CN101487644B - 吸收式制冷循环系统及制冷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种吸收式制冷循环系统以及制冷方法。该制冷循环系统包括：发生器，内设有换热器(110)；冷凝器；蒸发器；吸收器，内设有换热器(140)；以及溴化锂结晶器，该溴化锂结晶器的吸收溶液入口连接于吸收器的吸收溶液出口，该溴化锂结晶器的结晶输出口连接于吸收器的吸收溶液入口，该溴化锂结晶器的吸收溶液出口连接于发生器的吸收溶液入口；换热器(110)与换热器(140)相连接，形成热循环回路，并设有外部热源加热装置，用于补偿由于散热损失等引起的发生器热量的不足部分。采用上述制冷循环系统的制冷方法，通过对吸收器出口的吸收溶液进行冷却结晶，以及在吸收器和发生器之间建立热循环，可使制冷循环系统的制冷性能系数得到显著提高。

Description

吸收式制冷循环系统及制冷方法 
技术领域
本发明涉及一种热能工程领域的吸收式制冷循环技术，特别涉及一种在无外部驱动热源条件下进行制冷循环的吸收式制冷循环系统以及制冷方法。 
背景技术
请参阅图1所示，现有的吸收式制冷循环系统，利用吸收溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，在另一条件下又能强烈地吸收低沸点组分蒸气这一特性完成制冷循环。目前吸收式制冷机中多采用二元溶液作为工质，习惯上称低沸点组分为制冷剂，高沸点组分为溴化锂，二者组成工质对，一般采用水-溴化锂工质对。现有的吸收式制冷循环系统主要包括：内设发生换热器110的发生器11、内设冷凝换热器120的冷凝器12、内设蒸发换热器130的蒸发器13和内设吸收换热器140的吸收器14，另外还有作为辅助设备的吸收溶液自换热器150、吸收溶液泵以及节流器(图中未示)等。发生器11和冷凝器12通过蒸气通路19相连，蒸发器13和吸收器14通过蒸气通路18相连。吸收溶液通过吸收溶液管道16和15在发生器11和吸收器14之间进行循环。 
现有的吸收式制冷循环的工作过程包括：(1)利用驱动热源(如水蒸气、热水及燃气等)在发生器11中加热从吸收器14输送来的具有一定浓度的溴化锂溶液，并使溴化锂溶液中的水蒸发出来，形成的浓溴化锂溶液循环到吸收器14中。(2)水蒸气通过蒸气通路19进入冷凝器12中，又被换热器120中的冷却工质冷凝成冷凝水。(3)该冷凝水经冷凝水管道17进入蒸发器13中，吸收换热器130中工质的热量而成为低压水蒸气，换热器130中的工质的热量被吸收后温度降低，从而成为该吸收式制冷循环系统对外输出的冷量。(4)上述的低压水蒸气通过蒸气通路18进入发生器14，被来自发生器11中的浓溴化锂溶液吸收并产生吸收热，同时溴化锂溶液的浓 度降低，所述的吸收热由换热器140内冷却工质带走，低浓度的溴化锂溶液循环至发生器11中。上述的溴化锂溶液循环过程中在吸收溶液自换热器150中进行热交换。 
以上所述的现有的吸收式制冷循环系统，为实现发生器11中对溴化锂溶液进行浓缩，必须通过发生换热器110对溴化锂溶液进行加热，以得到高浓度的溴化锂溶液，所以该制冷循环系统必须在发生器投入来自外部的高温热源即驱动热源。这不仅限制了该制冷循环制冷系数的提高，还在热源资源缺乏的地区，限制了该制冷循环系统的应用。 
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有吸收式制冷循环系统和制冷方法存在的问题，而提供一种驱动热源自供式的吸收式制冷循环系统以及制冷方法，所要解决的技术问题是在无外部驱动热源的条件下进行吸收式制冷循环，实现向外输出冷量，从而显著提高制冷系数即能量效率，更加适于实用，且具有产业上的利用价值。 
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种吸收式制冷循环系统，其包括：发生器，其内设有发生换热器；冷凝器，其内设有冷凝换热器；蒸发器，其内设有蒸发换热器；以及吸收器，其内设有吸收换热器；其还包括溴化锂结晶器，该溴化锂结晶器具有吸收溶液入口、吸收溶液出口和结晶输出口，溴化锂结晶器的吸收溶液入口连接于吸收器的吸收溶液出口，溴化锂结晶器的吸收溶液出口连接于发生器的吸收溶液入口，该结晶输出口连接于吸收器的吸收溶液入口；所述的发生换热器与吸收换热器相连接，形成热循环回路，用于将吸收器中产生的吸收热输送至发生器中。 
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 
优选的，前述的吸收式制冷循环系统，其中所述的热循环回路上设有外部热源加热装置，用于补偿由于散热损失等引起的发生器热量的不足部分。 
优选的，前述的吸收式制冷循环系统，还包括由溴化锂结晶-蒸发器、压缩机、吸收溶液换热-冷凝器、节流阀以及压缩式制冷工质管道构成的压缩式制冷子系统，用于向上述溴化锂结晶器提供冷量。 
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种吸收式制冷方法，其包括以下步骤： 
(1)在发生器中加热吸收溶液，浓缩吸收溶液同时产生蒸气，并将上述蒸气引入到冷凝器； 
(2)在冷凝器中冷凝上述发生器产生的蒸气，并将冷凝水输送至蒸发器中； 
(3)在蒸发器中上述的冷凝水蒸发，同时吸收制冷工质的热量，所产生的蒸气引入到吸收器中，所述制冷工质获取冷量后被输出； 
(4)在吸收器中来自发生器的吸收溶液吸收来自蒸发器的蒸气并产生吸收热，吸收溶液浓度降低后被输送至溴化锂结晶器中； 
(5)在溴化锂结晶器中进行溴化锂冷却结晶和固液分离，固液分离后的溶液输送至发生器中，固液分离后的结晶与来自发生器的浓缩后的吸收溶液混合后输送至吸收器中； 
(6)在吸收器和发生器之间进行热循环，将吸收器中产生的吸收热作为发生器的驱动热源输送至发生器中。 
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 
优选的，前述的吸收式制冷方法，还包括对所述的吸收器输出的吸收溶液和溴化锂结晶器输出的吸收溶液进行热交换。 
优选的，前述的吸收式制冷方法，还包括在所述的步骤(6)的热循环过程中，通过外部热源补偿发生器热量的不足部分。 
优选的，前述的吸收式制冷方法，通过压缩式制冷循环向上述的步骤(5)提供溴化锂冷却结晶所需的冷量。 
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的吸收式制冷循环系统以及制冷方法，由于具有了溴化锂结晶器，并且吸收器所产生的热量通过热循环回路直接供给发生器，从而可以省去现有吸收式制冷循环所需的外部驱动热源，实现驱动热源自供而进行吸收式制冷循环，从而更加适于实用。 
另外的，与现有的吸收式制冷循环不同，本发明无需使用冷却水对吸收器进行冷却，因而可以大幅度减轻冷却塔的运行负荷，同时节约水资源。 
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 
附图说明
图1是现有的吸收式制冷循环系统的流程图。 
图2是本发明的吸收式制冷循环系统的实施例1的流程图。 
11：发生器                      12：冷凝器 
13：蒸发器                      14：吸收器 
17：冷凝水管道                  18、19：蒸气通路 
20、30：吸收溶液管道            40：分离液管道 
50：含结晶溶液管道              60：热循环工质管道 
141：溴化锂结晶器               142：混合器 
150：吸收溶液自换热器           160：外部热源加热装置 
200：溴化锂结晶-蒸发器          210：压缩机 
220：吸收溶液换热-冷凝器        230：节流阀 
240：压缩式制冷工质管道 
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的吸收式热泵系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。 
具体实施方式
请参阅图2所示，是本发明实施例1的吸收式制冷循环系统的流程图，该吸收式制冷循环系统，包括：发生器11、冷凝器12、蒸发器13以及吸收器14，采用水-溴化锂工质对作为吸收溶液。发生器11用于浓缩吸收溶液，其内设有发生换热器110，在该发生换热器110通入来自吸收器14中的换热器140的热循环工质，从而使吸收溶液的溴化锂浓度提高，其所产生的蒸气通过蒸气通路19引入到冷凝器12内。发生器11出口吸收溶液通过吸收溶液管道20进入到吸收器14内，而吸收器14出口吸收溶液通过吸收溶液管道30进入到发生器11内。通过吸收溶液管道20、30使吸收溶液在发生器11和吸收器14之间循环。所述的冷凝器12用于冷却从发生器11 产生的蒸气使其转变为冷凝水，其内设有冷凝换热器120，冷却水通入冷凝换热器120中用于吸收冷凝器12中蒸气的冷凝热并使其冷凝为冷凝水，上述的冷却水温度升高后流出冷凝器12。冷凝器12所产生的冷凝水通过冷凝水管道17引入到蒸发器13内。所述的蒸发器13用于将来自冷凝器12的冷凝水转化为蒸气，所产生蒸气通过蒸气通路18引入到吸收器14内。蒸发器13内设有蒸发换热器130，在蒸发换热器130中通入制冷工质，该制冷工质放热后温度降低，成为可被利用的低温输出冷量，从而实现本制冷循环系统的制冷功能。上述的冷量为上述流出蒸发器的制冷工质与流入蒸发器的制冷工质的焓差。所述的吸收器14内设有吸收换热器140，在吸收器14中来自发生器11的浓吸收溶液吸收来自蒸发器13中的蒸气并产生吸收热，从而提高吸收换热器140中的热循环工质的温度，该吸收换热器140与发生器11中的发生换热器110由热循环工质管道60相连形成热循环回路，以便使吸收器14产生的吸收热作为发生器的驱动热源供应给发生器11。在热循环回路上设置有外部热源加热装置160，用于补偿由于散热损失等引起的发生器热量的不足部分。 
根据吸收式制冷循环的原理，提高吸收器吸收溶液的溴化锂浓度是提高吸收器所产生吸收热温度的有效手段，而降低发生器吸收溶液的溴化锂浓度则是降低发生器所需驱动热源温度的有效手段。为此，本实施例1在吸收器14和发生器11之间设置吸收溶液自换热器150、溴化锂结晶器141和混合器142。发生器11出口吸收溶液通过吸收溶液管道20经混合器142进入到吸收器14，而吸收器14出口吸收溶液通过吸收溶液管道30，经吸收溶液自换热器150进入到溴化锂结晶器141。在溴化锂结晶器141中采用低温冷量对吸收溶液进行冷却结晶，由于溴化锂水溶液达到凝固点时会出现结晶，凝固点温度越低液相的溴化锂平衡浓度就越低，因此，通过冷却结晶，无论冷却结晶前的吸收溶液溴化锂浓度有多高，结晶后液相的溴化锂浓度可达到或接近冷却温度下的溴化锂平衡浓度。 
根据吸收式制冷循环的原理，提高吸收器吸收溶液的溴化锂浓度是提高吸收器所产生吸收热温度的有效手段，而降低发生器吸收溶液的溴化锂浓度则是降低发生器所需驱动热源温度的有效手段。为此，本实施例1在吸收器14和发生器11之间设置吸收溶液自换热器150、溴化锂结晶器141和混合器142。发生器11出口吸收溶液通过吸收溶液管道20经混合器142进入到吸收器14，而吸收器14出口吸收溶液通过吸收溶液管道30，经吸收溶液自换热器150进入到溴化锂结晶器141。在溴化锂结晶器141中采用低温冷量对吸收溶液进行冷却结晶，由于溴化锂水溶液达到凝固点时会出现结晶，凝固点温度越低液相的溴化锂平衡浓度就越低，因此，通过冷却结晶，无论冷却结晶前的吸收溶液溴化锂浓度有多高，结晶后液相的溴化锂浓度可达到或接近冷却温度下的溴化锂平衡浓度。 
溴化锂结晶器141所采用的低温冷量可由压缩式制冷循环子系统提供。压缩式制冷循环子系统包括压溴化锂结晶-蒸发器200、压缩机210、吸收溶液换热-冷凝器220、节流阀230以及压缩式制冷工质管道240。压缩式制冷工质在吸收溶液换热-冷凝器220进行冷凝后，经节流阀230，在溴化 锂结晶-蒸发器200中进行蒸发，从而实现为溴化锂结晶器141提供低温冷量。溴化锂结晶-蒸发器200出口压缩式制冷工质的蒸气经压缩机210压缩后进入吸收溶液换热-冷凝器220，从而完成压缩式制冷循环。 
由于部分溴化锂的结晶析出，在溴化锂结晶器141固液分离后的分离液的溴化锂浓度得到了降低。上述分离液通过分离液管道50，经吸收溶液换热-冷凝器220和吸收溶液自换热器150被引入到发生器11中。另一方面，在溴化锂结晶器141固液分离后的含结晶溶液通过含结晶溶液管道40，经吸收溶液换热-冷凝器220、吸收溶液自换热器150被引入到混合器142。吸收溶液自换热器150的作用在于使来自吸收器14的温度较高的吸收溶液与来自溴化锂结晶器的温度较低的分离液和含结晶溶液进行热交换，从而提高供给发生器11和混合器142的溶液温度，同时降低供给溴化锂结晶器的吸收溶液的温度。而吸收溶液换热-冷凝器220的作用在于使压缩式制冷循环子系统压缩机210出口的温度较高的压缩式制冷工质蒸气与溴化锂结晶器141出口的温度较低的分离溶和含结晶溶液进行热交换，从而使上述制冷工质蒸气冷凝，同时部分或全部融解溴化锂结晶并提高溶液温度。通过发生器11的浓缩，溴化锂浓度得到了提升的发生器11出口吸收溶液通过吸收溶液管道20被引入到混合器142中与含结晶溶液混合，然后一起被引入到吸收器14中。本发明可分别设定和优化吸收器14和发生器11的吸收溶液的溴化锂工作浓度。也就是说，本发明可实现一种对于吸收式制冷循环十分有益的工艺条件，即，使吸收器在高溴化锂浓度条件下工作的同时，发生器在比吸收器低的溴化锂浓度条件下工作，而这是传统的吸收式制冷循环所难以做到的。由于具有了溴化锂结晶器141，并且吸收器14所产生的热量通过热循环回路直接供给发生器11，从而可以基本省去现有吸收式制冷循环中向发生器11供热的外部驱动热源，实现驱动热源自供而进行吸收式制冷循环。 
本发明的实施例2提供了一种驱动热源自供式的吸收式制冷方法，其采用上述实施例1所述的驱动热源自供式的吸收式制冷循环系统，该制冷方法包括以下步骤： 
(1)发生器中浓缩吸收溶液同时产生蒸气，然后将上述蒸气引入到冷凝器； 
(2)在冷凝器中冷凝上述发生器产生的蒸气，并将冷凝水输送至蒸发器中； 
(3)采用制冷工质在蒸发器中蒸发上述的冷凝水，并将蒸气引入到吸收器中，所述制冷工质放热后温度降低并被输出； 
(4)在吸收器中来自发生器的吸收溶液吸收来自蒸发器的蒸气并产生吸收热，同时吸收溶液浓度降低并被输送至溴化锂结晶器中； 
(5)在溴化锂结晶器中进行吸收溶液冷却结晶和固液分离，固液分离后的分离液输送至发生器中，而含结晶溶液与来自发生器的浓缩后的吸收溶液混合后输送至吸收器中； 
(6)在吸收器和发生器之间进行热循环，即将吸收溶液在吸收器中吸收蒸气时产生的吸收热输送至发生器中。具体的，将吸收器中的换热器和发生器中的换热器相连形成热循环回路，该热循环回路中的工质(一般的为水)在吸收器吸收上述吸收热并将其输送到发生器中，在发生器中放出热量后再返回到吸收器中。 
较佳的，对吸收器输出的吸收溶液与溴化锂结晶器输出的分离液和含结晶溶液进行热交换。本实施例的效果之一在于，由于在上述的方法中具有溴化锂结晶过程，从而在保持较低的发生器吸收溶液溴化锂工作浓度的前提下，可显著提高吸收器吸收溶液的溴化锂工作浓度，从而可在吸收器中得到温度更高的吸收热，使得该吸收热能够用作发生器的驱动热能。 
较佳的，在上述的热循环过程中进行热补偿，即设置有外部热源加热装置以补偿由于散热损失等引起的发生器热量的少量不足，从而可以保证整个制冷循环的持续进行。 
本实施例的各个步骤在运行中是同时进行的没有先后顺序，各个步骤共同构成吸收式制冷循环过程。 
上述实施例2中，溴化锂结晶器中进行的吸收溶液冷却结晶所需的低温冷量来自压缩式制冷循环过程。由于该压缩式制冷循环过程为现有技术，故本实施例不再赘述。 
本发明的上述实施例所述的技术方案对所采用吸收溶液的种类并无特别的限制，上述实施例皆以水-溴化锂为工质对的吸收溶液为例进行说明，也可以采用以LiBr，LiCl，NaBr，KBr，CaCl2，MgBr2等的混合物作为吸收剂的 吸收溶液。 
上述的吸收式制冷方法，在启动时，可以通过外部热源加热装置先对发生器提供驱动热源，作为系统运行的启动动力，等整个制冷循环正常运行后即可撤销该驱动热源，而整个制冷循环即可在无外部驱动热源的情况下，不断地向外部提供冷量。 
以下通过具有具体参数的实施例来说明上述实施例的可实施性。 
实施例3 
本实施例采用实施例2所述的方法，使用20℃的冷却水冷却冷凝器12，采用70℃热水作为外部热源对热循环回路中的工质进行加热，以补偿由于散热损失等引起的发生器驱动热源的热量不足部分，而采用压缩式制冷循环输出的-18℃冷量来冷却溴化锂结晶器141。本实施例对外输出15℃的冷量，性能系数(COP)为4.0。本实施例COP的计算公式如下： 
COP＝输出冷量/(所投入外部热源的热量+压缩机的耗电量×3.0)在此，取为所述压缩机供电的电网用户端的一次能源发电效率为33.3％。 
比较例 
本比较例采用图1所示的现有吸收式制冷循环系统，使用20℃的冷却水冷却冷凝器12和吸收器14，而在发生器11采用50℃的外部驱动热源，本比较例对外输出15℃的冷量，COP为0.7。本比较例COP的计算公式如下： 
COP＝输出冷量/外部驱动热源的热量 
下表1为上述实施例与比较例的工作参数和性能。 
表1 
Figure 200810000701XA00800081
Figure 200810000701XA00800091
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (7)

1.一种吸收式制冷循环系统，其包括：发生器，其内设有发生换热器(110)；冷凝器，其内设有冷凝换热器(120)；蒸发器，其内设有蒸发换热器(130)；以及吸收器，其内设有吸收换热器(140)；其特征在于：
还包括溴化锂结晶器，该溴化锂结晶器具有吸收溶液入口、吸收溶液出口和结晶输出口，溴化锂结晶器的吸收溶液入口连接于吸收器的吸收溶液出口，溴化锂结晶器的吸收溶液出口连接于发生器的吸收溶液入口，该结晶输出口连接于吸收器的吸收溶液入口；
所述的发生换热器(110)与吸收换热器(140)相连接，形成热循环回路，用于将吸收器中产生的吸收热输送至发生器中。
2.根据权利要求1所述的吸收式制冷循环系统，其特征在于其中所述的热循环回路上设有外部热源加热装置，用于补偿由于散热损失等引起的发生器热量的不足部分。
3.根据权利要求1～2任一项所述的吸收式制冷循环系统，其特征在于：
还包括由溴化锂结晶-蒸发器、压缩机、吸收溶液换热-冷凝器、节流阀以及压缩式制冷工质管道构成的压缩式制冷子系统，用于向上述溴化锂结晶器提供冷量。
4.一种吸收式制冷方法，其包括以下步骤：
(1)在发生器中加热吸收溶液，产生蒸气同时浓缩吸收溶液，并将上述蒸气引入到冷凝器；
(2)在冷凝器中冷凝上述发生器产生的蒸气，并将冷凝水输送至蒸发器中；
(3)在蒸发器中上述的冷凝水蒸发，同时吸收制冷工质的热量，所产生的蒸气引入到吸收器中，所述制冷工质获取冷量后被输出；
(4)在吸收器中来自发生器的吸收溶液吸收来自蒸发器的蒸气并产生吸收热，吸收溶液浓度降低后被输送至溴化锂结晶器中；
(5)在溴化锂结晶器中进行溴化锂冷却结晶和固液分离，固液分离后的溶液输送至发生器中，固液分离后的结晶与来自发生器的浓缩后的吸收 溶液混合后输送至吸收器中； 
(6)在吸收器和发生器之间进行热循环，将吸收器中产生的吸收热作为发生器的驱动热源输送至发生器中。 
5.根据权利要求4所述的吸收式制冷方法，其特征在于对所述的吸收器输出的吸收溶液和溴化锂结晶器输出的吸收溶液进行热交换。 
6.根据权利要求4所述的吸收式制冷方法，其特征在于在所述的步骤(6)的热循环过程中，通过外部热源补偿发生器热量的不足部分。 
7.根据权利要求4所述的吸收式制冷方法，其特征在于通过压缩式制冷循环向上述的步骤(5)提供溴化锂冷却结晶所需的冷量。 
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