CN101457998A - 溶液变压解吸-压缩制冷循环装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制冷系统,尤其是一种从水溶液中气化氨作为制冷剂的变压解吸-压缩制冷循环装置。该装置包括低压发生器、压缩机、换热器、节流装置、换热器和溶液泵,所述的低压发生器包括升膜解吸管、汽体通道和溶液通道,汽体通道的出口通过管道与压缩机进口连通,溶液通道的进口通过管道与节流装置出口连通,其出口与换热器的一个进口连通,其中汽体通道位于升膜解吸管的上方,溶液通道对应的位于升膜解吸管的下方,所述的汽体通道和溶液通道内均设有降压装置。其单位工质制冷能力大大高于传统的蒸发制冷能力,通过控制溶液发生压力和压力变化可以使制冷气体压缩功与传统的蒸汽压缩制冷循环相当,从而获得更高的制冷系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种制冷系统,尤其是一种从水溶液中气化氨作为制冷剂的变压解吸—压缩制冷循环装置。
背景技术
目前常用的制冷装置多为蒸汽压缩制冷循环装置,该装置的结构如图1所示,其主要由蒸发器1、压缩机2、冷凝器3和节流装置4组成,该装置以碳氢化合物或氨等作为循环工质即制冷剂,依靠该工质在蒸发器1中的蒸发吸热来产生制冷效应,蒸发器1的出口与压缩机2的进口相连,蒸发器1产生的蒸汽通过压缩机2压缩使其冷凝,压缩机2的出口与冷凝器3的进口相连,蒸汽被送到冷凝器3中冷凝为液体,冷凝后的液体通过管道进入节流装置4,节流装置4的出口与蒸发器1的进口连通。该装置通过液体工质在蒸发器1中蒸发制冷,同时通过压缩机2的抽吸作用将产生的蒸汽吸入到压缩机2中,即该装置通过制冷剂的蒸发—冷凝实现连续的制冷循环,但是蒸发—冷凝是物理过程,其制冷量受工质相变潜热值的限制,制冷系数从而受到限制。
另外,在工程上采用具有吸收和解吸作用的溶液作为工质的制冷设备一般是氨水吸收式制冷机和溴化锂-水吸收式制冷机。氨水吸收式制冷机采用氨作为制冷剂、氨水溶液作为吸收剂。氨水吸收式制冷机的蒸发器是没有节流功能可进行等压制冷的部件,因此制冷剂进入蒸发器前须经过精馏器除去制冷剂中的水分,否则进入蒸发器的含有水分的制冷剂成为氨水溶液并吸收蒸发的氨汽发生放热反应,影响制冷效率。溴化锂-水吸收式制冷机采用为水制冷剂、溴化锂水溶液为吸收剂。溴化锂-水吸收式制冷机的蒸发器也是没有节流功能可进行等压制冷的部件,因此在溴化锂-水吸收式制冷机内必须设有防止溴化锂混入蒸发器的制冷剂水的部件,否则蒸发器中含有溴化锂的制冷剂水将难以蒸发制冷。综上所述,溶液在没有节流功能的部件内产生的制冷过程存在多种不利于制冷效果的因素,导致制冷效果难以得到大幅度提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的蒸汽压缩制冷循环装置存在的制冷效果难以提高的缺陷,提出了一种溶液变压解吸—压缩制冷循环装置,它利用溶液在低压发生器中等温变压发生解吸产生制冷量,单位工质制冷能力大大高于传统的蒸发制冷能力,通过控制溶液发生压力和压力变化可以使制冷气体压缩功与传统的蒸汽压缩制冷循环相当,从而获得更高的制冷系数。
本发明是采用以下的技术方案实现的:一种溶液变压解吸—压缩制冷循环装置,包括低压发生器、压缩机、换热器、节流装置、换热器和溶液泵,其中所述的低压发生器包括升膜解吸管、汽体通道和溶液通道,汽体通道的出口通过管道与压缩机进口连通,溶液通道的进口通过管道与节流装置出口连通,其出口与换热器的一个进口连通,其中汽体通道位于升膜解吸管的上方,溶液通道对应的位于升膜解吸管的下方,所述的汽体通道和溶液通道内均设有降压装置。所述的低压发生器还设有一个进口、出口,其分别与低温热库的出口、进口连接。
汽体通道和溶液通道中的降压装置可以采用多种形式:所述的汽体通道和溶液通道内间隔设置带有节流孔的隔板,节流孔的数量可以为一个或者多个,当每个隔板上设有一个节流孔时,其可以位于隔板的顶端或中部,当每个隔板上设有多个节流孔时,汽体通道中节流孔的直径小于溶液通道中节流孔的直径,通过节流孔起到降压的作用;或者使汽体通道和溶液通道的外表面的截面形状呈斜面或阶梯形,其中靠近低压发生器进口处的通道直径大于靠近其出口处的通道直径,斜面或阶梯形表面即可以起到降压的作用;另外也可以在汽体通道和溶液通道中填充使压力下降的颗粒填充物,如玻璃球,通过颗粒填充物之间的小缝隙起到降压的作用,并且为了保证低压发生器同一截面上的压力相等,汽体通道中玻璃球的密度要小于溶液通道中玻璃球的密度;另外也可以在溶液通道或汽体通道内设置节流阀,以达到节流降压的目的。
所述的升膜解吸管可以为水平螺旋微槽管,也可以为套丝网管。
本发明中,吸收器的一个进口通过管道与压缩机的出口连通,出口通过管道与换热器的另一个进口连通,吸收器的另一进口通过管道与溶液泵的出口连通,换热器的一个出口通过管道与溶液泵的进口连通,另一个出口与节流装置的进口连通,吸收器还设有一个进口、出口,其分别与高温热库的出口和进口连通。
另外,也可以在该循环装置中设置冷凝器,压缩机出口与冷凝器的进口连通,吸收器的一个进口与冷凝器的出口连通。该冷凝器可用于冷却高温高压汽体中的水蒸汽,并使压缩机中输出的高温高压过热氨汽冷却为高温高压饱和氨汽。
本发明采用具有对气态物质具有吸收效应,并且在发生过程中会产生冷量的物质作为工质,如氨水,低压发生器中设有降压装置,如节流孔、节流阀等,浓氨溶液在等温降压解吸发生过程中产生冷量,解吸过程中氨汽从溶液中分离,氨水溶液浓度降低,通过压缩机将氨汽压缩成高温高压的汽体并通入吸收器中,氨水溶液由换热器升温后经过溶液泵来提高压力,并通到吸收器中吸收氨汽,生成高温高压的浓氨溶液,浓氨溶液通过换热器降温和节流装置降压后再次流入低压发生器中,从而实现木装置的连续循环运转。
本发明的有益效果是:溶液变压解吸—压缩制冷的换热方式以解吸制冷代替传统压缩制冷循环中的蒸发制冷,以吸收放热过程代替传统的冷凝放热,循环过程中氨水溶液的低压解吸和吸收是一个物理—化学过程,解吸和吸收反应对应于高低温的循环压比小于压缩制冷的循环压比,并且在同样的压比下,氨水溶液解吸制冷的解吸和吸收过程的解吸热和吸收热比压缩制冷的蒸发热和冷凝热大,相同条件下可以获得比蒸汽压缩制冷循环装置更高的单位制冷量,压缩功与传统的蒸汽压缩制冷循环相当,制冷系数明显提高;低压发生器中的低压发生过程基本沿等温线发生,汽体通道和溶液通道的降压装置使低压发生过程中的每一步的发生压力和浓度与溶液的温度相适应,避免了等压发生中出现的种种不利影响,提高了制冷效果。
附图说明
图1为现有的蒸汽压缩制冷循环装置的结构示意图;
图2为本发明的第一种结构示意图;
图3为本发明的第二种结构示意图;
图4为实施例1中低压发生器的结构示意图;
图5为实施例2中低压发生器的结构示意图;
图6为实施例3中低压发生器的结构示意图;
图7为实施例4中低压发生器的结构示意图;
图8为实施例5中低压发生器的结构示意图;
图9为实施例6中低压发生器的结构示意图;
图10为实施例7中低压发生器的结构示意图;
图11为实施例7中隔板的主视图;
图12为实施例8中低压发生器的结构示意图;
图13为实施例9中低压发生器的结构示意图;
图14为实施例10中低压发生器的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示,该制冷循环装置包括低压发生器1,压缩机2,吸收器4,换热器5,节流阀6和溶液泵7,其中低压发生器1的一个进口通过管道与节流阀6连通,一个出口通过管道与压缩机2的进口连通,另一出口通过管道与换热器5的一个进口连通,低压发生器1上还设有一个进口和出口,其分别通过管道与低温热库8的出口、进口连通。吸收器4的一个进口通过管道与压缩机2的出口连通,另一进口通过管道与溶液泵7的出口连通,一个出口通过管道与换热器5的另一个进口连通,吸收器3上还设有一个进口和出口,其分别通过管道与高温热库9的出口和进口连通。换热器5的一个出口通过管道与溶液泵7的进口连通,另一个出口通过管道与节流阀6的进口连通。
如图4所示,低压发生器1中水平螺旋微槽管11的上方设有汽体通道12,其下方设有溶液通道13,汽体通道12和溶液通道13内间隔设置隔板14,隔板上均设有节流孔18,为了使每个隔板内上下压力平衡,溶液通道13中设置的节流孔8的个数大于汽体通道12中节流孔的个数。水平螺旋微槽管11内通入载冷剂将冷量带出,溶液通道13的氨水进口15通过管道与节流阀的出口连通,其氨水出口16通过管道与换热器连通,汽体通道12的氨汽出口17通过管道与压缩机连通。
本发明采用具有对气态物质具有吸收效应,并且在发生过程中会产生冷量的氨水作为工质,低温低压的浓氨水溶液从溶液通道13的进口15进入低压发生器1的底部,沿水平螺旋微槽管11的壁面形成升膜,向螺旋微槽管壁面另一侧的载冷剂吸热后发生溶液解吸并产生制冷效应,溶液的解吸反应为:
NH4OH=NH3+H2O+Q
即浓氨溶液分解产生氨汽和少量的水蒸汽,溶液在沿水平螺旋微槽管壁面向上移动的过程中,由于壁面周向的温度分布,实现了蒸汽和溶液的气液分离,即氨汽和水蒸汽进入水平螺旋微槽管上方的汽体通道12。随着浓氨溶液的解吸发生,氨水溶液的浓度逐渐减小,发生的氨汽在汽体通道中经过隔板的节流孔,溶液通过溶液通道中的节流孔减压后向下一级流程进行减压发生,随着溶液浓度及溶液和汽体压力的不断降低,低压发生过程中每一步的发生压力和浓度与溶液的温度相适应,即浓氨溶液的低压解吸是沿等温线发生。解吸产生的氨汽通过压缩机压缩为高温高压蒸汽并通入吸收器中,冷浓氨溶液完成发生过程后变为稀溶液,该溶液由低压发生器1底部的氨水出口16通过管道进入换热器吸收热量,经过溶液泵升压,形成高温高压溶液,并通入吸收器中吸收高温高压的氨汽,从而实现本装置的连续循环运转。
本发明工作时,低压发生器1中产生的低温低压饱和氨汽进入压缩机2中,氨汽在压缩机2中被压缩,形成高温高压过热氨汽;低压发生器1中产生的稀溶液由溶液通道的出口引出,通过管道进入换热器5中吸收热量,加热并经溶液泵7增压的高温高压氨水溶液进入吸收器4后,吸收由压缩机2输出的高温高压过热氨汽,吸收过程中放热,并形成过热浓氨水溶液;产生的过热溶液从吸收器4的底部引出,通过换热器5的冷却,再经节流阀6减压后被送回低压发生器1,从而实现整套装置的循环。
另外,该装置的结构也可以如图3所示,即在该装置中增加一个冷凝器3,冷凝器3的进口与压缩机2的出口连通,冷凝器3的出口与吸收器4的进口连通,冷凝器3的作用是将高温高压过热氨汽冷却为高温高压饱和氨汽,并冷却高温高压过热氨汽中的少量水蒸汽。整个装置的工作过程与上述工作过程相同。
氨水溶液的低压发生和吸收过程中,作为制冷工质主体的氨在液相和汽相时的化学组分是不同的,因此氨水溶液的低压发生和吸收是受溶液动力学因素影响并伴有物质和热量迁移的物理化学过程。
木发明中,汽体通道和溶液通道中的节流孔既可以设置在隔板的中部,也可以设置在隔板的顶端或其它位置,只要能起到节流降压作用即可。
实施例2
如图5所示,低压发生器1中的水平螺旋微槽管11可以由套丝网管11’代替,套丝网管11’中通入载冷剂将冷量带走,从氨水进口进入的氨水在套丝网管11’上进行升膜解吸出氨汽。
其它同实施例1。
实施例3
如图6所示,低压发生器1中水平螺旋微槽管11顶部的汽体通道12和水平螺旋微槽管11底部的溶液通道13的截面形状呈斜面,该斜面即可起到降压作用,实现了浓氨溶液在等温变压下的发生过程。为了使低压发生器同一截面上的压力相等,溶液通道13斜面的坡度大于汽体通道12斜面的坡度。
其它同实施例1。
实施例4
如图7所示,低压发生器1中的水平螺旋微槽管11可以由套丝网管11’代替,套丝网管11’中通入载冷剂将冷量带走,从氨水进口进入的氨水在套丝网管11’上进行升膜解吸出氨汽。
其它同实施例3。
实施例5
如图8所示,低压发生器1中水平螺旋微槽管11顶部的汽体通道12和水平螺旋微槽管11底部的溶液通道13的截面形状呈阶梯形,其中靠近低压发生器进口处的通道直径大于靠近其出口处的通道直径。阶梯形内表面即可起到降压作用,实现了浓氨溶液在等温变压下的发生过程。为了使低压发生器同一截面上的压力相等,溶液通道13中阶梯的个数大于汽体通道12中阶梯的个数。
其它同实施例1。
实施例6
如图9所示,低压发生器1中的水平螺旋微槽管11可以由套丝网管11’代替,套丝网管11’中通入载冷剂将冷量带走,从氨水进口进入的氨水在套丝网管11’上进行升膜解吸出氨汽。
其它同实施例5。
实施例7
如图10所示,低压发生器1中的套丝网管11’内通入载冷剂将热量带走,套丝网管的上方设有汽体通道12,下方设有溶液通道13,为了使低压发生器中的低压发生过程尽量沿等温线发生,汽体通道12和溶液通道13内间隔设置多层带有节流孔的隔板14,节流孔能够起到节流降压的作用,套丝网管11’从隔板14的中心孔中穿过。如图11所示,为了使每个隔板14上下压力平衡,汽体通道12中节流孔18’的直径小于溶液通道13中节流孔18”的直径,其中节流孔18’与节流孔18”的直径比约为0.6。
其它同实施例1。
实施例8
如图12所示,低压发生器中的套丝网管可以由水平螺旋微槽管11代替,水平螺旋微槽管11中通入载冷剂将冷量带走,从氨水进口进入的氨水在水平螺旋微槽管11上进行升膜解吸出氨汽。
其它同实施例7。
实施例9
如图13所示,低压发生器1中汽体通道12和液体通道13中填充玻璃球19,玻璃球19之间的缝隙能够起到节流减压的作用。从氨水进口15进入的氨水溶液在套丝网管11’上进行升膜解吸出氨汽,氨汽在套丝网管11’上方的汽体通道12内,经过玻璃球19之间缝隙的节流减压到达氨汽出口17;溶液通道13中,随着解吸发生浓度逐渐减小的氨水溶液经过玻璃球19之间缝隙的节流减压到达氨水出口16。为了使低压发生器中同一截面上的压力保持相等,溶液通道13中玻璃球的密度大于汽体通道12中玻璃球的密度。本实施例中的玻璃球也可以由其它能够起到减压作用的颗粒填充物代替。
其它同实施例1。
实施例10
如图14所示,低压发生器中的套丝网管可以由水平螺旋微槽管11代替,水平螺旋微槽管11中通入载冷剂将冷量带走,从氨水进口进入的氨水在水平螺旋微槽管11上进行升膜解吸出氨汽。
其它同实施例9。
Claims (8)
1、一种溶液变压解吸—压缩制冷循环装置,包括低压发生器、压缩机、换热器、节流装置、换热器和溶液泵,其特征在于:所述的低压发生器包括升膜解吸管、汽体通道和溶液通道,汽体通道的出口通过管道与压缩机进口连通,溶液通道的进口通过管道与节流装置出口连通,其出口与换热器的一个进口连通,其中汽体通道位于升膜解吸管的上方,溶液通道对应的位于升膜解吸管的下方,所述的汽体通道和溶液通道内均设有降压装置。
2、根据权利要求1所述的溶液变压解吸—压缩制冷循环装置,其特征在于:所述的汽体通道和溶液通道内间隔设置带有节流孔的隔板。
3、根据权利要求1所述的溶液变压解吸—压缩制冷循环装置,其特征在于:所述的汽体通道和溶液通道的外表面的截面形状呈斜面或阶梯形,其中靠近低压发生器进口处的通道直径大于靠近其出口处的通道直径。
4、根据权利要求1所述的溶液变压解吸—压缩制冷循环装置,其特征在于:所述的汽体通道和液体通道内填充有使压力下降的颗粒填充物。
5、根据权利要求1所述的溶液变压解吸—压缩制冷循环装置,其特征在于:所述的升膜解吸管为水平螺旋微槽管或套丝网管。
6、根据权利要求1所述的溶液变压解吸—压缩制冷循环装置,其特征在于:所述的低压发生器还设有一进口与出口,分别与低温热库的出口与进口连接。
7、根据权利要求1所述的溶液变压解吸—压缩制冷循环装置,其特征在于:吸收器的一个进口通过管道与压缩机的出口连通,出口通过管道与换热器的另一个进口连通,吸收器的另一进口通过管道与溶液泵的出口连通,换热器的一个出口通过管道与溶液泵的进口连通,另一个出口与节流装置的进口连通,吸收器还设有一个进口、出口,其分别与高温热库的出口和进口连通。
8、根据权利要求1所述的溶液变压解吸—压缩制冷循环装置,其特征在于:所述的压缩机出口与冷凝器的进口连通,吸收器的一个进口与冷凝器的出口连通。
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