CN106196727A - 一种热泵***及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵***及其运行方法，热泵***包括由蒸发器、吸收器、发生器和冷凝器组成的第二类吸收式热泵子***，还包括蒸汽喷射式热泵，用热工艺的工艺余热热媒导入蒸发换热器，用热工艺的工艺余热热媒还作为发生器的发生热媒导入发生换热器，用热工艺的工艺蒸汽冷凝水作为吸收热媒导入吸收器的吸收换热器，工艺蒸汽冷凝水通过吸收换热器吸收热量产生吸收热媒蒸汽，吸收热媒蒸汽通过蒸汽喷射式热泵的引射流体入口导入蒸汽喷射式热泵，蒸汽喷射式热泵的工作流体入口与用热工艺的供给蒸汽管道相连接，蒸汽喷射式热泵的压缩流体出口与用热工艺的工艺蒸汽管道相连接。本发明提高了热泵***的工艺余热利用率和热泵温升。

Description

一种热泵***及其运行方法

技术领域

本发明涉及热能工程的热泵技术领域，特别涉及一种热泵***及其运行方法。

背景技术

通常的供热***一般采用蒸汽锅炉或者由热电厂向用热工艺提供较高温度和压力的供给蒸汽，一般的供给蒸汽为温度180-220℃、压力0.9-1.3MPa的高品位热源。可是，在实际应用中用热工艺所需的工艺蒸汽往往并不需要如此高的压力和温度。例如常规的水溶液物料蒸发浓缩***，通常只需要饱和温度100-140℃、压力0.1-0.4MPa的蒸汽即可实现物料的蒸发浓缩，尤其是对于一些热敏性物料工艺蒸汽的温度高了反而不利。作为用热工艺的一个例子，如图3所示的现有的蒸发浓缩工艺，通常采用节流阀对供给蒸汽进行降温减压以提供用热工艺所需的工艺蒸汽。这样，供给蒸汽原有的高能量品位就白白的被浪费掉了。另一方面，排出的用热工艺的工艺余热蒸汽也由于品位过低而难以得到循环利用。

在解决上述问题的过程中，本案发明人提出了如图1和图2所示的两种以供给蒸汽与工艺蒸汽之间存在的压力差作为驱动力，来提升工艺余热的品位，从而实现其循环利用的蒸汽压差驱动式热泵***。

可是，上述蒸汽压差驱动式热泵***在工艺余热的利用率方面仍存在进一步完善之处。首先，根据吸收式热泵循环的基本原理，以含水物料的蒸发浓缩工艺为例，对蒸汽压差驱动式热泵***的工艺余热蒸汽的利用情况进行了分析。对于蒸发浓缩工艺，每投入1吨工艺蒸汽通常会排出0.9吨左右的二次蒸汽、即工艺余热蒸汽。当采用蒸汽压差驱动式热泵***时，由于第一类吸收式热泵的COP通常为1.7左右，如图4所示，投入0.59吨的供给蒸汽可以将0.41吨的工艺余热蒸汽的温度品位提升至工艺蒸汽的温度品位，从而为蒸发浓缩工艺提供合计1.0吨的工艺蒸汽。这样一来，虽然节能率达到了41％，但却仍有0.49吨的工艺余热蒸汽未得到利用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种热泵***，主要目的是提高蒸汽压差驱动式热泵***的热利用率。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种热泵***，包括由蒸发器、吸收器、发生器和冷凝器组成的第二类吸收式热泵子***，还包括蒸汽喷射式热泵，用热工艺的工艺余热热媒作为所述蒸发器的蒸发热媒导入蒸发换热器，蒸发器内的工质通过蒸发换热器吸收蒸发热媒的热量后蒸发为工质蒸气，吸收器内的吸收溶液吸收蒸发器产生的工质蒸气释放吸收热，用热工艺的工艺余热热媒还作为发生器的发生热媒导入发生换热器，用热工艺的工艺蒸汽冷凝水作为吸收热媒导入所述吸收器的吸收换热器，工艺蒸汽冷凝水通过吸收换热器吸收所述吸收热并产生吸收热媒蒸汽，吸收热媒蒸汽通过所述蒸汽喷射式热泵的引射流体入口导入所述蒸汽喷射式热泵，蒸汽喷射式热泵的工作流体入口与用热工艺的供给蒸汽管道相连接，蒸汽喷射式热泵的压缩流体出口与用热工艺的工艺蒸汽管道相连接。

作为优选，还包括汽水分离罐，所述汽水分离罐的底部通过工艺蒸汽冷凝水导入管道与所述吸收换热器的入口相连接，所述工艺蒸汽冷凝水导入管道上设有工艺蒸汽冷凝水循环泵，吸收换热器的出口通过工艺蒸汽冷凝水导出管道与汽水分离罐的中部相连接，汽水分离罐的顶部通过吸收热媒蒸汽导出管道与所述蒸汽喷射式热泵的引射流体入口相连接，汽水分离罐的下部与用热工艺蒸汽冷凝水管道相连接。

作为优选，所述用热工艺的工艺余热热媒作为蒸发热媒先经由蒸发热媒管道导入所述的蒸发器的蒸发换热器，经过了所述蒸发换热器的工艺余热热媒作为发生器的发生热媒再经由发生热媒管道导入所述发生器的发生换热器。

作为优选，所述用热工艺的工艺余热热媒通过蒸发热媒管道导入所述的蒸发换热器作为蒸发器的蒸发热媒，同时所述用热工艺的工艺余热热媒通过发生热媒管道导入所述的发生换热器作为发生器的发生热媒。

作为优选，所述发生器包括吸收溶液闪蒸腔室、第二吸收溶液喷淋装置、第二吸收溶液喷淋管道、第二吸收溶液喷淋泵以及发生换热器，发生换热器设于吸收溶液闪蒸腔室的外部，吸收溶液闪蒸腔室内的上部设有第二吸收溶液喷淋装置，第二吸收溶液喷淋装置与设于吸收溶液闪蒸腔室外部的第二吸收溶液喷淋管道连接，第二吸收溶液喷淋管道将吸收溶液闪蒸腔室内的吸收溶液输送至第二吸收溶液喷淋装置进行喷淋，第二吸收溶液喷淋管道上设有第二吸收溶液喷淋泵，第二吸收溶液喷淋管道与发生换热器的冷流体侧连接，所述用热工艺的工艺余热热媒通过发生热媒管道导入发生换热器的热流体侧。

作为优选，所述发生换热器为逆流换热器。

作为优选，所述发生器还包括固液分离装置，所述发生器的吸收溶液闪蒸腔室内的吸收溶液中的吸收剂结晶时，所述固液分离装置将所述吸收溶液分离成含有吸收剂结晶和不含吸收剂结晶的两部分，其中不含吸收剂结晶的吸收溶液经第二吸收溶液喷淋管道输送至第二吸收溶液喷淋装置，含有吸收剂结晶的吸收溶液由连接吸收器和发生器的溶液循环管道输送至吸收器内。

作为优选，所述固液分离装置包括：

挡液板，与发生器的形成吸收溶液闪蒸腔室的容器体的内壁面连接，挡液板与发生器的吸收溶液闪蒸腔室内壁面之间形成夹层，吸收溶液闪蒸腔室内的吸收溶液由挡液板的下端的夹层入口进入夹层内；

溢流槽，形成于发生器的容器体的外壁面上，用于容纳由夹层内溢出的吸收溶液；

溢流口，开设于发生器的容器体的侧壁上，溢流口连通夹层和溢流槽；

第二吸收溶液喷淋管道与溢流槽连通，溶液循环管道中发生器至吸收器输送方向的管道与吸收溶液闪蒸腔室的底部连通；其中

当吸收溶液的吸收剂结晶时，吸收剂结晶沿挡液板以及发生器的容器体内壁面落到发生器的底部，落到底部的吸收剂结晶随吸收溶液通过溶液循环管道输送至吸收器，吸收溶液由挡液板下端进入夹层内，夹层内上部分不含有吸收剂结晶的吸收溶液从溢流口进入溢流槽，并通过第二吸收溶液喷淋管道输送至第二吸收溶液喷淋装置。

作为优选，所述发生器的吸收溶液闪蒸腔室的下部的横截面逐渐缩小，呈漏斗形，所述挡液板倾斜设置。

作为优选，所述冷凝器与发生器共用同一容器体，所述容器体内的上部为冷凝器的腔室，所述容器体内的下部为发生器的腔室，所述冷凝器的腔室内下部设有冷凝工质接收器，所述冷凝工质接收器的外壁与所述容器体的内壁之间形成第二工质蒸气通道。

作为优选，所述容器体为圆筒容器。

作为优选，吸收器与发生器之间通过用于吸收溶液循环的溶液循环管道连接，所述溶液循环管道上设有节流阀和溶液换热器，所述节流阀设于自吸收器至发生器方向循环的溶液循环管道上，所述节流阀设于吸收器与所述溶液换热器之间。

作为优选，所述蒸发换热器采用立式双降膜换热器，蒸发换热器设于吸收式蒸发器的蒸发腔室内，作为吸收式蒸发换热器的立式双降膜换热器包括：

换热管；

换热管上端板，与换热管的上端连接；

换热管下端板，与换热管的下端连接；

冷凝工质导入室，位于换热管上端板的上方，冷凝工质导入室内的冷凝工质自换热管的上端流入换热管内，并在换热管的内壁上形成内降膜；

第二冷凝工质接收器，位于换热管下端板的下方，用于容纳换热管内流出的冷凝工质；

蒸发热媒导入室，蒸发热媒导入室的顶板为换热管上端板，底板为布液孔板，布液孔板上具有用于换热管穿过的布液孔，布液孔的孔径大于换热管的外径，换热管的外壁面与布液孔板之间形成间隙，蒸发热媒通过蒸发热媒管道导入蒸发热媒导入室内，蒸发热媒通过换热管与布液孔板之间的间隙流出，并在换热管的外壁面上形成外降膜，冷凝工质吸收蒸发热媒的热量而蒸发为工质蒸气；

蒸发热媒接收室，位于换热管下端板的上方，蒸发热媒接收室用于容纳沿换热管流下的蒸发热媒，蒸发热媒接收室内的蒸发热媒通过发生热媒管道导至发生换热。

作为优选，所述吸收换热器采用立式双降膜换热器，所述吸收换热器设于吸收器的吸收腔室内，作为吸收换热器的立式双降膜换热器包括：

换热管；

换热管上端板，与换热管的上端连接；

换热管下端板，与换热管的下端连接；

吸收溶液导入室，位于换热管上端板的上方，吸收溶液导入室内的吸收溶液自换热管的上端流入换热管内，并在换热管的内壁上形成内降膜，同时吸收溶液吸收吸收式蒸发器产生的工质蒸气，并释放高温的吸收热；

吸收溶液接收室，位于换热管下端板的下方，用于容纳换热管内流出的吸收溶液；

吸收热媒导入室，吸收热媒导入室的顶板为换热管上端板，底板为布液孔板，布液孔板上具有用于换热管穿过的布液孔，布液孔的孔径大于换热管的外径，换热管的外壁面与布液孔板之间形成间隙，吸收热媒通过换热管与布液孔板之间的间隙流出，并在换热管的外壁面上形成外降膜，吸收热媒吸收所述吸收热的热量而蒸发为吸收热媒蒸气；

吸收热媒接收室，位于换热管下端板的上方，吸收热媒接收室用于容纳吸收热媒蒸汽及沿换热管流下的吸收热媒，用热工艺蒸汽冷凝水管道将吸收热媒导入吸收热媒接收室内，吸收热媒接收室内的吸收热媒蒸汽通过吸收热媒蒸汽导出管道导入所述蒸汽喷射式热泵的引射流体入口，吸收热媒接收室内的吸收热媒通过通过吸收热媒循环管道导入吸收热媒导入室，吸收热媒循环管道上设有吸收热媒循环泵。

另一方面，本发明还提供了一种热泵***的运行方法，包括蒸发器环节、吸收器环节、发生器环节、冷凝器环节和蒸汽喷射式热泵环节，其中

蒸发器环节，工质从流经蒸发换热器的工艺余热热媒吸收工艺余热的热量并蒸发为工质蒸气，所述工质蒸气输送到吸收器中；

吸收器环节，吸收溶液吸收蒸发器生成的工质蒸气并释放出温度品位提升了的吸收热，工艺蒸汽冷凝水通过吸收换热器吸收所述的吸收热并产生吸收热媒蒸汽，所述吸收热媒蒸汽经引射流体入口输送至蒸汽喷射式热泵，吸收器中的吸收溶液输送到发生器中，所述工艺蒸汽冷凝水为工艺蒸汽在用热工艺中释放热量后形成的冷凝水；

发生器环节，第二吸收溶液喷淋装置对吸收溶液进行喷淋，使吸收溶液的细小液滴在发生器的吸收溶液闪蒸腔室中进行真空绝热闪蒸并产生工质蒸气；在闪蒸过程中吸收溶液得到蒸发浓缩和冷却；闪蒸后的吸收溶液落到吸收溶液闪蒸腔室的底部，一部分吸收溶液经第二吸收溶液喷淋泵进入设于发生器外部的发生换热器，通过发生换热器与工艺余热热媒换热以吸收工艺余热热媒的热量，升温后的吸收溶液输送到第二吸收溶液喷淋装置；一部分吸收溶液输送至吸收器内的第一吸收溶液喷淋装置进行喷淋；

冷凝器环节，通过冷凝换热器对发生器产生的工质蒸气进行冷凝并释放出冷凝热，所述冷凝热由流经冷凝换热器的冷却水带走；冷凝形成的冷凝工质经由工质管道上的工质输送泵输送至蒸发器；

蒸汽喷射式热泵环节，由工作流体入口输入的供给蒸汽与由引射流体入口输入的吸收了吸收热的工艺蒸汽冷凝水混合，产生的工艺蒸汽由压缩流体出口输出，并经由用热工艺的工艺蒸汽管道输送至用热工艺。

本发明实施例的用热工艺包括但不限于物料的蒸发浓缩工艺、蒸馏工艺、干燥工艺和干化工艺，以及气体的化学吸收工艺、物理吸收工艺和吸附工艺等，本发明的工艺余热热媒包括饱和蒸汽、过热蒸汽、湿蒸汽、含有不凝气体的蒸汽、热水、导热油以及热风等。

本发明的吸收剂选自下述LiBr,LiNO₃,LiCl或者CaCl₂中的至少一种，工质可采用H₂O。

本发明与现有技术相比具有如下明显的优点和有益效果：

本发明的吸收式热泵***将第二类吸收式热泵和蒸汽喷射式热泵有机地结合起来，能够将物料的蒸发浓缩工艺、蒸馏工艺、干燥工艺、干化工艺、以及气体的化学吸收工艺、物理吸收工艺以及吸附工艺等工业领域的用热工艺排出的工艺余热，在本用热工艺内部完全且高品质地循环利用起来，从而在满足用热工艺对工艺蒸汽温度品位的高要求的前提下，实现用热工艺的大幅度节能，因而具有极佳的经济效益。

还有，当采用如图7所示的以绝热闪蒸为特点的发生器时，由于发生换热器的换热面不会产生结晶而妨碍传热，所以尤其适用于在采用高浓度吸收溶液或者饱和吸收溶液条件下的第二类吸收式热泵***。

再有，对于具有变温热源特性的工艺余热热媒，如水、导热油、热风、工艺气体、过热蒸汽或者含有不凝气体的蒸汽等，通过串联蒸发换热器与发生换热器，能够更有效地吸收工艺余热，并使蒸发器在更高的温度下工作从而获得更大的温度品位提升。

尤其是通过采用如图8所示的热泵***还可在吸收器吸收溶液浓度高于发生器吸收溶液浓度的条件下工作，因此可以实现利用更低品位的工艺余热，来获得更高温度品位的工艺蒸汽，从而使之更便于循环利用，因而能够给用户带来更显著的节能效果和经济效益。

通过使过饱和晶析的吸收剂结晶颗粒细小化且具有流动性，本发明可以有效地克服现有第二类吸收式热泵所面临的、由吸收剂结晶引起的发生换热器传热传质障碍以及管道等的堵塞问题。

如图9所示，当蒸发器采用立式双降膜换热器作为蒸发换热器，吸收器采用立式双降膜换热器作为吸收换热器时，本发明实施例的热泵***具有动力消耗少、体积小、占地面积少、吸收溶液使用量少和制造成本低的优点。

图附说明

图1是一种蒸汽压差驱动式热泵***的结构及流程示意图。

图2是另一种蒸汽压差驱动式热泵***的结构及流程示意图。

图3是常规蒸发浓缩工艺的供给蒸汽、工艺蒸汽以及工艺余热蒸汽之间品位与数量关系的示意图。

图4是采用了蒸汽压差驱动式热泵的蒸发浓缩工艺的供给蒸汽、工艺蒸汽以及工艺余热蒸汽之间品位与数量关系的示意图。

图5是采用了本发明热泵***的蒸发浓缩工艺的供给蒸汽、工艺蒸汽以及工艺余热蒸汽之间品位与数量关系的示意图。

图6是本发明实施例1的热泵***的结构及流程示意图。

图7是本发明实施例2的热泵***的结构及流程示意图。

图8是本发明实施例3的热泵***的结构及流程示意图。

图9是本发明实施例4的热泵***的结构及流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

图6是本发明实施例1的热泵***的结构及流程示意图；图7是本发明实施例2的热泵***的结构及流程示意图；图8是本发明实施例3的热泵***的结构及流程示意图。参见图6至图8，一种热泵***，包括由蒸发器11、吸收器10、发生器50和冷凝器51组成的第二类吸收式热泵子***，还包括蒸汽喷射式热泵，用热工艺的工艺余热热媒作为蒸发器11的蒸发热媒导入蒸发换热器16，用热工艺的工艺余热热媒还作为发生器50的发生热媒导入发生换热器55，吸收器10的吸收换热器15的入口与用热工艺蒸汽冷凝水管道相连接，吸收换热器15的出口与蒸汽喷射式热泵的引射流体入口相连接，蒸汽喷射式热泵的工作流体入口与用热工艺的供给蒸汽管道81相连接，蒸汽喷射式热泵的压缩流体出口与用热工艺的工艺蒸汽管道83相连接。

本发明实施例的热泵***将第二类吸收式热泵和蒸汽喷射式热泵有机地结合起来，能够将物料的蒸发浓缩工艺、蒸馏工艺、干燥工艺、干化工艺、以及气体的化学吸收工艺、物理吸收工艺以及吸附工艺等工业领域的用热工艺排出的工艺余热，在本用热工艺内部完全且高品质地循环利用起来，从而实现用热工艺的大幅度节能，因而具有极佳的经济效益。

上述实施例中未提及的，用于***循环所必需的流量阀及液体泵等，本领域技术人员应该知晓，或从现有技术中获得。如在第二类吸收式热泵子***中用于吸收溶液循环的管道、用于工质输送的工质管道、用于工质蒸气流通的工质蒸气通道以及设于不同管道上的泵或阀门等。如用于蒸发器11进行工质喷淋的工质喷淋泵33，用于第二类吸收式热泵子***中吸收溶液循环的溶液循环管道和溶液循环泵57。

蒸发器11和冷凝器51之间设有工质管道19，工质管道19上设有工质泵54，用于将工质从冷凝器51输送到蒸发器11。为更好的产生工质蒸气，在蒸发器11内设有工质喷淋装置14，用于在蒸发器11内喷洒工质进行蒸发。

吸收器10内设有第一吸收溶液喷淋装置13，用于在吸收器10内喷淋吸收溶液，以利于吸收溶液更好地吸收蒸发器产生的工质蒸气。

本发明实施例中的第二类吸收式热泵子***的具体构造不做具体限定，本领域技术人员可采用现有技术中任意具体构造，或对现有技术进行适当的改进。本实施例提供一种优选实施例作为选择。参见图7，本实施例中的第二类吸收式热泵子***中的发生器50包括吸收溶液闪蒸腔室64、第二吸收溶液喷淋装置53、第二吸收溶液喷淋管道62、第二吸收溶液喷淋泵60以及发生换热器61，发生换热器61设于吸收溶液闪蒸腔室64的外部，第二吸收溶液喷淋装置53设于吸收溶液闪蒸腔室64内的上部，第二吸收溶液喷淋装置53与设于吸收溶液闪蒸腔室64外部的第二吸收溶液喷淋管道62连接，第二吸收溶液喷淋管道62将吸收溶液闪蒸腔室64内的吸收溶液输送至第二吸收溶液喷淋装置53进行喷淋，第二吸收溶液喷淋泵60设于第二吸收溶液喷淋管道62上，第二吸收溶液喷淋管道62与发生换热器61的冷流体侧连接，用热工艺的工艺余热热媒通过发生热媒管道45导入发生换热器61的热流体侧。

本实施例中的发生器50，将发生换热器61设于吸收溶液闪蒸腔室64的外部，第二吸收溶液喷淋管道62输送的吸收溶液经由发生换热器61换热升温后，输送至第二吸收溶液喷淋装置53在发生器50的吸收溶液闪蒸腔室64内进行喷淋。基于真空绝热闪蒸的原理，使吸收溶液的细小液滴在发生器50的吸收溶液闪蒸腔室64中进行真空绝热闪蒸。较之图6所示的发生器采用交叉流换热管作为发生换热器，本实施例中的发生换热器61采用逆流板式换热器，可实现完全的逆流换热，从而提高换热强度和减小换热温差。本发明实施例的第二类吸收式热泵子***可采用高浓度吸收溶液。即使吸收溶液得到蒸发浓缩和冷却，使吸收剂发生过饱和而晶析出结晶颗粒，由于产生的细小的结晶颗粒可随吸收溶液流动，因此，部分结晶由第二吸收溶液喷淋管道62输送至发生换热器61后，经热交换，结晶会溶解。不存在换热面因结晶而导致传热传质受阻等问题。另外，采用了本实施例的第二类吸收式热泵子***适合于采用具有变温热源特性的低温热源。

作为上述实施例的优选，本发明实施例中的发生器50还包括固液分离装置，通过固液分离装置将吸收剂结晶与吸收溶液分离，解决因采用较高浓度吸收溶液而造成结晶导致的诸多问题，本实施例可以与图6至图8所示的任一实施例相结合。以与图8所述的实施例相结合为例。发生器50的吸收溶液闪蒸腔室64内的吸收溶液中的吸收剂结晶时，固液分离装置将吸收溶液分离成含有吸收剂结晶和不含吸收剂结晶的两部分，其中不含吸收剂结晶的吸收溶液经第二吸收溶液喷淋管道62输送至第二吸收溶液喷淋装置53，含有吸收剂结晶的吸收溶液由连接吸收器和发生器的溶液循环管道输送至吸收器10内。

溶液循环管道中，吸收器10至发生器50输送方向的溶液循环管道称为第一溶液循环管道66，发生器50至吸收器10输送方向的溶液循环管道称为第二溶液循环管道65。溶液循环管道上设有溶液换热器58，溶液换热器用于在吸收器10和发生器50之间循环的吸收溶液进行热交换。其中，在第一溶液循环管道66上设有节流阀59，节流阀59设于溶液换热器58与吸收器10之间，可防止节流阀59因温度降低而结晶堵塞。溶液循环管道上的溶液换热器58的出口67设置于贴近发生器50。即溶液循环管道输送的吸收溶液从溶液换热器58输出后，应以尽量短的距离输入到发生器50内。可进一步解决吸收溶液结晶问题。

本发明中对固液分离装置的具体构造不做限定。为了便于理解，下面提供一种固液分离装置的优选实施例进行说明。参见图8，固液分离装置包括：

挡液板71，与发生器50的形成吸收溶液闪蒸腔室64的容器体的内壁面连接，挡液板71与发生器50的吸收溶液闪蒸腔室64内壁面之间形成夹层70，吸收溶液闪蒸腔室64内的吸收溶液由挡液板71的下端的夹层入口进入夹层内；

溢流槽73，形成于发生器50的容器体的外壁面上，用于容纳由夹层70内溢出的吸收溶液；

溢流口72，开设于发生器50的容器体的侧壁上，溢流口72连通夹层70和溢流槽73；

第二吸收溶液喷淋管道62与溢流槽73连通，溶液循环管道中发生器50至吸收器10输送方向的管道(第二溶液循环管道65)与吸收溶液闪蒸腔室64的底部连通；其中

当吸收溶液的吸收剂结晶时，吸收剂结晶沿挡液板71以及发生器50的容器体内壁面落到发生器50的底部，落到底部的吸收剂结晶随吸收溶液通过第二溶液循环管道65输送至吸收器10，吸收溶液由挡液板71下端进入夹层70内，夹层70内上部分不含有吸收剂结晶的吸收溶液从溢流口72进入溢流槽73，并通过第二吸收溶液喷淋管道62输送至第二吸收溶液喷淋装置53。

本实施例中的固液分离装置结构简单，分离效果好。闪蒸后的吸收溶液在固液分离装置中进行固液分离，然后将含吸收剂结晶颗粒的吸收溶液送往吸收器；由于吸收剂结晶颗粒细小且具有流动性，因而不会引起设于溶液循环管道上的第二溶液循环泵57、第一吸收溶液喷淋装置13以及溶液循环管道的堵塞；由于吸收剂在发生器50较低的温度、即在较低的溶解度下晶析，而在吸收器10较高的温度、即在较高的溶解度下溶解，使吸收器10得以使用浓度高于发生器50吸收溶液浓度的吸收溶液，甚至可以使用处于或接近吸收温度下的饱和浓度，从而可在较低的发生热源温度品位的条件下使得工业余热获得较大的温度品位提升，使之更便于循环利用，因而能够给用户带来显著的节能效果和经济效益。挡液板71应倾斜设置，以提高分离效果。

作为上述任一实施例的优选，参见图7和图8，发生器50的吸收溶液闪蒸腔室64的下部的横截面逐渐缩小，呈漏斗形(当容器体为圆筒形时，吸收溶液闪蒸腔室301的下部呈倒圆锥形)。挡液板71倾斜设置时，可尽量与吸收溶液闪蒸腔室64的内壁面平行。发生器50的吸收溶液闪蒸腔室64的下部成漏斗形，即使不设置挡液板71也对吸收剂结晶沉淀起到一定的作用。另外，吸收溶液闪蒸腔室64的下部的横截面逐渐缩小可有效减少液体的保有量，从而使得***的启动时间更短，造价更低，同时耐压强度和耐腐蚀性更高。同时，可使吸收剂结晶由溶液循环管道循环至吸收器10内。

作为上述任一实施例的优选，参见图7和图8，冷凝器51与发生器50共用同一容器体，该容器体内的上部为冷凝器51的腔室，容器体内的下部为发生器50的腔室，冷凝器51的腔室内下部设有冷凝工质接收器63，冷凝工质接收器63的外壁与容器体的内壁之间形成第二工质蒸气通道52。冷凝工质接收器63通过工质管道19连接蒸发器11。工质管道19上设有工质泵54。冷凝器51和发生器50共用一个容器体，容器体内上部形成冷凝区，下部形成闪蒸区，进一步提高了性能和降低成本。容器体为圆筒容器。具有抗压性能高的特点，且结构简单。

本发明中对用热工艺的工艺余热热媒作为蒸发热媒和第二类吸收式热泵子***的第二发生热媒的具体连接方式不做限定。可以是并联方式同时输入相应的换热器也可以采用串联方式依次输入相应的换热器。其中的并联方式如图6和图7示，用热工艺的工艺余热热媒通过蒸发热媒管道44导入的蒸发换热器16作为第二类吸收式热泵子***的蒸发热媒，同时用热工艺的工艺余热热媒通过发生热媒管道45导入发生换热器55作为第二类吸收式热泵子***的发生器的第二发生热媒。或者，如图7和图8所示的串联方式，用热工艺的工艺余热热媒先通过蒸发热媒管道44导入蒸发换热器16作为第二类吸收式热泵子***的蒸发热媒，经过了蒸发换热器16的工艺余热热媒再经由发生热媒管道45导入发生换热器61作为第二类吸收式热泵子***的发生器的第二发生热媒。当发生热媒管道45连接蒸发器11的蒸发换热器16和发生器50的发生换热器时，采用的是串联方式。

本发明实施例中，工艺蒸汽冷凝水可以是直接导入吸收换热器15，也可以是间接导入吸收换热器15。工艺蒸汽冷凝水吸收了吸收热产生的吸收热媒蒸汽可以是直接导入蒸汽喷射式热泵的引射流体入口，也可以是间接导入蒸汽喷射式热泵的引射流体入口。

参见图6，用热工艺蒸汽冷凝水管道28直接将工艺蒸汽冷凝水输入吸收换热器15，工艺蒸汽冷凝水吸收了吸收热产生的吸收热媒蒸汽又直接导入蒸汽喷射式热泵的引射流体入口。由于可能会有极少量的工艺蒸汽冷凝水未能转换为吸收热媒蒸汽，为此，本发明给出想下述实施例。

参见图7和图8，该实施例还包括汽水分离罐90，汽水分离罐90的底部通过工艺蒸汽冷凝水导入管道91与吸收换热器15的入口连接，工艺蒸汽冷凝水导入管道91上设有工艺蒸汽冷凝水循环泵92，吸收换热器15的出口通过工艺蒸汽冷凝水导出管道93与汽水分离罐90的中部连接，汽水分离罐90的顶部通过吸收热媒蒸汽导出管道80与蒸汽喷射式热泵的引射流体入口相连接，汽水分离罐90的下部与用热工艺蒸汽冷凝水管道28连接。本实施例中，用热工艺蒸汽冷凝水管道28现将工艺蒸汽冷凝水输入汽水分离罐90，工艺蒸汽冷凝水导入管道91将汽水分离罐90内的工艺蒸汽冷凝水输入吸收换热器15，通过吸收换热器15吸收了吸收热的工艺蒸汽冷凝水转化为吸收热媒蒸汽，吸收热媒蒸汽经工艺蒸汽冷凝水导出管道93输入汽水分离罐90内，携带少量工艺蒸汽冷凝水的吸收热媒蒸汽在汽水分离罐90内进行汽水分离，分离后的吸收热媒蒸汽经过吸收热媒蒸汽导出管道80导入蒸汽喷射式热泵的引射流体入口。蒸汽喷射式热泵的引射流体入口导入的流体与工作流体入口导入的供给蒸汽混合产生用工艺蒸汽供给用热工艺。

参见图9，吸收换热器采用立式双降膜换热器，吸收换热器设于吸收器10的吸收腔室201内，作为吸收换热器的立式双降膜换热器包括：

换热管210；

换热管上端板260，与换热管210的上端连接；

换热管下端板270，与换热管210的下端连接；

吸收溶液导入室220，位于换热管上端板160的上方，吸收溶液导入室220内的吸收溶液自换热管210的上端流入换热管220内，并在换热管220的内壁上形成内降膜，同时吸收溶液吸收吸收式蒸发器100产生的工质蒸气，并释放高温的吸收热；

吸收溶液接收室230，位于换热管下端板270的下方，用于容纳换热管220内流出的吸收溶液；

吸收热媒导入室240，吸收热媒导入室240的顶板为换热管上端板160，底板为布液孔板241，布液孔板241上具有用于换热管220穿过的布液孔242，布液孔242的孔径大于换热管220的外径，换热管220的外壁面与布液孔板241之间形成间隙，吸收热媒通过换热管220与布液孔板241之间的间隙流出，并在换热管220的外壁面上形成外降膜，吸收热媒吸收吸收热的热量而蒸发为吸收热媒蒸气；

吸收热媒接收室250，位于换热管下端板270的上方，吸收热媒接收室250用于容纳吸收热媒蒸汽及沿换热管210流下的吸收热媒，用热工艺蒸汽冷凝水管道28将吸收热媒导入吸收热媒接收室250内，吸收热媒接收室250内的吸收热媒蒸汽通过吸收热媒导出管道80导入蒸汽喷射式热泵的引射流体入口，吸收热媒接收室250内的吸收热媒通过通过吸收热媒循环管道205导入吸收热媒导入室240，吸收热媒循环管道205上设有吸收热媒循环泵204。本发明实施例提供的立式双降膜换热器实现了换热管内外双降膜，提高了吸收热媒和吸收溶液的换热效果。

参见图9，蒸发换热器采用立式双降膜换热器，蒸发换热器设于吸收式蒸发器11的蒸发腔室101内，作为吸收式蒸发换热器的立式双降膜换热器包括：

换热管110；

换热管上端板160，与换热管110的上端连接；

换热管下端板170，与换热管110的下端连接；

冷凝工质导入室120，位于换热管上端板160的上方，冷凝工质导入室120内的冷凝工质自换热管110的上端流入换热管120内，并在换热管120的内壁上形成内降膜；

第二冷凝工质接收器106，位于换热管下端板170的下方，用于容纳换热管120内流出的冷凝工质；

蒸发热媒导入室140，蒸发热媒导入室140的顶板为换热管上端板160，底板为布液孔板141，布液孔板141上具有用于换热管120穿过的布液孔142，布液孔142的孔径大于换热管120的外径，换热管120的外壁面与布液孔板141之间形成间隙，蒸发热媒通过蒸发热媒管道44导入蒸发热媒导入室140内，蒸发热媒通过换热管120与布液孔板141之间的间隙流出，并在换热管120的外壁面上形成外降膜，冷凝工质吸收蒸发热媒的热量而蒸发为工质蒸气；

蒸发热媒接收室150，位于换热管下端板170的上方，蒸发热媒接收室150用于容纳沿换热管流下的蒸发热媒，蒸发热媒接收室150内的蒸发热媒通过发生热媒管道45导至发生换热器61。当蒸发热媒为蒸汽或者含有不凝气体的蒸汽时，其冷凝水通过蒸发热媒导出管道46导出。本发明实施例提供的立式双降膜换热器实现了换热管内外双降膜，提高了蒸发热媒和冷凝工质的换热效果。

作为上述任一实施例的优选，参见图9，蒸发器11与吸收器10共用同一容器体，该容器体内的上部为蒸发器11的腔室，容器体内的下部为吸收器10的腔室，蒸发器11的腔室内下部设有用于容纳冷凝工质的第二冷凝工质接收器106，第二冷凝工质接收器106的外壁与容器体的内壁之间形成第一工质蒸气通道700。第二冷凝工质接收器106内的冷凝工质通过第二冷凝工质喷淋管道18输入冷凝工质导入室120。第二冷凝工质喷淋管道18上设有工质喷淋泵33。蒸发器11与吸收器10共用同一容器体，进一步提高了性能和降低成本。容器体为圆筒容器。具有抗压性能高的特点，且结构简单。

另一方面，本发明还提供了一种热泵***的运行方法，请同时参考上述关于热泵***的说明及图6-图8，本实施例的热泵***的运行方法包括蒸发器环节、吸收器环节、发生器环节、冷凝器环节和蒸汽喷射式热泵环节，其中

蒸发器环节，工质从流经蒸发换热器的工艺余热热媒吸收工艺余热的热量并蒸发为工质蒸气，工质蒸气输送到吸收器中；

吸收器环节，吸收溶液吸收蒸发器生成的工质蒸气并释放出温度品位提升了的吸收热，工艺蒸汽冷凝水通过吸收换热器吸收所述的吸收热并产生吸收热媒蒸汽，所述吸收热媒蒸汽经引射流体入口输送至蒸汽喷射式热泵，吸收器中的吸收溶液输送到发生器中，工艺蒸汽冷凝水为工艺蒸汽在用热工艺中释放热量后形成的冷凝水；

发生器环节，第二吸收溶液喷淋装置对吸收溶液进行喷淋，使吸收溶液的细小液滴在发生器的吸收溶液闪蒸腔室中进行真空绝热闪蒸并产生工质蒸气；在闪蒸过程中吸收溶液得到蒸发浓缩和冷却；闪蒸后的吸收溶液落到吸收溶液闪蒸腔室的底部，一部分吸收溶液经第二吸收溶液喷淋泵进入设于发生器外部的发生换热器，通过发生换热器与工艺余热热媒换热以吸收工艺余热热媒的热量，升温后的吸收溶液输送到第二吸收溶液喷淋装置；一部分吸收溶液输送至吸收器内的第一吸收溶液喷淋装置进行喷淋；

冷凝器环节，通过冷凝换热器对发生器产生的工质蒸气进行冷凝并释放出冷凝热，所述冷凝热由流经冷凝换热器的冷却水带走；冷凝形成的冷凝工质经由工质管道上的工质输送泵输送至蒸发器；

蒸汽喷射式热泵环节，由工作流体入口输入的供给蒸汽与由引射流体入口输入的吸收了吸收热的工艺蒸汽冷凝水混合，产生的工艺蒸汽由压缩流体出口输出，并经由用热工艺的工艺蒸汽管道输送至用热工艺。

本发明实施例的用热工艺包括但不限于物料的蒸发浓缩工艺、蒸馏工艺、干燥工艺和干化工艺，以及气体的化学吸收工艺、物理吸收工艺和吸附工艺等，本发明的工艺余热热媒包括饱和蒸汽、过热蒸汽、湿蒸汽、含有不凝气体的蒸汽、热水、导热油以及热风等。

本发明的吸收剂选自下述LiBr，LiNO₃，LiCl或者CaCl₂中的至少一种，工质可采用H₂O。

本发明提出了在以工艺余热为驱动热源的第二类吸收式热泵子***之上融合以用热工艺的供给蒸汽与蒸汽之间的压差为驱动力的蒸汽喷射式热泵子***的热泵***以及方法。当采用本发明的热泵***时，工艺余热蒸汽的热量以及供给蒸汽的品位可以得到完全的利用，由于第二类吸收式热泵的COP通常为0.48左右，如图5所示，投入0.57吨的供给蒸汽即可提供合计1.0吨的145℃工艺蒸汽，且节能率也从原来的41％提高到43％。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种热泵***，包括由蒸发器、吸收器、发生器和冷凝器组成的第二类吸收式热泵子***，其特征在于，还包括蒸汽喷射式热泵，用热工艺的工艺余热热媒作为所述蒸发器的蒸发热媒导入蒸发换热器，蒸发器内的工质通过蒸发换热器吸收蒸发热媒的热量后蒸发为工质蒸气，吸收器内的吸收溶液吸收蒸发器产生的工质蒸气释放吸收热，用热工艺的工艺余热热媒还作为发生器的发生热媒导入发生换热器，用热工艺的工艺蒸汽冷凝水作为吸收热媒导入所述吸收器的吸收换热器，工艺蒸汽冷凝水通过吸收换热器吸收所述吸收热并产生吸收热媒蒸汽，吸收热媒蒸汽通过所述蒸汽喷射式热泵的引射流体入口导入所述蒸汽喷射式热泵，蒸汽喷射式热泵的工作流体入口与用热工艺的供给蒸汽管道相连接，蒸汽喷射式热泵的压缩流体出口与用热工艺的工艺蒸汽管道相连接。

2.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，还包括汽水分离罐，所述汽水分离罐的底部通过工艺蒸汽冷凝水导入管道与所述吸收换热器的入口相连接，所述工艺蒸汽冷凝水导入管道上设有工艺蒸汽冷凝水循环泵，吸收换热器的出口通过工艺蒸汽冷凝水导出管道与汽水分离罐的中部相连接，汽水分离罐的顶部通过吸收热媒蒸汽导出管道与所述蒸汽喷射式热泵的引射流体入口相连接，汽水分离罐的下部与用热工艺蒸汽冷凝水管道相连接。

3.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述用热工艺的工艺余热热媒作为蒸发热媒先经由蒸发热媒管道导入所述的蒸发器的蒸发换热器，经过了所述蒸发换热器的工艺余热热媒作为发生器的发生热媒再经由发生热媒管道导入所述发生器的发生换热器。

4.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述发生器包括吸收溶液闪蒸腔室、第二吸收溶液喷淋装置、第二吸收溶液喷淋管道、第二吸收溶液喷淋泵以及发生换热器，发生换热器设于吸收溶液闪蒸腔室的外部，吸收溶液闪蒸腔室内的上部设有第二吸收溶液喷淋装置，第二吸收溶液喷淋装置与设于吸收溶液闪蒸腔室外部的第二吸收溶液喷淋管道连接，第二吸收溶液喷淋管道将吸收溶液闪蒸腔室内的吸收溶液输送至第二吸收溶液喷淋装置进行喷淋，第二吸收溶液喷淋管道上设有第二吸收溶液喷淋泵，第二吸收溶液喷淋管道与发生换热器的冷流体侧连接，所述用热工艺的工艺余热热媒通过发生热媒管道导入发生换热器的热流体侧。

5.根据权利要求4所述的热泵***，其特征在于，所述发生换热器为逆流换热器。

6.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述发生器还包括固液分离装置，所述发生器的吸收溶液闪蒸腔室内的吸收溶液中的吸收剂结晶时，所述固液分离装置将所述吸收溶液分离成含有吸收剂结晶和不含吸收剂结晶的两部分，其中不含吸收剂结晶的吸收溶液经第二吸收溶液喷淋管道输送至第二吸收溶液喷淋装置，含有吸收剂结晶的吸收溶液由连接吸收器和发生器的溶液循环管道输送至吸收器内。

7.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，吸收器与发生器之间通过用于吸收溶液循环的溶液循环管道连接，所述溶液循环管道上设有节流阀和溶液换热器，所述节流阀设于自吸收器至发生器方向循环的溶液循环管道上，所述节流阀设于吸收器与所述溶液换热器之间。

8.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述蒸发换热器采用立式双降膜换热器，蒸发换热器设于吸收式蒸发器的蒸发腔室内，作为吸收式蒸发换热器的立式双降膜换热器包括：

换热管；

换热管上端板，与换热管的上端连接；

换热管下端板，与换热管的下端连接；

冷凝工质导入室，位于换热管上端板的上方，冷凝工质导入室内的冷凝工质自换热管的上端流入换热管内，并在换热管的内壁上形成内降膜；

第二冷凝工质接收器，位于换热管下端板的下方，用于容纳换热管内流出的冷凝工质；

蒸发热媒导入室，蒸发热媒导入室的顶板为换热管上端板，底板为布液孔板，布液孔板上具有用于换热管穿过的布液孔，布液孔的孔径大于换热管的外径，换热管的外壁面与布液孔板之间形成间隙，蒸发热媒通过蒸发热媒管道导入蒸发热媒导入室内，蒸发热媒通过换热管与布液孔板之间的间隙流出，并在换热管的外壁面上形成外降膜，冷凝工质吸收蒸发热媒的热量而蒸发为工质蒸气；

蒸发热媒接收室，位于换热管下端板的上方，蒸发热媒接收室用于容纳沿换热管流下的蒸发热媒，蒸发热媒接收室内的蒸发热媒通过发生热媒管道导至发生换热器。

9.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述吸收换热器采用立式双降膜换热器，所述吸收换热器设于吸收器的吸收腔室内，作为吸收换热器的立式双降膜换热器包括：

换热管；

换热管上端板，与换热管的上端连接；

换热管下端板，与换热管的下端连接；

吸收溶液导入室，位于换热管上端板的上方，吸收溶液导入室内的吸收溶液自换热管的上端流入换热管内，并在换热管的内壁上形成内降膜，同时吸收溶液吸收吸收式蒸发器产生的工质蒸气，并释放高温的吸收热；

吸收溶液接收室，位于换热管下端板的下方，用于容纳换热管内流出的吸收溶液；

吸收热媒导入室，吸收热媒导入室的顶板为换热管上端板，底板为布液孔板，布液孔板上具有用于换热管穿过的布液孔，布液孔的孔径大于换热管的外径，换热管的外壁面与布液孔板之间形成间隙，吸收热媒通过换热管与布液孔板之间的间隙流出，并在换热管的外壁面上形成外降膜，吸收热媒吸收所述吸收热的热量而蒸发为吸收热媒蒸气；

吸收热媒接收室，位于换热管下端板的上方，吸收热媒接收室用于容纳吸收热媒蒸汽及沿换热管流下的吸收热媒，用热工艺蒸汽冷凝水管道将吸收热媒导入吸收热媒接收室内，吸收热媒接收室内的吸收热媒蒸汽通过吸收热媒蒸汽导出管道导入所述蒸汽喷射式热泵的引射流体入口，吸收热媒接收室内的吸收热媒通过吸收热媒循环管道导入吸收热媒导入室，吸收热媒循环管道上设有吸收热媒循环泵。

10.权利要求1所述的热泵***的运行方法，包括蒸发器环节、吸收器环节、发生器环节、冷凝器环节和蒸汽喷射式热泵环节，其中

蒸发器环节，工质从流经蒸发换热器的工艺余热热媒吸收工艺余热的热量并蒸发为工质蒸气，所述工质蒸气输送到吸收器中；

吸收器环节，吸收溶液吸收蒸发器生成的工质蒸气并释放出温度品位提升了的吸收热，工艺蒸汽冷凝水通过吸收换热器吸收所述的吸收热并产生吸收热媒蒸汽，所述吸收热媒蒸汽经引射流体入口输送至蒸汽喷射式热泵，吸收器中的吸收溶液输送到发生器中，所述工艺蒸汽冷凝水为工艺蒸汽在用热工艺中释放热量后形成的冷凝水；

发生器环节，第二吸收溶液喷淋装置对吸收溶液进行喷淋，使吸收溶液的细小液滴在发生器的吸收溶液闪蒸腔室中进行真空绝热闪蒸并产生工质蒸气；在闪蒸过程中吸收溶液得到蒸发浓缩和冷却；闪蒸后的吸收溶液落到吸收溶液闪蒸腔室的底部，一部分吸收溶液经第二吸收溶液喷淋泵进入设于发生器外部的发生换热器，通过发生换热器与工艺余热热媒换热以吸收工艺余热热媒的热量，升温后的吸收溶液输送到第二吸收溶液喷淋装置；一部分吸收溶液输送至吸收器内的第一吸收溶液喷淋装置进行喷淋；

冷凝器环节，通过冷凝换热器对发生器产生的工质蒸气进行冷凝并释放出冷凝热，所述冷凝热由流经冷凝换热器的冷却水带走；冷凝形成的冷凝工质经由工质管道上的工质输送泵输送至蒸发器；

蒸汽喷射式热泵环节，由工作流体入口输入的供给蒸汽与由引射流体入口输入的吸收热媒蒸汽混合，产生的工艺蒸汽由压缩流体出口输出，并经由用热工艺的工艺蒸汽管道输送至用热工艺。