CN103267388B - 一种高效环保热泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效环保热泵。所述高效环保热泵包括一级热泵或多级热泵，所述第一级热泵包括蒸发器、A汽水分离器、A氨气压缩机、A氨水泵、A吸收器、A换热器。该高效环保型热泵是以氨水做工质、采用机械压缩+吸收式的设计思想做成的，全***在全封闭状态下工作，安全、环保、高效、价廉且使用范围广，是实现废热循环利用的理想热泵。

Description

一种高效环保热泵

技术领域

    本发明涉及一种高效环保且实用性广的热泵。

背景技术

人类的一切活动，离不开能源。工业生产越大，能源消耗越大。伴随着CO₂排放量越高，对环境污染也越严重。直接影响着人类的生存环境。各种能源通过产生水蒸气提供高位能源、做功与发电推动各项工业生产的进行，同时转化为大量的低温废热被散发掉。这种废弃的热量既造成能量的损失，又影响人类的生存环境。对此如能以最小的代价将这种被废弃的热能转化为有一定工业使用价值的水蒸气或者热水，实现有效的热循环，无疑可大幅度降低能源的消耗，以此改善人类的生存环境，这是关系到人类生存、发展的大问题。

对此，人们已付出许多的努力来实现这一点。如各种机械压缩式热泵、吸收式热泵，均具有将低位热能转换为有一定利用价值热能的作用。但这些热泵目前还存在诸多问题限制了它们广泛使用。以目前广泛使用的机械式热泵而言，使用氟利昂做工质，虽可吸收低位热能，但其输出的工作温度限制在80⁰C以下。只可产生热水，且电耗还较高。以溴化锂作工质的一、二类吸收式热泵，利用废热可产生高达数公斤的水蒸气，但对废热的温度要求较高，且热效率小于0.5，而且锂是一种稀有金属，价格昂贵。对金属的腐蚀性又很强。部分管道又要在较高真空度条件下进行。因而设备投资成本较高，维护不便。

发明内容

为克服上述热泵存在的问题，实现低成本，高效、环保、有广泛使用价值的热泵。本发明提出一种高效环保热泵的设计方案。

参见图1、图2和图3，为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述高效环保热泵包括单级热泵或由若干个单级串联而成的多级热泵；所述单级热泵包括A蒸发器1、A汽水分离器2、A氨气压缩机3、A氨水泵4、A吸收器5和A换热器6；

所述A蒸发器1氨水出口与A氨水分离器2入口连通，A氨水分离器2氨气出口与A氨气压缩机3入口连通，A氨气压缩机3出口与A吸收器5氨气入口连通；

所述A氨水分离器2氨水出口与A氨水泵4入口连通，A氨水泵4出口与A换热器6的第一进口连通，A换热器6的第一出口与A调节阀8和A旁路阀9的进口连通；

A调节阀8的出口与A氨气压缩机3夹套进液端连通；A氨气压缩机3夹套出液端与A吸收器5稀氨液进口连通；所述A旁路阀9的出口与A氨气压缩机3夹套出液端连通；

所述A吸收器5浓氨液出口与A换热器6第二进口连通，A换热器6第二出口与节流阀7入口连通，节流阀7出口与蒸发器1浓氨水进口连通；

所述A吸收器5内设有冷却列管，冷却列管进口端设有B节流阀17，冷却列管出口端设有A控制阀22；

所述蒸发器1设有废热进入口18。

在单级热泵中，所述冷却列管进口端的节流阀17与冷却水外供装置连通，冷却水经A吸收器5吸热后产生的蒸汽或热水通过控制阀22输出，控制阀22的开度可控制所产蒸汽的压力以满足用户的要求。

作为一种改进，针对冷热端温差较大的应用对象，高效环保热泵则采用二级结构，即，在上述单级高效环保热泵基础上再串联第二级；第二级热泵包括B汽水分离器10、B氨气压缩机11、B氨水泵12、B吸收器13、B换热器14；

所述B氨水分离器10氨水出口与B氨水泵12入口相通，B氨水泵12出口与B换热器14的第一进口连通，B换热器14的第一出口与B调节阀15和B旁路阀16的进口连通；

B调节阀15的出口与B氨气压缩机11夹套进液端连通，B氨气压缩机（11）夹套出液端与B吸收器13稀氨液进口连通；B旁路阀16的出口与B氨气压缩机11夹套出液端连通；

所述B吸收器13的浓氨液出口与B换热器14第二进口连通，B换热器14第二出口与B节流阀17进口连通，B节流阀17出口与A级吸收器5的冷却列管进口连通；

所述B吸收器13内设有冷却列管，冷却列管进口端设有C节流阀21，冷却列管出口端设有B控制阀23。所述冷却列管进口端的节流阀（21）与冷却水外供装置连通，冷却水经B吸收器（13）吸热后产生的蒸汽或热水通过控制阀（23）输出。调节控制阀23的开度可控制所产蒸汽的压力以满足用户的要求。

所述A氨气压缩机3和B氨气压缩机11为往复式无油润滑机（或者具有相似功能其它类型的压缩机）。针对某种特定环境所述蒸发器1上还设有排风口19和排污口20，这样，蒸发器实际上为四个出入口的结构，具有自动清洗粉尘、强化换热效果的作用。

上述高效环保热泵中的工质为氨水，第一级热泵中工质氨水重量百分比浓度＞第二级热泵中工质氨水重量百分比浓度。当10°≤工作环境温度≤60°时，工质氨水的重量百分比浓度为45%—55%，优选为48%—52%，更优选为50%；当60°＜工作环境温度≤120°时，工质氨水的重量百分比浓度为15%—25%，优选为20%—23%，更优选为21%—22%。

下面结合工作原理对本发明作进一步说明：

本发明的高效环保热泵采用氨水做工质，氨水浓度根据应用工作条件来调整。相对较浓的氨水，经节流阀7降压后进入蒸发器，吸收废热使部分氨气蒸发成气态，并进入A汽水分离器2，将氨气和氨水分离。分离出的氨气经A氨气压缩机3压缩升温升压后，进入A吸收器5；而分离出的稀氨水则用A氨水泵4经换热器6换热提高温度，并通过温度调节阀8，9，经A氨气压缩机3外壳夹套进一步吸热升温后，进入A吸收器5与氨气接触，溶解氨气，并放出热量。该热量再通过吸收器5的内设冷却列管与外供冷却水换热产生热水或蒸汽供用户使用。

对于冷热端温差较大的应用对象，则采用两级或多级结构，其工作原理与单级热泵相同，只是单级的吸收器5，既起着前级的氨气吸收器的作用，对第二级工质又起着蒸发的作用。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1）使用氨水做工质，价廉、货源充足、压力低、易储存，环保：ODP=0、GWP=0。

2）氨气易溶解于水，溶解热达到8.8千卡/克分子，热量相当接近常温下水的蒸发潜热。比一般热泵使用的氟利昂的蒸发潜热高出一倍以上，故单位工质可能携带的热量比氟利昂高得多。因而在同等条件下，氨气压缩机的电耗将大为减小。

3）根据不同的应用环境和需求，可调节合适的氨水浓度，使其工作在设备许可的压力和温度下，通过单级或多级的组合，使其可吸收低温废热，又可转化为具有一定工业使用价值的水蒸气或热水，电耗比现有的热泵要低得多，因而可实现真正意义上的热循环。

4）结构简单，设备处于正压状态下，较使用溴化锂吸收式热泵简单得多，又较用氟利昂做工质的热泵其压力低得多，故易于设备的维护管理。

例如，饲料厂加工时，蒸汽锅炉所提供的低压蒸汽以及粉粹机所提供的机械能，经熟化后进入冷却塔，通过送风将新提供的热量、湿气带走，产生大量的低温废热散发到空气中。对此，则可采用本发明的具有二级热泵结构的高效环保热泵，通过蒸发器吸收新排放的废热，并转化作供熟化使用的低压蒸汽，以实现热循环。

总之，本发明的高效环保型热泵以氨水做工质、采用机械压缩+吸收式的设计思想，该***在全封闭状态下工作，安全、环保、高效、价廉且使用范围广，是实现废热循环利用的较理想热泵。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为本发明另一种实施例的结构示意图；

图3为本发明再一种实施例的结构示意图。

图中：1、A蒸发器；2、A汽水分离器；3、A氨气压缩机；4、A氨水泵；5、A吸收器；6、A换热器；7、A节流阀；8、A调节阀；9、A旁路阀；10、B汽水分离器；11、B氨气压缩机；12、B氨水泵；13、B吸收器；14、B换热器；15、B调节阀；16、B旁路阀；17、B节流阀；18、废热汽水入口；19、排风口；20、排污口；21、C节流阀；22、A控制阀；23、B控制阀。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明。

实施例1

参见图1，所述高效环保热泵为单级热泵；所述单级热泵包括蒸发器1、A汽水分离器2、A氨气压缩机3、A氨水泵4、A吸收器5和A换热器6；

所述蒸发器1氨水出口与A氨水分离器2入口连通，A氨水分离器2氨气出口与A氨气压缩机3入口连通，A氨气压缩机3出口与A吸收器5氨气入口连通；

所述A氨水分离器2氨水出口与A氨水泵4入口连通，A氨水泵4出口与A换热器6的第一进口连通，A换热器6的第一出口与A调节阀8和A旁路阀9的进口连通；

A调节阀8的出口与A氨气压缩机3夹套进液端连通；A氨气压缩机3夹套出液端与A吸收器5稀氨液进口连通；所述A旁路阀9的出口与A氨气压缩机3夹套出液端连通；

所述A吸收器5浓氨液出口与A换热器6第二进口连通，A换热器6第二出口与节流阀7入口连通，节流阀7出口与蒸发器1浓氨水进口连通；

所述A吸收器5内设有冷却列管，冷却列管进口端设有B节流阀17，冷却列管出口端设有A控制阀22；

所述蒸发器1设有废热进入口18。

所述A氨气压缩机3为往复式无油润滑机。

在单级热泵中，所述冷却列管进口端的节流阀17与冷却水外供装置连通，冷却水经A吸收器5吸热后产生的蒸汽或热水通过控制阀22输出，控制阀22的开度可控制所产蒸汽的压力以满足用户的要求。

上述环保热泵中的工质为氨水，当10°≤工作环境温度≤60°时，工质氨水的重量百分比浓度为50%；当60°＜工作环境温度≤120°时，工质氨水的重量百分比浓度为21%—22%。

实施例2

参见图2，所述高效环保热泵是以单级热泵为基础的两级结构，所述第一级热泵包括蒸发器1、A汽水分离器2、A氨气压缩机3、A氨水泵4、A吸收器5和A换热器6；

所述蒸发器1氨水出口与A氨水分离器2入口连通，A氨水分离器2氨气出口与A氨气压缩机3入口连通，A氨气压缩机3出口与A吸收器5氨气入口连通；

所述A氨水分离器2氨水出口与A氨水泵4入口连通，A氨水泵4出口与A换热器6的第一进口连通，A换热器6的第一出口与A调节阀8和A旁路阀9的进口连通；

A调节阀8的出口与A氨气压缩机3夹套进液端连通；A氨气压缩机3夹套出液端与A吸收器5稀氨液进口连通；所述A旁路阀9的出口与A氨气压缩机3夹套出液端连通；

所述A吸收器5浓氨液出口与A换热器6第二进口连通，A换热器6第二出口与节流阀7入口连通，节流阀7出口与蒸发器1浓氨水进口连通；

所述A吸收器5内设有冷却列管，冷却列管进口端设有B节流阀17，冷却列管出口端设有A控制阀22；

所述蒸发器1设有废热进入口18。

所述第二级热泵包括B汽水分离器10、B氨气压缩机11、B氨水泵12、B吸收器13、B换热器14；

所述B氨水分离器10氨水出口与B氨水泵12入口相通，B氨水泵12出口与B换热器14的第一进口连通，B换热器14的第一出口与B调节阀15和B旁路阀16的进口连通；

B调节阀15的出口与B氨气压缩机11夹套进液端连通，B氨气压缩机（11）夹套出液端与B吸收器13稀氨液进口连通；B旁路阀16的出口与B氨气压缩机11夹套出液端连通；

所述B吸收器13的浓氨液出口与B换热器14第二进口连通，B换热器14第二出口与B节流阀17进口连通，B节流阀17出口与A级吸收器5的冷却列管进口连通；

所述B吸收器13内设有冷却列管，冷却列管进口端设有C节流阀21，冷却列管出口端设有B控制阀23。

所述A氨气压缩机3和B氨气压缩机11为往复式无油润滑机。

所述冷却列管进口端的节流阀（21）与冷却水外供装置连通，冷却水经B吸收器（13）吸热后产生的蒸汽或热水通过控制阀（23）输出。调节控制阀23的开度可控制所产蒸汽的压力以满足用户的要求。

上述环保热泵中的工质为氨水，第一级热泵中工质氨水重量百分比浓度＞第二级热泵中工质氨水重量百分比浓度。当10°≤工作环境温度≤60°时，工质氨水的重量百分比浓度为48%—52%；当60°＜工作环境温度≤120°时，工质氨水的重量百分比浓度为20%—23%。

实施例3

参见图3，参见图2，所述高效环保热泵是以单级热泵为基础的两级结构，所述第一级热泵包括A蒸发器1、A汽水分离器2、A氨气压缩机3、A氨水泵4、A吸收器5和A换热器6；

所述蒸发器1氨水出口与A氨水分离器2入口连通，A氨水分离器2氨气出口与A氨气压缩机3入口连通，A氨气压缩机3出口与A吸收器5氨气入口连通；

所述A氨水分离器2氨水出口与A氨水泵4入口连通，A氨水泵4出口与A换热器6的第一进口连通，A换热器6的第一出口与A调节阀8和A旁路阀 9的进口连通；

A调节阀8的出口与A氨气压缩机3夹套进液端连通；A氨气压缩机3夹套出液端与A吸收器5稀氨液进口连通；所述A旁路阀9的出口与A氨气压缩机3夹套出液端连通；

所述A吸收器5浓氨液出口与A换热器6第二进口连通，A换热器6第二出口与节流阀7入口连通，节流阀7出口与蒸发器1浓氨水进口连通；

所述A吸收器5内设有冷却列管，冷却列管进口端设有B节流阀（17），冷却列管出口端设有A控制阀22；

所述蒸发器1设有废热进入口18。

所述第二级热泵包括B汽水分离器10、B氨气压缩机11、B氨水泵12、B吸收器13、B换热器14；

所述B氨水分离器10氨水出口与B氨水泵12入口相通，B氨水泵12出口与B换热器14的第一进口连通，B换热器14的第一出口与B调节阀15和B旁路阀16的进口连通；

B调节阀15的出口与B氨气压缩机11夹套进液端连通，B氨气压缩机11夹套出液端与B吸收器13稀氨液进口连通；B旁路阀16的出口与B氨气压缩机11夹套出液端连通；

所述B吸收器13的浓氨液出口与B换热器14第二进口连通，B换热器14第二出口与B节流阀17进口连通，B节流阀17出口与A级吸收器5的冷却列管进口连通；

所述B吸收器13内设有冷却列管，冷却列管进口端设有C节流阀21，冷却列管出口端设有B控制阀23。

所述A氨气压缩机3和B氨气压缩机11为往复式无油润滑机。所述蒸发器1上还设有排风口19和排污口20。A换热器6和B换热器13为板式换热器。

所述冷却列管进口端的C节流阀（21）与冷却水外供装置连通，冷却水经B吸收器（13）吸热后产生的蒸汽或热水通过B控制阀（23）输出。B控制阀23的开度可控制所产蒸汽的压力以满足用户的要求。

上述高效环保热泵中的工质为氨水，第一级热泵中工质氨水重量百分比浓度＞第二级热泵中工质氨水重量百分比浓度。当10°≤工作环境温度≤60°时，工质氨水的重量百分比浓度为45%—55%；当60°＜工作环境温度≤120°时，工质氨水的重量百分比浓度为15%—25%。

Claims (10)

1.一种高效环保热泵，其特征在于，它包括单级热泵或由若干个单级串联而成的多级热泵；所述单级热泵包括A蒸发器（1）、A氨水分离器（2）、A氨气压缩机（3）、A氨水泵（4）、A吸收器（5）和A换热器（6）；

所述A蒸发器（1）氨水出口与A氨水分离器（2）入口连通，A氨水分离器（2）氨气出口与A氨气压缩机（3）入口连通，A氨气压缩机（3）出口与A吸收器（5）氨气入口连通；

所述A氨水分离器（2）氨水出口与A氨水泵（4）入口连通，A氨水泵（4）出口与A换热器（6）的第一进口连通，A换热器（6）的第一出口与A调节阀（8）和A旁路阀（9）的进口连通；

A调节阀（8）的出口与A氨气压缩机（3）夹套进液端连通；A氨气压缩机（3）夹套出液端与A吸收器（5）稀氨液进口连通；所述A旁路阀（9）的出口与A氨气压缩机（3）夹套出液端连通；

所述A吸收器（5）浓氨液出口与A换热器（6）第二进口连通，A换热器（6）第二出口与A节流阀（7）入口连通，A节流阀（7）出口与A蒸发器（1）浓氨水进口连通；

所述A吸收器（5）内设有冷却列管，冷却列管进口端设有B节流阀（17），冷却列管出口端设有A控制阀（22）；

所述A蒸发器（1）设有废热进入口（18）。

2.如权利要求1所述的高效环保热泵，其特征在于，所述冷却列管进口端的B节流阀（17）与冷却水外供装置连通，冷却水经A吸收器（5）吸热后产生的蒸汽或热水通过A控制阀（22）输出。

3.如权利要求1所述的高效环保热泵，其特征在于，所述多级热泵为两个单级热泵串联的多级热泵，第一级热泵为权利要求1所述的单级热泵；第二级热泵包括B氨水分离器（10）、B氨气压缩机（11）、B氨水泵（12）、B吸收器（13）、B换热器（14）；

所述B氨水分离器（10）氨水出口与B氨水泵（12）入口相通，B氨水泵（12）出口与B换热器（14）的第一进口连通，B换热器（14）的第一出口与B调节阀（15）和B旁路阀（16）的进口连通；

B调节阀（15）的出口与B氨气压缩机（11）夹套进液端连通，B氨气压缩机（11）夹套出液端与B吸收器（13）稀氨液进口连通；B旁路阀（16）的出口与B氨气压缩机（11）夹套出液端连通；

所述B吸收器（13）的浓氨液出口与B换热器（14）第二进口连通，B换热器（14）第二出口与B节流阀（17）进口连通，B节流阀（17）出口与A吸收器（5）的冷却列管进口连通；

所述B吸收器（13）内设有冷却列管，冷却列管进口端设有C节流阀（21），冷却列管出口端设有B控制阀（23）。

4.如权利要求3所述的高效环保热泵，其特征在于，所述冷却列管进口端的C节流阀（21）与冷却水外供装置连通，冷却水经B吸收器（13）吸热后产生的蒸汽或热水通过B控制阀（23）输出。

5.如权利要求3所述的高效环保热泵，其特征在于，所述A氨气压缩机（3）和B氨气压缩机（11）为往复式无油润滑机。

6.如权利要求3所述的高效环保热泵，其特征在于，所述A蒸发器（1）上还设有排风口（19）和排污口（20）。

7.如权利要求3所述的高效环保热泵，其特征在于，所述环保热泵中的工质为氨水，第一级热泵中工质氨水重量百分比浓度＞第二级热泵中工质氨水重量百分比浓度。

8.如权利要求1至7任一项所述的高效环保热泵，其特征在于，当10°≤工作环境温度≤60°时，工质氨水的重量百分比浓度为45%—55%；当60°＜工作环境温度≤120°时，工质氨水的重量百分比浓度为15%—25%。

9.如权利要求8所述的高效环保热泵，其特征在于，当10°≤工作环境温度≤60°时，工质氨水的重量百分比浓度为48—52%；当60°＜工作环境温度≤120°时，工质氨水的重量百分比浓度为20%—23%。

10.如权利要求9所述的高效环保热泵，其特征在于，当10°≤工作环境温度≤60°时，工质氨水的重量百分比浓度为50%；当60°＜工作环境温度≤120°时，工质氨水的重量百分比浓度为21%—22%。