專(zhuān)利名稱(chēng)：高揚(yáng)程低落差的吸熱泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及吸熱泵系統(tǒng)，尤其，涉及高揚(yáng)程應(yīng)用場(chǎng)合的吸熱泵系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
吸熱泵(AHPs)可用于舒適的冷卻，工業(yè)致冷和其他應(yīng)用。與機(jī)械式的蒸氣壓縮(VC)系統(tǒng)比較，AHPs的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于一個(gè)給定的冷卻量只需要輸入很小的功。另外，AHPs使用熱量形式的能量去驅(qū)動(dòng)熱泵送作業(yè)。例如，商業(yè)上已擁有利用天然氣作為主要能源生產(chǎn)冷卻水的AHPs。天然氣驅(qū)動(dòng)的AHPs有助于緩和部分地是由VC冷卻裝置引起的要求高峰電力設(shè)備的問(wèn)題。
AHPs的一個(gè)特別有意思的應(yīng)用是利用余熱作為能源。這種技術(shù)可以大大減少所需的能量和用于熱泵送的金錢(qián)。困難在于尋找余熱源和熱泵送要求之間的良好匹配。該余熱源和熱泵送要求在空間和時(shí)間上必需相當(dāng)精確，否則在能量輸送或儲(chǔ)存方面成本會(huì)很高。
在使用余熱時(shí)的一個(gè)很大的限制因素是余熱的溫度。余熱的溫度越高，在驅(qū)動(dòng)AHP時(shí)就越有用。然而，溫度高的余熱很可能還有另外的用途，例如，用于預(yù)熱鍋爐的供水。因此，能找到一種能利用溫度非常低的余熱的AHP是比較理想的。
AHPs可以設(shè)計(jì)成在不同溫度與幾乎任何數(shù)目的熱源和散熱器進(jìn)行熱交換。然而，最普通的應(yīng)用包括三種溫度。在最低溫度Tl時(shí)，AHP吸進(jìn)熱量Ql。在中間溫度Ti時(shí)，AHP排出熱量Qi。在最高溫度Th時(shí)，AHP吸進(jìn)熱量Qh。在一個(gè)普通的、通常稱(chēng)為致冷的應(yīng)用中，Ql從至冷空間被吸進(jìn)；Qi排出至周?chē)h(huán)境(空氣、水或地面)中；而Qh則為驅(qū)動(dòng)能量。在另一個(gè)普通的、通常稱(chēng)為熱泵送的應(yīng)用中，從周?chē)h(huán)境中被吸進(jìn)Ql；Qi被輸送至一個(gè)熱負(fù)載；而Qh則為驅(qū)動(dòng)能量。
數(shù)值(Ti-Tl)稱(chēng)為揚(yáng)程，而(Th-Ti)稱(chēng)為落差。這些術(shù)語(yǔ)表示一種熱量從Ti升高至Ti，同時(shí)另一種熱量從Th下降至Ti對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用場(chǎng)合，實(shí)際的最大落差由Th和Ti決定。AHP的設(shè)計(jì)將決定實(shí)際的最大揚(yáng)程。該揚(yáng)程又將決定Tl的最小可能值。例如，使用眾所周知的單作用循環(huán)設(shè)計(jì)，如果Th為180°F的余熱溫度，Ti為90°F的周?chē)h(huán)境溫度，落差為90°F；則在實(shí)際的設(shè)備中，Tl不可能低于大約40°F，而最大揚(yáng)程約為50°F。在這個(gè)例子中，單一作用循環(huán)只是對(duì)舒適的冷卻(例如，使人感到舒服的空調(diào))有用。雖然，大部分現(xiàn)有的余熱是在工業(yè)部門(mén)中產(chǎn)生的，然而，大多數(shù)舒適冷卻需求卻是在住宅區(qū)和商業(yè)部門(mén)。這樣，較低溫度的工業(yè)余熱被廢棄了。
為了利用工業(yè)部門(mén)中產(chǎn)生的低溫余熱，希望對(duì)于一個(gè)現(xiàn)有的落差，AHP能提供比較大的揚(yáng)程，即產(chǎn)生比單作用循環(huán)所產(chǎn)生的溫度更低的流體。本發(fā)明達(dá)到了這個(gè)結(jié)果。當(dāng)使用180°F的余熱，和周?chē)h(huán)境溫度為90°F，落差為90°F時(shí)，本發(fā)明可產(chǎn)生-20°F或更冷的致冷，其揚(yáng)程為110°F。這比只冷卻至大約40°F，對(duì)工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合更有用得多。
為了理解本發(fā)明，討論一下AHPs的工作原理是有幫助的。

圖1示意性地表示一個(gè)已知的單作用AHP的熱循環(huán)和產(chǎn)生該循環(huán)的機(jī)械元件。該圖是疊加在一個(gè)簡(jiǎn)化的氨-水(即致冷劑吸收劑)的蒸氣-液體平衡(VLE)圖上的。在這個(gè)平衡圖上，垂直線代表恒溫過(guò)程，水平線代表恒壓力過(guò)程。對(duì)角線代表一種固定濃度的致冷劑一吸收劑混合物，其范圍是從100％氨至100％水。蒸氣流用虛線表示，液體流用實(shí)線表示，而熱量流動(dòng)用蛇形線表示。
將一般幾乎是純的液體致冷劑的高壓流送至一個(gè)閥，毛細(xì)管或節(jié)流閥10中，再?gòu)哪抢锼椭烈粋€(gè)蒸發(fā)器12的入口。該蒸發(fā)器12從一個(gè)外部負(fù)載吸進(jìn)熱量14。熱量1 4使致冷劑蒸發(fā)。致冷劑蒸氣從該蒸發(fā)器12的一個(gè)出口通至吸收器20的一個(gè)入口。
將一股具有較低氨濃度的高壓熱致冷劑一吸收劑溶液(“稀”溶液)供給至一個(gè)節(jié)流閥18，并從那里被送至該吸收器20的第二個(gè)入口。在該吸收器20內(nèi)部，從蒸發(fā)器12來(lái)的蒸氣被吸收至從該節(jié)流閥18流出的稀溶液中，形成氨含量增加的一種溶液(“濃”溶液)。吸收的熱量22被冷卻介質(zhì)(例如，空氣或水)帶走。
該濃溶液從該吸收器20的一個(gè)出口，通過(guò)一個(gè)泵24和一個(gè)溶液熱交換器(SHX)32被泵出至一個(gè)發(fā)生器16的一個(gè)入口。從外部送來(lái)的熱量26部分地使該發(fā)生器16中的該濃溶液蒸發(fā)。該發(fā)生器16中的剩余液體，從該發(fā)生器16的一個(gè)出口，通過(guò)SHX32，送至節(jié)流閥18。在發(fā)生器16中產(chǎn)生的蒸氣，從發(fā)生器16的第二個(gè)出口，送至一個(gè)冷凝器28的一個(gè)入口。
在冷凝器28中，從發(fā)生器16來(lái)的蒸氣冷凝變成液體。冷凝的熱量30由冷卻介質(zhì)帶走。(根據(jù)所使用的致冷劑一吸收劑配對(duì)的不同，為了減小蒸氣中的吸收劑量，從發(fā)生器16來(lái)的蒸氣，在進(jìn)入冷凝器28以前，可以通過(guò)一個(gè)精餾器(沒(méi)有示出))。然后，在冷凝器28中形成的液體，從該冷凝器28的一個(gè)出口，送至節(jié)流閥10，以繼續(xù)該循環(huán)。
圖2表示一個(gè)已知的再吸收循環(huán)。它與相對(duì)于圖1所述的單作用循環(huán)相似，只有一點(diǎn)例外，即蒸發(fā)器12和冷凝器28分別被一個(gè)發(fā)生器34和一個(gè)吸收器40代替；并且加入了一個(gè)泵38和一個(gè)溶液熱交換器(SHX)44。在圖1和圖2中，相同的標(biāo)號(hào)表示同一個(gè)裝置元件和相同的熱量。圖2所示的再吸收循環(huán)的工作壓力適應(yīng)性，比圖1所示的單作用循環(huán)的適應(yīng)性高，但比較復(fù)雜，并且一般來(lái)說(shuō)，比單作用循環(huán)的效率低，因此較少使用。
在圖2所示的再吸收循環(huán)中，將一股高壓的濃溶液流送至節(jié)流閥10，并從那里送至發(fā)生器34的一個(gè)入口。發(fā)生器34從一個(gè)外部負(fù)載吸進(jìn)熱量36，部分地使工作流體蒸發(fā)。剩余液體由泵38從該發(fā)生器34的一個(gè)出口泵出，通過(guò)SHX44，送至吸收器40的一個(gè)入口。在該吸收器40內(nèi)部，在其第二個(gè)入口處接收的從該發(fā)生器16的出口來(lái)的蒸氣，被吸收至從泵38泵出的液體中，形成一種濃的高壓溶液。該濃的高壓溶液再經(jīng)過(guò)SHX44被送至節(jié)流閥10中。吸收的熱量42被排出至冷卻介質(zhì)中。
圖1和圖2所示的每一個(gè)機(jī)械元件-節(jié)流閥10和18，蒸發(fā)器12，吸收器20和46，泵24和38，溶液熱交換器32和44，發(fā)生器16和34及冷凝器28都是普通的元件，很容易從商業(yè)供應(yīng)商那里獲得。
AHPs的許多研究都是旨在提高效率。例如，可參見(jiàn)Erickson的美國(guó)專(zhuān)利5024664號(hào)和De Vauet的美國(guó)專(zhuān)利4827728號(hào)。雖然效率是重要的，但是這種努力已導(dǎo)致了離開(kāi)高揚(yáng)程，低落差系統(tǒng)的方向。在所有的效率較高的系統(tǒng)中，包括雙作用、三作用、可變作用和發(fā)生器-吸收器熱交換(GAX)系統(tǒng)，其所能達(dá)到的揚(yáng)程實(shí)際上都比在給定落差下，單作用循環(huán)所能達(dá)到的揚(yáng)程小。這種揚(yáng)程的減小在很大程度上是熱力學(xué)第二定律起作用的結(jié)果，該定律指出，一般來(lái)說(shuō)，效率較高的系統(tǒng)，其揚(yáng)程相對(duì)于落差必需較小。
Wilrinson的美國(guó)專(zhuān)利4337625號(hào)公布了一種可得到較大揚(yáng)程的方法。該方法是半作用式和1/3作用式循環(huán)的一種變化形式。雖然，這個(gè)方法能夠達(dá)到所希望的冷卻。但比較復(fù)雜。Wilkinson的裝置包括三個(gè)或四個(gè)不同的壓力等級(jí)，二個(gè)或三個(gè)泵和多達(dá)8個(gè)熱交換器。本發(fā)明使用的元件較少，比較容易操作，而且效率比Wilkin-son系統(tǒng)的效率高得多。
本發(fā)明和以前已知的半作用式循環(huán)和1/3作用式循環(huán)的效率都低。與單作用循環(huán)的性能系統(tǒng)(COP)為0.70，和雙作用循環(huán)的性能系數(shù)為1.25比較，本發(fā)明和上述以前已知的循環(huán)的性能系數(shù)只能達(dá)到0.15～0.30。由于它們效率低，因此還沒(méi)有研究這些循環(huán)和利用這些循環(huán)的AHPs。然而，這些循環(huán)和利用這些循環(huán)的AHPs的優(yōu)點(diǎn)是，它們可以利用往往沒(méi)有其他用處的低溫余熱。另外，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以產(chǎn)生高的揚(yáng)程，因此，對(duì)于大多數(shù)工業(yè)用途，較低溫的余熱可以在一個(gè)足夠低的溫度下，生產(chǎn)出冷卻流體。
發(fā)明概要一種吸熱泵送過(guò)程包括將熱量送至第一個(gè)發(fā)生器，從而，在該第一個(gè)發(fā)生器中，使蒸氣從吸收劑和致冷劑組成的溶液中放出。該過(guò)程還包括將在該第一發(fā)生器中放出的蒸氣送至第一個(gè)吸收器，在該第一個(gè)吸收器中，蒸氣被部分地吸收進(jìn)入一種吸收劑溶液中，形成蒸氣和液體的混合物。該過(guò)程還包括將該混合物從該第一個(gè)吸收器送至第二個(gè)吸收器，在該第二個(gè)吸收器中，蒸氣被進(jìn)一步吸收進(jìn)入該吸收劑溶液中，形成一種濃的溶液，并放出吸收熱量。該過(guò)程還包括減小在第二個(gè)發(fā)生器中的該濃溶液的環(huán)境壓力，從而使一些該濃溶液蒸發(fā)，并從一個(gè)負(fù)載中吸取熱量。該過(guò)程還包括將吸收劑蒸氣和液體，從該第二個(gè)發(fā)生器送至第三個(gè)發(fā)生器，從而生成更多的蒸氣，并留下剩余的液體；第三個(gè)發(fā)生器則接收由該第二個(gè)吸收器放出的吸收熱量。該過(guò)程還包括將該剩余液體從該第二個(gè)發(fā)生器泵送至該第一個(gè)吸收器；和將蒸氣從該第三個(gè)發(fā)生器送至第三個(gè)吸收器，在該第三個(gè)吸收器中，蒸氣被吸收進(jìn)入一種吸收劑溶液中。該過(guò)程還包括將吸收劑溶液從該第三個(gè)吸收器泵送至該第一個(gè)發(fā)生器；和將吸收劑液體溶液從該第一個(gè)發(fā)生器送至該第三個(gè)吸收器。
用于吸熱泵送的裝置包括第一個(gè)發(fā)生器，它接收從一個(gè)外部熱源來(lái)的熱量，用于由吸收劑和致冷劑構(gòu)成的溶液中產(chǎn)生吸收劑蒸氣。該裝置還包括第一個(gè)吸收器，它與該第一個(gè)發(fā)生器連接，用于接收從該第一個(gè)發(fā)生器來(lái)的蒸氣；并可以被一個(gè)外部冷卻源冷卻。該裝置還包括第二個(gè)吸收器，它與該第一個(gè)吸收器連接，可接收從該第一個(gè)吸收器來(lái)的吸收劑蒸氣和液體；并可通過(guò)放出熱量而冷卻。該裝置還包括第二個(gè)發(fā)生器，它與該節(jié)二個(gè)吸收器連接，可接收從該第二個(gè)吸收器來(lái)的吸收劑液體，并可從一個(gè)負(fù)載中吸進(jìn)熱量。該裝置還包括第三個(gè)發(fā)生器，它與該第二個(gè)發(fā)生器和第二個(gè)吸收器連接，可接收從該第二個(gè)發(fā)生器來(lái)的液體和蒸氣，并接收由該第二個(gè)吸收器放出的熱量。該裝置還包括第三個(gè)吸收器，它與該第一個(gè)發(fā)生器和該第三個(gè)發(fā)生器連接，可接收從該第一個(gè)發(fā)生器來(lái)的吸收劑液體，和從該第三個(gè)發(fā)生器來(lái)的吸收劑蒸氣。該第三個(gè)發(fā)生器和該第三個(gè)吸收器連接，將吸收劑液體送至該第一個(gè)發(fā)生器和該第一個(gè)吸收器。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1為疊加在一個(gè)蒸氣一液體平衡圖上的一個(gè)已知的單作用循環(huán)的示意圖；圖2為疊加在一個(gè)蒸氣-液體平衡圖上的、利用一個(gè)已知的再吸收循環(huán)的一種裝置的示意圖；圖3為疊中在一個(gè)蒸氣-液體平衡圖上的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖4為疊加在一個(gè)蒸氣-液體平衡圖上的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖5為圖3所示循環(huán)的一個(gè)簡(jiǎn)化的示意性流程圖；和圖6為圖4所示循環(huán)的一個(gè)簡(jiǎn)化的示意性流程圖。
在所有附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同或相似的元件。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明在下面的說(shuō)明中，使用氨和水作為致冷劑吸收劑配對(duì)進(jìn)行說(shuō)明。然而，本發(fā)明適用于任何致冷劑吸收劑配對(duì)。這種致冷劑-吸收劑配對(duì)的例子有氨和胺(例如，甲基胺、二甲基胺、三甲基胺或它們的有水或無(wú)水混合物)；或者是有機(jī)混合物(例如，碳化氫、氫碳氟化合物、碳氟化合物、乙醇和醚)；和硝酸鹽與堿金屬的硝酸鹽與水的混合物。
圖3為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。圖3中的元件16、18、20、22、26和32與圖1中的相應(yīng)元件相同。壓力較高的濃溶液，從吸收器68的一個(gè)出口出來(lái)，通過(guò)任意的致冷劑熱交換器(RHX)56的一部分，并在其中放出熱量，使其溫度降低。然后，該溶液通過(guò)一個(gè)節(jié)流閥50，流至一個(gè)這里一般稱(chēng)為發(fā)生器的局部蒸發(fā)器52。該發(fā)生器52從一個(gè)外部負(fù)載接收熱量54，使該負(fù)載冷卻，并部分地使該溶液蒸發(fā)。一種兩相(蒸氣和液體)溶液從該發(fā)生器52的一個(gè)出口通至RHX56的第二部分，并在那里接收附加的熱量，使其進(jìn)一步蒸發(fā)。該兩相溶液再通至一個(gè)發(fā)生器58的一個(gè)入口，并在該處被從吸收器68放出的熱量70進(jìn)一步蒸發(fā)。一部分蒸氣從該發(fā)生器58的一個(gè)出口，通至吸收器20的一個(gè)入口，并被吸收至液體中。在蒸氣發(fā)生器58中，利用從蒸氣吸收器68放出的熱量70進(jìn)一步使從蒸氣發(fā)生器52得到的該兩相溶液蒸發(fā)，有重要的優(yōu)點(diǎn)。該兩相溶液的這種額外加熱意味著在吸收器20和發(fā)生器52之間的溫度差比在通常的裝置和過(guò)程中的溫差大得多。因?yàn)閾P(yáng)程是由這個(gè)溫差決定的，因此，該揚(yáng)程氏普通系統(tǒng)中的揚(yáng)程大得多。由于揚(yáng)程較高，所以被冷卻的流體的溫度比在普通系統(tǒng)中的冷卻流體溫度低得多，因此，用途更廣泛。
在發(fā)生器58中的剩余液體的溫度和濃度與吸收器20所形成的液體的溫度和濃度差不多相同。因此，從該發(fā)生器58和該吸收器20的相應(yīng)出口流出的二股液流可以混合，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的損失。這種混合可使裝置中的泵的數(shù)目減少至1個(gè)，這是在某些應(yīng)用場(chǎng)合中很有利的一種簡(jiǎn)化?；旌系囊毫饔杀?0輸送至閥62a和62b。閥62a控制溶液通至吸收器62的一個(gè)入口的流量，而閥62b則控制溶液通往SHX32和進(jìn)一步通往發(fā)生器16的入口的流量?？梢哉{(diào)節(jié)或控制閥62a和62b，以便保持在該裝置的不同組成部分中的所希望的液面高度和流量。例如，如果通過(guò)閥62b的液體流量過(guò)大，則發(fā)生器16或吸收器20可能過(guò)滿，為了防止過(guò)份充滿，可以使用一個(gè)手動(dòng)或自動(dòng)控制系統(tǒng)。
從發(fā)生器16的第二個(gè)出口出來(lái)，送至吸收器64的第二個(gè)入口的蒸氣，部分地吸收至吸收器64中的通過(guò)閥62a送來(lái)的液體中。吸收熱量66被排出，即放出和轉(zhuǎn)移至冷卻介質(zhì)中。該兩相溶液從吸收器64的出口，通過(guò)吸收器68，并在吸收器68中完成吸收過(guò)程，形成濃的溶液。該濃溶液再?gòu)奈掌?8的出口送至任意的致冷劑熱交換器(PHX)56和節(jié)流閥50中。從吸收器68放出的吸收熱量70被送至發(fā)生器58中。
當(dāng)吸收器68和發(fā)生器58合并在一個(gè)單一的熱交換器中時(shí)，熱量70可被直接送至發(fā)生器58中。例如，吸收器68的蒸氣吸收過(guò)程可以在一個(gè)由殼體和管子組成的熱交換器的管子側(cè)進(jìn)行，而該發(fā)生器58的蒸氣產(chǎn)生過(guò)程可以同時(shí)在該同一個(gè)交換器的殼體側(cè)進(jìn)行。雖然，這里采用由殼體和管子組成的熱交換器進(jìn)行說(shuō)明，但可以采用任何形式的熱交換器。
另一種方案是，可以通過(guò)一種中間傳熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換。例如，吸收器68的蒸氣吸收過(guò)程可以在第一個(gè)熱交換器的管子側(cè)進(jìn)行，而發(fā)生器58的蒸氣產(chǎn)生過(guò)程可以在第二個(gè)交換器的殼體側(cè)進(jìn)行。傳熱介質(zhì)(例如，水、鹽水或乙二醇)在一個(gè)連續(xù)回路中，從該第一個(gè)熱交換器的殼體側(cè)，通過(guò)該第二個(gè)熱交換器的管子側(cè)，泵回至該第一個(gè)熱交換器。該傳熱介質(zhì)吸收從吸收器68放出的吸收熱70，并將該熱量輸送至發(fā)生器58。這種結(jié)構(gòu)通常稱(chēng)為“環(huán)行(run-around)回路”。
為了改善系統(tǒng)性能，可以采用將吸收器64的一個(gè)出口和發(fā)生器58的入口連接起來(lái)的一個(gè)任意的分支導(dǎo)管72和一個(gè)節(jié)流閥74。在許多情況下，發(fā)生器58所需要的熱量小于吸收器68所產(chǎn)生的熱量。這種熱量的不匹配使系統(tǒng)效率降低。經(jīng)吸收器64的第二個(gè)出口流出的一部分液體，通過(guò)導(dǎo)管72和節(jié)流閥74，流至發(fā)生器58的入口。這股旁路流量使通過(guò)吸收器68的溶液流量減少，從而可減小所產(chǎn)生的熱量70。同時(shí)，通過(guò)發(fā)生器58的溶液流量增加，使熱量需求增加。調(diào)節(jié)或控制節(jié)流閥74，可以使發(fā)生器58的熱量需求與吸收器68所產(chǎn)生的熱量很好地匹配。例如，可以調(diào)節(jié)節(jié)流閥74，使被發(fā)生器52吸進(jìn)的熱量54達(dá)到最大。
圖3表示了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。揚(yáng)程為吸收器64和發(fā)生器52之間的溫差。落差為發(fā)生器16和吸收器20之間的溫差。圖3所示系統(tǒng)的落差與圖1所示系統(tǒng)的落差相同。然而，圖3中的揚(yáng)程比圖1中的揚(yáng)程大。因此，相對(duì)于已知的單作用循環(huán)和再吸收循環(huán)，圖3所示系統(tǒng)所產(chǎn)生的揚(yáng)程增加，而其落差則保持相同。
圖4為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。圖4中的元件16、18、20、22、24、26和32與圖1中的相應(yīng)元件相同。圖4中的元件50、52、54和56與圖3中的相應(yīng)元件相同。這個(gè)實(shí)施例與圖3所示的實(shí)施例有四點(diǎn)不同，即它有多個(gè)附加的分支導(dǎo)管，其循環(huán)具有四個(gè)溫度，有二個(gè)泵而不是一個(gè)泵和流量平衡。
吸收器68a、68b和68c所產(chǎn)生的吸收熱量70，直接或間接地傳送給發(fā)生器58a、58b、58c和58d。分支導(dǎo)管72a、72b、72c和72d及它們所帶的節(jié)流閥74a、74b、74c和74d可允許一個(gè)受控制的液體量，分別從每一個(gè)吸收器68b、68c、64a和64b的出口流向每一個(gè)發(fā)生器58a、58b、58c和58d的入口。這個(gè)流量可使吸收器68a～68c所產(chǎn)生的熱量，與發(fā)生器58a-58d的熱量需求很好地匹配，從而可改善整個(gè)系統(tǒng)的效率。根據(jù)本發(fā)明的具體應(yīng)情況的不同，吸收器68、分支導(dǎo)管72、節(jié)流閥74和發(fā)生器58的數(shù)目可以改變。分支導(dǎo)管的總數(shù)目和它們之間的間隔距離理論上沒(méi)有限制。但是，當(dāng)附加的分支導(dǎo)管的成本超過(guò)它所帶來(lái)的性能優(yōu)點(diǎn)時(shí)，實(shí)際上是有限制的。
實(shí)際上不一定需要將發(fā)生器58a～58d作成分開(kāi)的元件。圖中將發(fā)生器58a～58d分開(kāi)來(lái)表示是為了使分支導(dǎo)管72a～72d的連接更容易弄清楚。例如，由發(fā)生器58a～58d進(jìn)行的過(guò)程，可以在一個(gè)單一的垂直的熱交換器的殼體側(cè)進(jìn)行。從節(jié)流閥74a～74d出來(lái)的分支流量，可以在相應(yīng)的高度上，簡(jiǎn)單地流入熱交換器的殼體中。對(duì)吸收器68b、68c、64a和64b也是同樣。
吸收器20的溫度比吸收器64a和64b的溫度高。通常被稱(chēng)為“四溫度”循環(huán)的這種循環(huán)，可在二個(gè)不同的溫度，而不是一個(gè)溫度下，放出熱量。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，放出熱量66和熱量22時(shí)的溫度可能是重要的。使冷卻水順序地通過(guò)吸收器64a和64b，然后再通過(guò)吸收器20進(jìn)行循環(huán)可能是較理想的。另一種方案是，希望將熱量66送至一個(gè)散熱器，而將熱量22送至另一個(gè)散熱器。該四溫度循環(huán)提高了滿足這些要求的適應(yīng)性。
該四溫度循環(huán)采用泵24將液體從吸收器20泵送至吸收器64b中，并采用一個(gè)單獨(dú)的泵38將液體從發(fā)生器58d泵送至吸收器64b中。在這種情況下，使用二個(gè)泵是有利的，因?yàn)樵谠撐掌?0的出口和該發(fā)生器58d的出口處的液體溫度和濃度彼此之間差別很大。然而，即使在二股液流的溫度和濃度接近的情況下，可能仍然希望使用二個(gè)單獨(dú)的泵。
該四溫度循環(huán)從吸收器64b，經(jīng)一個(gè)任意的蒸餾塔或接觸器76，通至發(fā)生器16的液體流量是平衡的。該平衡流量可以由僅吸收器64b吸進(jìn)的液體構(gòu)成，或者可以由泵38輸出的液體構(gòu)成。該接觸器76可以是極其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)例如，有一定長(zhǎng)度的一根直管；或者是一個(gè)質(zhì)量轉(zhuǎn)換裝置，例如，一個(gè)泡罩塔或填充塔。平衡流量的目的是要防止吸收劑或其他的化學(xué)物質(zhì)，在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)遷移。當(dāng)致冷劑-吸收劑配對(duì)為氨-水時(shí)，在許多情況下，從發(fā)生器16通往吸收器64b的蒸氣所包含的吸收劑濃度，比從發(fā)生器58d通往吸收器20的蒸氣所包含的吸收劑濃度大。隨著時(shí)間的推移，發(fā)生器16和吸收器20中的吸收劑量會(huì)減少，而上述平衡流量可以防止吸收劑的損失。還有一個(gè)方案是，保持從發(fā)生器58d，經(jīng)過(guò)導(dǎo)管78，至吸收器20的流量平衡。這個(gè)流量可從發(fā)生器58d吸進(jìn)，或由一個(gè)泵輸出。
圖5為實(shí)現(xiàn)圖3所示循環(huán)的裝置的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化的示意性流程圖，元件16、18、20、32、50、52、56、60、62a、62b和72與圖3所示的相應(yīng)元件相同。流體束86是要進(jìn)行冷卻的一股流體流，例如空氣、乙二醇或一種工藝過(guò)程流體。流束88是已冷卻的流體的返回流，它在本發(fā)明中是在比先前已知系統(tǒng)更高的揚(yáng)程下有利地產(chǎn)生的。熱交換器98包括圖3中的吸收器68和發(fā)生器58。吸收器68中的過(guò)程是在該熱交換器98的管子中進(jìn)行的，而發(fā)生器58中的過(guò)程是在熱交換器98的殼體中進(jìn)行的。容器102保證只有液體進(jìn)入分支導(dǎo)管72中。吸收器64將一股兩相液體束輸送至容器102。在正常條件下，通過(guò)導(dǎo)管72的液體量少于送至容器102的液體量。多余的液體溢流至熱交換器98的管子中。所有送至容器102的蒸氣也將通至該熱交換器98的管子中。
流束90是一股冷卻流體(例如，冷卻水)源。流束92是冷卻流體通向一個(gè)散熱器的返回流。流束94是一股熱流體，它最好是從余熱源或某個(gè)另外的廉價(jià)熱源送出的。流束94被送至發(fā)生器16中。流束96是流束94的返回流，它直接排出，或排至一個(gè)散熱器中。容器100為一個(gè)通常的蒸氣-液體分離器。熱交換器98將一股兩相流送至容器100中。所有的液體流向泵60，而所有的蒸氣通至吸收器20中。為了使容器100中的液面高度保持在一個(gè)理想的高度上，可能需要一個(gè)液面高度控制系統(tǒng)。容器104是與容器100相似的一個(gè)蒸氣-液體分離器。如圖中虛線所示那樣，從容器104出來(lái)的蒸氣流至吸收器64中，與從泵60輸出的，如圖中實(shí)線所示的液體混合。圖5中所示意性地表示的這些元件都是通常容易得到的。
圖6是實(shí)現(xiàn)圖4所示的循環(huán)的裝置的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意性流程圖。元件16、18、20、24、32、38、50、52、56、64a、64b、72a～72d、74a～74d和76，與圖4所示的相應(yīng)元件相同。流體束86、88、90、92、94和96及容器104，與針對(duì)圖5所述的相應(yīng)流束和容器相同。容器114為通常的蒸氣-液體分離器，其作用與上述容器100相同。
熱交換器110a包含圖4所示的發(fā)生器58a和吸收器68a的一部分。熱交換器110b包含上述發(fā)生器58b和該吸收器68a的剩余部分。熱交換器110c包含發(fā)生器58c和吸收器68b。熱交換器110d包含發(fā)生器58d和吸收器68c。例如，吸收器68c中的過(guò)程在熱交換器110d的管子上進(jìn)行；而發(fā)生器58d中的過(guò)程在該熱交換器的殼體上進(jìn)行。容器112a～112d的作用與圖5所示的容器102相同。每一個(gè)容器112a～112d接收一股兩相的流體流，并將該流體流分開(kāi)成二股流束，一個(gè)是液體流，另一個(gè)是兩相流。該液體流送至分支導(dǎo)管72a～72d。該兩相流送至一個(gè)熱交換器中，如圖6所示。
圖3、4、5和6中的每一個(gè)圖都表示了不同特點(diǎn)的綜合。然而，應(yīng)當(dāng)了解，可以以任何綜合方式采用這些特點(diǎn)。例如，圖4所示的平衡流量可以與圖3所示的循環(huán)結(jié)合使用。雖然，這里所述的方法和裝置是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本發(fā)明不局限在這些拘泥的方法和裝置形式?？梢詫?duì)這些方法和裝置作各種改變而不偏離由權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1．一種吸熱泵送工藝方法，它包括將熱量輸送至第一發(fā)生器，從而自該第一發(fā)生器中的吸收劑和致冷劑溶液內(nèi)放出蒸氣；將在該第一個(gè)發(fā)生器中放出的蒸氣送至第一吸收器，在該第一吸收器中，蒸氣被部分地吸收到吸收劑溶液中，從而形成蒸氣和液體的混合物；將該混合物從該第一吸收器送至一個(gè)第二吸收器，在該第二吸收器中，蒸氣被進(jìn)一步吸收到吸收劑溶液中，從而形成一種濃溶液，并放出吸收熱量；降低在一個(gè)局部蒸發(fā)器中的該濃溶液的環(huán)境壓力，使該濃溶液的一部分蒸發(fā)，留下剩余的液體，并從一個(gè)負(fù)載上吸取熱量；將吸收劑蒸氣和液體從該局部蒸發(fā)器送至一第二發(fā)生器，以形成更多的蒸氣，并留下剩余液體，該第二發(fā)生器接收由該第二吸收器放出的吸收熱量；將剩余液體從該第二發(fā)生器泵送至該第一吸收器；將蒸氣從該第二發(fā)生器送至一第三吸收器，在該第三吸收器中，蒸氣被吸收到一吸收劑溶液中；將吸收劑溶液從該第三吸收器泵送至該第一發(fā)生器；和將吸收劑液體溶液從該第一發(fā)生器送至該第三吸收器。
2．如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征為，它包括將一部分吸收劑液體從該第一吸收器送至該第二發(fā)生器。
3．如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征為，它包括將來(lái)自該第二發(fā)生器的吸收劑液體，和來(lái)自該第三吸收器的液體混合，并將該混合液體泵壓至較高壓力，將該混合液體分成二股液流，把其中的一股液流送至該第一發(fā)生器，而把另一股液流送至該第一吸收器。
4．如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征為，它包括將來(lái)自該第一吸收器的吸收劑液體保持至該第一發(fā)生器。
5．如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征為，該致冷劑為氨，而該吸收劑為水。
6．如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征為，致冷劑為氨，而吸收劑則從由水、甲基胺，二甲基胺、三甲基胺和它們的混合物構(gòu)成的組中選擇。
7．一種用于吸熱泵送的裝置，它包括一個(gè)第一發(fā)生器，它接收從一個(gè)外部熱源來(lái)的熱量，用于從一種吸收劑和一種致冷劑組成的溶液中產(chǎn)生吸收劑蒸氣；一個(gè)第一吸收器，它與該第一發(fā)生器連接，以接收從該第一發(fā)生器來(lái)的蒸氣，并由一個(gè)外部冷卻源冷卻。一第二個(gè)吸收器，它與該第一吸收器連接，以接收從該第一吸收器來(lái)的蒸氣和液體，并通過(guò)放出熱量而冷卻；一個(gè)局部蒸發(fā)器，它與該第二吸收器連接，以接收從該第二吸收器來(lái)的吸收劑液體，并用于從一個(gè)負(fù)載吸進(jìn)熱量；一第二發(fā)生器，它與該局部蒸發(fā)器連接，以接收從該局部蒸發(fā)器來(lái)的液體和蒸發(fā)，并接收由該第二吸收器放出的熱量；和一第三個(gè)吸收器，它與該第一吸收器和該第二發(fā)生器連接，以接收從該第一吸收器來(lái)的吸收劑液體和從該第二發(fā)生器來(lái)的吸收劑蒸氣；該第三發(fā)生器與該第二個(gè)吸收器連接，將吸收劑液體送至該第一發(fā)生器和第一吸收器。
8．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征為，該第一吸收器與該第二發(fā)生器連接，用以將吸收劑液體送至該第二發(fā)生器。
9．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征為，它包括一個(gè)泵，用于從該第二發(fā)生器和該第三吸收器將吸收劑液體泵送至該第一發(fā)生器和第一吸收器。
10．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征為，它包括一個(gè)連接在該第一吸收器的一個(gè)出口和該第二發(fā)生器的一個(gè)入口之間的節(jié)流閥。
11．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征為，它包括至少二根導(dǎo)管，用于從該第一和第二吸收器中的至少一個(gè)吸收器將吸收劑液體輸送至該第二發(fā)生器。
12．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征為，它在該至少二根導(dǎo)管上包括各自的節(jié)流閥。
13．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征為，它包括一個(gè)將第一吸收器連于第一發(fā)生器以允許吸收劑液體自第一吸收器流至第一發(fā)生器的接觸器。
全文摘要
一種吸熱泵送的工藝方法和裝置,該方法包括將熱量(26)送至第一發(fā)生器(16);在該第一發(fā)生器(16)中,從由吸收劑和致冷劑構(gòu)成的溶液中放出蒸氣;將在該第一發(fā)生器中放出的蒸氣部分地吸收到一種吸收溶液中,在第一吸收器(64b)中生成蒸氣和液體的混合物。在第二吸收器(64a)中,從該混合物放出的蒸氣被進(jìn)一步吸收,從而形成一種濃溶液,并放出吸收熱。再通過(guò)減小環(huán)境壓力,使一些濃溶液蒸發(fā),這樣,可從一個(gè)負(fù)載上吸取熱量。將吸收劑蒸氣和從該第二發(fā)生器(52)出來(lái)的液體送至第三發(fā)生器(58)中,以形成更多的蒸氣。該第三發(fā)生器(58)接收由該第二吸收器放出的吸收熱量,并將泵送來(lái)的剩余液體留在該第一吸收器中。將從第三個(gè)發(fā)生器來(lái)的蒸氣送至第三吸收器中,在該第三吸收器中,蒸氣被吸收到吸收劑溶液中。將吸收劑溶液從該第三吸收器泵送至該第一發(fā)生器,同時(shí),將該吸收劑液體從該第一發(fā)生器送至該第三吸收器。
文檔編號(hào)F25B15/00GK1234861SQ96180463
公開(kāi)日1999年11月10日 申請(qǐng)日期1996年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月18日
發(fā)明者勞倫斯·A·豪 申請(qǐng)人:勞倫斯·A·豪