[實用新型]基于噴射器的第一類吸收式熱泵

有效

• 申請號: 201720326368.6
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN206683268U
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 李澎;李軍;鄒秀茹
• 申請（專利權）人: 李澎
• 主分類號: F25B15/02
• 分類號: F25B15/02;F25B41/00
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司37105
• 代理人: 朱曉熹

技術領域

本實用新型涉及吸收式熱泵和吸收-壓縮混合式熱泵技術領域，具體涉及基于噴射器的第一類吸收式熱泵。

背景技術

空氣作為熱泵的熱源有著獨特的優勢--熱源隨處可得到，其缺點是熱源的變化范圍太大。壓縮式熱泵將攜帶熱量的冷媒蒸汽壓縮后冷凝的方式在高位釋放熱量。如果熱源溫度變化很大，代表著飽和冷媒蒸汽的密度也變化很大。例如氨蒸汽在-30℃的飽和蒸汽密度為1.0374kg/m³，而16℃時的飽和蒸汽密度為5.9123kg/m³，兩者相差5.7倍。目前成熟的商用壓縮機基本都是容積式的，也就意味著在吸氣效率一項，在其工作溫度范圍的高段與工作溫度范圍的低段，壓縮機的吸氣效率相差5.7倍。容積式壓縮機吸氣效率的高低對于整個熱泵的能效有著非常重要的影響。近幾年來，針對渦旋式壓縮機開發了噴液增焓技術，有效的解決了由于熱源溫度過低造成的吸入冷媒量過低的問題，但是對于更低的空氣溫度，整機能效仍然難以突破。

吸收式熱泵利用不同壓力下溶液與溶劑之間的吸收特性實現低位熱源向高位熱源的轉換。吸收式熱泵中的溶劑要經歷溶劑蒸汽、冷凝成液態或者被溶液吸收、再生成溶劑蒸汽和再次冷凝成液態或者被溶液吸收四個環節。作為一種典型的熱動力循環機器，吸收式熱泵采用空氣作為熱源時，由于空氣溫度的變化，過低的空氣溫度會造成熱動力循環截止。

由于吸收式熱泵循環的溶劑要經歷兩次從蒸汽變成液體的環節，這就提供了一種新的可能性。同樣以氨為例，在-30℃時，氨飽和液體的密度為677.83kg/m³，而16℃時616.04kg/m³，兩者差距只有10％，也就是說在采用溶劑泵或者溶液泵傳送時，大溫差帶來的效率影響很小，且空氣溫度越低，效率越高。本實用新型正是基于飽和液體密度隨熱源溫度變化小這一原理。

圖1為典型的第一類吸收式熱泵原理示意圖，1為蒸發器，11為吸收器，3為溶液泵，4為節流閥，5為溶液熱交換器，6為發生器，7為冷凝器，9為節流閥，a和b輸入低溫熱源，e和f輸入高溫熱源，c和d為中溫熱源輸出。較低溫度的低溫熱源在高溫熱源的驅動下，最終變成轉換成可利用中溫熱源輸出。這個熱動力循環的COP大于1。

圖2給出了采用空氣作為低溫熱源的圖1所示的吸收式熱泵的能效分析，中溫熱源輸出溫度為45℃、低溫熱源為-7℃時，熱泵循環不能持續，而設定中溫熱源輸出溫度為35℃時，采用NH3-LINO3(氨-硝酸鋰)工質對的吸收式熱泵循環可以將截止溫度降低到-23℃。

在圖3中，橫軸表示溫度，縱軸表示飽和蒸氣壓力或者飽和液體壓力，斜線為溶液濃度。Ⅰ～Ⅱ斜線段為溶劑或者0％溶液濃度的飽和液體溫度壓力關系，Ⅲ～Ⅳ斜線段代表稀溶液溫度與壓力關系，Ⅵ～Ⅴ斜線段代表濃溶液溫度與壓力關系。Tv表示蒸發溫度，對于圖1的所示的熱力學循環，蒸發器和吸收器的壓力Pv是一致的。Tc代表冷凝溫度，事實上，大部分工程實踐中吸收器和冷凝器共用同一冷卻水回路或者說熱源輸出回路，因此可以簡單認為吸收溫度等于冷凝溫度。而冷凝器和發生器的壓力也是相同的，即Pg。對應的發生器溫度為Tg。從圖2可以看到，隨著Tv的降低，熱泵本身的能效快速降低，到某個點，這個熱動力循環將截止。如果要進一步降低蒸發溫度例如圖3中的Tv1，就只能單獨降低蒸發壓力至Pv1，這時，溶劑蒸氣的溫度壓力軌跡就從傳統的第一類吸收式熱泵的Ⅱ～Ⅵ改為Ⅱs～Ⅵ。

現有技術中熱動力循環的蒸發壓力是依靠溶液吸收過程維持的。當溶劑在蒸發器蒸發時使蒸發器內的壓力和溫度提高，這些蒸氣被吸收器內的溶液立即吸收，維持了蒸發壓力和蒸發溫度的平衡。如果要求蒸發壓力低于吸收壓力，就無法直接利用溶液的這一特性，需要引入其它做功要素來實現蒸發壓力低于吸收壓力，很多學者提出了引入蒸氣壓縮機，只是在蒸發器和吸收器之間增加了蒸氣壓縮機。前文已經指出，低溫段蒸氣密度隨著溫度的降低快速降低。在這種情形下引入蒸氣壓縮機，要取得比較好的效果，工程設計的難度很大，代價可能也比較高昂，到目前為止還難以見到商業化產品。甚至，實驗室驗證裝置的報道也很難找到。

實用新型內容

本實用新型針對上述問題，提供了基于噴射器的第一類吸收式熱泵，有效的解決了吸收式熱泵采用空氣作為低溫熱源的工作溫度范圍拓展的問題，并提供了更高的能源效率。對于我國北方地區、特別是寒冷地區的冬季取暖有著非常好的效果。