一种集成吸收式热泵和电动热泵的换热机组及方法

摘要

本发明公开了一种集成吸收式热泵和电动热泵的换热机组及方法，由吸收式热泵机组、水-水换热器、电动热泵机组以及各种连接管路和附件组成；所述连接管路的水路系统分为一次侧管路和二次侧管路两部分，一次侧管路采用逐次顺序串联的方式，一次侧管路热水依次经过吸收式热泵的发生器、水-水换热器、吸收式热泵的蒸发器和电动热泵的蒸发器；二次侧管路热水可以多种形式经过电动热泵的冷凝器、吸收式热泵的吸收器和冷凝器以及水-水换热器；本发明可将热水的热量进行梯级利用，从而大幅度增大了一次侧热水的供回水温差，提高了管网供热能力。由于一次侧出换热机组的出水温度低于二次侧进水温度，较低的一次网回水温度可以用于回收热源的低位余热。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于采暖、供热水的换热机组和利用其实现换热的方 法，特别是是涉及一种集成吸收式热泵和电动热泵并能够使一次网热水供、 回水温差增大的换热装置，属于能源技术领域。

背景技术

随着我国城市规模不断增大，冬季在北方城市集中供暖的规模不断增 加，供热管网不断延长和增容。为增大供热面积，出现了热水驱动型吸收 式换热机组，由于供热管网的保温材料等的限制使热水温度不能很高(低 于130℃)，一次网输送的热水往往低于125℃，导致进入吸收式换热机组 发生器的水温较低，造成了吸收式换热机组驱动力不足，因此，一次网回 水温度很难降到35℃，无法真正增大一次网供回水温差，使供热能力不足。 由于一次网回水温度过高，一次侧回水输送到热源后，无法有效地回收热 源余热，造成整个系统经济性变差，难以达到设计要求。如何进一步降低 一次侧回水温度以进一步增大供回水温差，对更充分地利用热源余热，节 约供热能耗，降低供热成本，具有重要社会和经济意义。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种集成吸收式热泵和电动热泵的换热机 组，该机组对一次侧热水的能量进行梯级利用。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种集成吸收式热泵和电动热泵的换热机组，包括水路系统和换热机 组；所述的水路系统分为一次侧管路和二次侧管路两部分，一次侧管路与 集中热源形成循环供水管路，二次侧管路为向用户输送热水的循环用水管 路；

所述换热机组由一台吸收式热泵、一组水-水换热器和一台电动热泵及 管路附件组合构成；

所述的一次侧管路由其进水侧始至回水侧终采用以下两种方式之一实 现逐级顺序串接：

a)一次侧管路依次经过热水型吸收式热泵的发生器、一组水-水换热 器、吸收式热泵的蒸发器和电动热泵的蒸发器；

b)一次侧管路依次经过吸收式热泵的发生器、一组水-水换热器、电 动热泵的蒸发器和吸收式热泵的蒸发器；

所述的二次侧管路由其进水侧始至回水侧终采用以下方式之一实现连 接：

c)二次侧管路为三路进、出，且三路相互并联，其中，一路经过吸收 式热泵的吸收器和冷凝器；一路经过一组水-水换热器；一路经过电动热泵 的冷凝器；

d)二次侧管路为一路进、出，先分为两路分别经过电动热泵和吸收式 热泵，再合并为一根管路经过一组水-水换热器；

e)二次侧管路一路进、出，且所有管路串联，依次经过电动热泵、吸 收式热泵和一组水-水换热器；

f)二次侧管路为三个分支路并联后形成一路输出，所述的三个分支路 分别为：一支经过电动热泵，一支经过吸收式热泵和一支经过一组水-水换 热器；

其中，当所述的一组水-水换热器为2台以上时，经过所有水-水换热 器的一次侧管路相互串联。

所述集成吸收式热泵和电动热泵的换热机组中，所述的吸收式热泵采 用热水型或蒸汽型吸收式热泵。

所述集成吸收式热泵和电动热泵的换热机组中，所述的电动热泵采用 活塞式压缩机、转子式压缩机、涡旋式压缩机、螺杆式压缩机或离心式 压缩机型的电动热泵。

本发明的另一目的是提供一种集成吸收式热泵和电动热泵的换热方 法。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种集成吸收式热泵和电动热泵的换热方法，具有上述的集成吸收式 热泵和电动热泵的换热机组，所述的方法如下：

若所述的一组水-水换热器为一台，

对一次侧管路，进来的一次网热水首先作为驱动热源进入吸收式热泵 的发生器，加热发生器内的吸热制冷剂；降温后从发生器流出进入水-水换 热器作为加热热源，分别加热与之对应的低温侧二次侧管路内的用水，降 温后从水-水换热器流出进入吸收式热泵的蒸发器作为低位热源，放热降温 后进入电动热泵的蒸发器作为电动热泵的低位热源，放热降温后通过一次 网回水管送回集中热源；

对应之，所述二次侧管路内的水加热方法为如下形式之一：

①二次网进水分三路同时加热：一路进水经过吸收式热泵的吸收器和 冷凝器吸热升温；一路进水经过水-水换热器加热，一路进水经过电动热泵 的冷凝器吸热；分别输出三种参数的二次网热水返回用户；

②二次侧管路内的进水首先分为两路分别进入电动热泵和吸收式热泵 加热升温，再汇合成一路进入水-水换热器继续加热升温，最后流出换热机 组返回给用户；

③二次侧管路内的进水依次进入电动热泵和吸收式热泵加热升温，再 进入水-水换热器继续加热升温，最后由换热机组流出回水至用户；

④二次侧管路内的进水先分三路分别进入电动热泵、吸收式热泵和水- 水换热器，待分别加热升温后再汇合一起流出换热机组向用户输送。

在该集成吸收式热泵和电动热泵的换热方法中，所述的方法还可进一 步如下：

若所述的一组水-水换热器采用N级且为两级以上，将N(N为2以上 的自然数)级水-水换热器顺序排布；则

当所述的一次网水进入水-水换热器时，依序逐级进入；

对应之，所述二次侧管路内的水加热方法为如下形式之一：

基于上述的方法①，二次侧管路(二次网进水)并联多路同时被加热， 其中，一路进水经过吸收式热泵的吸收器和冷凝器吸热升温；有N路进水 分别一对一的经过各级水-水换热器加热，还有一路进水经过电动热泵的冷 凝器吸热；最终是分别输出(N+2)路的二次网热水向用户端输送。

基于上述的方法②，二次侧管路内的进水首先分为2路、或分为2+M 路，各路间相互并联，分头加热；再汇合成一路依序逐级进入剩余的各级 水-水换热器继续加热升温，最后流出换热机组返回给用户，其中，M为1 至(N-1)间的自然数；

基于上述的方法③，二次侧管路内的进水依次进入电动热泵和吸收式 热泵加热升温，再依序逐级进入各级水-水换热器继续加热升温，最后由换 热机组流出回水至用户；

基于上述的方法④中，二次侧管路内的进水分(2+N)路分别一对一 的进入电动热泵、吸收式热泵和N台水-水换热器，待分别被加热升温后， 再总汇合为一路输出向用户端输送。

本发明还可采取以下设计方案：

一种集成吸收式热泵和电动热泵的换热方法，具有上述的集成吸收式 热泵和电动热泵的换热机组，所述的方法如下：

若所述的一组水-水换热器为一台；则

对一次侧管路，进来的一次网热水首先作为驱动热源进入吸收式热泵 的发生器，加热发生器内的吸热制冷剂(该吸热制冷剂可以是浓缩溴化锂 溶液、溴化锂/水和氨/水等)；降温后从发生器流出进入水-水换热器作为 加热热源，分别加热与之对应的低温侧的二次侧管路内的用水，再进入电 动热泵的蒸发器，最终进入吸收式热泵的蒸发器逐次放热降温，最后回到 集中热源；

对应之，所述二次侧管路内的水加热方法为如下形式之一：

⑤同时分三路加热，一路进水经过吸收式热泵的吸收器和冷凝器吸热 升温；一路进水经过水-水换热器加热，一路进水经过电动热泵的冷凝器吸 热，三路的回水分别输送到用户端；

⑥二次侧管路内的进水首先分为两路分别进入电动热泵和吸收式热泵 加热升温，再汇合成一路进入水-水换热器继续加热升温，最后向用户端输 送；

⑦二次侧管路内的进水依次进入电动热泵和吸收式热泵加热升温，再 汇合成一路进入水-水换热器继续加热升温，最后向用户端输送；

⑧二次侧管路内的进水先分三路分别进入电动热泵、吸收式热泵和水- 水换热器，待分别加热升温后再汇合一起向用户端输送。

在该集成吸收式热泵和电动热泵的换热方法中，所述的方法还可进一 步如下：

若所述的一组水-水换热器采用N级且为两级以上，N级水-水换热器顺 序排布；N为2以上的自然数；则

当所述的一次网水进入水-水换热器时，依序逐级进入；

对应之，所述二次侧管路内的水加热方法为如下形式之一：

基于上述方法⑤，二次网进水并联多路同时被加热，其中，一路进水 经过吸收式热泵的吸收器和冷凝器吸热升温；N路进水分别一对一的经过 各级水-水换热器加热，一路进水经过电动热泵的冷凝器吸热；分别输出 N+2路的二次网热水向用户端输送；

基于上述方法⑥，二次侧管路内的进水首先分为2路、或分为2+M路， 以相互并联的方式分头加热；再汇合成一路依序逐级进入剩余的各级水-水 换热器继续加热升温，最后流出换热机组返回给用户，其中，M为1至(N-1) 间的自然数；

基于上述方法⑦，二次侧管路内的进水依次进入电动热泵和吸收式热 泵加热升温，再依序逐级进入各级水-水换热器继续加热升温，最后由换热 机组流出回水至用户；

基于上述方法⑧，二次侧管路内的进水分(2+N)路分别一对一的进入 电动热泵、吸收式热泵和N级水-水换热器，待分别被加热升温后，再总汇 合为一路输出向用户端输送。

上述N较佳的取值为2以上但不大于5。

本发明的优点是：能够有效地进行高温热水的梯级利用，可大幅度降 低换热机组一次侧出水温度，进一步大幅增大其供、回水温差，并能够在 用户侧产生出满足使用要求的采暖或生活热水。

附图说明

图1为本发明集成吸收式热泵和电动热泵的换热机组第一实施例组成 示意图。

图2为本发明的换热机组第二实施例组成示意图。

图3为本发明的换热机组第三实施例组成示意图。

图4为本发明的换热机组第四实施例组成示意图。

图5为本发明的换热机组第五实施例组成示意图。

图6为本发明的换热机组第六实施例组成示意图。

图7为本发明的换热机组第七实施例组成示意图。

图8为本发明一具体应用实施例中的水温参数示意图。

图中：1--吸收式热泵；2--水-水换热器；2a--一级水-水换热器；2b-- 二级水-水换热器；3--电动热泵；10--一次侧管路；20--二次侧管路。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明。

具体实施方式

参见图1至图8所示，本发明提供了一种由吸收式热泵1、水-水换热 器2和电动热泵3及管路附件(包括一次侧管路、二次侧管路及附件)等 组成的换热机组，所述的吸收式热泵1、水-水换热器2和电动热泵3可以 各采用一个，亦可选用多个。

该换热机组的水路系统分为一次侧管路和二次侧管路两部分，参见图 1至图7所示，在各个实施例中，所述的一次侧管路10均采用逐级顺序串 接的方式。图1、图5和图6示出了3个具有代表性的实施例：

如图1所示，一次侧热水(一次网进水)依次经过吸收式热泵的发生 器、水-水换热器、吸收式热泵的蒸发器和电动热泵的蒸发器，具体地说： 对于一次侧水路系统，一次侧热水首先进入吸收式热泵的发生器，降温后 进入水-水换热器加热二次侧热水，降温后进入吸收式热泵的蒸发器作为低 位热源，放热降温后进入电动热泵的蒸发器，最后一次侧回水(一次网回 水)送回集中热源。另一种如图5所示，一次网热水一次进入吸收式热泵 1的发生器、水-水换热器2、电动热泵3的蒸发器和吸收式热泵1的蒸发 器逐次放热降温，最后回到集中热源。再一种如图6和图7所示，是选用 2级水-水换热器2_a、2_b或多级(N级)的水-水换热器2₁、2₂…2_N，将多 级的水-水换热器顺序排列且相互串接，整体的一次侧管路10还是全部采 用逐级顺序串接的方式。该机组对一次侧热水的能量进行梯级利用，可大 幅度降低换热机组一次侧出水温度，进一步大幅增大其供、回水温差。

所述的二次侧管路20则可以采用多元化的形式连接，至少包括以下几 种：第一种连接方式如图1所示，该换热机组输出三种参数的二次网热水 (二次网热水回)，即通过吸收式热泵1的二次网热水参数、通过水-水换 热器2的二次网热水参数和通过电动热泵3的二次网热水参数，这三种二 次网热水参数可不相同。第二种连接方式如图2所示，二次网热水分为两 路分别进入电动热泵和吸收式热泵加热升温后，再汇合进入水-水换热器继 续加热升温，最后输送到用户。第三种连接方式如图3所示，二次网热水 采用串联方式，即二次网热水依次进入电动热泵、吸收式热泵和水-水换热 器逐次加热升温后，输送到用户。第四种连接方式如图4所示，二次网管 路采用并联方式，即二次网热水分别进入电动热泵、吸收式热泵和水-水换 热器加热升温后，再汇合一处输送到用户。第五种连接方式如图6所示， 采用了2级水-水换热器2_a、2_b，其是在第四种连接方式的基础上，将输出 汇合一处的热水再经过第二级水-水换热器2_b，最后输出至用户。图7是第 五种连接方式的延续，选用多级(N级)的水-水换热器2₁、2₂…2_N，二次 网管路采用并联方式，即二次网热水分三股分别进入电动热泵、吸收式热 泵和第一级水-水换热器2₁，加热升温后输出一路，依序经水-水换热器2₂… 2_N输送到用户。

当选用多级(N级)的水-水换热器2₁、2₂…2_N时，亦可对二次侧管路 20的第一种连接方式拓展(图中未示出)，即二次网进水并联多路(包括 2+N路)同时被加热，其中，一路进水经过吸收式热泵1的吸收器和冷凝 器吸热升温；N路进水分别一对一的经过各级水-水换热器2₁、2₂…2_N加 热，一路进水经过电动热泵3的冷凝器吸热；分别输出2+N路的二次网热 水。亦可对二次侧管路20的第二种连接方式拓展(图中未示出)，即二次 网热水分为两路分别进入电动热泵和吸收式热泵(该两路为并联形式)加 热升温后，再汇合依序经水-水换热器2₁、2₂…2_N继续加热升温，最后输 送到用户；或分为2+M路，以相互并联的方式同时进入二次侧管路主要单 元吸热升温，其中，该主要单元的一路为电动热泵3的冷凝器，一路为吸 收式热泵1的吸收器和冷凝器，M路则对应的是第M(M为1)级之前的 各级水-水换热器；再汇合成一路依序逐级进入剩余的各级水-水换热器继续 加热升温，最后流出换热机组返回给用户，其中，M为1至(N-1)间的自 然数；再汇合成一路依序逐级进入剩余的各级水-水换热器继续加热升温， 最后流出换热机组返回给用户。还可是对二次侧管路20的第三种连接方式 拓展(图中未示出)，即二次侧管路20的各管路采用串联方式，即二次网 热水依次进入电动热泵、吸收式热泵和N级的水-水换热器2₁、2₂…2_N， 逐次加热升温后，输送到用户。

下面根据某实验区集中供热系统实际的供热参数的要求，对本发明的 具体实施方式进行说明。

如图8所示，本发明由热水型吸收式热泵、水-水换热器(板式或容积 式)、电动热泵以及连接管路附件组成，水路系统分为一次侧热水管路和 二次侧热水管路两部分。在实际运行中，一次网进水为约125℃的热水， 其首先作为驱动热源进入吸收式热泵机组1，在其发生器中加热浓缩溴化 锂溶液，降温至90℃左右时从吸收式热泵1中流出并进入水-水换热器2作 为加热热源，加热二次网热水，又降温至55℃左右时从水-水换热器2中流 出，55℃的热水再返回热水型吸收式热泵1的蒸发器作为低温热源，在其 蒸发器中降温至30℃左右流出，最后，进入电动热泵的蒸发器降温至15 ℃左右，返回集中热源，如此循环。二次网50℃热水分为三路进入机组： 一路进入电动热泵3，在其冷凝器中吸收热量，被加热到60℃左右后流出； 一路进入热水型吸收式热泵1，在其吸收器和冷凝器中吸收热量，被加热 到60℃左右后流出；一路进入水-水换热器2，与一次网热水进行换热，被 加热到60℃后流出，三路60℃的热水出水汇合后送往热用户。可以看出， 本发明的换热机组采用吸收式热泵、电动热泵和换热器组合的方式能够有 效地进行高温热水的梯级利用，实现了110℃的供回水温差，并能够产生 出满足使用要求的采暖或生活用水。

本发明所选取的吸收式热泵优选采用热水型吸收式热泵，亦可采用蒸 汽型吸收式热泵。

在图6和图7图示的各实施例中，仅示出了选用多级(N级)的水-水 换热器，本发明所选取的电动热泵(即电驱动热泵，也称为压缩式热泵) 亦可是单台或多台串联/并联。不再一一赘述。该电动热泵可选择采用活 塞式压缩机、转子式压缩机、涡旋式压缩机、螺杆式压缩机和离心式压 缩机等种类的压缩式热泵。

上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的 说明所包含应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。