CN101196351A - 一种高效低温吸收式制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效低温吸收式制冷机，它是一种利用浓溶液回收精馏热和吸收热、潜热储能、较低制冷温度的单级氨水吸收制冷机。在高温发生器与精馏器之间设有中低温发生器，利用第一溶液换热器和第二溶液换热器可使发生热得以回收，在溶液节流阀与低温吸收器之间设中温吸收器，利用精馏器内所设的换热器回收精馏热，利用中温吸收器内所设的换热器回收吸收热，利用一个液氨储罐和一个溶液储罐储存潜能。本发明采取简单可靠潜热储能系统，能有效利用可再生能源和低谷电能，并可获得－30℃的制冷温度，具有高效节能、性能稳定可靠等优点，特别适用于食品冷冻冷藏等较低制冷温度场合。

Description

一种高效低温吸收式制冷机

技术领域

本发明涉及一种制冷机，尤其涉及一种高效低温吸收式制冷机。

背景技术

随着社会经济和生产加工技术发展，冷冻冷藏用制冷机在食品加工、制药、生物和化工等行业得到越来越广泛应用。现有冷冻冷藏技术所需低温环境主要是通过电驱动蒸汽压缩制冷机来获得的，因而无法利用生产过程中所产生的余热或废热。尤其，随着化石能源日益枯竭、地球环境不断恶化，采用CFC、HCFC、HFC类工质蒸汽压缩制冷机的使用已受到越来越多限制，而以溴化锂溶液或氨水为工质对的吸收制冷机却受到更多重视。吸收制冷机可实现对太阳能、地热等可再生能源或余热、废热等低品位能源有效利用，所使用制冷工质氨或水是对环境友好的优良自然工质，具有节能和环保优点。可是，溴化锂溶液吸收制冷机的制冷温度在0℃以上，只能用于空调领域，而现有的氨水吸收制冷机的制冷温度较低时，效率急剧下降，比如制冷温度在-25℃时COP约为0.3。现有吸收制冷机在较低制冷温度下也难以回收精馏热和吸收热，其节能效果较差，工作效率较低，大大限制其在冷冻冷藏领域推广使用。此外，现有的吸收制冷机所采用潜热储能技术需设置共3个储罐，系统较为复杂，实际工作控制要求较高。

发明内容

本发明旨在提供一种高效低温吸收式制冷机，该制冷机具有简单可靠的潜热储能系统，能利用浓溶液回收精馏热和吸收热，在较低制冷温度时可获得高效率。

为达到上述目的，本发明所采用技术方案：其氨水循环回路中包括有高温发生器、第二溶液换热器、溶液节流阀、低温吸收器、溶液储罐、换热器、精馏器；氨蒸汽循环回路包括有高温发生器、精馏器、冷凝器、液氨储罐、回热器、节流部件、蒸发器、低温吸收器；在高温发生器与精馏器之间设有中低温发生器，利用中低温发生器中设置的第一溶液换热器和高温发生器中的第二溶液换热器使发生热得以回收；在溶液节流阀与低温吸收器之间设置中温吸收器，利用中温吸收器内设置的换热器回收吸收热，在精馏器内设置换热器利用换热器回收精馏热，设置液氨储罐和溶液储罐用以储存潜能。精馏器内设置的换热器与溶液泵出口连通接收较低温度氨水浓溶液，回收精馏器内氨气精馏所释放热量，换热器出口浓氨水溶液分为两支，一支流入精馏器内填料层作为提馏液，另一支进入中温吸收器内换热器和中温吸收器内较高温度氨水溶液发生热交换而回收部分吸收热，再进入中低温发生器，并被第一溶液换热器的高温稀氨水溶液加热而发生部分氨水蒸汽；高温发生器出口的高温稀氨水溶液先进入第一溶液换热器和中低温发生器内顶端流下的氨水溶液换热，再进入第二溶液换热器和高温发生器内顶端流下的氨水溶液换热后成为较低温度氨水稀溶液。

所述液氨储罐设置在冷凝器出口用以储存液氨，所述低温吸收器的出口连通溶液储罐用以储存氨水溶液，由一个控制阀和节流部件调节控制液氨储罐的工作状态，由三个控制阀调节控制溶液储罐的工作状态；四个控制阀均开启并使节流部件的开度减小，部分液氨进入液氨储罐储存，溶液储罐内所储存溶液浓度逐渐减少，使系统处于潜热储能工作状态；四个控制阀均开启并使节流部件的开度增大，液氨储罐所储存液氨体积逐渐减少，溶液储罐内所储存溶液浓度逐渐增大，使系统处于由所储存潜能提供部分冷量的工作状态；其中三个控制阀关闭，一个控制阀开启，液氨储罐内液氨先进入回热器后经节流部件节流后进入蒸发器成为氨蒸汽，再经回热器换热后经中温吸收器再进入低温吸收器而被溶液吸收，溶液储罐内溶液经溶液泵直接送入低温吸收器吸收氨蒸汽再返回溶液储罐，液氨储罐内所储存液氨体积逐渐减少，溶液储罐内所储存溶液浓度逐渐增大，使系统处于所储存的潜能提供全部冷量的工作状态。

所述中低温发生器内设置有中低温加热器，其所供能源为可再生能源太阳能、沼气、地热或余热；中低温发生器内设置有填料层。

所述高温发生器内设置有高温加热器、填料层和第二溶液换热器。

所述中温吸收器与回热器连通。

本发明的有益效果是能有效利用可再生能源和低谷低价电能，潜热储能系统简单可靠，具有高效节能和运行费用低等优点。依靠浓溶液回收全部精馏热和部分吸收热，在蒸发温度-25℃制冷机COP可达到0.7以上。中低温发生器可有效利用太阳能、地热、余热或废热，高温发生器出口的高温稀溶液的热能通过第一溶液换热器和第二溶液换热器获得最大限度回收，利用低温吸收器出口的稀溶液先后回收精馏热和吸收热，大大节省发生器所需的加热量，节能效果显著。仅通过一个液氨储罐和一个溶液储罐可将低谷时段电能转化为冷量储存起来在电力峰值时使用，将大大降低运行费用，也可将多余太阳能、地热、余热或废热等转化为冷量储存起来，潜热储能避免冷量损失，有利于保证制冷机工作稳定性和可靠性。

附图说明

附图为本发明高效低温吸收式制冷机结构示意图。

图中，1、高温发生器，2、中低温发生器，3、精馏器，4、冷凝器，5、液氨储罐，6、回热器，7、节流部件，8、蒸发器，9、低温吸收器，10、中温吸收器，11、溶液节流阀，12、溶液储罐，13、溶液泵，14、高温加热器，15、第二溶液换热器，16、中低温加热器，17、第一溶液换热器，18、换热器，19、换热器，20、换热器，21、填料层，22、填料层，23、填料层，24、25、26、27、控制阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明详细说明。

一种高效低温吸收式制冷机，由高温发生器1、第一溶液换热器17、第二溶液换热器15、溶液节流阀11、中温吸收器10、低温吸收器9、溶液储罐12、溶液泵13、换热器18、换热器19、精馏器3、中低温发生器2组成氨水循环回路；由高温发生器1、中低温发生器2、精馏器3、冷凝器4、液氨储罐5、回热器6、节流部件7、蒸发器8、中温吸收器10、低温吸收器9组成氨循环回路；在高温发生器1与精馏器3之间设有中低温发生器2，高温发生器1内的设有高温加热器14、填料层21和第二溶液换热器15，中低温发生器2设有中低温加热器16、填料层22和第一溶液换热器17，精馏器3设有填料层23和换热器18，在溶液节流阀11与低温吸收器9之间设中温吸收器10，中温吸收器10内设换热器19。溶液泵13出口的较低温度氨水浓溶液首先进入换热器18回收精馏器3内氨气精馏所释放热量，换热器18出口浓氨水溶液分为两支，一支流入精馏器3内填料层23作为提馏液，而另一支进入中温度吸收器10内的换热器19和中温吸收器10内较高温度氨水溶液发生热交换而回收部分吸收热，然后再进入中低温发生器2，并被第一溶液换热器17的高温稀氨水溶液加热而发生部分氨水蒸汽；高温发生器1出口的高温稀氨水溶液先进入第一溶液换热器17和中低温发生器2内顶端流下的氨水溶液换热，之后再进入第二溶液换热器15和高温发生器1内顶端流下的氨水溶液换热后成为较低温度氨水稀溶液。利用设置在冷凝器4出口的液氨储罐5储存液氨，利用设置在低温吸收器9出口的溶液储罐12储存氨水溶液，由控制阀24和节流部件7调节控制液氨储罐5内液氨工作状态，由控制阀25、控制阀26、控制阀27调节控制溶液储罐12内溶液工作状态。系统处于潜热储能工作状态的控制方式为：控制阀24、控制阀25、控制阀26、控制阀27均开启并使节流部件7的开度减小，部分液氨进入液氨储罐5储存起来，溶液储罐12内所储存溶液浓度逐渐减少；系统处于由所储存储能提供部分冷量的工作状态控制方式为：控制阀24、控制阀25、控制阀26、控制阀27均开启并使节流部件7的开度增大，液氨储罐5所储存液氨体积逐渐减少，溶液储罐12内所储存溶液浓度逐渐增大；系统处于所储存的潜能提供全部冷量的工作状态控制方式为：控制阀24、控制阀26、控制阀27关闭，控制阀25开启，液氨储罐5内液氨先进入回热器6之后，经节流部件7节流后进入蒸发器8变成氨蒸汽，再经回热器6换热后经中温吸收器10再进入低温吸收器9而被溶液吸收，溶液储罐12内溶液经溶液泵13后直接被送入低温吸收器9吸收氨蒸汽再返回溶液储罐12，液氨储罐5内所储存液氨体积逐渐减少，溶液储罐12内所储存溶液浓度逐渐增大。

制冷机循环包括氨循环和氨水溶液循环。氨水浓溶液经高温发生器1和中低温发生器2加热产生氨水蒸汽后成为氨水稀溶液。氨循环过程为：氨水蒸汽依次经过氨水高温发生器1内填料层21提馏和第二溶液换热器15换热，再经中低温发生器2内填料层22提馏和第一溶液换热器17换热后，经精馏器3内填料层23提馏与换热器18精馏后变成纯度约99.8％氨蒸汽，再经过冷凝器4、液氨储罐5和回热器6后成为过冷液氨，之后经节流部件7节流后进入蒸发器8蒸发，然后进入中温吸收器10和低温吸收器9被氨水稀溶液吸收。氨水溶液循环过程为：高温发生器1出口氨水稀溶液依次经中低温发生器2内的第-溶液换热器17换热、高温发生器1内的第二溶液换热器15换热、溶液节流阀11节流，再依次进入中温吸收器10和低温吸收器9吸收氨蒸汽变成氨水浓溶液而进入溶液储罐12，之后经溶液泵13送入精馏器3内的换热器18换热后分为两支，一支直接进入精馏器3，再依靠重力流回中低温发生器2、高温发生器1，而另一支则经中温吸收器10内的换热器19换热后，再依次返回中低温发生器2、高温发生器1，至此，制冷机完成一个完整的循环过程。

Claims (6)

1.一种高效低温吸收式制冷机，其氨水循环回路中包括有高温发生器(1)、第二溶液换热器(15)、溶液节流阀(11)、低温吸收器(9)、溶液储罐(12)、换热器(18)、精馏器(3)；氨蒸汽循环回路包括有高温发生器(1)、精馏器(3)、冷凝器(4)、液氨储罐(5)、回热器(6)、节流部件(7)、蒸发器(8)、低温吸收器(9)；其特征在于：在高温发生器(1)与精馏器(3)之间设有中低温发生器(2)，利用中低温发生器(2)中设置的第一溶液换热器(17)和高温发生器(1)中的第二溶液换热器(15)使发生热得以回收；在溶液节流阀(11)与低温吸收器(9)之间设置中温吸收器(10)，利用中温吸收器(10)内设置的换热器(19)回收吸收热，在精馏器(3)内设置换热器(18)利用换热器(18)回收精馏热，设置液氨储罐(5)和溶液储罐(12)用以储存潜能；精馏器(3)内设置的换热器(18)与溶液泵(13)出口连通接收较低温度氨水浓溶液，回收精馏器(3)内氨气精馏所释放热量，换热器(18)出口浓氨水溶液分为两支，一支流入精馏器(3)内填料层(23)作为提馏液，另一支进入中温吸收器(10)内的换热器(19)和中温吸收器(10)内较高温度氨水溶液发生热交换而回收部分吸收热，再进入中低温发生器(2)，并被第一溶液换热器(17)的高温稀氨水溶液加热而发生部分氨水蒸汽；所述高温发生器(1)出口的高温稀氨水溶液先进入第一溶液换热器(17)和中低温发生器(2)内顶端流下的氨水溶液换热，再进入第二溶液换热器(15)和高温发生器(1)内顶端流下的氨水溶液换热后成为较低温度氨水稀溶液。

2.根据权利要求1所述的一种高效低温吸收式制冷机，其特征在于：所述液氨储罐(5)设置在冷凝器(4)出口用以储存液氨，所述低温吸收器(9)的出口连通溶液储罐(12)用以储存氨水溶液，由控制阀(24)和节流部件(7)调节控制液氨储罐(5)的工作状态，由控制阀(25)、(26)、(27)调节控制溶液储罐(12)的工作状态；控制阀(24)、(25)、(26)、(27)均开启并使节流部件(7)的开度减小，部分液氨进入液氨储罐(5)储存，溶液储罐(12)内所储存溶液浓度逐渐减少，使系统处于潜热储能工作状态；控制阀(24)、(25)、(26)、(27)均开启并使节流部件(7)的开度增大，液氨储罐(5)所储存液氨体积逐渐减少，溶液储罐(12)内所储存溶液浓度逐渐增大，使系统处于由所储存潜能提供部分冷量的工作状态；控制阀(24)、(26)、(27)关闭，控制阀(25)开启，液氨储罐(5)内液氨先进入回热器(6)后经节流部件(7)节流后进入蒸发器(8)成为氨蒸汽，再经回热器(6)换热后经中温吸收器(10)再进入低温吸收器(9)而被溶液吸收，溶液储罐(12)内溶液经溶液泵(13)直接送入低温吸收器(9)吸收氨蒸汽再返回溶液储罐(12)，液氨储罐(5)内所储存液氨体积逐渐减少，溶液储罐(12)内所储存溶液浓度逐渐增大，使系统处于所储存的潜能提供全部冷量的工作状态。

3.根据权利要求1所述的一种高效低温吸收式制冷机，其特征在于所述中低温发生器(2)内设置有中低温加热器(16)，其所供能源为可再生能源太阳能、沼气、地热或余热。

4.根据权利要求1所述的一种高效低温吸收式制冷机，其特征在于所述高温发生器(1)内设置有高温加热器(14)、填料层(21)和第二溶液换热器(15)。

5.根据权利要求1或2所述的一种高效低温吸收式制冷机，其特征在于所述中低温发生器(2)内设置有填料层(22)。

6.根据权利要求1所述的一种高效低温吸收式制冷机，其特征在于所述中温吸收器(10)与回热器(6)连通。

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