CN106170667B - 一种吸附式热泵制冷动力联供方法 - Google Patents
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Abstract
一种吸附式热泵制冷动力联供方法，其利用直接膨胀的方式，使第一吸附床(1)解吸产生的工质蒸汽直接在第一膨胀机(3)中膨胀做功并减压，第一膨胀机(3)排出的泛汽经蒸发器(4)吸热蒸发，使其中的制冷剂液体蒸发为低压蒸汽，低压蒸汽进入第二吸附床(6)吸附放热。第一膨胀机(3)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、动力联供装置。
Description
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：一种吸附式热泵制冷动力联供方法，采用工质和对工质具有吸附能力的吸附剂组成工质对，在第一吸附床中填充吸附有一定量工质的吸附剂，在第二吸附床中填充入未吸附工质的吸附剂。采用热源对第一吸附床加热，使第一吸附床中的工质解吸，利用直接膨胀的方式，使第一吸附床解吸产生的工质蒸汽直接在第一膨胀机中膨胀做功并减压，所述第一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，低压蒸汽进入第二吸附床吸附放热。
本发明的效果：采用热源对第一吸附床加热，使第一吸附床解吸产生的工质蒸汽直接在所述第一膨胀机中膨胀做功并减压，所述第一膨胀机排出的泛汽经所述蒸发器吸热蒸发，低压蒸汽进入所述第二吸附床吸附。由于所述第二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。
进一步地，所述方法包含吸附式热泵制冷动力循环，所述吸附式热泵制冷动力循环由动力循环、加热循环、冷却循环构成。
进一步地，所述动力循环分两路，一路由所述第一吸附床、第一阀门、第一膨胀机、蒸发器、第二阀门、第二吸附床通过管道依次连接而成，另一路由所述第二吸附床、第三阀门、所述第一膨胀机、所述蒸发器、第四阀门、所述第一吸附床通过管道依次连接而成；所述加热循环分两路，一路由第五阀门、所述第一吸附床、第六阀门、载热剂输出管通过管道依次相连接，另一路由第七阀门、所述第二吸附床、第八阀门、载热剂输出管通过管道依次连接；所述冷却循环也分两路，一路由第九阀门、所述第二吸附床、第十阀门、冷却剂输出管通过管道依次连接，另一路由第十一阀门、所述第一吸附床、第十二阀门、冷却剂输出管通过管道依次连接。
进一步地，所述方法还包括与所述吸附式热泵制冷动力循环耦合的有机朗肯蒸汽动力循环。
进一步地，所述有机朗肯蒸汽动力循环***包括第二膨胀机、冷凝器、工质泵，所述第二膨胀机的进汽口通过管道分别与所述第一吸附床和第二吸附床的冷却剂输出管道连接，所述第二膨胀机的排汽口、冷凝器、工质泵、吸附式热泵制冷动力循环***的冷却剂输入管通过管道依次连接。
进一步地，所述方法包含吸附式热泵制冷动力循环，所述吸附式热泵制冷动力循环由驱动循环和动力循环构成。
进一步地，所述驱动循环分两路，一路由第二吸附床、第十阀门、第一压缩机、第五阀门、所述第一吸附床、第十一阀门、第一节流减压阀、所述第二吸附床通过管道依次连接成回路，另一路由所述第一吸附床、第十二阀门、所述第一压缩机、第七阀门、所述第二吸附床、第八阀门、第二节流减压阀、第一吸附床通过管道依次连接成回路，所述动力循环分两路，一路由所述第一吸附床、第一阀门、第一膨胀机、所述蒸发器、第二阀门、第二吸附床通过管道依次连接而成，另一路由所述第二吸附床、第三阀门、所述第一膨胀机、所述蒸发器、第四阀门、所述第一吸附床通过管道依次连接而成。
进一步地，所述动力循环分两路，一路由所述第一吸附床、第一阀门、所述第一膨胀机、所述蒸发器、第二压缩机、第二阀门、所述第二吸附床通过管道依次连接而成，另一路由所述第二吸附床、第三阀门、所述第一膨胀机、所述蒸发器、所述第二压缩机、第四阀门、所述第一吸附床通过管道依次连接而成；所述加热循环分两路，一路由第五阀门、所述第一吸附床、第六阀门、载热剂输出管通过管道依次相连接，另一路由第七阀门、所述第二吸附床、第八阀门、载热剂输出管通过管道依次连接；所述冷却循环也分两路，一路由第九阀门、所述第二吸附床、第十阀门、冷却剂输出管通过管道依次连接，另一路由第十一阀门、所述第一吸附床、第十二阀门、冷却剂输出管通过管道依次连接。
附图说明
图1所示为连续性吸附式热泵制冷动力联供***示意图。
图2所示为复合式热泵制冷动力联供***示意图。
图3所示为自驱动吸附式热泵制冷动力联供***示意图。
图4所示为设低压压缩机的热泵制冷动力联供***示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、吸附床，2、阀门，3、膨胀机，4、蒸发器，5、阀门，6、吸附床，7、阀门，8、阀门，9、阀门，10、阀门，11、阀门，12、阀门，13、阀门，14、阀门，15、阀门，16、阀门，17、膨胀机，18、冷凝器，19、工质泵，20、压缩机，21、节流减压阀，22、节流减压阀，23、压缩机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
连续性吸附式热泵制冷动力联供***如图1所示，该***由吸附式热泵制冷动力循环组成。
吸附式热泵制冷动力循环由动力循环、加热循环、冷却循环构成。
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。采用工质和对工质具有吸附能力的吸附剂组成工质对，在第一吸附床中填充吸附有一定量工质的吸附剂，在第二吸附床中填充入未吸附工质的吸附剂。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。
加热循环分两路，一路经阀门14、吸附床1、阀门8依次与载热剂输出管连接而成，一路经阀门9、吸附床6、阀门10依次与载热剂输出管相连接而成。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，驱动热源对吸附床1加热，自身放热，经载热剂输出管道向外输出。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，驱动热源对吸附床6加热，载热剂由载热剂输出管道输出。
冷却循环也分两路，一路经阀门13、吸附床6、阀门7依次与冷却剂输出管连接而成，一路经阀门12、吸附床1、阀门11依次与冷却剂输出管连接而成。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，冷却剂经吸附床6，吸收吸附热，冷却剂焓增加，经冷却剂输出管道向外输出。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。冷却剂进入吸附床1，吸热后由冷却剂输出管道向外输出。
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、加热循环、冷却循环构成。
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。采用工质和对工质具有吸附能力的吸附剂组成工质对，在第一吸附床中填充吸附有一定量工质的吸附剂，在第二吸附床中填充入未吸附工质的吸附剂。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。
加热循环分两路，一路经阀门14、吸附床1、阀门8依次与载热剂输出管相连接，一路经阀门9、吸附床6、阀门10依次与载热剂输出管相连接。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，载热剂进入吸附床1作驱动热源，对吸附床1加热，自身放热，经输出管道向外输出。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，载热剂对吸附床6加热，自身放热由输出管道输出。
冷却循环也分两路，一路经阀门13、吸附床6、阀门7依次与冷却剂输出管相连接，一路经阀门12、吸附床1、阀门11依次与冷却剂输出管相连接。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，冷却剂经吸附床6，吸收吸附热，冷却剂增加，经冷却剂输出管道向外输出。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，冷却剂进入吸附床1，吸热后由冷却剂输出管道向外输出。
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的冷却剂输出管道连接，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剂输入管连接。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，该***由吸附式热泵制冷动力循环组成。
吸附式热泵制冷动力循环由驱动循环和动力循环构成。
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。采用工质和对工质具有吸附能力的吸附剂组成工质对，在第一吸附床中填充吸附有一定量工质的吸附剂，在第二吸附床中填充入未吸附工质的吸附剂。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。
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、吸附床1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。
设低压压缩机的吸附式热泵制冷动力联供***如图4所示，该***由吸附式热泵制冷动力循环组成。
吸附式热泵制冷动力循环组成由动力循环、加热循环、冷却循环构成。
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。采用工质和对工质具有吸附能力的吸附剂组成工质对，在第一吸附床中填充吸附有一定量工质的吸附剂，在第二吸附床中填充入未吸附工质的吸附剂。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。
加热循环分两路，一路经阀门14、吸附床1、阀门8依次与载热剂输出管连接，一路经阀门9、吸附床6、阀门10依次与载热剂输出管连接。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，载热剂对吸附床1加热，自身放热，经输出管道向外输出。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，载热剂对吸附床6加热，自身放热，由载热剂输出管道输出。
冷却循环也分两路，一路经阀门13、吸附床6、阀门7依次与冷却剂输出管连接，一路经阀门12、吸附床1、阀门11依次与冷却剂输出管连接。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。冷却剂经吸附床6吸收吸附热，冷却剂吸热，经冷却剂输出管道向外输出。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。冷却剂进入吸附床1，吸热后由冷却剂输出管道向外输出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种吸附式热泵制冷动力联供方法，其特征在于：所述方法采用工质和对工质具有吸附能力的吸附剂组成工质对，在第一吸附床中填充吸附有一定量工质的吸附剂，在第二吸附床中填充入未吸附工质的吸附剂，采用热源对第一吸附床加热，使第一吸附床中的工质解吸，利用直接膨胀的方式，使第一吸附床(1)解吸产生的工质蒸汽直接在第一膨胀机(3)中膨胀做功并减压，所述第一膨胀机(3)排出的泛汽经蒸发器(4)吸热蒸发，使其中的制冷剂液体蒸发为低压蒸汽，低压蒸汽进入第二吸附床(6)吸附放热，所述方法包含吸附式热泵制冷动力循环，所述吸附式热泵制冷动力循环由动力循环、加热循环、冷却循环构成，所述动力循环分两路，一路由所述第一吸附床(1)、第一阀门(2)、第一膨胀机(3)、蒸发器(4)、第二阀门(5)、第二吸附床(6)通过管道依次连接而成，另一路由所述第二吸附床(6)、第三阀门(16)、所述第一膨胀机(3)、所述蒸发器(4)、第四阀门(15)、所述第一吸附床(1)通过管道依次连接而成；所述加热循环分两路，一路由第五阀门(14)、所述第一吸附床(1)、第六阀门(8)、载热剂输出管通过管道依次相连接，另一路由第七阀门(9)、所述第二吸附床(6)、第八阀门(10)、载热剂输出管通过管道依次连接；所述冷却循环也分两路，一路由第九阀门(13)、所述第二吸附床(6)、第十阀门(7)、冷却剂输出管通过管道依次连接，另一路由第十一阀门(12)、所述第一吸附床(1)、第十二阀门(11)、冷却剂输出管通过管道依次连接，所述方法还包括与所述吸附式热泵制冷动力循环耦合的有机朗肯蒸汽动力循环***。
2.如权利要求1所述的吸附式热泵制冷动力联供方法，其特征在于：所述有机朗肯蒸汽动力循环***包括第二膨胀机(17)、冷凝器(18)、工质泵(19)，所述第二膨胀机(17)的进汽口通过管道分别与所述第一吸附床(1)和第二吸附床(6)的冷却剂输出管道连接，所述第二膨胀机(17)的排汽口、冷凝器(18)、工质泵(19)、吸附式热泵制冷动力循环***的冷却剂输入管通过管道依次连接。
3.一种吸附式热泵制冷动力联供方法，其特征在于：所述方法采用工质和对工质具有吸附能力的吸附剂组成工质对，在第一吸附床中填充吸附有一定量工质的吸附剂，在第二吸附床中填充入未吸附工质的吸附剂，采用热源对第一吸附床加热，使第一吸附床中的工质解吸，利用直接膨胀的方式，使第一吸附床(1)解吸产生的工质蒸汽直接在第一膨胀机(3)中膨胀做功并减压，所述第一膨胀机(3)排出的泛汽经蒸发器(4)吸热蒸发，使其中的制冷剂液体蒸发为低压蒸汽，低压蒸汽进入第二吸附床(6)吸附放热，所述方法包含吸附式热泵制冷动力循环，所述吸附式热泵制冷动力循环由驱动循环和动力循环构成。
4.如权利要求3所述的吸附式热泵制冷动力联供方法，其特征在于：所述驱动循环分两路，一路由第二吸附床(6)、第十阀门(7)、第一压缩机(20)、第五阀门(14)、所述第一吸附床(1)、第十一阀门(12)、第一节流减压阀(21)、所述第二吸附床(6)通过管道依次连接成回路，另一路由所述第一吸附床(1)、第十二阀门(11)、所述第一压缩机(20)、第七阀门(9)、所述第二吸附床(6)、第八阀门(10)、第二节流减压阀(22)、第一吸附床(1)通过管道依次连接成回路，所述动力循环分两路，一路由所述第一吸附床(1)、第一阀门(2)、第一膨胀机(3)、蒸发器(4)、第二阀门(5)、第二吸附床(6)通过管道依次连接而成，另一路由所述第二吸附床(6)、第三阀门(16)、所述第一膨胀机(3)、所述蒸发器(4)、第四阀门(15)、所述第一吸附床(1)通过管道依次连接而成。
5.一种吸附式热泵制冷动力联供方法，其特征在于：所述方法采用工质和对工质具有吸附能力的吸附剂组成工质对，在第一吸附床中填充吸附有一定量工质的吸附剂，在第二吸附床中填充入未吸附工质的吸附剂，采用热源对第一吸附床加热，使第一吸附床中的工质解吸，利用直接膨胀的方式，使第一吸附床(1)解吸产生的工质蒸汽直接在第一膨胀机(3)中膨胀做功并减压，所述第一膨胀机(3)排出的泛汽经蒸发器(4)吸热蒸发，使其中的制冷剂液体蒸发为低压蒸汽，低压蒸汽进入第二吸附床(6)吸附放热，所述方法包含吸附式热泵制冷动力循环，所述吸附式热泵制冷动力循环由动力循环、加热循环、冷却循环构成，所述动力循环分两路，一路由所述第一吸附床(1)、第一阀门(2)、所述第一膨胀机(3)、所述蒸发器(4)、第二压缩机(23)、第二阀门(5)、所述第二吸附床(6)通过管道依次连接而成，另一路由所述第二吸附床(6)、第三阀门(16)、所述第一膨胀机(3)、所述蒸发器(4)、所述第二压缩机(23)、第四阀门(15)、所述第一吸附床(1)通过管道依次连接而成；所述加热循环分两路，一路由第五阀门(14)、所述第一吸附床(1)、第六阀门(8)、载热剂输出管通过管道依次相连接，另一路由第七阀门(9)、所述第二吸附床(6)、第八阀门(10)、载热剂输出管通过管道依次连接；所述冷却循环也分两路，一路由第九阀门(13)、所述第二吸附床(6)、第十阀门(7)、冷却剂输出管通过管道依次连接，另一路由第十一阀门(12)、所述第一吸附床(1)、第十二阀门(11)、冷却剂输出管通过管道依次连接。
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