CN102679623A

CN102679623A - 一种氨水吸收式制冷兼制热水系统装置

Info

Publication number: CN102679623A
Application number: CN2012101751973A
Authority: CN
Inventors: 杜垲; 蔡星辰; 李彦军; 杨柳
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: CN102679623B

Abstract

本发明公开了一种氨水吸收式制冷兼制热水系统装置，包括吸收器、溶液泵、精馏器、发生器、溶液热交换器、节流阀、分凝器、冷凝器、过冷器、蒸发器、压缩机、油分离器、补水泵、生活水箱、调节阀、截止阀。本发明和常规氨水吸收式制冷系统最大的区别在于过冷器和吸收器之间设有压缩机和油分离器，由于增压过程的加入，系统在不改变蒸发温度和热源温度的条件下提高了吸收压力与吸收终了温度，使得原制冷过程排向环境的热量提高了品位，在保证制冷效果的同时提供了生活热水。本发明装置以消耗少量的电能为代价回收了系统排向环境的热量，提高了热能的综合利用效率，在制冷且需要提供生活热水的场合有很好的应用前景。

Description

一种氨水吸收式制冷兼制热水系统装置

技术领域

本发明涉及以热能驱动的吸收式制冷领域，特别涉及以氨水为工质的一种氨水吸收式制冷兼制热水系统装置。

背景技术

目前，在全球面临能源危机的大环境下，我国的能源利用率仅为33%左右，大量的工业耗能以各种形式的余热直接废弃。吸收式制冷是一种利用热能驱动的制冷技术，它可以有效利用余热、太阳能等低品位热能进行制冷，另外氨水吸收制冷系统具有可以制取0℃以下的温度、运行平稳可靠、噪声小和环保等优点，在工业制冷领域有很好的前景。

氨水吸收式制冷系统是以热能作为补偿手段而实现逆向制冷循环的，所以说该循环系统是由正循环和逆循环所共同构成的以制冷为目的的循环系统，因此，比单纯的逆循环（蒸汽压缩式制冷循环）向环境排热量要大得多，这些热量通常是其制冷量1.5~5倍，如果将这些排放到环境中的热量加以利用，不仅可显著提高系统的能源利用率，同时也减少了对环境的热污染，意义重大。但常规氨水吸收制冷系统装置由于受到系统本身特点的限制，吸收温度不能太高，因此导致排热量品位较低不能加以利用。本发明在常规氨水吸收式制冷系统的基础上提出了一种氨水吸收式制冷兼制热水系统装置，通过增压作用，提高了系统吸收温度，将原来排放至环境的热量加以回收利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种氨水吸收式制冷兼制热水系统装置，解决了常规氨水吸收式制冷装置排热量由于品位较低不能被加以利用从而造成热量大量浪费，同时避免了排放热对环境产生热污染的问题，实现了提高装置热能利用率、节约能源的目的。

本发明采用的技术方案是：一种氨水吸收式制冷兼制热水系统装置，包括吸收器、溶液泵、精馏器、发生器、溶液热交换器、节流阀一、节流阀二、分凝器、冷凝器、过冷器、蒸发器、压缩机、油分离器、补水泵、生活水箱、调节阀、截止阀一、截止阀二、截止阀三、截止阀四、截止阀五、截止阀六；

该装置制冷工质循环系统构成中，所述吸收器的浓溶液输出端与精馏器的浓溶液输入端通过管路一连接，所述管路一上依次安装溶液泵和溶液热交换器，所述发生器、精馏器和分凝器串联，发生器的稀溶液输出端与吸收器的稀溶液输入端通过管路二连接，所述管路二流经溶液热交换器并安装节流阀一，所述分凝器的氨气输出端与冷凝器的氨气输入端通过管路三连接，冷凝器的氨液输出端与蒸发器的氨液输入端通过管路四连接，所述管路四依次流经过冷器和节流阀二，所述蒸发器的氨气输出端与过冷器的氨气输入端通过管路五连接，所述过冷器的氨气输出端与吸收器的氨气输入端通过管路六和管路七并联连接，所述管路六上依次装有截止阀五、压缩机、油分离器，所述管路七上装有截止阀六；所述生活水箱的冷却水入口通过补水泵、截止阀三以及冷却水管路和冷凝器冷却水管路一端连接，冷凝器冷却水管路另一端通过管路和分凝器冷却水管路一端连接，分凝器冷却水管路另一端通过管路和吸收器冷却水管路一端连接，吸收器冷却水管路另一端通过管路及截止阀一和生活水箱的进口端连接，生活水箱下端通过管路及调节阀和所述冷却水入口连接，冷却水入口通过补水泵、截止阀二以及冷却水管路和吸收器冷却水管路一端连接,冷凝器冷却水管路一端通过管路及截止阀四和冷却水出口连接。

本装置和常规氨水吸收式制冷系统最大的区别在于过冷器和吸收器之间设有压缩机和油分离器，蒸发产生出的氨蒸汽经过过冷器由压缩机增压，在较高的吸收压力和温度下被吸收器中的稀氨水溶液吸收，吸收后的浓溶液由溶液泵加压，经过溶液热交换器换热后通过精馏器进入发生器被高温热源加热开始发生，发生终了产生的稀氨水溶液经过溶液热交换器被节流后进入吸收器；发生产生并经精馏器和分凝器提纯后的氨气进入冷凝器冷凝，冷凝后的氨液体经过冷器过冷后经过节流阀进入蒸发器，在蒸发器中蒸发吸热制取冷量。

同时由于增压过程的加入，在保证溶液循环必须的放气范围条件下，吸收终了的温度可以得到提高，为了更好利用系统装置的排热量，本装置通过截止阀的启闭改变了冷却水系统的循环方式，使得原本温度较低的冷却水在依次进入冷凝器、分凝器及吸收器进行热交换后可以升高到足够温度，保证生活热水的供应。

当热水量已满足需求，本装置通过控制截止阀的启闭来改变制冷剂及冷却水的流动方式，使装置可以从制冷兼制热水工作模式向单独制冷模式上切换。当截止阀二、截止阀四和截止阀六关闭，截止阀一、截止阀三和截止阀五开启，系统装置进入制冷兼制热水工作模式；截止阀五关闭、截止阀六开启或者保持截止阀五开启、截止阀六关闭但需适当调节压缩机的转速（研究表明适当增压可以提高系统的热力系数），同时截止阀二、截止阀四开启，截止阀一、截止阀三关闭，系统装置进入单独制冷工作模式。

有益效果：本发明的有益效果是在常规氨水吸收式制冷系统的基础上通过增加压缩机以及改变冷却水回路的连接方式，不仅提高了吸收式制冷循环放气范围使的吸收式制冷性能得到提高，而且提高吸收终了温度，使得温度较低的冷却水通过换热后可以到达足够的温度，保证生活热水的供应，相当于热泵形式（比单纯的直接利用热能制取热水更为节能），提高了系统装置的热能利用率。

以制冷量为100kW的机组为例进行热力计算，假如热源温度150℃、蒸发温度-15℃、热水供回水温度60℃/45℃、增压压比为3、精馏后的氨气浓度为0.998以及忽略泵的能耗，经理论计算该系统消耗的增压压缩功为23.7kW，取发电效率0.34、电网效率0.9，换算成热能的消耗量为Q _W为77.5 kW。与此同时，由于适当机械能的输入，系统提高了排热温度，回收了排热量，取热回收利用效率0.8，系统回收热量为Q _R为188.1 kW。通过比较可知，Q _W< Q _R，系统压缩功所消耗的热量远小于收益的热量，从而达到节能作用。

附图说明

图1是氨水吸收式制冷兼制热水系统装置的示意图。

其中：吸收器1，溶液泵2，精馏器3，发生器4、溶液热交换器5，节流阀一6，节流阀二10，分凝器7，冷凝器8，过冷器9，蒸发器11，压缩机12，油分离器13，补水泵14，生活水箱15，调节阀16、截止阀一17、截止阀二18、截止阀三19、截止阀四20、截止阀五21、截止阀六22。吸收器冷却水管路两端1a、1b，分凝器冷却水管路两端7a、7b，冷凝器冷却水管路两端8a、8b，生活水箱热水进口15a，生活水箱热水出口15b，冷却水（生活补水）入口15c，冷却水出口15d。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种氨水吸收式制冷兼制热水系统装置，包括吸收器1、溶液泵2、精馏器3、发生器4、溶液热交换器5、节流阀一6、节流阀二10、分凝器7、冷凝器8、过冷器9、蒸发器11、压缩机12、油分离器13、补水泵14、生活水箱15、调节阀16、截止阀一17、截止阀二18、截止阀三19、截止阀四20、截止阀五21、截止阀六22；

该装置制冷工质循环系统构成中，所述吸收器1的浓溶液输出端与精馏器3的浓溶液输入端通过管路一连接，所述管路一上依次安装溶液泵2和溶液热交换器5，所述发生器4、精馏器3和分凝器7串联，发生器4的稀溶液输出端与吸收器1的稀溶液输入端通过管路二连接，所述管路二流经溶液热交换器5并安装节流阀一6，所述分凝器7的氨气输出端与冷凝器8的氨气输入端通过管路三连接，冷凝器8的氨液输出端与蒸发器11的氨液输入端通过管路四连接，所述管路四依次流经过冷器9和节流阀二10，所述蒸发器11的氨气输出端与过冷器9的氨气输入端通过管路五连接，所述过冷器9的氨气输出端与吸收器1的氨气输入端通过管路六和管路七并联连接，所述管路六上依次装有截止阀五21、压缩机12、油分离器13，所述管路七上装有截止阀六22；所述生活水箱15的冷却水入口15c通过补水泵14、截止阀三19以及冷却水管路和冷凝器冷却水管路一端8a连接，冷凝器冷却水管路另一端8b通过管路和分凝器冷却水管路一端7a连接，分凝器冷却水管路另一端7b通过管路和吸收器冷却水管路一端1a连接，吸收器冷却水管路另一端1b通过管路及截止阀一17和生活水箱15的进口端15a连接，生活水箱15下端通过管路及调节阀16和所述冷却水入口15c连接，冷却水入口15c通过补水泵14、截止阀二18以及冷却水管路和吸收器冷却水管路一端1b连接,冷凝器冷却水管路一端8a通过管路及截止阀四20和冷却水出口15d连接。

本装置最大的特点就是在制冷兼制热水模式下的节能表现，当截止阀二18、截止阀四20和截止阀六22关闭，截止阀一17、截止阀三19和截止阀五21开启时，系统装置进入制热兼制热水工作模式：蒸发产生出的氨蒸汽经过过冷器9由压缩机12增压，在较高的吸收压力和温度下被吸收器1中的稀氨水溶液吸收，吸收后的浓溶液由溶液泵2加压，经过溶液热交换器5换热后通过精馏器3进入发生器4被高温热源加热开始发生，发生终了产生的稀氨水溶液经过溶液热交换器5经过节流阀一6进入吸收器1；发生产生并经精馏器3和分凝器7提纯后的氨气进入冷凝器8冷凝，冷凝后的氨液体经过冷器9过冷后经过节流阀二10进入蒸发器11，在蒸发器11中蒸发吸热制取冷。同时由于增压过程的加入，吸收压力提高，在保正制冷循环所需的放气范围的基础上，提高吸收终了温度，使得温度较低的冷却水进入冷却水入口15c由补水泵14引入、依次经过冷凝器8、分凝器7、吸收器1进行热量交换达到足够的温度，最后进入生活水箱15提供生活热水。

当系统装置运行一段时间后，制取的生活热水量已满足需求，系统装置进入单独制冷工作模式，此时截止阀五21关闭、截止阀六22开启或者保持截止阀五21开启、截止阀六22关闭但需适当调节压缩机的转速，因为研究表明适当增压可以提高系统的热力系数，同时截止阀二18、截止阀四20开启，截止阀一17、截止阀三19关闭：冷却水从冷却水入口15c由补水泵14引入，在依次进入吸收器1、分凝器7和冷凝器8后由冷却水出口15d引出。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1. 一种氨水吸收式制冷兼制热水系统装置，其特征在于：包括吸收器（1）、溶液泵（2）、精馏器（3）、发生器（4）、溶液热交换器（5）、节流阀一（6）、节流阀二(10）、分凝器（7）、冷凝器（8）、过冷器（9）、蒸发器（11）、压缩机（12）、油分离器（13）、补水泵（14）、生活水箱（15）、调节阀（16）、截止阀一（17）、截止阀二（18）、截止阀三（19）、截止阀四（20）、截止阀五（21）、截止阀六（22）；

该装置制冷工质循环系统构成中，所述吸收器（1）的浓溶液输出端与精馏器（3）的浓溶液输入端通过管路一连接，所述管路一上依次安装溶液泵（2）和溶液热交换器（5），所述发生器（4）、精馏器（3）和分凝器（7）串联，发生器（4）的稀溶液输出端与吸收器（1）的稀溶液输入端通过管路二连接，所述管路二流经溶液热交换器（5）并安装节流阀一（6），所述分凝器（7）的氨气输出端与冷凝器（8）的氨气输入端通过管路三连接，冷凝器（8）的氨液输出端与蒸发器（11）的氨液输入端通过管路四连接，所述管路四依次流经过冷器（9）和节流阀二（10），所述蒸发器（11）的氨气输出端与过冷器（9）的氨气输入端通过管路五连接，所述过冷器（9）的氨气输出端与吸收器（1）的氨气输入端通过管路六和管路七并联连接，所述管路六上依次装有截止阀五（21）、压缩机（12）、油分离器（13），所述管路七上装有截止阀六（22）；所述生活水箱（15）的冷却水入口（15c）通过补水泵（14）、截止阀三（19）以及冷却水管路和冷凝器冷却水管路一端（8a）连接，冷凝器冷却水管路另一端（8b）通过管路和分凝器冷却水管路一端（7a）连接，分凝器冷却水管路另一端（7b）通过管路和吸收器冷却水管路一端（1a）连接，吸收器冷却水管路另一端（1b）通过管路及截止阀一（17）和生活水箱（15）的进口端（15a）连接，生活水箱（15）下端通过管路及调节阀（16）和所述冷却水入口（15c）连接，冷却水入口（15c）通过补水泵（14）、截止阀二（18）以及冷却水管路和吸收器冷却水管路一端（1b）连接,冷凝器冷却水管路一端（8a）通过管路及截止阀四（20）和冷却水出口（15d）连接。

2. 根据权利要求1所述的一种氨水吸收式制冷兼制热水系统装置，其特征在于：通过控制截止阀的启闭来改变制冷剂及冷却水的流动方式，从而实现制冷兼制热水和单独制冷两种工作模式切换；当截止阀二（18）、截止阀四（20）和截止阀六（22）关闭，截止阀一（17）、截止阀三（19）和截止阀五（21）开启，系统装置进入制冷兼制热水工作模式；截止阀五（21）关闭、截止阀六（22）开启或者保持截止阀五（21）开启、截止阀六（22）关闭但需适当调节压缩机的转速，同时截止阀二（18）、截止阀四（20）开启，截止阀一（17）、截止阀三（19）关闭，系统装置进入单独制冷工作模式。