循环溴化锂热泵

本发明属于环保供热领域，涉及一种循环溴化锂热泵。

背景技术：

随着中国城镇化发展，工厂、居民等实际用电量随之增加，新发电厂的规划和建设需要较长周期。与此同时，城镇化的进步与发展使得供暖需求上升，目前我国居民采暖主要以热电联产方式为主。热电联产方式是当地的电厂或热电厂集中供热的方式，发电厂将煤的化学能转变为热能、再将热能转变为机械能、最后由机械能转变为电能。具体的，燃料在燃烧时加热水生成水蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，在水蒸气的压力推动下汽轮机旋转完成热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。上述能量的转变也伴随着能量的损耗，因而火力发电的消耗较大，由于转换率不高等原因造成了自然资源的浪费与破坏。

工业余热的使用可以帮助电厂或热电厂供热，在一定程度能够降低火力发电的消耗，工业余热分为低温工业余热、中温工业余热和高温工业余热。低温工业余热因热量少、技术不成熟等因素被视为废热排放到环境中，甚至还要运转冷却塔为排放余热而产生额外的费用，实属可惜。

当前溴化锂热泵成为余热介质增热的一种手段，使得溴化锂热泵对于介质逐级加热，充分发挥溴化锂热泵的加热功能是亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决溴化锂热泵对于需加热介质充分加热的问题，充分利用溴化锂提供的热源，本实用新型提出了一种循环溴化锂热泵，包括燃烧器、蒸发器、制冷剂泵、溶液泵、低温换热器、凝水换热器、高温换热器、高压发生器、冷凝器、低压发生器；蒸发器的底部出口通过管路连接溶液泵，溶液泵的出口连通溶液管路，溶液管路经过低温换热器、凝水换热器、高温换热器后通入高压发生器，所述溶液管路作为各换热器的低温侧；低温换热器的高温侧的热入口通过管路连通低压发生器的出口，低温换热器的高温侧的冷出口通过管路连通蒸发器的一个入口；凝水换热器的高温侧的热入口连通外加热源的热出口；高温换热器的高温侧的热入口通过管路连通高压发生器的一个出口，高温换热器的高温侧的冷出口通过管路连通低压发生器的一个入口；位于高压发生器顶部的高温水蒸气出口通过水蒸气管路通入低压发生器的溶液内部，且管路壁将位于管路内部的高温水蒸气与位于管路外部的低压发生器中溶液隔离，制冷剂水管路是连通器，其一端与水蒸气管路连通，另一端接入第一冷凝器。

有益效果：本实用新型提供溴化锂热泵的逐级加热方式，使得溴化锂溶液逐级加热，并提供介质较高的热量以吸收，从而提高了溴化锂热泵的热量使用。

附图说明

图1是余热回收供暖发电系统的系统连接图。

图2是太阳能空气源热泵的放大图。

图3是溴化锂热泵的放大图。

图4是蒸气压缩式热泵的放大图。

1.冷却塔，2.水泵，3.锅炉，4.第一板式换热器，5.第一定压补水装置，6.太阳能空气源热泵，7.溴化锂热泵，8.蒸气压缩式热泵，9.空气源蒸发器，10.太阳能蒸发器，11.太阳能集热板，12.热水供水箱，13.冷凝器，14.燃烧器，15.蒸发器，16.制冷剂泵，17.溶液泵，18.低温换热器，19.凝水换热器，20.高温换热器，21.高压发生器，22.第一冷凝器，23.低压发生器，24.第一控制阀，25.高温冷凝器，26.中温冷凝器，27.第二控制阀，28.第三控制阀，29.主电机，30.离心式压缩机，31.第二板式换热器，32.第二定压补水装置，33.第四板式换热器，34.第四定压补水装置，35.第三板式换热器，36.第三定压补水装置，37.第五板式换热器，38.第五定压补水装置，39.住户，40.住户，41.温差发电装置，42.高温热源加热蒸发器，43.控制阀，44.涡轮机，45.第二冷凝器，46.控制阀，47.第一光敏换向阀，48.第二光敏换向阀，49.循环泵，50.第一太阳能蓄热器，51.溢流阀，52.第二太阳能蓄热器，53.气液分离器，54.手动球阀，55.视液镜，56.电磁阀，57.膨胀阀。

具体实施方式

本发明用工业余热、废热替代电厂部分的供热，旨在减轻电厂供热压力，为一种高效可靠且结合温差发电的低温余热回收供暖发电系统，以回收低温余热废热来代替电厂高温蒸汽，为我国北方供暖城市在保证供热质量的条件下，提供更加清洁且低廉供暖方式。

本发明通过低温换热的方式降低工厂循环水的水温，提高供热管道水的水温。而与温差发电系统相结合，使得余热在非供暖季也得到合理利用。

如图1所示，余热回收供暖发电系统，包括余热回收装置、太阳能空气源热泵6(仅以单框示出，具体结构参见图2)、循环溴化锂热泵7、蒸气压缩式热泵8、温差发电装置41、第一板式换热器4、第二板式换热器31、第三板式换热器35、第四板式换热器33、第五板式换热器37。

当然，在一种方案中，本方案提出一种余热回收供暖系统，包括余热回收装置、太阳能空气源热泵6、循环溴化锂热泵7、第一板式换热器4、第二板式换热器31、第三板式换热器35。

在另一种方案中，本方案提出另一种余热回收供暖系统，包括余热回收装置、太阳能空气源热泵6、蒸气压缩式热泵8、第一板式换热器4、第四板式换热器33、第五板式换热器37。

在另一种方案中，本方案提出第三种余热回收供暖系统，包括余热回收装置、太阳能空气源热泵6、循环溴化锂热泵7、蒸气压缩式热泵8、第一板式换热器4、第二板式换热器31、第三板式换热器35、第四板式换热器33、第五板式换热器37。

对于上述各个系统：余热回收装置通过第一板式换热器4连接太阳能空气源热泵6，将余热回收装置提供的热量通过第一板式换热器4交换于太阳能空气源热泵6的起始流动介质，并在太阳能空气源热泵6中提高流动介质热量。

太阳能空气源热泵6通过第二板式换热器31连接循环溴化锂热泵7，将太阳能空气源热泵6提供的热量通过第二板式换热器31交换于循环溴化锂热泵7的起始流动介质，并在循环溴化锂热泵7中提高流动介质热量。

太阳能空气源热泵6通过第四板式换热器33连接蒸气压缩式热泵8，将太阳能空气源热泵6提供的热量通过第四板式换热器33交换于蒸气压缩式热泵8的起始流动介质，并在蒸气压缩式热泵8中提高流动介质热量。

循环溴化锂热泵7通过第三板式换热器35连接取暖终端，将循环溴化锂热泵7中流动介质热量交换于取暖终端。

蒸气压缩式热泵8通过第五板式换热器37连接取暖终端，将蒸气压缩式热泵8中流动介质热量交换于取暖终端。

对于上述各个系统的组件，作出详细说明：

如图1所示，余热回收装置包括冷却塔1、水泵2、锅炉3。

冷却塔1与锅炉3的入口通过第一管路连接，使冷却塔1中的冷却水被抽取至锅炉3中，冷却水的抽取动力来自于所述第一管路上安装的水泵2。冷却水在锅炉3中加热成高温水蒸气，高温水蒸气将作为高温热源使用。

第一板式换热器4具有高温侧(提供热量侧)和低温侧(接收热量侧)。第一板式换热器4的高温侧具有热入口和冷出口，热入口(进热介质)和冷出口(出冷介质)间通过高温侧管路连通。第一板式换热器4的低温侧具有冷入口和热出口，冷入口(进冷介质)和热出口(出热介质)间通过低温侧管路连通，第一板式换热器4高温侧和低温侧换热。对于各板式换热器具有上述结构。第一板式换热器安装有第一定压补水装置5。

锅炉3的热源出口通过管路连通第一板式换热器4的高温侧的热入口，锅炉3产生的高温热源自锅炉3的热源出口进入到第一板式换热器4的高温侧作为热源。第一板式换热器4的高温侧的冷出口通过连通的管路进入锅炉3的冷源入口，将高温侧换热后失去热量得到的冷介质(如低温制冷剂水)回流锅炉3。锅炉3的冷源出口与冷却塔1通过第二管路连接，使高温侧换热后失去热量得到的冷介质由锅炉3的冷源出口排出并回流至冷却塔1中。

余热回收装置把冷却水引入冷却塔1中，不断循环，水泵2将冷却水抽取到锅炉3，锅炉3将冷却水加热成高温水蒸气(即高温热源)，通过第一板式换热器4与低中温热源进行换热，在此期间第一定压补水装置5检测第一板式换热器4内高温水蒸气压力，并通过补充水份的方式稳定压强，以维持系统在循环换热中的稳定。

第一板式换热器4的低温侧的冷入口通过管路连通第二板式换热器31高温侧的冷出口，使第二板式换热器31高温侧换热后失去热量得到的冷介质(如低温制冷剂水)通过连通的管路进入第一板式换热器4的低温侧作为冷源。第一板式换热器4的低温侧的热出口通过管路连通太阳能空气源热泵6的热水供水箱12的入口，使低温侧换热后获取热量得到的热介质进入热水供水箱12。

第二板式换热器31的高温侧的热入口通过管路连通太阳能空气源热泵6的出口，使太阳能空气源热泵6增热后的介质通过连通的管路进入第二板式换热器31的高温侧作为热源。第二板式换热器31安装有第二定压补水装置32。

第一板式换热器4的低温侧的冷入口通过管路连通第四板式换热器33高温侧的冷出口，使第四板式换热器34高温侧换热后失去热量得到的冷介质(如低温制冷剂水)通过连通的管路进入第一板式换热器4的低温侧作为冷源。第四板式换热器33安装有第四定压补水装置34。

第四板式换热器33的高温侧的热入口通过管路连通太阳能空气源热泵6的出口，使太阳能空气源热泵6增热后的介质通过连通的管路进入第四板式换热器34的高温侧作为热源。

如图2所示，太阳能空气源热泵6包括：第一太阳能蓄热器51、空气源蒸发器9、气液分离器53、冷凝器13、热水供水箱12、第二太阳能蓄热器52、光敏换向阀、太阳能集热板11。

第一板式换热器4低温侧热出口连通两路管路。

第一路管路其上具有溢流阀，该管路连接第二太阳能蓄热器52的第一入口，第二太阳能蓄热器52的第一出口通过管路连通冷凝器13的第一入口，冷凝器13的第一出口通过管路连通第二太阳能蓄热器52的第二入口，第二太阳能蓄热器52的第二出口通过管路连通热水供水箱12，该管路其上具有溢流阀。

冷凝器13第二出口通过管路连通空气源蒸发器9，该管路上安装有手动球阀54、视液镜55、电磁阀56和膨胀阀57，通过空气源蒸发器9的介质吸热，提高介质热量，空气源蒸发器9通过管路连通气液分离器53，气液分离器53通过管路连通冷凝器13第二入口，使得介质在冷凝器13中对于吸收的热量放热，释放的热量被冷凝器13第一入口和冷凝器13第二出口间的管道中流过的介质接收。

对于上述第一板式换热器低温侧热出口连通两路管路中的第二路管路，其上具有溢流阀，该管路连接第一太阳能蓄热器51的入口，第二太阳能蓄热器52的出口通过管路连通第一光敏换向阀47，该管路其上具有溢流阀第一光敏换向阀47可选择的连通两条并行管路，第一光敏换向阀47连接的一条并行管路连通太阳能集热板11，第一光敏换向阀47的另一条并行管路连通太阳能蒸发器10，使第二太阳能蓄热器52输出的介质能够通过第一光敏换向阀47选择输出至太阳能集热板11或是太阳能蒸发器10。

太阳能集热板11、太阳能蒸发器10分别通过管路连接在第二光敏换向阀48，太阳能集热板11的连通管路上具有循环泵49，第二光敏换向阀48通过管路连通热水供水箱12，该管路其上具有溢流阀，通过第二光敏换向阀48选择太阳能集热板11或是太阳能蒸发器10能向供热水箱提供介质。

太阳能空气源热泵6的实施方法是：在强光的时候，控制太阳能集热板11所在管路打开，太阳能蒸发器10所在管路关闭，太阳能集热板11流过的介质被供应给热水供水箱12，在弱光的时候，控制太阳能集热板11所在管路关闭，太阳能蒸发器10所在管路打开，太阳能蒸流过的介质被供应给热水供水箱12。

手动球阀54打开，制冷剂从冷凝器13中流出，经过膨胀阀57节流，使其成为低温低压的湿蒸汽，通过空气源蒸发器9吸热，进入气液分离器53释放出多余气体，在冷凝器13中放热，并加热第二太阳能蓄热器52的输出介质(来自于第一板式换热器低温侧热出口)，所需热源是冷凝器13第二入口和第二出口间管路中通过的介质，视液镜55用于确定系统内制冷剂的品质和含水量。

中温热源通过第一太阳能蓄热器51蓄热，通过溢流阀稳压，光强时，光敏换向阀从上走，经过太阳能集热板11加热，通过循环泵49进入热水供水箱12，并输送给下一系统；光弱时，光敏换向阀从左走，通过6太阳能蒸发器10吸热进行加热，将加热后的热水输送到热水供水箱12，进入下一系统。

太阳能空气源热泵6，从第一板式换热器4热交换来的热水，通过冷凝器13放热对其加热，及空气源蒸发器9或太阳能蒸发器10对其加热后，进入热水供水箱12。

如图3所示，循环溴化锂热泵7包括：燃烧器14、蒸发器15、制冷剂泵16、溶液泵17、低温换热器18、凝水换热器19、高温换热器20、高压发生器21、冷凝器22、低压发生器23。

蒸发器15的底部出口通过管路连接溶液泵17，溶液泵17的出口连通溶液管路，溶液管路经过低温换热器18、凝水换热器19、高温换热器20后通入高压发生器21，所述溶液管路作为各换热器的低温侧。

低温换热器18的高温侧的热入口通过管路连通低压发生器23的出口，使低压发生器23中的高温溶液作为低温换热器18的高温侧的热源，低温换热器18的高温侧的冷出口通过管路连通蒸发器15的一个入口，使低温换热器18高温换热后得到的低温溶液通过连通的管路进入蒸发器18。低温换热器18的溶液管路作为低温换热器18的低温侧，其中的低温溶液在低温侧换热后获取热量，并通入凝水换热器19中的溶液管路。

凝水换热器19的高温侧的热入口连通外加热源的热出口，使外加热源通过连通的管路进入凝水换热器19的高温侧作为热源，凝水换热器19的高温侧的冷出口可以将冷介质排放或回收。凝水换热器19的溶液管路作为凝水换热器19的低温侧，其中的低温溶液在低温侧换热后获取热量，并通入高温换热器20中的溶液管路。

高温换热器20的高温侧的热入口通过管路连通高压发生器21的一个出口，使高压发生器21中的高温溶液作为高温换热器20的高温侧的热源，高温换热器20的高温侧的冷出口通过管路连通低压发生器23的一个入口，使高温换热器20高温换热后得到的低温溶液通过连通的管路进入低压发生器。高温换热器20的溶液管路作为高温换热器20的低温侧，其中的低温溶液在低温侧换热后获取热量，并通入高压发生器21中。

上述方案通过具有较高温度的低压发生器23、高压发生器21中的溶液，与低温换热器18、凝水换热器19、高温换热器20的溶液管路中的溶液换热，使得溶液在传输中逐步提高温度而到达高压发生器21中。

高压发生器21内的反应，因为溴化锂溶液和水的沸点不同，在高压发生器里21只有水蒸气被压缩出，作为优选方案，还可以在高压发生器21的顶部安装过滤器，用于将高压发生器21中溶液的高温水蒸气过滤通过而滤除杂质，位于高压发生器21顶部的高温水蒸气出口通过水蒸气管路通入低压发生器的溶液内部，且管路壁将位于管路内部的高温水蒸气与位于管路外部的低压发生器23中溶液隔离，使高温水蒸气能够对管路壁外部的溶液加热，且不与溶液混合，制冷剂水管路是连通器，其一端与水蒸气管路连通，另一端接入第一冷凝器，并作为冷凝器的放热介质用于放热。

循环溴化锂热泵7，热水供水箱12下部的管道流出的中温热源一部分进入第二板式换热器31，在此期间第二定压补水装置32检测第二板式换热器31内高温水蒸气压力，并通过补充水份的方式稳定压强，以维持系统在循环换热中的稳定。从第二板式换热器31的管道流出中温热源，带有中温热源的管道通过蒸发器15，可以吸收部分蒸发器15中的热量，蒸发器15中为libr稀溶液，在溶液泵17的作用下，在管路中经过低温换热器18、凝水换热器19和高温换热器20升温，进入高压发生器21和低压发生器23，使稀溶液沸腾产生制冷剂水蒸气，稀溶液同时被浓缩，并把浓缩后的libr浓溶液流回。低压发生器23与冷凝器22配套使用，冷凝器22使制冷剂水蒸气冷凝，放出凝结热，介质管道中的低温热源吸收凝结热后变为高温热源。作为一种方案，制冷剂泵16输送制冷剂水，使制冷剂水在蒸发器15中喷淋。溶液泵17将libr稀溶液输送到高压发生器21，使稀溶液沸腾产生制冷剂水蒸气，稀溶液同时被浓缩，以此为屏蔽泵。增大低压发生器的放气范围，提高机组的热力系数。当上述装置发生紧急状况时，燃烧器14开始工作，以燃气为能源加热水，使其达到低温热源升温的目的。

第二板式换热器31低温侧的热出口连通介质管路，介质管路通过低压发生器23和第一冷凝器22(介质管路整体通过低压发生器23和第一冷凝器22的内部，即介质管路进入并位于其内部)，通过低压发生器23和第一冷凝器22放热，介质管路中的介质吸收热量，介质管路连通第三板式换热器35的高温侧的热入口，第三板式换热器35的高温侧的冷出口连通第二板式换热器低温侧的冷入口，使得第二板式换热器低温侧换热后获取热量的介质经循环溴化锂热泵进一步增温后作为第三板式换热器高温侧热源，并在高温侧换热后，失去热量的冷介质回流第三板式换热器低温侧冷入口，用于作为循环介质参与换热循环。

第三板式换热器35的低温侧为用户端，如住户供暖系统，将第三板式换热器35低温侧提供的热量用于加热住户供暖系统中的供暖水。其具体结构是，第三板式换热器35的低温侧的冷入口连通住户供暖系统的出水端，第三板式换热器35的低温侧的热出口连通住户供暖系统的入水端。第三板式换热器安装有第三定压补水装置36。

如图4所示，蒸气压缩式热泵8包括：第一控制阀24、高温冷凝器25、中温冷凝器26、第二控制阀27、第三控制阀28、主电机29、离心式压缩机30。

第四板式换热器低温侧的热出口通过管路连通离心式压缩机30，离心式压缩机30具有两路出口及两路入口，第一路出口连接两个并行管路。

离心式压缩机30通过第一并行管路将第一路出口连通中温冷凝器26，第一并行管路上安装第三控制阀28，将第四板式换热器33提供的热介质在压缩后送入中温冷凝器26中加热。中温泠凝器26具有两路出口，分别为中温泠凝器26的第一出口和中温泠凝器26的第二出口。

中温泠凝器26的第一出口通过管路连通离心式压缩机30的第二入口，连通管路上安装第一控制阀24，将中温泠凝器26加热后的热介质返回离心式压缩机30进行再压缩，再压缩后，通过离心式压缩机30的第二出口连通高温冷凝器25，将热介质进行高温加热后输出。

中温泠凝器26的第二出口连通高温泠凝器25，将中温泠凝器26加热后的热介质通过高温泠凝器25再加热后输出。

离心式压缩机30通过第二并行管路将第一路出口连通离心式压缩机30的第一入口，将第四板式换热器33提供的热介质压缩后，进行再压缩，通过离心式压缩机30的第二出口连通高温冷凝器25，将再压缩的热介质进行高温加热后输出。

热水供水箱12下部的管道流出的中温热源另一部分进入第四板式换热器33，在此期间第四定压补水装置34检测第四板式换热器33内高温水蒸气压力，并通过感受压强的方式补充水分，即根据压强的检测，确定管道内需要补充的水量，以维持系统在循环换热中的稳定。由第四板式换热器33流入离心式压缩机30，由主电机29提供系统所需电量，35℃左右的中温热源在离心式压缩机30的作用下，出水温度为65℃左右的高温热源。高温冷凝器25的出口连通第五板式换热器37高温侧的热入口，第五板式换热器37的高温侧的冷出口连通第四板式换热器33低温侧的冷入口，使得高温冷凝器25输出的热介质作为第五板式换热器37高温侧热源，通过五板式换热器37高温侧冷出口连通第四板式换热器33低温侧冷入口，第五板式换热器37在高温侧换热后，失去热量的冷介质回流第四板式换热器33低温侧冷入口，用于作为循环介质参与换热循环。

第五板式换热器37的低温侧为用户端，如住户供暖系统，将第五板式换热器37低温侧提供的热量用于加热住户供暖系统中的供暖水。其具体结构是，第五板式换热器37的低温侧的冷入口连通住户供暖系统的出水端，第五板式换热器37的低温侧的热出口连通住户供暖系统的入水端。第五板式换热器37安装有第五定压补水装置38。

温差发电装置41包括高温热源加热蒸发器42、涡轮机44、第二冷凝器45。

锅炉3通过管路连通高温热源加热蒸发器42，管路上安装控制阀43，高温热源加热蒸发器42通过管路连通涡轮机44，涡轮机44通过管路连通第二冷凝器45，第二冷凝器45通过管路连通冷却塔1，管路上安装控制阀46。非供暖季发电循环，使得控制阀43、46开，从高温热源锅炉3的底部流出进入温差发电装置41的高温热源加热蒸发器42，通过高温热源加热蒸发器42内的工作流体并使其蒸发，蒸发后的工作流体在涡轮机内绝热膨胀，推动涡轮机44的叶片而达到发电的目的，带动涡轮机44工作并产生电能后，发电后的工作流体被导入第二冷凝器45，并将其热量传给低温热源，因而冷却并再恢复成液体,由控制阀46流回冷却塔1形成循环，完成发电过程。

非供暖季发电循环整体包括：余热回收装置、温差发电装置41。控制阀43、46开启，从高温热源锅炉3的底部流出进入温差发电装置41，带动涡轮机44工作并产生电能后，由控制阀46流回冷却塔1形成循环，完成发电过程。

供暖季供暖循环整体包括：余热回收装置、太阳能空气源热泵6、循环溴化锂热泵7、蒸气压缩式热泵8、板式换热器、定压补水装置、住户39、住户40。其主要工作原理：从余热回收装置回收来的中温热源通过第一板式换热器4热交换来的中温热源进入太阳能空气源热泵6。

升温加热后一部分中温热源通过第二板式换热器31换热后进入循环溴化锂热泵7，换热后的冷水流回第一板式换热器4，换热后的中温热源流入循环溴化锂热泵7加热后变为高温热源，加热后的高温热源进入第三板式换热器35，在此期间第三定压补水装置36检测第三板式换热器35内高温水蒸气压力并通过补充水份的方式稳定压强，以维持系统在循环换热中的稳定。换热完成后的冷水流回第二板式换热器31，换热完成后的高温热源被送去住户39进行供暖，供暖完成后的低温热源流回第三板式换热器35，与循环溴化锂热泵7送来的高温热源进行热交换，完成换热过程；

升温加热后另一部分通过第四板式换热器33换热后进入蒸气压缩式热泵8，换热后的冷水流回第一板式换热器4，换热后的中温热源流入压缩式空气热泵8装置加热后变为高温热源，加热后的高温热源进入第五板式换热器37，在此期间第五定压补水装置38检测第五板式换热器37内高温水蒸气压力并通过补充水份的方式稳定压强，以维持系统在循环换热中的稳定。换热完成后的冷水流回第四板式换热器33，高温热源被送去住户40进行供暖，供暖完成后的低温热源流回第五板式换热器37，与压缩式空气热泵8装置送来的高温热源进行热交换，完成换热过程。

全年期间，通过以上流程，便可使低温工厂余热废热回收利用并改造成可共居民日常供暖所需的热源与工厂非供暖季所需的电能。达到了供暖季供暖，非供暖季发电的目的。本发明系统设计稳定，能够提高能效，不存在安全隐患。能达到环保节能且降低成本的目的。本发明投资运维不贵，换热效率较高。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。