CN102607211A - 自适应多级吸收式热泵 - Google Patents

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Abstract

一种吸收式热泵包括发生器(2)或者解吸器，所述发生器或者解吸器从供给到第一冷凝器(4)的第一流体中产生蒸汽，蒸发器(7)设置在冷凝器的下游，蒸发器的出口(7B)通过第三管路(8)连接到低压吸收器(100)的混合器的入口，低压吸收器连接到为发生器供给溶液的泵(14)的吸入侧，发生器包括通过第六管路(19)连接到供给吸收器(100，200-100)的贫溶液入口的贫溶液出口(2C)，所述第六管路设置有至少一个叠片式阀(30，31)。第二管路(6)与低压吸收器(100)形成换热接触并且通向液体/蒸汽分离器(51)，所述分离器通过第三管路(6A)供给蒸发器(7)，分离器(51)的蒸汽出口通向中间压力吸收器单元(200)。

Description

自适应多级吸收式热泵
背景技术
本发明涉及一种自适应多级吸收式热泵。
技术领域
两级循环的热泵是已知的，例如在D.C.Eriekson，J.Tang的论文“用于废热能制冷的两级升力循环的计算(Evaluation of double lift-cycle for waste heatpowered refrigeration)”中所描述的。
这种类型的吸收循环是有利的，因为与单效循环相比它们的固有性能是用低温热来供给。
例如，在使用H2O/NH3(水/氨)时这种循环的运行温度比非多级吸收循环低大约50℃。
缺点在于循环效率是单效循环的大约一半。为此，这些循环作为单-双效两级循环也是已知的。
为了使循环运行时在发生器具有较低的温度，离开冷凝器的液体制冷剂被分成两股流体。这两股液体制冷剂流体之一进入蒸发器；另一股进入通过制冷剂蒸发而被冷却的吸收器，即进入中间压力蒸发器(IPE)，中间压力蒸发器(IPE)用于冷却低压吸收器(LPA)。
这种类型的制冷剂流体分流产生两个缺陷，这两个缺陷使得这种循环的应用产生问题。
制冷剂流分为两股通常是根据：a)分离器的几何形状，b)制冷剂在入口和两个出口的流速，以及c)在进口处和在两个出口分支处的压力。
对于确定的参考条件(对发生器的热输入，运行压力，以及蒸发器处或低压吸收器处的热负荷)，分离器可被优化，以在两个分支处进行优化的制冷剂的分流。
然而工作在不同于优化的运行条件下，分离器以与两个下游分支的要求不成比例的方式不同地分离制冷剂，结果导致循环效率的损失，其在特定的情况下为全部(损失)。
出于相同的实质上水力学的原因，在循环的瞬时条件下(其非常容易出现，例如随着冷凝压力的变化(典型地在空气冷凝机器中由于环境温度的变化而引起的)或者随着发生器热输入的变化或者随着蒸发压力的变化)，可能引发循环条件的周期性振荡，或者(由在制冷剂沿着两个分离器出口分支的流动变化的效应中的“反馈”所导致的)不稳定性。
因此当处于不同于那些***被优化的条件下时不仅分离器会引起效率的损失，而且当处于那些非常普通的条件下时通常条件下的振荡和不稳定性同样可以被触发(在非常普通的条件中循环压力条件具有频繁的变化，从而使控制产生问题)，并且相关的重要的性能降低，以及可能形成对于循环安全参数的限制条件，并产生连续的故障。
不稳定的问题起源于供给到蒸发器的制冷剂在中间压力下冷却吸收器，不管它是完全蒸发或者部分地保持为液体，有用的制冷剂在蒸发器中“丢失”。此外如果供给用于冷却吸收器的制冷剂量不足，吸收不完全的话，循环就会被“切断”并且由此其可操作条件的范围被减小。
需要这样的的分离***，其能够在每个时刻计算出所需要准确的制冷剂量并且能够准确地在每个时刻沿着一侧和另一侧分配制冷剂。
如果不是实际上达不到，即使对于主动的机械分离***(即电机，叠片式阀等)，全部的这些因素(计算和分配)都是非常复杂的。
发明内容
本发明的一个目的为提供一种多级热泵，其能够更加稳定地运行并且在各种运行条件下都具有较高的效率。
这些以及其他的目的通过提供根据所附的权利要求的技术教导的多级热泵来实现。
附图说明
本发明其他特征和优点将通过对热泵的优选但不是排池的实施例(通过附图中非限制的实施例示出)进行描述而变得更加清楚，其中：
图1示出本发明的热泵的简化示图；
图2示出本发明的不同的实施例。
具体实施方式
参照所述附图，这些附图示出整体上由附图标记1所表示的热泵。
图1示出的热泵利用循环来工作，所述循环使用制冷剂作为第一流体(在该特定例子中为氨)，第一流体被吸收到第二流体(在该例子中为水)中。该吸收式热泵包括传统的发生器2或者解吸塔，发生器2或者解吸塔从低温热源(80-90℃)接收热Q，低温热源能够是例如内燃机冷却回路，太阳能热板加热回路，工业生产用水，等等。
发生器蒸汽出口有益地经过精馏器201借助于第一管路3连接到优选的气冷冷凝器4。
离开冷凝器4的管路6经过逆流换热器34(可选择的)，并且与位于(设置在所述管路6上的)叠片式阀50(lamination valve)的下游的换热器10形成热交换式的连通。
管路6中的流体(混合的蒸汽和液体，这取决于换热器10吸收热的多少)通向液体/蒸汽分离器51内。
液体/蒸汽分离器具有连接到第三管路6A的制冷剂流体出口51A，制冷剂流体出口51A通过叠片式阀5将分离器51连接到蒸发器7(其作为热源可以具有来自外界的待冷却的空气)。
蒸发器出口7B通过第三管路8(有可能经过换热器34)连接到混合器52的蒸汽入口52A。混合器52包括用于液体溶液/蒸汽混合物的出口52C，出口52C连接到换热器10，被制冷剂流体冷却。混合器52以及换热器10实际上起到低压吸收器单元100的作用。
换热器10的出口10B连接到泵14的吸入侧，第四管路15从泵的排放侧延伸以通向另外的混合器53。
泵下游的管路15经过中间压力再生回热器54，然后与精馏器201(如果设置有)进行热交换，富氨溶液从精馏器201扣除热，以促进水蒸气的冷凝。
第五管路16通过止回阀32将分离器51的蒸汽出口51B连接到另外的混合器53的蒸汽入口，另外的混合器53将液体溶液/蒸汽混合物引导进入向外部传递热的中间压力吸收器的换热器57中。混合器53和换热器57起到中间压力吸收单元200的作用。
中间压力吸收器200的出口与第二泵14A的吸入侧相关联(associated)，排放侧连接到第八管路17，第八管路17在与高压回热器55(如果设置有高压回热器55)进行热交换后通向发生器2。
在发生器2的底部设置有出口2C，贫氨溶液通过设置有至少一个叠片式阀30的第六管路19从出口2C流出被供给到混合器52的贫溶液入口2B。
如果设置有回热器54，在第六管路中的贫溶液与回热器54进行热交换。
本发明的操作对于本领域的技术人员来说是显而易见的，因此在这里将不作描述。
根据本发明，通过使整个流体流入换热器10完全避免了液体制冷剂的分流，其中一部分制冷剂由于吸收器上的热负荷而蒸发，然后将蒸汽和剩余部分的制冷剂注入分离器容器51，蒸汽部分从分离器容器51被供给到中间压力吸收器200并且液体部分被带到蒸发压力部件(叠片式阀5)并供给到蒸发器7。
通常的循环操作没有改变但是省去了分流器，并且用于冷却吸收器10的制冷剂的量(其减少了用于蒸发器的制冷剂-但是基本上能够使用非常小的热升力使循环运行)“自适应”地取决于在吸收器中减少的负载。
实质上，吸收器10上的热负载，即由(对吸收器10进行冷却的)制冷剂所消散的热主要由在液体中吸收蒸汽的过程中产生的热来提供，并且最小的一部分由液体显热冷却过程提供。
因此在全部制冷剂通过吸收器单元100的换热器10的通道中，只有一部分蒸发掉了，等同于吸收的热的第一近似值，同时剩余的液体部分完全用于蒸发器7。
采取将气液两相在随后的分离器中分离的简单的方法，液体在部件51中被分离。实质上，容器51具有例如能够通过重力使液相在底部分离同时使气相在顶部分离的容积和横截面。
因此用于吸收器的制冷剂的“消耗”总是用于进行吸收，并且如果在特定条件下，吸收的热趋于零(没有蒸汽被吸收)那么制冷剂的消耗也将接近于零(仅为显热冷却热)。
因此在已知技术中遇到的问题由此被克服，并且此外在有利的条件下(其中用于双效应的需求也趋于减弱)，单双效应多级循环趋于接近单效循环，即具有高得多的效率。
与图1所示的相反，图2的实施例中仅有一个泵14，其单独地实现必要的压力提升。
两个装置中相似的那些结构部分采用在对图1的描述中已经使用的相同的附图标记来表示。这些将不进行进一步的描述。
回路的结构上的修改在图2中很明显。实质上，第四管路15直接通向发生器2而不是通向另外的混合器53。回热器201和高压回热器55以及低压回热器54在该情况中也明显地设置在管路15中。
贫溶液的第六管路19离开发生器2通向混合器53，在混合器53的下游设置有另外的换热器57。混合器53和换热器57的组合(其将热传递到外部)起到中间压力吸收器200的作用。管路19可选择地从高压回热器55通向吸收器200的上游。叠片式阀31(其设置在混合器53的上游)使管路19中的液体压力与由阀50设定的压力相平衡。
混合器53的富溶液出口通过第七管路20连接到混合器52，在第七管路20上设置有叠片式阀30。在其上具有换热器57的管路与低压回热器54(如果设置有)进行热交换。
本发明的操作对本领域技术人员来说是显而易见的，因此不再进行描述。
本发明的各种实施例都已进行了描述，然而采用相同发明原理的其他实施例同样是可以获得的。所有描述的组件均可以采用技术上等同的元件所取代。此外制冷剂和吸收制冷剂的液体可以相据必要的技术需求进行选择。
该新想法对于任何在其中包括制冷剂分离的已知的多级循环都是基本适用的。根据本发明，通过去除制冷剂分离器并且使全部制冷剂流到低压吸收器或者，如果优选地，流到中间压力吸收器(其为相同换热器的另一侧)，循环被修改。
同样还增加了液体/蒸汽分离器，其中蒸汽管路通向中间压力吸收器并且液体流向蒸发器。

Claims (11)

1.一种吸收式热泵，其包括发生器(2)或者解吸器，所述发生器或者解吸器从通过第一管路(3)供给到与传递流体热交换接触的第一冷凝器(4)的第一流体中产生蒸汽，在冷凝器下游设置有用于给蒸发器(7)供给制冷剂流体的第二管路(6)，在所述蒸发器上游设置有第一叠片式阀(5)，蒸发器的出口(7B)通过第三管路(8)连接到混合器的入口(52A)，所述混合器为低压吸收器单元(100)的一部分，所述吸收器单元(100)包括连接到泵(14)的吸入侧的富浓度溶液出口(10C)，泵的排出侧通过第四管路(15)连接到发生器，以用于供给溶液，所述发生器包括通过设置有至少一个叠片式阀(30，31)的第六管路(19)连接到用于对吸收器(100，200-100)进行供给的贫浓度溶液入口的贫溶液出口(2C)，
其特征在于，第二管路(6)与低压吸收器(100)形成换热接触并且包括位于所述低压吸收器的上游的叠片式阀(50)，所述第二管路(6)通向液体/蒸汽分离器(51)，分离器液体出口(51A)通过第三管路(6A)对蒸发器(7)进行供给，分离器(51)的蒸汽出口通向中间压力吸收器单元(200)。
2.根据权利要求1所述的热泵，其中中间压力吸收器(200)的出口连接到第二泵(14A)的吸入侧，其排出侧连接到通向发生器(2)的第八管路(17)，第四管路(15)通向混合器(53)并且之后通向换热器(57)，所述混合器和所述换热器限定中间压力吸收器单元(200)。
3.根据权利要求1所述的热泵，其中第六管路(19)通向中间压力吸收器(200)，中间压力吸收器的出口通过设置有叠片式阀(30)的第七管路(20)连接至低压吸收器(100)的入口。
4.根据权利要求2所述的热泵，其中第四管路(15)与第六管路(19)通过用作低压回热器(54)的换热器形成热交换式的连通。
5.根据权利要求2或4所述的热泵，其中第六管路(19)与第八管路(17)通过用作高压回热器(55)的换热器形成热交换式的连通。
6.根据权利要求3所述的热泵，其中第四管路(15)与第六管路(19)通过用作高压回热器(55)的换热器形成热交换式的连通。
7.根据权利要求3或6所述的热泵，其中第四管路(15)与第七管路(20)通过用作低压回热器(54)的换热器形成热交换式的连通。
8.根据述权利要求中的一项或多项所述的热泵，其中第二管路(6)与第三管路(8)通过换热器(34)形成热交换式的连通。
9.根据述权利要求中的一项或多项所述的热泵，其中在第三管路(16)中设置止回阀(32)。
10.一种用于改进多级热泵的稳定性和效率的方法，其特征在于，降低离开冷凝器的制冷剂液体的压力，利用该流体冷却低压吸收器(100)，将已经冷却了吸收器(100)的流体分成液体流和蒸汽流，和朝向蒸发器引导液体并朝向中间压力吸收器(200)引导蒸汽。
11.根据权利要求10所述的方法，其中制冷剂通过在中间压力下从气相分离液相而被分成两股流。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120725