CN103398501A - 热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统 - Google Patents

Abstract

一种热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统：主压缩机高压出口依次连接蒸汽发生器换热入口、后冷却器第一高压入口和冷箱入口，冷箱出口连接主压缩机低压入口形成主压缩制冷循环回路；蒸汽发生器上端蒸汽出口依次连接与后冷却器第二高压入口、蒸发器低压入口、吸收器中部入口、后冷却器低压入口、吸收器上部换热入口；吸收器下端出口通过换热器连接蒸汽发生器；蒸汽发生器液体出口通过换热器低压入口连接吸收器上端入口形成吸收式制冷循环回路；本发明充分利用压缩式制冷循环中的热量驱动吸收式制冷循环，产生冷量预冷冷却后的深冷混合工质制冷剂，增强系统对高环境温度适应性，节省能源，提高主制冷系统效率。

Description

热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统

技术领域

本发明属于制冷与低温系统中的制冷系统，特别涉及一种热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统。

背景技术

深冷混合工质节流制冷的最大优点之一就是可以采取普冷领域成熟的压缩机驱动实现低温制冷；其制冷机理是利用具有不同沸点的多元混合物回热（Recuperation）制冷来实现低温；在这种制冷技术中，压缩机出来的高压制冷剂需要经过后冷却器由空气或者其他冷却介质冷却至环境温度，然后进入间壁式回热换热器被返流低压混合制冷剂逐渐冷却至节流前的低温，然后节流后实现最低的制冷温度，节流后的低压制冷剂在蒸发器内提供所需的低温制冷，然后返回回热换热器对高压制冷剂实现预冷；或者是在回热换热器内实现对被冷却对象的逐渐冷却，例如气体液化（常见的天然气液化流程）；由于采用具有不同沸点的多元混合物工质，因此在回热换热器内高压制冷剂逐渐冷却而低压制冷剂逐渐复温；这种制冷剂为了实现较高的工作效率，尤其是在环境温度较高时，必须采用较多的高沸点组元；但是高沸点组元的过多采用，必然降低中低沸点组元的比例，因此采取其他制冷机预冷成为一种解决方式，例如常见的丙烷预冷的混合制冷剂天然气液化流程（C3/MRC）。采取额外的预冷系统必然增加额外费用及系统复杂程度，当然也增加了额外的能耗。

另一个方面，在上述混合工质深冷制冷系统中，压缩机压缩混合制冷剂会产生压缩热，导致制冷剂排气温度较高，其最高排气温度会在100℃左右甚至更高；这部分热量通常在后冷却器（由于通常不会阐述冷凝液，因此一般不称为冷凝器）中放散至环境温度；根据热力学原理，这些热量的放散是必须的放热，另外吸收式制冷系统是采用热驱动的制冷技术，在部分单效制冷系统中，在热源温度80℃时，可以在10℃左右获取COP为0.5左右的制冷效果；因此可以利用压缩机产生的压缩热驱动吸收式制冷循环，产生冷量用来预冷后冷却器的高压制冷剂，使其从环境温度再降低10～20K，这样会显著增强系统对于环境温度的适应性，并且有利于提高主制冷系统的效率；当然对于某些应用场合，例如在天然气液化场合，还可以用燃烧部分闪蒸气的方式获得更高温度的驱动热源，驱动多效吸收式制冷系统实现更低些温度的预冷，例如-10～0℃等；在采用现场燃气发电驱动的系统，还可以利用内燃发电机排放尾气（通常温度也在100～300℃以上）驱动吸收式制冷系统。

目前，利用压缩机产生的压缩热驱动吸收式制冷机的系统已经有所报道，其中发明专利CN101135511A，提供了一种压缩-吸收混合式制冷机，其技术关键在于使用集热系统将冷凝器和压缩机产生的热量对发生器内的溴化锂溶液进行加热，节省了能源消耗。上述系统吸收热量所需的温度较高，且并未涉及将冷量用于压缩制冷系统的预冷，对压缩制冷系统的制冷效率提高非常有限。

另一方面，目前也有涉及复合循环预冷压缩制冷系统的技术方案，例如实用新型CN202216448U所示，其中采用氨水-氢气扩散吸收式制冷与蒸汽压缩制冷联合循环装置，利用压缩机出口的压缩热驱动扩散吸收式制冷系统，扩散吸收式制冷系统制取的冷量用来对蒸汽压缩制冷系统进行预冷，这种制冷方式获得的冷量很小，一般在0.1kW左右，无法满足工业领域蒸汽压缩制冷循环的预冷需要。

根据上述阐述，可以发现现有技术中，有的未考虑将吸收式制冷产生的冷量应用于蒸汽压缩预冷，有的未考虑吸收式制冷，利用压缩热的制冷量较小，且都存在利用热能范围受限的问题。本发明提出一种利用主压缩机排热驱动吸收式制冷机实现主系统预冷的复合循环，通过利用吸收式制冷回收主压缩机产生的压缩热或其他多效热源，将产生的冷量用于预冷主压缩循环混合制冷剂，实现制冷效率的提高，并有效利用了多种余热，减小向环境释放的热量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统，该系统利用压缩机排热或其他多效热源，利用吸收式制冷系统产生的冷量预冷压缩制冷系统，无需额外功耗，在减少向环境散热的同时，提高压缩制冷循环的制冷效率，可用于多种场合和环境的低温制冷领域。

本发明的技术方案如下：

如图1所示，本发明提供的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统，其由主压缩机C、后冷却器D、冷箱R、第一蒸汽发生器G、节流阀V、蒸发器H1、吸收器A、第一驱动泵P1、第二驱动泵P2和第一换热器H2组成；

所述主压缩机C的高压出口与后冷却器D的高压入口连接，后冷却器D的高压出口连接蒸发器H1的高压入口，蒸发器H1的高压出口与冷箱R入口连接，冷箱R出口连接主压缩机C的低压入口并形成主压缩制冷循环回路；所述主压缩制冷循环回路使用混合制冷工质；所述混合制冷工质为选自氮气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的两种、三种或多种工质组成的混合制冷工质；第一蒸汽发生器G吸收主压缩机C产生的压缩热产生蒸汽；

所述的第一蒸汽发生器G上端蒸汽出口与后冷却器D的第二高压入口连接，后冷却器D的第二高压出口通过节流阀V与蒸发器H1的低压入口连接，蒸发器H1的低压出口连接吸收器A的中部入口；吸收器A的下部换热出口通过所述的第二驱动泵P2与后冷却器D的低压入口连接，后冷却器D的低压出口与吸收器A的上部换热入口连接；吸收器A的下端出口通过第一驱动泵P1连接第一换热器H2的第二高压入口，第一换热器H2的第二高压出口与第一蒸汽发生器G相连接，第一蒸汽发生器G下端液体出口连接第一换热器H2的低压入口，第一换热器H2的低压出口连接吸收器A的上端入口，并形成吸收式制冷循环回路；所述吸收式制冷循环回路使用吸收制冷工质；所述吸收制冷工质包括（但不局限于）溴化锂-水溶液和氨-水溶液的吸收制冷工质。

所述第一换热器H2可采用三股流换热器第二换热器H22，利用主压缩循环回路中混合制冷工质压缩产生的热量提高吸收制冷工质的温度，如图2所示。

如图3所示，本发明提供的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统，还可由主压缩机C、后冷却器D、冷箱R、第二蒸汽发生器G11、蒸汽发生吸收器G22、节流阀V、蒸发器H1、吸收器A、第一驱动泵P1、第二驱动泵P2、第三驱动泵P3、第二换热器H22和第三换热器H3组成；

所述主压缩机C的高压出口与蒸汽发生吸收器G22的换热入口连接，蒸汽发生吸收器G2的换热出口连接第二换热器H22的第一高压入口，第二换热器H22的第一高压出口连接后冷却器D的第一高压入口，后冷却器D的第一高压出口连接蒸发器H1的高压入口，蒸发器H1的高压出口与冷箱R入口连接，冷箱R的出口连接主压缩机C的低压入口并形成主压缩制冷循环回路；所述主压缩制冷循环回路使用混合制冷工质，所述混合制冷工质为选自氮气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的两种、三种或多种工质组成的混合制冷工质；

所述第二蒸汽发生器G11的换热出入口分别与余热管道相连；所述第二蒸汽发生器G11的上端出口和蒸汽发生吸收器G22的上端出口相连的同时与后冷却器D的第二高压入口连接，后冷却器D的第二高压出口通过节流阀V与蒸发器H1的低压入口连接，蒸发器H1的低压出口分成第一吸收支路M1及第二吸收支路M2两路；所述第一吸收支路M1连接蒸汽发生吸收器G22的下方吸收入口，蒸汽发生吸收器G22的下方吸收出口通过第三驱动泵P3与第三换热器H3的高压入口连接，第三换热器H3的高压出口与第二蒸汽发生器G11入口连接；第二蒸汽发生器G11下方出口与第三换热器H3低压入口连接，第三换热器H3的低压出口与蒸汽发生吸收器G22的上部吸收入口连接；所述第二吸收支路M2连接于吸收器A入口，吸收器A的换热出口连接通过第二驱动泵P2与后冷却器D的低压入口连接，后冷却器D的低压出口与吸收器A的换热入口连接；吸收器A底端出口通过第一驱动泵P1与第二换热器H22的第二高压入口连接，第二换热器H22的第二高压出口与蒸汽发生吸收器G22的发生器入口连接；蒸汽发生吸收器G22的底端出口连接第二换热器H22的低压入口，第二换热器H22的低压出口连接吸收器A上端入口并形成吸收式制冷循环回路；所述吸收式制冷循环回路使用吸收制冷工质；所述吸收制冷工质包括（但不局限于）溴化锂-水溶液和氨-水溶液的吸收制冷工质。

蒸汽发生吸收器G22由蒸汽发生器和吸收器耦合而成。

驱动第二蒸汽发生器G11的热量源于多种工业系统产生的余热，如对于存在尾气（BOG）的液化系统，燃烧BOG的方式产生的余热等。

所述第二换热器H22为三股流换热器，利用主压缩循环回路中混合制冷工质压缩产生的热量提高吸收制冷工质的温度。

本发明的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统具有如下优点：本发明的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统，通过压缩机排放的热量驱动吸收式制冷机制冷，将制冷机产生的冷量再用于预冷压缩制冷系统；在具备条件的工业环境中，还可利用尾气燃烧热等其它余热热源来驱动吸收式制冷机制冷，产生更好的制冷效果；本发明的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统可回收压缩机排放的压缩热或其它类型余热，无需额外能量输入，在减少向环境散热排放的同时，提高压缩制冷循环的制冷效率，可应用于多种场合或环境的低温制冷领域。

附图说明

图1为本发明的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统的结构示意图；

图2为本发明的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统（也是实施例1）的结构示意图；

图3为本发明的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统（也是实施例2）的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步阐述本发明。

实施例1

如图2所示，本实施例1的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统，其由主压缩机C、后冷却器D、冷箱R、第一蒸汽发生器G、节流阀V、蒸发器H1、吸收器A、第一驱动泵P1、第二驱动泵P2和第二换热器H22组成；

所述主压缩机C的高压出口与第一蒸汽发生器G的换热入口连接，第一蒸汽发生器G的换热出口连接第二换热器H22的第一高压入口，第二换热器H22的第一高压出口连接后冷却器D的第一高压入口，后冷却器D的第一高压出口连接蒸发器H1的高压入口，蒸发器H1的高压出口与冷箱R入口连接，冷箱R出口连接主压缩机C的低压入口并形成主压缩制冷循环回路；所述主压缩制冷循环回路使用的混合制冷工质为氮气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷的混合物；实际上，本发明主压缩制冷循环回路使用混合制冷工质可为选自氮气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的两种、三种或多种工质组成的混合制冷工质；第一蒸汽发生器G吸收主压缩机C产生的压缩热产生蒸汽；

所述的第一蒸汽发生器G上端蒸汽出口与后冷却器D的第二高压入口连接，后冷却器D的第二高压出口通过节流阀V与蒸发器H1的低压入口连接，蒸发器H1的低压出口连接吸收器A的中部入口；吸收器A的下部换热出口通过所述的第二驱动泵P2与后冷却器D的低压入口连接，后冷却器D的低压出口与吸收器A的上部换热入口连接；吸收器A的下端出口通过第一驱动泵P1连接第二换热器H22的第二高压入口，第二换热器H22的第二高压出口与第一蒸汽发生器G相连接，第一蒸汽发生器G下端液体出口连接第二换热器H22的低压入口，第二换热器H22的低压出口连接吸收器A的上端入口，并形成吸收式制冷循环回路；所述吸收式制冷循环回路使用吸收制冷工质；所述吸收制冷工质为包括但不局限于溴化锂-水溶液或氨-水溶液的吸收制冷工质；本实施例选用氨-水溶液。

本实施例的压缩制冷循环回路中，制冷剂（混合制冷工质）在主压缩机C中被压缩后进入第一发生器G中释放压缩热，之后进入第二换热器H22中换热，然后进入后冷却器D中被冷凝，流入蒸发器H1被预冷，然后进入冷箱R中完成制冷过程，最终回到主压缩机C低压；

本实施例的吸收式制冷循环回路中，氨-水溶液（吸收制冷工质）在第一蒸汽发生器G中被混合制冷工质释放的压缩热加热，产生的氨蒸汽在顶部排出，进入后冷却器D中冷凝，再经节流阀V节流后进入蒸发器H1中预冷主冷循环制冷剂，然后进入吸收器A；

从第一蒸汽发生器G底部排出的氨-水溶液，经第二换热器H22换热后，进入吸收器A中吸收蒸发器H1中产生的氨蒸汽，吸收过程中放出的热量被第二驱动泵P2循环带走，吸收后产生的氨-水溶液被第一驱动泵P1经第二换热器H22加热后输运，最后又回到第一蒸汽发生器G中。

整个系统中，吸收式制冷循环吸收蒸汽压缩制冷循环产生的压缩热，将产生的冷量冷却蒸汽压缩制冷循环节流前的混合制冷工质，有效的提高了蒸汽压缩制冷循环效率；另外，主压缩机C排气基本是气相，在第一蒸汽发生器G的换热过程中不发生相变，因此可将第一蒸汽发生器G和第二换热器H22耦合成一个变温发生器，在第一蒸汽发生器G后的第二换热器H22中进一步释放热量，提高氨-水溶液进入发生器的温度，充分回收热能，减少了向环境排放的热量，具有较好的环保节能特点。

实施例2

本发明的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统，利用压缩机排热及其他形式的可吸收余热多效驱动吸收式制冷机的复合循环对主系统实现预冷。

如图3所示，本实施例2与实施例1的区别在于增加了一个吸收式制冷循环回路，并且在发生器中耦合了吸收器；

本实施例的主压缩制冷循环回路与实施例1相同，本实施例所述主压缩制冷循环回路使用的混合制冷工质为氮气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷的混合物；实际上，本发明主压缩制冷循环回路使用混合制冷工质可为选自氮气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的两种、三种或多种工质组成的混合制冷工质；

本实施例的吸收式制冷循环侧，吸收制冷工质离子液体DMP（1，3-二甲基咪唑磷酸二甲基酯盐）和甲醇在第二蒸汽发生器G11中吸收了工业系统产生的余热热量，产生的甲醇蒸汽进入后冷却器D中被冷凝，经节流阀V节流后进入蒸发器H1预冷主压缩循环制冷剂，蒸发后的甲醇分成第一吸收支路M1及第二吸收支路M2两路分别进入蒸汽发生吸收器G22和吸收器A中；

进入蒸汽发生吸收器G22的甲醇被第二蒸汽发生器G11排出经第三换热器H3换热的DMP溶液吸收，产生的DMP溶液由第三驱动泵P3输运经第三换热器H3换热后回到第二蒸汽发生器G11，吸收过程中放出的热量和主压缩制冷循环释放的压缩热共同驱动蒸汽发生吸收器G22产生甲醇蒸汽；

进入吸收器A的甲醇蒸汽被蒸汽发生吸收器G22排出经第二换热器H22换热的DMP溶液吸收，产生的DMP溶液由第一驱动泵P1输运经第二换热器H22换热后回到蒸汽发生吸收器G22，吸收过程中放出的热量由第二驱动泵P2输运至后冷却器D中带走，循环重复进行。

本实施例中，余热热源和蒸汽压缩制冷循环产生的压缩热共同驱动，形成多效吸收式制冷循环，提供的预冷制冷量更大，更好的提高了能源利用效率和蒸汽压缩制冷循环效率；此外，两级吸收式制冷循环共用了后冷却器和蒸发器，发生器和吸收器也相互耦合为蒸汽发生吸收器，从而使循环流程较为简洁。

驱动本发明的第二蒸汽发生器G11的热量源于多种工业系统产生的余热，如存在尾气（BOG）的液化系统中燃烧BOG方式产生的余热等。

Claims (6)

1.一种热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统，其由主压缩机（C）、后冷却器（D）、冷箱（R）、第一蒸汽发生器（G）、节流阀（V）、蒸发器（H1）、吸收器（A）、第一驱动泵（P1）、第二驱动泵（P2）和第一换热器（H2）组成；

所述主压缩机（C）的高压出口与第一蒸汽发生器（G）的换热入口连接，第一蒸汽发生器（G）的换热出口连接后冷却器（D）的第一高压入口，后冷却器（D）的第一高压出口连接蒸发器（H1）的高压入口，蒸发器（H1）的高压出口与冷箱（R）入口连接，冷箱（R）出口连接主压缩机（C）的低压入口并形成主压缩制冷循环回路；所述主压缩制冷循环回路使用混合制冷工质；所述混合制冷工质为选自氮气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的两种、三种或多种工质组成的混合制冷工质；第一蒸汽发生器（G）吸收主压缩机（C）产生的压缩热产生蒸汽；

所述的第一蒸汽发生器（G）上端蒸汽出口与后冷却器（D）的第二高压入口连接，后冷却器（D）的第二高压出口通过节流阀（V）与蒸发器（H1）的低压入口连接，蒸发器（H1）的低压出口连接吸收器（A）的中部入口；吸收器（A）的下部换热出口通过所述的第二驱动泵（P2）与后冷却器（D）的低压入口连接，后冷却器（D）的低压出口与吸收器（A）的上部换热入口连接；吸收器（A）的下端出口通过第一驱动泵（P1）连接第一换热器（H2）的高压入口，第一换热器（H2）的高压出口与第一蒸汽发生器（G）相连接，第一蒸汽发生器（G）下端液体出口连接第一换热器（H2）的低压入口，第一换热器（H2）的低压出口连接吸收器（A）的上端入口，并形成吸收式制冷循环回路；所述吸收式制冷循环回路使用吸收制冷工质；所述吸收制冷工质包括溴化锂-水溶液和氨-水溶液的吸收制冷工质。

2.按权利要求1所述的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统，其特征在于，所述第一换热器（H2）可为三股流换热器，可利用主压缩循环回路中混合制冷工质压缩产生的热量提高吸收制冷工质的温度。

3.一种热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统，其由主压缩机（C）、后冷却器（D）、冷箱（R）、第二蒸汽发生器（G11）、蒸汽发生吸收器（G22）、节流阀（V）、蒸发器（H1）、吸收器（A）、第一驱动泵（P1）、第二驱动泵（P2）、第三驱动泵（P3）、第二换热器（H22）和第三换热器（H3）组成；

所述主压缩机（C）的高压出口与蒸汽发生吸收器（G22）的换热入口连接，蒸汽发生吸收器（G2）的换热出口连接第二换热器（H22）的第一高压入口，第二换热器（H22）的第一高压出口连接后冷却器（D）的第一高压入口，后冷却器（D）的第一高压出口连接蒸发器（H1）的高压入口，蒸发器（H1）的高压出口与冷箱（R）入口连接，冷箱（R）的出口连接主压缩机（C）的低压入口并形成主压缩制冷循环回路；所述主压缩制冷循环回路使用混合制冷工质，所述混合制冷工质为选自氮气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的两种、三种或多种工质组成的混合制冷工质；

所述第二蒸汽发生器（G11）的换热出入口分别与余热管道相连；所述第二蒸汽发生器（G11）的上端出口和蒸汽发生吸收器（G22）的上端出口相连的同时与后冷却器（D）的第二高压入口连接，后冷却器（D）的第二高压出口通过节流阀（V）与蒸发器（H1）的低压入口连接，蒸发器（H1）的低压出口分成第一吸收支路（M1）及第二吸收支路（M2）两路；所述第一吸收支路（M1）连接蒸汽发生吸收器（G22）的下方吸收入口，蒸汽发生吸收器（G22）的下方吸收出口通过第三驱动泵（P3）与第三换热器（H3）的高压入口连接，第三换热器（H3）的高压出口与第二蒸汽发生器（G11）入口连接；第二蒸汽发生器（G11）下方出口与第三换热器（H3）低压入口连接，第三换热器（H3）的低压出口与蒸汽发生吸收器（G22）的上部吸收入口连接；所述第二吸收支路（M2）连接于吸收器（A）入口，吸收器（A）的换热出口连接通过第二驱动泵（P2）与后冷却器（D）的低压入口连接，后冷却器（D）的低压出口与吸收器（A）的换热入口连接；吸收器（A）底端出口通过第一驱动泵（P1）与第二换热器（H22）的第二高压入口连接，第二换热器（H22）的第二高压出口与蒸汽发生吸收器（G22）的发生器入口连接；蒸汽发生吸收器（G22）的底端出口连接第二换热器（H22）的低压入口，第二换热器（H22）的低压出口连接吸收器（A）上端入口并形成吸收式制冷循环回路；所述吸收式制冷循环回路使用吸收制冷工质；所述吸收制冷工质包括溴化锂-水溶液和氨-水溶液的吸收制冷工质。

4.按权利要求3所述的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统，其特征在于，蒸汽发生吸收器（G22）由蒸汽发生器和吸收器耦合而成。

5.按权利要求4所述的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统，其特征在于，驱动第二蒸汽发生器（G11）的热量源于多种工业系统产生的余热。

6.按权利要求4所述的热源驱动吸收式制冷实现主制冷系统预冷的复合制冷系统，其特征在于，所述第二换热器（H22）为三股流换热器，利用主压缩循环回路中混合制冷工质压缩产生的热量提高吸收制冷工质的温度。

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