一种低温热源驱动第二类吸收式热泵装置的制作方法

1.本发明涉及余热回收技术领域，尤其涉及一种低温热源驱动第二类吸收式热泵装置。


背景技术：

2.现有技术中的第二类吸收式热泵利用化工厂、钢铁厂、发电厂等排出的废余热，约70℃左右的废余热热源制取约90℃左右的热水，为各大厦及居住小区等提供供暖，或为工业生产提供工艺热水。
3.但是，温度较低的35℃至65℃以下的废热却找不到高效利用的装置和途径，被直接通过冷却塔或烟囱排放掉。因此，利用工厂废弃的30℃左右的废热作为第二类吸收式热泵的热源，温升20℃以上，生产约60℃的热水作为生活热水、供暖热或工艺热水将大幅节约一次能源消耗的费用开支，对于环境污染防治和消费者来说，有减少排放和降低热成本的多重效果。
4.现有技术中，第二类吸收式热泵利用约70℃左右的废热作为热源，产生约90℃左右的使用侧热水，为各大厦及办公室、商场、居住小区等提供供暖热或生产工艺热水。
5.参见图1所示，在高压力侧设置蒸发器20和吸收器13，在低压侧由冷凝器40和发生器30、吸收器13和发生器30中完成换热的浓溶液和稀溶液相互换热的溶液换热器组成。发电站或化工厂以及钢铁厂等产生的废热进入发生器30，从吸收器流入溶液换热器52，与浓溶液换热后温度降低的稀溶液换热，产生制冷剂蒸汽，然后温度降低，再流入到蒸发器20。产生的制冷剂蒸汽流入冷凝器40。流入蒸发器20的热源水b1与蒸发器20内制冷剂液换热后产生制冷剂蒸汽，流出和废弃，产生的制冷剂蒸汽流入吸收器13。冷凝器40中有冷却水d1流入并冷凝从发生器30流入的制冷剂蒸汽，冷却水d1温度上升后流出。
6.吸收器13有用于供暖或热水的温度较低的使用侧热水a1流入，并从发生器30流出，在溶液换热器52中与稀溶液换热，以与温度升高的浓溶液换热。 浓溶液吸收从蒸发器20流入的制冷剂蒸气，浓度降低，吸收制冷剂蒸气，释放吸收热至使用侧热水a1中，使用侧热水a1出口温度升高，并将该使用侧热水a1用于生活热水、供暖或工艺热。
7.吸收液流量: 发生器30
→
溶液换热器52
→
吸收器13
→
溶液换热器52
→
发生器30；制冷剂流:发生器30
→
冷凝器40
→
蒸发器20
→
吸收器13；热源水流b1:发生器30
→
蒸发器20；冷却水流量d1:冷凝器40；使用侧热水a1流向:吸收器13。
8.结合上述现有技术的工艺，本领域的技术人员有必要研发一种能够利用工厂废弃的30℃左右的废热作为第二类吸收式热泵的热源，温升20℃以上，生产约60℃的热水作为生活热水、供暖热或工艺热水的第二类吸收式热泵装置。


技术实现要素：

9.本发明提供了一种使发电厂及化工厂及钢铁厂等高耗能企业在生产过程中产生并废弃的低温废热，在装置中有足够温差条件下让溴化锂构成水份充分气化产生相变和吸收热量，根据梯度压力和浓度变化，采用小温差和向流方式实现多级换热，在系统运行中尽可能杜绝现有技术装置蒸发过程的冷凝显现，使溴化锂放热和系统热转换性能显著提高，让使用侧进水温度在出口有较大升温，使工业废热再生能源化，工业企业在节能减排过程中为工艺环节或用户低成本获得生活、生产工艺热的低温热源驱动第二类吸收式热泵装置。
10.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明的低温热源驱动第二类吸收式热泵装置，该装置包括：集成于所述装置内的吸收器组；以及集成于所述装置内的发生器组；所述装置沿其长度方向划分出多个压力区域和浓度区域；该装置还包括：与所述吸收器组连接的蒸发器组；以及与所述发生器组连接的冷凝器组；所述吸收器组内设置有第一溶液换热器，所述发生器组设置有第二溶液换热器。
11.进一步的，所述装置沿其长度方向划分为四个梯度的压力区域；所述吸收器组根据四个梯度的压力区域分为第一吸收器、第二吸收器、第三吸收器和第四吸收器；所述吸收器组根据在40wt%libr至52wt%libr浓度下的工作情况配置为：所述第一吸收器为高压吸收器，所述第二吸收器为中高压吸收器，所述第三吸收器为中低压吸收器，所述第四吸收器为低压吸收器；所述蒸发器组与所述吸收器组匹配地被配置为四个蒸发器，分别为第一蒸发器、第二蒸发器、第三蒸发器、第四蒸发器；所述第一蒸发器为高压蒸发器，所述第二蒸发器为中高压蒸发器，所述第三蒸发器为中低压蒸发器，所述第四蒸发器为低压蒸发器；所述吸收器组和所述蒸发器组构成第一箱体；所述第一溶液换热器集成于所述第一箱体内。
12.进一步的，在相同压力状态下，40wt%libr至52wt%libr浓度划分为四个梯度的浓度区域；所述发生器组根据四个梯度的浓度区域分为第一发生器、第二发生器、第三发生器和第四发生器；所述第一发生器为高浓度发生器，所述第二发生器为中高浓度发生器，所述第三发生器为中低浓度发生器，所述第四发生器为低浓度发生器；所述冷凝器组包括第一冷凝器、第二冷凝器、第三冷凝器和第四冷凝器；所述发生器组合所述冷凝器组构成第二箱体；所述第二溶液换热器集成于所述第二箱体内。
13.进一步的，热源水分为两条分支，分别为与所述发生器组连通的发生器热源水、以
及与所述蒸发器组连通的蒸发器热源水；所述第一箱体引入使用侧热水；所述第二箱体引入冷却水；所述发生器热源水的流向与所述冷却水的流向相向；所述蒸发器热源水的流向与所述使用侧热水的流向相向。
14.在上述技术方案中，本发明提供的一种低温热源驱动第二类吸收式热泵装置，具有以下有益效果：本发明的装置吸收式热泵工作构成将蒸发器和吸收器分别分隔为四个压力梯度，从而使蒸发器的压力和吸收器的吸收液浓度及吸收液构造成温度不间断链接，互不间隔，使吸收液浓度在每个压力段差拉开了差别，使热源水的热量被提取更充分、根据生产工艺要求可以更低。
15.而冷凝器和发生器则以相同压力进行发生器侧热源水配置成即使入口温度较低也可换热，并且第一溶液换热器和第二溶液换热器安装在下部，组成了溶液温度流顺序换热，提高浓溶液换热温度，使其性能提高。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为现有技术中第二类吸收式热泵机组系统原理图；图2为本发明实施例提供的低温热源驱动第二类吸收式热泵装置的配置杜林线图；图3为本发明实施例提供的低温热源驱动第二类吸收式热泵装置的系统原理图。
18.附图标记说明：10、第一吸收器；11、第二吸收器；12、第三吸收器；13、第四吸收器；20、第四蒸发器；21、第三蒸发器；22、第二蒸发器；23、第一蒸发器；30、第一发生器；31、第二发生器；32、第三发生器；33、第四发生器；40、第一冷凝器；41、第二冷凝器；42、第三冷凝器；43、第四冷凝器；50、第一溶液换热器；51、第二溶液换热器；a1、使用侧热水；b1、热源水；b10、发生器热源水；b11、蒸发器热源水；d1、冷却水。
具体实施方式
19.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
20.参见图2至图3所示；本发明的低温热源驱动第二类吸收式热泵装置，该装置包括：
集成于装置内的吸收器组；以及集成于装置内的发生器组；装置沿其长度方向划分出多个压力区域和浓度区域；该装置还包括：与吸收器组连接的蒸发器组；以及与发生器组连接的冷凝器组；吸收器组内设置有第一溶液换热器50，发生器组设置有第二溶液换热器51。
21.优选的，本实施例的装置沿其长度方向划分为四个梯度的压力区域；吸收器组根据四个梯度的压力区域分为第一吸收器10、第二吸收器11、第三吸收器12和第四吸收器13；吸收器组根据在40wt%libr至52wt%libr浓度下的工作情况配置为：第一吸收器10为高压吸收器，第二吸收器11为中高压吸收器，第三吸收器12为中低压吸收器，第四吸收器13为低压吸收器；蒸发器组与吸收器组匹配地被配置为四个蒸发器，分别为第一蒸发器23、第二蒸发器22、第三蒸发器21、第四蒸发器20；第一蒸发器23为高压蒸发器，第二蒸发器22为中高压蒸发器，第三蒸发器21为中低压蒸发器，第四蒸发器20为低压蒸发器；吸收器组和所述蒸发器组构成第一箱体；第一溶液换热器50集成于第一箱体内。
22.在相同压力状态下，40wt%libr至52wt%libr浓度划分为四个梯度的浓度区域；发生器组根据四个梯度的浓度区域分为第一发生器30、第二发生器31、第三发生器32和第四发生器33；第一发生器30为高浓度发生器，第二发生器31为中高浓度发生器，第三发生器32为中低浓度发生器，第四发生器33为低浓度发生器；冷凝器组包括第一冷凝器40、第二冷凝器41、第三冷凝器42和第四冷凝器43；发生器组合冷凝器组构成第二箱体；第二溶液换热器51集成于第二箱体内。
23.本装置系统的结构包括吸收器组（分为第一吸收器10、第二吸收器11、第三吸收器12和第四吸收器13）、蒸发器组（分为第一蒸发器23、第二蒸发器22、第三蒸发器21和第四蒸发器20）、发生器组（分为第一发生器30、第二发生器31、第三发生器32和第四发生器33）、冷凝器组（分为第一冷凝器40、第二冷凝器41、第三冷凝器42和第四冷凝器43），在不分离冷凝器的情况下，在一个装置上按照装置长度方向划分压力区域和浓度区域，随着蒸发器组压力的上升，吸收液的饱和温度升高，通过将吸收液的浓度和温度的流动方向与热源水b1和使用侧热水a1以及冷却水d1的流动方向组成完整的向流换热机构，使热源水b1与使用侧热水a1的温差相差较大，热源水b1流量和使用侧热水a1流量较小，从而使循环泵耗电量及容量较小；使用使用侧热水a1 在以更高的高温温度生产出口温度的同时，取消外部辅助附着的溶液换热器，在装置内部的吸收器组和发生器组下部设置分别第一溶液换热器50、第二溶液换热器51，以配合吸收液的浓度和温度流动，使之无温度间隙连续小温差多级换热，以此提高第一溶液换热器50、第二溶液换热器51的热交换效率来提高装置性能，提供相对使
用侧进水温度较高的升温出水温度，并将热源水b1和使用侧热水a1以及冷却水d1流量调控在较小范围。
24.低温热源驱动第二类吸收式热泵是在低温（35℃）状态下实现溴化锂的有效蒸发和吸热，以最大温差形式满足生产工艺水的冷热要求，以及以更低温度形式回水或排泄，实现废余热超低温排放和无明显新增能耗的冷热再制造。
25.热源水b1分为两条分支，分别为与发生器组连通的发生器热源水b10、以及与蒸发器组连通的蒸发器热源水b11；第一箱体引入使用侧热水a1；第二箱体引入冷却水d1；发生器热源水b10的流向与冷却水d1的流向相向；蒸发器热源水b11的流向与使用侧热水a1的流向相向。
26.其中，更为具体的是：第四发生器33与从第二溶液换热器51开始流入第二溶液换热器51的稀溶液在第三发生器32中换热且温度降低的发生器热源水b10流入并换热使稀溶液加热，从而产生高于相当于饱和压力的吸收液温度的过热制冷剂蒸气发生。此时，流入的稀溶液流入高于相当于第一冷凝器40压力的饱和温度。另一方面，产生的制冷剂蒸气流入第一冷凝器40，由冷却水d1冷凝，产生制冷剂蒸气，温度降低的发生器热源水b10被丢弃或在化工厂、钢铁厂、发电厂等处达到工艺温度回收。
27.第三发生器32与从第四发生器33流入的中稀溶液在第二发生器31中换热且温度降低的发生器热源水b10流入并换热，使中稀溶液加热，从而产生高于相当于饱和压力的吸收液温度的过热制冷剂蒸汽。此时，流入的中稀溶液在相当于第二冷凝器41压力的饱和温度下流入。另一方面，产生的制冷剂蒸气流入第二冷凝器41，由冷却水d1冷凝，产生制冷剂蒸气并使温度降低的发生器热源水b10流出第四发生器33。
28.第二发生器31与从第三发生器32流入的中浓溶液在第一发生器30中换热，并且温度降低的发生器热源水b10流入并换热，使中浓溶液加热，从而产生高于相当于饱和压力的吸收液温度的过热制冷剂蒸汽。此时，流入的中浓溶液在相当于第三冷凝器42压力的饱和温度下流入。另一方面，产生的制冷剂蒸气流入第三冷凝器42，由冷却水d1冷凝，产生制冷剂蒸气并使温度降低的发生器热源水b10流出第三发生器32。
29.第一发生器30由从第二发生器31流入的浓溶液和利用废热的发生器热源水b10入，换热加热浓溶液，产生高于相当于饱和压力的吸收液温度的过热制冷剂蒸汽。此时，流入的浓溶液进入相当于第四冷凝器43压力的饱和温度。另一方面产生的制冷剂蒸气流入第四冷凝器43，被冷凝在冷却水d1中，产生制冷剂蒸气且温度降低的发生器热源水b10流出第二发生器31。
30.冷凝器使由第四发生器33、第三发生器32、第二发生器31和第一发生器30产生的过热制冷剂蒸气通过冷却水d1冷凝。冷凝的制冷剂液分别流出到第一蒸发器23、第二蒸发器22、第三蒸发器21和第四蒸发器20。冷却水d1从过热制冷剂蒸气温度较低的第一冷凝器40开始流入，并按温度较高的顺序流出。
31.第一蒸发器23将从第四冷凝器43流入的制冷剂液与利用废热的蒸发器热源水b11进行热交换，使制冷剂液在饱和温度状态下加热，产生制冷剂蒸汽。另一方面，产生的制冷
剂蒸气在第一吸收器10中被从第一溶液换热器50流入的浓溶液吸收。产生制冷剂蒸气且温度降低的蒸发器热源水b11流出到第二蒸发器22。
32.第二蒸发器22将从第三冷凝器42流入的制冷剂液与从第一蒸发器23流入的蒸发器热源水b11进行热交换，使制冷剂液在饱和温度状态下加热，产生制冷剂蒸汽。另一方面，产生的制冷剂蒸气在第二吸收器11中被从第一吸收器10流入的重浓溶液吸收。产生制冷剂蒸气且温度降低的蒸发器热源水b11流出到第三蒸发器21。
33.第三蒸发器21将从第二冷凝器41流入的制冷剂液与从第二蒸发器22流入的蒸发器热源水b11进行热交换，使制冷剂液在饱和温度状态下加热，产生制冷剂蒸汽。另一方面，产生的制冷剂蒸气在第三吸收器12中被从第二吸收器11流入的中稀溶液吸收。 产生制冷剂蒸气且温度降低的蒸发器热源水b11流出到第四蒸发器20。
34.第四蒸发器20将从第一冷凝器40流入的制冷剂液与从第三蒸发器21流入的蒸发器热源水b11进行热交换，使制冷剂液在饱和温度状态下加热，产生制冷剂蒸汽。另一方面产生的制冷剂蒸气在第四吸收器13中被从第三吸收器12流入的稀溶液吸收。 产生制冷剂蒸气、温度降低的蒸发器热源水b11要么被丢弃，或按化工厂、钢铁厂或发电厂工业要求回水。
35.第一吸收器10在第一溶液换热器50中，由在第一吸收器10中完成换热并聚集在第一吸收器10下部的低于与稀溶液换热的饱和压力相当的浓溶液温度的过冷浓溶液流入。流入的浓溶液吸收了第一蒸发器23产生的具有饱和压力的制冷剂蒸气，使吸收液浓度降低，吸收液温度随沸点上升而升高。另一方面第一吸收器10换热器内部有使用侧热水a1流过，将提高的吸收液温度的热量吸入使用侧热水a1温度升高，被抢热的吸收液继续吸收制冷剂蒸气至第一溶液换热器50的下部，浓度继续降低，吸收液温度持续升高，结束吸收且浓度降低的稀溶液从第一吸收器10下部与浓溶液换热后流出到第二吸收器11。使用侧热水a1在第一吸收器10换热器中与吸收液进行热交换，使温度升高后流出使用侧，用于生活或生产热力使用。
36.第二吸收器11在第一吸收器10中完成换热并聚集在第一吸收器10下部的中浓溶液与从第一溶液换热器50流入的浓溶液进行换热后，第一吸收器10下部的中浓溶液流入。此时，中浓溶液是高于相当于第二蒸发器22饱和压力的中浓溶液饱和温度的过热中浓溶液，cop上升。流入的中浓溶液吸收第二蒸发器22产生的饱和压力的制冷剂蒸气，使吸收液浓度降低，吸收液温度随沸点升高而升高。另一方面第二吸收器11换热器内部有使用侧热水a1流过，将上升的吸收液温度的热量吸入使用侧热水a1温度升高，被抢热的吸收液继续吸收制冷剂蒸气至换热器11第一下部，浓度继续降低，吸收液温度持续升高。结束吸收且浓度降低的中稀溶液从第二吸收器11下部与浓溶液换热后流出到第三吸收器12。使用侧热水a1在第一吸收器10换热器中与吸收液换热，使温度升高后流出第一吸收器10侧。
37.第三吸收器12在第二吸收器11完成换热并聚集在第二吸收器11下部的中稀溶液和从第一溶液换热器50流入的浓溶液进行换热后，第二吸收器11下部的中稀溶液流入。此时，中稀溶液是高于相当于第三蒸发器21饱和压力的中稀溶液饱和温度的过热的重浓溶液，cop上升。流入的中稀溶液吸收第三蒸发器21产生的饱和压力的制冷剂蒸气，使吸收液浓度降低，吸收液温度随沸点升高而升高。另一方面第三吸收器12换热器内部有使用侧热水a1流过，将上升的吸收液温度的热量吸入使用侧热水a1温度升高，被抢热的吸收液继续
吸收制冷剂蒸汽至第一溶液换热器50下部，浓度不断降低，吸收液温度持续升高。 结束吸收且浓度降低的稀溶液从第三吸收器12下部与浓溶液换热后流出到第四吸收器13。使用侧热水a1在第三吸收器12换热器中与吸收液换热，使温度升高后流出第二吸收器11侧。
38.第四吸收器13在第三吸收器12完成换热并汇集到第三吸收器12下部的稀溶液和从第一溶液换热器50流入的浓溶液进行换热后，第三吸收器12下部的稀溶液流入。此时，稀溶液是高于相当于第四蒸发器20饱和压力的稀溶液饱和温度的过热稀溶液，cop上升。流入的稀溶液吸收了第四蒸发器20产生的具有饱和压力的制冷剂蒸气，使吸收液浓度降低，吸收液温度随沸点上升而升高。另一方面第四吸收器13换热器内部有使用侧热水a1流过，将提高的吸收液温度的热量吸入使用侧热水a1温度升高，被抢热的吸收液继续吸收制冷剂蒸汽至第一溶液换热器50下部，浓度不断降低，吸收液温度持续升高。结束吸收且浓度降低的稀溶液从第四吸收器13下部与浓溶液换热后流出到第二溶液换热器51。另一方面，在使用侧供热处供暖且温度降低的使用侧热水a1在第四吸收器13换热器中与吸收液换热，使温度升高后流出第三吸收器12侧。
39.第一溶液换热器50包括:从第一发生器30流出的浓溶液在第一吸收器10、第二吸收器11、第三吸收器12、第四吸收器13中换热并与下部掉落的稀溶液按温度较低的顺序换热并流入第一吸收器10。
40.第二溶液换热器51包括:从第四吸收器13流出的稀溶液在第一发生器30、第二发生器31、第三发生器32、第四发生器33换热并与下部下降的浓溶液按温度高的顺序换热并流入第四发生器33。
41.使用测热水a1流向顺序:第四吸收器13
→
第三吸收器12
→
第二吸收器11
→
第一吸收器10。
42.发生器热源水b10流动顺序:第四发生器33
→
第三发生器32
→
第二发生器31
→
第一发生器30。
43.蒸发器热源水b11流动顺序:第一蒸发器23
→
第二蒸发器22
→
第三蒸发器21
→
第四蒸发器20。
44.冷却水d1流动顺序:第一冷凝器40
→
第二冷凝器41
→
第三冷凝器42
→
第四冷凝器43。
45.制冷剂流动顺序:发生器组
→
冷凝器组
→
蒸发器组
→
吸收器组
→
发生器组。
46.吸收液流动顺序:第四发生器33
→
第三发生器32
→
第二发生器31
→
第一发生器30
→
第一溶液换热器50
→
第一吸收器10
→
第二吸收器11
→
第三吸收器12
→
第四吸收器13
→
第二溶液换热器51
→
第四发生器33 。
47.本实施例的装置中，热源水b1、使用侧热水a1、冷却水d1和溶液循环泵的耗电量，只相当于输出功率的二十分之一至二十五分之一，cop值高达20以上，机组运行过程可以最大限度提取工艺废热，全部实现工业废热超低温排放以及直接满足工艺回水温度的要求。
48.在上述技术方案中，本发明提供的一种低温热源驱动第二类吸收式热泵装置，具有以下有益效果：本发明的装置利用丢弃的工业低温废热驱动溴化锂蒸发和吸热，以上述装置构成
了能够实现中高温热水生产的低功耗制造系统，实质是实现了工业低温废热再生能源化的装备化和专项工业装备系数。大量装备该装置，充分回收和利用发电站、钢铁厂、化工厂及各类高耗能企业的工业废热，不仅可以让全社会大规模的节约一次能源消耗，减少数以十亿吨计的二氧化碳，而且可以优化工业制成品工艺结构和水平的基础上，更进一步的降低生产综合成本。
49.本发明的装置吸收式热泵工作构成将蒸发器和吸收器分别分隔为四个压力梯度，从而使蒸发器的压力和吸收器的吸收液浓度及吸收液构造成温度不间断链接，互不间隔，使吸收液浓度在每个压力段差拉开了差别，使热源水的热量被提取更充分、根据生产工艺要求可以更低。
50.而冷凝器和发生器则以相同压力进行发生器侧热源水配置成即使入口温度较低也可换热，并且第一溶液换热器和第二溶液换热器安装在下部，组成了溶液温度流顺序换热，提高浓溶液换热温度，使其性能提高。
51.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。