本发明涉及燃料、热能、动力、热泵以及供热等技术领域,特别是涉及一种燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵热泵系统。
背景技术:
热泵是已经被广泛应用于房屋供热、物料加热等,是一种高效节能的设备。热泵的性能与其工作时的高、低温热源温度有关,当高低温热源温度差超过额定工况时,热泵性能将严重下降,甚至不能正常运行。例如目前广泛应用的基于蒸气压缩的空气源热泵采暖系统,冬季当气温急剧下降时,热泵制热能力也大副下降,功耗上升,严重时,甚至不能正常稳定运行。这是由于随着气温的下降,蒸发压缩降低,压缩机压缩比增大,功耗和排气温度都升高,性能恶化。因此,虽然近年来随着技术的进步,应用于寒冷地区的空气源热泵技术有了一定发展,但是性能仍然不够理想,空气源热泵在严寒地区的应用仍受到限制。
直接燃烧燃料供热的锅炉供热量不受环境温度影响,因此在严寒地区应用较广。但这种直接将燃料的高品位化学能通过燃烧变成低品位热能供热的方法,是一种能量的低效利用方式,不符合热力学节能原理。利用燃料驱动吸收式热泵,可以从低温环境吸热,向高温热源放出比输入热量更多的热能,是一种更高效节能的供热方式,但是,这种热泵系统的性能仍然受高低温环境温度影响,当低温环境温度下降较大时,这种热泵性能也将大副下降,甚至不能正常工作。
将燃料通过发动机进行能量转换,利用输出的轴功驱动蒸气压缩式热泵,同时回收发动机余热进行供热,是一种更高效的供热方式,例如一种燃气发动机驱动的热泵(gehp),目前已获得成功应用。但是,在严寒地区,这种方式仍受空气源热泵特性的制约,外界气温仍对其性能有一定影响,在严寒地区,其应用仍然受到限制。
因此,需要对现有技术进行改进。
技术实现要素:
本发明要解决的技术问题是提供一种高效的燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统。
为解决上述技术问题,本发明提供一种燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统:包括压气机、压缩机、冷凝器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器、气液分离器、发生器、补燃燃烧室、透平、燃烧室、气液分离器、四通阀和三通阀;
所述压气机出口与燃烧室进口连接,燃烧室出口与透平进口连接,透平出口与补燃燃烧室进口连接,透平与压气机连接,压气机与压缩机连接;所述补燃燃烧室出口与发生器壳侧进口连接,发生器的管束出口与气液分离器进口连接,气液分离器气体出口与冷凝器壳侧进口连接;
所述气液分离器液体出口与溶液热交换器浓溶液管道进口连接,溶液热交换器浓溶液管道出口与吸收器壳侧进口连接;所述吸收器壳侧出口通过溶液泵后与溶液热交换器稀溶液管道进口连接,溶液热交换器稀溶液管道出口与发生器的管束进口连接;
所述冷凝器壳侧出口经过节流阀后与蒸发器进口连接,冷剂泵的进出口与蒸发器壳侧的顶部和底部连接;蒸发器中的管束出口经过阀和泵与冷凝器的载热剂通道进口连接;所述冷凝器的载热剂通道出口经过阀后分别与蒸发器的管束进口和换热器进口连接,换热器出口与泵进口连接,泵出口与阀和蒸发器的管束出口间的管道连接;蒸发器壳侧蒸气出口与吸收器蒸气进口连接;
供暖回水分为两路,一路与吸收器的管束进口连接,吸收器的管束出口与冷凝器的管束进口连接,冷凝器的管束出口与供暖出水连接;另一路依次经过阀和泵后与冷凝器的载热剂通道进口连接;
所述冷凝器的冷凝管道出口经过并联设置的阀和单向阀后与储液-干燥过滤器进口连接,储液-干燥过滤器出口分为两路,一路经过并联设置的单向阀和膨胀阀后与蒸发器进口连接;另一路经过并联设置的单向阀和膨胀阀后与蒸发器进口连接;蒸发器出口与三通阀的b口连接,蒸发器出口与三通阀的c口连接;三通阀的a口与四通阀的a口连接,四通阀的c口经过气液分离器后与压缩机进口连接,压缩机出口与四通阀的b口连接,四通阀的d口与冷凝器的冷凝管道进口连接。
本发明还提供一种燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统:包括压气机压缩机、冷凝器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器、气液分离器、发生器、补燃燃烧室、透平、燃烧室、气液分离器、四通阀和三通阀;
所述压气机出口与燃烧室进口连接,燃烧室出口与透平进口连接,透平出口与补燃燃烧室进口连接,透平与压气机连接,压气机与压缩机连接;所述补燃燃烧室出口与发生器壳侧进口连接,发生器的管束出口与气液分离器进口连接,气液分离器气体出口与冷凝器壳侧进口连接;
所述溶液热交换器包括浓溶液管道和稀溶液管道,气液分离器液体出口与溶液热交换器浓溶液管道进口连接,溶液热交换器浓溶液管道出口与吸收器壳侧进口连接,吸收器壳侧出口通过溶液泵后与溶液热交换器稀溶液管道进口连接,溶液热交换器稀溶液管道出口与发生器的管束进口连接;
所述冷凝器出口经过节流阀后与蒸发器壳侧进口连接;蒸发器中的管束出口与三通阀的b口连接,三通阀的a口与换热器进口连接,三通阀的c口与换热器进口连接;换热器出口经过泵后与蒸发器中的管束进口连接,换热器出口经过泵后与蒸发器中的管束进口连接;
供暖回水分为两路,一路经过阀后分别与吸收器的管束进口和阀连接,阀与冷凝器的载热剂通道进口连接,冷凝器的载热剂通道出口分别与阀进口和阀进口连接,阀出口经过阀后与供暖出水连接,阀出口与换热器进口连接,换热器出口与泵连接;另一路供暖回水与冷凝器的载热剂通道进口连接,冷凝器的载热剂通道出口与供暖出水连接;
所述吸收器的管束出口与冷凝器的管束进口连接,冷凝器的管束出口与供暖出水连接;
所述冷凝器的冷凝管道出口经过并联设置的阀和单向阀后与储液-干燥过滤器进口连接,储液-干燥过滤器出口经过并联设置的单向阀和膨胀阀后与冷凝器的冷凝管道进口连接,冷凝器的冷凝管道出口与四通阀的a口连接,四通阀的c口经过气液分离器后与压缩机进口连接,压缩机出口与四通阀的b口,四通阀的d口与冷凝器的冷凝管道进口连接。
作为对本发明3燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统的改进:
所述发生器中从下到上设置有相互独立的三组水平设置的换热管束、换热管束和换热管束,换热管束首端与前烟室连接,换热管束尾端和换热管束尾端通过后烟室连接,换热管束首端和换热管束首端通过前烟室连接,换热管束尾端与后烟室连接;
所述发生器内腔在换热管束底部设置有挡板,换热管束和换热管束之间设置有档板,换热管束和换热管束之间设置有档板;
所述发生器内腔在换热管束正上方设置有喷淋装置;
所述补燃燃烧室出口与前烟室连接;
所述溶液热交换器稀溶液管道出口与发生器的喷淋装置连接,发生器蒸气出口与冷凝器壳侧进口连通,发生器浓溶液与溶液热交换器的浓溶液管道进口连接。
本发明还提供一种燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统:包括压气机、压缩机、冷凝器、冷凝器、蒸发器、蒸发器、蒸发器,发生器、补燃燃烧室、透平、燃烧室、气液分离器、四通阀和三通阀、喷嘴、吸气室、混合室和扩压管;
所述压气机出口与燃烧室进口连接,燃烧室出口与透平进口连接,透平出口与补燃燃烧室进口连接,透平与压气机和压缩机连接;补燃燃烧室出口与发生器壳侧进口连接,发生器的管束出口与喷嘴进口连接,喷嘴出口与吸气室进口连接,吸气室出口与混合室进口连接,混合室出口通过扩压管与冷凝器进口连接,冷凝器出口分两路,一路经泵与发生器的管束进口连接;另一路经膨胀阀与蒸发器的制冷剂通道进口接,蒸发器的制冷剂通道出口与吸气室进口连接;
所述蒸发器的载热剂通道出口与通过泵与冷凝器的载热剂通道进口连接,冷凝器的载热剂通道出口与蒸发器的载热剂通道进口连接;
所述冷凝器的冷凝管道出口经过并联设置的阀和单向阀后与储液-干燥过滤器进口连接,储液-干燥过滤器出口分为两路,一路经过并联设置的单向阀和膨胀阀后与蒸发器进口连接;另一路经过并联设置的单向阀和膨胀阀后与蒸发器进口连接;
所述蒸发器出口与三通阀的b口连接,蒸发器出口与三通阀的c口连接;三通阀的a口与四通阀的a口连接,四通阀的c口经过气液分离器后与压缩机进口连接,压缩机出口与四通阀的b口连接,四通阀的d口与冷凝器的冷凝管道进口连接。
本发明还提供一种燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统的使用方法,包括以下步骤:
1)、空气被压气机吸入后压缩至高压,进入燃烧室与燃料燃烧后,生成高温高压的燃气,进入透平膨胀做功,透平驱动压气机和压缩机;
2)、透平排出的废气进入补燃燃烧室,与补充进入的燃料燃烧,燃气被加热升温之后从底部进入发生器的壳侧,从下往上流过发生器内的管束外壁,加热管束内的稀溶液,使稀溶液发生沸腾相变,发生器的管束中的稀溶液成为气相和液相后进入气液分离器,气液分离;
3)、气液分离器中的气体进入冷凝器的壳侧冷凝放热;气液分离器中的液体成为浓溶液进入溶液热交换器浓溶液管道进口,溶液热交换器浓溶液管道中的浓溶液与稀溶液管道中的稀溶液换热后,进入吸收器壳侧,喷淋在吸收器管束外壁面上,吸收蒸气,放出热量加热吸收器管束中的供暖回水,吸收蒸气后浓溶液成为稀溶液,从吸收器壳侧底部由溶液泵抽出,进入溶液热交换器稀溶液进口;溶液热交换器稀溶液管道中的稀溶液与浓溶液管道中的浓溶液换热后,进入发生器的管束;
4)、从气液分离器流出的气体进入冷凝器壳侧,加热冷凝器中管束内的供暖回水,气体冷凝放热成为液体后,经节流阀节流降压,进入蒸发器的壳侧,喷淋在蒸发器的管束上,从蒸发器管束内的载热介质中吸热后蒸发,成为气体后进入吸收器的壳侧,被浓溶液吸收;
5)、蒸发器管束内的载热介质被蒸发器壳侧中的液体蒸发冷却,放出热量后温度降低,然后经阀和泵后进入冷凝器的载热剂通道,液体被冷凝器的冷凝管道中的高温高压制冷剂加热后,经过阀进入蒸发器的管束内作为载热介质,阀、关闭;
6)、冷凝器冷凝管道中的高温高压制冷剂冷凝放热后,成为高压液体经单向阀进入储液-干燥过滤器,再经膨胀阀节流降压后,进入蒸发器的管束内,从管束外的环境介质中蒸发吸热,成为气态后流过三通阀的b-a口经四通阀的a-c口进入气液分离器气液分离,气体制冷剂进入压缩机,被压缩后成为高温高压制冷剂气体,经过四通阀的b-d口进入冷凝器冷凝管道;
7)、供暖回水进入吸收器的管束,蒸发器壳侧的蒸气进入吸收器的壳侧,被喷淋在管束外壁的浓溶液吸收,放出热量加热吸收器的管束内的供暖回水;供暖回水在吸收器中加热后接着进入冷凝器的管束,吸收冷凝器壳侧中蒸气的热量,进一步加热后送入供热用户;以上过程中泵停止运行;
8)、当环境介质温度较高时,泵驱动载热介质进入蒸发器管束内,载热介质放热后,载热介质进入换热器的一侧,从另一侧的环境介质中吸热后,再进入蒸发器管束;供暖回水一路先进入吸收器的管束内再进入冷凝器的管束内,被加热后进入供暖用户;另一路经阀由泵送入冷凝器的一侧,被另一侧高温高压制冷剂加热后,经阀与吸收器、冷凝器加热后的一路回水汇合后,进入供暖用户。
本发明还提供一种燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统的使用方法,包括以下步骤:
1)、空气被压气机吸入后压缩至高压,进入燃烧室与燃料燃烧后,生成高温高压的燃气,进入透平膨胀做功,透平驱动压气机和压缩机;
2)、透平排出的废气进入补燃燃烧室,与补充进入的燃料燃烧,燃气被加热升温之后从底部进入发生器的壳侧,从下往上流过发生器内的管束外壁,加热管束内的稀溶液,使稀溶液发生沸腾相变,发生器的管束中的稀溶液成为两相流后进入气液分离器,气液分离;
3)、气液分离器中的气体进入冷凝器的壳侧冷凝放热;气液分离器中的液体成为浓溶液进入溶液热交换器浓溶液管道进口,溶液热交换器浓溶液管道中的浓溶液与稀溶液管道中的稀溶液换热后,进入吸收器壳侧,喷淋在吸收器管束外壁面上,吸收来自吸收器内的蒸气,放出热量加热吸收器管束中的供暖回水,吸收蒸气后浓溶液成为稀溶液,从吸收器壳侧底部由溶液泵抽出,进入溶液热交换器稀溶液进口;溶液热交换器稀溶液管道中的稀溶液与浓溶液管道中的浓溶液换热后,进入发生器的管束;
4)、从气液分离器流出的气体进入冷凝器壳侧,加热冷凝器中管束内的供暖回水,气体冷凝放热成为液体后,经节流阀节流降压,进入蒸发器的壳侧,喷淋在蒸发器的管束上,从蒸发器管束内的载热介质中吸热后蒸发,成为气体后进入吸收器的壳侧,被浓溶液吸收;
5)、蒸发器管束内的载热介质被蒸发器壳侧中的液体蒸发冷却,放出热量后温度降低,然后经三通阀的b-a口送入换热器中吸热,再经泵送入蒸发器的管束内放热;
6)、环境温度较低时,载热剂进入吸收器的管束,蒸发器壳侧的蒸气进入吸收器壳侧,被喷淋在吸收器的管束外壁的浓溶液吸收,放出热量加热管束内的载热剂;载热剂接着进入冷凝器的管束,吸收冷凝器壳侧中蒸气的热量;然后载热剂经阀进入蒸发器的载热剂通道,向载热剂通道另一侧的蒸发器的制冷剂通道中的低温低压制冷剂放出热量;蒸发器制冷剂通道中的低温低压制冷剂吸热后成为气态制冷剂,经四通阀的d-c口进入气液分离器,再进入压缩机,经压缩后成为高温高压气态制冷剂,经四通阀的b-a口进入冷凝器的冷凝管道,放出热量加热冷凝器中冷凝管道另一侧的供暖回水;在冷凝器中冷凝放热后的高压气态制冷剂经单向阀进入储液-干燥过滤器,再经膨胀阀节流降压后成为低温低压制冷剂进入蒸发器的制冷剂通道中;
7)、蒸发器管束中的载热剂经三通阀的b-a口进入换热器,再由泵送入蒸发器管束入口,泵停止工作;换热器需化霜、维护时,蒸发器管束中的载热剂经三通阀的b-c口进入换热器,再由泵送入蒸发器管束入口,泵停止工作;
8)、当环境介质温度较高时,供暖回水分两路,一路进入冷凝器的冷凝管道,被冷凝器的冷凝管道中的高温高压制冷剂加热,另一路先进入吸收器的管束内再进入冷凝器的管束内,被加热后进入供暖出水;两路供暖回水汇合后进入供暖出水;
9)、从蒸发器的载热剂通道出来的载热剂经泵送入换热器中与环境介质换热后经阀进入蒸发器的载热剂通道,向通道另一侧的制冷剂通道中的制冷剂放热,被冷却后重新进入换热器从环境介制中吸热;在冷凝器中冷凝放热后的高压液态制冷剂经单向阀进入储液-干燥过滤器,再经膨胀阀节流降压后进入蒸发器的制冷剂通道中,从另一侧的载热剂中吸热蒸发,成为气体后经四通阀的d-c口进入气液分离器,再进入压缩机。
本发明还提供一种燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统的使用方法,包括以下步骤:
1)、空气被压气机吸入后压缩至高压,进入燃烧室与燃料燃烧后,生成高温高压的燃气,进入透平膨胀做功,透平驱动压气机和压缩机;
2)、透平排出的废气进入补燃燃烧室,与补充进入的燃料燃烧,燃气被加热升温之后从顶部进入发生器的壳侧,从上往下流过发生器内的管束外壁后,从发生器底部排出;发生器的管束中的液体制冷剂被燃气加热后,沸腾相变,成为过热蒸气后进入喷嘴;过热蒸气在喷嘴中加速降压后成为超音速气体进入吸气室,携带制冷剂气体进入混合室,在混合室中混合后进入扩压管,在扩压管中气体速度降低压力升高后进入冷凝器的制冷剂通道,在冷凝器的制冷剂通道中冷凝放热,加热冷凝器的另一侧的供暖回水,供暖回水被加热后进入供暖用户管网;制冷剂在冷凝器中冷凝放热,成为液体制冷剂后,分为两路,一路由泵进入发生器的管束中,与来自补燃燃烧室的燃气换热,另一路经膨胀阀节流降压后,进入蒸发器的制冷剂通道吸热蒸发,成为气体后进入吸气室,被来自喷嘴的高速气流携带进入混合室;
3)、冷凝器冷凝管道中的高温高压制冷剂冷凝放热后,成为高压液体经单向阀进入储液-干燥过滤器,再经膨胀阀节流降压后,进入蒸发器的管束内,从管束外的环境介质中蒸发吸热,成为气态后流过三通阀的b-a口经四通阀的a-c口进入气液分离器气液分离,气体制冷剂进入压缩机,被压缩后成为高温高压制冷剂气体,经过四通阀的b-d口进入冷凝器冷凝管道冷凝放热,加热冷凝管道另一侧的冷凝器的载热剂通道中的载热剂;冷凝器的载热剂通道中的载热剂被加热后进入蒸发器的载热剂通道,被载热剂通道另一侧的蒸发器的制冷剂通道中的制冷剂冷却后温度降低,由泵送回冷凝器的载热剂通道再次加热。
本发明燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统的技术优势为:
本发明燃料先在发动机中做功,输出的轴功用于驱动压缩机,通过压缩机进行蒸气压缩式热泵循环,从低温环境中吸取数倍于轴功的热量,连同输入轴功向中温热源放出热量;同时,利用燃料在发动机中做功后排出的余热,驱动吸收式热泵装置,余热输入吸收式热泵,通过吸收式热泵从前述中温热源吸热后连同输入的余热一同向高温热源放热,因此放热量大于从中温热源的吸热量。
由于将蒸气压缩式热泵和吸收式热泵复合,热泵高低温热源间温差减小,降低了热泵的压缩比,使该热泵系统可以在严寒条件下也可以高效运行;由于燃料做功后驱动的蒸气压缩式热泵从环境免费获得了大量热能,且此热能可以被余热驱动的吸收式热泵提升到更高的温度以满足采暖供热的需要,因此与常规锅炉相比,本系统具有更高的能源效率,是一种高效节能的供热系统。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统采用燃气轮机的方案1的结构原理示意图;
图2为本发明燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统采用燃气轮机的方案2的结构原理示意图;
图3为发生器18的结构示意图;
图4为本发明燃料发动机驱动的压缩-蒸气喷射复合式热泵系统采用燃气轮机的方案3的结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1、本发明燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统采用燃气轮机的方案1,如图1所示,包括压气机1、离合器2、离合器4、联轴器3、压缩机5、冷凝器6、冷凝器9、蒸发器12、吸收器14、溶液热交换器16、气液分离器17、发生器18、补燃燃烧室19、透平20、燃烧室21、气液分离器22、四通阀23和三通阀31。
压气机1出口与燃烧室21进口连接,燃烧室21出口与透平20进口连接,透平20出口与补燃燃烧室19进口连接,透平20与压气机1和压缩机5连接。补燃燃烧室19出口与发生器18壳侧进口连接,发生器18的管束出口与气液分离器17进口连接,气液分离器17气体出口与冷凝器9壳侧进口连接。
溶液热交换器16包括浓溶液管道和稀溶液管道,气液分离器17液体出口与溶液热交换器16浓溶液管道进口连接,溶液热交换器16浓溶液管道出口与吸收器14壳侧进口连接,吸收器14壳侧出口通过溶液泵15后与溶液热交换器16稀溶液管道进口连接,溶液热交换器16稀溶液管道出口与发生器18的管束进口连接。
冷凝器9壳侧出口经过节流阀11后与蒸发器12进口连接,冷剂泵13的进出口与蒸发器12壳侧的顶部和底部连接。蒸发器12中的管束出口经过阀41和泵10与冷凝器6的载热剂通道进口连接,冷凝器6的载热剂通道出口经过阀46后分别与蒸发器12的管束进口和换热器27进口连接,换热器27出口与泵26进口连接,泵26出口与阀41和蒸发器12的管束出口间的管道连接。蒸发器12壳侧蒸气出口与吸收器14蒸气进口连接。
供暖回水分为两路,一路与吸收器14的管束进口连接,吸收器14的管束出口与冷凝器9的管束进口连接,冷凝器9的管束出口与供暖出水连接;另一路依次经过阀48和泵10后与冷凝器6的载热剂通道进口连接。
压气机1通过转轴与压缩机5连接,转轴上依次设置有离合器2、联轴器3和离合器4。
冷凝器6的冷凝管道出口经过并联设置的阀25和单向阀24后与储液-干燥过滤器44进口连接,储液-干燥过滤器44出口分为两路,一路经过并联设置的单向阀29和膨胀阀7后与蒸发器50进口连接;另一路经过并联设置的单向阀30和膨胀阀8后与蒸发器28进口连接。蒸发器50出口与三通阀31的b口连接,蒸发器28出口与三通阀31的c口连接。三通阀31的a口与四通阀23的a口连接,四通阀23的c口经过气液分离器22后与压缩机5进口连接,压缩机5出口与四通阀23的b口连接,四通阀23的d口与冷凝器6的冷凝管道进口连接。
燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统采用燃气轮机的方案1的使用方法为:
空气被压气机1吸入后压缩至高压,进入燃烧室21与燃料燃烧后,生成高温高压的燃气,进入透平20膨胀做功,透平20驱动压气机1和压缩机5;
透平20排出的废气进入补燃燃烧室19,与补充进入的燃料燃烧,燃气被加热升温之后从底部进入发生器18的壳侧,从下往上流过发生器18内的管束外壁,加热管束内的稀溶液,使稀溶液发生沸腾相变,发生器18的管束中的稀溶液成为两相流(气相和液相)后进入气液分离器17,气液分离;
气液分离器17中的气体进入冷凝器9的壳侧冷凝放热;气液分离器17中的液体成为浓溶液进入溶液热交换器16浓溶液管道进口,溶液热交换器16浓溶液管道中的浓溶液与稀溶液管道中的稀溶液换热后,进入吸收器14壳侧,喷淋在吸收器14管束外壁面上,吸收蒸气(来自蒸发器12),放出热量加热吸收器14管束中的供暖回水,吸收蒸气后浓溶液成为稀溶液,从吸收器14壳侧底部由溶液泵15抽出,进入溶液热交换器16稀溶液进口。溶液热交换器16稀溶液管道中的稀溶液与浓溶液管道中的浓溶液换热后,进入发生器18的管束。
从气液分离器17流出的气体进入冷凝器9壳侧,加热冷凝器9中管束内的供暖回水,气体冷凝放热成为液体后,经节流阀11节流降压,进入蒸发器12的壳侧,喷淋在蒸发器12的管束上,从蒸发器12管束内的载热介质中吸热后蒸发,成为气体后进入吸收器14的壳侧,被浓溶液吸收。
蒸发器12管束内的载热介质被蒸发器12壳侧中的液体蒸发冷却,放出热量后温度降低,然后经阀41和泵10后进入冷凝器6的载热剂通道,液体被冷凝器6的冷凝管道中的高温高压制冷剂加热后,经过阀46进入蒸发器12的管束内作为载热介质,阀47、48关闭;
冷凝器6冷凝管道中的高温高压制冷剂冷凝放热后,成为高压液体经单向阀24进入储液-干燥过滤器44,再经膨胀阀7节流降压后,进入蒸发器50的管束内,从管束外的环境介质中蒸发吸热,成为气态后流过三通阀31的b-a口经四通阀23的a-c口进入气液分离器22气液分离,气体制冷剂进入压缩机5,被压缩后成为高温高压制冷剂气体,经过四通阀23的b-d口进入冷凝器6冷凝管道。
为除霜、检修,膨胀阀7、蒸发器50运行一段时间后,三通阀31切换到b口,膨胀阀8和蒸发器28投入运行,膨胀阀7和蒸发器50停止。
供暖回水进入吸收器14的管束,蒸发器12壳侧的蒸气进入吸收器14的壳侧,被喷淋在管束外壁的浓溶液吸收,放出热量加热吸收器14的管束内的供暖回水;供暖回水在吸收器14中加热后接着进入冷凝器9的管束,吸收冷凝器9壳侧中蒸气的热量,进一步加热后送入供热用户。以上过程中泵26停止运行。
当环境介质温度较高时,阀47、48打开,阀41、46关闭,泵26启动,驱动载热介质进入蒸发器12管束内,放热后,载热介质进入换热器27的一侧,从另一侧的环境介质中吸热后,再进入蒸发器12管束。供暖回水一路先进入吸收器14的管束内再进入冷凝器9的管束内,被加热后进入供暖用户;另一路经阀47由泵10送入冷凝器6的一侧,被另一侧高温高压制冷剂加热后,经阀48与吸收器14、冷凝器9加热后的一路回水汇合后,进入供暖用户。
实施例2、本发明燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统采用燃气轮机的方案2,如图2所示;包括压气机1、离合器2、离合器4、联轴器3、压缩机5、冷凝器6、冷凝器9、蒸发器12、吸收器14、溶液热交换器16、气液分离器17、发生器18、补燃燃烧室19、透平20、燃烧室21、气液分离器22、四通阀23和三通阀31。
压气机1出口与燃烧室21进口连接,燃烧室21出口与透平20进口连接,透平20出口与补燃燃烧室19进口连接,透平20与压气机1和压缩机5连接。补燃燃烧室19出口与发生器18壳侧进口连接,发生器18的管束出口与气液分离器17进口连接,气液分离器17气体出口与冷凝器9壳侧进口连接。
溶液热交换器16包括浓溶液管道和稀溶液管道,气液分离器17液体出口与溶液热交换器16浓溶液管道进口连接,溶液热交换器16浓溶液管道出口与吸收器14壳侧进口连接,吸收器14壳侧出口通过溶液泵15后与溶液热交换器16稀溶液管道进口连接,溶液热交换器16稀溶液管道出口与发生器18的管束进口连接。
冷凝器9出口经过节流阀11后与蒸发器12壳侧进口连接。蒸发器12中的管束出口与三通阀31的b口连接,三通阀31的a口与换热器27进口连接,三通阀31的c口与换热器271进口连接。换热器27出口经过泵26后与蒸发器12中的管束进口连接,换热器271出口经过泵261后与蒸发器12中的管束进口连接。
供暖回水分为两路,一路经过阀41后分别与吸收器14的管束进口和阀37连接,阀37与冷凝器6的载热剂通道进口连接,冷凝器6的载热剂通道出口分别与阀32进口和阀33进口连接,阀32出口经过阀34后与供暖出水连接,阀33出口与换热器35进口连接,换热器35出口与泵36连接;另一路供暖回水与冷凝器42的载热剂通道进口连接,冷凝器42的载热剂通道出口与供暖出水连接。
吸收器14的管束出口与冷凝器9的管束进口连接,冷凝器9的管束出口与供暖出水连接。
压气机1通过转轴与压缩机5连接,转轴上依次设置有离合器2、联轴器3和离合器4。
冷凝器6的冷凝管道出口经过并联设置的阀25和单向阀24后与储液-干燥过滤器44进口连接,储液-干燥过滤器44出口经过并联设置的单向阀49和膨胀阀7后与冷凝器42的冷凝管道进口连接,冷凝器42的冷凝管道出口与四通阀23的a口连接,四通阀23的c口经过气液分离器45后与压缩机5进口连接,压缩机5出口与四通阀23的b口,四通阀23的d口与冷凝器6的冷凝管道进口连接。
燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统采用燃气轮机的方案2的使用方法为:
空气被压气机1吸入后压缩至高压,进入燃烧室21与燃料燃烧后,生成高温高压的燃气,进入透平20膨胀做功,透平20驱动压气机1和压缩机5;
透平20排出的废气进入补燃燃烧室19,与补充进入的燃料燃烧,燃气被加热升温之后从底部进入发生器18的壳侧,从下往上流过发生器18内的管束外壁,加热管束内的稀溶液,使稀溶液发生沸腾相变,发生器18的管束中的稀溶液成为两相流(气相和液相)后进入气液分离器17,气液分离;
气液分离器17中的气体进入冷凝器9的壳侧冷凝放热;气液分离器17中的液体成为浓溶液进入溶液热交换器16浓溶液管道进口,溶液热交换器16浓溶液管道中的浓溶液与稀溶液管道中的稀溶液换热后,进入吸收器14壳侧,喷淋在吸收器14管束外壁面上,吸收来自吸收器14内的蒸气(来自蒸发器12),放出热量加热吸收器14管束中的供暖回水,吸收蒸气后浓溶液成为稀溶液,从吸收器14壳侧底部由溶液泵15抽出,进入溶液热交换器16稀溶液进口。溶液热交换器16稀溶液管道中的稀溶液与浓溶液管道中的浓溶液换热后,进入发生器18的管束。
从气液分离器17流出的气体进入冷凝器9壳侧,加热冷凝器9中管束内的供暖回水,气体冷凝放热成为液体后,经节流阀11节流降压,进入蒸发器12的壳侧,喷淋在蒸发器12的管束上,从蒸发器12管束内的载热介质中吸热后蒸发,成为气体后进入吸收器14的壳侧,被浓溶液吸收。
蒸发器12管束内的载热介质被蒸发器12壳侧中的液体蒸发冷却,放出热量后温度降低,然后经三通阀31的b-a口送入换热器27中吸热,再经泵26送入蒸发器12的管束内放热;
当换热器27运行一段时间需要检修、除霜时,泵26停止运行,泵261和换热器271运行,载热介质由泵261驱动,送入蒸发器12的管束内,放热后经三通阀31的b-c通道进入换热器271中吸热,再由泵271送入蒸发器12的管束内放热;
环境温度较低时,阀41、34关闭,阀37、32打开。载热剂进入吸收器14的管束,蒸发器12壳侧的蒸气进入吸收器14壳侧,被喷淋在吸收器14的管束外壁的浓溶液吸收,放出热量加热管束内的载热剂;载热剂接着进入冷凝器9的管束,吸收冷凝器9壳侧中蒸气的热量。然后载热剂经阀32进入蒸发器6的载热剂通道,向载热剂通道另一侧的蒸发器6的制冷剂通道中的低温低压制冷剂放出热量;蒸发器6制冷剂通道中的低温低压制冷剂吸热后成为气态制冷剂,经四通阀23的d-c口进入气液分离器45,再进入压缩机5,经压缩后成为高温高压气态制冷剂,经四通阀23的b-a口进入冷凝器42的冷凝管道,放出热量加热冷凝器42中冷凝管道另一侧的供暖回水;在冷凝器42中冷凝放热后的高压气态制冷剂经单向阀49进入储液-干燥过滤器44,再经膨胀阀节流降压后成为低温低压制冷剂进入蒸发器6的制冷剂通道中;
蒸发器12管束中的载热剂经三通阀31的b-a口进入换热器27,再由泵26送入蒸发器12管束入口,泵261停止工作;换热器27需化霜、维护时,蒸发器12管束中的载热剂经三通阀31的b-c口进入换热器271,再由泵261送入蒸发器12管束入口,泵26停止工作;环境温度较高时,换热器27、271、泵26、261也可同时工作。
当环境介质温度较高时,阀41、34打开,阀32、37关闭,供暖回水分两路,一路进入冷凝器42的冷凝管道,被冷凝器42的冷凝管道中的高温高压制冷剂加热,另一路先进入吸收器14的管束内再进入冷凝器9的管束内,被加热后进入供暖出水;两路供暖回水汇合后进入供暖出水;
从蒸发器6的载热剂通道出来的载热剂经泵36送入换热器35中与环境介质换热后经阀33进入蒸发器6的载热剂通道,向通道另一侧的制冷剂通道中的制冷剂放热,被冷却后重新进入换热器35从环境介制中吸热;在冷凝器42中冷凝放热后的高压液态制冷剂经单向阀49进入储液-干燥过滤器44,再经膨胀阀节流降压后进入蒸发器6的制冷剂通道中,从另一侧的载热剂中吸热蒸发,成为气体后经四通阀的d-c口进入气液分离器45,再进入压缩机5。
实施例1和实施例2的发生器18的结构还可以为:
发生器18中从下到上设置有相互独立的三组水平设置的换热管束180、181、182,换热管束180首端与前烟室183连接,换热管束180尾端和换热管束181尾端通过后烟室187连接,换热管束181首端和换热管束182首端通过前烟室185连接,换热管束182尾端与后烟室189连接。发生器18内在换热管束180底部设置有挡板186,换热管束180和换热管束181之间设置有档板184,换热管束181和换热管束182之间设置有档板188。发生器18内腔在换热管束182正上方设置有喷淋装置。前烟室183、后烟室187、前烟室185和后烟室189均由换热管束180、换热管束181、换热管束182、档板184、挡板186和档板188在发生器18内腔中分隔形成。档板184、挡板186和档板188能防止烟气短路。
溶液热交换器16稀溶液管道出口与发生器18的喷淋装置连接,稀溶液喷淋在换热管束180、181、182的表面,在壁面上蒸发及浓缩,蒸气进入冷凝器9,浓溶液从发生器18底部排出,进入溶液热交换器16。
补燃燃烧室19出口与前烟室183连接,溶液热交换器16稀溶液管道出口与发生器18的喷淋装置连接,发生器18蒸气出口与冷凝器9壳侧进口连通,发生器18浓溶液与溶液热交换器16的浓溶液管道进口连接;
烟气先进入前烟室183后,再进入换热管束180的换热管内,从换热管束180流出后,进入后烟室187,由后烟室187进入换热管束181的换热管内;从换热管束181流出后,进入前烟室185,由前烟室185进入换热管束182的换热管内;从换热管束182流出后,进入后烟室189后向外排出。
发生器18使用该结构时,具有气液分离的功能,因此可取消气液分离器17。
实施例3、本发明燃料发动机驱动的压缩-蒸气喷射复合式热泵系统采用燃气轮机的方案3,如图4所示,包括压气机1、离合器2、离合器4、联轴器3、压缩机5、冷凝器6、冷凝器52、蒸发器28、蒸发器50、蒸发器54,发生器18、补燃燃烧室19、透平20、燃烧室21、气液分离器22、四通阀23和三通阀31、喷嘴58、吸气室57、混合室56、扩压管51。
压气机1出口与燃烧室21进口连接,燃烧室21出口与透平20进口连接,透平20出口与补燃燃烧室19进口连接,透平20与压气机1和压缩机5连接。补燃燃烧室19出口与发生器18壳侧进口连接,发生器18的管束出口与喷嘴58进口连接,喷嘴58出口与吸气室57进口连接,吸气室57出口与混合室56进口连接,混合室56出口通过扩压管51与冷凝器52进口连接,冷凝器52出口分两路,一路经泵55与发生器18的管束进口连接;另一路经膨胀阀53与蒸发器54的制冷剂通道进口接,蒸发器54的制冷剂通道出口与吸气室57进口连接。
蒸发器54的载热剂通道出口与通过泵10与冷凝器6的载热剂通道进口连接,冷凝器6的载热剂通道出口与蒸发器54的载热剂通道进口连接。
冷凝器6的冷凝管道出口经过并联设置的阀25和单向阀24后与储液-干燥过滤器44进口连接,储液-干燥过滤器44出口分为两路,一路经过并联设置的单向阀29和膨胀阀7后与蒸发器50进口连接;另一路经过并联设置的单向阀30和膨胀阀8后与蒸发器28进口连接。蒸发器50出口与三通阀31的b口连接,蒸发器28出口与三通阀31的c口连接。三通阀31的a口与四通阀23的a口连接,四通阀23的c口经过气液分离器22后与压缩机5进口连接,压缩机5出口与四通阀23的b口连接,四通阀23的d口与冷凝器6的冷凝管道进口连接。
燃料发动机驱动的压缩-吸收复合式热泵系统采用燃气轮机的方案3的使用方法为:
空气被压气机1吸入后压缩至高压,进入燃烧室21与燃料燃烧后,生成高温高压的燃气,进入透平20膨胀做功,透平20驱动压气机1和压缩机5;
透平20排出的废气进入补燃燃烧室19,与补充进入的燃料燃烧,燃气被加热升温之后从顶部进入发生器18的壳侧,从上往下流过发生器18内的管束外壁后,从发生器18底部排出;发生器18的管束中的液体制冷剂被燃气加热后,沸腾相变,成为过热蒸气后进入喷嘴58;过热蒸气在喷嘴58中加速降压后成为超音速气体进入吸气室57,携带制冷剂气体(来自蒸发器54)进入混合室56,在混合室56中混合后进入扩压管51,在扩压管51中气体速度降低压力升高后进入冷凝器52的制冷剂通道,在冷凝器52的制冷剂通道中冷凝放热,加热冷凝器52的另一侧的供暖回水,供暖回水被加热后进入供暖用户管网;制冷剂在冷凝器52中冷凝放热,成为液体制冷剂后,分为两路,一路由泵55进入发生器18的管束中,与来自补燃燃烧室19的燃气换热,另一路经膨胀阀53节流降压后,进入蒸发器54的制冷剂通道吸热蒸发,成为气体后进入吸气室57,被来自喷嘴58的高速气流携带进入混合室56。
冷凝器6冷凝管道中的高温高压制冷剂冷凝放热后,成为高压液体经单向阀24进入储液-干燥过滤器44,再经膨胀阀7节流降压后,进入蒸发器50的管束内,从管束外的环境介质中蒸发吸热,成为气态后流过三通阀31的b-a口经四通阀23的a-c口进入气液分离器22气液分离,气体制冷剂进入压缩机5,被压缩后成为高温高压制冷剂气体,经过四通阀23的b-d口进入冷凝器6冷凝管道冷凝放热,加热冷凝管道另一侧的冷凝器6的载热剂通道中的载热剂;冷凝器6的载热剂通道中的载热剂被加热后进入蒸发器54的载热剂通道,被载热剂通道另一侧的蒸发器54的制冷剂通道中的制冷剂冷却后温度降低,由泵10送回冷凝器6的载热剂通道再次加热。
为除霜、检修,膨胀阀7、蒸发器50运行一段时间后,三通阀31切换到c口,膨胀阀8和蒸发器28投入运行,膨胀阀7和蒸发器50停止。除霜也可通过四通换向阀23的换向进行。
本发明中燃料发动机,可用燃气轮机,也可用内燃机、斯特林发动机,还可以采用燃料电池,用燃料电池产生的电力驱动电机,再由电机驱动蒸气压缩式热泵,从环境介质中吸热,再由发电后的余热再驱动吸收式热泵升温后供给用户。也可以由余热驱动吸收式热泵从环境介质中吸热,再由电力驱动的蒸气压缩式热泵升温后供给用户。另外,也可以用燃气轮机,也可用内燃机、斯特林发动机带动发电机发电,用所发电力驱动压缩机制热。
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。