一种多元多效吸收式热泵的制作方法

1.本实用新型涉及热泵技术领域，尤其是一种多元多效吸收式热泵。


背景技术：

2.热泵结构复杂、换热面积多，吸收剂和制冷剂的价格也比较贵，热源的造价太高，初投资高，费效比确实较差。比如燃气驱动的氨水型吸收式热泵发热量与低氮冷凝燃气锅炉并未显示出优势，经济效益更是低于后者。与其他燃料的供热项目经济效益相比，燃气热泵的效益更差。因此为提高热泵的能效必须对热泵进行改良和升级才可以提高热泵的效益。
3.目前对热泵的改造一般采用两效、三效等方式，采用一份高温热能分离多份原溶液，这样在重吸收过程才可以吸收更多的低温热源的热量，从而提高热泵的能效。
4.多效蒸发、多级闪蒸、机械压汽(mvr)等热能多级利用技术是海水淡化、渣水处理、石油石化等行业中常用的一种技术(对该技术不熟悉的专利代理可以搜索相关技术)，该技术在使用时一般其各级的溶液浓度并不高，因此溶液的沸点升高现象并不明显，沸点升高一般不超过5℃，因此热能在梯级利用时，在有限的温差下可以做非常多级，大大提高了能源的利用效率。较低的沸点升高，使得微过热的蒸汽在下一级中也比较容易冷却放热。
5.但是在吸收式热泵上，高浓度的溶液会产生非常高的沸点升高，以溴化锂溶液为例，其沸点一般每升高1个百分数，沸点升高1℃。溴化锂吸收式热泵为提高对水的重吸收作用，一般其溶液浓度非常高(原溶液一般不低于30％，吸收剂态为60％以上)，即采用高温热能蒸馏溴化锂溶液时的沸点升高超过60℃，极高的过热度使多效蒸发技术难以应用，两级的蒸馏压差特别大，从而在有限的温差下无法做到多效。
6.另一方面溴化锂溶液、氨水溶液在高温下对金属的腐蚀作用特别强烈，溴化锂溶液不可超过140℃，氨水溶液在达到90℃时就会产生比较强烈的碱腐蚀，会在内部腐蚀钢铁产生氢气这种不凝气体，缩短机组的寿命、降低相变传热的效率。这也是吸收式热泵无法提高循环的温度从而做到很多效的原因。


技术实现要素：

7.鉴于以上所述提出的问题，本实用新型提供一种多元多效吸收式热泵。
8.一种多元多效吸收式热泵，其包括：换热器和多级热泵循环系统，其中：
9.每级热泵循环系统均包括：蒸馏罐、回热器、减压阀、蒸发器、吸收塔和热传导件，其中：
10.蒸馏罐有原溶液，热源通入蒸馏罐并用于将蒸馏罐中的原溶液加热至饱和状态使原溶液中的制冷剂形成蒸汽；
11.蒸馏罐的出汽口通过管道与回热器的连通，蒸馏罐中的蒸汽通过管道进入回热器中并用于加热回热器中的溶液；
12.蒸发器的出液端通过减压阀与回热器连通，蒸发器的出汽端与吸收塔连通；
13.回热器的出液端通过管道与吸收塔连通，且回热器中的加热的溶液通过泵输送至吸收塔内；
14.热传导件的一部分延伸至吸收塔中且另一部分位于吸收塔外，热传导件用于将吸收塔中热量热传导至用热设备；
15.吸收塔的出液端通过管道与回热器连通，吸收塔循环的低温原溶液排至回热器中；
16.回热器的出液端通过管道与蒸馏罐的进液端连通；
17.任意相邻的两级热泵循环系统中，位于上级的热泵循环系统的回热器的出汽口通过管道与位于下级的热泵循环系统的蒸馏罐连通，并对下级的热泵循环系统提供热源；
18.位于第一级热泵循环系统的热源为外界高温热能、第一级热泵循环系统中蒸馏罐中蒸馏出的过热态蒸汽的过热热量、蒸汽被下一级蒸发器冷却后的饱和制冷剂的热量、浓缩后的原溶液的热量，外界高温热能通过换热器对第一级热泵循环系统的蒸馏罐中原溶液加热，外界高温热能除小部分用于加热原溶液外，主要用于原溶液中制冷剂的蒸发成蒸汽的热量。之所以设置成这个流程，主要是制冷剂蒸汽从饱和态蒸汽到饱和态液体的相变热较多，用于预热本级原溶液有点浪费。
19.进一步地，任意相邻的两级热泵循环系统，上级热泵循环系统中的工质对相对下级热泵循环系统中的工质对更耐高温。
20.进一步地，任意相邻的两级热泵循环系统，上级热泵循环系统的回热器的出汽端还通过加压管道与下级热泵循环系统的蒸馏罐连通，加压管道上设有气体压缩机。
21.进一步地，吸收塔为密闭式吸收塔。
22.进一步地，位于末级的热泵循环系统的回热器的出汽端连通有散热器，散热器用于对用户供热，该散热器的热量是制冷剂蒸汽从饱和态蒸汽到饱和态液体的相变热。
23.进一步地，每级热泵循环系统还包括加热组件，加热组件包括加热循环管和加热泵，加热循环管内有液体介质，加热泵安装在加热循环管上用于使液体介质在加热循环管内循环流动，加热循环管的一部分位于蒸发器内用于对蒸发器中的制冷剂加热，加热循环管的另一部分在蒸发器外部，进而加热液态的制冷剂，使其在很低的压力下重新蒸发成很低压力和较低温度的气态制冷剂，极低的压力是由吸收塔中的高浓度吸收剂吸收制冷剂形成的。
24.进一步地，风扇用于对加热循环管位于蒸发器外部的部分利用外界温度进行增温。
25.进一步地，热传导件包括循环管道，热循管的一部分位于吸收塔中，热循环管的另一部分位于吸收塔外用于对设备供热。
26.进一步地，热循环管内设有液态介质，热循环管上还设有循环泵，循环泵用于使循环管中的介质在循环管中循环流动。
27.进一步地，处于中间级的每级热泵循环系统中蒸发出来的制冷剂过热蒸汽的过热热量预热本级原溶液，而冷凝的相变潜热用于下一级热泵循环系统的原溶液蒸馏，冷凝后的制冷剂回到本级热泵循环系统继续预热本级热泵循环系统的原溶液。因为原溶液的预热是线性加热的，而蒸汽从过热态到冷凝态，有一个温度恒定且热量占比很高的饱和蒸汽到饱和液态的过程，为消除这个过程中换热的夹点大温差造成的传热损失，所以有这个蒸汽
去下一级冷凝加热下一级的过程。
28.本实用新型的有益效果是：
29.本实用新型提供一种制冷(制热)能效较高的多元多效吸收式热泵，具体体现在：
30.(1)建立高、中、低温度等多级相互独立的多效蒸发吸收式热泵，可以充分利用蒸馏过程中的蒸汽过热热量用于本级的原溶液预热，在冷凝过程中去加热下一级的蒸馏过程，饱和冷凝态的制冷剂重新回到本级循环继续预热本级的原溶液；本级制冷剂蒸汽在加热蒸发下一级的原溶液时没有温降造成的大温差，这一点也有别于海水中的多效蒸发，因为海水的多效蒸发盐溶液的浓度太低，其沸点升高太小没有利用价值，在下一级中也没有重新冷凝放热的难度，本案区别于其他多效蒸发热泵的特点，在于其他热泵均未考虑极高的沸点升高，只是将多效蒸发简单的融入吸收式热泵的蒸馏过程，技术可行度较小；
31.(2)进一步的，采用了机械压汽技术，可以在一定程度上提高本级蒸汽的压力，进而提高其冷凝温度，进一步降低了多级吸收式热泵的工作温差，在最高和最低循环温度之间可以增加级数，进一步提高系统的能效。
附图说明
32.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1是本实用新型一种实施例结构示意图。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
36.请参阅图1所示，本实用新型提供一种多元多效吸收式热泵，包括换热器1、第一级气体压缩机2
‑
3、第二级气体压缩机3
‑
3和三级热泵循环系统，三级热泵循环系统包括：第一级热泵循环系统、第二级热泵循环系统和第三级热泵循环系统，其中：
37.第一级热泵循环系统包括：第一级蒸馏罐2
‑
1、第一级回热器2
‑
2、第一级蒸发器2
‑
5、第一级减压阀2
‑
4、第一级加热组件2
‑
6、第一级吸收塔2
‑
7和第一级热传导件2
‑
8；
38.第二级热泵循环系统包括：第二级蒸馏罐3
‑
1、第二级回热器3
‑
2、第二级蒸发器3
‑
5、第二级减压阀3
‑
4、第二级加热组件3
‑
6、第二级吸收塔3
‑
7和第二级热传导件3
‑
8；
39.第三级热泵循环系统包括：第三级蒸馏罐4
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1、第三级回热器4
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2、第三级蒸发器4
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5、第三级减压阀4
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4、第三级加热组件4
‑
6、第三级吸收塔4
‑
7和第三级热传导件4
‑
8；
40.第一级热泵循环系统中的工质对相对第二级级热泵循环系统中的工质对更耐高温，第二级热泵循环系统中的工质对相对第三级级热泵循环系统中的工质对更耐高温；
41.第一级热泵循环系统的第一级回热器2
‑
2的出汽口通过管道与位于第二级的热泵循环系统的第二级蒸馏罐3
‑
1连通，并对第二级的热泵循环系统提供热源，且第一热泵循环系统的第一级回热器2
‑
2的出汽端还通过加压管道与第二级热泵循环系统的第二级蒸馏罐3
‑
1连通，第一级减压阀2
‑
4设在加压管道上并用于加压；
42.第二级热泵循环系统的第二级回热器3
‑
2的出汽口通过管道与位于第三级的热泵循环系统的第三级蒸馏罐4
‑
1连通，并对第三级的热泵循环系统提供热源，且第二热泵循环系统的第二级回热器3
‑
2的出汽端还通过加压管道与第三级热泵循环系统的第三级蒸馏罐4
‑
1连通，第二级减压阀3
‑
4设在加压管道上并用于加压：
43.第一级回热器2
‑
2具有前半区和后半区，前半区和后半区连通，高温的热能通过换热器1进入第一级蒸馏罐2
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1，将微过冷的第一级原溶液加热至过饱和(即沸腾)，使制冷剂以过热蒸汽态(沸点升高的原因)从原溶液中被蒸馏出来，过热蒸汽首先进入第一级回热器2
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2的后半区用于加热第一级回热器2
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2中的循环回来的原溶液，温度降低至饱和态后进入下一级第二级蒸馏罐3
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1冷凝放热，成为饱和液态(温度不降低)，饱和液重新回到第一级回热器2
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2中的前半区用于加热从第一级吸收塔2
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7循环回来的冷态的原溶液，过冷液态的制冷剂通过2
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4减压阀，将蒸馏区的压力降低到第一级蒸发器2
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5的蒸发压力。第一级蒸馏罐2
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1中的原溶液被蒸馏出制冷剂后剩下的显热状态的浓溶液就是吸收剂或者吸收剂和少量制冷剂的混合溶液，经过第一级回热器2
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2用于加热循环回来的原溶液后降低温度后用溶液泵喷入第一级吸收塔2
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7中，低温的吸收剂对制冷剂的吸收能力增强，使密闭的第一级吸收塔2
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7中上方空间的压力降低，通过管道和第一级蒸发器2
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5相连，并使第一级蒸发器2
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5的压力低于容器内制冷剂的蒸发压力，制冷剂吸收周围的热量成为蒸汽通过管道被吸入第一级吸收塔2
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7中。第一级加热组件2
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6包括加热循环管、鼓风扇和加热泵，加热循环管内有液体介质，加热泵安装在加热循环管上用于使液体介质在加热循环管内循环流动，加热循环管的一部分位于第一级蒸发器2
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5内用于对第一级蒸发器2
‑
5中的制冷剂加热，加热循环管的另一部分在第一级蒸发器2
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5外部，鼓风扇用于对加热循环管位于第一级蒸发器2
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5外部的部分利用外界温度进行增温，第一级加热组件2
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6将低温热源的热量不断的送入第一级蒸发器2
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5中，使第一级蒸发器2
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5中的制冷剂连续的蒸发。制冷剂蒸汽在第一级吸收塔2
‑
7中被吸收剂吸收后释放蒸汽潜热，使二者的混合溶液，即原溶液的温度升高，第一级热传导件2
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8包括循环管道，热循管的一部分位于第一级吸收塔2
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7中，热循环管的另一不问位于第一级吸收塔2
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外用于对设备供热，热循环管内设有液态介质，热循环管上还设有循环泵，循环泵用于使循环管中的介质在循环管中循环流动，第一级热传导件2
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8将吸收塔内的热量送至用热设备。第一级吸收塔2
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7中被冷却后的原溶液经过原液泵送至第一级回热器2
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2，被显热态的吸收剂和液态、蒸汽态制冷剂加热到微过冷态，之后回到第一级蒸馏罐2
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1完成一次循环。
44.第二级热泵循环系统与第一级热泵循环系统流程相同，不同点在于热源，第一级热源为外部高温热能，第二级热源为第一级的饱和态制冷剂，且第二级仅吸收第一级的饱和态制冷剂的冷凝潜热，不吸收其他热量。由于沸点升高的缘故，第一级的蒸馏蒸汽为过热温度很高的蒸汽，第二级在利用时利用的是饱和态的蒸汽，因此温度差为上一级蒸汽的过
热度，这个过热度前边叙述过，和蒸馏的浓溶液质量分数有关。全机最高循环温差为最高一级的蒸馏温度和最末一级的用户用热温度的差值，而且用户用热温度一般为定值，因此在现有技术条件下为了达到更多效的效果，需要降低级与级之间的温差，因此引入第一级气体压缩机2
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3，位于第一级回热器2
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2和第二级蒸馏罐3
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1之间，通过压汽技术，提高了制冷剂的压力和冷凝温度，进而提高了下一级的循环温度，也就缩小了级和级之间的温差，有利于在可行的最大温差下，增加几级回路。
45.第三级热泵循环系统的流程与第二级热泵循环系统基本相同，由于图中仅示范了三级，因此本级为末级吸收式热泵，第三级热泵循环系统的第三级回热器4
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2连接有散热器，其蒸气的冷凝潜热直接用于给热用户供热。
46.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用斯型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。