CN100445670C - 一种介于单效与两级之间的热水型溴化锂吸收式制冷机 - Google Patents

一种介于单效与两级之间的热水型溴化锂吸收式制冷机 Download PDF

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本发明公开了一种适用于太阳能空调的介于单效与两级之间的热水型溴化锂吸收式制冷机，由第一高压发生器、第二高压发生器、冷凝器、中压发生器、中压吸收器、低压吸收器、蒸发器、高温溶液热交换器、低温溶液热交换器、溶液泵、冷剂泵、溶液泵以及连接管线组成，第一高压发生器、第二高压发生器与冷凝器联合布置在同一壳体内，被置于机组的最高层；中压发生器和中压吸收器联合布置在同一壳体内，被置于机组的第二层；高温溶液热交换器是三股流换热器(稀溶液、中间稀溶液和中间浓溶液)，布置在第三层；低压吸收器与蒸发器联合布置在同一壳体内，被置于机组的第四层；低温溶液热交换器、溶液泵、溶液泵和冷剂泵置于机组的底层。

Description

一种介于单效与两级之间的热水型溴化锂吸收式制冷机
技术领域
本发明涉及一种溴化锂吸收式制冷机，尤其是一种用于太阳能空调的介于单效循环与两级循环之间的热水型溴化锂吸收式制冷机。
背景技术
太阳能空调的溴化锂吸收式制冷机通常采用单效(亦可称单级)循环或两级循环流程。单效循环要求热水进口温度在85～95℃以上，热水温降通常仅为5～10℃。这将大大限制机组利用太阳能的运行时间；而两级循环因效率偏低，需要更多的集热器面积，从而将增加设备费用，经济性不佳。
发明内容
本发明提供一种与现有普及型太阳能集热器技术相接轨，能够利用的热水温度范围较宽、热水利用温差较大，且具有较高能量转换效率的热水型溴化锂吸收式制冷机。
本发明采用如下技术方案：
一种热水型溴化锂吸收式制冷机，由第一高压发生器、第二高压发生器、冷凝器、中压发生器、中压吸收器、低压吸收器、蒸发器、高温溶液热交换器、低温溶液热交换器、第一溶液泵、冷剂泵、第二溶液泵以及连接管线组成，其冷凝器的冷剂水出口用U型管与蒸发器的冷剂水进口连接；蒸发器底部的冷剂水出口与冷剂泵进口相连接；冷剂泵出口与蒸发器传热芯体上方的冷剂水喷淋管进口相连接；中压发生器底部的浓溶液出口与低温溶液热交换器的浓溶液进口相连接：低温溶液热交换器的浓溶液出口与低压吸收器传热芯体上方的浓溶液喷淋管进口相连接；低压吸收器底部的中间稀溶液出口与第一溶液泵的进口相连接；第一溶液泵出口与低温溶液热交换器的中间稀溶液进口相连接；低温溶液热交换器的中间稀溶液出口与高温溶液热交换器的中间稀溶液进口相连接；其特征在于高温溶液热交换器的中间稀溶液出口和第一高压发生器传热芯体上方的中间稀溶液喷淋管进口相连接；第一高压发生器底部的中间浓溶液的出口与高温溶液热交换器的中间浓溶液的进口相连接；高温溶液热交换器的中间浓溶液的出口与中压发生器的传热芯体和中压吸收器的传热芯体上方的中间浓溶液喷淋管进口相连接；中压吸收器底部的稀溶液出口与第二溶液泵的进口相连接；第二溶液泵出口与高温溶液热交换器的稀溶液进口相连接；高温溶液热交换器的稀溶液出口与第二高压发生器的传热芯体上方的稀溶液喷淋管进口相连接：上述第一高压发生器、第二高压发生器的传热芯体与冷凝器的传热芯体布置在同一壳体内，前两者在壳体内下部用分隔板连接成使溶液能从第二高压发生器向第一高压发生器底部的中间浓溶液出口有序流动，它们与冷凝器之间下部用真空隔板分隔，上部通过挡液板连通，整个集成体被置于机组的最高层；中压发生器和中压吸收器布置在同一壳体内，两者在壳体内下部有真空隔板分隔，上部通过挡液板连通，它们被置于机组的第二层；高温溶液热交换器是三股流换热器，布置在第三层；低压吸收器与蒸发器布置在同一壳体内，两者在壳体内下部有真空隔板分隔，上部通过挡液板连通，它们被置于机组的第四层；低温溶液热交换器、第一溶液泵、第二溶液泵和冷剂泵置于机组的底层，上述第二层高于第三层，第三层高于第四层。
上述热水型溴化锂吸收式制冷机，也可以将第二高压发生器和冷凝器并列布置，它们之间留有冷剂蒸汽通道，第一高压发生器布置在它们的下方；在中压吸收器下方的溶液泵的出口设置再循环喷淋回路，以增大中压吸收器的溶液喷淋量。此外还可将第二高压发生器低位布置，第二高压发生器下部的稀溶液进口与高温溶液热交换器的稀溶液出口相连接，高温溶液热交换器的稀溶液进口与中压吸收器底部的稀溶液出口相连接；第二高压发生器的汽液两相流体出口通过扬液管与第一高压发生器的汽液两相流体进口相连接。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
①由于该溴化锂吸收式制冷机综合了单效循环和两级循环的部分特点，高压循环回路与低压循环回路的溶液质量分数存在一定的重叠，可应用的最低热水温度从单效循环机组的85℃降低至75℃，可与现有普及型太阳能集热器技术相接轨，并可大大延长制冷机组利用太阳能运行工作的时间。由于其工作温度适合的范围及性能系数介于单效和两级之间，且其性能系数COP值呈现随着热水温度的变化而有明显改变的特点，故称该循环流程为1.x级循环。1.x级是指介于单效与两级之间，即级值为1.x，在1～2之间，x体现了变化。在上述1.x级溴化锂吸收式制冷机循环流程中设置中压发生器和中压吸收器是为了在热源温度较低条件下能在低压吸收器内获得较大的溶液质量分数差(专业术语称为“放气范围”)，这是借鉴两级循环流程所采用的方式；而设置2个高压发生器，并使从第二高压发生器来的溶液汇入第一高压发生器内，就可在当热源温度高于两级循环机组所需最低热源温度时，通过在第一高压发生器内的发生浓缩，增加进入冷凝器的冷剂蒸汽发生量，进而得到更多去蒸发器制冷的冷剂水，从而可提高机组的制冷性能系数。由于该溴化锂吸收式制冷机可以以较高的效率来利用太阳能进行空调制冷，其循环流程虽然复杂一些，但其带来的好处是巨大的。
②热水依次流经第一高压发生器、第二高压发生器、中压发生器，热水利用温降可达15～25℃，因而不仅可因热水平均温度下降而提高集热器的能量转换效率，而且因热水循环流量减少而可降低热水泵的功耗。
③该溴化锂吸收式制冷机第一高压发生器出口中间浓溶液的质量分数随着热源温度的升高而增大，性能系数COP也将相应提高，随热水温度的不同，其COP值约在0.5-0.6范围变化，远高于两级循环机组的COP值；而两级循环机组的COP值基本上不随热水温度升高而变化，约为0.4。由于该新型制冷机组的热水利用温差较大，即使是在大于85℃的较高温度热水条件下，从单位集热器面积计算的制冷量性能高于单效循环机组的指标，因而该制冷机具有较好的变工况工作性能。
④将3股流体高温溶液热交换器置于机组的第三层，可缩短连接管子的长度，并有利于浓溶液利用重力从中压发生器流至低压吸收器。
⑤将第一高压发生器布置在第二高压发生器和冷凝器下方的方案的优点是解决了第一层3个换热器并列布置时太宽的问题，使整体布局更为合理。
⑥对于第二高压发生器设置在低位的方案，在中压吸收器经高温溶液热交换器至第二高压发生器的连接管内建立足够的液柱来平衡压差并克服流动阻力；第二高压发生器出口汽液两相流体经扬液管输送到第一高压发生器内，可省去1台溶液泵。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例2的结构示意图。
图3是本发明实施例3的结构示意图。
具体实施方式
实施例1参见图1，一种热水型溴化锂吸收式制冷机，由第一高压发生器1、第二高压发生器2、冷凝器3、中压发生器4、中压吸收器5、低压吸收器6、蒸发器7、高温溶液热交换器8、低温溶液热交换器9、第一溶液泵10、冷剂泵11、第二溶液泵12以及连接管线组成，其冷凝器3的冷剂水出口用U型管与蒸发器7的冷剂水进口连接，蒸发器7底部的冷剂水出口与冷剂泵11进口相连接，冷剂泵11出口与蒸发器7传热芯体上方的冷剂水喷淋管进口相连接；中压发生器4底部的浓溶液出口与低温溶液热交换器9的浓溶液进口相连接；低温溶液热交换器9的浓溶液出口与低压吸收器6传热芯体上方的浓溶液喷淋管进口相连接；低压吸收器6底部的中间稀溶液出口与第一溶液泵10的进口相连接，第一溶液泵10出口与低温溶液热交换器9的中间稀溶液进口相连接，低温溶液热交换器9的中间稀溶液出口与高温溶液热交换器8的中间稀溶液进口相连接；其特征在于高温溶液热交换器8的中间稀溶液出口和第一高压发生器1传热芯体上方的中间稀溶液喷淋管进口相连接：第一高压发生器1底部的中间浓溶液的出口与高温溶液热交换器8的中间浓溶液的进口相连接，高温溶液热交换器8的中间浓溶液的出口与中压发生器4的传热芯体和中压吸收器5的传热芯体上方的中间浓溶液喷淋管进口相连接；中压吸收器5底部的稀溶液出口与第二溶液泵12的进口相连接，第二溶液泵12出口与高温溶液热交换器8的稀溶液进口相连接，高温溶液热交换器8的稀溶液出口与第二高压发生器2的传热芯体上方的稀溶液喷淋管进口相连接；上述第一高压发生器1、第二高压发生器2的传热芯体与冷凝器3的传热芯体布置在同一壳体1231内，前两者在壳体内下部用分隔板连接成使溶液能从第二高压发生器2向第一高压发生器1底部的中间浓溶液出口有序流动，它们与冷凝器之间下部用真空隔板1232分隔，上部通过挡液板1233连通，整个集成体被置于机组的最高层；中压发生器4和中压吸收器5布置在同一壳体451内，两者在壳体内下部有真空隔板452分隔，上部通过挡液板453连通，它们被置于机组的第二层；高温溶液热交换器8是三股流换热器(稀溶液、中间稀溶液和中间浓溶液)，布置在第三层；低压吸收器6与蒸发器7布置在同一壳体671内，两者在壳体内下部有真空隔板672分隔，上部通过挡液板673连通，它们被置于机组的第四层；低温溶液热交换器9、第一溶液泵10、第二溶液泵12和冷剂泵11置于机组的底层，以增强泵的耐气蚀能力，上述第二层高于第三层，第三层高于第四层。(图1中因避免管线过多交叉而将第二溶液泵12画在第三层位置。)
该制冷机的工作流程如下：从冷凝器3来的冷剂水经U型管喷淋在蒸发器7传热面上，未能蒸发的冷剂水聚集在蒸发器7的底部液囊通过冷剂泵11以足够的喷淋密度喷淋在传热芯体上蒸发，吸取另一侧通道内冷媒水的热量，使之制冷降温；蒸发产生的蒸汽进入低压吸收器6，被喷淋在其传热芯体上的浓溶液所吸收，冷剂蒸汽的汽化潜热传递给换热器另一侧通道内的冷却水带走；浓溶液吸收蒸汽后生成的中间稀溶液聚集在低压吸收器底部液囊经第一溶液泵10升压后，先后经低温溶液热交换器9、高温溶液热交换器8加热后进入第一高压发生器1，通过喷淋管喷洒在传热芯体表面，而从第二高压发生器2来的溶液亦流入第一高压发生器1，这两股流体被热源加热后发生出冷剂蒸汽，本身则浓缩为中间浓溶液；冷剂蒸汽进入冷凝器3凝结成去蒸发器7制冷的冷剂水；而中间浓溶液则在高温溶液热交换器8中冷却后按比例分配给中压发生器4和中压吸收器5：在中压发生器4中被热源加热继续发生出冷剂蒸汽，浓缩为浓溶液；浓溶液再经低温溶液热交换器9冷却后进入低压吸收器6去吸收制冷过程蒸发产生的蒸汽；进入中压吸收器5的中间浓溶液吸收中压发生器4中产生的冷剂蒸汽后成为稀溶液聚集在中压吸收器底部液囊，经第二溶液泵12升压，再经高温溶液热交换器8升温后，流至第二高压发生器2，通过喷淋管喷洒在传热芯体表面，被热源加热后发生出冷剂蒸汽，蒸汽流至冷凝器3，浓缩后的溶液流至第一高压发生器1中继续浓缩。
实施例2参见图2，首先，上述最上层的3个换热器可以采用另一种布置方式，即第二高压发生器2和冷凝器3并列布置，它们之间留有蒸汽通道，第一高压发生器1布置在它们的下方；其次，在中压吸收器5下方的第二溶液泵12的出口设置再循环喷淋回路，以增大中压吸收器5的溶液喷淋量；在低压吸收器6下方的第一溶液泵10的出口设置引射器13旁路管线，以增大低压吸收器6的溶液喷淋量，提高吸收过程的传热传质效率；此外，蒸发器7和低压吸收器6都可配置2组或2组以上并联布置的换热器。
实施例3参见图3，上述第二高压发生器2还可以采用另一种布置，即：第二高压发生器2低位布置，第二高压发生器2下部的稀溶液进口与高温溶液热交换器8的稀溶液出口相连接；高温溶液热交换器8的稀溶液进口与中压吸收器5底部的稀溶液出口相连接：第二高压发生器2的汽液两相流体出口通过扬液管与第一高压发生器1的汽液两相流体进口相连接；因而在中压吸收器经高温溶液热交换器至第二高压发生器的连接管内建立足够的液柱来平衡压差并克服流动阻力，其出口汽液两相流体经扬液管输送到第一高压发生器内，可省去1台溶液泵。
实施例3与实施例1从循环热力过程的本质上是相同的，两者的区别在于实施例1将第二高压发生器2高位布置在第一高压发生器1的旁边，此时需要增加1台第二溶液泵12来输送稀溶液。而实施例3所示的靠热虹吸扬液管输送流体的方式可以省去一台溶液泵，但其输送液体的能力有限，仅适用于小功率的制冷机组。

Claims (1)

1.一种用于太阳能空调的介于单效与两级之间的热水型溴化锂吸收式制冷机，由第一高压发生器(1)、第二高压发生器(2)、冷凝器(3)、中压发生器(4)、中压吸收器(5)、低压吸收器(6)、蒸发器(7)、高温溶液热交换器(8)、低温溶液热交换器(9)、第一溶液泵(10)、冷剂泵(11)、第二溶液泵(12)以及连接管线组成，其冷凝器(3)的冷剂水出口用U型管与蒸发器(7)的冷剂水进口连接；蒸发器(7)底部的冷剂水出口与冷剂泵(11)进口相连接；冷剂泵(11)出口与蒸发器(7)传热芯体上方的冷剂水喷淋管进口相连接；中压发生器(4)底部的浓溶液出口与低温溶液热交换器(9)的浓溶液进口相连接：低温溶液热交换器(9)的浓溶液出口与低压吸收器(6)传热芯体上方的浓溶液喷淋管进口相连接；低压吸收器(6)底部的中间稀溶液出口与第一溶液泵(10)的进口相连接；第一溶液泵(10)出口与低温溶液热交换器(9)的中间稀溶液进口相连接；低温溶液热交换器(9)的中间稀溶液出口与高温溶液热交换器(8)的中间稀溶液进口相连接；其特征在于高温溶液热交换器(8)的中间稀溶液出口和第一高压发生器(1)传热芯体上方的中间稀溶液喷淋管进口相连接；第一高压发生器(1)底部的中间浓溶液的出口与高温溶液热交换器(8)的中间浓溶液的进口相连接；高温溶液热交换器(8)的中间浓溶液的出口与中压发生器(4)的传热芯体和中压吸收器(5)的传热芯体上方的中间浓溶液喷淋管进口相连接；中压吸收器(5)底部的稀溶液出口与第二溶液泵(12)的进口相连接；第二溶液泵(12)出口与高温溶液热交换器(8)的稀溶液进口相连接；高温溶液热交换器(8)的稀溶液出口与第二高压发生器(2)的传热芯体上方的稀溶液喷淋管进口相连接：上述第一高压发生器(1)、第二高压发生器(2)的传热芯体与冷凝器(3)的传热芯体布置在同一壳体(1231)内，前两者在壳体内下部用分隔板连接成使溶液能从第二高压发生器(2)向第一高压发生器(1)底部的中间浓溶液出口有序流动，它们与冷凝器之间下部用真空隔板(1232)分隔，上部通过挡液板(1233)连通，整个集成体被置于机组的最高层；中压发生器(4)和中压吸收器(5)布置在同一壳体(451)内，两者在壳体内下部有真空隔板(452)分隔，上部通过挡液板(453)连通，它们被置于机组的第二层；高温溶液热交换器(8)是三股流换热器，布置在第三层；低压吸收器(6)与蒸发器(7)布置在同一壳体(671)内，两者在壳体内下部有真空隔板(672)分隔，上部通过挡液板(673)连通，它们被置于机组的第四层；低温溶液热交换器(9)、第一溶液泵(10)、第二溶液泵(12)和冷剂泵(11)置于机组的底层，上述第二层高于第三层，第三层高于第四层。
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