CN113757841B - 一种低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调*** - Google Patents

一种低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调***，包括发生器、第一冷凝器、蒸发器、吸收器、表冷器、第一溶液‑溶液换热器、真空再生器、第二冷凝器，第二溶液‑溶液换热器、除湿器；发生器溶液出口与真空再生器相连，作为真空再生器溶液的驱动热源，随后出真空再生器与第一溶液‑溶液换热器相连，出第一溶液‑溶液换热器后进入吸收器；低品位热先进入发生器，出发生器后进入真空再生器，实现热能的梯级利用。本发明应用在驱动热源为80℃以下的工况，可实现低品位热梯级利用，末端可实现空气的热湿解耦处理，发生器出口溶液的热量作为再生器的驱动热源，能进一步提高***性能。

Description

一种低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调***
技术领域
本发明涉及空调设备技术领域，尤其是一种低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调***。
背景技术
工业厂房中存在大量的余热，90℃以上的余热资源均能得到有效利用，其中90℃的余热可用于驱动单效吸收式制冷***，而80℃的余热资源必须采用效率较低的双级吸收式制冷，效率仅达0.4左右。因此如何高效利用80℃以下的低品位热能成为重要技术问题。
在高温高湿的工业厂房中，由于面积大，常采用工位送风的方式改善生产环境，采用传统压缩式制冷***，能耗较大，对于有热源条件的工厂，吸收式制冷***由于仅消耗一些输配泵功，耗电量非常低，成为较佳选择。对于余热资源在80℃以下的工况，将溶液除湿和吸收式制冷结合是较好的途径，使吸收式制冷只承担显热负荷，溶液除湿承担湿负荷，此种处理方式能有效提高吸收式制冷蒸发温度，***COP能保持较高水平。现有技术中，溶液除湿与吸收式制冷结合的***，热水利用温差一般为10℃左右，未能进行深度利用。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调***，以解决80℃以下低品位热难以利用、不能深度利用以及热利用效率较低的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调***，包括吸收式制冷模块、溶液除湿模块；
所述吸收式制冷模块包括发生器、第一冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器、第一溶液-溶液换热器和表冷器；所述发生器利用外来一级低品位热作为驱动热源，使制冷剂水依次经发生器、第一冷凝器、节流阀、蒸发器后进入吸收器形成制冷剂水通路；
所述吸收器将其内部的第一浓溶液利用制冷剂水蒸气稀释成第一稀溶液，所述第一溶液-溶液换热器用于对第一稀溶液经升温，所述发生器通过换热利用所述一级低品位热将升温后的第一稀溶液浓缩成第一浓溶液，其作为热源被所述溶液除湿模块利用，然后再经第一溶液-溶液换热器降温后进入所述吸收器形成第一溶液循环回路；
所述溶液除湿模块包括真空再生器、第二冷凝器、第二溶液-溶液换热器、溶液-水换热器和除湿器；所述真空再生器通过换热将其内部的第二稀溶液浓缩成第二浓溶液，其中，换热热源来自所述第一浓溶液的热量、以及所述一级低品位热放热后的二级低品位热；
所述第二溶液-溶液换热器、溶液-水换热器依次对所述第二浓溶液降温，所述除湿器利用降温后的第二浓溶液对外来空气除湿并生成第二稀溶液，所述第二溶液-溶液换热器将所述第二稀溶液的至少一部分升温后，送入所述真空再生器再生，形成第二溶液循环回路。
进一步技术方案为：
真空再生器内设有换热盘管一和换热盘管二以及喷淋管，发生器内也设置有喷淋管和盘管；
所述一级低品位热出口连接发生器的盘管进口，发生器的盘管出口连接所述换热盘管一进口，经过两级利用的低品位热源从所述换热盘管一出口排出。
发生器的用于排出第一浓溶液的浓缩液出口连接所述换热盘管二进口，换热盘管二出口连接第一溶液-溶液换热器的第一浓溶液进口，第一溶液-溶液换热器的第一浓溶液出口连接吸收器溶液进口，吸收器溶液出口通过第一溶液泵连接第一溶液-溶液换热器的第一稀溶液进口，第一溶液-溶液换热器的第一稀溶液出口连接发生器的喷淋管入口。
所述第二溶液-溶液换热器将所述第二稀溶液的一部分升温后，送入所述真空再生器再生；所述溶液-水换热器将第二稀溶液的另一部分与第二浓溶液混合并降温，然后送至所述除湿器，用于对外来空气除湿。
第二溶液-溶液换热器的第二稀溶液出口通过减压阀连接真空再生器的喷淋管进口，真空再生器的溶液出口通过第二溶液泵连接第二溶液-溶液换热器的第二浓溶液进口。
所述真空再生器的蒸气出口连接第二冷凝器进口。
所述一级低品位热为温度为70～80℃的热水，其驱动所述吸收式制冷模块的蒸发器为所述表冷器提供温度为12～18℃的高温冷水，从而对空气降温；一级低品位热放热后得到的二级低品位热的温度为55～70℃，其驱动所述溶液除湿模块去除空气的湿负荷。
具体地，除湿器的溶液出口通过一支管连接第二溶液-溶液换热器的第二稀溶液进口，通过另一支管与第二溶液-溶液换热器的第二浓溶液出口管路汇合后，与溶液-水换热器的溶液进口连接，溶液-水换热器的溶液出口与除湿器的溶液进口连接。
具体地，吸收器的制冷剂水蒸汽进口连接蒸发器的制冷剂水出口，蒸发器制冷剂入口通过节流阀与第一冷凝器出口连接，第一冷凝器进口与发生器的高温蒸汽出口连接。
具体地，所述蒸发器内设有高温冷水换热管，高温冷水换热管的冷端出口与所述表冷器入口连接，高温冷水换热管的热端进口与所述表冷器出口连接；所述表冷器用于将由除湿器除湿后的空气与高温冷水换热降温。
本发明的有益效果如下：
本发明通过将吸收式制冷与溶液除湿深度结合，对空气采用热湿解耦处理，采用吸收式制冷发生器的溶液作为溶液除湿中溶液再生的驱动热源等方式，有效降低驱动热源温度，提高***性能。具体优点如下：
1、本发明可实现热能的梯级深度利用，本发明通过使用80～70℃温区的低品位热驱动吸收式制冷模块提供12～18℃的高温冷水给空气降温，通过将70～55℃温区的低品位热驱动溶液除湿模块以去除空气的湿负荷，实现热湿解耦处理。
2、本发明将吸收式制冷模块发生器出口浓溶液用于驱动溶液除湿模块的真空再生器，发生器出口浓溶液温度可达70℃，这足以作为真空再生器的驱动热源，能有效减少热水侧耗热量，从而提高***性能。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中：1、发生器；2、第一冷凝器；3、节流阀；4、蒸发器；5、吸收器；6、第一溶液-溶液换热器；7、表冷器；8、第一溶液泵；9、第一水泵；10、真空再生器；11、第二冷凝器；12、第二水泵；13、阀门；14、第二溶液泵；15、第二溶液-溶液换热器；16、溶液-水换热器；17、除湿器；18、第三溶液泵；19、减压阀；20、换热盘管一；21、换热盘管二；
s1、浓缩液出口；s2、第一浓溶液进口；s3、第一浓溶液出口；s4、第一稀溶液进口；s5、第一稀溶液出口；s6、第二浓溶液进口s7、第二浓溶液出口；s8、第二稀溶液进口；s9、第二稀溶液出口；Z1、高温蒸汽通道；Z2、低温蒸汽通道；Z3、中温蒸汽通道；HW1、一级低品位热出口。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例的低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调***，如图I所示，包括吸收式制冷模块I、溶液除湿模块II；
吸收式制冷模块I包括发生器1、第一冷凝器2、节流阀3、蒸发器4、吸收器5、第一溶液-溶液换热器6和表冷器7；
发生器1利用外来一级低品位热作为驱动热源，使制冷剂水依次经发生器1、第一冷凝器2、节流阀3、蒸发器4后进入吸收器5形成制冷剂水通路；一级低品位热放热后的二级低品位热被溶液除湿模块II再次利用：
吸收器5将其内部的第一浓溶液利用制冷剂水蒸气稀释成第一稀溶液，第一溶液-溶液换热器6用于对第一稀溶液经升温，发生器1通过换热利用一级低品位热将升温后的第一稀溶液浓缩成第一浓溶液，其作为热源被溶液除湿模块利用，然后再经第一溶液-溶液换热器6降温后进入吸收器5形成第一溶液循环回路；
溶液除湿模块II包括真空再生器10、第二冷凝器11、第二溶液-溶液换热器15、溶液-水换热器16、除湿器17；
真空再生器10通过换热将其内部的第二稀溶液浓缩成第二浓溶液，其中，换热热源来自两部分：第一浓溶液的热量、以及一级低品位热放热后的二级低品位热；
第二溶液-溶液换热器15、溶液-水换热器16依次对第二浓溶液降温，除湿器17利用降温后的第二浓溶液对外来空气除湿并生成第二稀溶液，第二溶液-溶液换热器15将第二稀溶液的至少一部分升温后，送入真空再生器10再生，形成第二溶液循环回路。
上述实施例中，真空再生器10内设有换热盘管一20、换热盘管二21以及喷淋管；发生器1内也设置有喷淋管和盘管；
换热盘管一20和换热盘管二21分别用于输送上述两部分换热热源。
其中，外来低品位热源通路侧的连接结构：
一级低品位热出口HW1连接发生器1的盘管进口，发生器1的盘管出口连接换热盘管一20进口，经过两级利用的低品位热源从换热盘管一20出口排出。
第一溶液循环回路侧的连接结构：
发生器1的用于排出第一浓溶液的浓缩液出口s1连接换热盘管二21进口，换热盘管二21出口连接第一溶液-溶液换热器6的第一浓溶液进口s2，第一溶液-溶液换热器6的第一浓溶液出口s3连接吸收器5溶液进口，吸收器5溶液出口通过第一溶液泵8连接第一溶液-溶液换热器6的第一稀溶液进口s4，第一溶液-溶液换热器6的第一稀溶液出口s5连接发生器1的喷淋管入口。第一稀溶液喷淋在发生器1内盘管上浓缩再生，形成上述第一浓溶液。
其中，制冷剂通路侧的连接结构：
吸收器5的制冷剂水蒸汽进口连接蒸发器4的制冷剂水出口，蒸发器4制冷剂入口通过节流阀3与第一冷凝器2出口连接，第一冷凝器2进口与发生器1的高温蒸汽出口通过高温蒸汽管道Z1连接。
其中，吸收器5内设有盘管，盘管内通入循环冷却水。
其中，发生器1中的产生的高温蒸汽通过高温蒸汽管道Z1输送至第一冷凝器2中，进行冷凝。具体地，第一冷凝器2为盘管式冷凝换热器，盘管内通入循环冷却水。
上述实施例中，溶液除湿模块还包括第二冷凝器11，真空再生器10的蒸汽出口通过中温蒸汽通道Z3连接第二冷凝器11进口。
其中，第二冷凝器11为盘管式冷凝换热器，盘管内通入循环冷却水，真空再生器10中形成的中温蒸汽在第二冷凝器11通过与盘管换凝结为冷凝水，冷凝水通过第二水泵12经阀门13排出。
其中，第二溶液-溶液换热器15将第二稀溶液的一部分升温后，送入真空再生器10再生；溶液-水换热器16将第二稀溶液的另一部分与第二浓溶液混合并降温，然后送至除湿器17，用于对外来空气除湿。
其中，第二溶液循环回路侧的连接结构：
除湿器17的溶液出口通过一支管连接第二溶液-溶液换热器15的第二稀溶液进口s8，通过另一支管与第二溶液-溶液换热器15的第二浓溶液出口s7管路汇合后，与溶液-水换热器16的溶液进口连接，溶液-水换热器16的溶液出口与除湿器17的溶液进口连接。
其中，第二溶液-溶液换热器15的第二稀溶液出口s9通过减压阀19连接真空再生器10的喷淋管进口，第二稀溶液可通过在上述换热盘管一20和换热盘管二21上利用上述两部分换热热源，实现浓缩再生，生成上述第二浓溶液。
其中，真空再生器10的溶液出口通过第二溶液泵14连接第二溶液-溶液换热器15的第二浓溶液进口s6。
其中，除湿器17的溶液出口设置有第三溶液泵18，通过第三溶液泵18将第二稀溶液提升至溶液-水换热器16及第二溶液-溶液换热器15对应的进口处。
上述实施例中，蒸发器4内设有高温冷水换热管，高温冷水换热管的冷端出口与表冷器7入口连接，高温冷水换热管的热端进口与表冷器7出口连接；表冷器7用于将由除湿器17除湿后的空气与高温冷水换热降温，经除湿降温后的新风可送给用户。
其中，高温冷水换热管的冷端出口通过第一水泵9输送至表冷器7。
其中，一级低品位热为温度为70～80℃的热水，其驱动吸收式制冷模块提供的高温冷水温度为12～18℃，温度为12～18℃的高温冷水通过表冷器7对空气降温；一级低品位热放热后得到的二级低品位热的温度为55～70℃，二级低品位热用于驱动溶液除湿模块运行，使除湿器17去除空气的湿负荷。
其中，将吸收式制冷模块I的发生器1出口的第二浓溶液用于驱动溶液除湿模块II的真空再生器10，发生器1出口第二浓溶液的温度可达70℃，这足以作为真空再生器10的驱动热源，能有效减少热水侧耗热量，从而提高***性能。
本实施例的低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调***，吸收式制冷模块I形成第一溶液循环回路及制冷剂通路，溶液除湿模块II形成第二溶液循环回路，通过利用外部一级低品位热，驱动吸收式制冷模块I的制冷剂及第一溶液循环运行，通过一级低品位热放热后的二级低品位热及第一溶液驱动溶液除湿模块II的第二溶液循环运行。由于传统的溶液除湿***所需要的驱动热源温度在70℃左右，而单效吸收式制冷在输出12～18℃的高温冷水时所需的驱动热源温度为80℃左右，因此对溶液除湿模块和单效吸收式制冷模块的驱动热源进行梯级利用，末端采用热湿解耦处理的方式实现，这不仅能深度利用80℃以下的低品位热，而且能够提高热能利用效率。其中，溶液除湿采用真空再生的方式能有效提高热能利用效率，而吸收式制冷发生器出口溶液温度在70℃左右，可以进一步作为溶液除湿模块中真空再生器的驱动热源，提高***性能。具体工作流程如下：
吸收式制冷模块I的第一溶液循环流程：
第一稀溶液从吸收器5出，经过第一溶液泵8后进入第一溶液-溶液换热器6，升温后进入发生器1进行浓缩，浓缩后的第一浓溶液温度可达70℃，第一浓溶液作为溶液除湿模块II中真空再生器10的一部分驱动热源，降温后的第一浓溶液进入第一溶液-溶液换热器6进一步降温，之后进入吸收器5吸收蒸发器4蒸发出来的水蒸气形成第一稀溶液。第一溶液流向如图1中相应线路上的箭头方向所示。
吸收式制冷模块I的制冷剂循环流程：
制冷剂水在发生器1中沸腾蒸发出来，进入第一冷凝器2，蒸气通过与第一冷凝器2中的冷却水盘管换热冷凝，冷凝水通过节流阀3节流降压后进入蒸发器4，液态制冷剂水在蒸发器4中不断蒸，进入吸收器5内被第一浓溶液吸收，制冷剂水在蒸发器4中蒸发过程吸收高温冷水的热量，使其温度降低之后通入表冷器7给空气降温。制冷剂流向如图1中相应线路上的箭头方向所示。
溶液除湿模块II中的第二溶液循环流程：
离开除湿器17的一部分第二稀溶液先进入第二溶液-溶液换热器15升温，升温后的第二稀溶液由于压力较高，因此通过减压阀19降压之后送入真空再生器10，送入真空再生器10的第二稀溶液在驱动热源的加热下进行浓缩，蒸发出来的水蒸气进入第二冷凝器11冷凝成冷凝水，然后通过第二水泵12经阀门13排出，浓缩后的第二浓溶液通过第二溶液泵14进入第二溶液-溶液换热器15降温，之后与离开除湿器17的另一部分自循环的第二稀溶液混合后，经溶液-水换热器16再降温，送入除湿器17。第二溶液流向如图1中相应线路上的箭头方向所示。
外来低品位热源循环流程：
80℃左右的热水先进入发生器1驱动吸收式制冷模块I的运行，降温为70℃左右的热水进入真空再生器10驱动溶液除湿模块II的运行，温度进一步降低至55℃左右。热水流向如图1中虚线线路上的箭头方向所示。
***中的空气处理过程为新风经过除湿器17进行除湿，之后进入表冷器7进行降温，以达到热湿解耦处理的效果。
本申请中“第一溶液”、“第二溶液”、“第一稀溶液”、“第二稀溶液”、“第一浓溶液”、“第二浓溶液”等术语，是为了清楚区分两个溶液循环回路而命名的，并不指示及暗示所指的介质必须为不同的两种，同样地，其他涉及“第一”、“第二”等的命名也不能理解为对本申请技术方案的限制。

Claims (4)

1.一种低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调***，其特征在于，包括吸收式制冷模块、溶液除湿模块；
所述吸收式制冷模块包括发生器(1)、第一冷凝器(2)、节流阀(3)、蒸发器(4)、吸收器(5)、第一溶液-溶液换热器(6)和表冷器(7)；
所述发生器(1)利用外来一级低品位热作为驱动热源，使制冷剂水依次经发生器(1)、第一冷凝器(2)、节流阀(3)、蒸发器(4)后进入吸收器(5)形成制冷剂水通路；
所述吸收器(5)将其内部的第一浓溶液利用制冷剂水蒸气稀释成第一稀溶液，所述第一溶液-溶液换热器(6)用于对第一稀溶液经升温，所述发生器(1)通过换热利用所述一级低品位热将升温后的第一稀溶液浓缩成第一浓溶液，其作为热源被所述溶液除湿模块利用，然后再经第一溶液-溶液换热器(6)降温后进入所述吸收器(5)形成第一溶液循环回路；
所述溶液除湿模块包括真空再生器(10)、第二冷凝器(11)、第二溶液-溶液换热器(15)、溶液-水换热器(16)和除湿器(17)；
所述真空再生器(10)通过换热将其内部的第二稀溶液浓缩成第二浓溶液，其中，换热热源来自所述第一浓溶液的热量、以及所述一级低品位热放热后的二级低品位热；
所述第二溶液-溶液换热器(15)、溶液-水换热器(16)依次对所述第二浓溶液降温，所述除湿器(17)利用降温后的第二浓溶液对外来空气除湿并生成第二稀溶液，所述第二溶液-溶液换热器(15)将所述第二稀溶液的至少一部分升温后，送入所述真空再生器(10)再生，形成第二溶液循环回路；
真空再生器(10)内设有换热盘管一(20)和换热盘管二(21)以及喷淋管，发生器(1)内也设置有喷淋管和盘管；
一级低品位热出口(HW1)连接发生器(1)的盘管进口，发生器(1)的盘管出口连接所述换热盘管一(20)进口，经过两级利用的低品位热源从所述换热盘管一(20)出口排出；
发生器(1)的用于排出第一浓溶液的浓缩液出口(s1)连接所述换热盘管二(21)进口，换热盘管二(21)出口连接第一溶液-溶液换热器(6)的第一浓溶液进口(s2)，第一溶液-溶液换热器(6)的第一浓溶液出口(s3)连接吸收器(5)溶液进口，吸收器(5)溶液出口通过第一溶液泵(8)连接第一溶液-溶液换热器(6)的第一稀溶液进口(s4)，第一溶液-溶液换热器(6)的第一稀溶液出口(s5)连接发生器(1)的喷淋管入口；
所述第二溶液-溶液换热器(15)将所述第二稀溶液的一部分升温后，送入所述真空再生器(10)再生；所述溶液-水换热器(16)将第二稀溶液的另一部分与第二浓溶液混合并降温，然后送至所述除湿器(17)，用于对外来空气除湿。
2.根据权利要求1所述的低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调***，其特征在于，第二溶液-溶液换热器(15)的第二稀溶液出口(s9)通过减压阀(19)连接真空再生器(10)的喷淋管进口，真空再生器(10)的溶液出口通过第二溶液泵(14)连接第二溶液-溶液换热器(15)的第二浓溶液进口(s6)。
3.根据权利要求1所述的低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调***，其特征在于，所述真空再生器(10)的蒸气出口连接第二冷凝器(11)进口。
4.根据权利要求1所述的低品位热梯级驱动热湿解耦处理空调***，其特征在于，所述一级低品位热为温度为70～80℃的热水，其驱动所述吸收式制冷模块的蒸发器(4)为所述表冷器(7)提供温度为12～18℃的高温冷水，从而对空气降温；一级低品位热放热后得到的二级低品位热的温度为55～70℃，其驱动所述溶液除湿模块去除空气的湿负荷。
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