CN101968288B - 一种吸收-压缩复合制冷循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸收-压缩复合制冷循环系统，实现双能量形式驱动(功和热复合驱动)，双温位冷量输出，双工况运行。由平板式太阳能集热器，发生器或精馏塔、冷凝器、冷剂换热器、分流阀、第一节流阀、第二节流阀、第一蒸发器、第二蒸发器、第一压缩机、混合器、第二压缩机、截止阀、吸收器、溶液泵、溶液减压阀、溶液换热器、水泵按一定的规律连接。本发明可以太阳能、余热等低品位热以及机械功(电)两种形式的能量驱动；可以同时输出两种或两种以上温位的冷量；可以在吸收-压缩复合循环制冷，以及压缩循环制冷两种工况下独立运行，保证对用户的稳定供冷。

Description

一种吸收-压缩复合制冷循环系统
技术领域
本发明涉及一种双能量形式驱动(功和热复合驱动)，双温位冷量输出，双工况运行的吸收-压缩复合制冷循环。适于太阳能、地热、工业余热等低品位热利用的场合，以及分布式冷热电联供系统。
背景技术
吸收-压缩复合制冷循环为太阳能等低品位热的利用提供了一种有效途径。该循环可采用低品位热和机械功(电)复合驱动制冷，即可采用低品位热代替部分机械功(电)获取高品位的冷量。对于吸收-压缩复合制冷循环的研究，不少研究者提出了相关的专利。专利CN1095813A采用氨及氟利昂等作制冷剂，公开了一种压缩机置于低压端、压缩机置于高压端等四种流程的吸收-压缩复合制冷循环技术。专利CN101055136A和CN101556095A先后提出了一种“闭式”的复叠式吸收-压缩复合循环，即太阳能驱动的吸收循环采用水-溴化锂或氨-水，压缩循环采用R22、R410等制冷剂，期间采用复叠式换热制冷。专利US20070019708A1和专利CN101175953A公开了针对采用离子液体为工质对的各类吸收和压缩循环技术。其中涉及采用离子液体工质对，并具有并联和串连流程的混合蒸汽压缩-吸收循环。
发明内容
本发明提出一种吸收-压缩复合制冷循环系统，目的是提供一种高效利用太阳能等低品位热与机械功(电)复合驱动的制冷循环，以最大限度地节约电能。
本发明提供了一种吸收-压缩复合制冷循环系统，其特征在于：平板式太阳能集热器、精馏塔以及水泵形成的循环回路构成供热装置；该循环并联设置两个或两个以上蒸发器。即离开冷凝器的制冷剂分别节流到两个或两个以上相对低的压力，使制冷剂在不同压力下蒸发，以同时输出两种或两种以上温位的冷量。第一蒸发器的一端连接第一压缩机后和第二蒸发器的一端同时连接混合器；第一蒸发器的另一端连接第一节流阀，第二蒸发器的另一端连接第二节流阀；第一节流阀和第二节流阀同时连接分流阀；分流阀连接冷剂换热器，冷剂换热器连接第二压缩机，第二压缩机分别连接第一截止阀和第二截止阀；第一截止阀连接冷凝器后连接冷剂换热器；第二截止阀连接吸收器后连接溶液泵，溶液泵连接溶液换热器后连接精馏塔，精馏塔连接冷凝器后连接冷剂换热器；吸收器和溶液换热器之间连接有溶液减压阀。第一压缩机和第二压缩机均采用变频式压缩机。
具体的循环方法为：循环水通过平板式太阳能集热器加热精馏塔塔底再沸器，加热完成后，再经水泵循环利用；机械功通过第一、第二压缩机和泵(溶液泵和水泵)输入；循环的废热通过冷凝器及吸收器由冷却介质带走。详细流程描述为：制冷剂在第一蒸发器(蒸发温度-18℃)和第二蒸发器(蒸发温度5℃)蒸发制冷后，来自第一蒸发器的制冷剂蒸汽经第一压缩机压缩，压力与第二蒸发器的蒸发压力相等，然后与来自第二蒸发器的制冷剂蒸汽进入混合器混合。混合后的制冷剂蒸汽进入冷剂换热器换热成为过热蒸汽，经第二压缩机压缩后到达第一截止阀和第二截止阀。若第二截止阀关闭，第二截止阀连通，系统以吸收-压缩复合循环制冷模式运行。此时，被压缩的制冷剂蒸汽进入吸收器被来自精馏塔的稀溶液吸收。吸收后的浓溶液经溶液泵升压后经溶液换热器进入精馏塔，浓溶液在精馏塔中被来自平板式太阳能集热器的热源加热，放出制冷剂蒸汽。从精馏塔出来的稀溶液，进入溶液换热器后经过溶液减压阀减压进入吸收器。从精馏塔出来制冷剂蒸汽进入冷凝器被冷凝后，液态制冷剂经冷剂换热器过冷后通过分流阀进行分流，此时可根据用户的用冷需求设置分流比例。分流后的两股制冷剂流体分别进入第一节流阀和第二节流阀节流降温后，分别进入第一蒸发器和第二蒸发器进行蒸发制冷，完成制冷循环。若第一截止阀连通，第二截止阀关闭，系统以压缩循环制冷模式运行。此时，通过第一截止阀的制冷剂蒸汽直接进入冷凝器进行冷凝，冷凝后的液态制冷剂经冷剂换热器过冷后通过分流阀进行分流，此时可根据用户的用冷需求设置分流比例。分流后的两股制冷剂流体分别进入第一节流阀和第二节流阀节流降温后，分别进入第一蒸发器和第二蒸发器进行蒸发制冷，完成制冷循环。
本发明的循环方法中，压缩机的出口压力是影响循环性能的关键因素。本发明中，第一、第二压缩机均采用变频式压缩机，根据低品位热源的温度、冷凝温度等工况变化，通过调节变频式压缩机的出口压力，使系统在高节电率模式下运行。
本发明的循环方法中，热量传递是热得以高效利用的重要因素。吸收器和精馏塔是本发明循环中重要的传质与传热设备。本发明中，吸收器采用单根或多根套管内装填料的设备结构；精馏塔采用提馏段内回热，精馏段内装填料的设备结构。传热效果、吸收与分离效果良好，结构简单。
本发明的效果
1.本发明提出的一种吸收-压缩复合制冷循环系统，通过太阳能等低品位热(低于100℃)与机械功(电)复合驱动制冷，不仅解决了低温热源(低于100℃)无法驱动吸收制冷循环获取零度以下冷，以至于无法应用于冰箱的难题，而且对于机械功(电)驱动的压缩式冰箱、空调来说，本发明采用太阳能等低品位热及机械功(电)复合驱动制取低于零度的冷，拓展了太阳能等低品位热的应用，达到节能效果。
2.本发明提出的并联设置两个或两个以上蒸发器(8和9)的构型，根据用户的用冷需求，可同时输出两种(-18℃和5℃)或两种以上温位的冷量。
3.本发明的第一、第二压缩机(10和12)采用变频式压缩机，根据低品位热源的温度、冷凝温度等工况变化，通过调节变频压缩机的出口压力，使系统在高节电率模式下运行。在发生温度85℃，冷却介质(可以是水或空气)温度为32℃，蒸发温度为5℃(空调运行温度)时，在R134A-DMF吸收-压缩复合制冷循环的最佳条件下运行，压缩机的出口压力为500kPa，溶液的循环倍率为4.4，此时获取相同冷量的复合制冷循环要比压缩制冷循环节电50％以上；在发生温度85℃，冷却介质温度为32℃，蒸发温度为-18℃(冰箱冷藏温度)时，复合制冷循环要比压缩制冷循环节电30％以上；在相同条件下，要同时输出适合于冰箱(-18℃)与空调(-5℃)的制冷温度，复合制冷循环要比压缩制冷循环冷节电48.7％。
4.本发明的吸收器(15)采用单根或多根套管内装填料的设备结构，精馏塔(2)采用提馏段内回热，精馏段内装填料的设备结构。吸收与分离效率高，结构简单。
5.本发明提出的双工况制冷循环，根据太阳的照射情况，可独立运行吸收-压缩复合循环制冷及压缩循环制冷，克服了太阳能不连续、不稳定的缺点。即使在太阳能不充裕的时候，系统仍然可以稳定运行，满足用户需求。
附图说明
附图为本发明的双驱动双输出双工况的制冷循环流程示意图。图中包括1、平板式太阳能集热器，2、精馏塔，3、冷凝器，4、冷剂换热器，5、分流阀，6、第一节流阀，7、第二节流阀，8、第一蒸发器，9、第二蒸发器，10、第一压缩机，11、混合器，12、第二压缩机，13、第一截止阀，14、第二截止阀，15、吸收器，16、溶液泵，17、溶液减压阀，18、溶液换热器，19、水泵。
具体实施方式
根据太阳能的照射情况，本发明的循环方法可有吸收-压缩复合循环制冷及压缩循环制冷两种实施方式：
在太阳充足时，运行吸收-压缩复合制冷循环。该工况为低品位热和机械功(电)复合驱动制冷。通过平板式太阳能集热器1获取的低品位热从精馏塔2输入；机械功通过压缩机和泵(溶液泵和水泵)输入；循环的废热通过冷凝器3及吸收器15由冷却介质带走。详细流程描述为：制冷剂在第一蒸发器8(蒸发温度-18℃)和第二蒸发器9(蒸发温度5℃)蒸发制冷后，第一蒸发器8的制冷剂蒸汽经第一压缩机10压缩，压力与第二蒸发器9的蒸发压力相等，然后与来自第二蒸发器9的制冷剂蒸汽进入混合器11混合。混合后的制冷剂蒸汽进入冷剂换热器4换热成为过热蒸汽，经第二压缩机12压缩后到达第一截止阀13和第二截止阀14。此时，第一截止阀13关闭，第二截止阀14连通，被压缩的制冷剂蒸汽进入吸收器15被来自精馏塔2的稀溶液吸收。吸收后的浓溶液经溶液泵16升压后经溶液换热器18进入精馏塔2，浓溶液在精馏塔2中被来自平板式太阳能集热器1的热源加热，放出制冷剂蒸汽。从精馏塔2出来的稀溶液进入溶液换热器18，再经过溶液减压阀17减压，进入吸收器15。从精馏塔2出来制冷剂蒸汽进入冷凝器被冷凝，液态制冷剂经冷剂换热器4过冷，然后通过分流阀5进行分流。此时，可根据用户的用冷需求设置分流比例。分流后的两股制冷剂流体分别进入第一节流阀6和第二节流阀7节流降温后，分别进入第一蒸发器8和第二蒸发器9进行蒸发制冷，完成制冷循环。
在晚间或缺少太阳能的时期，为了保证用户的稳定供冷，本发明的循环方法可运行压缩制冷循环。流程详细描述为：制冷剂在第一蒸发器8(蒸发温度-18℃)和第二蒸发器9(蒸发温度5℃)蒸发制冷后，来自第一蒸发器8的制冷剂蒸汽经第一压缩机10压缩后，压力与第二蒸发器9的蒸发压力相等，然后与来自第二蒸发器9的制冷剂蒸汽进入混合器11进行混合。混合后的制冷剂蒸汽进入冷剂换热器4换热成为过热蒸汽，经第二压缩机12压缩后到达第一截止阀13和第二截止阀14。此时，第一截止阀13连通，第二截止阀14关闭，通过第一截止阀13的制冷剂蒸汽直接进入冷凝器3进行冷凝，冷凝后的液态制冷剂经冷剂换热器4过冷后通过分流阀5进行分流，此时可根据用户的用冷需求设置分流比例。分流后的两股制冷剂流体分别进入第一节流阀6和第二节流阀7节流降温后，分别进入第一蒸发器8和第二蒸发器9进行蒸发制冷，完成制冷循环。
实施例1：应用于家庭冰箱制冷
以水为冷却介质，其温度32℃，需要制取适用于冰箱冷藏温度-18℃的冷，现从平板式太阳能集热器获取90℃的热源，精馏塔再沸器的最小传热温差设为5℃，则精馏塔出口溶液温度为85℃。在操作中选取冷却介质先流经吸收器然后再流经冷凝器的串联方式，冷却介质温升5℃，取最小传热温差为5℃，则吸收器出口的溶液温度为37℃，冷凝温度为42℃。其计算结果见下表：
Figure GSB00000783309800061
表中制冷量500W是根据目前普通家庭使用冰箱的制冷量而定。吸收-压缩复合制冷循环所需810W的热量可通过平板式太阳能集热器获取。根据太阳能照射平均强度700W/m2，平板式太阳能集热器的热效率为0.3进行计算，获取810W的热量需4m2的平板太阳能集热器。因此，本发明涉及的制冷循环适用于一般家庭的冰箱用冷。
实施例2：应用于家庭空调制冷
以水为冷却介质，其温度32℃，需要制取适用于空调温度的5℃的冷，现从平板式太阳能集热器获取90℃的热源，精馏塔再沸器的最小传热温差设为5℃，则精馏塔出口溶液温度为85℃。在操作中选取冷却介质先流经吸收器然后再流经冷凝器的串联方式，冷却介质温升5℃，取最小传热温差为5℃，则吸收器出口的溶液温度为37℃，冷凝温度为42℃。其计算结果见下表：
Figure GSB00000783309800062
表中制冷量3000W是根据目前普通家庭客厅面积30m2，每平方米所需的空调冷量为100W而定。吸收-压缩复合制冷循环所需4540W的热量可通过平板式太阳能集热器获取，根据太阳能照射平均强度700W/m2，平板式太阳能集热器的热效率为0.3进行计算，获取4540W的热量需22m2的平板太阳能集热器。因此，本发明涉及的制冷循环适用于小型建筑物的空调用冷。
实施例3：同时应用于家庭冰箱与空调制冷
以水为冷却介质，其温度32℃，需要同时制取适用于冰箱(-18℃)和空调(5℃)温度的冷，现从平板式太阳能集热器获取90℃的热源，精馏塔再沸器的最小传热温差设为5℃，则精馏塔出口溶液温度为85℃。在操作中选取冷却介质先流经吸收器然后再流经冷凝器的串联方式，冷却介质温升5℃，取最小传热温差为5℃，则吸收器出口的溶液温度为37℃，冷凝温度为42℃。
其计算结果见下表：
Figure GSB00000783309800071
表中冰箱制冷量500W是根据目前普通家庭使用冰箱的制冷量而定；空调制冷量3000W是根据目前普通家庭客厅面积30m2，每平方米所需的空调冷量为100W而定。吸收-压缩复合制冷循环所需5740W的热量可通过平板式太阳能集热器获取，根据太阳能照射平均强度700W/m2，平板式太阳能集热器的热效率为0.3进行计算，获取5740W的热量需28m2的平板太阳能集热器。因此，本发明涉及的制冷循环适用于小型建筑物冰箱与空调的同时用冷。

Claims (5)

1.一种吸收-压缩复合制冷循环系统，其特征在于：平板式太阳能集热器(1)、精馏塔(2)以及水泵(19)形成的回路构成供热装置提供低品位热；第一蒸发器(8)的一端连接第一压缩机(10)后和第二蒸发器(9)的一端同时连接混合器(11)；第一蒸发器(8)的另一端连接第一节流阀(6)，第二蒸发器(9)的另一端连接第二节流阀(7)；第一节流阀(6)和第二节流阀(7)同时连接分流阀(5)；分流阀(5)连接冷剂换热器(4)，冷剂换热器(4)连接第二压缩机(12)，第二压缩机(12)分别连接第一截止阀(13)和第二截止阀(14)；第一截止阀(13)连接冷凝器(3)后连接冷剂换热器(4)；第二截止阀(14)连接吸收器(15)后连接溶液泵(16)，溶液泵(16)连接溶液换热器(18)后连接精馏塔(2)，精馏塔(2)连接冷凝器(3)后连接冷剂换热器(4)；吸收器(15)和溶液换热器(18)之间连接有溶液减压阀(17)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于该循环并联设置两个或两个以上蒸发器，即离开冷凝器的制冷剂分别节流到两个或两个以上相对低的压力，使制冷剂在不同压力下蒸发，以同时输出两种或两种以上温位的冷量。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于第一压缩机(10)和第二压缩机(12)均采用变频式压缩机。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于吸收器(15)采用单根或多根套管内装填料的设备结构。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于精馏塔(2)采用提馏段内回热，精馏段内装填料的设备结构。
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