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CN107990594A - 一种用于集中供热系统的吸收式换热设备 - Google Patents

一种用于集中供热系统的吸收式换热设备 Download PDF

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CN107990594A
CN107990594A CN201711214950.4A CN201711214950A CN107990594A CN 107990594 A CN107990594 A CN 107990594A CN 201711214950 A CN201711214950 A CN 201711214950A CN 107990594 A CN107990594 A CN 107990594A
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CN
China
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heat exchange
opening
heating medium
heat exchanger
absorption heat
Prior art date
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Pending
Application number
CN201711214950.4A
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English (en)
Inventor
高雪云
王淦
刘智
王强
王立文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongye Northwest Engineering Technology Co., Ltd.
Original Assignee
Alex Hua Tian Baotou Design And Research Institute Co Ltd
Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alex Hua Tian Baotou Design And Research Institute Co Ltd, Huatian Engineering and Technology Corp MCC filed Critical Alex Hua Tian Baotou Design And Research Institute Co Ltd
Priority to CN201711214950.4A priority Critical patent/CN107990594A/zh
Publication of CN107990594A publication Critical patent/CN107990594A/zh
Pending legal-status Critical Current

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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/04—Heat pumps of the sorption type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • F25B15/02—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas
    • F25B15/06—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas the refrigerant being water vapour evaporated from a salt solution, e.g. lithium bromide
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Abstract

本发明涉及一种用于集中供热系统的吸收式换热设备，包括间接式换热器、吸收式热泵和控流组件。吸收式热泵包括发生器、冷凝器、吸收器和蒸发器。其中，该控流组件能引导其接收到的供热介质在通过发生器后与来自冷凝器流出的供热介质混合并进入间接式换热器，并使混合后的供热介质从间接式换热器的热源出口流出后被分成两个部分，一部分经过吸收器后进入冷凝器以便在其流出冷凝器后与发生器流出的供热介质相混合，另一部分进入蒸发器后被排出，间接式换热器的冷源进口接收吸热介质，冷源出口用于排出被供热介质所加热的吸热介质。该吸收式换热设备能够促使吸热介质更多地吸收来自供热介质的热能，达到改善该吸收式换热设备的换热效率的目的。

Description

一种用于集中供热系统的吸收式换热设备
技术领域
本发明属于集中供热技术领域，具体涉及一种用于集中供热系统的吸收式换热设备。
背景技术
图1显示了现有集中供热系统中已广泛使用的吸收式换热设备，该吸收式换热设备主要包括间接式换热器20及主要由发生器、冷凝器、吸收器和蒸发器构成的吸收式热泵10。在工作期间，来自上级管网(例如一级管网)的供热介质能够依次流经发生器、间接式换热器20和蒸发器后再流回该级管网中，而来自下级管网(例如二级管网)内的吸热介质可被该吸收式换热设备直接分为两部分而单独流动，其中一部分进入间接式换热器20与来自吸收式热泵10的供热介质进行非接触式换热，而另一部分则依次流经吸收器和冷凝器之后与前者相互混合，混合的二者一同返回下级管网内。
然而，本申请的发明人在潜心研究之后发现：该吸收式换热设备虽然能够将吸收式热泵10吸收的热能不经间接式换热器20而直接用于吸热介质，从表面上看，这种方式可以有效减少流入间接式换热器中被供热介质加热的的吸热介质的流量，促使吸热介质能够更好地吸收来自供热介质的热能，保证该吸收式换热设备具有较好的换热效果，但是事实并非如此。
发明内容
基于上述全部或部分问题，本发明的目的是提供一种用于集中供热系统的吸收式换热设备，其能够促使吸热介质更多地吸收来自供热介质的热能，达到改善该吸收式换热设备的换热效率的目的。
本发明提供一种用于集中供热系统的吸收式换热设备，该吸收式换热设备包括间接式换热器、吸收式热泵和控流组件，所述吸收式热泵包括发生器、冷凝器、吸收器和蒸发器，其中所述控流组件设置成能够引导其接收到的供热介质在通过所述发生器后与从所述冷凝器流出的供热介质混合并一同进入所述间接式换热器的热源进口，并迫使混合后的供热介质在从所述间接式换热器的热源出口流出后被分成能沿着不同规定路径独立流动的两个部分，其中一部分经过所述吸收器后进入所述冷凝器以便在其流出所述冷凝器后与所述发生器流出的供热介质相混合，而另一部分进入所述蒸发器后被所述蒸发器排出，所述间接式换热器的冷源进口用于接收吸热介质，而其冷源出口用于排出已被供热介质所加热的吸热介质。
优选地，所述控流组件设置成还能够其引导接收到的供热介质不经过所述吸收式热泵而直接通过所述间接式换热器后排出。
优选地，所述控流组件包括：第一管路，其一端用于接收所述供热介质，而其另一端与所述间接式换热器的热源进口相连，所述第一管路上沿所述供热介质的流动方向依次设有第一开口、第二开口和第三开口，所述第一开口与所述发生器的进口相连，所述第二开口与所述发生器的出口相连，所述第三开口与所述冷凝器的出口相连；第二管路，其一端用于排出所述供热介质，而其另一端与所述间接式换热器的热源出口相连，所述第二管路上沿所述供热介质的流动方向依次设有第四开口、第五开口和第六开口，所述第四开口与所述吸收器的进口相连，所述第五开口与所述蒸发器的进口相连、所述第六开口与所述蒸发器的出口相连；第一截止阀，其设所述第一管路上且位于所述第一开口与第二开口之间；第二截止阀，其设于所述第二管路上且位于所述第五开口和第六开口之间。
优选地，所述控流组件还包括：第三截止阀，其设于所述第一开口与所述发生器的进口之间；第四截止阀，其设于所述第二开口与所述发生器的出口之间；第五截止阀，其设于所述第五开口与所述蒸发器的进口之间；第六截止阀，其设于所述第六开口与所述蒸发器的出口之间。
优选地，供热介质流经所述吸收器时所产生的流量为供热介质流经所述蒸发器时所产生的流量的1～3倍。
优选地，所述间接式换热器为板式换热器。
优选地，所述吸收式热泵、间接式换热器和控流组件均设于所述集中供热系统的同一个换热站内。
优选地，所述吸收式热泵设于所述集中供热系统中的一个换热站内，而所述间接式换热器设于所述集中供热系统中的另一个换热站内，其中，包含所述吸收式热泵的换热站是包含所述间接式换热器的换热站的上一级换热站。
优选地，所述吸收式热泵所用的吸收剂为溴化锂溶液。
与现有的吸收式换热设备相比，本发明的用于集中供热系统的吸收式换热设备并没有采用大幅度的结构改进，就使得该吸收式热泵输出的热量可直接被供热介质吸收，而不像现有技术那样被吸热介质吸收，虽然本发明中流入间接式换热器中需要被供热介质加热的吸热介质的流量变大，但事实证明，这样的改进可大幅度拉大进入时的供热介质与排出时的吸热介质之间的温差，使得供热介质能够将更多的吸热介质加热到目标温度，并且促使吸热介质能够更多地吸收来自供热介质的热能，从总体上提高了间接式换热器的对数平均温差，提高该间接式换热器的换热效果，达到改善该吸收式换热设备的换热效率的目的。
同时，本发明的用于集中供热系统的吸收式换热设备只是在现有吸收式换热设备的基础上稍加改进，无需费时费力的改造就可保证的吸收式换热设备获得更好的换热效果，进而更高效利用来自上级管网中的热能，并以此提高集中供热系统对用户群落的供热能力，以确保现有集中供热系统能在经此改造后满足建筑群落对热能的更高需求。
另外，本发明的用于集中供热系统的吸收式换热设备的结构简单，改造方便且成本低，使用安全可靠，便于广泛地推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1显示了现有技术中的吸收式换热设备；
图2为根据本发明实施例的用于集中供热系统的吸收式换热设备的结构示意图；
图3显示了包含图2所示的吸收式换热设备的一个换热站；
图4显示了两个改进前的换热站；
图5显示了两个改进后的换热站。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图2为根据本发明实施例的用于集中供热系统的吸收式换热设备的结构示意图。如图2所示，吸收式换热设备包括间接式换热器2、吸收式热泵1和控流组件3，该吸收式热泵1主要包括发生器11、冷凝器12、吸收器14和蒸发器13。其中，控流组件3设置成能够引导其接收到的供热介质在通过发生器11后与从冷凝器12流出的供热介质混合并一同进入间接式换热器2的热源进口，并迫使混合后的供热介质在从间接式换热器2的热源出口流出后被分成能沿着不同规定路径独立流动的两个部分，其中一部分供热介质在一个规定路径的引导作用下，经过吸收器14后进入冷凝器12以便在其流出冷凝器12后与发生器11流出的供热介质相混合，而另一部分供热介质在另一个规定路径的引导作用下进入所述蒸发器13后被所述蒸发器13排出。间接式换热器2的冷源进口用于接收吸热介质，而其冷源出口用于排出已被供热介质所加热的吸热介质。
与现有的吸收式换热设备相比，本发明的用于集中供热系统的吸收式换热设备并没有采用大幅度的结构改进，只是使得该吸收式热泵1输出的热量可直接被供热介质吸收，而不像现有技术那样被吸热介质吸收，虽然本发明中流入间接式换热器2中需要被供热介质加热的吸热介质的流量变大，但事实证明，这样的改进可大幅度拉大进入时的供热介质与排出时的吸热介质之间的温差，使得供热介质能够将更多的吸热介质加热到目标温度，并且促使吸热介质能够更多地吸收来自供热介质的热能，从总体上提高间接式换热器2的对数平均温差，提高该间接式换热器2的换热效果，达到改善该吸收式换热设备的换热效率的目的。
同时，本发明的用于集中供热系统的吸收式换热设备只是在现有吸收式换热设备的基础上稍加改进，无需费时费力的改造就可保证的吸收式换热设备获得更好的换热效果，进而更高效利用来自上级管网中的热能，并以此提高集中供热系统对用户群落的供热能力，以确保现有集中供热系统能在经此改造后满足建筑群落对热能的更高需求。
进一步地，该控流组件3设置成除了按照上述方式引导流体流动之外还能够引导收到的供热介质不经过吸收式热泵1而直接通过间接式换热器2后排出。这样的设置使得吸收式换热设备中供热介质具有两种流动方式，即第一种流动方式是能够引导其接收到的供热介质在通过发生器11后与从冷凝器12流出的供热介质混合并一同进入间接式换热器2的热源进口，并迫使混合后的供热介质在从间接式换热器2的热源出口流出后被分成能沿着不同规定路径独立流动的两个部分，其中一部分供热介质在一个规定路径的引导作用下，经过吸收器14后进入冷凝器12以便在其流出冷凝器12后与发生器11流出的供热介质相混合，而另一部分供热介质在另一个规定路径的引导作用下进入所述蒸发器13后被所述蒸发器13排出；而另一种流动方式是引导收到的供热介质不经过吸收式热泵1而直接通过间接式换热器2后排出。当建筑群落对热量需求较大时，控流组件3开启第一种流动方式，使得该吸收式换热设备在吸收式热泵1的作用下使吸热介质能够更多地吸收来自供热介质的热能，保证建筑群落获得更多的热量；而当建筑群落对热量需求不大时，控流组件3开启第二种流动方式，使得吸收式热泵1不再帮助吸热介质更多地吸收来自供热介质的热能，导致吸热介质仅能在间接式换热器2的作用下从供热介质吸收相对较低的热量，然后直接供应给热量需求不高的建筑群落。
控流组件3主要由管路和阀体组成，本领域技术人员完全可以根据上文涉及的流体运动来自行设置控流组件3的具体结构，图2所示实施例所提供的控流组件3的具体结构仅是控流组件3的优选实施例。在图2所示优选实施例中，控流组件3主要包括第一管路31、第二管路、第一截止阀和第二截止阀。第一管路31的一端用于接收供热介质，而其另一端与间接式换热器2的热源进口相连，并在第一管路31上沿供热介质的流动方向依次设有第一开口33a、第二开口33b和第三开口33c。其中，第一开口33a与发生器11的进口相连，第二开口33b与发生器11的出口相连，第三开口33c与冷凝器12的出口相连。第二管路32的一端用于排出供热介质，而其另一端与间接式换热器2的热源出口相连，并且在第二管路32上沿供热介质的流动方向依次设有第四开口33d、第五开口33e和第六开口33f。其中，第四开口33d与吸收器14的进口相连，第五开口33e与蒸发器13的进口相连，第六开口33f与蒸发器13的出口相连。第一截止阀34a设于第一管路31上且位于第一开口33a与第二开口33b之间，而第二截止阀34b设于第二管路32上且位于第五开口33e和第六开口33f之间。当控流组件3需要开启第一种流动方式时，控制第一截止阀34a和第二截止阀34b关闭，使得该吸收式换热设备在吸收式热泵1的作用下使吸热介质能够更多地吸收来自供热介质的热能，保证建筑群落获得更多的热量。
进一步地，控流组件3还包括第三截止阀34c、第四截止阀34d、第五截止阀34e和第六截止阀34f。其中，第三截止阀34c设于第一开口33a与发生器11的进口之间，第四截止阀34d设于第二开口33b与发生器11的出口之间，第五截止阀34e设于第五开口33e与蒸发器13的进口之间，第六截止阀34f设于第六开口33f与蒸发器13的出口之间。当控流组件3需要开启第一种流动方式时，控制第三、第四、第五和第六截止阀(34c,34d,34e,34f)均开启，而第一和第二截止阀(34a,34b)关闭；当控流组件3需要开启第二种流动方式时，控制第三、第四、第五和第六截止阀(34c,34d,34e,34f)均关闭，且第一和第二截止阀(34a,34b)开启。
在本实施例中，吸收式热泵1所用的吸收剂为溴化锂溶液。实际应用中，吸收式热泵1所用的吸收剂为溴化锂溶液，而其所用的制冷剂为水或比吸收剂浓度更低的溴化锂溶液。
发明人综合考虑了供热介质从间接式换热器2排出时的温度和流量、吸收器14和冷凝器12的放热量以及蒸发器13的吸热量等诸多因素，通过大量试验和计算后得出，当供热介质流经吸收器14时所产生的流量为供热介质流经蒸发器13时所产生的流量的1～3倍时，该吸收式换热设备能够具有更好的换热效率。
事实上，上述间接式换热器2可以选择为板式换热器、管壳式换热器等。不过在本实施例中，间接式换热器2优选是板式换热器，因为板式换热器具有热损小，阻力损失小，占地面积小且传热效率高等优点，非常适合作为吸收式换热设备中的换热器。
图3显示了包含图2所示的吸收式换热设备的一个换热站，即吸收式热泵1、间接式换热器2和控流组件3均设于该换热站100内。为了证明本发明实施例的用于集中供热系统的吸收式换热设备要比现有技术更好，本申请发明人在换热站里分别采集了改进前吸收式换热设备和改进后吸收式换热设备在工作过程中各个位置的温度，并分别计算两种吸收式换热设备的间接式换热器的对数平均温差，其结果如下表所示。其中，改进前吸收式换热设备正是图1所示的吸收式换热设备，改进后的吸收式换热设备则是图2所示的吸收式换热设备，图2所示的吸收式换热设备相比于图1所示的吸收式换热设备的区别仅在于使用的控流组件3略有不同。在下表中，T1in为供热介质进入发生器11时的温度，T1out为供热介质通过蒸发器13时的温度，T2in为供热介质进入间接式换热器的热源进口时的温度，T2out为供热介质从间接式换热器的热源进口排出时的温度，t1in为吸热介质进入间接式换热器的冷源进口时的温度，t1out为吸热介质从间接式换热器的冷源进口排出时的温度。
通过上述表格可以看出，图2所示的吸收式换热设备中的间接式换热器2相比于图1所示的吸收式换热设备中的间接式换热器的对数平均温差大，提高了该间接式换热器2的换热效果，进而改善图2所示的吸收式换热设备的换热效率。
在现有技术中，由于流经吸收器和冷凝器进行吸热的那部分液体的温度可能并不能达到供热的目标温度，因此需要经间接式换热器20加热后的吸热介质的温度远高于供热的目标温度。而在本实施例中，虽然供热介质在通过发生器11后与冷凝器12流出的供热介质混合后，会使得原本从发生器11流出的供热介质的温度略有降低，但由于不再需要吸热介质来吸收器14和冷凝器12的热量，使得流经间接式换热器2的吸热介质无需再被加热到这么高的温度，而最终使得间接式换热器2的对数平均温差增大。
图5显示了两个改进后的换热站，即吸收式热泵1设于集中供热系统中的一个换热站内，而间接式换热器2设于的另一个换热站内，其中，包含吸收式热泵1的换热站是包含间接式换热器2的换热站的上一级换热站。该设置方式主要适用于在供热站和建筑群落之间不止设置一个换热站的情况，例如适用于图5所示的两个换热站的情况，其中一个是位于供热站下级的中间换热站200，另一个是位于该中间换热站200下级的末级换热站300，该吸收式热泵1设于中间换热站200内，而间接式换热器2设于末级换热站300内。而图4显示了两个改进前的换热站，即中间换热站200内设置有如图1所述的吸收式换热设备(既包含吸收式热泵10又包含间接式换热器20)，再在末级换热站300内设置一个额外的间接式换热器。为了证明图5所示的两个改进后换热站要比图4所示的两个改进供热站更好，本申请发明人分别采集了双方在工作过程中必要位置的温度，并分别计算双方末级换热站内的间接式换热器的对数平均温差，其结果如下表所示。在下表中，T2in为供热介质进入末级换热站300中的间接式换热器的热源进口时的温度，T2out为供热介质从末级换热站300中的间接式换热器的热源进口排出时的温度，t1in为吸热介质进入末级换热站300中的间接式换热器的冷源进口时的温度，t1out为吸热介质从末级换热站300中的间接式换热器的冷源进口排出时的温度。
通过上述表格可以看出，相较于改进前技术，改进后技术中的供热介质进入末级换热站300中的间接式换热器2的热源进口时的温度T2in更高，使得末级换热站300中的间接式换热器2的对数平均温差增大，提高了该间接式换热器2的换热效果，进而改善了改进后技术中吸收式换热设备的换热效率。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种用于集中供热系统的吸收式换热设备，其特征在于，该吸收式换热设备包括间接式换热器、吸收式热泵和控流组件，所述吸收式热泵包括发生器、冷凝器、吸收器和蒸发器，其中所述控流组件设置成能够引导其接收到的供热介质在通过所述发生器后与从所述冷凝器流出的供热介质混合并一同进入所述间接式换热器的热源进口，并迫使混合后的供热介质在从所述间接式换热器的热源出口流出后被分成能沿着不同规定路径独立流动的两个部分，其中一部分经过所述吸收器后进入所述冷凝器以便在其流出所述冷凝器后与所述发生器流出的供热介质相混合，而另一部分进入所述蒸发器后被所述蒸发器排出，所述间接式换热器的冷源进口用于接收吸热介质，而其冷源出口用于排出已被供热介质所加热的吸热介质。
2.根据权利要求1所述的吸收式换热设备，其特征在于，所述控流组件设置成还能够其引导接收到的供热介质不经过所述吸收式热泵而直接通过所述间接式换热器后排出。
3.根据权利要求1或2所述的吸收式换热设备，其特征在于，所述控流组件包括：
第一管路，其一端用于接收所述供热介质，而其另一端与所述间接式换热器的热源进口相连，所述第一管路上沿所述供热介质的流动方向依次设有第一开口、第二开口和第三开口，所述第一开口与所述发生器的进口相连，所述第二开口与所述发生器的出口相连，所述第三开口与所述冷凝器的出口相连；
第二管路，其一端用于排出所述供热介质，而其另一端与所述间接式换热器的热源出口相连，所述第二管路上沿所述供热介质的流动方向依次设有第四开口、第五开口和第六开口，所述第四开口与所述吸收器的进口相连，所述第五开口与所述蒸发器的进口相连、所述第六开口与所述蒸发器的出口相连；
第一截止阀，其设所述第一管路上且位于所述第一开口与第二开口之间；以及
第二截止阀，其设于所述第二管路上且位于所述第五开口和第六开口之间。
4.根据权利要求3所述吸收式换热设备，其特征在于，所述控流组件还包括：
第三截止阀，其设于所述第一开口与所述发生器的进口之间；
第四截止阀，其设于所述第二开口与所述发生器的出口之间；
第五截止阀，其设于所述第五开口与所述蒸发器的进口之间；以及
第六截止阀，其设于所述第六开口与所述蒸发器的出口之间。
5.根据权利要求1或2所述的吸收式换热设备，其特征在于，供热介质流经所述吸收器时所产生的流量为供热介质流经所述蒸发器时所产生的流量的1～3倍。
6.根据权利要求1或2所述的吸收式换热设备，其特征在于，所述间接式换热器为板式换热器。
7.根据权利要求1或2所述的吸收式换热设备，其特征在于，所述吸收式热泵、间接式换热器和控流组件均设于所述集中供热系统的同一个换热站内。
8.根据权利要求1或2所述的吸收式换热设备，其特征在于，所述吸收式热泵设于所述集中供热系统中的一个换热站内，而所述间接式换热器设于所述集中供热系统中的另一个换热站内，其中，包含所述吸收式热泵的换热站是包含所述间接式换热器的换热站的上一级换热站。
9.根据权利要求1或2所述的吸收式换热设备，其特征在于，所述吸收式热泵所用的吸收剂为溴化锂溶液。
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