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一種雙蒸氣壓縮系統吸收式制冷方法及裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610011542.8

申請日:

2016.01.08

公開號:

CN105485960A

公開日:

2016.04.13

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F25B 25/02申請日:20160108|||公開
IPC分類號: F25B25/02; F25B49/00 主分類號: F25B25/02
申請人: 上海締森能源技術有限公司
發明人: 周軼松; 周鼎
地址: 201111上海市閔行區元江路5500號第1幢3380室
優先權:
專利代理機構: 上海三方專利事務所31127 代理人: 吳瑋; 楊懿
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610011542.8

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.09.26|||2016.05.11|||2016.04.13

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種雙蒸氣壓縮系統吸收式制冷方法及裝置,由多組內耦合相變換熱器蒸發單元組合蒸發濃縮稀溶液,第一級至第三級蒸發單元主要作用于稀溶液的濃縮,后一級利用前一級的二次蒸汽潛熱閃蒸生成蒸汽供后一級利用,第四級生成的蒸汽經機械內熱增壓泵增溫后回到第一級的熱源輸入端,不足的熱源初始啟動采用有機工質水源熱泵生成熱水經蒸氣發生系統并入再生蒸汽系統。稀溶液蒸發過程中蒸汽的冷凝潛熱被完全的回收利用制成再生蒸汽,再生蒸汽通過機械蒸汽再壓縮提高壓力和溫度,使再生蒸汽可以替代原輸入的生蒸汽作為熱源使用;由于再生熱源被多次利用,大大減少能耗,能效比達到COP=13;因無高溫冷凝熱的排放,減少了50%的冷卻水用量。

權利要求書

1.一種雙蒸汽壓縮系統吸收式制冷裝置,其特征在于包括:
溶液換熱器,冷側進口通過管道連接吸收器,冷側出口通過管道連接至第三
級內耦合相變換熱器的冷側進口,熱側進口通過管道連接第一級閃蒸分離罐
下部濃溶液出口,熱側出口與吸收器進口連接,
第一級板式內耦合相變換熱器,冷側進口與第二級閃蒸分離罐下部溶液管道
連接,連接管路串聯溶液循環泵,冷側出口通過管道連接第一級閃蒸分離罐,
熱側進口通過管道連接機械蒸汽壓縮機的壓縮蒸氣出口,
第二級板式內耦合相變換熱器,熱側進口通過管道與第一級閃蒸分離罐的上
部二次蒸汽出口連接,熱側出口與第一冷劑水冷卻器的熱側進口連接,冷側
進口與第三級閃蒸分離罐下部濃溶液出口通過管道連接,連接管路串聯一溶
液循環泵,冷側出口通過管道連接第二級閃蒸分離罐,
第三級板式內耦合相變換熱器,熱側進口通過管道與第二級閃蒸分離罐的上
部二次蒸汽出口連接,熱側出口與第二冷劑水冷卻器的熱側進口連接,冷側
進口與溶液換熱器的稀溶液出口管道連接,冷側出口通過管道連接第三級閃
蒸分離罐,
第四級板式內耦合相變換熱器,熱側進口通過管道與第三級閃蒸分離罐的上
部二次蒸汽出口連接,熱側出口與第三冷劑水冷卻器的熱側進口連接,冷側
進口與第一級內耦合相變換熱器的熱側出口通過管道連接,管道中串聯冷凝
水循環泵,冷側出口通過管道連接第四級閃蒸分離罐,
第四級蒸分離罐上部出口與蒸汽機械壓縮機的進口連接,中部有兩個進口,
其一與第四級板式內耦合相變換熱器的冷側出口連接,另一與汽液蓄能相變
器的出口連接,下部出口與第四級板式內耦合相變換熱器冷側進口管路接
通,
機械蒸汽壓縮泵,具有進口和出口,其進口與閃蒸分離器的汽相出口通過管
道連接,出口與第一級板式內耦合相變換熱器的熱側進口通過管道連接,
三臺冷劑水冷卻器,熱側出口與低壓蒸發器的進口連接,冷側進口與低壓吸
收器的冷卻水出口連接,冷側出口與蒸氣壓縮式熱泵的熱源輸入口連接,
蒸氣壓縮式熱泵熱源進口與冷劑水冷卻器的冷側水出口及低壓吸收器
冷卻水出口連接,熱源水出口與低壓吸收器DX的冷卻水進口連接,高溫水輸
出口與相變蓄能器的熱源進口連接,高溫水進口與汽液蓄能相變器的熱側出
口連接,
相變蓄能器的上部出口與第四級閃蒸分離罐進口連接,高溫熱水輸入和輸出
口分別與蒸氣壓縮式熱泵的高溫水出口和進口管口連接,側面有一熱源生蒸
汽的進口與外部輸入生蒸汽管道聯通,還有一個補水進口與外部補水管路接
通,器內還配置有板式蒸發器和強制循環泵。
2.如權利要求1所述的溴化鋰蒸汽壓縮式空調機,其特征在于所述的機械蒸汽
壓縮泵吸收低溫再生蒸汽增壓升溫后輸入第一級板式內耦合相變換熱器的
熱側。
3.如權利要求1所述的溴化鋰蒸汽壓縮式空調機,其特征在于所述的機械蒸汽
壓縮泵為單級或多級風機、壓縮泵,結構形式為羅茨式、離心式、往復式、
螺桿式。
4.如權利要求1所述的溴化鋰蒸汽壓縮式空調機,其特征在于所述的板式內耦
合相變換熱器為板式換熱器、板式蒸發器、板式冷凝器、管殼式換熱器。
5.如權利要求1所述的溴化鋰蒸汽壓縮式空調機,其特征在于所述的冷劑水冷
卻器為板式結構,對應各自位置的板式內耦合相變換熱器所需的冷劑水冷卻
溫度通過配置的PLC自控元器件實現控制。
6.一種雙蒸汽壓縮系統吸收制冷方法,其特征在于:
采用權利要求1~5任一所述蒸汽壓縮系統吸收制冷裝置,
稀溶液蒸發濃縮由第一至第三級板式內耦合相變換熱器、閃蒸分離罐承擔,
前一級生成的冷劑蒸汽被下一級用于加熱稀溶液所需的熱能,
再生蒸汽是通過第四板式內耦合相變換熱器回收前一級冷劑水蒸汽熱能并
通過第四級閃蒸分離罐而生成的,
機械蒸汽壓縮泵吸收低溫再生蒸汽增壓升溫后輸入第一級板式內耦合相變
換熱器的熱側,
通過蒸汽壓縮式熱泵回收低壓吸收器的低溫能量生成高溫熱水補充了系統
所需的運行過程的需求。

說明書

一種雙蒸氣壓縮系統吸收式制冷方法及裝置

[技術領域]

本發明涉及一種電力驅動雙蒸氣壓縮系統的多級稀溶液濃縮方法,在制
冷過程全部吸收了高溫冷劑水蒸汽凝結排放熱回用于制冷系統,同時部分回用
了低溫劑水蒸汽排放熱用于蒸汽壓縮式熱泵運行所需的熱能,熱泵生成新熱能
補充了制冷系統所需部分熱能,由此獲得超高能效比的吸收式制冷裝置。

[背景技術]

傳統的吸收式制冷方法已經有近百年的生產歷史,采用基本定型的熱力
學過程和設備;在實際使用中,用得最多的是用于空調的溴化鋰吸收式制冷循
環和用于制冷、空調的氨吸收式制冷循環。近幾十年由于受“蒙特利爾協議”
規定的影響,減少氟碳化物的使用,以及利用余熱作為驅動熱源對減少碳排放
具有的意義,吸收式制冷方法得到了較大的推廣和發展,例如公開文獻
CN200510060377.7“多能源驅動的溴化鋰制冷空調機”中提出利用了太陽能、
微波和燃油(氣)多種能源,CN101871702A“雙熱源高效吸收式制冷裝置”中提
出雙熱源的利用方法,CN103438605A“吸收發生換熱型吸收式制冷循環”提出
了太陽能作為熱源的方法,日本專利2009-236440“Gasheatpuptypeair
conditioningdeviceorrefrigeratingdevice”和2009-236441“Heatpuptype
refrigeratingdevice”開發了用氣體發動機廢熱作為空調、制冷機熱源的吸收式制
冷方法。此種制冷方法多應用于低溫余熱的利用。但這些改進都不能提高吸收
式制冷循環本身的能效比。

最新的GB29540-2013《溴化鋰吸收式冷水機組能效限定值及能效等級》
標準中確定雙效溴化鋰吸收式制機組的COP為1.12~1.4,而雙效溴化鋰制冷機
的輸入熱源蒸汽為150℃甚至更高溫度,而氨-水吸收式制機組冷COP僅在0.3~
0.4。在提高吸收式制冷裝置能效比方面相關公開的專利文獻:ZL011426144“帶
蒸氣壓縮的并聯三效吸收式制冷裝置”中提出降低前一級發生器的溫度達到降
低設備的腐蝕同時系統的效率略有提高,CN101520250“高效的兩級吸收式制冷
裝置”提出了一種較方便的路線并略提高了效率。近期由于蒸汽機械壓縮熱泵具
有能用很小的機械功提升低溫余熱蒸汽的顯熱,變為高溫蒸汽就可回收其潛熱,
作為高溫熱源利用,因此在熱能系統中受到重視,在中國專利CN201010198705.0
“通過熱泵提取電廠余熱加熱冷凝水系統”;中國專利CN20101063699.5“熱電
聯產耦合熱泵實現區域冷熱聯供系統及方法”;中國專利CN200910223748.7“低
溫余熱發電系統乏汽冷凝過程自耦冷源熱泵循環裝置”;中國專利
CN201010163688.7“電廠循環水熱泵耦合熱電聯產的集中供暖系統及方法”都
涉及了利用低溫熱源,包括水和蒸汽,通過熱泵機組提高整個熱電聯產的發電
供熱系統的能效比;但都沒有涉及到利用蒸汽機械壓縮熱泵應用于制冷、空調
循環中的問題,以提高制冷機組本身的能效比問題。

吸收式制冷方法的能效比低的基本原因是在高壓發生器進行稀溶液濃縮
時吸熱生成的制冷劑蒸汽需要吸收大量的汽化熱能,而高溫的制冷劑蒸汽所含
的熱量在冷凝過程中釋放出相變熱均被全部排放到系統外,沒有回收利用;同
樣低溫的制冷劑蒸汽在進入低壓吸收器中由汽相轉變為液相時所釋放的凝結熱
熱量也被排放到制冷系統外,也沒有得到回收利用。在國內外公開的專利文獻
均沒有冷劑水蒸汽相變熱回收且用于自身制冷系統的報道。在
CN201020188184.6“雙效第二類溴化鋰吸收式熱泵機組”中只是開發了一種供
熱的熱泵機組,沒有解決上述循環中排放熱的回用。在CN200820115165.3“一
種冷熱雙向同時利用的單效型第三種吸收式熱泵”,利用了一部分的排放熱用于
供熱,可以同時供冷和供熱,COP可達2.2~2.6。但因為并不是重新回用于系
統用于減少驅動制冷系統能量輸入,所以不能根本上解決排放熱的回用問題。
也沒有解決低能效比的問題,因此制冷和采暖的能效比,仍都很低。

吸收式制冷、空調循環造價高的重要原因是,傳統上多采用管殼式換熱
設備和噴淋傳質方法,傳熱、傳質系數低,換熱面積大,還需要循環泵,反復
噴淋吸收溶液和制冷劑,而在中國專利CN200480010361.9“帶外部回路的吸收
器和熱交換器以及包括該吸收器或熱交換器的熱泵系統和空調系統”用板式換
熱器作為吸收器或冷凝器,以提高換熱效率,包括美國專利US6176101B1
“FLAT-PLATEABSORBERSANDEVAPORATORSFORABSORPTION
COOLERS”則將冷凝器和吸收器組裝在一個板式換熱器中,這種設備為回收冷
凝熱提供了可能,但該專利沒有為解決吸收式制冷方法的能效比提高和降低系
統造價提出解決方案。ZL201510465086X“一種多效板式升膜逆流蒸發裝置和
方法”提出了板式多效裝置在汽液相變過程應用方式,公開其中高效節能的特
征及應用方法,但仍未見用于吸收式制冷系統。

吸收式制冷均以熱源作為驅動能量,啟動和運行制冷系統工作,消耗的
是熱能,輸出的是冷量,在沒有熱源的地區顯然不能使用該類裝置,適用范圍
受到限制,目前還沒有一種全電力輸入去滿足驅動和正常工作的溴化鋰制冷系
統,同時還要滿足高的能效比的方法和裝置。

[發明內容]

本發明的目的在于通過回收排放的劑水蒸汽潛熱得以大幅度提高制冷機
的能效比,通過全部回收冷劑水在高溫蒸發凝結時的排放熱回用于制冷系統,
部分回收冷劑水的低溫蒸發排放熱并通過電力驅動的蒸氣壓縮式熱泵生成補充
熱能提供給制冷系統,因而獲得極高的能效比。為了擴大吸收式制冷機的應用
領域本發明提出的方法可滿足在無熱源供應的場合也可以運行的吸收式制冷
機。為了實現上述目的,內容包括:

溶液換熱器H5,冷側進口通過管道連接低壓吸收器DX,冷側出口通過
管道連接至第三內耦合相變換熱器H3的冷側進口,熱側進口通過管道連接第一
閃蒸分離罐S1下部濃溶液出口,熱側出口與吸收器DX進口連接,

第一板式內耦合相變換熱器H1,冷側進口與第二閃蒸分離罐S2下部溶
液管道連接,連接管路串聯溶液循環泵E2,冷側出口通過管道連接第一閃蒸分
離罐S1,熱側進口通過蒸汽混合罐H0連接機械蒸汽壓縮機M1的壓縮蒸氣出口,

第二板式內耦合相變換熱H2,熱側進口通過管道與第一閃蒸分離罐S1
的上部二次蒸汽出口連接,熱側出口與第一冷劑水冷卻器H6的熱側進口連接,
冷側進口與第三閃蒸分離罐S3下部溶液管道連接,連接管路串聯溶液循環泵
E3,冷側出口通過管道連接第二閃蒸分離罐S2,

第三板式內耦合相變換熱器H3,熱側進口通過管道與第二閃蒸分離罐
S2的上部二次蒸汽出口連接,熱側出口與第二冷劑水冷卻器H7的熱側進口連
接,冷側進口與溶液換熱器H5的稀溶液出口管道連接,冷側出口通過管道連接
第三閃蒸分離罐S3,

第四板式內耦合相變換熱器H4,熱側進口通過管道與第三閃蒸分離罐
S3的上部二次蒸汽出口連接,熱側出口與第三冷劑水冷卻器H8的熱側進口連
接,冷側進口與第一內耦合相變換熱器H1的熱側下部蒸汽冷凝水出口管道連
接,管道中串聯冷凝水循環泵E1,冷側出口通過管道連接第四閃蒸分離罐S4,

第四閃蒸分離罐S4上部出口與蒸汽機械壓縮機M1的進口連接,中部
有兩個進口,其一與第四板式內耦合相變換熱器H4的冷側出口連接,另一與相
變蓄能器HSM的上蒸汽出口連接,下部出口與第四板式內耦合相變換熱器H4
的冷側進口連接。

機械蒸汽壓縮泵M1,具有進口和出口,其進口與閃蒸分離器S4的汽相
出口通過管道連接,出口與第一板式內耦合相變換熱器H1的熱側進口通過管道
連接,

三臺冷劑水冷卻器(H6、H7、H8)分別對應各自的各級板式內耦合相變換
熱器(H2、H3、H4),熱側進口與板式內耦合相變換熱器熱側出口通過管道連
接,出口與低壓蒸發器DZ的進口總管經過U型管連接,冷側進口與低壓吸收
器DX的冷卻水出口連接,冷側出口與蒸氣壓縮式熱泵M2吸收式熱泵的低溫熱
源進口連接。

相變蓄能器HSM,上部蒸汽出口與第四閃蒸分離罐S4進口通過管道連
接,冷側進口與外部補水通過管道連接,熱側進口與外部生蒸汽管路連接用于
啟動時的系統驅動熱能的輸入,有兩個閉式循環管路口分別和蒸氣壓縮式熱泵
M2的輸出熱源水進出管路連接。

蒸氣壓縮式熱泵M2依靠電力驅動,吸收低溫熱源的管路與劑水冷卻器
(H6、H7、H8)的冷側出口連接,蒸氣壓縮式熱泵M2低溫熱源水出口與低壓
吸收器DX的冷卻水管的進口連接,蒸氣壓縮式熱泵M2制取的高溫熱源水出/
進口與相變蓄能器HSM的進/出口連接形成閉路循環。

所述的板式內耦合相變換熱器為板式換熱器、板式蒸發器、板式冷凝器、
管殼式換熱器。

所述的冷劑水冷卻器為板式結構,對應各自位置的板式內耦合相變換熱
器所需的冷劑水冷卻溫度通過配置的自控元器件實現控制。

本發明還包括一種完全利用電力轉換機械功驅動方式,全部回用高溫劑
水凝結熱的吸收式制冷方法,制冷系統尚需的不足熱能由輔助補熱裝置蒸氣壓
縮式熱泵M2通過回收低溫劑水凝結熱制取的高溫熱水來滿足,蒸氣壓縮式熱泵
采用外購的方式實現,故在本案例不做詳述。

稀溶液蒸發濃縮由第一至第三級板式內耦合相變換熱器(H1、H2、H3)
和閃蒸分離罐(S1、S2、S3)組合的蒸發分離單元承擔,前一級生成的冷劑蒸
汽被下一級用于加熱稀溶液所需的熱能.

再生蒸汽是通過第四板式內耦合相變換熱器H4回收前一級冷劑水蒸汽
熱能對進入H4冷側的凝結水加熱,凝結水焓值達到設定要求后出H4并通過第
四閃蒸分離罐S4而生成的.

機械蒸汽壓縮泵M1吸收來自第四閃蒸分離罐S4的低階位再生蒸汽經
電力驅動的機械功使再生蒸汽增壓增溫生成高一階位的再生蒸汽后進入第一板
式內耦合相變換熱器H1的熱側,

通過第二類蒸氣壓縮式熱泵原理設計的蒸氣壓縮式熱泵M2通過回收來
自低壓吸收器DX冷卻循環水平均溫度45℃的低溫能量經過蒸氣壓縮式熱泵M2
在電力驅動下生成了100℃高溫熱水補充了系統所需的不足能量.

本發明提出了一種多級溴化鋰制冷系統制冷附加蒸氣壓縮式制熱裝置補
熱的方式,使得溴化鋰吸收式制冷系統在制冷運行時全部回收了冷劑水在高溫
蒸發凝結時的排放熱并加以全部回用于本制冷機系統,蒸氣壓縮式熱泵回用了
由低壓吸收器DX冷卻水和冷劑水冷卻器(H6、H7、H8)排放的部分低溫凝結
熱并制取高溫熱水回用于本制冷系統作為補充熱能,因而大幅度提高溴化鋰吸
收式制冷裝置的能效比,由于通過回收了制冷系統的低溫排放熱用作補充熱能
滿足了系統的平穩運行所必需,同時又進一步提高了效能。由于本項目提出了
全電力輸入驅動的溴化鋰制冷方法,通常吸收式冷制機運行需要熱能的輸入,
由于采用了全電力輸入模式,擴大該類裝置的使用范圍。本發明例的方法和裝
置的能效比COP可達到13,這比溴化鋰制冷機COP=0.7~1.4要高出約10多倍。
以本發明例計算如下:獲得制取的冷量Q冷=3489kw/h,輸入電量總量Q總=265kw,
其中:1、MVR蒸汽機械壓縮M1=126kw,2、各類循環泵E=64kw。3、水源
蒸氣壓縮式熱泵M2=75KW.COP=Q冷/Q輸入=3489kw/265kw=13.

[附圖說明]

圖1為實施例的主要設備結構流程圖;

圖中第一級內耦合相變換熱器H1第一級閃蒸分離罐S1第二級內
耦合相變換熱器H2第二級閃蒸分離罐S2第三級內耦合相變換熱器H3第
三級閃蒸分離罐S3第四級內耦合相變換熱器H4第四級蒸汽閃分罐S4溶
液換熱器H5相變蓄能器HSM機械蒸汽壓縮泵M1蒸氣壓縮式熱泵M2
第一級冷劑水冷卻器H6第二級冷劑水冷卻器H7第三級冷劑水冷卻器H8
循環泵(E1~E6)低壓冷劑水蒸發器DZ低壓吸收器DX

[具體實施方式]

以下,結合實施例和附圖對于本發明做進一步說明,實施例和附圖僅用
于解釋說明而不用于限定本發明的保護范圍。如圖1所示,本實施例中主要裝
置如下:

蒸汽機械壓縮機M1:可以是離心式、羅茨式、往復式的結構形式,滿
足水蒸氣的增壓用途。

內耦合相變換熱器:選擇板式結構形式,也可以為殼管式。包括:結構
形式,進出口連接,稀溶液側流程形式為升膜強制混合模式,熱源與冷源為逆
流方式。冷劑水蒸汽的冷凝冷卻過程在板式內耦合相變換熱器和冷劑水冷卻器
中連續進行,而冷側由兩種介質分段進行,在板式內耦合相變換熱器段冷卻介
質為冷側的稀溶液,在冷劑水冷卻器段冷卻介質是來自低壓吸收器DX的冷卻
循環水。閃蒸分離罐的真空度、冷劑水冷卻溫度均由PLC自動鎖定控制。

蒸氣壓縮式熱泵M2輸入低溫熱水,可以是以各種工質或多元工質的制
冷劑的各類壓縮式熱泵,根據本案例需配置雙級壓縮亦可選擇高壓比的壓縮機
來滿足輸入和輸出溫差較大的要求。

相變蓄能器其中的蒸發器采用板式結構形式,包括進口,出口,冷側強
制循環配置的泵,循環倍率按照設計自動控制。

溶液換熱器H5,冷側進口通過管道循環泵E5連接低壓吸收器DX的稀
溶液出口,冷側出口通過管道連接至第三內耦合相變換熱器H3的冷側進口,熱
側進口通過管道連接第一閃蒸分離罐S1下部濃溶液出口,熱側出口與吸收器
DX濃溶液進口連接.

第一板式內耦合相變換熱器H1,冷側進口與第二閃蒸分離罐S2下部溶
液管道連接,連接管路串聯溶液循環泵E2,冷側出口通過管道連接第一閃蒸分
離罐S1,熱側進口連接機械蒸汽壓縮機M1的壓縮蒸氣出口。

第二板式內耦合相變換熱H2,熱側進口通過管道與第一閃蒸分離罐S1
的上部二次蒸汽出口連接,熱側出口與第一冷劑水冷卻器H6的熱側進口連接,
冷側進口與第三閃蒸分離罐S3下部溶液管道連接,連接管路串聯溶液循環泵
E3,冷側出口通過管道連接第二閃蒸分離罐S2。

第三板式內耦合相變換熱器H3,熱側進口通過管道與第二閃蒸分離罐
S2的上部二次蒸汽出口連接,熱側出口與第二冷劑水冷卻器H7的熱側進口連
接,冷側進口與溶液換熱器H5冷側的稀溶液出口管道連接,冷側出口通過管道
連接第三閃蒸分離罐S3。

第四板式內耦合相變換熱器H4,熱側進口通過管道與第三閃蒸分離罐
S3的上部二次蒸汽出口連接,熱側出口與第三冷劑水冷卻器H8的熱側進口連
接,冷側進口與第一內耦合相變換熱器H1的熱側下部蒸汽冷凝水出口管道連
接,管道中串聯冷凝水循環泵E1,冷側出口通過管道連接第四閃蒸分離罐S4。

第四閃蒸分離罐S4上部出口與蒸汽機械壓縮機M1的進口連接,中部
有兩個進口,其一與第四板式內耦合相變換熱器H4的冷側出口連接,另一與相
變蓄能器HSM的上出口連接,下部出口與板式內耦合相變換熱器H4的冷側進
口管路接通。

機械蒸汽壓縮泵M1,具有進口和出口,其進口與閃蒸分離罐S4的汽相
出口通過管道連接,出口與第一板式內耦合相變換熱器H1的熱側進口通過管道
連接。

三臺冷劑水冷卻器(H6、H7、H8)分別對應各自的各級板式內耦合相變換
熱器(H2、H3、H4),熱側進口與板式內耦合相變換熱器熱側出口通過管道連接,
熱側出口與低壓蒸發器DZ的進口總管道連接,冷側進口與低壓吸收器DX的冷
卻水出口連接,冷側出口與蒸氣壓縮式熱泵的低溫熱源水進口連接。

相變蓄能器HSM,上出口與第四閃蒸分離罐S4進口通過管道連接,冷
源進口與外部輸入水管路連接,熱源進口與外部輸入蒸汽管路連接以滿足系統
啟動時的需要,補充熱源有兩個進/出管路分別與蒸氣壓縮式熱泵M2的熱水輸
出/返回口連接形成閉式回路,相變蓄能器HSM配置的蒸發器為板式結構,冷
側配置有循環泵。

低壓吸收器DX利用濃溶液對于冷劑水蒸汽的進行吸收,它還包括冷卻
水出口和進口,冷卻水輸出分兩路配置:(1)去冷劑水冷卻器(H6、H7、H8)
對冷劑水進行冷卻,(2)去空氣冷卻塔降溫后作為循環冷卻水返回低壓吸收器
DX的冷卻水盤管組內。

第一、第二、第三閃蒸分離器(S1、S2、S3),具有進口、出口,頂部
氣相出口通過管路與后一級內耦合相變換熱器熱側進口連接。底部液相出口,
液相出口通過管路及管道加壓泵與前一級內耦合相變換熱器的冷側進口連接,
中部的進口則通過管路與本級的內耦合相變換熱器冷側出口連接。

本實施例中的驅動能量為電力轉化的機械功,故正常運行消耗能量僅為
電能,其主要為:(1)低階位的二次循環蒸汽和補充蒸汽是通過電力做功的機
械蒸汽壓縮泵機械功轉化為熱能的過程。(2)各種循環泵工作過程消耗電能。
(3)水源蒸氣壓縮式熱泵消耗的電能。

四級蒸發單元均由板式內耦合相變換熱器(H1、H2、H3、H4)和閃蒸
汽液分離罐(S1、S2、S3、S4)組成,系統工作處于密閉的真空狀態,為保持真空
度和維持高的換熱效能系統配置有真空泵組與其聯通,真空泵抽取不凝氣體及
預置系統真空狀態;個單元組分別有不同的真空度要求,所以每組均有與之對
應的絕對壓值保證。

[原理和流程說明]

溴化鋰稀溶液濃縮循環過程:熱源蒸汽進入第一板式內耦合相變換熱器
H1的熱側對冷側進入的稀溶液進行加熱,稀溶液吸收受熱量后增焓升溫呈汽液
混合相從第一板式內耦合相變換熱器H1冷側出而后進入閃蒸分離罐S1,在S1內
閃發分離為汽液兩相,汽相為劑水蒸汽出S1作為后一級的熱源,而之前進入H1
熱側的蒸汽出H1時已被冷側的溶液冷卻為冷凝水,冷凝水通過凝結水循環泵E1
進入第四板式內耦合相變換熱器H4的冷側接受熱側的劑水蒸汽的加熱,自S1
分離出的蒸汽為單純的劑水蒸汽作為后一級的熱源,進入的第二板式內耦合相
變換熱器H2的熱側對冷側進入的稀溶液進行加熱,稀溶液受熱增焓升溫呈汽液
混合相出H2冷側進入閃蒸分離罐S2,在S2內閃發分離為汽液兩相,汽相為劑水
蒸汽出S2作為后一級的熱源,而進入H2熱側的劑水蒸汽出H2時已被冷側的溶
液冷卻為劑水凝結水,劑水將通過劑水冷卻器H6被冷側的來自低壓吸收器DX
的循環冷卻水間接冷卻后在負壓的作用下被吸入低壓蒸發器DZ中,同樣的過程
在第三、第四板式內耦合相變換熱器(H3、H4)的熱側劑水蒸汽到劑水的路徑
進行,出H3、H4的劑水經由劑水冷卻器(H7、H8)后進入低壓蒸發器DZ,出閃
蒸分離罐S2的劑水蒸汽進入后一級第三板式內耦合相變換熱器H3的熱側對冷
側進入的稀溶液進行加熱,稀溶液受熱增焓升溫呈汽液混合相出H3冷側進入閃
蒸分離罐S3,在S3內閃發分離為汽液兩相,汽相為劑水蒸汽出S3進入后一級第
四板式內耦合相變換熱器H4的熱側對冷側進入的冷凝水進行加熱,冷凝水受熱
增焓升溫呈汽液混合相出H4冷側進入閃蒸分離罐S4,在S4內閃發分離為汽液兩
相,汽相為再生蒸汽出S4進入蒸汽機械壓縮機M1,在M1中的再生蒸汽被壓縮后
溫度壓力及熱焓均得到提高且滿足熱源蒸汽參數的要求出MI返回到第一板式
內耦合相變換熱器H1.

溴化鋰稀溶液(60%)出低壓吸收器DX經由循環泵E7輸出,經由溶液
換熱器H5冷側與經由熱側的高溫濃溶液換熱后進入第三板式內耦合相變換熱
器H3的冷側接受熱側劑水蒸汽的加熱后進入S3分離出的液相(61.33%)自S3
底部出經由循環泵E3進入第二板式內耦合相變換熱器H2的冷側接受熱側蒸汽
的加熱后進入S2分離出的液相(62.67%)自S2底部出經由循環泵E2進入第一
板式內耦合相變換熱器H1的冷側接受熱側蒸汽的加熱后進入S1分離出的液相
(64%)為終了濃度的濃溶液自S1底部出經由溶液換熱器H5對冷側進入的稀溶
液進行熱交換后出H5進入低壓吸收器DX。

進入低壓蒸發器DZ的劑水在器內的極低的絕對壓下蒸發溫度為5℃,瞬
間汽化,汽化時吸收器內換熱盤管中的循環冷媒水熱量致使冷媒水輸出溫度為
7℃,返回時冷媒水溫度為12℃,在低壓蒸發器DZ生成的劑水蒸汽通過與低壓
吸收器DX連接管路進入低壓吸收器DX,劑水蒸汽在低壓吸收器DX內被進入器內
的濃溴化鋰溶液所吸收,在此過程劑水蒸汽也由汽相變為液相同時釋放出凝結
熱,凝結熱通過DX器內的盤管式換熱器中的冷卻循環水而帶出。

[流程說明]

1、初次啟動需要輸入外部的生蒸汽,生蒸汽和自第一級至第四級閃蒸
分離罐生成的二次蒸汽流程如下:外部生蒸汽進入―相變蓄能器HSM―閃蒸分離
罐S4―機械蒸汽壓縮機M1―第一板式內耦合相變換熱器H1―閃蒸分離器
S1(生成二次蒸汽)―第二板式內耦合相變換熱器H2―閃蒸分離器S2―第三板
式內耦合相變換熱器H3―閃蒸分離罐S3―第四板式內耦合相變換熱器H4―閃
蒸分離罐S4―機械蒸汽壓縮機M1。

2、進入常態運行:再生蒸汽替代外部生蒸汽,蒸汽流程:機械蒸汽壓
縮機M1―第一板式內耦合相變換熱器H1―閃蒸分離器S1(生成二次蒸汽)―第
二板式內耦合相變換熱器H2―閃蒸分離器S2―第三板式內耦合相變換熱器
H3―閃蒸分離罐S3―第四板式內耦合相變換熱器H4―閃蒸分離罐S4―機械蒸
汽壓縮機M1

3、稀溶液濃縮流程:低壓吸收器DX―溶液換熱器H5―第三板式內耦
合相變換熱器H3―閃蒸分離器S3―第二板式內耦合相變換熱器H2―閃蒸分離
器S2―第一板式內耦合相變換熱器H1―閃蒸分離器S1―溶液換熱器H5―低壓
吸收器DX.

4、冷劑水流程:稀溶液在閃蒸分離器(S1~S3)閃發分離為冷劑水蒸
氣―進入板式內耦合相變換熱器(H2~H4)―冷劑水冷卻器(H6~H8)―低壓
蒸發器DZ.

5、根據熱平衡計算在正常運行時還需4%的熱能蒸汽補充,補充熱能及
其高溫熱水生成過程生和方法如下:有電力驅動的蒸氣壓縮式熱泵M2吸收來自
冷劑水冷卻器(H6~H8)的低溫熱水攜帶的熱能,熱泵中的制冷劑汽化冷凝過
程是經由兩級壓縮機作用而得以完成,制取的高溫熱水95度輸出到制冷系統作
為制冷系的補充熱能加以利用,其機泵原理屬于第二類熱泵的范疇,即吸收低
溫熱源制取輸出高溫熱源。在本例熱泵機組中驅動熱源水是來自制冷系統排放
熱的循環冷卻水其平均溫度46℃.由于補充能量的第二類蒸氣壓縮熱泵所消耗的
為系統排放的廢熱故這部分能量不計入實際能耗,同時此項的增加又可以進一
步減少熱污染的排放。

6、循環使用的再生蒸汽與補充蒸汽(此時為低階位蒸汽其壓力和溫度
較低且具低于熱源蒸汽的參數)并入第四閃蒸分離罐S4并被吸入蒸汽機械壓縮
泵M1,低階蒸汽經壓縮輸出時熱晗得到了升高,且增壓、增溫已達到工藝設計
的參數,經由密閉的管路輸出至第一級內耦合相變換熱器H1,進入H1熱側對
冷側的溴化鋰稀溶液進行加熱至設定蒸發溫度進入第一級閃蒸分離器S1,汽液
瞬間分離,居罐上部的冷劑水水蒸氣經由管道進入第二級內耦合相變換熱器H2
的熱側,作為熱源在器內對另一冷側的稀溶液加熱,至稀溶液溫升高至蒸發溫
度,同第一級內耦合相變換熱器H1進入閃蒸分離罐S1的過程一樣。冷劑水在
第二板式耦合相變換熱器H2的熱側經降溫、相變為凝結水經管路輸出至冷劑水
冷卻器H6再經另一側的冷卻水簡介降溫至設定溫度后冷劑水進入低壓蒸發器
DZ。第三級、第四級(再生蒸汽級)稀溶液加熱蒸發及分離等均與前第二級構
成一樣。每一級的真空度不同,絕對壓由高至低地,既有第一級>第二級>第三
級>第四級,對應的蒸發溫度也依次排列。

稀溶液由溶液換熱器H5出來進入第三級內耦合相變換熱器H3、進入閃
分罐S3脫除一部分水分的溶液經由溶液循環泵再向前進入第二級內耦合相變換
熱器H2及閃分罐S2、第一級內耦合相變換熱器H1及閃分罐S1,執行相同的
步驟。

第一級內耦合相變換熱器H1熱側的冷凝水出器后在冷凝水循環泵E1
的推動下進入第四級內耦合相變換熱器H4的冷側,受熱蓄能后進入第四閃分罐
S4與相變蓄能器HSM進入的蒸汽合并生成再生蒸汽,出閃分器S4后進入蒸汽
機械壓縮機M1。

蒸汽機械壓縮機M1在增壓增溫過程通過配置的傳感系統,控制系統對
各參數比對、處理后自動進行補水、調速、調壓等操作步驟,進而保證輸出的
再生蒸汽的飽和度、溫度、壓力、流量等恒定。

在正常運行過程理論計算和實際運行損耗均需及時對系統進行少量的熱
能補充,動態量值將通過個點的數據采集器后匯集集中控制器處理,通過調整
第二類蒸氣壓縮式熱泵系統的參數以滿足正常的的運行需要。

低壓蒸發器DZ、低壓吸收器DX采用傳統的現行裝置,保留其原有的
控制系統、真空系統、稀溶液噴淋循環系統、冷劑水噴淋循環系統,故簡要敘
述。稀溶液多級蒸發濃縮系統配置有真空裝置,滿足系統真空工作狀態、真空
度、不凝氣抽除、系統預置真空。

稀溶液流向和熱源蒸汽流向呈逆流,在內耦合相變換熱器內也呈逆流向。

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一種 蒸氣 壓縮 系統 吸收 制冷 方法 裝置
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