一種能源塔型吸收式冷熱水機組的制作方法
【專利摘要】一種能源塔型吸收式冷熱水機組，屬于供熱空調(diào)領(lǐng)域。該機組包括吸收式制冷熱泵機組、能源塔和載冷劑再生裝置，即將吸收式制冷熱泵機組與能源塔和載冷劑再生裝置結(jié)合。冬季，熱能或燃料驅(qū)動的吸收式冷熱水機組運行供熱功能，通過能源塔與空氣傳熱傳質(zhì)提取低品位熱能，實現(xiàn)了供熱一次能源效率的顯著提高；夏季，切換成吸收式制冷模式，并向能源塔排熱，通過熱能或燃料制冷的方式有效減小電網(wǎng)負(fù)荷。能源塔投資小，且冬季從空氣中取熱不會出現(xiàn)結(jié)霜，保障了供熱的可靠性和連續(xù)性。利用自身排煙或者熱泵冷凍方法，實現(xiàn)了載冷劑的連續(xù)再生、減少了載冷劑用量，還大大降低了載冷劑再生能耗。本發(fā)明用于冬季供熱夏季供冷，具有明顯的節(jié)能減排效果。
【專利說明】一種能源塔型吸收式冷熱水機組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能源塔型吸收式冷熱水機組，冬季能源塔從低溫高濕空氣中取熱，提高供熱系統(tǒng)的一次能源效率，夏季能源塔向空氣中排放吸收和冷凝熱，通過熱能或燃料制冷的方式有效減小電網(wǎng)負(fù)荷。能源塔投資小，且冬季從空氣中取熱不會出現(xiàn)結(jié)霜，保障了供熱的可靠性和連續(xù)性，并可通過多種節(jié)能手段實現(xiàn)溶液連續(xù)再生。該技術(shù)特別適用于冬季供熱夏季供冷，且燃料供應(yīng)充足的地區(qū)，屬于供熱空調(diào)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]供熱空調(diào)能耗很大，近年來由于城市大量使用電制冷空調(diào)而出現(xiàn)電網(wǎng)壓力劇增，甚至很多地方不得不采取拉閘限電來緩解電力供應(yīng)不足的問題。熱能或燃料驅(qū)動型供熱空調(diào)系統(tǒng)由于耗電很少、能有效緩解電網(wǎng)壓力而得到了越來越多的重視。目前很多天然氣供應(yīng)商均希望夏季供冷用天然氣，并出臺了相關(guān)的鼓勵措施，以提高夏季天然氣管道的負(fù)荷率。因此，如果能夠推出燃氣驅(qū)動的供熱空調(diào)系統(tǒng)，不僅能夠享受天然氣供應(yīng)商的優(yōu)惠政策，還能有效降低電網(wǎng)負(fù)荷。
[0003]目前應(yīng)用較廣泛的燃料驅(qū)動型供熱空調(diào)系統(tǒng)的形式主要包括:鍋爐驅(qū)動型吸收式制冷機，夏天用鍋爐驅(qū)動吸收式制冷機進行供冷，冬季用鍋爐直接供熱，有全年生活熱水需求的也可以用鍋爐來滿足；直燃型吸收式冷熱水機組，夏季運行燃料制冷模式進行供冷，冬季供熱和全年生活熱水則運行吸收鍋爐模式，其本質(zhì)仍為鍋爐。這些系統(tǒng)的制熱效率都很低，于是就導(dǎo)致了燃料驅(qū)動型供熱空調(diào)系統(tǒng)總體能效不高，其推廣應(yīng)用受到較大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于上述問題，本發(fā)明提出一種能源塔型吸收式冷熱水機組，冬季能源塔通過與空氣傳熱傳質(zhì)提取低品位顯熱和潛熱，供給吸收式熱泵的蒸發(fā)器，實現(xiàn)了供熱一次能源效率的顯著提高。夏季通過熱能或燃料制冷，能有效減小電網(wǎng)負(fù)荷。此外，能源塔型吸收式冷熱水機組沒有傳統(tǒng)空氣源熱泵結(jié)霜的風(fēng)險，保障了供熱可靠性，減少了風(fēng)冷換熱器投資。利用自身排煙或者吸收式熱泵冷凍方法，不僅可以實現(xiàn)溶液的連續(xù)再生、減少了溶液用量，還大大降低了溶液再生能耗。
[0005]本發(fā)明的下技術(shù)方案如下:
[0006]一種能源塔型吸收式冷熱水機組，包括吸收式制冷熱泵機組；所述吸收式制冷熱泵機組包含發(fā)生器、吸收器、冷凝器、蒸發(fā)器、溶液熱交換器、溶液泵、第一節(jié)流閥和第二節(jié)流閥；所述發(fā)生器的溶液出口依次與溶液熱交換器的熱端、第一節(jié)流閥和吸收器溶液入口相連；所述吸收器溶液出口依次與溶液泵、溶液熱交換器的冷端和發(fā)生器的溶液入口相連；所述發(fā)生器的蒸汽出口依次與冷凝器、第二節(jié)流閥、蒸發(fā)器和吸收器的蒸汽入口相連；其特征在于:所述能源塔型吸收式冷熱水機組還包括能源塔和載冷劑再生裝置，所述能源塔的塔體內(nèi)部由上到下依次為能源塔風(fēng)機、擋液板、噴淋裝置、填料和集液盤；所述集液盤的出口經(jīng)載冷劑泵后分為載冷劑再生支路和制冷熱泵支路；所述載冷劑再生支路依次連接第二閥門、載冷劑再生裝置和噴淋裝置，制冷熱泵支路經(jīng)過第一閥門后再分為制冷支路和熱泵支路；所述制冷支路依次連接第四閥門、冷凝器、吸收器、第七閥門和噴淋裝置，熱泵支路依次連接第十閥門、蒸發(fā)器、第六閥門和噴淋裝置；供熱時，采暖或生活熱水從熱水支路入口流入，經(jīng)第三閥門、冷凝器、吸收器和第八閥門后從熱水支路出口流出，送至用戶使用；供冷時，空調(diào)冷凍水從冷凍水支路入口經(jīng)第九閥門、蒸發(fā)器和第五閥門后從冷凍水支路出口流出，送至用戶使用。
[0007]本發(fā)明所述的能源塔型吸收式冷熱水機組，其特征在于:所述能源塔可為開式能源塔或閉式能源塔。
[0008]本發(fā)明所述的能源塔型吸收式冷熱水機組，其特征在于:所述載冷劑再生裝置可以是太陽能溶液再生、煙氣余熱再生或吸收式熱泵冷凍再生系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明所述的能源塔型吸收式冷熱水機組，其特征在于:所述吸收式制冷熱泵機組的循環(huán)形式包括多級循環(huán)、單效循環(huán)、多效循環(huán)、GAX循環(huán)以及這些循環(huán)的改進型。
[0010]本發(fā)明所述的能源塔型吸收式冷熱水機組，其特征在于:所述吸收式制冷熱泵機組的驅(qū)動熱源包括太陽能、地?zé)崮?、廢熱、蒸汽、高溫?zé)崴?、化石燃料和生物質(zhì)能中的一種或幾種的組合。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有供熱空調(diào)系統(tǒng)相比具有如下優(yōu)點:
[0012]①采用現(xiàn)有集中供熱系統(tǒng)或者燃料直接燃燒驅(qū)動吸收式熱泵，從空氣中提取低品位熱能，顯著提高了供熱的一次能源效率，降低了污染物排放；
[0013]②與電能驅(qū)動的供熱空調(diào)系統(tǒng)相比，大面積應(yīng)用后不會增加電網(wǎng)壓力，且采用天然制冷劑，不會破壞臭氧層；
[0014]③與傳統(tǒng)空氣源熱泵相比，能源塔沒有結(jié)霜的風(fēng)險，提高了供熱的可靠性；且能源塔換熱系數(shù)較高，所需換熱面積小，從而降低了初投資；
[0015]④對于直燃型或者區(qū)域鍋爐驅(qū)動的能源塔型吸收式冷熱水機組，可以利用排煙對熱水進行預(yù)熱或者作為載冷劑的再生熱源，實現(xiàn)了排煙熱回收，進一步提高了供熱能效；
[0016]⑤除了利用排煙或者太陽能外，還可以利用基于吸收式熱泵的冷凍再生裝置，充分利用了空氣中的水蒸氣的相變潛熱，大大提高了系統(tǒng)的供熱效率。
[0017]總的來說，本發(fā)明既可以提高現(xiàn)有供熱空調(diào)系統(tǒng)的一次能源效率、緩解電網(wǎng)壓力，又能提高冬季供熱的可靠性，還能降低系統(tǒng)的初投資，是一種節(jié)能經(jīng)濟的熱能或燃料驅(qū)動型供熱空調(diào)系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明提供的一種能源塔型吸收式冷熱水機組的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0019]圖2是本發(fā)明提供的一種能源塔型吸收式冷熱水機組供冷的示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明提供的一種能源塔型吸收式冷熱水機組供熱的示意圖。
[0021]圖4是本發(fā)明中供熱工況下利用排煙對熱水進行預(yù)熱的示意圖。
[0022]圖5是本發(fā)明中供熱工況下利用排煙對載冷劑進行再生的示意圖。
[0023]圖6是本發(fā)明中供熱工況下利用吸收式熱泵冷凍再生、空氣冷卻的示意圖。
[0024]圖7是本發(fā)明中供熱工況下利用吸收式熱泵冷凍再生、預(yù)熱熱水的示意圖。
[0025]圖8是本發(fā)明中供熱工況下利用吸收式熱泵冷凍再生、再熱載冷劑的示意圖。[0026]其中:1-吸收式制冷熱泵機組；2-驅(qū)動熱源出口 ；3_驅(qū)動熱源入口 ；4_發(fā)生器；
5-溶液熱交換器；6_溶液泵；7_第一節(jié)流閥；8_吸收器；9_熱水入口 ；10_熱水出口 ；11_冷凝器；12_第二節(jié)流閥；13_能源塔；14_載冷劑再生裝置；15_蒸發(fā)器；16_第一閥門；17_載冷劑泵；18_第二閥門；19_填料；20_噴淋裝置；21_擋液板；22_能源塔風(fēng)機；23_塔體；24-集液盤；25_第三閥門；26_第四閥門；27_第五閥門；28_第六閥門；29_第七閥門；30-第八閥門；31_第九閥門；32_第十閥門；33_冷凍水支路入口 ；34_冷凍水支路出口 ；35-煙氣換熱器；36-煙氣入口 ；37_煙氣出口 ；38_再生泵；39-再生塔；40-冷凍再生用吸收式熱泵；41-排冰口 ；42_冷凍再生用風(fēng)機。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和運行方式做進一步說明。
[0028]圖1是本發(fā)明提供的一種能源塔型吸收式冷熱水機組的結(jié)構(gòu)原理圖，包括吸收式制冷熱泵機組1、能源塔13和載冷劑再生裝置14 ;所述吸收式制冷熱泵機組I包含發(fā)生器
4、吸收器8、冷凝器11、蒸發(fā)器15、溶液熱交換器5、溶液泵6、第一節(jié)流閥7和第二節(jié)流閥12 ;所述發(fā)生器4的溶液出口依次與溶液熱交換器5的熱端、第一節(jié)流閥7和吸收器8溶液入口相連；所述吸收器8溶液出口依次與溶液泵6、溶液熱交換器5的冷端和發(fā)生器4的溶液入口相連；所述發(fā)生器4的蒸汽出口依次與冷凝器11、第二節(jié)流閥12、蒸發(fā)器15和吸收器8的蒸汽入口相連；所述能源塔13的塔體23內(nèi)部由上到下依次為能源塔風(fēng)機22、擋液板21、噴淋裝置20、填料19和集液盤24 ;所述集液盤24的出口經(jīng)載冷劑泵17后分為載冷劑再生支路和制冷熱泵支路；所述載冷劑再生支路依次連接第二閥門18、載冷劑再生裝置14和噴淋裝置20，制冷熱泵支路經(jīng)過第一閥門16后再分為制冷支路和熱泵支路；所述制冷支路依次連接第四閥門26、冷凝器11、吸收器8、第七閥門29和噴淋裝置20，熱泵支路依次連接第十閥門32、蒸發(fā)器15、第六閥門28和噴淋裝置20 ;供熱時，采暖或生活熱水從熱水支路入口 9流入，經(jīng)第三閥門25、冷凝器11、吸收器8和第八閥門30后從熱水支路出口 10流出，送至用戶使用；供冷時，空調(diào)冷凍水從冷凍水支路入口 33經(jīng)第九閥門31、蒸發(fā)器15和第五閥門27后從冷凍水支路出口 34流出，送至用戶使用。
[0029]本發(fā)明所述的一種能源塔型吸收式冷熱水機組中，所述能源塔13為開式能源塔或閉式能源塔；所述載冷劑再生裝置14采用太陽能溶液再生、煙氣余熱再生或吸收式熱泵冷凍再生系統(tǒng)；所述吸收式制冷熱泵機組的循環(huán)形式包括多級循環(huán)、單效循環(huán)、多效循環(huán)、GAX(generator absorber heat exchange)循環(huán)以及這些循環(huán)的改進型；所述吸收式制冷熱泵機組的驅(qū)動熱源包括太陽能、地?zé)崮?、廢熱、蒸汽、高溫?zé)崴?、化石燃料和生物質(zhì)能中的一種或幾種的組合。
[0030]圖2是本發(fā)明提供的能源塔型吸收式冷熱水機組供冷的示意圖。供冷時，關(guān)閉第三閥門25、第六閥門28、第八閥門30和第十閥門32，由第二閥門18、載冷劑再生裝置14和噴淋裝置20組成的載冷劑再生支路關(guān)斷，集液盤24的出口依次經(jīng)過載冷劑泵17、第一閥門16、第四閥門26、冷凝器11、吸收器8和第七閥門29后回到噴淋裝置20進行循環(huán)噴淋，并將冷凝熱和吸收熱排向大氣中。空調(diào)冷凍水從冷凍水支路入口 33經(jīng)第九閥門31、蒸發(fā)器15和第五閥門27后從冷凍水支路出口 34流出，送至用戶使用。
[0031]圖3是本發(fā)明提供的能源塔型吸收式冷熱水機組供熱的示意圖。供熱時，關(guān)閉第四閥門26、第五閥門27、第七閥門29和第九閥門31，集液盤24的出口經(jīng)載冷劑泵17后分為載冷劑再生支路和熱泵支路；所述載冷劑再生支路依次經(jīng)過第二閥門18、載冷劑再生裝置14和噴淋裝置20，熱泵支路依次經(jīng)過第一閥門16、第十閥門32、蒸發(fā)器15和第六閥門28回到噴淋裝置20，與載冷劑再生支路的載冷劑混合后循環(huán)噴淋，并從外界空氣吸收顯熱和潛熱。采暖或生活熱水從熱水支路入口 9流入，經(jīng)第三閥門25、冷凝器11、吸收器8和第八閥門30后從熱水支路出口 10流出，送至用戶使用。
[0032]圖4是本發(fā)明中供熱工況下利用排煙對熱水進行預(yù)熱的示意圖，在圖2的基礎(chǔ)上增加了煙氣換熱器35、煙氣入口 36和煙氣出口 37。該模式適用于有排煙余熱可以利用的場合，如直燃或鍋爐驅(qū)動的能源塔型吸收式冷熱水機組。待加熱的水在進入冷凝器11之前，先通入煙氣換熱器35中被煙氣入口 36進入的高溫?zé)煔忸A(yù)熱，放熱之后的煙氣從煙氣出口37排出。該模式降低了吸收式冷熱水機組制取熱水時所需的加熱量，從而降低了發(fā)生器能耗、提高了系統(tǒng)供熱效率。
[0033]圖5是本發(fā)明中供熱工況下利用排煙對載冷劑進行再生的示意圖，在圖2的基礎(chǔ)上增加了煙氣換熱器35、煙氣入口 36、煙氣出口 37、再生泵38和再生塔39，所增加的部件即構(gòu)成了載冷劑再生裝置14。該模式適用于有排煙余熱可以利用、但是該余熱又不適合或者不足以用于預(yù)熱熱水的場合。故與圖2的區(qū)別在于:余熱并不是直接用于預(yù)熱熱水，而是用于作為載冷劑再生裝置14的部分或全部熱源。在該模式中，排煙從煙氣入口 36進入煙氣換熱器35，然后從煙氣出口 37排出；載冷劑泵16出口稀載冷劑的一部分通過第二閥門17進入煙氣換熱器35，吸收熱量后再進入再生塔39進行再生，濃縮后的載冷劑通過再生泵38回到噴淋裝置20進行循環(huán)噴淋。該模式回收煙氣余熱進行載冷劑再生，明顯降低了再生能耗，從而提高了能源塔型吸收式冷熱水機組的供熱效率。
[0034]圖6是本發(fā)明中供熱工況下利用吸收式熱泵冷凍再生、空氣冷卻的示意圖，在圖2的基礎(chǔ)上增加了冷凍再生用吸收式熱泵40、排冰口 41和冷凍再生用風(fēng)機42，所增加的部件即構(gòu)成了載冷劑再生裝置14。載冷劑泵16出口稀載冷劑的一部分通過第二閥門17進入冷凍再生用吸收式熱泵40的蒸發(fā)側(cè)，冷凍析出的冰經(jīng)過適當(dāng)處理可以從排冰口 41排出并收集，析出冰后的載冷劑則變?yōu)闈廨d冷劑，回到噴淋裝置20進行循環(huán)噴淋；冷凍再生用吸收式熱泵40的冷凝和吸收側(cè)的排熱量則在冷凍再生用風(fēng)機42的作用下被外界低溫空氣帶走。該模式將空氣中凝結(jié)到溶液中的水分凝固為冰，充分利用了水的相變潛熱；此外，利用外界低溫空氣作為冷凍再生用吸收式熱泵40的冷卻介質(zhì)，具有很高的再生效率，也提高了能源塔型吸收式冷熱水機組的供熱效率。
[0035]圖7是本發(fā)明中供熱工況下利用吸收式熱泵冷凍再生、預(yù)熱熱水的示意圖，在圖2的基礎(chǔ)上增加了冷凍再生用吸收式熱泵40和排冰口 41，所增加的部件即構(gòu)成了載冷劑再生裝置14。載冷劑泵16出口稀載冷劑的一部分通過第二閥門17進入冷凍再生用吸收式熱泵40的蒸發(fā)側(cè)，冷凍析出的冰經(jīng)過適當(dāng)處理可以從排冰口 41排出并收集，析出冰后的載冷劑則變?yōu)闈廨d冷劑，回到噴淋裝置20進行循環(huán)噴淋；與圖5不同的是，冷凍再生用吸收式熱泵40的冷凝和吸收側(cè)的排熱量用于預(yù)熱進入冷凝器11之前的熱水。該模式中冷凍再生用吸收式熱泵40的冷凝溫度較高、效率略低，但由于冷凍再生用吸收式熱泵40的排熱量全部直接用于加熱所需熱水，所以能源塔型吸收式冷熱水機組仍具有較高的供熱效率。
[0036]圖8是本發(fā)明中供熱工況下利用吸收式熱泵冷凍再生、再熱載冷劑的示意圖，在圖2的基礎(chǔ)上增加了再生泵38、冷凍再生用吸收式熱泵40和排冰口 41，所增加的部件即構(gòu)成了載冷劑再生裝置14。與圖6所示運行模式相比，該模式中冷凍再生用吸收式熱泵40的排熱量用于加熱冷凍再生后的濃載冷劑，即稀載冷劑通過第二閥門17進入冷凍再生用吸收式熱泵40被再生后又被加熱，然后才通過再生泵38回到噴淋裝置20進行循環(huán)噴淋。該模式由于再生后的載冷劑溫度較高，因此抬高了能源塔13中的載冷劑整體溫度，從而提高了能源塔型吸收式冷熱水機組的供熱效率。
【權(quán)利要求】
1.一種能源塔型吸收式冷熱水機組，包括吸收式制冷熱泵機組(I);所述吸收式制冷熱泵機組(I)包含發(fā)生器(4)、吸收器(8)、冷凝器(11)、蒸發(fā)器(15)、溶液熱交換器(5)、溶液泵(6)、第一節(jié)流閥(7)和第二節(jié)流閥(12);所述發(fā)生器(4)的溶液出口依次與溶液熱交換器(5)的熱端、第一節(jié)流閥(7)和吸收器(8)溶液入口相連；所述吸收器(8)溶液出口依次與溶液泵(6)、溶液熱交換器(5)的冷端和發(fā)生器(4)的溶液入口相連；所述發(fā)生器(4)的蒸汽出口依次與冷凝器(11)、第二節(jié)流閥(12)、蒸發(fā)器(15)和吸收器(8)的蒸汽入口相連；其特征在于:所述能源塔型吸收式冷熱水機組還包括能源塔(13)和載冷劑再生裝置(14)，所述能源塔(13)的塔體(23)內(nèi)部由上到下依次為能源塔風(fēng)機(22)、擋液板(21)、噴淋裝置(20)、填料(19)和集液盤(24);所述集液盤(24)的出口經(jīng)載冷劑泵(17)后分為載冷劑再生支路和制冷熱泵支路；所述載冷劑再生支路依次連接第二閥門(18)、載冷劑再生裝置(14)和噴淋裝置(20)，制冷熱泵支路經(jīng)過第一閥門(16)后再分為制冷支路和熱泵支路；所述制冷支路依次連接第四閥門(26)、冷凝器(11)、吸收器(8)、第七閥門(29)和噴淋裝置(20)，熱泵支路依次連接第十閥門(32)、蒸發(fā)器(15)、第六閥門(28)和噴淋裝置(20);供熱時，采暖或生活熱水從熱水支路入口(9)流入，經(jīng)第三閥門(25)、冷凝器(11)、吸收器(8)和第八閥門(30)后從熱水支路出口(10)流出，送至用戶使用；供冷時，空調(diào)冷凍水從冷凍水支路入口(33)經(jīng)第九閥門(31)、蒸發(fā)器(15)和第五閥門(27)后從冷凍水支路出口(34)流出，送至用戶使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能源塔吸收式冷熱水機組，其特征在于:所述能源塔(13)為開式能源塔或閉式能源塔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種能源塔型吸收式冷熱水機組，其特征在于:所述載冷劑再生裝置(14)采用太陽能溶液再生、煙氣余熱再生或吸收式熱泵冷凍再生系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能源塔型吸收式冷熱水機組，其特征在于:所述吸收式制冷熱泵機組(I)的循環(huán)形式包括多級循環(huán)、單效循環(huán)、多效循環(huán)、GAX循環(huán)以及這些循環(huán)的改進型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能源塔型吸收式冷熱水機組，其特征在于:所述吸收式制冷熱泵機組(I)的驅(qū)動熱源包括太陽能、地?zé)崮堋U熱、蒸汽、高溫?zé)崴?、化石燃料和生物質(zhì)能中的一種或幾種的組合。
【文檔編號】F25B29/00GK103604249SQ201310560580
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】李先庭, 吳偉, 石文星, 張曉靈, 王寶龍, 冉思源 申請人:清華大學(xué)