一种自驱动热压缩式热泵制冷方法及其装置 |
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| 申请号 | CN201410280179.0 | 申请日 | 2014-06-23 | 公开(公告)号 | CN104034083A | 公开(公告)日 | 2014-09-10 |
| 申请人 | 周永奎; 李红; | 发明人 | 周永奎; 李红; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种自驱动 热压 缩式 热 泵 制冷方法，属热泵制冷技术领域。采用 蒸汽 压缩 机，回收中压蒸汽的冷凝热用于供热，替代热压缩式热泵制冷系统的供热装置，实现了热泵制冷系统的自驱动。其优点是只需消耗少量 电能 利用制冷剂蒸汽冷凝热制取驱动蒸汽，利用系统自身循环过程中产生的热量作驱动热源，实现制冷和制热，高效节能。一般提供1000KW的制冷量， 压缩机 消耗的电能约30到70KW。本发明与传统 蒸汽压 缩式热泵制冷方法相比，省耗节约80％以上。与一般一吸收式热泵制冷方法相比，不需要中温低品位热源，也不需消耗 燃料 ，实现了自驱动，即使没有废热的地方，只需消耗极少量的电能，也可以应用，节能效果显著，为解决当今的环境问题开启了一道崭新的大 门 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种自驱动热压缩式热泵制冷方法及其装置，其特征在于：利用热压缩式热泵制冷循环的冷凝热制取高温蒸汽，作为热压缩式热泵制冷循环的驱动热源。 |
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| 说明书全文 | 一种自驱动热压缩式热泵制冷方法及其装置技术领域[0001] 本发明涉及一种自驱动热压缩式热泵制冷方法及其装置，属热泵制冷技术领域。 背景技术[0003] 蒸汽压缩式热泵制冷热力系数较高，但是必须消耗较多的电能作为驱动能源。热压缩热泵制冷(吸收式制冷或吸附式制冷)可以利用低品位热能驱动，消耗的电能较少，但热力系数较低，当没有废热可利用时，经济上并不比蒸汽压缩式制冷占多少优势，实践上并不是哪里都有废热可供利用。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种高效经济的热压缩式热泵制冷方法及装置。要解决的问题是：找寻更经济、更方便的热压缩机驱动方法及装置，提高热压缩式制冷的热力系数。 [0005] 本发明采用的技术方案：对现有热压缩式热泵制冷循环进行改进，回收制冷剂蒸汽冷凝热用作驱动热源。选用合适的工质(或工质对)作为热压缩热泵制冷的工质(工质对)，由发生器(吸附床)、蒸汽压缩机、节流减压阀、蒸发器、吸收器(或吸附床)及连接管道等组成热压缩式热泵制冷装置。采用蒸汽压缩机对热压缩的发生(或者解吸)产生的中压制冷剂蒸汽进行压缩升温至热压缩加热所需热源温度，升温后的高压制冷剂蒸汽作为热源用于对热压缩的发生器(或吸附床)进行加热，高温制冷剂蒸汽向热压缩的发生器(或者吸附床)放热，使发生器(或者吸附床)的稀溶液蒸发浓缩(或工质解吸)，产生制冷剂中压蒸汽，同时高温制冷剂蒸汽冷凝成制冷剂液体。制冷剂液体经节流减压阀减压，在蒸发器中蒸发吸热，提供低温环境，产生制冷剂蒸汽。 [0006] 也可由发生器(吸附床)、冷凝器、节流减压阀、蒸发器、吸收器(或吸附床)、蒸汽压组机等组成复合式热泵制冷装置。复合式热泵制冷装置由驱动循环和热泵制冷循环两个循环构成。有两种实现方式。一种是回收冷凝热的驱动循环，本质上也是一个热泵制冷循环，由蒸汽压缩机、用作冷凝器的发生器(或吸附床)、节流减压阀、用作蒸发器的冷凝器组成。驱动工质蒸汽经压缩机加压压缩后作为发生器(或者吸附床)的驱动热源，同时驱动工质蒸汽冷凝成驱动工质液体，驱动工质液体经节流减压阀节流减压，进入用作蒸发器的冷凝器，驱动工质液体蒸发产生驱动工质蒸汽，同时将热泵制冷工质蒸汽冷凝成热泵制冷工质液体。这种复合式热泵制冷装置中的热泵制冷循环为现有任一热压缩式热泵制冷循环。另一种是回收吸收热(或者吸附热)作驱动热源的驱动循环，本质上也是一个热泵制冷循环，由蒸汽压缩机、用作冷凝器的发生器(或者吸附床)、节流减压阀、用作蒸发器的吸收器(或者吸附床)及管道连接而成。驱动工质蒸汽经压缩机加压压缩后作为发生器(或者吸附床)的驱动热源，同时驱动工质蒸汽被发生器(或者吸附床)冷凝成驱动工质液体，驱动工质液体经节流阀节流减压后进入用作蒸发器的吸收器(或者吸附床)，驱动工质液体吸收吸收热(或者吸附热)蒸发成驱动工质蒸汽，驱动工质蒸汽进入压缩机加压压缩，开始下一循环。 [0007] 在吸收式热泵制冷中，蒸发器产生的低压制冷剂蒸汽进入吸收器中，被吸收器中的浓溶液吸收，浓溶液变成稀溶液，向环境放热，稀溶液经溶液泵泵入溶液换热器，在溶液热交换器中与从发生器流回吸收器中的浓溶液进行换热后进入发生器，开始下一循环。 [0008] 在吸附式热泵制冷中，蒸发器产生的制冷剂蒸汽在吸附床中被吸附床吸附，工质吸附在吸附剂上，向环境放热，开始下一循环。 [0009] 在吸收式热泵制冷循环中，当工质对沸点较近时，在发生器与蒸汽压缩机之间增设精馏器，对发生器产生的工质对混合蒸汽进行精馏，产生的高纯制冷剂蒸汽再进入蒸汽压缩机进行压缩。 [0010] 作热泵用途时，采用压缩机对蒸发产生的低压制冷剂蒸汽进行加压压缩，可提高吸收器(或者吸附床)的吸收(或者吸附)压力，从而提高吸收器(或者吸附床)的吸收(或者吸附)温度，以提高供热温度。 [0011] 本发明的效果：本发明回收利用了制冷剂蒸汽的冷凝潜热作为驱动热源，不需高温驱动热源，还减少了冷凝过程的冷却水消耗，只需消耗少量电能利用制冷剂蒸汽的冷凝潜热制取驱动热源。一般提供1000KW的制冷量，压缩机消耗的电能约30到70KW；此外，虽然增加了压缩过程的蒸汽压缩机，但在发生器中同时完成发生和冷凝过程，减少了专用冷凝器。本发明与传统蒸汽压缩式热泵制冷方法相比，省耗节约80％以上。与一般一吸收式热泵制冷方法相比，不需要中温低品位热源，也不需消耗燃料，实现了自驱动，即使没有废热的地方，只需消耗极少量的电能，也可以应用，节能效果显著。附图说明 [0012] 图1 自驱动吸收式热泵制冷系统示意图 [0013] 图2 设精馏塔的自驱动吸收式热泵制冷系统示意图 [0014] 图3 设低压蒸汽压缩机的自驱动吸收式热泵制冷系统示意图 [0015] 图4 自驱动吸附式热泵制冷系统示意图 [0016] 图5 复合自驱动吸收式热泵制冷系统示意图 [0017] 图6 复合设精馏塔的自驱动吸收式热泵制冷系统示意图 [0018] 图7 复合设低压蒸汽压缩机的自驱动吸收式热泵制冷系统示意图 [0019] 图8 复合自驱动吸附式热泵制冷系统示意图 [0020] 图9 吸收热驱动的复合吸收式热泵制冷系统示意图 [0021] 图10 吸收热驱动的复合设精馏塔的吸收式热泵制冷系统示意图 [0022] 图11 吸附热驱动的复合吸附式热泵制冷系统示意图 具体实施方式[0023] 自驱动吸收式热泵制冷装置如图1所示，由发生器1制冷剂端、蒸汽压缩机2、发生器1热源端、节流减压阀3、蒸发器4、吸收器5、溶液泵6、溶液换热器7及管道依次连接而成。工质对稀溶液在发生器1中被高压制冷剂蒸汽加热，产生中压制冷剂蒸汽，中压制冷剂蒸汽经蒸汽压缩机2加压升温成为高温高压制冷剂蒸汽，高压制冷剂蒸汽输入到发生器1热源端作驱动热源对稀溶液加热，自身冷凝成中压制冷剂液体，中压制冷剂液体经节流减压阀3减压，在蒸发器4中低压吸热蒸发，向环境提供低温，低压制冷剂蒸汽进入吸收器5被浓溶液吸收，向环境供热，稀溶液经溶液泵6泵入溶液换热器7与中来自于发生器1中的浓溶液换热后进入发生器1，开始下一循环。 [0024] 设精馏塔的吸收式热泵制冷系统如图2所示，由发生精馏器8制冷剂端、蒸汽压缩机2、发生精馏器8热源端、节流减压阀3、蒸发器4、吸收器5、溶液泵6、溶液换热器7、发生精馏器8及管道依次连接而成。工质对稀溶液在发生精馏器8中被高压制冷剂蒸汽加热，产生工质对混合蒸汽，工质对混合蒸汽在发生精馏器8上部的精馏塔中精馏产生中压制冷剂蒸汽，中压制冷剂蒸汽经蒸汽压缩机2加压升温成为高温制冷剂蒸汽，高温制冷剂蒸汽输入到发生精馏器8热源端作驱动热源对稀溶液加热，自身冷凝成中压制冷剂液体，中压制冷剂液体经节流减压阀3减压，在蒸发器4中低压吸热蒸发，向环境提供低温，低压制冷剂蒸汽进入吸收器5被吸收器中的浓溶液吸收，向环境供热，稀溶液经溶液泵6泵提升与来自于发生精馏器8中的浓溶液换热后进入发生精馏器8中，开始下一循环。 [0025] 设低压压缩机的吸收式热泵制冷系统如图3所示，由发生器1制冷剂端、蒸汽压缩机2、发生器1热源端、节流减压阀3、蒸发器4、低压压缩机9、吸收器5、溶液泵6、溶液换热器7、发生器1及管道依次连接而成。工质对稀溶液在发生器1中被高压制冷剂蒸汽加热，产生中压制冷剂蒸汽，中压制冷剂蒸汽经蒸汽压缩机2加压升温成为高温制冷剂蒸汽，高温制冷剂蒸汽输入到发生器1热源端对稀溶液加热，自身冷凝成中压制冷剂液体，中压制冷剂液体经节流减压阀3减压，在蒸发器4中低压吸热蒸发，向环境提供低温，低压制冷剂蒸汽经低压压缩机9加压，进入吸收器5，被吸收器5中的浓溶液吸收，向环境供热，稀溶液经溶液泵6泵入溶液换热器7，与来自于发生器1中的浓溶液换热后进入发生器1中，开始下一循环。 [0026] 自驱动间歇性吸附式热泵制冷系统如图4所示，由吸附床10制冷剂端、蒸汽压缩机2、吸附床10热源端、阀门12、储液器11、阀门13、节流减压阀3、蒸发器4、吸附床10制冷剂端及管道依次连接而成。解吸阶段，阀门12开启，阀门13关闭。工质在吸附床10中被高压制冷剂蒸汽加热解吸，产生中压制冷剂蒸汽，中压制冷剂蒸汽经蒸汽压缩机2加压升温成为高温制冷剂蒸汽，高温制冷剂蒸汽输入到吸附床10热源端作驱动热源对吸附床10加热，自身冷凝成中压制冷剂液体，中压制冷剂液体储存在储液桶11中。制冷吸附阶段，阀门12关闭，阀门13开启。储液器11中的中压制冷剂液体经节流减压阀3减压，在蒸发器4中低压吸热蒸发，向环境提供低温，低压制冷剂蒸汽进入吸附床10被吸附，接着开始下一循环。 [0027] 复合自驱动吸收式热泵制冷系统如图5所示，由驱动循环和吸收式热泵制冷循环组成，驱动循环由压缩机14、用作冷凝器的发生器1、节流减压阀16、用作蒸发器的冷凝器15、压缩机14及管道连接而成。驱动工质蒸汽经压缩机14压缩加压，产生高压驱动工质蒸汽，高压驱动工质蒸汽作驱动热源对用作冷凝器的发生器1加热，自身冷凝成驱动工质液体，驱动工质液体经节流减压阀16节流减压，进入用作蒸发器的冷凝器15，吸热蒸发，驱动工质蒸汽进入压缩机14，开始下一循环。吸收式热泵制冷循环由发生器1、冷凝器15、节流减压阀3、蒸发器4、吸收器5、溶液泵6、溶液换热器7、发生器1及管道依次连接而成。工质对稀溶液在发生器1中被驱动蒸汽加热，产生制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在冷凝器15中冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体经节流减压阀3减压，在蒸发器4中低压吸热蒸发，向环境提供低温，低压制冷剂蒸汽进入吸收器5被浓溶液吸收，向环境供热，稀溶液经溶液泵6泵入溶液换热器7与中来自于发生器1中的浓溶液换热后进入发生器1，开始下一循环。 [0028] 复合设精馏塔的自驱动吸收式热泵制冷系统如图6所示，系统由驱动循环和吸收式热泵制冷循环组成，驱动循环由压缩机14、用作冷凝器的发生精馏器8、节流减压阀16、用作蒸发器的冷凝器15、压缩机14及管道依次连接而成。驱动工质蒸汽经压缩机14压缩加压，产生高温驱动工质蒸汽，驱动工质蒸汽作驱动热源对用作冷凝器的发生精馏器8加热，自身冷凝成驱动工质液体，驱动工质液体经节流减压阀16节流减压，进入用作蒸发器的冷凝器15，吸热蒸发，驱动工质蒸汽进入压缩机14，开始下一循环。吸收式热泵制冷循环由发生精馏器8、冷凝器15、节流减压阀3、蒸发器4、吸收器5、溶液泵6、溶液换热器7及管道依次连接而成。工质对稀溶液在发生精馏器8中被驱动蒸汽加热，产生制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在冷凝器15中冷凝成冷剂液体，制冷剂液体经节流减压阀3节流减压，在蒸发器4中低压吸热蒸发，向环境提供低温，低压制冷剂蒸汽进入吸收器5被浓溶液吸收，向环境供热，稀溶液经溶液泵6泵入溶液换热器7与中来自于发生精馏器8中的浓溶液换热后进入发生精馏器8，开始下一循环。 [0029] 复合设低压蒸汽压缩机的自驱动吸收式热泵制冷系统如图7所示，系统由驱动循环和吸收式热泵制冷循环组成，驱动循环由压缩机14、用作冷凝器的发生器1、节流减压阀16、用作蒸发器的冷凝器15、压缩机14及管道连接而成。驱动工质蒸汽经压缩机14压缩加压，产生高压驱动工质蒸汽，驱动工质蒸汽作驱动热源对用作冷凝器的发生器1加热，自身冷凝成驱动工质液体，驱动工质液体经节流减压阀16节流减压，进入用作蒸发器的冷凝器 15，吸热蒸发，驱动工质蒸汽进入压缩机14，开始下一循环。吸收式热泵制冷循环由发生器 1、冷凝器15、节流减压阀3、蒸发器4、低压压缩机9、吸收器5、溶液泵6、溶液换热器7、发生器1及管道依次连接而成。工质对稀溶液在发生器1中被驱动蒸汽加热，产生制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在冷凝器15中放热冷凝成冷剂液体，制冷剂液体经节流减压阀3节流减压，在蒸发器4中低压吸热蒸发，向环境提供低温，低压制冷剂蒸汽经压缩机9加压压缩后进入吸收器5被浓溶液吸收，向环境供热，稀溶液经溶液泵6泵入溶液换热器7与中来自于发生器 1中的浓溶液换热后进入发生器1，开始下一循环。 [0030] 复合自驱动吸附式热泵制冷系统如图8所示，系统由驱动循环和吸附式热泵制冷循环构成。驱动循环由压缩机14、用用冷凝器的吸附床10、节流减压阀16、用作蒸发器的冷凝器15、压缩机14及管道依次连接而成。驱动工质蒸汽经压缩机14压缩加压，产生高压驱动工质蒸汽，驱动工质蒸汽作驱动热源对用作冷凝器的吸附床10加热，自身冷凝成驱动工质液体，驱动工质液体经节流减压阀16节流减压，进入用作蒸发器的冷凝器15，吸热蒸发，驱动工质蒸汽进入压缩机14，开始下一循环。吸附式热泵制冷循环由吸附床10、冷凝器15、阀门12、储液器11、阀门13、节流减压阀3、蒸发器4、吸附床10及管道依次连接而成。解吸阶段，阀门12开启，阀门13关闭。工质在吸附床10中被驱动蒸汽加热解吸，产生制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在冷凝器15中冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体储存在储液器11中。制冷吸附阶段，阀门12关闭，阀门13开启。储液器11中的制冷剂液体经节流减压阀3减压，在蒸发器4中低压吸热蒸发，向环境提供低温，低压制冷剂蒸汽进入吸附床10被吸附，向环境供热，接着开始下一循环。 [0031] 吸收热驱动的复合吸收式热泵制冷系统如图9所示，系统由驱动循环和吸收式热泵制冷循环组成，驱动循环由压缩机18、用作冷凝器的发生器1、节流减压阀17、用作蒸发器的吸收器5、压缩机18及管道依次连接而成。驱动工质蒸汽经压缩机18压缩加压，产生高压驱动工质蒸汽，驱动工质蒸汽作驱动热源对用作冷凝器的发生器1加热，自身冷凝成驱动工质液体，驱动工质液体经节流减压阀17节流减压，进入用作蒸发器的吸收器5，吸热蒸发，驱动工质蒸汽进入压缩机18，开始下一循环。吸收式热泵制冷循环由发生器1、冷凝器15、节流减压阀3、蒸发器4、吸收器5、溶液泵6、溶液换热器7、发生器1及管道依次连接而成。工质对稀溶液在发生器1中被驱动蒸汽加热，产生制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在冷凝器15中冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体经节流减压阀3减压，在蒸发器4中低压吸热蒸发，向环境提供低温，低压制冷剂蒸汽进入吸收器5被浓溶液吸收，向环境供热，稀溶液经溶液泵 6泵入溶液换热器7与中来自于发生器1中的浓溶液换热后进入发生器1，开始下一循环。 [0032] 复合设精馏塔的自驱动吸收式热泵制冷系统如图10所示，系统由驱动循环和吸收式热泵制冷循环组成。驱动循环由压缩机18、用作冷凝器的发生精馏器8、节流减压阀17、用作蒸发器的吸收器5、压缩机18及管道依次连接而成。驱动工质蒸汽经压缩机18压缩加压，产生高压驱动工质蒸汽，作驱动热源对用作冷凝器的发生精馏器8加热，自身冷凝成驱动工质液体，驱动工质液体经节流减压阀17节流减压，进入用作蒸发器的吸收器5吸热蒸发，驱动工质蒸汽进入压缩机18，开始下一循环。吸收式热泵制冷循环由发生精馏器 8、冷凝器15、节流减压阀3、蒸发器4、吸收器5、溶液泵6、溶液换热器7、发生精馏器8及管道依次连接而成。工质对稀溶液在发生精馏器8中被驱动蒸汽加热，产生制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在冷凝器15中冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体经节流减压阀3减压，在蒸发器4中低压吸热蒸发，向环境提供低温，低压制冷剂蒸汽进入吸收器5被浓溶液吸收，向环境供热，稀溶液经溶液泵6泵入溶液换热器7与中来自于发生精馏器8中的浓溶液换热后进入发生精馏器8，开始下一循环。 [0033] 吸附热驱动的复合吸附式热泵制冷系统如图11所标，系统由驱动循环和吸附式热泵制冷循环构成。驱动循环由压缩机18、蒸汽蓄热器22、阀门23、用作冷凝器的吸附床10、阀门19、储液器25、阀门24、节流减压阀17、用作蒸发器的吸附床10、阀门20、压缩机18及管道依次连接而成。解吸阶段，阀门23、阀门19开启，阀门24、阀门20关闭，蒸汽蓄热器 22中的高压驱动工质蒸汽，进入吸附床10作驱动热源，自身冷凝成驱动工质液体，进入储液器25储存。吸附阶段，阀门24、阀门20开启，阀门23、阀门19关闭。储液器25中的驱动工质液体经节流减压阀17节流减压，进入用作蒸发器的吸附床10吸收吸附热后蒸发，驱动工质蒸汽经压缩机18压缩加压，产生高压驱动工质蒸汽，进入蒸汽蓄热器22储存起来。 吸附式热泵制冷循环由吸附床10、冷凝器15、阀门12、储液器11、阀门13、节流减压阀3、蒸发器4、吸附床10及管道依次连接而成。解吸阶段，阀门12开启，阀门13关闭。工质在吸附床10中被驱动蒸汽加热解吸，产生制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在冷凝器15中冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体储存在储液器11中。制冷吸附阶段，阀门12关闭，阀门13开启。储液器 11中的制冷剂液体经节流减压阀3减压，在蒸发器4中吸热蒸发，向环境提供低温，低压制冷剂蒸汽进入吸附床10被吸附，开始下一循环。 |
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