CN102901264A - 三效蒸汽吸收式制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对三效蒸汽吸收式制冷系统（100）。所述系统（100）由一高温发生器（102）、一中温发生器（104）和一低温发生器（106）组成，用于浓缩从吸收器（110）流出的稀释溴化锂溶液，流径为从高温发生器（102），通过一个中温发生器（104），流入一个低温发生器（106）在系统（100）中，溴化锂溶液不会同时达到最高温度和最大浓度，因此，能够减少溴化锂的腐蚀速度并最大限度减少不可冷凝气体的产生，这有助于在操作过程中维持真空状态，因此使操作更加顺畅。

Description

三效蒸汽吸收式制冷系统

技术领域

本发明涉及一种吸收式制冷系统，尤其涉及一种三效蒸汽吸收式制冷系统。本说明书中所用术语定义

说明书中所用术语“低温发生器”指发生器产生蒸汽的温度范围为70-100℃。

说明书中所用术语“中温发生器”指发生器产生蒸汽的温度范围为100-150℃。

说明书中所用术语“高温发生器”指发生器产生蒸汽的温度范围为150-200℃。

说明书中所用术语“低温热交换器”指该热交换器中两种液体的传热温度范围为35-100℃。

说明书中所用术语“中温热交换器”指该热交换器中两种液体的传热温度范围为75-150℃。

说明书中所用术语“高温热交换器”指该热交换器中两种液体的传热温度范围为125-200℃。

说明书中所用术语“低温制冷剂蒸汽换热器”指该换热器中两种液体的传热温度范围为35-100℃。

说明书中所用术语“高温制冷剂蒸汽换热器”指该换热器中两种液体的传热温度范围为75-150℃。

背景技术

上一世纪是工业和经济高速发展的时期。工业和经济高速发展的同时也伴随着能源需求的增长，基本上依赖于燃烧化石燃料。为了将来还有化石燃料可用，为了减少环境损害，节约能源已刻不容缓。此外，节约能源能够减少运转成本从而增加工艺效率。制冷过程消耗了相当大部分的能量。如该操作过程的效率能够更高，则能够节省相当大部分的能量。

通过蒸汽压缩或蒸汽吸收可实现制冷。蒸汽输入循环所采用的高等级能量来自机动输入，而蒸汽吸入循环所采用的能量则来自废热或太阳能集热器所收集的热能。因此，蒸汽吸收系统优于蒸汽压缩系统，蒸汽吸收系统能够通过利用低等级废热极大程度上减少运作成本。此外，蒸汽吸收系统采用的是不破坏臭氧层的制冷剂(水)，与蒸汽压缩系统相比，它所消耗的电能更低。因此，在工业应用中，蒸汽吸收系统比常用的蒸汽压缩系统更具优势。

基本蒸汽吸收循环所采用的为两种液体，制冷剂和吸收剂。制冷剂-吸收剂组合中最常见为溴化锂（Li-Br）-水组合。在吸收循环中，低压制冷剂蒸汽被吸收剂吸收，释放出大量稀释热。将制冷剂-吸收剂溶液泵送至高压发生器，该高压发生器的可选热源为煤气燃烧器、蒸汽、热水和热气。该热能能使制冷剂从吸收剂中释放出来并蒸发。然后该蒸汽流向冷凝器，在冷凝器中热能被释放，制冷剂被冷凝成高压液体。然后该液态制冷剂被送入低压发生器，并被该低压发生器中被吸收热蒸发，并提供冷却效应。发生器中的浓缩吸收剂则被送入吸收器中，在吸收器中，来自蒸发器的低压制冷剂蒸汽被吸收剂吸收，从而完成制冷循环。

常见的吸收式制冷系统为单效或双效模式。上述流程为单效蒸汽吸收系统的工作过程。在单效蒸汽吸收系统中，吸收剂流释放制冷剂蒸汽的过程中所释放出来的热能排放入环境中。在多效吸收系统中，一部分能量被用来产生更多的制冷剂蒸汽。如每单位热输入所产生的蒸汽更多，则冷却能力更强，总体运作效率更高。双效吸收系统采用两个发生器，包括一个高温发生器和一个低温发生器，以及单个冷凝器，吸收器和蒸发器。从第一个发生器中释放出来的蒸汽为第二个发生器提供动力。因此，双效系统的能效比（COP）高于单效系统，例如，单效系统的能效比范围为0.6至0.7，则双效系统的能效比范围为1.3至1.4。

由于双效制冷系统的效率几乎比单效制冷系统的效率高100%，显而易见，三效制冷系统的效率将会更高。但是，由于存在下列问题，三效制冷系统还没有进行商业应用：

■单效制冷系统的发生器温度约为95℃，双效制冷系统的发生器温度约为155℃，因此，就理论上来说，三效制冷系统的发生器温度高于200℃；在如此高的溶液温度下，溴化锂溶液具有高腐蚀性，而在如此高的温度下控制腐蚀速度则十分困难；

■而高温操作也增加了溴化锂结晶的几率。

■此外，由于三效制冷系统比双效制冷系统更为复杂，而且两者均处于高压工作状态，因此，操作这样的一个系统则显得相当复杂；以及

■如未能达到1.7的能效比底限，则安装一个三效制冷系统的所需耗费的高成本将显的相当不可取。

在过去，在三效蒸汽吸收系统方面进行多次尝试，主要集中在不同可行的工作循环的研究上面；其中的工作循环包括：溴化锂的流径及其各种不同的分散性和聚合性。

在下面对一种传统的三效蒸汽吸收系统进行说明，以强调本发明的优势。

传统的三效蒸汽吸收系统，见图1和图2，由以下几部分组成：一个高温发生器12、一个中温发生器14、一个低温发生器16、一个冷凝器18、一个蒸发器20、一个吸收器22、一个低温热交换器24、一个中温热交换器26、一个高温热交换器28、一个低温制冷剂蒸汽换热器30以及一个高温制冷剂蒸汽换热器32。

参考图1，图1为一个常见的三效蒸汽吸收系统，稀释的溴化锂溶液以平行流的形式从吸收器22中进入到所有的发生器中，即，12、14和16。在各发生器中（12、14和16），稀释的溴化锂溶液被浓缩；因此产生的溶液流被合并从而得到浓缩的溴化锂溶液，其最高浓度为63.5%。

然后将浓缩的溴化锂溶液喷入吸收器22中，在此，产生自蒸发器20的制冷剂蒸汽被溴化锂溶液吸收，然后溴化锂溶液被稀释，从而形成循环。热交换器24、26、28、30和32用于加热从吸收器22输入的稀释溴化锂溶液，其热能则分别来自从发生器12、14和16输入的浓缩溴化锂溶液，以及从发生器14和16输入的制冷剂冷凝物。制冷剂冷凝物在制冷剂蒸汽换热器

中冷却后，将在冷凝器18中被管路36中的冷却水进一步冷凝，来自冷凝器18的高压冷凝物随后被喷入政府器20中，在次，冷凝物吸收来自管路36中的冷水的热能，形成蒸汽，从而产生制冷效果。该循环的劣势为：

■高温发生器12中的溴化锂溶液温度高于200℃，因此，溴化锂溶液在高温发生器12中同时达到最高温度和最大浓度；此时，由于高温和高浓度，溴化锂溶液的腐蚀速度快速增加，同时导致产生无法冷凝的气体；

■由于出现三个平行流，因此流控制显得至关重要，难以对系统进行操作；

■由于，所有的发生器中溴化锂溶液均为高浓度，溴化锂结晶的几率很高；

■此外，由于溴化锂溶液温度高于200℃，则工作压力也相当高。

参考图2，图2为另一个常见的三效蒸汽吸收系统，吸收器22输出的稀释溴化锂溶液首先进入低温发生器16，在此被浓缩成中间浓度。然后，该溶液进入进行进一步浓缩。最后，浓缩的溴化锂溶液从中温发生器14中转移到高温发生器12，在此达到最高浓度。由于溴化锂溶液浓度在低温发生器16中较低（仅为中等浓度），因此，与图1中的循环相比，发生器16的温度较低。尽管，该循环的工作温度和压力低于图1所示的循环，但是该循环仍存在下列劣势：

■溴化锂溶液在高温发生器12中同时达到最高温度和最大浓度；此时，由于高温和高浓度，溴化锂溶液的腐蚀速度快速增加，同时导致产生无法冷凝的气体；

■由于溴化锂溶液从低温发生器16到高温发生器12的循环过程氛围三个独立的阶段，因此需要三个独立的溶液泵，从而导致费用及耗电量的增加；

■同时，该循环的能效比较低。

一些其他的三效制冷系统则在下文前面章节加以讨论：

US5205137内容为一种吸收式空调，该空调配有一个蒸发器、一个用于排放稀释溶液的吸收器、一个再生器、一个冷凝器和一个首选管道，并配有一个再生室（用于加热和冷凝部分在吸收器中产生的稀释溶液）及一个吸收室（使再生室中产生的制冷剂蒸汽在进入吸收器之前的过渡位置被稀释溶液吸收，从而可以减少吸收器体积）。US5205137中的系统包含一个高温再生器和一个低温再生器，两者相互平行，稀释溶液被同步供应到这两个再生器中。这系统的操作相当复杂，而且由于高温及高浓度的溴化锂溶液，极易产生腐蚀。

US5653116内容为一种三效循环，由两个密闭回路组成——一个为常规溴化锂双效回路，另一个为单效回路，该回路与双效回路的高压部分重叠，并在三个位点于双效回路进行热交换。US5653116的系统中，双效回路采用溴化锂作为吸收剂，高温回路部分则采用NaOH和KOH作为吸收剂。如果涉及多个气流，该系统相当复杂，难以操作。

US2005262720内容为一种多阶段再生系统，用于再生液体干燥剂，由液体干燥剂、蒸汽/气体流以及一个高温再生器和一个低温再生器，低温再生器由一个旋转接触装置组合，该组合能够使液体干燥剂和蒸汽/气体流发生热/质量传递，从而使液体干燥剂进入蒸汽/气体流。US2005262720中的系统处于高压工作条件，所提供的能效比最高仅为0.9。

WO9112472内容为一个制冷/加热系统，包括多个发生器和多个回流换热器，通过将至少两个发生器和回流换热器的螺旋同心卷放置在一个公共轴线上，并在中心位置防止一个加热装置，使热燃烧气体以蜿蜒循环的方式通过配有同心卷的独立通信室中，从而提高效率。该系统相当复杂，且须在高压下工作。

JP04562323内容为空调的吸收装置，配有一个能在冷却水温度超过25℃时控制断流阀开关的控制器，该系统相当复杂，且运作成本高昂。

因此，有必要开发一种既能够克服上述缺点又能够提供高能效比，在节约能源的同时减少运作成本和CO₂排放的三效蒸汽吸收式制冷系统。

发明内容

本发明的部分目标（必须达到至少一项）列示如下：

目标之一：提供一种三效蒸汽吸收式制冷系统，该系统能够在操作过程中极大程度减少因高浓度溴化锂溶液和高温造成的腐蚀。

目标之一：提供一种能够提高能效比（COP）的三效蒸汽吸收式制冷系统。

目标之一：提供一种具有节能效果的三效吸收式制冷系统。

目标之一：提供一种三效吸收式制冷系统，在该系统中配有一个内置装置能够监测并防止溴化锂结晶。

目标之一：提供一种操作简便的三效吸收式制冷系统。

目标之一：提供一种能够最大程度减少热能耗损的三效吸收式制冷系统。

目标之一：提供一种能够在高压条件下操作的三效吸收式制冷系统。

下列内容加上所附图纸更能够体现本发明的其他目标及优点，在此难以概括完全。

本发明内容为一种三效蒸汽吸收式制冷系统，由以下几个部分组成：一高温发生器、一中温发生器、一低温发生器、一冷凝器、一吸收器和一蒸发器；

其特点为：

■高温发生器从与其相同的吸收器中接收稀释的溴化锂溶液，并采用一个温度范围为200-250℃的热源对稀释的溴化锂溶液进行浓缩，从而提供浓缩的溴化锂溶液，并产生温度范围为130-150℃的水蒸汽；

■中温发生器从与其相连的高温发生器中接收浓缩的溴化锂溶液和温度范围为130-150℃的水蒸汽，并利用水蒸汽对该溴化锂溶液进行进一步浓缩，从而提供浓度更高的溴化锂溶液和温度范围为80-100℃的水蒸汽以及首次冷凝物；

■低温发生器从与其相连的中温发生器中接收浓度更高的溴化锂溶液和温度范围为80-100℃的水蒸汽，并利用水蒸汽对该溴化锂溶液进行进一步浓缩，从而提供浓度更高的溴化锂溶液，产生水蒸汽以及二次冷凝物；

■冷凝器从与其相连的中温发生器中接收首次冷凝物，从低温发生器中接收而次冷凝物以及在低温发生器中产生的水蒸汽，利用冷却水对冷凝物和水蒸汽进行进一步冷凝，提供更加浓缩的冷凝物，并生成温度范围为30-40℃的温热水。

■蒸发器与吸收器同处一室，从与其连通的冷凝器中接收进一步浓缩的冷凝物，然后利用循环冷水提供的热能将浓缩的冷凝物蒸发，从而提供温度范围为0-10℃的冷冻水并产生水蒸汽；以及

吸收器与蒸发器同处一室，并从与其相连通的低温发生器中接收已被浓缩的溴化锂溶液，从冷凝器中接收温热水，在该吸收器中，蒸发器所产生蒸汽被浓缩的溴化锂溶液吸收，从而生成稀释的溴化锂溶液，从而完成制冷循环，在该循环中，吸收过程所产生的稀释热被循环的温热水吸收，从而提供温度范围为35-45℃的温热水。一般情况下，本发明中的系统由一个低温热交换器、一个中温热交换器、一个高温热交换器、一个低温制冷剂蒸汽换热器和一个高温制冷剂蒸汽换热器组成，用于将稀释的溴化锂溶液在离开吸收器后，被高温发生器浓缩之前加热到150-180℃。

还有一种方法是，本发明的系统还可以包括一个热回收器，可以利用热能输入的余热对来自吸收器的稀释溴化锂溶液进行加热。

还有一个比较好的方法是，本发明的系统中，将低温热交换器、中温热交换器和高温热交换器依序以连贯的方式有效连接。

一般情况下，本发明的系统中，将低温制冷剂蒸汽换热器和高温制冷剂蒸汽换热器依序以连贯的方式有效连接并与高温热交换器串联。

还有一个比较好的方法是，在本发明中，将低温制冷剂蒸汽换热器和高温制冷剂蒸汽换热器与上述低温热交换器和中温热交换器并联。

还有一种方法是，在本发明中，将低温制冷剂蒸汽换热器、高温制冷剂蒸汽换热器和热回收器依序以连贯的方式有效连接，并与低温热交换器、中温热交换器和高温热交换器并联。

一般情况下，在本发明中，将低温热交换器连接在低温发生器和吸收器中间，从而该低温热交换器可以利用高浓度溴化锂溶液的热能。

有一个比较好的方法是，在本发明中，将中温热交换器连接在中温发生器和低温发生器中间，从而该中温热交换器可以利用较高浓度溴化锂溶液的热能。

一般情况下，在本发明中，将高温热交换器连接在高温发生器和中温发生器中间，从而该高温热交换器可以利用浓缩溴化锂溶液的热能。

一种比较好的方法是，在本发明中，将低温制冷剂蒸汽换热器连接在低温发生器和冷凝器中间，从而该低温制冷剂蒸汽换热器可以利用产生二次冷凝物过程中产生的热能。

一般情况下，在本发明中，将高温制冷剂蒸汽换热器连接在中温发生器和冷凝器中间，从而该高温制冷剂蒸汽换热器可以利用产生一次冷凝物过程中产生的热能。

本发明是利用三效蒸汽吸收式制冷系统产生制冷效果，该方法包括以下几个步骤：

■利用200-250℃的热源在高温发生器中将浓度为53-58%的稀释溴化锂溶液汽化，以获得浓度为55-60%的浓缩溴化锂溶液以及温度为130-150℃的水蒸汽。

■利用温度范围为130-150℃的水蒸汽在中温发生器中将浓缩溴化锂溶液汽化，获得浓度为57-62%的浓缩溴化锂溶液和温度为80-100℃的水蒸汽，并产生首次冷凝物。

■利用温度范围为80-100℃的水蒸汽在低温发生器中将更加浓缩的溴化锂溶液汽化，获得浓度为59-64%的浓缩溴化锂溶液和水蒸汽，并产生二次冷凝物。

■利用25-35℃的冷却水将首次冷凝物、二次冷凝物和低温发生器中产生水蒸汽在冷凝器中冷凝，以获得浓缩的、压力更大的冷凝物，并生成温度范围为30-40℃的温热水。

■利用循环冷水的热能将进一步浓缩的冷凝物在蒸发器中进行蒸发，产生水蒸汽并生成温度为0-10℃的冷水；以及

■浓度最大的溴化锂溶液在吸收器中吸收蒸汽，从而产生稀释的溴化锂溶液，在吸收过程中产生的稀释热被温热水吸收从而生成温度范围为35-45℃的温热水。

一般情况下，在本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法包括将吸收器流出的稀释溴化锂溶液分流的步骤，第一部分的稀释溴化锂溶液进入低温热交换器，第二部分的稀释溴化锂溶液进入低温制冷剂蒸汽换热器。

一个更好的方法是，在本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法包括利用浓缩的溴化锂溶液的热能在低温热交换器中将第一部分的稀释溴化锂溶液加热的步骤，从而获得被加热的第一部分稀释溴化锂溶液，温度范围为65-75℃。

一般情况下，在本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法包括利用浓缩的溴化锂溶液的热能在中温热交换器中将被加热的第一部分稀释溴化锂溶液再次加热的步骤，从而获得温度更高的第一部分稀释溴化锂溶液，温度范围为120-130℃。

一个更好的方法是，在本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法包括利用二次冷凝物的热能在低温制冷剂蒸汽换热器中将第二部分的稀释溴化锂溶液加热的步骤，从而获得被加热的第二部分稀释溴化锂溶液，温度范围为65-75℃。

一般情况下，在本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法包括利用一次冷凝物的热能在高温制冷剂蒸汽换热器中将被加热的第二部分稀释溴化锂溶液再次加热的步骤，从而获得温度更高的第二部分稀释溴化锂溶液，温度范围为120-130℃。

一个更好的方法是，在本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法包括将温度更高的第一部分稀释溴化锂溶液和温度更高的第二部分稀释溴化锂溶液并流，从而获得温度更高的稀释溴化锂溶液，温度范围为120-130℃。

一般情况下，在本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法包括利用浓缩的溴化锂溶液的热能在高温热交换器中将温度更高的并流稀释溴化锂溶液再次加热的步骤，从而获得高温的稀释溴化锂溶液，温度范围为170-190℃。

还有一个方法是，在本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法包括利用浓缩的溴化锂溶液的热能在高温热交换器中将温度更高的第一部分稀释溴化锂溶液再次加热的步骤，从而获得高温的第一部分稀释溴化锂溶液，温度范围为170-190℃。

同时加入利用热能输入的余热在热回收器中将温度更高的第二部分稀释溴化锂溶液再次加热的步骤，从而获得高温的第二部分稀释溴化锂溶液，温度范围为170-190℃。

再加入将高温的第一部分稀释溴化锂溶液和高温的第二部分稀释溴化锂溶液并流。

一个更好的办法是，在本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法包括在高温发生器中将高温的稀释溴化锂溶液汽化。

一般情况下，在本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法中，溴化锂溶液不得同时达到最高温度和最大浓度，因此，降低了溴化锂的腐蚀速度，最大程度减少不可冷凝气体的产生，这在操作过程中有助于保持真空状态，从而使操作更加顺畅。

在本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法包括使溴化锂溶液在重力作用以及吸收器和高温发生器之间单体溶液泵的作用下从高温发生器通过中温发生器流入低温发生器的步骤。

更好的办法是在，本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法包括使浓缩的溴化锂溶液在重力作用下流动的步骤，在这个过程中，只需要控制稀释溴化锂溶液从吸收器流入高温发生器的步骤。

一般情况下，在本发明中，操作三效蒸发吸收式制冷系统的方法包括将冷却水优先送入冷凝器的步骤，从而能够降低总体工作压力并增加能效比。

附图说明

本说明以附图的形式加以解说：

图1为常规三效蒸汽吸收式制冷系统的原理图；

图2为另一种常规三效蒸汽吸收式制冷系统的原理图；

图3为经本发明优化的三效蒸汽吸收式制冷系统的原理图；以及

图4为经本发明优化的另一种三效蒸汽吸收式制冷系统的原理图。

具体实施方式

现在开始对发明进行详细说明，并配以附图，但附图并不涵盖本发明的所有内容。现在仅以举例和图示的方法加以说明。

本发明所设计的三效蒸汽吸收式制冷系统能够最大限度减少因高浓度溴化锂溶液和高温造成的腐蚀问题，并通过在制冷循环过程中连续监控工作参数，从而克服溴化锂结晶的问题。此外，通过最大限度减少热能损，系统提供的能效比高于1.7，并且通过降低泵送成本节约能源。

图3和图4中经本发明优化的三效蒸汽吸收式制冷系统通常对应的编号为100和200。系统（100、200）由以下几个部分组成：一个高温发生器102、一个中温发生器104、一个低温发生器106、一个冷凝器108、一个蒸发器112、一个吸收器110、一个低温热交换器114、一个中温热交换器116，一个高温热交换器118、一个低温制冷剂蒸汽换热器120、一个高温制冷剂蒸汽换热器122以及热回收器130。

经优化的系统100的制冷循环使用过热水作为热能输入，而系统200的制冷循环则使用过热蒸汽或直接燃烧燃料（高温热能输入）作为热能输入。制冷剂-吸收剂组合一般为水-溴化锂(LiBr)组合。

图3和图4中的制冷循环已经采用本发明。从吸收器110流出的稀释溴化锂溶液浓度为53-58%，主要流入高温发生器102；在此过程中，高温发生器102和吸收器110相互连通。高温发生器102从热能输入124（温度范围为200-250℃）获得热能；热能输入124将稀释溴化锂溶液加热至沸腾，从而生成浓度为55-60%的浓缩溴化锂溶液并产生温度为130-150℃的水蒸汽。热能输入124一般可为蒸汽、过热水或者燃料或尾气燃烧产生的燃烧气。如热能输入124为过热蒸汽或燃料或尾气燃烧产生的燃烧气，则热回收器130则在高温发生器102后面收集热能输入的余热。稀释的溴化锂溶液则在进入高温发生器102中被浓缩之前，在高温热交换器114、116、118、120和122中被加热。稀释的溴化锂溶液也可在热回收器130（见图4）利用热能输入124的热能进一步被加热。

中温发生器104和高温发生器102相互连通，用于将浓缩的溴化锂溶液和温度为130-150℃的水蒸汽从高温发生器102输送至中温发生器104。浓缩的溴化锂溶液首先通过高温热交换器118，在该交换器中释放热能用以稀释溴化锂溶液。高温发生器102中产生的水蒸汽作为在中温发生器104中汽化浓缩的溴化锂溶液的热源。该水蒸汽将进一步浓缩溴化锂溶液，从而生成更高浓度的溴化锂溶液，浓度范围为57-62%，并产生温度范围为80-100℃的水蒸汽。在该过程中，水蒸汽作为热源通过发生器管道，对首次冷凝物进行浓缩。首次冷凝物通过高温制冷剂蒸汽换热器122，在该换热器中释放热能稀释溴化锂溶液。

低温发生器106则从与其连通的中温发生器104中接收较高浓度的溴化锂溶液和温度范围为80-100℃的水蒸汽。在低温发生器106中被汽化之前，较高浓度的溴化锂溶液作为热源通过中温热交换器116，以稀释溴化锂溶液。在中温发生器104中溴化锂溶液汽化产生的水蒸汽则作为低温发生器106的热源，对较高浓度的溴化锂溶液进行浓缩，因此获得高浓度的溴化锂溶液，浓度范围为59-64%。低温发生器106中获得的高浓度溴化锂溶液是本发明设计的工艺循环中所能达到的最高吸收剂浓度。通过低温发生器106的水蒸汽在释放热能后，将会被凝结产生二次冷凝物，二次冷凝物通过低温制冷剂蒸汽换热器120以进行进一步冷却。最后，从低温发生器106流出的高浓度溴化锂溶液通过低温热交换器114，在此释放热能稀释溴化锂溶液后喷入吸收器110。

流过低温制冷剂蒸汽换热器120的二次冷凝物、通过高温制冷剂蒸汽换热器122的首次冷凝物、以及在低温发生器106中产生的水蒸汽将被输送至冷凝器108，在此，利用供水管路126中通过的循环冷却水，冷凝物被进一步浓缩，蒸汽被冷凝，从而生成更加浓缩的冷凝物和30-40℃的温热水。初步冷凝通过冷凝器108的蒸汽的步骤能够减少冷凝器的负担。从冷凝器108中流出的冷凝物在高压下被进一步浓缩后，将被喷入蒸发器112。

见图3和图4，蒸发器112和吸收器110同处一个单体壳内。通过维持壳中的低压状态，进一步浓缩的高压冷凝物喷入蒸发器112后，在供水管路128中的循环冷水流经蒸发器112时，该冷水的热能在低温下将高压冷凝物汽化；因此将水温冷却至0-10℃。蒸发器112中因此产生的蒸汽被喷入吸收器110的高浓度溴化锂溶液吸收。在吸收了冷却剂蒸汽后，高浓度溴化锂溶液被稀释，并作为稀释的溴化锂溶液流出吸收器110。蒸汽吸收的过程产生稀释热被供水管路126流经冷凝器108的循环冷却水吸收，从而生成温度范围为35-45℃的温热水。流出蒸发器112的冷却剂气流通过泵送的方式被喷回蒸发器112的管路。

稀释的溴化锂溶液从吸收器110流出后通过泵送的方式连续通过热交换器114、116、118、120和122以及热回收器130。稀释的溴化锂溶液被分流，第一部分进入低温热交换器114，第二部分进入低温制冷剂蒸汽换热器120。低温热交换器114、中温热交换器116以及高温热交换器118依次相连。在系统200（图4）中，低温制冷剂蒸汽换热器120、高温冷剂蒸汽换热器122和热回收器130依次相连并与低温热交换器114、中温热交换器116和高温热交换器118并联。在系统100中，低温热交换器114和中温热交换器116与低温制冷剂蒸汽换热器120和高温冷剂蒸汽换热器122并联。

在经优化的系统100中，第一部分的稀释溴化锂溶液在低温热交换器114中利用高浓度溴化锂溶液的热能被加热，作为被加热的第一部分稀释溴化锂溶液。被加热的第一部分稀释溴化锂溶液在中温热交换器116中利用较高浓度溴化锂溶液的热能被加热，作为更高温度的第一部分稀释溴化锂溶液。第二部分的稀释溴化锂溶液在低温制冷剂蒸汽换热器120中被二次冷凝物的热能加热，作为被加热的第二部分稀释溴化锂溶液。被加热的第二部分稀释溴化锂溶液在高温制冷剂蒸汽换热器122中被首次冷凝物的热能加热，作为更高温度的第二部分稀释溴化锂溶液。更高温度的第一部分稀释溴化锂溶液和更高温度的第二部分稀释溴化锂溶液并流并流经高温热交换器118，在此过程中，溶液从浓缩的溴化锂溶液中获得热能，从而生成高温的稀释溴化锂溶液。高温的稀释溴化锂溶液被输送至高温发生器102进行汽化。系统100配有可编程逻辑控制(PLC)功能（图上未作列示），可在制冷循环中实现自动控制。

在经优化的系统200中，第一部分的稀释溴化锂溶液在低温热交换器114中利用高浓度溴化锂溶液的热能被加热，成为被加热的第一部分稀释溴化锂溶液。第一部分的稀释溴化锂溶液在中温热交换器116中利用较高浓度溴化锂溶液的热能被加热，成为更高温度的第一部分稀释溴化锂溶液。更高温度的第一部分稀释溴化锂溶液流经高温热交换器118，在此过程中，溶液吸收浓缩的溴化锂溶液的热能，生成高温的第一部分稀释溴化锂溶液。第二部分的稀释溴化锂溶液在低温制冷剂蒸汽换热器120中被二次冷凝物的热能加热，作为被加热的第二部分稀释溴化锂溶液。被加热的第二部分稀释溴化锂溶液在高温制冷剂蒸汽换热器122中被首次冷凝物的热能加热，作为更高温度的第二部分稀释溴化锂溶液。更高温度的第二部分稀释溴化锂溶液在热回收器130中利用高温热能输入124（蒸汽凝结或尾气/燃料气体）经过高温发生器102后的余热被再次加热，生成高温的第二部分稀释溴化锂溶液。热能输入124在被排放之前，已经适当冷却。更高温度的第一部分和第二部分稀释溴化锂溶液经并流后被输送至高温发生器102进行汽化。系统200配有可编程逻辑控制(PLC)功能（图上未作列示），可在制冷循环中实现自动控制。

技术优势

本发明设计的三效蒸汽吸收式制冷系统及其方法具有多个技术优势，包括但不限于：

●溴化锂溶液不会同时达到最高温度和最大浓度，因此，能够减少溴化锂的腐蚀速度并最大限度减少不可冷凝气体的产生，这有助于在操作过程中维持真空状态，因此使操作更加顺畅；

●由于溴化锂溶液在重力作用下从高温发生器102，通过中温发生器104流向低温发生器106，在将其从吸收器110泵送到高温发生器102时，仅需一个溶液泵；这可降低总体运作成本。

●由浓缩的溴化锂溶液在重力作用下流动，且仅需控制将稀释的溴化锂溶液泵送至高温发生器102的过程，因此，与常规系统相比，该系统相当便于操作。

●由于冷却水首先送入冷凝器108，这可降低总体工作压力，同时，由于冷凝温度低，还可以提高能效比；

●该系统配有一个内置的可编程逻辑控制，可实现自动控制，能够探测到可能发生的溴化锂结晶，并采取预防措施方式溴化锂结晶；以及

●由于与双效系统相比，该系统的工作能效比更高，该系统有助于减少外部热能输入需求，从而减少CO₂排放并降低成本。

在整个说明书中，术语“组成”或“构成”指包括一系列规定的元件、组件或步骤，或元件、组件或步骤组合，但不包括其他元件、组件或步骤，或元件、组件或步骤组合。

表述“至少”或“至少一个”指才一个或多个元件、成分或定量，在本发明说明中使用这种表述可达到一个或多个预定目标或结果。

本说明书中关于任何文件、动作、材料、设备、物品等讨论仅为论证本发明的内容。但这并非意味这所有这些事项构成前面内容的基础，也非与本发明领域相关的普及知识（在申请有限日之前即已被人知晓）。

各物理参数、尺寸或数量相关的数值仅为近似值，并假设这些数值高于/低于发明相关参数、尺寸或数量的设定值，除非在说明书中另有相反的特别说明。

在审阅各类应用了本发明原理的案例时，应理解所有图示案例仅为举例说明。当对本发明的具体特点进行强调时，其必然经过多次改良，这些修改体现在优化的系统中，但并未背离本发明的原理。以发明的性质进行的各类修改以及优化的系统显然是依照本发明原理而形成的成熟的工艺，必须了解，前述说明事项仅为发明的图示，并非涵盖所有的发明内容。

Claims (28)

1.一种三效蒸汽吸收式制冷系统（100、200），由以下部分组成：一高温发生器（102）、一中温发生器（104）、一低温发生器（106）、一冷凝器（108）、一吸收器（110）和一蒸发器（112）；

其特征在于：

■所述高温发生器（102）从与其相同的吸收器（110）中接收稀释的溴化锂溶液，并采用一个温度范围为200-250℃的热源（124）对稀释的溴化锂溶液进行浓缩，从而提供浓缩的溴化锂溶液，并产生温度范围为130-150℃的水蒸汽；

■所述中温发生器（104）从与其相连的高温发生器中接收浓缩的溴化锂溶液和温度范围为130-150℃的水蒸汽，并利用水蒸汽对该溴化锂溶液进行进一步浓缩，从而提供浓度更高的溴化锂溶液和温度范围为80-100℃的水蒸汽以及首次冷凝物；

■所述低温发生器(106)从与其相连的中温发生器（104）中接收浓度更高的溴化锂溶液和温度范围为80-100℃的水蒸汽，并利用水蒸汽对该溴化锂溶液进行进一步浓缩，从而提供浓度更高的溴化锂溶液，产生水蒸汽以及二次冷凝物；

■所述冷凝器（108)从与其相连的中温发生器（104）中接收首次冷凝物，从低温发生器（106）中接收而次冷凝物以及在低温发生器（106）中产生的水蒸汽，利用冷却水对冷凝物和水蒸汽进行进一步冷凝，提供更加浓缩的冷凝物，并生成温度范围为30-40℃的热水。

■所述蒸发器（112）与吸收器（110）同处一室，从与其连通的冷凝器（108）中接收进一步浓缩的冷凝物，然后利用循环冷水提供的热能将浓缩的冷凝物蒸发，从而提供温度范围为0-10℃的冷冻水并产生水蒸汽；以及

■所述吸收器（110）与蒸发器（112）同处一室，并从与其相连通的低温发生器（106）中接收已被浓缩的溴化锂溶液，从冷凝器（108）中接收温热水，在该吸收器中，蒸发器（112）所产生蒸汽被浓缩的溴化锂溶液吸收，从而生成稀释的溴化锂溶液，从而完成制冷循环，在该循环中，吸收过程所产生的稀释热被循环的温热水吸收，从而提供温度范围为35-45℃的温热水。

2.根据权利要求1所述的三效蒸汽吸收式制冷系统（100、200），其中所述系统（100、200）由一低温热交换器（114）、一中温热交换器（116）、一高温热交换器（118）、一低温制冷剂蒸汽换热器（120）和一高温制冷剂蒸汽换热器（122）组成，用于将稀释的溴化锂溶液在离开吸收器（110）后，被高温发生器（102）浓缩之前加热到150-180℃。

3.根据权利要求2所述的三效蒸汽吸收式制冷系统（200），其中在所述系统(200)中增加了一热回收器（130），其利用热能输入（124）的余热对从吸收器（110）流出的稀释溴化锂溶液进行加热。

4.根据权利要求2所述的三效蒸汽吸收式制冷系统（100、200），其中在该系统中，所述低温热交换器（114）、中温热交换器（116）和高温热交换器（118）依序以连贯的方式有效连接。

5.根据权利要求2所述的三效蒸汽吸收式制冷系统（100），其中在该系统中，所述低温制冷剂蒸汽换热器（120）和高温制冷剂蒸汽换热器（122）依序以连贯的方式有效连接并与高温热交换器（118）串联。

6.根据权利要求2所述的三效蒸汽吸收式制冷系统（100），其中在该系统中，所述低温制冷剂蒸汽换热器（120）和高温制冷剂蒸汽换热器（122）依序以连贯的方式有效连接并与中温热交换器（114）并联。

7.根据权利要求3所述的三效蒸汽吸收式制冷系统（200），其中在该系统中，所述低温制冷剂蒸汽换热器（120）、高温制冷剂蒸汽换热器（122）和热回收器（130）依序以连贯的方式有效连接并与低温热交换器（114）、中温热交换器（116）和高温热交换器（118）并联。

8.根据权利要求2所述的三效蒸汽吸收式制冷系统（100、200），其中在该系统中，将所述低温热交换器（114）连接在所述低温发生器（106）和所述吸收器（110）中间，从而该低温热交换器（114）可以利用浓缩溴化锂溶液的热能。

9.根据权利要求2所述的三效蒸汽吸收式制冷系统（100、200），其中在该系统中，将所述中温热交换器（116）连接在所述中温发生器（104）和所述低温发生器（106）中间，从而该中温热交换器（116）可以利用浓缩溴化锂溶液的热能。

10.根据权利要求2所述的三效蒸汽吸收式制冷系统（100、200），其中在该系统中，将所述高温热交换器（118）连接在所述高温发生器（102）和所述中温发生器（104）中间，从而该高温热交换器（118）可以利用浓缩溴化锂溶液的热能。

11.根据权利要求2所述的三效蒸汽吸收式制冷系统（100、200），其中在该系统中，将所述低温制冷剂蒸汽换热器（120）连接在所述低温发生器（106）和所述冷凝器（108）中间，从而该低温制冷剂蒸汽换热器（120）可以利用二次冷凝物的热能。

12.根据权利要求2所述的三效蒸汽吸收式制冷系统（100、200），其中在该系统中，将所述高温制冷剂蒸汽换热器（122）连接在所述中温发生器（104）和所述冷凝器（108）中间，从而该高温制冷剂蒸汽换热器（122)可以利用首次冷凝物的热能。

13.一种操作三效蒸汽吸收式制冷系统使其产生制冷效果的方法，所述方法包括以下步骤：

■利用200-250℃的热源在高温发生器中将浓度为53-58%的稀释溴化锂溶液汽化，以获得浓度为55-60%的浓缩溴化锂溶液以及温度为130-150℃的水蒸汽；

■利用温度范围为130-150℃的水蒸汽在中温发生器中将浓缩溴化锂溶液汽化，获得浓度为57-62%的浓缩溴化锂溶液和温度为80-100℃的水蒸汽，从而产生首次冷凝物；

■利用温度范围为80-100℃的水蒸汽在低温发生器中将更加浓缩的溴化锂溶液汽化，获得浓度为59-64%的浓缩溴化锂溶液和水蒸汽，从而产生二次冷凝物；

■利用25-35℃的冷却水将首次冷凝物、二次冷凝物和低温发生器中产生的水蒸汽在冷凝器中冷凝，以获得进一步浓缩的、压力更大的冷凝物，并生成温度范围为30-40℃的温热水；

■利用循环冷水的热能将进一步浓缩的冷凝物在蒸发器中进行蒸发，产生水蒸汽并生成温度为0-10℃的冷水；以及

■浓度最大的溴化锂溶液在吸收器中吸收蒸汽，从而产生稀释的溴化锂溶液，在吸收过程中产生的稀释热被温热水吸收从而生成温度范围为35-45℃的温热水。

14.根据权利要求13所述的方法，其包括将从吸收器流出的稀释溴化锂溶液分流，第一部分流向低温热交换器，第二部分流向低温制冷剂蒸汽换热器。

15.根据权利要求14所述的方法，其包括利用浓缩的溴化锂溶液的热能在高温热交换器中将第一部分稀释溴化锂溶液加热的步骤，从而获得被加热的第一部分稀释溴化锂溶液，温度范围为65-75℃。

16.根据权利要求15所述的方法，其包括利用较高浓度的溴化锂溶液的热能在中温热交换器中将加热后的第一部分稀释溴化锂溶液再次加热的步骤，从而获得更高温度的第一部分稀释溴化锂溶液，温度范围为120-130℃。

17.根据权利要求14所述的方法，其包括利用二次冷凝物的热能在低温制冷剂蒸汽换热器中将第二部分稀释溴化锂溶液加热的步骤，从而获得被加热的第二部分稀释溴化锂溶液，温度范围为65-75℃。

18.根据权利要求17所述的方法，其包括利用首次冷凝物的热能在高温制冷剂蒸汽换热器中将被加热的第二部分稀释溴化锂溶液再次加热的步骤，从而获得更高温度的第二部分稀释溴化锂溶液，温度范围为120-130℃。

19.根据前述任一条权利要求所述的方法，其包括将被再次加热的第一部分稀释溴化锂溶液和被再次加热的第二部分稀释溴化锂溶液并流，从而获得更高温度的稀释溴化锂溶液，温度范围为120-130℃。

20.根据权利要求19条所述的方法，其包括利用浓缩溴化锂溶液的热能在高温热交换器中将被再次加热的稀释溴化锂溶液的并流又一次加热的步骤，从而被又一次加热的稀释溴化锂溶液，温度范围为170-190℃。

21.根据权利要求16所述的方法，其包括利用浓缩溴化锂溶液的热能在高温热交换器中将被再次加热的第一部分稀释溴化锂溶液又一次加热的步骤，从而获得被又一次加热的第一部分稀释溴化锂溶液，温度范围为170-190℃。

22.根据权利要求18所述的方法，其包括利用热量输入的余热在热回收器中将被再次加热的第二部分稀释溴化锂溶液又一次加热的步骤，从而获得被又一次加热的第二部分稀释溴化锂溶液，温度范围为170-190℃。

23.根据前述任一条权利要求所述的方法，其包括将被又一次加热的第一部分稀释溴化锂溶液和被又一次加热的第二部分稀释溴化锂溶液并流的步骤。

24.根据前述任一条权利要求所述的方法，其包括在高温发生器中将被又一次加热的稀释溴化锂溶液汽化的步骤。

25.根据权利要求13所述的方法，其包括在三效蒸汽吸收式制冷系统产生制冷效应过程中保持真空状态的步骤，在该过程中，不允许溴化锂溶液同时达到最大浓度及最高温度，因此降低溴化锂的腐蚀速度，并最大限度减少不可凝结气体的产生。

26.根据权利要求13所述的方法，其包括使溴化锂溶液从高温发生器通过中温发生器在重力作用以及吸收器和高温发生器之间单体溶液泵的作用下流入低温发生器的步骤。

27.根据权利要求13所述的方法，其包括使浓缩的溴化锂溶液在重力作用下流动的步骤，其中只需控制稀释的溴化锂溶液从吸收器流向高温发生器的过程。

28.根据权利要求13所述的方法，其包括将冷却水首先输送入冷凝器的步骤，从而降低总体工作压力并增大能效比（COP）。

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