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浅谈吸收式热泵

西安交大建筑节能研究中心2020-10-29 12:24:30




热泵按其工作原理可以分为以下几类:蒸汽压缩式热泵、吸收式热泵、吸附式热泵、喷射式热泵、热电式热泵以及基于磁热泵、声波热泵及其他各种化学热泵。最常见的就是蒸汽压缩式热泵。而对于吸收式热泵,很多人也只是听过其名却不懂其原理。那么笔者今天就为大家揭开吸收式热泵的神秘面纱。


吸收式热泵是一种利用低品位热源,实现将热量从低温热源向高温热源泵送的循环系统。是回收利用低品位热能的有效装置,具有节约能源、保护环境的双重作用。其系统主要由5-吸收器7-水泵、1-发生器、减压阀、2-冷凝器、3-节流阀、4-蒸发器、精馏器、分凝器、过冷器、回热器等组成。吸收式热泵原理图如下图1所示:

1 吸收式热泵原理图

吸收器/发生器中装有不同沸点的两种物质混合溶液作为工质对,主要有两种:氨水溶液(氨为制冷剂,水为吸收剂)和溴化锂水溶液(水为制冷剂,溴化锂为吸收剂),后者被广泛应用于空调热泵中。由原理图不难看出,吸收式热泵与蒸汽压缩式热泵最大的区别在于吸收式热泵用吸收发生装置取代了压缩机用热能(蒸汽、燃料、热水等)驱动代替电力驱动,因此对于能源的回收与节约有很大意义。

吸收式热泵按制热目的可以分为两类。两类热泵应用目的不同,工作方式也不同。但都是工作于三热源之间,三个热源温度的变化对热泵循环会产生直接影响。

第一类吸收式热泵,也称增热型热泵,是利用少量的高温热源,产生大量的中温有用热能。即利用高温热能驱动,把低温热源的热能提高到中温,从而提高了热能的利用效率。第一类吸收式热泵的性能系数大于1,一般在1.5-2.5之间。从工作原理上来看,第一类吸收式热泵与吸收式制冷机的工作原理是一致的。其原理图如下图2所示:

2 增热型热泵原理图

其热收支图如下图3所示:

3 增热型热泵热收支图

其内部工作流程为:高温驱动热源加热发生器,制冷剂蒸汽从发生器内的溶液中蒸发出来,在冷凝器中放热加热热水,节流后进入蒸发器吸收低品位热源的热量,变成蒸汽进入吸收器;发生器中变浓的溶液经热交换器进入吸收器,吸收来自蒸发器的制冷剂蒸汽,放出热量加热热水,而吸收器中变稀的溶液又通过热交换器进入发生器,完成循环。


第二类吸收式热泵,也称升温型热泵,是利用大量的中温热源产生少量的高温有用热能。即利用中低温热能驱动,用大量中温热源和低温热源的热势差,制取热量少与但温度高于中温热源的热量,将部分中低热能转移到更高温位,从而提高了热源的利用品位。第二类吸收式热泵性能系数总是小于1,一般为0.4-0.5之间。其原理图如下图4所示:

4 升温型热泵原理图

其热收支图如下图5所示:

5 升温型热泵热收支图 

吸收式热泵产品源于吸收式制冷机,吸收式制冷机发明于美国,发展在日本,20世纪60年代开始在日本广泛应用,该技术在中国经过20多年的发展,目前吸收式技术已经非常成熟、可靠。该产品的最关键技术是真空度的保证,该机组在工作过程内部是负压的,要求加工工艺较高,机组运行过程中不凝性气体的有效排出

吸收式热泵与吸收式制冷机相比结构更简单,部件更少,可以说吸收式热泵是吸收式制冷机的一部分。但是由于其效率普遍不高,因此,目前国内外研究重心放在吸收式热泵的传热传质强化上,包括(1)新型强化管的研究;(2)新型表面活性剂的研究;(3)强化吸收机制的研究。

要想真正的推广吸收式热泵,还需广大感兴趣的学者再接再厉。

 







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