fā)器從低溫空氣中提取顯熱和潛熱，能夠顯著提高現(xiàn)有供熱系統(tǒng)的一次能源效率，同時也能有效降低污染物排放。噴淋型蒸發(fā)器不僅沒有風(fēng)冷蒸發(fā)器的結(jié)霜風(fēng)險，還大大降低了所需的換熱器面積。并通過自身排煙或者冷凍再生用吸收式熱泵對噴淋后被稀釋了的載冷劑進(jìn)行再生，從而實現(xiàn)全年穩(wěn)定、高效運行。
[0005]本發(fā)明的下技術(shù)方案如下:
[0006]一種噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述噴淋型空氣源吸收式熱泵包括發(fā)生器、吸收器、冷凝器、載冷劑再生裝置、噴淋塔、噴淋型蒸發(fā)器、溶液熱交換器、溶液泵、第一節(jié)流閥和第二節(jié)流閥；所述發(fā)生器的溶液出口依次與溶液熱交換器的熱端、第一節(jié)流閥和吸收器溶液入口相連；所述吸收器溶液出口依次與溶液泵、溶液熱交換器的冷端和發(fā)生器的溶液入口相連；所述發(fā)生器的蒸汽出口依次與冷凝器、第二節(jié)流閥、噴淋型蒸發(fā)器和吸收器的蒸汽入口相連；所述噴淋型蒸發(fā)器置于噴淋塔內(nèi)；所述噴淋塔的塔體內(nèi)部由上到下依次為噴淋塔風(fēng)機(jī)、擋液板、噴淋裝置、噴淋型蒸發(fā)器和集液盤；所述集液盤的出口依次與載冷劑泵、第二閥門、載冷劑再生裝置和噴淋裝置相連；；所述載冷劑再生裝置和第二閥門構(gòu)成的支路與第一閥門所在支路并聯(lián)；供熱和生活熱水從熱水支路入口流入，經(jīng)冷凝器和吸收器依次加熱后，再從吸收器上的熱水支路出口流出，送至用戶使用。
[0007]本發(fā)明所述的噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述噴淋塔為開式噴淋塔或閉式噴淋塔。
[0008]本發(fā)明所述的噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述的噴淋型蒸發(fā)器是載冷劑一空氣一制冷劑三種介質(zhì)的換熱器，其中，空氣和載冷劑在換熱器外側(cè)流動，制冷劑在換熱器內(nèi)側(cè)流動。
[0009]本發(fā)明所述的噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:在熱水支路入口前增設(shè)煙氣換熱器，待加熱的水被高溫?zé)煔忸A(yù)熱后進(jìn)入冷凝器。
[0010]本發(fā)明所述的噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述載冷劑再生裝置可以是太陽能再生、煙氣余熱再生或吸收式熱泵冷凍再生系統(tǒng)。
[0011]本發(fā)明所述的噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述載冷劑再生裝置內(nèi)的載冷劑可為凝固點比水低的各種溶液。
[0012]本發(fā)明所述的噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述噴淋型空氣源吸收式熱泵的循環(huán)形式包括多級循環(huán)、單效循環(huán)、多效循環(huán)、GAX循環(huán)以及這些循環(huán)的改進(jìn)型。
[0013]本發(fā)明所述的噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述噴淋型空氣源吸收式熱泵的驅(qū)動熱源包括太陽能、地?zé)崮?、廢熱、蒸汽、高溫?zé)崴?、化石燃料和生物質(zhì)能中的一種或幾種的組合。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有供熱系統(tǒng)相比具有如下優(yōu)點:
[0015]①采用現(xiàn)有集中供熱系統(tǒng)或者燃料直接燃燒驅(qū)動吸收式熱泵，從空氣中提取顯熱和潛熱；與基于燃料燃燒的系統(tǒng)相比，提高了供熱的一次能源效率，降低了污染物排放；與基于電力驅(qū)動的蒸汽壓縮式熱泵系統(tǒng)相比，大面積應(yīng)用后不會增加電網(wǎng)壓力，且采用天然制冷劑有利于臭氧層的保護(hù)；
[0016]②噴淋型蒸發(fā)器通過載冷劑噴淋從低溫空氣中提取顯熱和潛熱，與普通空氣源熱泵相比，沒有結(jié)霜的風(fēng)險，保障了供熱的可靠性；
[0017]③噴淋型蒸發(fā)器不僅結(jié)構(gòu)簡單，且換熱系數(shù)也較高，與普通空氣源熱泵相比減少了風(fēng)冷換熱器面積，與地源熱泵相比降低了地埋管投資和占地面積；
[0018]④對于直燃型或者區(qū)域鍋爐驅(qū)動的吸收式熱泵，可以利用排煙對熱水進(jìn)行預(yù)熱或者作為載冷劑的再生熱源，實現(xiàn)了排煙熱回收，進(jìn)一步提高了供熱系統(tǒng)能效；
[0019]⑤除了利用排煙或者太陽能外，還可以利用基于吸收式熱泵的冷凍再生裝置，不僅可以實現(xiàn)載冷劑的連續(xù)再生、減少了載冷劑用量，還充分利用了空氣中的水蒸氣從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)再變?yōu)楣虘B(tài)的相變潛熱，大大提高了系統(tǒng)的供熱效率。
[0020]總的來說，本發(fā)明既能提高現(xiàn)有基于燃料燃燒的供熱系統(tǒng)的一次能源效率，又能提高普通空氣源熱泵系統(tǒng)的供熱可靠性，相比普通空氣源熱泵和地源熱泵還能降低初投資，是一種既節(jié)能又經(jīng)濟(jì)的供熱和生活熱水制取系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明提供的一種噴淋型空氣源吸收式熱泵的結(jié)構(gòu)原理圖。[0022]圖2是本發(fā)明中利用煙氣余熱對熱水預(yù)熱的實施例示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明中利用煙氣余熱對載冷劑進(jìn)行再生的實施例示意圖。
[0024]圖4是本發(fā)明中利用吸收式熱泵冷凍再生、空氣冷卻的實施例示意圖。
[0025]圖5是本發(fā)明中利用吸收式熱泵冷凍再生、預(yù)熱熱水的實施例示意圖。
[0026]圖6是本發(fā)明中利用吸收式熱泵冷凍再生、再熱載冷劑的實施例示意圖。
[0027]其中:1_驅(qū)動熱源出口 ；2_驅(qū)動熱源入口 ；3_發(fā)生器；4-溶液熱交換器；5-溶液泵；6_第一節(jié)流閥；7_吸收器；8_熱水支路入口 ；9_熱水支路出口 ； 10-冷凝器；11-第二節(jié)流閥；12_噴淋塔；13_載冷劑再生裝置；14_第一閥門；15_第二閥門；16_載冷劑泵；17_噴淋型蒸發(fā)器；18-噴淋裝置；19-擋液板；20_噴淋塔風(fēng)機(jī)；21_塔體；22_集液盤；23_煙氣換熱器；24_煙氣入口 ；25_煙氣出口 ；26_再生泵；27_再生塔；28_冷凍再生用吸收式熱泵；29-排冰口 ；30_冷凍再生用風(fēng)機(jī)。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和運行方式做進(jìn)一步說明。
[0029]圖1是本發(fā)明提供的一種噴淋型空氣源吸收式熱泵的結(jié)構(gòu)原理圖，包括發(fā)生器3、吸收器7、冷凝器10、載冷劑再生裝置13、噴淋塔12、溶液熱交換器4、溶液泵5、第一節(jié)流閥6和第二節(jié)流閥11 ;所述發(fā)生器3的溶液出口依次與溶液熱交換器4的熱端、第一節(jié)流閥6和吸收器7溶液入口相連；所述吸收器7溶液出口依次與溶液泵5、溶液熱交換器4的冷端和發(fā)生器3的溶液入口相連；所述發(fā)生器3的蒸汽出口依次與冷凝器10、第二節(jié)流閥11、噴淋型蒸發(fā)器17和吸收器7的蒸汽入口相連；所述噴淋型蒸發(fā)器17置于噴淋塔12內(nèi)；所述噴淋塔12的塔體21內(nèi)部由上到下依次為噴淋塔風(fēng)機(jī)20、擋液板19、噴淋裝置18、噴淋型蒸發(fā)器17和集液盤22 ;所述集液盤22的出口依次與載冷劑泵16、第二閥門15、載冷劑再生裝置13和噴淋裝置18相連；所述載冷劑再生裝置13和第二閥門15構(gòu)成的支路與第一閥門14所在支路并聯(lián)。供熱和生活熱水從熱水支路入口 8流入，經(jīng)冷凝器10和吸收器7依次加熱后，再從吸收器7上的熱水支路出口 9流出，送至用戶使用。
[0030]本發(fā)明所述噴淋塔12可為開式噴淋塔或閉式噴淋塔；所述的噴淋型蒸發(fā)器17是載冷劑一空氣一制冷劑三種介質(zhì)的換熱器，其中，空氣和載冷劑在換熱器外側(cè)流動，制冷劑在換熱器內(nèi)側(cè)流動，外界空氣流過循環(huán)噴淋的載冷劑，將空氣的顯熱和潛熱轉(zhuǎn)移到載冷劑中，載冷劑再將熱量傳遞給換熱器內(nèi)側(cè)的制冷劑，使制冷劑蒸發(fā)吸熱。所述載冷劑再生裝置13可以是太陽能再生、煙氣余熱再生或吸收式熱泵冷凍再生系統(tǒng)；所述載冷劑再生裝置13內(nèi)的載冷劑可為凝固點比水低的各種溶液；所述噴淋型空氣源吸收式熱泵的循環(huán)形式包括多級循環(huán)、單效循環(huán)、多效循環(huán)、GAX(generator absorber heat exchange)循環(huán)以及這些循環(huán)的改進(jìn)型；所述噴淋型空氣源吸收式熱泵的驅(qū)動熱源包括太陽能、地?zé)崮?、廢熱、蒸汽、高溫?zé)崴⒒剂虾蜕镔|(zhì)能中的一種或幾種的組合。
[0031]圖2是本發(fā)明中利用煙氣余熱對熱水預(yù)熱的實施例示意圖，在圖1的基礎(chǔ)上增加了煙氣換熱器23，待加熱的水在進(jìn)入冷凝器10之前首先被高溫?zé)煔忸A(yù)熱；高溫?zé)煔庥蔁煔馊肟?24進(jìn)入煙氣換熱器23，將待加熱的水進(jìn)行預(yù)熱后從煙氣出口 25排出。該模式適用于有排煙余熱可以利用的場合，如直燃型吸收式熱泵或者由鍋爐驅(qū)動的吸收式熱泵。
[0032]圖3是本發(fā)明中利用煙氣余熱對載冷劑進(jìn)行再生的實施例示意圖，是在圖1的基礎(chǔ)上增加了煙氣換熱器23。所述的載冷劑再生裝置13包括煙氣換熱器23、再生泵26和再生塔27 ;所述集液盤22的出口依次經(jīng)載冷劑泵16、第二閥門15、煙氣換熱器23、再生塔27和再生泵26與噴淋裝置18相連。該模式適用于有排煙余熱可以利用、但是該余熱又不適合或者不足以用于預(yù)熱熱水的場合。因此，與圖2不同的是，排煙余熱并不是直接用于預(yù)熱熱水，而是用于作為載冷劑再生裝置13的部分或全部熱源。在該模式中，排煙從煙氣入口24進(jìn)入煙氣換熱器23，然后從煙氣出口 25排出；從載冷劑泵16出來的稀載冷劑的一部分通過第二閥門15進(jìn)入煙氣換熱器23，吸收熱量后再進(jìn)入再生塔27進(jìn)行再生，濃縮后的載冷劑通過再生泵26回到噴淋裝置18進(jìn)行循環(huán)噴淋。該模式明顯降低了載冷劑再生所需的能耗，從而也提高了系統(tǒng)的供熱效率。
[0033]圖4是本發(fā)明中利用吸收式熱泵冷凍再生、空氣冷卻的實施例示意圖，在圖1的基礎(chǔ)上增加了冷凍再生用吸收式熱泵28、排冰口 29和冷凍再生用風(fēng)機(jī)30，所增加的部件即構(gòu)成了載冷劑再生裝置13。從載冷劑泵16出口稀載冷劑的一部分通過第二閥門15進(jìn)入冷凍再生用吸收式熱泵28的蒸發(fā)側(cè)，被冷凍后析出的冰經(jīng)過適當(dāng)處理可以從排冰口 29排出并收集，析出冰后的載冷劑則變?yōu)闈廨d冷劑，回到噴淋裝置18進(jìn)行循環(huán)噴淋；冷凍再生用吸收式熱泵28的冷凝和吸收側(cè)的排熱量則由外界低溫空氣帶走。該模式將空氣中凝結(jié)到載冷劑中的水分凝固為冰，充分利用了水的相變潛熱；此外，利用外界低溫空氣作為冷凍再生用吸收式熱泵28的冷卻介質(zhì)，具有很高的再生效率，從而也提高了系統(tǒng)的供熱效率。
[0034]圖5是本發(fā)明中利用吸收式熱泵冷凍再生、預(yù)熱熱水的實施例示意圖，在圖1的基礎(chǔ)上增加了冷凍再生用吸收式熱泵22和排冰口 29，所增加的部件即構(gòu)成了載冷劑再生裝置13。從載冷劑泵16出來的稀載冷劑的一部分通過第二閥門15進(jìn)入冷凍再生用吸收式熱泵28的蒸發(fā)側(cè)，被冷凍后析出的冰經(jīng)過適當(dāng)處理可以從排冰口 29排出并收集，析出冰后的載冷劑則變?yōu)闈廨d冷劑，回到噴淋裝置18進(jìn)行循環(huán)噴淋；冷凍再生用吸收式熱泵22的冷凝和吸收側(cè)的排熱量則用于預(yù)熱進(jìn)入冷凝器10之前的熱水。與圖4所示運行模式相比，該模式中冷凍再生用吸收式熱泵22的效率略低，但是由于冷凍再生用吸收式熱泵22的排熱量全部直接用于加熱所需熱水，所以整個供熱系統(tǒng)也具有較高的供熱效率。
[0035]圖6是本發(fā)明中利用吸收式熱泵冷凍再生、再熱載冷劑的實施例示意圖，在圖1的基礎(chǔ)上增加了再生泵26、冷凍再生用吸收式熱泵28和排冰口 29，所增加的部件即構(gòu)成了載冷劑再生裝置13。與圖5所示運行模式相比，該模式中冷凍再生用吸收式熱泵28的排熱量用于加熱冷凍再生后的濃載冷劑，即載冷劑通過第二閥門15進(jìn)入冷凍再生用吸收式熱泵28被再生后又被加熱，然后才通過再生泵26回到噴淋裝置18進(jìn)行循環(huán)噴淋。該模式比圖4和圖5所示模式多出了一個再生泵26，這是考慮到載冷劑在冷凍再生用吸收式熱泵28經(jīng)過了較多的換熱器，阻力稍大。該模式由于再生后的載冷劑溫度較高，因此抬高了噴淋到蒸發(fā)器17上的載冷劑整體溫度，從而提高了供熱系統(tǒng)的供熱效率。
【權(quán)利要求】
1.一種噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述噴淋型空氣源吸收式熱泵包括發(fā)生器(3)、吸收器(7)、冷凝器(10)、載冷劑再生裝置(13)、噴淋塔(12)、溶液熱交換器(4)、溶液泵(5)、第一節(jié)流閥(6)和第二節(jié)流閥(11);所述發(fā)生器(3)的溶液出口依次與溶液熱交換器(4)的熱端、第一節(jié)流閥(6)和吸收器(7)溶液入口相連；所述吸收器(7)溶液出口依次與溶液泵(5)、溶液熱交換器(4)的冷端和發(fā)生器(3)的溶液入口相連；所述發(fā)生器(3)的蒸汽出口依次與冷凝器(10)、第二節(jié)流閥(11)、噴淋型蒸發(fā)器(17)和吸收器(7)的蒸汽入口相連；所述噴淋型蒸發(fā)器(17)置于噴淋塔(12)內(nèi)；所述噴淋塔(12)的塔體(21)內(nèi)部由上到下依次為噴淋塔風(fēng)機(jī)(20)、擋液板(19)、噴淋裝置(18)、噴淋型蒸發(fā)器(17)和集液盤(22);所述集液盤(22)的出口依次與載冷劑泵(16)、第二閥門(15)、載冷劑再生裝置(13)和噴淋裝置(18)相連；所述載冷劑再生裝置(13)和第二閥門(15)構(gòu)成的支路與第一閥門(14)所在支路并聯(lián)；供熱和生活熱水從熱水支路入口(8)流入，經(jīng)冷凝器(10)和吸收器(7)依次加熱后，再從吸收器(7)上的熱水支路出口(9)流出，送至用戶使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述噴淋塔(12)為開式噴淋塔或閉式噴淋塔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述的噴淋型蒸發(fā)器(17)是載冷劑一空氣一制冷劑三種介質(zhì)的換熱器，其中，空氣和載冷劑在換熱器外側(cè)流動，制冷劑在換熱器內(nèi)側(cè)流動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:在熱水支路入口(8)前增設(shè)煙氣換熱器(23)，待加熱的水被高溫?zé)煔忸A(yù)熱后進(jìn)入冷凝器(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述載冷劑再生裝置(13)采用太陽能再生、煙氣余熱再生或吸收式熱泵冷凍再生系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述載冷劑再生裝置(13)內(nèi)的載冷劑為凝固點比水低的各種溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述噴淋型空氣源吸收式熱泵的循環(huán)形式包括多級循環(huán)、單效循環(huán)、多效循環(huán)、GAX循環(huán)以及這些循環(huán)的改進(jìn)型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴淋型空氣源吸收式熱泵，其特征在于:所述噴淋型空氣源吸收式熱泵的驅(qū)動熱源包括太陽能、地?zé)崮堋U熱、蒸汽、高溫?zé)崴?、化石燃料和生物質(zhì)能中的一種或幾種的組合。
【文檔編號】F25B27/00GK103604243SQ201310560389
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】李先庭, 吳偉, 石文星, 王寶龍, 張曉靈 申請人:清華大學(xué)