CN104034084A

CN104034084A - 一种吸附式热泵制冷与动力联供方法及其装置

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Publication number: CN104034084A
Application number: CN201410280180.3A
Authority: CN
Inventors: 周永奎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2014-09-10
Also published as: WO2015196882A1; CN106170667B; CN106170667A

Abstract

本发明公开了一种吸附式热泵制冷与动力联供方法及其装置，热动力技术领域。本发明采用膨胀机替代吸附式热泵制冷循环的冷凝器和节流减压装置，将吸附式热泵制冷循环改进为吸附式热泵制冷与动力联供循环，工质在吸附床受热解吸，进入膨胀机中膨胀做功并减压，膨胀机排出的泛汽经蒸发器吸热蒸发，低压蒸汽进入吸附床吸附放热。膨胀机的排汽温度可低于环境温度，排汽温度降低，提高了蒸汽动力装置的效率。与有机朗肯蒸汽循环组成复合动力***，***效率更高。还可利用吸附热制取驱动热源蒸汽，实现***自驱动，不需高温驱动热源，只需单一低品位热源，可同时实现制冷、供热、动力提供，是一种低碳环保的热、冷、动力联供方法及装置。

Description

一种吸附式热泵制冷与动力联供方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种动力提供的方法，属热动力技术领域。

背景技术

一般的蒸汽类动力输出装置(蒸汽机、汽轮机)，蒸汽膨胀做功的热效率受初温、初压、排汽温度、排汽压力的影响。

当初温不变时，温差越高，效率越高。初压越高、效率越高。当初温不变时，排汽温度越低，效率越高；排汽压力越低，效率越高。

由于蒸汽动力装置膨胀做功会产生泛汽，需将泛汽冷凝成工质液体才能使循环进行下去。所以蒸汽动力装置的排汽温度一般需高于环境温度。此外，提高蒸汽动力装置的初温，必须提高其压力，压力提高对蒸汽动力机械的耐压设计要求更高，目前提高蒸汽初温的空间也较小。所以，水蒸汽动力装置的效率进一步提升的空间已很小。

其次，由于低品位热源无法提供较高的初温，排汽温度又必须高于环境温度，采用低品位热源的蒸汽动力机械效率低，实用价值低。

发明内容

本发明的目的是提供一种更高效的动力提供方法。要解决的问题是：进一步提高蒸汽动力装置的初温或者降低排汽温度。

本发明采用的技术方案：本发明对吸附式热泵制冷循环进行改进，采用膨胀机替代吸附式热泵制冷循环的冷凝器和节流减压装置，使解吸产生的工质蒸汽直接在膨胀机中膨胀做功并减压，膨胀机排出的泛汽进入蒸发器吸热蒸发，使其中的制冷剂湿蒸汽全部汽化为为低压蒸汽，低压蒸汽进入吸附床吸附。具体方法：选用合适的工质对，将吸附剂充入吸附床中。在吸附阶段，吸附床将工质吸附到床上，产生的吸附热向环境供热。当吸附床饱和时，停止吸附。解吸阶段，利用驱动热源对吸附床加热解吸，解吸产生高压工质蒸汽，高压工质蒸汽直接经膨胀机膨胀做功后产生低压泛汽，低压泛汽进入蒸发器吸热蒸发，泛汽全部汽化为低压蒸汽，低压蒸汽进入吸附床被吸附，吸附热向环境放热，完成循环。

与有机朗肯蒸汽动力循环组成复合式蒸汽动力***，回收利用吸附热，可提高***效率。吸附床吸附产生的吸附热可向有机朗肯蒸汽动力循环工质供热，产生工质蒸汽，工质蒸汽经膨胀机膨胀做功，排出的乏汽采用冷却水冷凝成工质液体，工质液体再泵入到吸附床加热蒸发，完成循环。

吸附床放热可回收用作驱动热源，实现自驱动。吸附放热对低压驱动工质液体加热，低压驱动工质液体吸热蒸发，产生低压驱动工质蒸汽，低压驱动工质蒸汽经压缩机压缩，产生高压驱动工质蒸汽用作吸附式热泵制冷循环的驱动热源，对吸附床进行加热解吸，高压驱动工质蒸汽放热，冷凝成驱动工质液体，工质液体经节流减压阀节流减压，进入用作蒸发器的吸附床吸收吸附热蒸发，完成驱动循环。对蒸发器产生的低压蒸汽进行压缩加压后进入吸附床吸附，使吸附床吸附温度高于解吸温度，也可实现***自驱动。

采用蒸汽压缩机对蒸发器产生的低压蒸汽加压压缩后再进入吸附床吸附，可提高吸附床放热温度，使热水温度提高。

本发明的效果：本发明对吸附式热泵制冷循环进行改进，采用膨胀机替代吸附式热泵制冷循环的冷凝器和节流减压装置，使解吸产生的工质蒸汽直接膨胀做功并减压，膨胀机排出的泛汽经蒸发器吸热蒸发，使其中的制冷剂液体蒸发为低压蒸汽，低压蒸汽进入吸附床吸附放热。由于吸附床可吸附比其温度低得多的低压工质蒸汽。使得本发明蒸汽膨胀机的排汽温度可低于环境温度，排汽温度降低，提高了蒸汽动力装置的效率。还可采用低品位热源驱动。利用吸附放热产生的中温蒸汽加压压缩后制取高温蒸汽作为驱动热源，可实现吸附式热泵制冷动力循环的自驱动，不需低品位热源。此外，采用蒸汽直接膨胀做功减压，同吸附式热泵制冷循环相比，减少了冷凝过程消耗的低温冷却水，不需低温热源。采用吸附床对蒸汽膨胀机排出的泛汽进行吸收，同现有的蒸汽动力装置相比，不需对泛汽进行冷凝，减少了冷却水消耗。只需单一低品位热源，可同时实现制冷、供热、动力提供，是一种多功能热、冷、动力联供方法。

附图说明

图1连续性吸附式热泵制冷动力联供***示意图

图2复合式热泵制冷动力联供***示意图

图3自驱动吸附式热泵制冷动力联供***示意图

图4设低压压缩机的热泵制冷动力联供***示意图

具体实施方式

连续性吸附式热泵制冷动力联供***如图1所示，动力循环分两路，一路由吸附床1、阀门2、膨胀机3、蒸发器4、阀门5、吸附床6及管道依次连接而成，一路由吸附床6、阀门16、膨胀机3、蒸发器4、阀门15、吸附床1及管道依次连接而成。吸附床1解吸、吸附床6吸附阶段，阀门2、阀门5开启，阀门16、阀门15关闭，工质在吸附床1中被热源蒸汽加热解吸，产生工质蒸汽，工质蒸汽进入膨胀机3膨胀做功减压，排出低压乏汽，低压乏汽进入蒸发器，其中的工质液体吸热蒸发，产生低压工质蒸汽，低压工质蒸汽进入吸附床6，被吸附剂吸附，同时放热。吸附床6解吸、吸附床1吸附阶段，阀门16、阀门15开启，阀门2、阀门5关闭，吸附床6中工质解吸产生工质蒸汽，进入膨胀机3膨胀做功减压，产生低压乏汽，低压乏汽进入蒸发器4，其中的工质液体吸热蒸发，产生低压工质蒸汽，低压工质蒸汽进入吸附床1，被吸附剂吸附，产生吸附热。

蒸汽输入循环分两路，一路经阀门14、吸附床1、阀门8依次与凝结水输出管连接而成，一路经阀门9、吸附床6、阀门10依次与凝结水输出管相连接而成。吸附床1解吸、吸附床6吸附阶段，阀门14、阀门8开启，阀门9、阀门10关闭，驱动热源蒸汽对吸附床1加热，自身冷凝成液体，经凝结水输出管道向外输出。吸附床6解吸、吸附床1吸附阶段，阀门9、阀门10开启，阀门14、阀门8关闭，驱动热源蒸汽对吸附床6加热，蒸汽凝结成液体由凝结水输出管道输出。

冷却水循环也分两路，一路经阀门13、吸附床6、阀门7依次与冷却水输出管连接而成，一路经阀门12、吸附床1、阀门11依次与冷却水输出管连接而成。吸附床1解吸、吸附床6吸附阶段，阀门13、阀门7开启，阀门12、阀门11关闭，冷却水经吸附床6，吸收吸附热，冷却水温升高，经冷却水输出管道向外输出。吸附床6解吸、吸附床1吸附阶段，阀门12、阀门11开启，阀门13、阀门7关闭。冷却水进入吸附床1，吸热升温后由冷却水输出管道向外输出。

复合吸附式热泵制冷动力联供***如图2所示，该***由吸附式热泵制冷动力循环和有机朗肯蒸汽动力循环耦合而成。

吸附式热泵制冷动力循环组成由动力循环、驱动循环、冷却水循环构成。

驱动蒸汽循环分两路，一路经阀门14、吸附床1、阀门8依次与凝结水输出管相连接，一路经阀门9、吸附床6、阀门10依次与凝结水输出管相连接。吸附床1解吸、吸附床6吸附阶段，阀门14、阀门8开启，阀门9、阀门10关闭，驱动蒸汽进入吸附床1作驱动热源，对吸附床1加热，自身冷凝成液体，经凝结水输出管道向外输出。吸附床6解吸、吸附床1吸附阶段，阀门9、阀门10开启，阀门14、阀门8关闭，驱动热源蒸汽对吸附床6加热，自身凝结成液体由凝结水输出管道输出。

动力循环分两路，一路由吸附床1、阀门2、膨胀机3、蒸发器4、阀门5、吸附床6及管道依次连接而成，一路由吸附床6、阀门16、膨胀机3、蒸发器4、阀门15、吸附床1及管道依次连接而成。吸附床1解吸、吸附床6吸附阶段，阀门2、阀门5开启，阀门16、阀门15关闭，工质在吸附床1中被热源蒸汽加热解吸，产生工质蒸汽，工质蒸汽进入膨胀机3膨胀做功减压，排出低压乏汽，低压乏汽进入蒸发器4，其中的工质液体吸热蒸发，产生低压工质蒸汽，低压工质蒸汽进入吸附床6被吸附剂吸附，同时放热。吸附床6解吸、吸附床1吸附阶段，阀门16、阀门15开启，阀门2、阀门5关闭，吸附床6中工质解吸产生工质蒸汽，进入膨胀机3膨胀做功减压，产生低压乏汽，低压乏汽进入蒸发器4，其中的工质液体吸热蒸发，产生低压工质蒸汽，低压工质蒸汽进入吸附床1被吸附剂吸附，产生吸附热。

冷却水循环也分两路，一路经阀门13、吸附床6、阀门7依次与冷却水输出管相连接，一路经阀门12、吸附床1、阀门11依次与冷却水输出管相连接。吸附床1解吸、吸附床6吸附阶段，阀门13、阀门7开启，阀门12、阀门11关闭，冷却水经吸附床6，吸收吸附热，冷却水温升高，经冷却水输出管道向外输出。吸附床6解吸、吸附床1吸收阶段，阀门12、阀门11开启，阀门13、阀门7关闭，冷却水进入吸附床1，吸热升温后由冷却水输出管道向外输出。

有机朗肯蒸汽动力循环***的膨胀机17进汽口通过管道与吸附床1和吸附床6的冷却水输出管道连接，膨胀机17排汽口通过管道依次与冷凝器18、工质泵19、吸附式热泵制冷动力联供循环的冷却水输入管连接。吸附式热泵制冷***的吸附热对有机朗肯蒸汽动力循环液体工质加热，液体工质在吸附床1或吸附床6中吸热蒸发，工质蒸汽进入膨胀机17膨胀做功，排出乏汽，乏汽经冷凝器18冷凝成工质液体，工质液体经工质泵19泵入吸附床1或者吸附床6，吸热蒸发，开始下一循环。

自驱动吸附式热泵制冷动力联供***如图3所示，由驱动循环和动力循环构成。

驱动循环分两路，一路由吸附床6、阀门7、压缩机20、阀门14、吸附床1、阀门12、节流减压阀21、吸附床6以及管道依次连接而成，一路由吸附床1、阀门11、压缩机20、阀门9、吸附床6、阀门10、节流减压阀22以及管道依次连接而成。吸附床1解吸、吸附床6吸附阶段，阀门7、阀门14、阀门12开启，阀门11、阀门9、阀门10关闭，驱动蒸汽对吸附床1加热，自身冷凝成工质液体，工质液体经节流减压阀21节流减压，进入吸附床6，在吸附床6中吸热蒸发，产生低压工质蒸汽，低压工质蒸汽经压缩机20压缩加压，进入吸附床1作为驱动热源，如此循环。吸附床6解吸、吸附床1吸附阶段，阀门11、阀门9、阀门10开启，阀门7、阀门14、阀门12关闭，驱动热源蒸汽对吸附床6加热，蒸汽凝结成液体，驱动工质液体经节流减压阀22节流减压，进入吸附床1，在吸附床1中吸热蒸发，产生低压驱动工质蒸汽，低压驱动工质蒸汽经压缩机20压缩加压，进入吸附床6作驱动热源，如此循环。

动力循环分两路，一路由吸附床1、阀门2、膨胀机3、蒸发器4、阀门5、吸附床6经管道依次连接而成，一路由吸附床6、阀门16、膨胀机3、蒸发器4、阀门15、吸附床1经管道依次连接而成。吸附床1解吸、吸附床6吸附阶段，阀门2、、阀门5开启，阀门16、阀门15关闭。工质在吸附床1中被热源蒸汽加热解吸，产生工质蒸汽，工质蒸汽进入膨胀机3膨胀做功减压，排出低压乏汽，低压乏汽进入蒸发器，其中的工质液体吸热蒸发，产生低压工质蒸汽，低压工质蒸汽进入吸附床6被吸附剂吸附，同时放热。吸附床6解吸、吸附床1吸附阶段，阀门16、阀门15开启，阀门2、阀门5关闭，吸附床6中工质解吸产生工质蒸汽，进入膨胀机3膨胀做功减压，产生低压乏汽，低压乏汽进入蒸发器4，其中的工质液体吸热蒸发，产生低压工质蒸汽，低压工质蒸汽进入吸附床1被吸附剂吸附，产生吸附热，完成循环。

设低压压缩机的吸附式热泵制冷动力联供***如图4所示，蒸汽驱动循环分两路，一路经阀门14、吸附床1、阀门8依次与凝结水输出管连接，一路经阀门9、吸附床6、阀门10依次与凝结水输出管连接。吸附床1解吸、吸附床6吸附阶段，阀门14、阀门8开启，阀门9、阀门10关闭，驱动热源蒸汽对吸附床1加热，自身冷凝成液体，经凝结水输出管道向外输出。吸附床6解吸、吸附床1吸附阶段，阀门9、阀门10开启，阀门14、阀门8关闭，驱动热源蒸汽对吸附床6加热，蒸汽凝结成液体由凝结水输出管道输出。

动力循环分两路，一路由吸附床1、阀门2、膨胀机3、蒸发器4、压缩机23、阀门5、吸附床6及管道依次连接而成，一路由吸附床6、阀门16、膨胀机3、蒸发器4、压缩机23、阀门15、吸附床1及管道依次连接而成。吸附床1解吸、吸附床6吸阶段，阀门2、阀门5开启，阀门16、阀门15关闭，工质在吸附床1中被热源蒸汽加热解吸，产生工质蒸汽，工质蒸汽进入膨胀机3膨胀做功减压，排出低压乏汽，低压乏汽进入蒸发器，其中的工质液体吸热蒸发，产生低压工质蒸汽，低压工质蒸汽经压缩机23加压压缩后进入吸附床6被吸附剂吸附，同时放热。吸附床6解吸、吸附床1吸附阶段，阀门16、阀门15开启，阀门2、阀门5关闭，吸附床6中工质解吸产生工质蒸汽，进入膨胀机3膨胀做功减压，产生低压乏汽，低压乏汽进入蒸发器4，其中的工质液体吸热蒸发，产生低压工质蒸汽，低压工质蒸汽经压缩机23加压压缩后进入吸附床1被吸附剂吸附，产生吸附热。

冷却水循环也分两路，一路经阀门13、吸附床6、阀门7依次与冷却水输出管连接，一路经阀门12、吸附床1、阀门11依次与冷却水输出管连接。吸附床1解吸、吸附床6吸附阶段，阀门13、阀门7开启，阀门9、阀门12、阀门10、阀门11关闭。冷却水经吸附床6吸收吸附热，冷却水温升高，经冷却水输出管道向外输出。吸附床6解吸、吸附床1吸附阶段，阀门12、阀门11开启，阀门14、阀门8、阀门13、阀门7关闭。冷却水进入吸附床1，吸热升温后由冷却水输出管道向外输出。

Claims

1.一种吸附式热泵制冷与动力联供方法及其装置，其特征在于：采用直接膨胀替代吸附式热泵制冷循环的冷凝、节流减压膨胀，将吸附式热泵制冷循环改进为吸附式热泵制冷与动力联供循环，使解吸产生的工质蒸汽直接在膨胀机中膨胀做功并减压，膨胀机排出的泛汽经蒸发器吸热蒸发，低压蒸汽进入吸附床吸附。

2.如权利要求1所述的吸附式热泵制冷与动力联供方法及其装置，其特征在于：吸附床的吸附热作为驱动热源驱动另一有机朗肯蒸汽动力循环提供动力。

3.如权利要求1所述的吸附式热泵制冷与动力联供方法及其装置，其特征在于：以蒸汽压缩式热泵制冷循环利用吸附床的吸附热制取高温蒸汽作为吸附式热泵制冷与动力联供循环的驱动热源。

4.如权利要求1所述的吸附式热泵制冷与动力联供方法及其装置，其特征在于：以低压压缩机对蒸发器产生的低压蒸汽加压压缩后进入吸附床吸附。

5.如权利要求1所述的吸附式热泵制冷与动力联供方法及装置，其特征在于：采用膨胀机替代吸附式热泵制冷循环装置的冷凝器和节流减压装置，将吸附式热泵制冷循环装置改进为吸附式热泵制冷与动力联供循环装置。

6.如权利要求1所述的吸附式热泵制冷与动力联供方法及其装置，其特征在于：吸附式热泵制冷与动力联供装置的吸附床的作为驱另一有机朗肯蒸汽动力循环动力装置的加热装置。

7.如权利要求1所述的吸附式热泵制冷与动力联供方法，其特征在于：以蒸汽压缩式热泵制冷循环装置作为吸附式热泵制冷与动力联供循环的驱动循环装置，其驱动循环以吸附式热泵制冷与动力联供循环解吸状态的吸附床为冷凝器，以吸附式热泵制冷与动力联供循环吸附状态的吸附床为蒸发器。