[发明专利]冷却器-热泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种产生热水的系统。

此外，本发明还涉及一种获得制冷效果的系统。

背景技术

许多工业加工需要60-90℃的热水来进行供热，象汽车工业中的喷漆、造纸工业、食品工业、旅店等。在供热期间消耗大量的能量，这增加了加工的操作成本。通常，用于给水加热的能量源是化石燃料，包括天然气、液化石油气、石油或者固体燃料。这些燃料可以直接地消耗或者通过使用源自于上面提到的能量源的电来消耗。可选地，可以使用太阳能、热泵、热水热回收或地热加热来产生热水。由此产生的热水被送到应用场所，热水在该处失去热量然后被再循环到热水产生系统。这些工业通常还需要用于各种加工应用的冷却水/制冷。

制冷通常用于工业中以液化诸如氧气、氮气、丙烷和甲烷之类的气体；用于压缩空气净化中以从压缩空气中冷凝水蒸汽来降低其水分含量；用于炼油厂、化工厂和石化厂中以保持低的加工温度；以及用于冶金工业中以回火钢和刀具。热泵对既需要加热水又需要冷却水的工业应用是理想的，其中可以使用同一机械制冷系统来获得这两种效果。由于严格的污染控制规定，热泵在工业中的应用已经变得很重要，因为这种技术有助于减少排放、提高效率并限制使用地下水来冷却。还有，热泵是有效的加热和冷却系统，其显著地降低了能耗。

工业操作中通常使用的热泵基于蒸汽压缩或者蒸汽吸收循环。吸收热泵是热驱动的，这意味着通过供应热量而不是机械能来驱动所述循环。此外，用于空间的空气调节的吸收热泵通常是烧煤气的，而工业上的设备通常是由高压蒸汽或废热驱动的。吸收系统利用液体或盐的吸收工作流体蒸汽的能力来获得加热和冷却效果。

蒸汽压缩循环利用来自于机械输入的高等级能量，而蒸汽吸收循环利用的能量输入来自于废热或源于太阳能集热器的热量。因此，蒸汽吸收热泵极大地降低了操作成本，因为它们使用的是低等级的废热。还有，相比于蒸汽压缩系统，蒸汽吸收系统使用不破坏臭氧层的制冷剂(水)且需要的电要少得多。对于其中废热可用于产生蒸汽/热水的工业应用，这些系统是更为有益的。

出于对环境的考虑，对节约能源的需要已经很突出，这导致节能的加热和冷却系统的发展。越来越多地关注成本节约并有效的热泵的发展——所述热泵可以提供加热和冷却、因此降低能耗。因此，在工业应用中，蒸汽吸收系统相比于传统的蒸汽压缩热泵获得更多的关注，因为它们使用很少的能量并且对环境有利。

基本的蒸汽吸收循环利用两种流体，制冷剂和吸收剂。锂-溴(Li-Br)-水是最常用的成对吸收剂-制冷剂。在吸收循环中，低压的制冷剂蒸汽被吸入吸收剂中，释放出大量的热量。液态的制冷剂/吸收剂溶液被泵送到一高操作压力的发生器中，在发生器中由煤气燃烧器、蒸汽、热水或高温气体提供热量。热量使得制冷剂从吸收剂中释放出来并蒸发。这些蒸汽流到冷凝器，在冷凝器中释放热量，制冷剂被冷凝成高压液体。此液态制冷剂然后被送到低压蒸发器中，在蒸发器中其通过吸收热量而蒸发并提供冷却效果。然后，发生器中浓的吸收剂被送到吸收器，在吸收器中其与从蒸发器返回的低压制冷剂蒸汽重新结合，重复上述循环。蒸汽吸收机可通过使热的制冷剂(水)蒸汽从高温发生器直接通往蒸发器而用于供热应用。这些系统使用诸如水蒸汽、热水或离开锅炉、涡轮机或发动机驱动型发电机的高温气体之类的热源。

商业上，吸收热泵可以是单效的或多效的。上面所讨论的过程披露了单效蒸汽吸收系统的工作。在单效吸收系统中，在将制冷剂蒸汽吸收到富含吸收剂的液流内的化学过程中所释放的热量被排到环境中。在多效吸收系统中，此能量中的一些被用作驱动力以产生更多的制冷剂蒸汽。每单位热量输入产生的蒸汽越多，冷却能力就越强，总的操作效率就越高。双效吸收系统使用两个发生器——包括一高温发生器和一低温发生器，与单个冷凝器、吸收器和蒸发器配对。

传统的蒸汽吸收系统仅能产生高达40-43℃的热水，因此限制了这些系统在工业中的应用。还有，这些系统仅能通过使热的制冷剂(水)蒸汽从高温发生器直接通往蒸发器来用于供热。在此操作期间，蒸汽吸收系统仅能起到热水产生器的作用，不能同时获得制冷效果。在传统类型的加热-冷却系统中，冷却操作与加热操作之间的切换是复杂的，可能需要象发生器、泵和冷却器之类的附加构件。这增加了在热电输入和设备方面的最初资本投资和操作及维修成本。因此，需要一种合适的系统来同时提供加热和制冷效果但没有任何附加的构件和成本。

已经做了一些尝试来提供一种同时提供加热和冷却效果的蒸汽吸收热泵，其中一些列在了下面引用的现有技术中。