技术领域：

本发明属于低温余热利用与热泵/制冷技术领域。

背景技术：

由于余热介质(被制冷介质)、被加热介质和驱动热介质的参数的多样化，相应要求有不同工作参数区间的热泵流程，即需要有不同热力学参数和热力学性能的热泵/制冷机组来满足具体的需求。为了将余热温度提升得更高或能够利用更低温度的余热进行制冷，则需要采用一级以上结构与流程的热泵/制冷机组。

在吸收式热泵中，单效热泵流程的供热温度低而性能指数较高，利用单效供热流程提供的热负荷作为第二级供热流程低温热源可获得供热温度高得多的热负荷但对应着较低的性能指数。当被加热介质的初始温度适合于采用两供热端的单效第一类吸收式热泵流程而末段被加热温度超出了其供热能力时，为了获得较高的性能指数并满足被加热介质的用热需求，在热泵流程安排上就要进行这样的考虑：被加热介质的初始阶段采用相适应的两端供热的单效第一类吸收式热泵一个或两个供热端，而被加热介质的后一阶段采用供热温度更高而供热温度区间又相邻的热泵供热流程。采用单效第一类吸收式热泵中的一个供热端用于提供被加热介质的初始段热需求，利用其另一个供热端向供热温度较高的热泵供热流程提供低温热负荷，可满足被加热介质温度区间较宽的场合，并可获得相对较高的性能指数。所采用的具体技术方案就是单效第一类吸收式热泵的吸收器用于向被加热介质的低温段热需求，其发生器释放出的冷剂蒸汽用于向第二个热泵流程的吸收器提供冷剂蒸汽，第二个热泵供热流程的吸收器和冷凝器向被加热介质提供高温热需求，得到热力学参数在单效之上、具有部分单效热力学性能、以单效为第一级并具有三个供热端的两级第一类吸收式热泵。

与此相类似而又有区别的情况是，当被加热介质的温度变化区间较宽且有变化时，采用上述三供热端的热泵流程又存在着这样的问题：被加热介质温度低时，第二个热泵流程的供热负荷随之降低，导致整个热泵流程中的冷剂蒸汽减少，热泵性能指数基本不变。为了进一步发挥被加热介质温度低时第一个热泵流程具有较高性能指数的优势，增加第二冷凝器作为第一个热泵流程第二供热端，得到以单效为第一级并具有四个供热端的两级第一类吸收式热泵。

发明内容：

本发明主要目的是要提供以单效为第一级的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵，分为由一个第一级供热端、两个第二级供热端构成的三供热端液串联循环两级第一类吸收式热泵和由两个第一级供热端、两个第二级供热端构成的四供热端液串联循环两级第一类吸收式热泵。

本发明中的以单效为第一级、具有三个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵，由第一吸收器、第一发生器、第二吸收器、第二发生器、冷凝器、蒸发器、第一溶液泵、第二溶液泵、节流阀、第一溶液热交换器、第二溶液热交换器和第三溶液热交换器或再加上冷剂液再循环泵所组成——第一吸收器有稀溶液管路经第一溶液泵后或再经第一溶液热交换器、第二溶液热交换器和第三溶液热交换器连通第二发生器或再经第二溶液热交换器、第一溶液热交换器和第三溶液热交换器连通第二发生器，第二发生器还有浓溶液管路经第三溶液热交换器连通第二吸收器，第二吸收器还有稀溶液管路经第二溶液热交换器和第二溶液泵连通第一发生器，第一发生器还有稀溶液管路经第一溶液热交换器连通第一吸收器；第一发生器还有冷剂蒸汽通道连通第二吸收器，第二发生器还有冷剂蒸汽通道连通冷凝器，冷凝器还有冷剂液管路经节流阀连通蒸发器，蒸发器还有冷剂蒸汽通道连通第一吸收器；蒸发器还有余热介质管路与外部连通，第一发生器和第二发生器还分别有驱动热介质管路与外部连通，第一吸收器、冷凝器和第二吸收器还分别有被加热介质管路与外部连通；其特征在于：溶液在第一吸收器、第一溶液泵、第一溶液热交换器、第二溶液热交换器、第三溶液热交换器、第二发生器、第二吸收器、第二溶液泵、第一发生器之间形成串联循环，由第一发生器向第二吸收器提供冷剂蒸汽，第一吸收器、冷凝器和第二吸收器分别向被加热介质提供热负荷。

本发明中的以单效为第一级、具有四个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵，由第一吸收器、第一发生器、第二吸收器、第二发生器、冷凝器、蒸发器、第一溶液泵、第二溶液泵、节流阀、第一溶液热交换器、第二溶液热交换器、第三溶液热交换器、第二冷凝器和第二节流阀或再加上冷剂液再循环泵所组成——第一吸收器有稀溶液管路经第一溶液泵后或再经第一溶液热交换器、第二溶液热交换器和第三溶液热交换器连通第二发生器或再经第二溶液热交换器、第一溶液热交换器和第三溶液热交换器连通第二发生器，第二发生器还有浓溶液管路经第三溶液热交换器连通第二吸收器，第二吸收器还有稀溶液管路经第二溶液热交换器和第二溶液泵连通第一发生器，第一发生器还有稀溶液管路经第一溶液热交换器连通第一吸收器；第一发生器还有冷剂蒸汽通道分别连通第二吸收器和第二冷凝器，第二发生器还有冷剂蒸汽通道连通冷凝器，冷凝器还有冷剂液管路经节流阀连通蒸发器或连通第二冷凝器，第二冷凝器还有冷剂液管路经第二节流阀连通蒸发器，蒸发器还有冷剂蒸汽通道连通第一吸收器；蒸发器还有余热介质管路与外部连通，第一发生器和第二发生器还分别有驱动热介质管路与外部连通，第一吸收器、第二冷凝器、冷凝器和第二吸收器还分别有被加热介质管路与外部连通；其特征在于：溶液在第一吸收器、第一溶液泵、第一溶液热交换器、第二溶液热交换器、第三溶液热交换器、第二发生器、第二吸收器、第二溶液泵、第一发生器之间形成串联循环，由第一发生器分别向第二吸收器和第二冷凝器提供冷剂蒸汽，第一吸收器、第二冷凝器、冷凝器和第二吸收器分别向被加热介质提供热负荷。

在上述两种以单效为第一级的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵中，还可将第二溶液热交换器有被加热介质管路与外部连通，溶液流程所涉及部件的连接方式改为——第一吸收器有稀溶液管路经第一溶液泵、第一溶液热交换器、第三溶液热交换器连通第二发生器，第二发生器还有浓溶液管路经第三溶液热交换器连通第二吸收器，第二吸收器还有稀溶液管路经第二溶液热交换器和第二溶液泵连通第一发生器，第一发生器还有稀溶液管路经第一溶液热交换器连通第一吸收器。

附图说明：

图1是依据本发明所提供的，以单效为第一级并具有三个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵结构和流程示意图。

图2也是依据本发明所提供的，以单效为第一级并具有三个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵结构和流程示意图。

图2所示与图1所示的相比，二者之间的区别在于：图1中，第一吸收器有稀溶液管路经第一溶液泵、第一溶液热交换器、第二溶液热交换器、第三溶液热交换器连通第二发生器，第二发生器还有浓溶液管路经第三溶液热交换器连通第二吸收器，第二吸收器还有稀溶液管路经第二溶液热交换器和第二溶液泵连通第一发生器，；图2中，第一吸收器有稀溶液管路经第一溶液泵、第一溶液热交换器、第三溶液热交换器连通第二发生器，第二发生器还有浓溶液管路经第三溶液热交换器连通第二吸收器，第二吸收器还有稀溶液管路经第二溶液热交换器和第二溶液泵连通第一发生器，其中第二溶液热交换器有被加热介质管路与外部连通。

图3还是依据本发明所提供的，以单效为第一级并具有三个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵结构和流程示意图。

图3所示与图1所示的相比，二者之间的区别在于：图1中第一吸收器有稀溶液管路经第一溶液泵、第一溶液热交换器、第二溶液热交换器和第三溶液热交换器连通第二发生器，而图3中则是第一吸收器有稀溶液管路经第一溶液泵、第二溶液热交换器、第一溶液热交换器和第三溶液热交换器连通第二发生器。其目的在于利用低温稀溶液首先流经第二溶液热交换器来降低自第二吸收器流经第二溶液热交换器的稀溶液的温度。

图4是依据本发明所提供的，以单效为第一级并具有四个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵结构和流程示意图。

图5也是依据本发明所提供的，以单效为第一级并具有三个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵结构和流程示意图。

图5所示与图4所示的区别在于：图4中冷凝器有冷剂液管路经节流阀连通第二冷凝器，而图5中则是冷凝器有冷剂液管路经节流阀连通蒸发器。

图中，1-第一发生器，2-第二发生器，3-第一吸收器，4-第二吸收器，5-冷凝器，6-蒸发器，7-第一溶液泵，8-第二溶液泵，9-节流阀，10-第一溶液热交换器，11-第二溶液热交换器，12-第三溶液热交换器，13-冷剂液再循环泵，14-第二冷凝器，15-第二节流阀。

具体实施方式：

下面结合附图和实例来详细描述本发明。

图1所示的以单效为第一级并具有三个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵是这样实现的：

①结构上，它由第一吸收器、第一发生器、第二吸收器、第二发生器、冷凝器、蒸发器、第一溶液泵、第二溶液泵、节流阀、第一溶液热交换器、第二溶液热交换器、第三溶液热交换器和冷剂液再循环泵所组成；第一吸收器3有稀溶液管路经第一溶液泵7、第一溶液热交换器10、第二溶液热交换器11和第三溶液热交换器12连通第二发生器2，第二发生器2还有浓溶液管路经第三溶液热交换器12连通第二吸收器4，第二吸收器4还有稀溶液管路经第二溶液热交换器11和第二溶液泵8连通第一发生器1，第一发生器1还有稀溶液管路经第一溶液热交换器10连通第一吸收器3；第一发生器1还有冷剂蒸汽通道连通第二吸收器4，第二发生器2还有冷剂蒸汽通道连通冷凝器5，冷凝器5还有冷剂液管路经节流阀9连通蒸发器6，蒸发器6还有冷剂蒸汽通道连通第一吸收器3；蒸发器6还有余热介质管路与外部连通，第一发生器1和第二发生器2还分别有驱动热介质管路与外部连通，第一吸收器3、冷凝器5和第二吸收器4还分别有被加热介质管路与外部连通。

②流程上，自冷凝器5经节流阀9节流后的冷剂液进入蒸发器6、吸收余热成冷剂蒸汽向第一吸收器3提供，进入第一吸收器3的冷剂蒸汽被来自第一发生器1的浓溶液吸收并放热于被加热介质；第一吸收器3的稀溶液经第一溶液泵7加压后再依次流经第一溶液热交换器10、第二溶液热交换器11和第三溶液热交换器12进入第二发生器2，进入第二发生器2的稀溶液受驱动热介质的加热而释放冷剂蒸汽向冷凝器5提供，第二发生器2的浓溶液经第三溶液热交换器12进入第二吸收器4、吸收来自第一发生器1的冷剂蒸汽并放热于被加热介质，第二吸收器4的稀溶液流经第二溶液热交换器11和第二溶液泵8进入第一发生器1、在驱动热介质的加热下释放冷剂蒸汽向第二吸收器4提供，第一发生器1的浓溶液经第一溶液热交换器10进入第一吸收器3；进入冷凝器5的冷剂蒸汽放热于流经冷凝器5的被加热介质后成冷剂液，冷凝器5的冷剂液经节流阀9节流降压降温后进入蒸发器6；余热介质流经蒸发器6放热，第一吸收器3将余热温度进行第一级提升并向被加热介质提供第一级热负荷、冷凝器5和第二吸收器2共同将余热温度进行第二级提升并向被加热介质提供第二级热负荷，得到以单效为第一级并具有三个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵。

在上述流程中，第一吸收器3的低温稀溶液流经第一溶液热交换器10、第二溶液热交换器11吸热，降低第一溶液热交换器10的热交换量，可使得第二溶液泵8工作于安全的低温溶液环境中；同时，溶液串联循环方式的采用，使得第一吸收器3的稀溶液通过第一溶液热交换器10获得第一发生器1流出的高温浓溶液的热量、通过第二溶液热交换器11获得第二吸收器4流出的高温稀溶液的热量和通过第三溶液热交换器12获得第二发生器2流出的高温浓溶液的热量，这三部分热量全部随着稀溶液进入第二发生器2，从而相应地减少了第二发生器2所需高温热负荷的数量，这比进入第一发生器1更有利于提高热泵机组的性能指数。

图2所示的以单效为第一级并具有三个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵，它与图1所示的区别在于：图1中，第一吸收器3有稀溶液管路经第一溶液泵7、第一溶液热交换器10、第二溶液热交换器11、第三溶液热交换器12连通第二发生器2，第二发生器2还有浓溶液管路经第三溶液热交换器12连通第二吸收器4，第二吸收器4还有稀溶液管路经第二溶液热交换器11和第二溶液泵8连通第一发生器1；图2中，第一吸收器3有稀溶液管路经第一溶液泵7、第一溶液热交换器10、第三溶液热交换器12连通第二发生器2，第二发生器2还有浓溶液管路经第三溶液热交换器连12通第二吸收器4，第二吸收器4还有稀溶液管路经第二溶液热交换器11和第二溶液泵8连通第一发生器1，其中第二溶液热交换器11有被加热介质管路与外部连通。

在图2所示的以单效为第一级并具有三个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵中，第二吸收器4的稀溶液首先流经第二溶液热交换器11放热于被加热介质，降低温度后再流经第二溶液泵8，可使第二溶液泵8工作于安全的工作温度下。

图3所示的以单效为第一级并具有三个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵，它与图1所示的区别在于：图1中第一吸收器3有稀溶液管路经第一溶液泵7、第一溶液热交换器10、第二溶液热交换器11和第三溶液热交换器12连通第二发生器2，而图3中则是第一吸收器3有稀溶液管路经第一溶液泵7、第二溶液热交换器11、第一溶液热交换器10和第三溶液热交换器12连通第二发生器；第一吸收器3的低温稀溶液首先流经第二溶液热交换器11与第二吸收器4流经第二溶液热交换器11的高温稀溶液进行换热以降低其温度后再流经第二溶液泵8。

在图3所示的所示的以单效为第一级并具有三个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵中，第一吸收器3的低温稀溶液首先流经第二溶液热交换器11与来自第二吸收器4的高温稀溶液进行换热，使流经第二溶液泵8的溶液温度降低，以使第二溶液泵8工作于安全的工作温度下。

图4所示的以单效为第一级并具有四个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵是这样实现的：

①结构上，它由第一吸收器、第一发生器、第二吸收器、第二发生器、冷凝器、蒸发器、第一溶液泵、第二溶液泵、节流阀、第一溶液热交换器、第二溶液热交换器、第三溶液热交换器、第二冷凝器、第二节流阀和冷剂液再循环泵所组成；第一吸收器3有稀溶液管路经第一溶液泵7、第一溶液热交换器10、第二溶液热交换器11和第三溶液热交换器12连通第二发生器2，第二发生器2还有浓溶液管路经第三溶液热交换器12连通第二吸收器4，第二吸收器4还有稀溶液管路经第二溶液热交换器11和第二溶液泵8连通第一发生器1，第一发生器1还有稀溶液管路经第一溶液热交换器10连通第一吸收器3；第一发生器1还有冷剂蒸汽通道分别连通第二吸收器4和第二冷凝器14，第二发生器2还有冷剂蒸汽通道连通冷凝器5，冷凝器5还有冷剂液管路经节流阀9连通第二冷凝器14，第二冷凝器14还有冷剂液管路经第二节流阀15连通蒸发器6，蒸发器6还有冷剂蒸汽通道连通第一吸收器3；蒸发器6还有余热介质管路与外部连通，第一发生器1和第二发生器2还分别有驱动热介质管路与外部连通，第一吸收器3、第二冷凝器14、冷凝器5和第二吸收器4还分别有被加热介质管路与外部连通。

②流程上，自第二冷凝器14经第二节流阀15节流后的冷剂液进入蒸发器6、吸收余热成冷剂蒸汽向第一吸收器3提供，进入第一吸收器3的冷剂蒸汽被来自第一发生器1的浓溶液吸收并放热于被加热介质；第一吸收器3的稀溶液经第一溶液泵7加压后再依次流经第一溶液热交换器10、第二溶液热交换器11和第三溶液热交换器12进入第二发生器2，进入第二发生器2的稀溶液受驱动热介质的加热而释放冷剂蒸汽向冷凝器5提供，第二发生器2的浓溶液经第三溶液热交换器12进入第二吸收器4、吸收来自第一发生器1的冷剂蒸汽并放热于被加热介质，第二吸收器4的稀溶液流经第二溶液热交换器11和第二溶液泵8进入第一发生器1、在驱动热介质的加热下释放冷剂蒸汽分别向第二吸收器4和第二冷凝器14提供，第一发生器1的浓溶液经第一溶液热交换器10进入第一吸收器3；进入冷凝器5的冷剂蒸汽放热于流经冷凝器5的被加热介质后成冷剂液，冷凝器5的冷剂液经节流阀9节流降压降温后进入第二冷凝器14，进入第二冷凝器14的冷剂蒸汽放热于流经第二冷凝器14的被加热介质后成冷剂液，第二冷凝器14的冷剂液经第二节流阀15节流降压降温后进入蒸发器6；余热介质流经蒸发器6放热，第一吸收器3和第二冷凝器14共同将余热温度进行第一级提升并向被加热介质提供第一级热负荷、冷凝器5和第二吸收器4共同将余热温度进行第二级提升并向被加热介质提供第二级热负荷，得到单效为第一级并具有四个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵。

对于被加热介质温度变化范围宽且适合于采用图4所示的以单效为第一级并具有四个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵，在用于被加热介质温度区间宽、变化范围较大时，其具有较高的综合性能指数是这样实现的：

首先，在需要将被加热介质由初始温度加热到最高温度时，该热泵机组按照最高供热温度并满负荷运行。

其次，当被加热介质终了温度降低时，此时降低第二发生器2的驱动热负荷，一方面使得自第二发生器2进入第二吸收器4的溶液浓度降低，进而导致第二吸收器4内溶液吸收冷剂蒸汽所形成的温度降低，第二吸收器4提供给被加热介质的热负荷降低，这将同时减少了对来自第一发生器1的冷剂蒸汽的吸收；则一方面使得进入冷凝器5的冷剂蒸汽量减少，冷凝器5提供给被加热介质的热负荷减少，进而使被加热介质进入第二吸收器4时的温度降低，使得第二吸收器4的冷热介质的传热温差变大。这两方面的影响则使得第二吸收器4的热负荷变化较小，但总体上第二级对外供热负荷降低。

第三，随着第二级对外供热负荷的降低，热泵机组对余热的利用量也随之降低，则第一吸收器3的热负荷降低，被加热介质进入第二冷凝器14的温度降低，第二冷凝器14热介质——来自第一发生器1的冷剂蒸汽——与冷介质——流经第二冷凝器14的被加热介质——之间的温差加大，第二冷凝器14的热负荷增大，第一发生器1产生的冷剂蒸汽则会更多地进入第二冷凝器14内；虽然第一吸收器3吸收的冷剂蒸汽量在减少，但吸收的冷剂蒸汽由第一发生器1重新发生出来且主要满足第二冷凝器14所需，即此时在热泵机组整个供热流程中，第一级流程两个供热端负荷增大并占有全部热负荷的比例同时增大，这使得热泵机组在非最高供热温度下性能指数增大，从而使图4所示的热泵机组具有较高的综合性能指数。对第二冷凝器14采取合理及优化设计，则可使该热泵机组具有更高一些的综合性能指数。

图5所示的以单效为第一级并具有四个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵，与图4所示的相比，二者的区别在于：①结构上，图4中冷凝器5有冷剂液管路经节流阀9连通第二冷凝器14，而图5中则是冷凝器5有冷剂液管路经节流阀9连通蒸发器6。②流程上，图4中第二发生器2提供给冷凝器5的冷剂蒸汽放热于被加热介质成冷剂液后经节流阀9节流降压降温并有小量冷剂液汽化后进入第二冷凝器14，并对流经第二冷凝器14的被加热介质释放小量热负荷后又全部成为冷剂液，该部分冷剂液再经第二节流阀15节流降压降温进入蒸发器6；而图5中则是第二发生器2提供给冷凝器5的冷剂蒸汽放热于被加热介质成冷剂液后经节流阀9节流降压降温进入蒸发器6。

由以上实例可以看出，本发明提出的单效为第一级的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵，能够实现对余热温度的两级提升；针对被加热介质温度提升区间宽、终了温度较高且温度需求变化范围较宽的情况，能够充分发挥单级热泵流程性能指数高的优势，从而较大程度获得较高的节能效益；本发明中以单效为第一级并具有四个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵更具有综合性能指数高的优势，这使得本发明具有了很好的创新性、新颖性和实用性。

本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的以单效为第一级的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵具有如下的效果和优势：

①得到了其热力学效果介于单效流程与以单效流程为第一级的两级流程之间的第一类吸收式热泵机组，丰富了第一类吸收式热泵机组的类型。

②作为热泵，能够实现余热温度的两级提升，可以实现余热的深度利用。

③作为制冷机，能够降低对驱动热源的温度要求和实现对驱动热的深度利用，尤其是利用低温驱动热进行制冷时可较大程度地实现制冷效益。

④本发明中的以单效为第一级并具有四个供热端的溶液串联循环两级第一类吸收式热泵，在应用于负荷、供热温度变化范围较大的场合，可实现供热参数、供热区间与性能指数之间合理对应，并能够充分发挥单级热泵流程性能指数高的优势，从而较大程度获得较高的节能效益。