一种耦合式热泵机组的制作方法

1.本发明涉及热回收技术领域，特别涉及一种耦合式热泵机组。


背景技术：

2.热泵机组根据其驱动方式的不同，分为电驱动热泵、燃气驱动式热泵和吸收式热泵。
3.电驱动热泵是一种压缩式工作模式，其主要部件包括压缩机、节流部件、蒸发器和冷凝器，冷媒循环流动于四者形成的冷媒循环管路中，其中压缩机做功所需的能源来源于电能。冷媒在压缩机内部被压缩形成高温高压的冷媒介质，高温高压的冷媒介质在冷凝器内部被冷凝成液体冷媒介质，液体冷媒介质经节流部件进入蒸发器，在蒸发器中吸热，最后回到压缩机，压缩机再次将其压缩编程高温高压介质。压缩机耗电成本高，cop比较低，投资回报较差。
4.而，吸收式热泵是一种利用少量高温热源为驱动热源，溴化锂溶液或者其他溶液为吸收剂，水位冷剂，回收利用低温热源的机组。即利用少量高温热源能将低温余热转化为所需的中温品质热源。通常低温余热的温度具有一定的要求，低温余热温度不能太低，目前在15摄氏度左右，这样就限制了吸收式机组对于外界余热利用的限制。
5.虽然当前也现存一些综合运动电驱动和吸收式原理工作的余热回收系统，但是因二者工作原理截然不同，二者并行工作存在难以匹配，系统工作稳定性差的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的为提供一种运行稳定且能够回收较低温度低品质余热的耦合式热泵机组。
7.本发明提供一种耦合式热泵机组，包括吸收式模块和压缩式模块，所述压缩式模块至少包括压缩机、节流部件和蒸发器；所述吸收式模块至少包括发生器、冷凝器、吸收器和耦合式蒸发器，所述发生器和所述吸收器能够形成吸收剂溶液循环回路，所述冷凝器用于冷凝所述发生器产生的冷剂蒸汽；所述压缩机、所述耦合式蒸发器内部的第一换热管道、所述节流部件和所述蒸发器通过管路依次连通能够形成冷媒主循环回路；所述耦合式蒸发器用于以流过所述第一换热管道的高温冷媒的热量制取所述吸收器所需蒸汽；
8.还包括旁通支路，设置于所述耦合式蒸发器外部，并与所述第一换热管道并联，所述旁通支路的两端分别连通所述压缩机的排气口、所述节流部件下游管路；
9.所述旁通支路上设置有流量开关阀，用于控制所述旁通支路的开度。
10.当压缩式模块与吸收式模块运转负荷不匹配，吸收式模块不能及时冷凝压缩机排气热量时，导致压缩机排气压力高于预定值后，可以通过流量开关阀连通旁通支路，压缩机至少部分高温高压的冷媒气体将通过旁通支路直接流至节流部件下游管路，例如可以直接流入蒸发器进口或者直接流入压缩机的吸气口位置，这样可以降低压缩机排气口压力，同时升高吸气口压力，从而降低压缩机的做功，避免压缩机排气高压报警停机，从而给吸收式
模块调整负荷留出缓冲时间，保证整个机组的顺利启动及稳定运行。
11.另外，在低负荷压缩机最小压缩量情况下，吸收式模块仍不能提供足够冷量时，可以完全打开流量开关阀，使旁通支路完全连通，减少压缩机做功，达到维持耦合式热泵机组持续运行的效果，增大了压缩式模块的容量调节范围。
12.可选的，所述耦合式蒸发器包括具有内腔的箱体，所述箱体设置有冷剂进口、蒸汽出口、冷媒进口和冷媒出口，所述冷剂进口连通所述冷凝器的液态冷剂出口和所述内腔，所述蒸汽出口连通所述吸收器的吸收剂溶液腔，所述第一换热管道位于所述箱体内部，且所述第一换热管道的两端通过所述冷媒进口、所述冷媒出口连通外部相应冷媒管路。
13.可选的，所述耦合式蒸发器的数量为两个或者两个以上，所述吸收器与所述耦合式蒸发器一一对应，各所述耦合式蒸发器内部的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于所述压缩机和节流部件之间。
14.可选的，所述吸收式模块为单级模块，所述发生器、所述冷凝器、所述吸收器和所述耦合式蒸发器的数量均为一个；
15.或者，
16.所述发生器和所述冷凝器的数量均为一个，所述吸收器和所述耦合式蒸发器的数量均为n个，其中n大于等于2，一个所述吸收器对应一个所述耦合式蒸发器，所述发生器、所述冷凝器、所有吸收器和所有耦合式蒸发器形成n级吸收式模块；至少一者或者几者所述耦合式蒸发器内部的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于所述压缩机和节流部件之间。
17.可选的，所述发生器至少包括一个高温发生器和一个低温发生器，所述吸收器和所述耦合式蒸发器的数量为一个或者均为n个；
18.其中n大于等于2，一个所述吸收器对应一个所述耦合式蒸发器，所述发生器、所述冷凝器、所有吸收器和所有耦合式蒸发器形成n级吸收式模块；至少一者或者几者所述耦合式蒸发器的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于所述压缩机和节流部件之间。
19.可选的，还包括泵送循环管路，用于将所述内腔中的液体冷剂泵送至所述内腔顶部以使所述液体冷剂与所述第一换热通道内部冷媒换热。
20.可选的，所述吸收器和与所述耦合式蒸发器为一体式结构，所述一体式结构包括壳体，所述壳体内部空间通过隔板形成所述吸收器和所述耦合式蒸发器，所述蒸汽出口位于相应所述隔板上；或者，所述吸收器和与所述耦合式蒸发器为分体式独立结构；
21.或者/和，
22.所述发生器和所述冷凝器为一体式结构或者分体式独立结构。
23.可选的，所述吸收器内部的换热管和所述冷凝器内部的冷却水管串联或者并联或者串并联；
24.或者/和，所述发生器为热水驱动型发生器、蒸汽驱动型发生器或者烟气驱动型发生；
25.或者/和，所述压缩机为单级压缩机；或者所述压缩机为双级压缩机，所述压缩式模块还包括经济器，所述经济器位于所述耦合式蒸发器的第一换热管道出口下游，所述节流部件位于所述经济器和所述蒸发器的冷媒进口之间，所述压缩机、所述耦合式蒸发器内部的第一换热管道、所述经济器、所述节流部件和所述蒸发器依次连通能够形成冷媒主循
环回路。
26.可选的，还包括兼用支管路，与所述节流部件并联，所述兼用支管路的进口能够连通所述第一换热管道的出口，出口连通所述蒸发器的冷媒进口，并且所述兼用支管路上设置有辅助开关阀，用于控制所述兼用支管路的开度。
附图说明
27.图1为本发明第一种实施例中耦合式热泵机组的结构示意图；
28.图2为本发明第二种实施例中耦合式热泵机组的结构示意图；
29.图3为本发明第三种实施例中耦合式热泵机组的结构示意图；
30.图4为本发明第四种实施例中耦合式热泵机组的结构示意图；
31.图5为本发明第五种实施例中耦合式热泵机组的结构示意图
32.图6为本发明第六种实施例中耦合式热泵机组的结构示意图；
33.图7为本发明第七种实施例中耦合式热泵机组的结构示意图。
34.其中，图1至图7中：
[0035]1‑
吸收式模块；10
‑
吸收器；11
‑
第一吸收器；12
‑
第二吸收器；1
‑2‑
壳体；20
‑
耦合式蒸发器；21
‑
第一耦合式蒸发器；22
‑
第二耦合式蒸发器；30
‑
发生器；31
‑
高温发生器；32
‑
低温发生器；40
‑
冷凝器；3
‑4‑
筒体；18
‑
泵；15
‑
第一溶液泵；19
‑
第二溶液泵；202
‑
热交换器；
[0036]2‑
压缩机；2a
‑
旁通支路；2b
‑
兼用支管路；3
‑
蒸发器；4
‑
流量开关阀；5
‑
节流部件；6
‑
开关阀；7
‑
经济器。
具体实施方式
[0037]
针对当前技术中的各类热泵机组进行了大量研究，尤其是集中研究了当前压缩机热泵结构和吸收式热泵结构在组合使用时难以匹配导致工作性能不稳定无法工作的技术问题。本文研究发现压缩机热泵结构启动快、负荷变化响应快，吸收式热泵结构启动慢，负荷变化相应man，当吸收式热泵结构与压缩机热泵结构运转负荷不匹配时，产生压缩机排气压力过高，压缩机无法通过自身调节降低压缩机排气压力，最终导致压缩机排气高压报警停机，因此导致机组不能稳定运动。
[0038]
并且，在上述研究发现的基础上，本文进行了深入探索和试验，提出了一种解决方案。
[0039]
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0040]
请参考图1，图1为本发明第一种实施例中耦合式热泵机组的结构示意图。
[0041]
本发明提供了一种耦合式热泵机组，包括吸收式模块和压缩式模块。
[0042]
其中吸收式模块1的工作原理与当前吸收式热泵的工作原理基本相同。吸收式模块1至少包括发生器30、冷凝器40、吸收器10和耦合式蒸发器20，也就是说，发生器30和吸收器10二者能够形成吸收剂溶液循环回路。发生器30内部的换热管能够与外界的高温驱动热源连通，在高温驱动热源的作用下，使回流至发生器30的稀溶液中的部分冷剂被蒸发出形成冷剂蒸汽，变成浓溶液再次进入吸收器10，在吸收器10中被稀释而放出热量以加热吸收器10内部换热管内的冷却水(或热水)。吸收器10中被稀释后的稀溶液经管路再次返回发生
器30。
[0043]
其中，发生器30蒸发出的冷剂蒸汽在冷凝器40中被冷凝形成冷剂水，冷剂水可以用于耦合式蒸发器20产生吸收器10所需的冷剂蒸汽。
[0044]
本发明中压缩式模块至少包括压缩机2、节流部件5和蒸发器3，其中，压缩机2的排气口通过管路能够连通吸收式模块1中耦合式蒸发器20内部的第一换热管道，压缩机2、第一换热管道、节流部件5和蒸发器3内部换热管能够通过管路依次连通形成冷媒主循环回路。本发明中压缩式模块中冷媒可以参照现有技术，本文不做限定。节流部件5可以为膨胀阀，也可以为其他能够起到节流功能的结构。
[0045]
本发明中压缩机2排气口流出的高温高压的冷媒介质在流过第一换热管道时，其部分热量用来制取吸收器所需蒸汽。其中冷媒介质的热量可以通过直接的方式传递给冷剂以形成冷剂蒸汽，当然也可以通过第三者介质间接传递给冷剂。本文优选高温冷媒介质的热量直接传递给冷剂以产生冷剂蒸汽，简化机组的连接结构，减少热量损耗，提高热量利用率。
[0046]
本发明中的耦合式热泵机组还包括旁通支路2a，设置于耦合式蒸发器20外部，并且旁通支路2a与第一换热管道并联，旁通支路2a的两端分别连通压缩机2的排气口和节流部件5下游管路，其中旁通支路2a的出口可以连接于节流部件5和蒸发器3冷媒进口之间管段。
[0047]
也就是说，耦合式蒸发器与旁通支路2a并联连接于压缩机2排气口和蒸发器冷媒进口之间，压缩机2排气口的高温高压冷媒能够同时进入第一换热管道和旁通支路2a，也可以选择性进入第一换热管道和旁通支路2a。
[0048]
通常旁通支路2a上会设置有流量开关4，用于控制旁通支路2a的开度，即控制流过旁通支路2a的流体流量。这样，通过控制流量开关4的开度，进而控制流入旁通支路2a的流量的多少。当压缩式模块与吸收式模块1运转负荷不匹配，吸收式模块1不能及时冷凝压缩机2排气热量时，导致压缩机2排气压力高于预定值后，可以通过流量开关4阀连通旁通支路2a，压缩机2至少部分高温高压的冷媒气体将通过旁通支路2a直接流至节流部件5下游管路，例如可以直接流入蒸发器3进口或者直接流入压缩机2的吸气口位置，这样可以降低压缩机排气口压力，同时升高吸气口压力，从而降低压缩机的做功，避免压缩机排气高压报警停机，从而给吸收式模块调整负荷留出缓冲时间，保证整个机组的顺利启动及稳定运行。
[0049]
另外，在低负荷压缩机2最小压缩量情况下，吸收式模块1仍不能提供足够冷量时，可以完全打开流量开关4阀，使旁通支路2a完全连通，减少压缩机2做功，达到维持耦合式热泵机组持续运行的效果，增大了压缩式模块的容量调节范围。
[0050]
并且，本发明所提供的耦合式热泵机组能回收零度以下低品质余热的热量，大大提高了耦合式热泵机组的使用灵活性。
[0051]
在一种具体实施例中，耦合式蒸发器20包括具有内腔的箱体，箱体设置有冷剂进口、蒸汽出口、冷媒进口和冷媒出口，冷剂进口连通冷凝器40的液态冷剂出口和内腔，蒸汽出口连通吸收器的吸收剂溶液腔，第一换热管道位于箱体内部，且第一换热管道的两端通过冷媒进口、冷媒出口连通外部相应冷媒管路。
[0052]
上述实施例中，压缩机2排出口流出的高温高压冷媒直接流入耦合式蒸发器20的内部第一换热管道与箱体内部的冷剂直接接触换热，大大提高换热效率。
[0053]
耦合式蒸发器20的结构可以有多种形式，耦合式蒸发器可以与其供应冷剂蒸汽的吸收器一体式结构，即二者设置于同一壳体1
‑
2内部，例如图3、图4，壳体1
‑
2内部空间通过隔板形成吸收器和耦合式蒸发器，蒸汽出口位于相应隔板上。当然，耦合式蒸发器和吸收器也可以为分体式独立结构，二者分别由单独的壳体围成，通过管路实现连通，例如图1、图2、图5、图6和图7。
[0054]
关于耦合式蒸发器的具体结构本文不做详细赘述，本领域内技术人员通过本文的描述显然能够理解和实现本文所述的一体式结构和分体式独立结构。
[0055]
同理，发生器30和冷凝器40也可以为一体式结构或者分体式独立结构。例如，图3和图4中给出了发生器30和冷凝器40位于同一筒体3
‑
4内部的具体实施例。
[0056]
上述各实施例中，吸收式模块1为单级模块，如图1、图3、图5、图7中发生器、冷凝器40、吸收器10和耦合式蒸发器20的数量均为一个。各器件之间的连接关系本文不做详细赘述。
[0057]
当然，吸收器和耦合式蒸发器的数量均为n个，其中n大于等于2，一个吸收器对应一个耦合式蒸发器，发生器30、冷凝器40、所有吸收器和所有耦合式蒸发器形成n级吸收式模块1。例如对于两级吸收式模块而言，包括两个吸收器和两个耦合式蒸发器，两个吸收器分别定义为第一吸收器11和第二吸收器12，两个耦合式蒸发器可以定义为第一耦合式蒸发器21和第二耦合式蒸发器22，其中第一耦合式蒸发器21为第一吸收器11提供冷剂蒸汽，第二耦合式蒸发器22为第二吸收器12提供冷剂蒸汽。
[0058]
压缩机2排气口可以与两个耦合式蒸发器的其中一者或者几者连通。即至少一者或者几者耦合式蒸发器内部的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于所述压缩机2和节流部件5之间。
[0059]
图4中示出了具有两个吸收器和两个耦合式蒸发器，且两耦合式蒸发器的第一换热通道并联的具体实施方式。
[0060]
发生器和冷凝器40的数量可以均为一个，也可以为两个或者两个以上。
[0061]
如图2和图6所示，在另一种具体实施例中，发生器可以至少包括一个高温发生器31和一个低温发生器32，吸收器和耦合式蒸发器的数量为一个(图6所示)或者均为n个；其中n大于等于2，一个吸收器对应一个耦合式蒸发器，发生器、冷凝器40、所有吸收器和所有耦合式蒸发器形成n级吸收式模块1；至少一者或者几者耦合式蒸发器的第一换热管道串联或者并联或者串并联连接于压缩机2和节流部件5之间。
[0062]
其中图2和图6给出了包括一个高温发生器31、一个低温发生器32、一个吸收器10和一个耦合式蒸发器20的具体实施例。
[0063]
如前文所述，冷凝器40的液态冷剂可以流入耦合式蒸发器以形成冷剂蒸汽，冷凝器40中液态冷剂流入耦合式蒸发器内部可以通过合理设置二者位置，使得冷凝器40中的液态冷剂在重力作用下流入耦合式蒸发器，当然也可以通过泵等部件将冷凝器40中的液态冷剂泵送之耦合式蒸发器。
[0064]
进一步地，耦合式热泵机组还可以设置泵送循环管路，用于将箱体内腔中的液体冷剂泵送至内腔顶部以使液体冷剂与第一换热通道内部冷媒换热。即通过泵送循环管路，耦合式蒸发器内腔中的液态冷剂能够形成循环流路。图3中示出了泵送循环管路，其包括泵18。当然，溶液的循环也可以设置第一溶液泵15和第二溶液泵19以为相应管路提供循环动
力。
[0065]
上述各实施例中，吸收器内部的换热管和冷凝器40内部的冷却水管串联或者并联或者串并联。根据环境使用需求，外部冷却水(或热水)能够顺次流经吸收器和冷凝器40被加热，也可以分别流经吸收器10和冷凝器40，对于多个吸收器和冷凝器40的情形，外部冷却水(或热水)还可以通过串并联的方式流经吸收器和冷凝器40，机组使用灵活性比较高，满足不同场合供温需求。
[0066]
对于压缩式模块而言，压缩机2可以为单级压缩机，也可以为双级压缩机。
[0067]
对于双级压缩机而言，压缩式模块还包括经济器7，经济器7位于耦合式蒸发器20的第一换热管道出口下游，节流部件5位于经济器7和所述蒸发器的冷媒进口之间，压缩机2、耦合式蒸发器内部的第一换热管道、经济器7、节流部件5和蒸发器3依次连通能够形成冷媒主循环回路。
[0068]
经济器7的具体结构本文不做限定，可参考当前技术。
[0069]
另外，上述各实施例中，耦合式热泵机组还可以进一步包括兼用支管路2b，与节流部件5并联，兼用支管路2b的进口能够连通第一换热管道的出口，出口连通蒸发器的冷媒进口，并且兼用支管路2b上设置有辅助开关阀6，用于控制兼用支管路2b的开度。
[0070]
在机组启动或运行过程中，兼用支管路2b上辅助开关阀6的设置可以结合压缩机2和吸收式模块1的运行工况，将累积在耦合式蒸发器中的冷媒通过开关阀返回蒸发器，避免蒸发器低压报警停机，维持机组的稳定运行，同时也能减小压缩机2做功，可以有效避免压缩机2排气压力高压报警停机。
[0071]
上述各实施例中的开关阀和流量开关4阀可以均为可调式阀门，可以为手动阀门，也可以为电控阀门等开度自动调节的阀门。
[0072]
发生器的驱动热源可以为热水也可以为蒸汽，还可以为烟气，只要满足需求即可。
[0073]
上述各实施例中，溶液循环回路上还可以设置热交换器202，用于低温溶液和高温溶液的热量交换。
[0074]
以上对本发明所提供的一种耦合式热泵机组进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。