一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统及方法

摘要

本发明公开了一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统，由发生器，发生器换热器，冷凝器，液氨泵，蒸发器，吸收器，吸收器换热器，热回收器，溶液泵，节流阀，第一截止阀，第一溶液储罐，第二截止阀，第三截止阀，第二溶液储罐，第四截止阀组成。本发明通过设置第一溶液储罐及第二溶液储罐，并交替切换二者的氨水注入及排出状态。当溶液储罐处于氨水注入状态时，其压力与发生器相同；当溶液储罐处于氨水排出状态时，其压力与吸收器相同；溶液泵运行仅需克服管路流动阻力即可，无需对氨水进行增压，因此溶液泵的运行能耗将得以显著降低。

权利要求

1.一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统，其特征在于，包括：发生器，冷凝器，蒸发器，吸收器，热回收器，第一溶液储罐，第二溶液储罐；

所述发生器设有冷剂蒸汽出口、溶液出口、溶液进口、加热介质进口、加热介质出口，其内部设置有一发生器换热器；

所述冷凝器设有冷剂蒸汽进口、冷剂液出口、冷却水进口、冷却水出口；

所述蒸发器设有冷剂液进口、冷剂蒸汽出口、加热介质进口、加热介质出口；

所述吸收器设有冷剂蒸汽进口、溶液进口、溶液出口、供热介质进口、供热介质出口，其内部设置有一高压吸收器换热器；

所述热回收器设有稀溶液进口、稀溶液出口、浓溶液进口及浓溶液出口；

所述第一溶液储罐设有溶液进口及溶液出口；

所述第二溶液储罐设有溶液进口及溶液出口；

所述发生器的冷剂蒸汽出口与所述冷凝器的冷剂蒸汽进口相连，发生器换热器分别与发生器的加热介质进口及加热介质出口相连；所述冷凝器的冷剂液出口通过一液氨泵与所述蒸发器的冷剂液进口相连；蒸发器的冷剂蒸汽出口与所述吸收器的冷剂蒸汽进口相连，吸收器的溶液进口与所述热回收器的稀溶液出口相连，吸收器的溶液出口与热回收器的浓溶液进口相连，发生器换热器分别与供热介质进口及供热介质出口相连；所述热回收器的浓溶液出口通过一节流阀与发生器的溶液进口相连；发生器的溶液出口分别与第二截止阀及第三截止阀的进口相连；第二截止阀的出口与所述第一溶液储罐的溶液进口相连，第一溶液储罐的溶液出口与第一截止阀进口相连；所述第三截止阀的出口与所述第二溶液储罐的溶液进口相连，第二溶液储罐的溶液出口与第四截止阀的进口相连；所述第一截止阀及第四截止阀的出口均通过一溶液泵与所述热回收器的稀溶液进口相连；

所述发生器设有精馏装置，用于提纯氨；

上述一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统的工作方法，

加热介质通过发生器换热器加热发生器内的氨水，在发生器内精馏后，纯氨蒸汽进入冷凝器放热冷凝为液氨，液氨经液氨泵后进入蒸发器蒸发气化，之后氨蒸汽进入吸收器；开启第一截止阀及第三截止阀，发生器脱氨后的氨水进入第二溶液储罐，待第二溶液储罐注满后，关闭第一截止阀及第三截止阀，并开启第二截止阀及第四截止阀，发生器排出的氨水进入第一溶液储罐；同时第二溶液储罐的氨水经溶液泵及热回收器后进入吸收器，并实现对来自蒸发器的氨气的吸收，吸收的热量通过吸收器换热器对外输出；吸收器的吸收液经热回收器后经节流阀返回至发生器；当第二溶液储罐的氨水排净后，开启第一截止阀及第三截止阀，关闭第二截止阀及第四截止阀，系统为第二溶液储罐注入氨水，并使用第一溶液储罐的氨水为吸收器提供吸收溶液；通过第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀的组合开闭状态，交替切换第一溶液储罐及第二溶液储罐的氨水注入及排出状态。

2.根据权利要求1所述的一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统，其特征在于，所述热回收器为板式换热器或管壳式换热器。

说明书

一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种吸收式热泵系统，尤其涉及一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统，属于吸收式热泵技术领域。

背景技术

[0002] 吸收式热泵是一种利用低品位热源，实现将热量从低温热源向高温热源泵送的循环系统。是回收利用低品位热能的有效装置，具有节约能源、保护环境的双重作用。氨水吸收式热泵系统是采用氨‑水为吸收工质对，其中氨为冷剂，水为吸收剂。按其供热温度的不同，氨水吸收式热泵系统可划分为第一类增温型及第二类增热型两类吸收式热泵系统。常规氨水吸收式热泵系统由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、热回收器、溶液泵、节流阀等部件组成。由于温度变化对氨水的蒸汽压力影响较大，因此常规氨水吸收式热泵系统的高、低压设备间的压差较大(不低于10bar)，系统需要配置高扬程的溶液泵。溶液泵在高扬程条件下运行时，其运行能耗较高、故障频发且运行寿命较短。降低溶液泵的功耗，对提高氨水吸收式热泵系统整体性能系数(COP)具有重要意义。

发明内容

[0003] 本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供了一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统。

[0004] 一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统，由发生器，发生器换热器，冷凝器，液氨泵，蒸发器，吸收器，吸收器换热器，热回收器，溶液泵，节流阀，第一截止阀，第一溶液储罐，第二截止阀，第三截止阀，第二溶液储罐，第四截止阀组成。

[0005] 所述发生器设有冷剂蒸汽出口、溶液出口、溶液进口、加热介质进口、加热介质出口，其内部设置发生器换热器；

[0006] 所述冷凝器设有冷剂蒸汽进口、冷剂液出口、冷却水进口、冷却水出口；

[0007] 所述蒸发器设有冷剂液进口、冷剂蒸汽出口、加热介质进口、加热介质出口；

[0008] 所述吸收器设有冷剂蒸汽进口、溶液进口、溶液出口、供热介质进口、供热介质出口，其内部设置高压吸收器换热器；

[0009] 所述热回收器设有稀溶液进口、稀溶液出口、浓溶液进口及浓溶液出口；

[0010] 所述第一溶液储罐设有溶液进口及溶液出口；

[0011] 所述第二溶液储罐设有溶液进口及溶液出口；

[0012] 所述发生器的冷剂蒸汽出口与所述冷凝器的冷剂蒸汽进口相连，所述发生器换热器内置于发生器内，发生器换热器分别与发生器的加热介质进口及加热介质出口相连；所述冷凝器的冷剂液出口与液氨泵的进口相连；液氨泵的出口与所述蒸发器的冷剂液进口相连；蒸发器的冷剂蒸汽出口与所述吸收器的冷剂蒸汽进口相连，吸收器的溶液进口与所述热回收器的稀溶液出口相连，吸收器的溶液出口与热回收器的浓溶液进口相连，发生器换热器与供热介质进口及供热介质出口相连；所述热回收器的浓溶液出口与节流阀进口相连，所述节流阀出口与发生器的溶液进口相连；发生器的溶液出口分别与第二截止阀及第三截止阀的进口相连；第二截止阀的出口与所述第一溶液储罐的溶液进口相连，第一溶液储罐的溶液出口与第一截止阀进口相连；所述第三截止阀的出口与所述第二溶液储罐的溶液进口相连，第二溶液储罐的溶液出口与第四截止阀的进口相连；所述第一截止阀及第四截止阀的出口均与溶液泵进口相连，溶液泵的出口与所述热回收器的稀溶液进口相连。

[0013] 优选地：所述发生器采用具有精馏功能的发生器。

[0014] 优选地：所述热回收器采用板式换热器，或管壳式换热器。

[0015] 本发明所述的一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统的工作方法如下：

[0016] 加热介质通过发生器换热器加热发生器内氨水，经发生器内精馏后，纯氨蒸汽进入冷凝器放热冷凝为液氨，液氨经液氨泵后进入蒸发器蒸发气化，之后氨蒸汽进入吸收器；开启第一截止阀及第三截止阀，发生器脱氨后的氨水进入第二溶液储罐，待第二溶液储罐注满后，关闭第一截止阀及第三截止阀，并开启第二截止阀及第四截止阀，发生器排出的氨水进入第一溶液储罐；同时第二溶液储罐的氨水经溶液泵及热回收器后进入吸收器，并实现对来自蒸发器的氨气的吸收，吸收放热通过吸收器换热器对外输出；吸收器的吸收液经热回收器后经节流阀返回至发生器。当第二溶液储罐的氨水排净后，通过开启第一截止阀及第三截止阀，关闭第二截止阀及第四截止阀，系统为第二溶液储罐注入氨水，并使用第一溶液储罐的氨水为吸收器提供吸收溶液。通过第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀的组合开闭状态，交替切换第一溶液储罐及第二溶液储罐的氨水注入及排出状态。

[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0018] 本发明所述的一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统通过设置第一溶液储罐及第二溶液储罐，并交替切换二者的氨水注入及排出状态。当溶液储罐处于氨水注入状态时，其压力与发生器相同；当溶液储罐处于氨水排出状态时，其压力与吸收器相同；溶液泵运行仅需克服管路流动阻力即可，无需对氨水进行增压，因此溶液泵的运行能耗将得以显著降低。

附图说明

[0019] 图1为实施例一的低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统原理图

[0020] 图2为实施例二的低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统原理图

[0021] 其中，1为发生器，2为发生器换热器，3为冷凝器，4为液氨泵，4‑1为液氨节流阀，5为蒸发器，6为吸收器，7为吸收器换热器，8为热回收器，9为溶液泵，10为节流阀，11为第一截止阀，12为第一溶液储罐，13为第二截止阀，14为第三截止阀，15为第二溶液储罐，16为第四截止阀。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0023] 实施例一：

[0024] 本实施例以第二类氨水吸收式热泵系统为例进行阐述。如图1所示，本实施例的一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统，由发生器1，发生器换热器2，冷凝器3，液氨泵4，蒸发器5，吸收器6，吸收器换热器7，热回收器8，溶液泵9，节流阀10，第一截止阀11，第一溶液储罐12，第二截止阀13，第三截止阀14，第二溶液储罐15，第四截止阀16组成。

[0025] 发生器设有冷剂蒸汽出口、溶液出口、溶液进口、加热介质进口、加热介质出口，其内部设置发生器换热器，发生器设有精馏装置；冷凝器设有冷剂蒸汽进口、冷剂液出口、冷却水进口、冷却水出口；蒸发器设有冷剂液进口、冷剂蒸汽出口、加热介质进口、加热介质出口；吸收器设有冷剂蒸汽进口、溶液进口、溶液出口、供热介质进口、供热介质出口，其内部设置高压吸收器换热器；热回收器设有稀溶液进口、稀溶液出口、浓溶液进口及浓溶液出口；第一溶液储罐设有溶液进口及溶液出口；第二溶液储罐设有溶液进口及溶液出口。

[0026] 发生器的冷剂蒸汽出口与冷凝器的冷剂蒸汽进口相连，发生器换热器内置于发生器内，发生器换热器分别与发生器的加热介质进口及加热介质出口相连；冷凝器的冷剂液出口与液氨泵的进口相连；液氨泵的出口与蒸发器的冷剂液进口相连；蒸发器的冷剂蒸汽出口与吸收器的冷剂蒸汽进口相连，吸收器的溶液进口与热回收器的稀溶液出口相连，吸收器的溶液出口与热回收器的浓溶液进口相连，吸收器换热器与供热介质进口及供热介质出口相连；热回收器的浓溶液出口与节流阀进口相连，节流阀出口与发生器的溶液进口相连；发生器的溶液出口分别与第二截止阀及第三截止阀的进口相连；第二截止阀的出口与第一溶液储罐的溶液进口相连，第一溶液储罐的溶液出口与第一截止阀进口相连；第三截止阀的出口与第二溶液储罐的溶液进口相连，第二溶液储罐的溶液出口与第四截止阀的进口相连；第一截止阀及第四截止阀的出口均与溶液泵进口相连，溶液泵的出口与热回收器的稀溶液进口相连。

[0027] 本实施例的工作方法：低温废热介质通过发生器换热器加热发生器内氨水，经发生器内精馏后，纯氨蒸汽进入冷凝器放热冷凝为液氨，液氨经液氨泵后进入蒸发器被废热加热后蒸发气化，之后氨蒸汽进入吸收器；开启第一截止阀及第三截止阀，发生器脱氨后的氨水进入第二溶液储罐，待第二溶液储罐注满后，关闭第一截止阀及第三截止阀，并开启第二截止阀及第四截止阀，发生器排出的氨水进入第一溶液储罐；同时第二溶液储罐的氨水经溶液泵及热回收器后进入吸收器，并实现对来自蒸发器的氨气的吸收，吸收放热通过吸收器换热器对外输出；吸收器的吸收液经热回收器后经节流阀返回至发生器。当第二溶液储罐的氨水排净后，通过开启第一截止阀及第三截止阀，关闭第二截止阀及第四截止阀，系统为第二溶液储罐注入氨水，并使用第一溶液储罐的氨水为吸收器提供吸收溶液。通过第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀的组合开闭状态，交替切换第一溶液储罐及第二溶液储罐的氨水注入及排出状态。

[0028] 本实施例通过设置第一溶液储罐及第二溶液储罐，并交替切换二者的氨水注入及排出状态。当溶液储罐处于氨水注入状态时，其压力与发生器相同；当溶液储罐处于氨水排出状态时，其压力与吸收器相同；溶液泵运行仅需克服管路流动阻力即可，无需对氨水进行增压，因此溶液泵的运行能耗将得以显著降低。

[0029] 实施例二：

[0030] 本实施例以第一类氨水吸收式热泵系统为例进行阐述。如图2所示，本实施例的一种低溶液泵功耗的氨水吸收式热泵系统，由发生器1，发生器换热器2，冷凝器3，液氨节流阀4‑1，蒸发器5，吸收器6，吸收器换热器7，热回收器8，溶液泵9，节流阀10，第一截止阀11，第一溶液储罐12，第二截止阀13，第三截止阀14，第二溶液储罐15，第四截止阀16组成。

[0031] 发生器设有冷剂蒸汽出口、溶液出口、溶液进口、加热介质进口、加热介质出口，其内部设置发生器换热器，发生器采用具有精馏功能的发生器；冷凝器设有冷剂蒸汽进口、冷剂液出口、冷却水进口、冷却水出口；蒸发器设有冷剂液进口、冷剂蒸汽出口、加热介质进口、加热介质出口；吸收器设有冷剂蒸汽进口、溶液进口、溶液出口、供热介质进口、供热介质出口，其内部设置高压吸收器换热器；热回收器设有稀溶液进口、稀溶液出口、浓溶液进口及浓溶液出口；第一溶液储罐设有溶液进口及溶液出口；第二溶液储罐设有溶液进口及溶液出口。

[0032] 发生器的冷剂蒸汽出口与冷凝器的冷剂蒸汽进口相连，发生器换热器内置于发生器内，发生器换热器分别与发生器的加热介质进口及加热介质出口相连；冷凝器的冷剂液出口与液氨节流阀的进口相连；液氨节流阀的出口与蒸发器的冷剂液进口相连；蒸发器的冷剂蒸汽出口与吸收器的冷剂蒸汽进口相连，吸收器的溶液进口与热回收器的稀溶液出口相连，吸收器的溶液出口与热回收器的浓溶液进口相连，吸收器换热器与供热介质进口及供热介质出口相连；热回收器的浓溶液出口

[0033] 分别与第一截止阀及第四截止阀的进口相连；第一截止阀的出口与第一溶液储罐的溶液进口相连，第一溶液储罐的溶液出口与第二截止阀进口相连；第四截止阀的出口与第二溶液储罐的溶液进口相连，第二溶液储罐的溶液出口与第三截止阀的进口相连；第二截止阀及第三截止阀的出口均与溶液泵进口相连，溶液泵的出口与发生器的溶液进口相连；发生器的溶液出口与节流阀的进口相连，节流阀的出口与热回收器的稀溶液进口相连，热回收器的稀溶液出口与吸收器的溶液进口相连。

[0034] 本实施例的工作方法：高温热源(生蒸汽、高温热水等)通过发生器换热器加热发生器内氨水，经发生器内精馏后，纯氨蒸汽进入冷凝器放热冷凝为液氨，液氨经液氨节流阀后进入蒸发器被废热加热后蒸发气化，之后氨蒸汽进入吸收器；开启第一截止阀及第三截止阀，吸收器的氨水进入第一溶液储罐，待第一溶液储罐注满后，关闭第一截止阀及第三截止阀，并开启第二截止阀及第四截止阀，吸收器排出的氨水进入第二溶液储罐；同时第一溶液储罐的氨水进入发生器。通过第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀的组合开闭状态，交替切换第一溶液储罐及第二溶液储罐的氨水注入及排出状态。本实施例可显著降低第一类氨水吸收式热泵系统中溶液泵的运行能耗。

[0035] 尽管上文结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护范围。