CN103913007B - 一种吸收发生换热型吸收式制冷机及其循环方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸收发生换热型吸收式制冷机，包括高压腔体、中压腔体和低压腔体，所述高压腔体内有高温发生器，所述中压腔体内有冷凝器和冷凝发生器，所述低压腔体内有蒸发器和吸收器，其中,所述高压腔体内还有吸收发生换热吸收器，所述中压腔体内还有吸收发生换热发生器，所述吸收发生换热吸收器将吸收热传递给所述吸收发生换热发生器。本发明可实现吸收发生换热型吸收式制冷循环,可以在单效吸收式制冷机的热源温度范围、双效吸收式制冷机的热源温度范围以及二者之间的温度范围工作，并且在三个温度范围内均可以较高效率利用热源，产生相应的制冷效果，为以太阳能集热器为热源的吸收式制冷提供了一种适应性较强，效率较高的设计方案。

Description

一种吸收发生换热型吸收式制冷机及其循环方式

技术领域

本发明涉及一种制冷机，尤其涉及一种吸收发生换热型吸收式制冷机。

背景技术

吸收式制冷作为一种可以利用低品位热能进行制冷的技术已经发展的较为成熟，其中单效吸收式制冷以及双效吸收式制冷的技术稳定、简单，效率也比较可观。其中以溴化锂水溶液和氨水为工质的吸收式制冷机组已经商用，而商用机组中的大部分都是以前者的形式出现。以溴化锂水溶液为工质的单效吸收式制冷机组在标准工况下较为适合使用80℃-90℃的热源，如果热源温度低于此范围，系统制冷的效率会降低甚至无法工作，如果热源温度高于此范围，系统对热源的利用则不够充分，甚至会产生结晶。同样地，双效吸收式制冷机组较为适合140℃-150℃的热源，而热源温度低于或高于此范围时，双效吸收式制冷也会出现与单效吸收式制冷相似的情况。也即传统吸收式制冷机组对热源温度的适应性较差。

另一方面，由于太阳能是一种清洁、取之不尽用之不竭的能源，针对太阳能利用的研究也是近几十年的研究热点之一。太阳能的利用主要分为太阳能的光电转换和光热转换，由于吸收式制冷机是使用热能作为驱动能源的，因此，吸收式制冷机可以和太阳能搭配作为一种清洁的制冷方式。太阳能驱动吸收式制冷和传统直燃式吸收式制冷相比少了很多污染，且消耗能源少，故在近年来被世界各地的研究者研究。

由于太阳能集热器有多种形式，且能产生不同温度的热能，故可以选出与单效双效吸收式制冷机组相匹配的太阳能集热器来与之匹配，如单效吸收式制冷机组与板式集热器、热管式集热器等低温集热器搭配，双效吸收式制冷机组与带抛物面的集热器、菲涅尔透镜集热器等中温集热器搭配。但太阳能集热器的工作受天气和时间的影响，无法一天二十四小时持续稳定工作，产生的热能温度也会发生变化，这使得太阳能集热器与吸收式制冷机组的匹配不够稳定，常常需要一个储水箱作为中间缓冲。

虽然采取各种加强措施，但太阳能的不稳定仍然会使热源与吸收机组无法完美匹配。例如，单效吸收机与低温集热器的组合，在正午前后几个小时可以使用，而其他时间无法使用。而单效吸收机与中温集热器的组合，虽然可以比与低温集热器的组合有更长的工作时间，但在相当一段时间内，集热器所提供热能的温度是超过吸收式制冷机所需要的温度，从而在能源品位上造成了浪费。而中温集热器所需的投资又要高出低温集热器，更需要对其产生的热能从品位上充分利用才能体现其价值。因此需要一种新的吸收式制冷机技术，使吸收式制冷机对热源的适应性超出传统吸收式制冷机，最好可以与中温集热器匹配以解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对传统单效和双效吸收式制冷机对热源适应性较差的缺陷，提供一种可以在在单效吸收式制冷机热源温度及双效吸收式制冷机热源温度间均可工作，且相对能够充分利用热源品位的吸收式制冷机，即吸收发生换热型吸收式制冷机。

本发明吸收发生换热型吸收式制冷机的结构如下：

机组有三个压力不同的腔体：高压腔体、中压腔体和低压腔体；高压腔体内包括高温发生器和吸收发生换热吸收器，中压腔体内包括吸收发生换热发生器、冷凝发生器和冷凝器，低压腔体内包括吸收器、蒸发器和冷剂盘，此外还包括溶液热交换器、溶液泵、冷剂泵、若干节流装置、若干布液装置以及必要时加入的压力水箱等部件。本制冷机使用的工作介质包括制冷剂及其溶液，且所述溶液的浓度是指溶液中制冷剂的浓度。

所述吸收发生换热型吸收式制冷机的循环过程如下：

1)低压腔体内的溶液经溶液泵流入高压腔体；

2）流入高压腔体的溶液一部分被高温发生器的热源加热，发生成为高压冷剂蒸汽和高温稀溶液，该高温稀溶液流回低压腔体，冷剂蒸汽充满高压腔体；

3）流入高压腔体的溶液另一部分在吸收发生换热吸收器处吸收一部分由高温发生器产生的高压冷剂蒸汽变为浓溶液并释放吸收热，该浓溶液流动至中压腔体内的冷凝发生器处；

4）高压腔体内另一部分高压冷剂蒸汽进入冷凝发生器，冷凝为冷剂液体并释放冷凝热，该冷凝热加热流至冷凝发生器处的浓溶液，使其发生为中压冷剂蒸汽和浓度降低的溶液，该溶液流至吸收发生换热发生器处；

5）流至吸收发生换热发生器处的浓度降低的溶液被吸收发生换热吸收器传递的吸收发生换热吸收器处的吸收热加热，再次发生，成为中压稀溶液和中压冷剂蒸汽，中压稀溶液回到低压腔体；

6）冷凝发生器和吸收发生换热发生器产生的中压冷剂蒸汽在冷凝器处冷凝，并形成冷剂液体与冷凝发生器处产生的冷剂液体一起进入蒸发器；

7）蒸发器中来自于中压腔体和来自于冷剂盘的冷剂液体吸收外部热量变为冷剂蒸汽；

8）流入低压腔体的稀溶液在吸收器处吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，形成正常浓度溶液，并被溶液泵重新泵入高压腔体内。如此形成一个完整的循环。

本发明吸收发生换热型吸收式制冷机的关键部件在于所述吸收发生换热吸收器和吸收发生换热发生器，所述吸收发生换热吸收器将吸收热传递给所述吸收发生换热发生器。二者的换热是本机组比单效吸收式制冷机产生额外冷量的原因，即通过吸收发生换热吸收器产生浓溶液，该浓溶液可以被高压蒸汽的冷凝热加热发生，而经过一次发生的溶液又可以再次被吸收发生换热吸收器的吸收热加热再次发生，如此，第一次的发生过程产生的冷剂蒸汽即可产生相对单效吸收式制冷机多出的额外冷量。

进一步地，所述吸收发生换热型吸收式制冷机还包括对热源温度做出反应的控制装置。

进一步地，所述吸收发生换热型吸收式制冷机，可以通过调节装置使机组对不同温度热源进行较好的匹配。当热源温度较高时，使吸收发生换热吸收器吸收的冷剂蒸汽减少，冷凝发生器中冷凝的气体增加，从而增加机组制冷效率；反之，当热源温度较低时，使吸收发生换热吸收器吸收的冷剂蒸汽增加，增加吸收发生换热吸收器流出溶液的浓度，使机组循环能够在较低的高压冷凝温度下依然产生额外制冷量。

进一步地，当热源温度过高时，可以通过调节装置停止吸收发生换热，使该吸收式制冷机以等同于传统双效吸收式制冷机的形式工作；而当热源温度过低时，可以通过调节装置停止高压腔体工作而对中压发生器进行加热，或者使高压腔体与中压腔体连通且停止吸收发生换热，使该吸收式制冷机以等同于传统单效吸收式制冷机的形式工作。

进一步地，所述溶液热交换器可利用所述高温稀溶液和所述中压稀溶液释放的热量，预热从吸收器进入高温发生器的溶液，以提高系统效率。

可选择地，所述高温稀溶液和中压稀溶液可以混合后进入溶液热交换器进行回热，也可以各自经过溶液热交换器回热之后再进行混合。

可选择地，所述吸收发生换热型吸收式制冷机中所述吸收发生换热吸收器和所述吸收发生换热发生器的换热方式有多种，较为简单有效的方式即为在所述吸收发生换热吸收器和所述吸收发生换热发生器之间添加一个水循环回路来传递热量。

可选择地，所述吸收发生换热型吸收式制冷机的结构可以有多种布置方式：其三个压力腔体可以从上到下依次以压力大小进行排布，从而利用重力使溶液和制冷剂液体流动并减少动力部件；也可以令三个压力腔体斜次排布，使系统结构更加协调和稳定；所述高压腔体应与中压腔体及低压腔体分开，以达到减少机组外壳热传递对系统性能的影响。

可选择地，所述吸收发生换热型吸收式制冷机可以使用溴化锂溶液或氨水作为工作介质，当使用氨水时需要添加精馏装置。

可选择地，所述吸收发生换热型吸收式制冷机的各个换热部件，可以采取不同的换热形式，如对于相变换热器，可以采取沉浸式换热、喷淋式或淋激式等换热方式；对于没有相变的溶液热交换器，可以采取间壁式等换热方式。

本发明的上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明的积极进步效果在于：提供了一种增加吸收式制冷机可工作热源温度范围的新型吸收式制冷机的结构和流程的设计方案，可以在单效吸收式制冷机的热源温度范围、双效吸收式制冷机的热源温度范围以及二者之间的温度范围工作，并且在三个温度范围内均可以较高效率利用热源，产生相应的制冷效果，为以太阳能集热器为热源的吸收式制冷提供了一种适应性较强，效率较高的设计方案。

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

附图说明

图1是本发明的一种竖直排布结构图；

图2是本发明的一种水平排布结构图；

附图中：A、高压腔体，A1、高压腔体第一部分，A2、高压腔体第二部分，B、中压腔体，B1、中压腔体第一部分，B2、中压腔体第二部分，C、低压腔体；

1、高温发生器，2、吸收发生换热吸收器，3、冷凝发生器，4、吸收发生换热发生器，5、冷凝器，6、吸收器，7、蒸发器，8、溶液热交换器，9、溶液泵，10、冷剂泵，11、中间水循环泵，12、压力水箱，13、流量调节阀，14、淋激装置，15、节流装置，16、淋激装置，17、节流装置，18、节流装置，19、淋激装置，20、淋激装置，21、节流装置，22、节流装置，23、高压腔体挡液板，24、中压腔体挡液板，25、冷剂盘。

具体实施方式

实施例1

吸收发生换热型吸收式制冷机的一种竖直排布结构如图1所示。该系统的主要部件包括三个压力不同的腔体：高压腔体A、中压腔体B和低压腔体C，以及七个主要换热部件：高温发生器1、吸收发生换热吸收器2、冷凝发生器3、吸收发生换热发生器4、冷凝器5、吸收器6和蒸发器7。各部件之间的连接如下：高压腔体A、中压腔体B和低压腔体C按压力大小从上往下排布，其中，所述高压腔体A内有挡液板23将其分隔为两部分A1和A2，A1内有高温发生器1，该高温发生器的热源为高温液体或高温蒸汽，A2内有吸收发生换热吸收器2。所述中压腔体B内也有挡液板24将其分隔为两部分B1和B2，B1内有冷凝发生器3和吸收发生换热发生器4；其中冷凝发生器3通过管道与高压腔体A相连，且有通过节流装置17而通入B2的出口；吸收发生换热发生器4、吸收发生换热吸收器2，以及腔体外的中间水循环泵11和压力水箱12构成一个闭合回路。高压腔体的A2部分的底面还有一个溶液出口，并通过节流装置15和淋激装置16将溶液通入中压腔体的B1中。中压腔体的B2内有冷凝器5，该冷凝器内通有冷却水，且B2底面有溶液出口，该出口通过节流装置18和淋激装置19将溶液通入低压腔体C中。低压腔体C内有吸收器6、蒸发器7和冷剂盘25，其中吸收器6内通有冷却水，蒸发器7内通有冷媒水，冷剂盘25与腔体外的冷剂泵10相连，冷剂泵10通过管道和淋激装置19将制冷剂从冷剂盘25泵入低压腔体C内，形成循环，以增强蒸发效果。此外低压腔体C的底面还有一个溶液出口，并通过管道与腔外的溶液泵9、溶液热交换器8相连，溶液热交换器8通过中间分叉的管道分别将溶液通入高压腔体A的A1和A2部分内，其中通往A2的管道上还有流量调节阀13。溶液热交换器8还通过管道以及淋激装置20将溶液通至吸收器6处，以增强吸收效果，溶液经过吸收器6并放热后流入低压腔体C底部的溶液中。另外，高压腔体的A1部分底面上有溶液出口，并通过管道以及节流装置21与溶液热交换器8相连，中压腔体的B1部分底面也有溶液出口，并通过管道以及节流装置22与溶液热交换器8相连。

当制冷机工作时，低压腔体C底面出口的溶液经溶液泵9和溶液热交换器8分别流入高压腔体A的A1部分和A2部分，其中流入A2部分的溶液还经过流量调节阀13；流入A1部分的溶液被高温发生器1加热，发生成为高压冷剂蒸汽和高温稀溶液，该高温稀溶液经过A1底面的出口、节流装置21、溶液热交换器8和淋激装20淋至吸收器6处，经过吸收器6冷却后流回低压腔体C底部的溶液中，冷剂蒸汽则充满高压腔体A；流入A2部分的溶液在吸收发生换热吸收器2的闭循环水的冷却下，吸收由高温发生器1产生的一部分冷剂蒸汽，变为浓溶液并释放吸收热，该吸收热通过由吸收发生换热吸收器2、吸收发生换热发生器4、中间水循环泵11和压力水箱12构成的中间水循环系统传输至吸收发生换热发生器4，而上述浓溶液则从A2底面的出口流经节流装置15和淋激装置16进入中压腔体的B1部分；高压腔体A内的另一部分冷剂蒸汽通过管道进入冷凝发生器3，冷凝为冷剂液体并释放冷凝热，该冷凝热加热流至冷凝发生器3的浓溶液，使其发生，产生中压冷剂蒸汽和浓度降低的溶液，该溶液流至吸收发生换热发生器4，并被水循环系统传递来的吸收热加热，再次发生，产生中压稀溶液和中压冷剂蒸汽，中压稀溶液通过B1底面的出口流经节流装置22，进入溶液热交换器8，最后通过淋激装置20回到低压腔体C内；冷凝发生器3和吸收发生换热发生器4产生的中压冷剂蒸汽在冷凝器5处冷凝，并形成冷剂液体与从冷凝发生器内流出的冷剂液体一起通过B2底面的出口、节流装置18以及淋激装置19进入低压腔体C中；上述从B2流入低压腔体C的冷剂液体和由冷剂泵10泵入低压腔体C的冷剂液体由淋激装置19淋至蒸发器7处，吸收外部热量变为冷剂蒸汽，并使冷媒水降温；从溶液热交换器8流入低压腔体的稀溶液在吸收器6处吸收来自蒸发器7的冷剂蒸汽，形成正常浓度溶液，并释放热量，该热量被吸收器中的冷却水带走。如此形成一个完整的循环。其中，溶液热交换器的作用是利用进入其中的高温稀溶液和中压稀溶液释放的热量来预热即将从溶液泵泵入高压腔体A的溶液。

进一步，当热源温度较高时，降低水循环系统的水流速，使吸收发生换热的效率降低，从而进入冷凝发生器3中被冷凝的高压冷剂蒸汽增多，同时在吸收发生换热吸收器2处被吸收的高压冷剂蒸汽减少，经节流装置17进入B2部分的冷剂液体和冷凝发生器3处产生的中压冷剂蒸汽同时增多；虽然吸收发生换热发生器4产生的中压冷剂蒸汽也减少，但其影响较小；最终导致蒸发器7处使冷媒水降温的冷剂液体增多，从而提高机组制冷效率；当热源温度较低时，提高水循环系统的水流速，使吸收发生换热的效率提高，从而进入冷凝发生器3中被冷凝的高压冷剂蒸汽减少，同时在吸收发生换热吸收器2处被吸收的高压冷剂蒸汽增加，从节流装置15和淋激装置16流出的浓溶液的浓度增加，这样虽然热源温度降低，仍能通过吸收发生换热发生器4利用吸收热使浓度降低的溶液再次发生而产生的冷剂蒸汽，在机组制冷效率稍微降低的情况下，仍可以产生额外的制冷量。

进一步，当热源温度过高时，停止中间水循环泵11，吸收发生换热发生器4不再利用吸收热使浓度降低的溶液再次发生，该吸收式制冷剂以传统双效吸收制冷机的形式工作；当热源温度过低时，停止中间水循环泵11，并关闭流量调节阀13，使高压腔体A与中压腔体B相连通，该吸收式制冷机以传统单效吸收式制冷机的形式工作。

实施例2

所述吸收发生换热型吸收式制冷机也可以设置为如图2的水平布置结构。图2中各个部件的连接顺序与图1中基本一样，但空间布置次序不一。图1中三个压力腔体按压力大小从上往下排布，图2中高压腔体在右上角，中压腔体的B1部分在右下角，B2部分在左上角，低压腔体在左下角。此外，高压腔体的A1部分底面上的溶液出口通过管道以及节流装置21通入中压腔体的B1内，而未与溶液热交换器8直接相连，因而不同于实施例1，从A1流出的高温稀溶液先与B1内的稀溶液混合后再一起进入溶液热交换器8。

与此不一样的空间布置也是可以采纳的，只要可以完成各个主要部件的功能即可。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种吸收发生换热型吸收式制冷机，包括高压腔体、中压腔体、低压腔体，以及溶液泵、冷剂泵、多个节流装置、多个布液装置和工作介质；所述高压腔体内有高温发生器，所述高温发生器由热源加热；所述中压腔体内有冷凝器和冷凝发生器，所述冷凝器由冷却水冷却；所述低压腔体内有蒸发器和吸收器，所述吸收器由冷却水冷却；其特征在于：所述高压腔体内还有吸收发生换热吸收器，所述工作介质在所述吸收发生换热吸收器处吸收，产生吸收热；所述中压腔体内还有吸收发生换热发生器，所述吸收发生换热吸收器将所述吸收热传递给所述吸收发生换热发生器；

所述吸收发生换热型吸收式制冷机还包括中间水循环泵和溶液热交换器，所述中间水循环泵和所述吸收发生换热吸收器以及所述吸收发生换热发生器形成中间水循环回路，其中所述中间水循环泵控制所述中间水循环回路中的水流速，所述吸收发生换热吸收器将吸收热传递给所述吸收发生换热发生器是通过所述中间水循环回路实现的；所述溶液热交换器利用从所述高压腔体和所述中压腔体流出的工作介质的多余热量，预热即将进入高压腔体的所述工作介质；

所述高压腔体、所述中压腔体和所述低压腔体从上往下竖直排布；或者所述高压腔体设在右上角，所述中压腔体中的冷凝发生器设在右下角，所述中压腔体中的冷凝器设在左上角，所述低压腔体设在左下角。

2.如权利要求1所述的吸收发生换热型吸收式制冷机，其特征在于：还包括对热源温度做出反应的控制装置。

3.如权利要求1或2所述的吸收发生换热型吸收式制冷机，其特征在于：还包括调节装置，能够调节所述吸收发生换热型吸收式制冷机以等同于单效吸收式制冷机的形式工作，或者以等同于双效吸收式制冷机的形式工作。

4.如权利要求1或2所述的吸收发生换热型吸收式制冷机，其特征在于：所述高压腔体与所述中压腔体分开，且与所述低压腔体分开。

5.如权利要求1或2所述的吸收发生换热型吸收式制冷机，其特征在于：所述工作介质为溴化锂溶液。

6.如权利要求1或2所述的吸收发生换热型吸收式制冷机，其特征在于：还包括精馏装置，所述工作介质为氨水。

7.一种利用权利要求1或2所述的吸收发生换热型吸收式制冷机工作的吸收发生换热型吸收式制冷循环方式，其中，所述工作介质为制冷剂及其溶液，且所述溶液的浓度是指溶液中制冷剂的浓度，其步骤如下：

1)低压腔体内的溶液经溶液泵流入高压腔体；

2)流入高压腔体的溶液一部分被高温发生器的热源加热，发生成为高压冷剂蒸汽和高温稀溶液，该高温稀溶液流回低压腔体，冷剂蒸汽充满高压腔体；

3)流入高压腔体的溶液另一部分在吸收发生换热吸收器处吸收一部分由高温发生器产生的高压冷剂蒸汽变为浓溶液并释放吸收热，该浓溶液流动至中压腔体内的冷凝发生器处；

4)高压腔体内另一部分高压冷剂蒸汽进入冷凝发生器，冷凝为冷剂液体并释放冷凝热，该冷凝热加热流至冷凝发生器处的浓溶液，使其发生为中压冷剂蒸汽和浓度降低的溶液，该溶液流至吸收发生换热发生器处；

5)流至吸收发生换热发生器处的浓度降低的溶液被吸收发生换热吸收器传递的吸收发生换热吸收器处的吸收热加热，再次发生，成为中压稀溶液和中压冷剂蒸汽，中压稀溶液回到低压腔体；

6)冷凝发生器和吸收发生换热发生器产生的中压冷剂蒸汽在冷凝器处冷凝，并形成冷剂液体与冷凝发生器处产生的冷剂液体一起进入蒸发器；

7)蒸发器中来自于中压腔体和来自于冷剂盘的冷剂液体吸收外部热量变为冷剂蒸汽；

8)流入低压腔体的稀溶液在吸收器处吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，形成正常浓度溶液，并被溶液泵重新泵入高压腔体内,如此形成一个完整的循环。