混合工质变浓度容量调节吸收式热泵系统

摘要

本发明涉及到一种混合工质变浓度容量调节吸收式热泵系统，包括：储能装置，溶液储罐，冷凝器，节流装置，冷却器，蒸发器，高压储罐，低压储罐，精馏柱，该系统通过储能装置和溶液储罐对太阳能及溶液潜能的储存和释放，并结合变浓度容量调节方法，使空调系统满足全天候的工作需求。本发明可以克服现有太阳能吸收式制冷技术中太阳能利用间歇和不稳定等缺点，实现太阳能吸收式制冷的全天候运行，提高了制冷系数，具有高效节能、性能稳定可靠等优点。

权利要求

1.一种混合工质变浓度容量调节吸收式热泵系统，包括：吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器，其特征在于：

从所述发生器的(1)的气相介质出口送出的气相分为两路，其中第一路直接连接所述冷凝器(4)的入口，第二路通过第四电磁阀(15)连接精馏柱(7)的第一入口；所述发生器(1)的液体出口连接溶液热交换器(5)的第一入口，所述发生器(1)的低温入口连接所述溶液热交换器(5)的第二出口；所述发生器通过第二换热管路(21)连接储能装置(17)，并且，所述第二换热管路(21)上设有第七电磁阀(25)；第二换热管路(21)内设有第二换热介质，通过第二换热介质的循环从而在储能装置(17)和发生器(1)之间循环输送能量；

所述储能装置(17)通过第一换热管路(20)连接集热器(19)；所述第一换热管路(20)内设有第一换热介质；所述第一换热管路(20)的进、出路段上分别连接有第一换热旁路(26)和第二换热旁路(28)，所述第一换热旁路的出口端连接所述第二换热管路的进路段，所述第二换热旁路的进口端连接所述第二换热管路的出路段；所述第一换热旁路或第二换热旁路上设有第六电磁阀(24)，所述储能装置内填充有储能材料；

溶液热交换器(5)，对来自发生器(1)的高温工质和吸收器的低温工质进行换热；溶液热交换器(5)的第一出口通过第二溶液储罐连接所述吸收器(2)的第二入口，溶液热交换器(5)的第二入口通过溶液泵(6)连接所述吸收器(2)的出口，所述冷凝器(4)的出口连接第一溶液储罐(18)的入口，第一溶液储罐(18)的出口通过节流装置(9)连接所述蒸发器(3)的入口；所述第一溶液储罐(18)内储存有制冷剂；

精馏柱(7)，用于分离不同沸点的工质，精馏柱上设有第一入口、第二入口、气相出口和液相出口；其中，所述精馏柱的第一入口通过第四电磁阀(15)连接所述发生器(1)的气相出口，所述精馏柱的第二入口通过第三电磁阀连接高压储罐的第一出口；精馏柱的气相出口经第一电磁阀(12)连接空气冷却器(10)的入口，精馏柱的液相出口连接低压储罐(8)的入口；

高压储罐(11)，用于储存低沸点工质，所述高压储罐(11)的第一出口通过第三电磁阀(14)连接精馏柱的第二入口，高压储罐的入口连接空气冷却器(10)的出口，所述高压储罐的第二出口通过第二电磁阀连接所述冷凝器的入口；

低压储罐(8)，用于储存高沸点工质，所述低压储罐的入口连接所述精馏柱的液相出口，低压储罐(8)的出口通过第五电磁阀(16)连接所述冷凝器(4)的入口。

2.根据权利要求1混合工质变浓度容量调节吸收式热泵系统，其特征在于所述储能材料为水或相变材料石蜡。

说明书

混合工质变浓度容量调节吸收式热泵系统

技术领域

[0001] 本发明涉及到一种太阳能驱动的吸收式热泵系统，具体指具有能量储存功能的混合工质变浓度容量调节吸收式热泵系统。

背景技术

[0002] 吸收式制冷可以采用太阳能等低品位热能驱动，并且使用环境友好工质作为制冷剂，具有节能、环保的优势。但以太阳能为驱动热源时，因太阳能的间歇性及非稳定性，使吸收式制冷机不能全天候运行。通常，吸收式制冷传统的制冷量调节主要通过改变热源温度或热源流体流量来实现，但以太阳能等非稳定热源为驱动能源时，上述调节方法往往不能起到预期的调节作用，使吸收式制冷的冷量调节受到限制。为了解决上述问题，将变浓度容量调节方法和能量储存思想应用于吸收式制冷，实现低品位非稳定热源吸收制冷的容量调节，以此来降低太阳能驱动吸收式制冷循环的能量消耗、节约高品位电能，使吸收式制冷获得更宽的制冷量调节范围并提高吸收式制冷循环变工况的性能系数。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种具有能量储存功能的混合工质变浓度容量调节吸收式热泵系统。

[0004] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该混合工质变浓度容量调节吸收式热泵系统，包括：吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器，其特征在于：

[0005] 从所述发生器的1的气相介质出口送出的气相分为两路，其中第一路直接连接所述冷凝器的入口，第二路通过第四电磁阀连接精馏柱的第一入口；所述发生器的液体出口连接溶液热交换器的第一入口，所述发生器的低温入口连接所述溶液热交换器的第二出口；所述发生器通过第二换热管路连接储能装置，并且，所述第二换热管路上设有第七电磁阀；第二换热管路内设有第二换热介质，通过第二换热介质的循环从而在储能装置和发生器之间循环输送能量；

[0006] 所述储能装置通过第一换热管路连接集热器；所述第一换热管路内设有第一换热介质；所述第一换热管路的进、出路段上分别连接有第一换热旁路和第二换热旁路，所述第一换热旁路的出口端连接所述第二换热管的进路段，所述第二换热旁路的进口端连接所述第二换热管路的出路段；所述第一换热旁路或第二换热旁路上设有第六电磁阀，[0007] 所述储能装置内填充有储能材料；

[0008] 溶液热交换器，对来自发生器的高温工质和吸收器的低温工质进行换热；溶液热交换器的第一出口通过第二溶液储罐连接所述吸收器的第二入口，溶液热交换器的第二入口通过溶液泵连接所述吸收器的出口，

[0009] 所述冷凝器的出口连接第一溶液储罐的入口，第一溶液储罐的出口通过节流装置连接所述蒸发器的入口；所述第一溶液储罐内储存有制冷剂；

[0010] 精馏柱，用于分离不同沸点的工质，精馏柱上设有第一入口、第二入口、气相出口和液相出口；其中，所述精馏柱的第一入口通过第四电磁阀连接所述发生器的气相出口，所述精馏柱的第二入口通过第三电磁阀连接所述高压储罐的第一出口；精馏柱的气相出口经第一电磁阀连接空气冷却器的入口，精馏柱的液相出口连接低压储罐的入口；

[0011] 高压储罐，用于储存低沸点工质，所述高压储罐的第一出口通过第三电磁阀连接精馏柱的液体入口，高压储罐的入口连接空气冷却器的出口，所述高压储罐的第二出口通过第二电磁阀连接所述冷凝器的入口；

[0012] 低压储罐，用于储存高沸点工质，所述低压储罐的入口连接所述精馏柱的液相出口，低压储罐的出口通过第五电磁阀连接所述冷凝器的入口；

[0013] 所述储能材料可以为水或相变材料石蜡，也可以根据需要选用其它的储能材料。

[0014] 与现有技术相比，本发明提出了一种新的全天候混合工质变浓度容量调节吸收式热泵系统，系统中安装储能装置，储能材料为水或石蜡等相变材料等，在太阳能充足时用储能装置和溶液储罐分别储存太阳能和溶液潜能，在太阳能不足或没有时，释放以上能量；在环境温度变化时，开启分离装置，运用变浓度容量调节来节省热泵能耗，综合以上可以克服现有技术中太阳能利用间歇和不稳定等缺点，实现太阳能吸收式制冷的全天候运行，提高了制冷系数，具有高效节能、性能稳定可靠等优点。

附图说明

[0015] 图1为本发明实施例的示意图。

具体实施方式

[0016] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

[0017] 如图1所示，该混合工质变浓度容量调节吸收式热泵系统包括：集热器19、储能装置17、吸收器2、发生器1、冷凝器4、蒸发器3和溶液储罐等。其中，

[0018] 集热器19，为太阳能吸收装置，通过第一换热管路20连接储能装置17，用于吸收太阳能等光能，吸收的能量用于加热第一换热管路20中的第一换热介质，本实施例中的第一换热介质为水；集热器19为真空管或平板集热器。

[0019] 储能装置17，用于储存集热器19所收集的热量，其内填充有储能材料，本实施例中采用相变材料石蜡做为储能材料；其通过第二换热管路21连接发生器1。第二换热管路21自成一个封闭的循环管路，并且第二换热管路21上设有第七电磁阀25；第二换热管路内装填有第二换热介质，本实施例中的第二换热介质为水；储能装置中所储存的能量先加热第二换热介质，通过第二换热介质在第二换热管路内的循环将能量输送至发生器1，用于加热发生器1中的吸收制冷工质对，使其中的制冷剂变成蒸汽经发生器上部的气相出口逸出。

[0020] 储能装置17通过第一换热管路20连接集热器19；第一换热管路20的进、出路段上分别连接有第一换热旁路26和第二换热旁路28，第一换热旁路的出口端连接第二换热管的进路段，第二换热旁路的进口端连接第二换热管路的出路段；第一换热旁路或第二换热旁路上设有第六电磁阀24，

[0021] 从发生器的1的气相出口送出的气相分为两路，第一路直接连接冷凝器4的入口，第二路通过第四电磁阀15连接精馏柱7的第一入口；第一路和第二路的流量比为2-8:8-2；发生器1的液体出口连接溶液热交换器5的第一入口，所述发生器1的低温入口连接所述溶液热交换器5的第二出口；所述发生器内通过第二换热介质经第二换热管路21连接储能装置17，所述储能装置17通过第一换热介质经第一换热管路20连接集热器19。

[0022] 本实施例中，发生器中的溶液为两种或两种以上沸点不同的吸收剂与制冷剂的混合物，为常规物。

[0023] 溶液热交换器5，对来自发生器1的高温工质和来自吸收器2的低温工质进行换热；溶液热交换器5的第一出口通过第二溶液储罐23连接吸收器2的第二入口，溶液热交换器5的第二入口通过溶液泵6连接吸收器2的出口。

[0024] 第二溶液储罐用于储存浓溶液（即富含吸收剂的溶液），在潜能利用时，和第一溶液储罐配合使用，即，第一溶液储罐释放制冷剂，到蒸发器蒸发制冷后进入吸收器，这时第二溶液储罐释放浓溶液到吸收器，吸收来自第一溶液储罐的制冷剂，使制冷过程顺利进行。

[0025] 冷凝器4的出口连接第一溶液储罐18的入口，第一溶液储罐18的出口通过节流装置9连接蒸发器3的入口；第一溶液储罐18内储存有制冷剂，为潜能储能。

[0026] 精馏柱7，用于分离不同沸点的工质，精馏柱上设有第一入口、第二入口、气相出口和液相出口；其中，所述精馏柱的第一入口通过第四电磁阀15连接所述发生器1的气相出口，所述精馏柱的第二入口通过第三电磁阀连接所述高压储罐的第一出口；精馏柱的气相出口连接冷却器10的入口，精馏柱的液相出口连接低压储罐8的入口；

[0027] 高压储罐11，用于储存低沸点工质，高压储罐11的第一出口通过第三电磁阀14连接精馏柱的第二入口，高压储罐的入口连接冷却器10的出口，高压储罐的第二出口通过第二电磁阀13连接冷凝器的入口；

[0028] 低压储罐8，用于储存高沸点工质，低压储罐的入口连接所述精馏柱的液相出口，低压储罐8的出口通过第五电磁阀16连接冷凝器4的入口。

[0029] 上述精馏柱7、低压储罐8和高压储罐11构成本实施例的分离装置。

[0030] 下面以制冷为例，分为阳光充足和阳光不充足两种情况对本实施例中的全天候吸收式热泵的工作原理进行详细描述。

[0031] 当阳光充足的白天时，集热器19收集太阳能量，加热第一换热介质，第一换热介质经第一换热管路20进入储能装置17，使储能装置内的储能材料工作，储存这部分能量。同时打开第六电磁阀24、关闭第七电磁阀25，使太阳能集热器中收集的太阳能一部分进入储能装置17储存，另一部分直接通过第一换热旁路26进入发生器1直接加热发生器内吸收制冷工质对，驱动发生器工作。该状况下，分离装置处于关闭状态。

[0032] 具体实施方法描述如下：关闭第一电磁阀12、第二电磁阀13、第三电磁阀14、第四电磁阀15、第五电磁阀16。从发生器1出来的高温高压制冷剂气体进入冷凝器4冷凝成高温液体，流经第一溶液储罐18储存制冷剂潜能后，经节流装置9、蒸发器3进入吸收器2被吸收剂吸收，吸收器2吸收制冷剂后经溶液泵6、溶液热交换器5进入发生器1；吸收制冷工质对在发生器内经热源加热后，释放制冷剂气体开始新的制冷循环，而吸收剂液体经发生器1的液体出口进入溶液热交换器5与由吸收器来的吸收制冷溶液换热后经第二溶液储罐进入吸收器2。

[0033] 在早晚等太阳能不足或者没有太阳能的情况下，此时太阳能集热器吸收的热能优先通过第一换热旁路直接进入发生器中，加热发生器内吸收制冷工质对。此时关闭第七电磁阀25，打开第六电磁阀24。如太阳能不足以驱动制冷系统，则用储能装置17中储能材料所储存的能量来驱动吸收制冷循环，即关闭第六电磁阀24，打开第七电磁阀25，利用第二换热管路21中的能量加热发生器内吸收制冷工质对。或者利用第一溶液储罐中储存的制冷剂使其流经节流阀9、蒸发器3，同时释放第二溶液储罐中的浓溶液，使其不断吸收来自蒸发器的制冷剂实现制冷过程。此时为了节省储能，启动分离装置，开启变浓度系统，以提高吸收式制冷系统的环境适应性。

[0034] 具体实施方法如下：

[0035] 当系统容量与用户负荷近似相等时，系统定容量进行。此时关闭第一电磁阀12、第二电磁阀13、第三电磁阀14、第四电磁阀15、第五电磁阀16。从发生器1出来的高温高压制冷剂气体介质进入冷凝器4冷凝成高温液体，流经第一溶液储罐18储存溶液潜能，经节流装置9、冷却器10、蒸发器3、最后进入吸收器2顶端被吸收剂吸收，吸收器2吸收制冷介质后在底部经溶液泵6、溶液热交换器5进入发生器1；吸收制冷工质对在发生器内经热源加热后，释放制冷剂气体开始新的制冷循环，而吸收剂液体经发生器1的液体出口经溶液热交换器5进入吸收器2。

[0036] 如果系统容量比用户负荷大时，系统需要减容。此时打开第四电磁阀15、第五电磁阀16，第二电磁阀13关闭。从发生器1的介质出口出来的高温高压气体分两路：第一路经第四电磁阀15进入精馏柱7产生热的气体，该气体上升经精馏柱7的气相出口、第一电磁阀1、空气冷却器10进入高压储罐11；第二路经冷凝器4、第一溶液储罐18、节流装置9，空气冷却器10将精馏柱7送来的气体冷却成液体，这部分液体经高压储罐11的液体出口、第三电磁阀14，从精馏柱7的液体入口进入精馏柱7下流，与上升的气体相遇发生精馏，分离出的富含高沸点工质的混合物进入低压罐8，经第五电磁阀16与第一路高温高压气体并流，进入冷凝器4，经第一溶液储罐18、节流装置7、蒸发器3，从吸收器2的介质入口进入吸收器2被吸收剂吸收，吸收器底部的液体经溶液泵6、溶液热交换器5进入发生器内。完成减容过程。此时，第四电磁阀15、第五电磁阀16都关闭，系统在新的容量下进行定容量运行。如果系统容量比用户负荷小时，系统需要增容。此时，第四电磁阀15、第二电磁阀13打开，第五电磁阀16关闭。从发生器1的介质出口出来的高温高压气体分成两路：第一路经第四电磁阀15进入精馏柱7产生气体，该气体上升进入高压储罐11内；第二路经冷凝器4进入节流装置7、冷却器10在高压储罐11中将精馏柱7送来的气体冷却成液体，这部分液体进入精馏柱7下流，与上升的第一路气体相遇进行精馏，分离出的富含高沸点的工质混合物进入低压储罐8储存，分离出的富含低沸点工质的混合物从高压储罐11的气体出口流出，经第二电磁阀13与第二路并流进入冷凝器4，经节流装置7、蒸发器进入吸收器2被吸收剂吸收，吸收器2吸收工质后在底部经溶液泵6、溶液热交换器5进入发生器1。增容完毕时，第四电磁阀15、第五电磁阀16都关闭，系统在新的容量下进行定容量运行。

[0037] 当阳光不足的白天、早晚和夜晚时，同前面所讲的阳光充足的早晚运行方案。这里不再描述。