CN102297542A - 先热启动后电驱动的高效环保型冷水机组 - Google Patents

Abstract

本发明的先热启动后电驱动的高效环保型冷水机组，是一种以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂的冷水机组，其结构包括蒸发器1、吸收器2、发生/冷凝器3、蒸汽压缩机4、冷剂泵5、溶液泵6、凝水换热器7、溶液换热器8、凝水冷却器9，这些部件通过管路、阀门（10，11，12，13，14）相连接。其特点是：机组启动时通入外部热源（蒸汽或电加热器）加热发生/冷凝器3里的溶液，溶液加热到一定温度后停止外部热源加热，启动蒸汽压缩机、通过冷剂蒸汽再压缩方式驱动制冷循环。该机组比目前市场上普遍采用以氟利昂为冷媒的螺杆式或离心式制冷机更环保（制冷工质是水）、更节能（在标准空调工况下COP值超过9，比常规电制冷机高50%以上），将成为目前中央空调市场上电制冷机产品的更新换代产品。

Description

先热启动后电驱动的高效环保型冷水机组

技术领域

本发明专利涉及一种以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂、采用热启动、电驱动的新型冷水机组。该冷水机组启动时发生/冷凝器（3）通入外部热源（蒸汽或电加热器）加热溶液，溶液加热到一定温度后停止外部加热，启动蒸汽压缩机、通过冷剂蒸汽再压缩方式驱动制冷循环，属于空调或工艺领域的制冷设备领域。

背景技术

目前市场上主流的冷水机组有两种：一种是以热能驱动的溴化锂吸收式冷水机组，另一种是以电为驱动能源的压缩式冷水机组。

溴化锂吸收式冷水机组是以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂、采用以蒸汽为代表的热能驱动，其基本结构为图4所示，包括蒸发器（21）、吸收器（22）、高压发生器(23)、低压发生器(24)、冷凝器（25）、冷剂泵(26)、溶液泵(27)、低温溶液换热器(28)、凝水换热器(29)、高温溶液换热器(30). 其中：蒸发器（21）和吸收器（22）是安装在同一个筒体内的由挡液板分隔而成的相互连通的两个相变换热器，其中，冷剂水在高真空的蒸发器筒体内低沸点汽化并吸收传热管内水的热量而制取空调或工艺用冷水。溴化锂吸收式冷水机组采用水作为制冷剂、比采用R22、R134a、R123等氟利昂冷媒的电驱动压缩式冷水机组更加具有环保的优势（这些氟利昂制冷剂都在不同程度上对大气臭氧层或地球的温室效应造成负面的影响，没有一种绝对环保，只能作为一些过渡冷媒、不能作为永久环保的冷媒）；同时，该机组采用热能驱动，对有余热利用的场所具有节能的优势。但由于采用低品位的热能驱动，在水蒸汽比容较大的低压力区进行热压缩，制冷效率较低（目前双效蒸汽型冷水机组的制冷系数COP值只有1.3-1.4），同时，由于溴化锂吸收式冷水机组排放的冷凝热与吸收热较大，需要配置大容量的冷却塔与冷却水泵，冷却水系统的电耗更大；还存在结构复杂，造价高等缺点。

以电为驱动能源的压缩式冷水机组，其基本结构如图5所示，包括：蒸发器（31）、压缩机（32）、冷凝器（33）、膨胀阀（34）。通过冷媒在蒸发器筒体内气化吸收铜管内流动的冷水的热量，获得空调或工艺用低温冷水；具有制冷系数高（COP值可达到5-6）等优点。但由于采用R22、R134a、R123等氟利昂作冷媒，对大气臭氧层或地球的温室效应会造成负面影响的不符合环保要求的冷媒，所以也只能作为一种过渡的冷水机组。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有2种冷水机组的不足之处，设计一种能充分利用廉价的来源丰富的水作为制冷剂的环保优势、又能克服水蒸汽在高真空度时比容大、直接机械压缩体积大、能耗高的缺点，使单位制冷量的压缩功更低的先热启动后电驱动的高效环保型冷水机组。

本发明的先热启动后电驱动的高效环保型冷水机组，主要是在现有的溴化锂吸收式冷水机组的基础上，通过增设蒸汽压缩机和凝水冷却器代替低压发生器和冷凝器，并通过几个阀门进行热启动与电驱动转换而实现。其结构包括蒸发器、吸收器、发生/冷凝器、冷剂泵、溶液泵、凝水换热器、溶液换热器，还包括冷凝水喷嘴、蒸汽压缩机、凝水冷却器、蒸汽进汽阀、蒸汽凝水出水阀、冷剂进汽阀、冷剂出水阀和凝水调节阀，所述冷凝水喷嘴增设在发生/冷凝器上部的稀溶液入口上方，其中，所述发生/冷凝器顶部的冷剂蒸汽出口与蒸汽压缩机进口连接，蒸汽压缩机出口与冷剂进汽阀一端连接，冷剂进汽阀另一端和蒸汽进汽阀与发生/冷凝器的换热管进汽口连接，蒸汽进汽阀另一端与启动热源的出汽口连接，发生/冷凝器的换热管出水口与蒸汽凝水出水阀和冷剂出水阀连接，蒸汽凝水出水阀另一端与启动热源的进水口连接，冷剂出水阀另一端与凝水调节阀和凝水换热器的凝水入口连接，凝水调节阀另一端与发生/冷凝器的冷凝水喷嘴连接，凝水换热器的凝水出口与凝水冷却器的凝水进口连接，凝水冷却器的凝水出口与蒸发器的冷剂水入口连接，蒸发器的冷剂水出口经冷剂泵与蒸发器的冷剂水循环喷嘴相连，蒸发器内的换热管外的水在高真空状态下低沸点汽化、吸收传热管内水的热量制取的冷水经冷水出口和冷水进口与中央空调系统的风机盘管等水-空气换热器连接，凝水换热器稀溶液入口和溶液换热器稀溶液入口与溶液泵出口连接，溶液泵入口与吸收器的液囊出口相连，凝水换热器稀溶液出口和溶液换热器稀溶液出口与发生/冷凝器的稀溶液入口相连，溶液换热器浓溶液入口与发生/冷凝器的浓溶液出口相连，溶液换热器的浓溶液出口与吸收器浓溶液入口相连。

所述蒸汽进汽阀、蒸汽凝水出水阀、冷剂进汽阀、冷剂出水阀为4个普通阀或4个电磁阀或1个二进一出电磁阀和1个一进二出电磁阀组成，所述二进一出电磁阀的常闭输入端代替蒸汽进汽阀与启动热源的出汽口连接，常开输入端代替冷剂进汽阀与蒸汽压缩机出口连接，其输出端与发生/冷凝器的换热管进汽口连接；所述一进二出电磁阀的输入端与发生/冷凝器的换热管出水口连接，常闭输出端代替蒸汽凝水出水阀与启动热源的进水口连接，常开输出端代替冷剂出水阀与凝水调节阀和凝水换热器的凝水入口连接。

本发明的先热启动后电驱动的高效环保型冷水机组，还可在发生/冷凝器的下部增设电热管，可以代替蒸汽热源用电热管对溴化锂溶液加热进行热启动。

所述蒸发器和吸收器选用溴化锂吸收式冷水机组常用的安装在同一个筒体内的由挡液板分隔而成的相互连通的两个相变换热器。

本发明的先热启动后电驱动的高效环保型冷水机组，通过设置吸收器，使得蒸发器蒸发产生的水蒸汽先被溴化锂溶液吸收再由溶液泵压缩到适当压力后被加热释放出来（此过程相当于热压缩），在水蒸汽的比容降低到一定程度后再通过蒸汽机械再压缩的方式压缩水蒸汽、驱动制冷循环，从而达到节能（比普通的电制冷机制冷效率提高50%以上）、环保（以水为制冷剂，对环境没有任何危害）目的。

该冷水机组通常用作中央空调冷源，在标准空调工况下该制冷机的制冷系数COP值超过9（即单位电耗产生的冷量超过9），比通常的电制冷机COP值高50%以上；该冷水机组采用水为制冷剂、比采用R22、R134a、R123等氟利昂冷媒的通常电制冷机对环境更友好。

该机组借鉴了普通溴化锂吸收式冷水机组的部分结构（蒸发器，吸收器，发生器）、取消了一个发生器和冷凝器，增加了蒸汽压缩机，采用环保冷媒水作为制冷剂、通过热压缩与蒸汽机械再压缩方式压缩冷剂蒸汽，比溴化锂吸收式冷水机组结构更简单，成本更低，制冷效率更高（普通双效溴化锂吸收式冷水机组的COP值1.3-1.4，而本机组超过9，节能优势明显）。

该产品为电驱动冷水机组，耗电部件有3个，即：蒸汽压缩机4、冷剂泵5、溶液泵6，其中冷剂泵5、溶液泵6是液体压缩机械，由于液体比容小、加上泵的循环流量小、压力提升小，在整个制冷循环中电耗很小、可以忽略不计，产品能否节能主要取决于压缩机4的电耗。该产品的压缩机的电耗是极少的，主要理由有两点：

一是该产品采用蒸汽机械再压缩（MVR）技术，即重新利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术（类似于热泵的功能），本来发生器3的溶液浓缩是需要外部热源来加热的，由于采用了MVR技术，利用蒸汽压缩机4对溴化锂溶液中分离出来的水蒸汽进行再压缩、达到溶液浓缩所需的蒸汽压力、从而省去了外部加热热源，相当于10-15效的加热效率，因而节能；不仅如此，二次蒸汽加热溴化锂溶液后自身变为冷凝水（该水为蒸发器蒸发所用），因而发生器3又充当冷剂蒸汽的冷凝器，省去了冷凝器也就省去了外部冷却水循环所需要的电耗，故该因素使得冷水机组外部系统更节能；

二是压缩机压缩的介质是水蒸汽。压缩机的耗功与压缩介质的流量、比容和压缩比有关。单位质量的水的汽化潜热是常规电制冷机冷媒的7-8倍，故同样的制冷量介质的质量流量是电制冷冷媒质量流量的七八分之一；同时，采用MVR技术压缩水蒸汽可以保证压缩机的压缩比较小；水蒸汽作为介质的不利之处是其比容较大，但只要控制好初设压力（保证水蒸汽的比容不太大）就能保证同样的制冷量的情况下压缩机的功率较常规电制冷机的功率低很多，这又是一个节能因素。该产品不设节流阀，冷剂水冷却器9和蒸发器1之间的管子起节流作用，该管也叫节流管，可以代替节流阀。

综上所述，本发明的冷水机组比目前市场上普遍采用以氟利昂为冷媒的螺杆式或离心式制冷机更环保（制冷工质是水）、更节能（在标准空调工况下COP值超过9，比常规电制冷机高50%以上），将成为目前中央空调市场上电制冷机产品的更新换代产品。

附图说明

图1 是本发明的的实施例中的一种结构示意图；

图中的1是蒸发器，2是吸收器，3是发生/冷凝器，4是蒸汽压缩机，5是冷剂泵，6是溶液泵，7是凝水换热器，8是溶液换热器，9是凝水冷却器，10是蒸汽进汽阀，11是蒸汽凝水出水阀，12是冷剂进汽阀，13是冷剂出水阀，14是凝水调节阀

图2 是本发明的实施例中的另一种结构示意图；

图中的15是二进一出电磁阀，16是一进二出电磁阀，其他与图1相同。

图3 是本发明的实施例中的再一种结构示意图；

图中的17是电热管，其它与图2相同。

图4是现有的溴化锂吸收式冷水机组的结构示意图；

图中的21是蒸发器，22吸收器，23是高压发生器，24是低压发生器，25是冷凝器，26是冷剂泵，27是溶液泵，28是低温溶液换热器，29是凝水换热器，30是高温溶液换热器

图5是现有的常规电制冷机制冷系统流程示意图。

图中的31是蒸发器，32是压缩机，33是冷凝器，34是膨胀阀。

具体实施方式

附图1～3非限制性的公开了本发明的几种结构示意图，结合附图作进一步描述如下： 

参见附图1，本发明的先热启动后电驱动的高效环保型冷水机组，包括蒸发器1、吸收器2、发生/冷凝器3、冷剂泵5、溶液泵6、凝水换热器7、溶液换热器8、其特征在于还包括冷凝水喷嘴3-4、蒸汽压缩机4、凝水冷却器9、蒸汽进汽阀10、蒸汽凝水出水阀11、冷剂进汽阀12、冷剂出水阀13和凝水调节阀14，所述冷凝水喷嘴3-4增设在发生/冷凝器3上部的稀溶液入口3-5上方，其中，所述发生/冷凝器3顶部的冷剂蒸汽出口3-6与蒸汽压缩机4进口连接，蒸汽压缩机4出口与冷剂进汽阀12连接，冷剂进汽阀12另一端和蒸汽进汽阀10与发生/冷凝器3的换热管进汽口3-1连接，蒸汽进汽阀10另一端与启动热源的出汽口连接，发生/冷凝器3的换热管出水口3-2与蒸汽凝水出水阀11和冷剂出水阀13连接，蒸汽凝水出水阀11另一端与启动热源的进水口连接，冷剂出水阀13另一端与凝水调节阀14和凝水换热器7的凝水入口7-1连接，凝水调节阀14另一端与发生/冷凝器3的冷凝水喷嘴3-4连接，凝水换热器7的凝水出口7-2与凝水冷却器9的凝水进口9-1连接，凝水冷却器9的凝水出口9-2与蒸发器1的冷剂水入口1-1连接，蒸发器1的冷剂水出口1-5经冷剂泵5与蒸发器1的冷剂水循环喷嘴1-2相连，蒸发器1内的换热管外的水在高真空状态下低沸点汽化、吸收传热管内水的热量制取的冷水经冷水出口1-4和冷水进口1-3与中央空调系统的风机盘管等水-空气换热器连接，凝水换热器7稀溶液入口7-3和溶液换热器8稀溶液入口8-1与溶液泵6出口连接，溶液泵6入口与吸收器2的液囊出口2-2相连，凝水换热器7稀溶液出口7-4和溶液换热器8稀溶液出口8-2与发生/冷凝器3的稀溶液入口3-5相连，溶液换热器8浓溶液入口8-3与发生/冷凝器3的浓溶液出口3-3相连，溶液换热器8的浓溶液出口8-4与吸收器2浓溶液入口2-1相连。

所述蒸汽进汽阀10、蒸汽凝水出水阀11、冷剂进汽阀12、冷剂出水阀13为4个普通阀或4个电磁阀（如图1所示）或1个二进一出电磁阀15和1个一进二出电磁阀16（如图2所示）组成，所述二进一出电磁阀15的常闭输入端15-1代替蒸汽进汽阀与启动热源的出汽口连接，常开输入端15-2代替冷剂进汽阀与蒸汽压缩机4出口连接，其输出端15-3与发生/冷凝器3的换热管进汽口3-1连接；所述一进二出电磁阀16的输入端16-1与发生/冷凝器3的换热管出水口3-2连接，常闭输出端16-2代替蒸汽凝水出水阀与启动热源的进水口连接，常开输出端16-3代替冷剂出水阀与与凝水调节阀14和凝水换热器7的凝水入口7-1连接。其结构如图2所示，其他与图1相同。

还可在发生/冷凝器3的下部增设电热管17，可以代替蒸汽热源用电热管17对溴化锂溶液加热进行热启动。其结构如图3所示，其他与图2相同。

所述蒸发器1和吸收器2选用溴化锂吸收式冷水机组常用的安装在同一个筒体内的由挡液板分隔而成的相互连通的两个相变换热器。发生/冷凝器3 是一个相变换热器，既是溶液的发生器、又是冷剂蒸汽的冷凝器，其中，稀溶液被传热管内的蒸汽加热沸腾、稀溶液被浓缩为浓溶液同时冷剂蒸汽变为冷凝水，发生/冷凝器3启动热源通常为蒸汽，如果没有蒸汽也可以在筒体下部设置电加热器作为启动热源。蒸汽压缩机4是一种水蒸汽压缩机械，通常选用罗茨风机或蒸汽离心式压缩机。凝水换热器7是一种蒸汽凝水加热稀溶液的换热器。溶液换热器8是一种浓溶液加热稀溶液的换热器。凝水冷却器9是一种外界冷却水冷却蒸汽凝水的换热器。

本发明的先热启动后电驱动的高效环保型冷水机组的工作过程如下：

1）  机组启动

机组启动时，先将图1中的阀门10，11，12，13关闭，或将图2中的2个电磁阀15和16吸合。然后将溶液泵6启动，将50%左右的溶液从吸收器2通过溶液换热器8和凝水换热器7送入发生/冷凝器3，当液位溢过换热管适当高度后，溶液泵6停止运转。再将图1中的阀门10和阀门11打开，从图1的阀门10处或图2的电磁阀15的常闭输入端15-1通入外部蒸汽（通常为0.05Mpa以上的饱和蒸汽）加热溶液，蒸汽凝水从图1中的阀门11或图2中的电磁阀16的常闭输出端16-2处流出机组。

注：若无外部蒸汽热源，也可采用在发生/冷凝器3的下部设置电加热管17代替蒸汽热源对溴化锂溶液加热进行热启动。此时，只需将2个电磁阀15和16一直处于释放状态即可。其结构如图3所示。

2）机组运行

当发生/冷凝器3中的溶液温度加热到某个温度（这里取80℃）时，图1中的阀门10和11关闭并将阀门12和13打开，或图2中2个电磁阀15和16释放，外部蒸汽停止加热，图3中的电热管17停止加热，同时，蒸汽压缩机4和溶液泵6启动，蒸汽压缩机4将溶液上面的110mmHg水蒸汽压缩至434mmHg通过阀12或15（图2）送入发生/冷凝器3的加热管加热溶液，浓缩好的浓溶液流出发生/冷凝器3（注：在保证压缩机的出口压力一定的情况下压缩机的压缩比会不断增大，随着压缩过程不断进行，溶液浓度不断加大，溶液上面的水蒸汽压力不断降低，当溶液上面的水蒸汽压力降到35mmHg时，稀溶液的浓度增加到58%，流出发生/冷凝器3的浓度为62%时，压缩机不再增加压缩比），同时自身变为85℃的冷剂水流出阀13或16（图2）；一部分冷剂水通过调节阀14进入发生/冷凝器3上方吸收热量降压闪发，变为32℃的饱和水蒸汽进入蒸汽压缩机4的吸气端再压缩，另一部分通过凝水换热器7加热来自吸收器的稀溶液加热至80℃左右进入发生/冷凝器3，自身变为45℃左右的冷剂水进入凝水冷却器9；45℃左右的冷剂水被外界32℃的冷却水冷却到35℃左右进入蒸发器1，冷却水被加热到37℃离开凝水冷却器9；冷剂水进入蒸发器1后立即失压、低温沸腾，在6.54mmHg时冷剂水5℃沸腾，吸收传热管内水的热量将从冷水进口1-3流入的12℃冷水降为从冷水出口1-4流出的7℃的冷水（即为本制冷机对外提供的产品）；没有汽化完全的冷剂水通过启动冷剂泵5再次循环、并让冷剂水沸腾；沸腾产生的水蒸汽被吸收器2中的62%的浓溶液不断吸收，变为58%的稀溶液；吸收过程中放出的热量被从2-3流入的32℃的冷却水带走，升温后的冷却水温度为37℃从2-4流出；58%的稀溶液通过溶液泵6流经吸收器2通过溶液换热器8和凝水换热器7升温至80℃左右送入发生/冷凝器3浓缩，稀溶液被浓缩为62%的溶液后从3-3流出经溶液换热器8降温至40℃左右从浓溶液入口2-1回到吸收器2继续吸收水蒸汽。周而复始，完成制冷循环。

Claims (3)

1.一种先热启动后电驱动的高效环保型冷水机组，包括蒸发器、吸收器、发生/冷凝器、冷剂泵、溶液泵、凝水换热器、溶液换热器，其特征在于还包括冷凝水喷嘴、蒸汽压缩机、凝水冷却器、蒸汽进汽阀、蒸汽凝水出水阀、冷剂进汽阀、冷剂出水阀和凝水调节阀，所述冷凝水喷嘴增设在发生/冷凝器上部的稀溶液入口上方，其中，所述发生/冷凝器顶部的冷剂蒸汽出口与蒸汽压缩机进口连接，蒸汽压缩机出口与冷剂进汽阀一端连接，冷剂进汽阀另一端和蒸汽进汽阀与发生/冷凝器的换热管进汽口连接，蒸汽进汽阀另一端与启动热源的出汽口连接，发生/冷凝器的换热管出水口与蒸汽凝水出水阀和冷剂出水阀连接，蒸汽凝水出水阀另一端与启动热源的进水口连接，冷剂出水阀另一端与凝水调节阀和凝水换热器的凝水入口连接，凝水调节阀另一端与发生/冷凝器的冷凝水喷嘴连接，凝水换热器的凝水出口与凝水冷却器的凝水进口连接，凝水冷却器的凝水出口与蒸发器的冷剂水入口连接，蒸发器的冷剂水出口经冷剂泵与蒸发器的冷剂水循环喷嘴相连，蒸发器内的换热管中的水在高真空状态下低沸点汽化、吸收传热管内水的热量制取的冷水经冷水出口和冷水进口与中央空调系统的风机盘管等水-空气换热器连接，凝水换热器稀溶液入口和溶液换热器稀溶液入口与溶液泵出口连接，溶液泵入口与吸收器的液囊出口相连，凝水换热器稀溶液出口和溶液换热器稀溶液出口与发生/冷凝器的稀溶液入口相连，溶液换热器浓溶液入口与发生/冷凝器的浓溶液出口相连，溶液换热器的浓溶液出口与吸收器浓溶液入口相连。

2.如权利要求1所述的先热启动后电驱动的高效环保型冷水机组，其特征在于所述蒸汽进汽阀、蒸汽凝水出水阀、冷剂进汽阀、冷剂出水阀为4个普通阀或4个电磁阀或1个二进一出电磁阀和1个一进二出电磁阀组成，所述二进一出电磁阀的常闭输入端代替蒸汽进汽阀与启动热源的出汽口连接，常开输入端代替冷剂进汽阀与蒸汽压缩机出口连接，其输出端与发生/冷凝器的换热管进汽口连接；所述一进二出电磁阀的输入端与发生/冷凝器的换热管出水口连接，常闭输出端代替蒸汽凝水出水阀与启动热源的进水口连接，常开输出端代替冷剂出水阀与与凝水调节阀和凝水换热器的凝水入口连接。

3.如权利要求1或2所述的先热启动后电驱动的高效环保型冷水机组，其特征在于还包括电热管，所述电热管增设在发生/冷凝器的下部。

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