一种吸收式热泵系统及调节方法与流程

本公开涉及吸收式热泵技术领域，尤其涉及一种吸收式热泵系统及调节方法。

背景技术：

随着我国人民生活水平的提高，工业化和城市化程度迅速提高，但能源环境问题日益突出。工业中的化工、水泥、其他建材窑炉、有色金属冶炼和钢铁五大行业的能耗占工业总能耗比重约70％，而这五大行业的热效率一般只有20～60％，大量40～100℃的余热、废热以废气、废水等形式排放到环境中。据统计，制造业约有50％的投入能源以热能的形式被浪费。而随着城市化和工业化的发展，居民以及工业流程中的热需求和冷需求大大提高，这部分负荷主要通过燃煤锅炉、燃气锅炉、热电厂以及电压缩制冷等形式解决，消耗了大量高品质的煤炭和天然气。利用吸收式热泵将排放的废热用于供热或进行工业流程优化是实现余热利用和能源梯级利用的有效途径。常规吸收式热泵在启停、变工况、系统内部(热泵系统内)及系统外部(热源侧及负荷侧)波动过程中，不同溶液储量会影响热泵系统平抑波动的响应速度和机组的能效系数。在吸收式热泵系统启停与变工况运行过程中，系统储液量越多，能效系数越低，系统响应时间越长；而在系统内、外部存在波动时，系统储液量越多，能效系数越高，系统稳定性越好。现有吸收式热泵系统在整个运行周期中，由于上述原因会出现能效比下滑，响应时间延长，难以很好地实现快速调控，不利于系统与用户之间的供需匹配；系统内、外部波动时，稳定性较差，能源利用率较低，调控响应时间较长。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种吸收式热泵系统及调节方法，至少解决以上技术问题。

(二)技术方案

一方面，本公开提供了一种吸收式热泵系统，包括：吸收器111、发生器112、冷凝器114、蒸发器113、制冷剂泵122第一调节单元130以及第二调节单元140，其中：吸收器111，用于高浓度溶液吸收制冷剂蒸汽释放热量并生成低浓度溶液；发生器112，用于低浓度溶液吸收热量释放制冷剂并生成高浓度溶液；吸收器111与发生器112通过第一管路和第二管路形成一循环回路；冷凝器114，用于将发生器112释放的制冷剂冷凝；蒸发器113，用于蒸发冷凝器114冷凝的制冷剂形成制冷剂蒸汽；第一调节单元130，与吸收器111连接，用于储存低浓度溶液并调节吸收器111中低浓度溶液量；第二调节单元140，与所述发生器112连接，用于储存高浓度溶液并调节发生器112中高浓度溶液量；制冷剂泵122设于蒸发器113与冷凝器114之间，用于将制冷剂输送至蒸发器113。

可选地，该吸收式热泵系统还包括一溶液换热器115，第一管路和第二管路通过溶液换热器115换热。

可选地，第一调节单元130与第二调节单元140均至少包括多个截止阀、一辅助溶液泵以及一储液罐，所述发生器112和吸收器111与储液罐141，131之间分别通过一截止阀144,134连接，并与所述储液罐141，131形成一循环回路。

可选地，第一调节单元130包括：第一截止阀133、第二截止阀134、第三截止阀135、第四截止阀136、第一储液罐131以及第一辅助溶液泵132，其中，吸收器111、第二截止阀134、第一储液罐131、第三截止阀135以及第一辅助溶液泵132依次形成一循环回路，第一截止阀133设于第一管路上，第四截止阀136跨接于第三截止阀135与第一截止阀133的一端。

可选地，第二调节单元140包括：第五截止阀143、第六截止阀144、第七截止阀145、第八截止阀146、第二储液罐141以及第二辅助溶液泵142，其中，发生器112、第六截止阀144、第二储液罐141、第七截止阀145以及第二辅助溶液泵142依次形成一循环回路，第五截止阀143设于第二管路上，第八截止阀146跨接于第五截止阀143与第七截止阀145的一端。

可选地，第一管路上还包括一溶液泵121。

可选地，第二管路上还包括一溶液节流阀123，设于第二调节单元140与吸收器111之间。

另一方面，本公开还提供了一种上述吸收式热泵系统的调节方法，包括：

启动或变负荷前：

打开第二截止阀134和第六截止阀144，以使吸收器111和发生器112中大部分溶液导入第一储液罐131和第二储液罐141；

启动或变负荷时：

打开第一截止阀133、第一辅助溶液泵132、第三截止阀135、第五截止阀143、第七截止阀145以及第二辅助溶液泵142；打开溶液节流阀123、溶液泵121以及制冷剂泵122，以将第一储液罐131和第二储液罐141中溶液注入循环中；打开第二截止阀134、第六截止阀144，关闭第一辅助溶液泵132和第二辅助溶液泵142，以使第一储液罐131和第二储液罐141中存储部分溶液；打开所述第四截止阀136以及第八截止阀146，关闭第一截止阀133以及第五截止阀143；

待系统进入正常运行状态后，关闭第二截止阀134、第六截止阀144。

可选地，在启动或变负荷前，若吸收器111或发生器112中溶液量少于第一预设值，则打开第三截止阀135和第七截止阀145，启动第一辅助溶液泵132和第二辅助溶液泵142，以使吸收器111或发生器112中溶液量大于或等于第一预设值。

可选地，若第一储液罐131中溶液量小于第二预设值时，则打开第二截止阀134，以将吸收器111中的溶液导入第一储液罐131；若第二储液罐141中溶液量小于第三预设值时，则打开第六截止阀144，以将发生器112中的溶液导入第二储液罐141。

(三)有益效果

本公开提供了一种吸收式热泵系统及调节方法，可以在启动和变负荷前将大部分溶液导入储液罐，以发生器和吸收器内储存的少量溶液启动或变负荷，当设备较为稳定时，再将储液罐中溶液缓慢导入循环中；在设备波动时，利用溶液罐、发生器和吸收器的储液能力，将发生过程和吸收过程隔开，可以有效抵消波动对设备的影响。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例的吸收式热泵系统。

具体实施方式

一种吸收式热泵系统，包括：吸收器111、发生器112、冷凝器114、蒸发器113、制冷剂泵122、第一调节单元130以及第二调节单元140，其中：吸收器111，用于高浓度溶液吸收制冷剂蒸汽释放热量并生成低浓度溶液；发生器112，用于低浓度溶液吸收热量释放制冷剂并生成高浓度溶液；吸收器111与发生器112通过第一管路和第二管路形成一循环回路；冷凝器114，用于将发生器112释放的制冷剂冷凝；蒸发器113，用于蒸发冷凝器114冷凝的制冷剂形成制冷剂蒸汽；第一调节单元130，与吸收器111连接，用于储存低浓度溶液并调节吸收器111中低浓度溶液量；第二调节单元140，与发生器112连接，用于储存高浓度溶液并调节发生器112中高浓度溶液量；制冷剂泵122设于蒸发器113与冷凝器114之间，用于将制冷剂输送至蒸发器113。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

传统的吸收式热泵系统流程简单描述如下：吸收器111中的浓溶液吸收来自蒸发器113的制冷剂蒸汽变为低浓度溶液，并放出热量，将低浓度溶液传输至发生器112；低浓度溶液在发生器112中吸收热量蒸发出制冷剂变为浓溶液；冷凝器114将发生器112蒸发的制冷剂冷凝，放出热量；蒸发器113吸收热量将来自冷凝器114的制冷剂蒸发生成制冷剂蒸汽，以供吸收器111使用。溶液换热器115在发生器112和吸收器111之间回收溶液热量。由于发生器和吸收器中存在部分溶液存储，影响了吸收式热泵系统的动态特性，使得启动、变负荷过程稳定时间较长，系统波动时能效系数下降。因此本公开实施例对以上系统进行了改进，使得吸收式热泵系统在启动和变负荷过程中更加稳定迅速，即使在系统波动时仍然有较高的能源利用率。

如图1所示，本公开实施例的吸收式热泵系统，增加了第一调节单元130以及第二调节单元140，其中，第一调节单元130，与吸收器111连接，用于调节吸收器111中低浓度溶液量；第二调节单元140，与发生器112连接，用于调节发生器112中高浓度溶液。

第一调节单元130至少包括多个截止阀、一辅助溶液泵以及一储液罐，吸收器111与储液罐131之间通过一截止阀134连接，吸收器111与储液罐131在一循环回路上。同理，第二调节单元140至少包括多个截止阀、一辅助溶液泵以及一储液罐，发生器112与储液罐141之间通过一截止阀144连接，发生器112与储液罐141在一循环回路上。

如图1所示，本公开实施例中，第一调节单元130可以包括四个截止阀(即第一截止阀133、第二截止阀134、第三截止阀135以及第四截止阀136)、第一储液罐131以及第一辅助溶液泵132。其中，吸收器111、第二截止阀134、第一储液罐131、第三截止阀135以及第一辅助溶液泵132依次连接形成一循环回路，第一截止阀133设于第一管路上，第四截止阀136跨接于第三截止阀135与第一截止阀133的一端。优选的，第四截止阀136的一端设于第三截止阀135与第一辅助溶液泵132之间。

第二调节单元140可以包括四个截止阀(即第五截止阀143、第六截止阀144、第七截止阀145以及第八截止阀146)、第二储液罐141以及第二辅助溶液泵142，其中，发生器112、第六截止阀144、第二储液罐141、第七截止阀145以及第二辅助溶液泵142依次形成一循环回路，第五截止阀143设于第二管路上，第八截止阀146跨接于第五截止阀143与第七截止阀145的一端。优选的，第八截止阀146的一端设于第七截止阀145与第二辅助溶液泵142之间。

吸收器111、第二截止阀134、第一储液罐131连接，发生器112、第六截止阀144以及第二储液罐141连接形成启动、变负荷前溶液存储管路。

该吸收式热泵系统还包括一溶液换热器115，第一管路和第二管路可以通过该溶液换热器115换热。第一管路上还包括一溶液泵121，第二管路上还包括一溶液节流阀123。冷凝器114与蒸发器113之间还包括一制冷剂泵122。吸收器111、第一截止阀133、溶液节流阀123连接，发生器112、第五截止阀143、溶液泵121相连形成启动、变负荷时的主溶液管路。第一储液罐131、第三截止阀135、第一辅助溶液泵132以及吸收器111相连，第二储液罐141、第七截止阀145、第二辅助溶液泵142以及发生器相连形成启动、变负荷注液管路。第一储液罐131、第三截止阀135、第四截止阀136、溶液节流阀123相连，第二储液罐141、第七截止阀145、第八截止阀146以及溶液泵121相连形成抵抗波动管路。吸收器111、第二截止阀134、以及第一储液罐131相连，发生器112、第六截止阀144以及第二储液罐141相连形成抵抗波动时储液罐溶液不足的补液管路。

另一方面，本公开实施例还提供了一种基于上述吸收式热泵系统的调节方法，如下。

启动或变负荷前：

打开第二截止阀134和第六截止阀144，以使吸收器111和发生器112中大部分溶液导入第一储液罐131和第二储液罐141。在启动或变负荷前，若吸收器111或发生器112中溶液量少于第一预设值，则打开第三截止阀135和第七截止阀145，启动第一辅助溶液泵132和第二辅助溶液泵142，以使吸收器111或发生器112中溶液量大于或等于第一预设值。若第一储液罐131中溶液量小于第二预设值时，则打开第二截止阀134，以将吸收器111中的溶液导入第一储液罐131；若第二储液罐141中溶液量小于第三预设值时，则打开第六截止阀144，以将发生器112中的溶液导入第二储液罐141。

例如，启动或变负荷前，保持溶液泵121、制冷剂泵122、溶液节流阀123状态不变，打开第二截止阀134和第六截止阀144，将吸收器111和发生器112中大部分溶液分别导入第一储液罐131和第二储液罐141，只保留少部分溶液。如果吸收器111或发生器112中溶液量过少，需要分别打开第三截止阀135和第七截止阀145，启动第一辅助溶液泵132和第二辅助溶液泵142补充溶液。

启动或变负荷时：

打开第一截止阀133、第一辅助溶液泵132、第三截止阀135、第五截止阀143、第七截止阀145以及第二辅助溶液泵142；

打开溶液节流阀123、溶液泵121以及制冷剂泵122，以将第一储液罐131和第二储液罐141中溶液注入循环中；

打开第二截止阀134、第六截止阀144，关闭第一辅助溶液泵132和第二辅助溶液泵142，以使第一储液罐131和第二储液罐141中存储部分溶液；

打开第四截止阀136以及第八截止阀146，关闭第一截止阀133以及第五截止阀143。

例如，启动或变负荷时，打开第一截止阀133、第三截止阀135、第一辅助溶液泵132、第五截止阀143、第七截止阀145、低压溶液泵142，关闭其他截止阀，使溶液节流阀123、溶液泵121、制冷剂泵122处于开启状态，逐渐将第一储液罐131和第二储液罐141中的溶液注入循环中。当第一储液罐131和低压储液管141中溶液完全注入循环中时，先打开第二截止阀134、第六截止阀144，关闭第一辅助溶液泵132、第二辅助溶液泵142。待第一储液罐131和第二储液罐141中有适当溶液量后，先打开第四截止阀136、第八截止阀146，再关闭第一截止阀133、第五截止阀143，系统进入正常运行状态。

待系统进入正常运行状态后，关闭第二截止阀134、第六截止阀144。第一储液罐131和第二储液罐141中溶液量不足时，打开第二截止阀134、第六截止阀144，将吸收器111和发生器112中溶液全部导入第一储液罐131和第二储液罐141，如此循环操作，可以实现抵抗部分波动影响，增加系统能效比的作用。

本公开的吸收式热泵系统，启动与变负荷过程中，设备储液量越多，所需稳定时间越长；外部或内部运行条件波动时，设备储液量越少，受到波动的影响越大，运行能效系数越低。因此，本公开实施例中，在启动和变负荷前将大部分溶液导入储液罐，以发生器和吸收器内储存的少量溶液启动或变负荷，当设备较为稳定时，再将储液罐中溶液缓慢导入循环中；在设备波动时，利用溶液罐、发生器和吸收器的储液能力，将发生过程和吸收过程隔开，可以有效抵消波动对设备的影响。

以下以一吸收器额定输出热量为25kw立式降膜吸收式热泵为例，对本公开中的实际应用效果进行验证。综合考虑温度和热量稳定所需时间以及两个小时内系统总能效系数这两个指标来评价本公开的实际效果。参见表1，启动过程中，本公开实现稳定时间从原有840s降到480s，两个小时内系统总cop从0.4902上升到0.4934。变负荷过程为从100％负荷降到60％负荷，本公开实现稳定时间从原有200s降到155s，两小时内系统总cop从0.5089上升到0.5104。在抵抗波动热源波动方面，实现基本消除热源流量带来的波动，并实现cop从0.5047上升到0.5079。综上所述，本公开在启动与变负荷过程中，能够降低设备稳定时间所需时间，还能够略微提高设备的能效比。

表1

需要说明的是，本公开实施例中的节流阀是实现压力隔离的一种装置，可以使用其他如u形管、泵等隔压装置替代实现；所出现的截止阀是切断管路的装置，可以用闸阀、球阀等阻断装置替代实现；实施例所述的是对吸收器与发生器流程与调控方法改进，类似的针对蒸发器、冷凝器储液装置的改进也可以类似实现；实施例所述的为单效吸收式制冷机，类似的针对多效、多级吸收式制冷机的储液装置改进也可以类似实现。本公开同样也适用于第一类吸收式热泵。以上是为了便于描述本公开的简化描述，而不是指示或暗示必须选定所指的装置或元件，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含所指明的技术特征的数量。

还需要说明的是，实施例中提到的方向术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。

类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。