CN104101131A - 利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机及其制冷制热的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用回收的热能制冷制热的吸收式制冷机及其制冷制热的方法，所述利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、真空泵a、真空泵b、冷水进水管道、冷水出水管道、热水进水管道、热水管道a、热水管道b、热水出水管道、循环泵。本发明的利用回收的热能制冷制热的吸收式制冷机增加了制冷效率，不需要热源驱动，降低了热能消耗。可以有效利用数据中心、机房的自身热能直接作为系统的驱动热源，同时输出冷冻水和高温热水，减少了环境热排放以及电力燃气等能源的消耗。

Description

利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机及其制冷制热的方法

 

技术领域

本发明涉及发一种吸收式制冷机，特别是涉及利用回收的热能制冷制热的吸收式制冷机。

本发明还涉及使用上述制冷机的制冷制热方法。

 

背景技术

随着科技的不断发展，人们对互联网的依赖性越来越强。高清视频点播、实时网络游戏、视频通话、P2P网络、视频会议和远程办公增加了人们对于网络带宽的需求。为了满足这些新服务的需求互，联网的带宽越来越大，能耗和碳排放也同步提高。为了存储越来越多的数据，数据中心的服务器密度越来越高，数量越来越多。据互联数据中心现有电力基础设施统计，互联网数据中心的能源消耗将高达1000亿千瓦时。大致相当于全国能耗的1.5%，而这些能量越99%会转化为热能散发到周围环境中。为了放置更多的服务器，需要大量的制冷装置给服务器提供一个稳定的低温环境。并且随着服务器数目的不断增加，这种制冷需求会越来越高。

现有技术中，传统制冷机一般分为吸收式制冷机和压缩式制冷机。压缩式制冷机通过提高制冷剂的压力以实现制冷循环，一般由泵、冷凝器、蒸发器组成。其优点是效率高，但是其消耗电能较多。而吸收式制冷机则通过二元溶液作为工质，其中低沸点组分用作制冷剂，利用其蒸发来制冷，高沸点组分作为吸收剂，利用其对制冷剂蒸汽吸收作用完成工作循环。其优点是基本不消耗电能，通过加热制冷，无运动部件，使用方便无噪声，但是其效率一般比较低。也会浪费大量的热能。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机，其通过使用制冷过程中回收的热能直接作为热源，并通过在发生器和冷凝器以及蒸发器和吸收器之间设置真空泵a、b，通过真空泵作用增加冷凝器以及吸收器中压强同时提高发生器和蒸发器中的真空度，使得液体变为气体或者气体变为液体更加容易，因此对于发生器热源以及冷凝器中冷却水的温度要求降低，并通过使要输出的热水先后进入冷凝器、吸收器中进一步吸收热量，最后再被输送到发生器中作为热源使用，从而省去了驱动热源，增加了效率降低了热能消耗。本发明的制冷机将吸收式制冷机和压缩式制冷机原理相结合，并充分利用了数据中心、服务器机房以及各种高耗能工业过程需要制冷的过程中本身含有的大量热能直接作为热源，从而具有耗能低、噪音低、制冷效率高等优点，并且可以充分利用制冷回收的热量产生大量的热水，既大大降低大型制冷设备消耗大量能量的问题，同时也解决了数据中心、服务器机房制冷设备排放的大量低温热源无法利用的技术难题。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：本发明利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机，其特征在于：所述利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、真空泵a、真空泵b、冷水进水管道、冷水出水管道、热水进水管道、热水管道a、热水管道b、热水出水管道、循环泵，其中所述发生器通过管道以及真空泵a和冷凝器相连接，冷凝器通过管道和蒸发器连接，蒸发器通过管道、真空泵b和吸收器连接，吸收器通过管道和发生器相连，所述发生器内部上方设置有喷淋装置,所述喷淋装置通过循环泵以及管道和发生器底部相连，所述蒸发器和吸收器内部上方设置有喷淋装置，所述蒸发器底部有管道通过循环泵和蒸发器内部上方喷淋装置相连。

上述的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机，其特征在于：热水进水管道和冷凝器相连，冷凝器和吸收器通过热水管道a相连，吸收器和发生器通过热水管道b连接，热水出水管道和发生器连接。

上述的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机，其特征在于：热水进水管道和吸收器相连，冷凝器和吸收器通过热水管道a相连，冷凝器和发生器通过热水管道b连接，热水出水管道和发生器连接。

本发明还提供了利用上述利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机的制冷方法，其特征包括以下步骤： 

A、待加温的待输出热水通过热水进水管道先进入冷凝器，从热水管道a排出并进入吸收器，从热水管道b排出后吸收热量温度增加并进入发生器作为发生器热源；或者通过热水进水管道先进入吸收器，后从热水管道a排出经过冷凝器后吸收热量，排出经过热水管道b进入发生器，作为发生器热源，发生器中的喷淋装置将制冷媒体稀溶液喷为雾状，雾状液滴吸收进入发生器的回收热水的热量并汽化为蒸汽，蒸汽通过管道被真空泵a抽入冷凝器中并加压，在冷凝器中蒸汽遇到热水进水管道中的待输出热水，放出热量，变成液滴，热水进水管道中的热水吸收了蒸汽放出的热量升高温度；真空泵a使发生器中压强降低，使冷凝器中压强增加从而促进发生器中液体变为气体，并促进冷凝器中气体变为液体；

B、冷凝器中的凝结水液滴在底部汇集后通过管道进入蒸发器，在蒸发器中被喷淋装置喷淋为雾状液滴，液滴吸收冷水进水管道中冷水的热量变为气体，释放热量并降温后的冷水变为更低温度的冷水并从冷水出水管道排出实现制冷和热能回收；

C 、蒸发器中的气体通过管道被真空泵b抽入吸收器，被喷淋装置喷淋的浓溶液吸收，从气态转变为液态并将热量传递给热水管道中的待输出热水使其温度进一步提高，真空泵b使蒸发器中真空度增高，吸收器中压强升高从而促进蒸发器中液体变为气体，吸收器中气体变为液体；

D、吸收器中的制冷媒体浓溶液吸收蒸汽后变为制冷媒体稀溶液，并通过管道再次输送到发生器，并通过循环泵抽取到喷淋装置；

E、热水管道b中的待输出热水进入发生器，作为热源提供热量，促进发生器中喷淋为雾状液滴的溶液汽化，并从热水出水管道排出最终输出的热水完成循环。

上述的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机的制冷制热方法，其特征在于：所述溶液为溴化锂水溶液。

上述的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机的制冷制热方法，其特征在于所述发生器和蒸发器在真空泵a、真空泵b作用下保持高真空状态。

上述的利用回收的热能制冷制热的吸收式制冷机的制冷制热方法，其特征在于：所述回收且直接利用作为驱动热源的热能来自数据中心、服务器机房、热电厂低温废水、钢铁厂低温废水等需要制冷的高产热环境本身含有的热能。

由于本发明在发生器和冷凝器之间设置了真空泵a，在吸收器和蒸发器之间设置了真空泵b，真空泵a使发生器和蒸发器中真空度提高，使冷凝器和吸收器中压强增加从而促进发生器和蒸发器中液体变为气体，并促进冷凝器和吸收器中气体变为液体，因此降低了发生器和蒸发器中溶液蒸发所需要的温度，使得发生器和蒸发器中溴化锂溶液可以在较低的加热温度下汽化，在温度较低的情况下也减少了溴化锂溶液对于制冷机器件的腐蚀；同时真空泵a促使冷凝器和吸收器中的气体更容易凝结，从而可以使用较高温度热水作为冷凝器和吸收器中的冷却水，同时当热水吸收相变热后温度升高，被输送到发生器中作为热源，形成循环利用，减少能源消耗提高效率。

本发明能够利用如服务器机房、数据中心的大量释放热量的环境本身的热能作为热泵的驱动热源使用，充分利用了数据中心、服务器机房中无法有效利用的大量低温热源，大大降低制冷系统额外的能源消耗。由于目前数据中心、服务器机房的能源消耗数量巨大，并且这些能源最终大部分都转化成为热量，并通过冷却塔或者制冷设备变为低温废弃热水，而本发明恰恰利用这些热量作为热源进行制冷，达到节约能源的目的。

 

附图说明

图1  本发明利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机实施例1示意图。

图2  本发明利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机实施例2示意图。

图号说明

1…发生器； 2…热水出水管道；  3…喷淋装置；  4…真空泵a； 

 5…冷凝器；  6…冷水出水管道；   7…冷水进水管道；

 8…蒸发器；  9…真空泵b；  10…热水进水管道； 

 11…热水管道a； 12…热水管道b； 13…吸收器；  14…循环泵。

具体实施方式

本发明的热源为来自数据中心、机房等需要大量制冷需求的场合下，本身具备的大量待回收热能，收式热泵能够将这些待回收热能转移用来加热待加热的热水，提高其温度，输出更高温度的热水以方便利用。

热源也可以选自生活废热、工业废热、江河湖泊水源、太阳能、地热。

下面结合附图的图1，图2对本发明的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机和利用该制冷机进行制冷制热的原理作进一步详细说明。

本发明的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机第一实施例，请参考图1，所述利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机包括发生器1、冷凝器5、蒸发器8、吸收器13、真空泵a4、真空泵b9、冷水进水管道7、冷水出水管道6、热水进水管道10、热水管道a11、热水管道b12、热水出水管道2、循环泵14，其中所述发生器1通过管道以及真空泵a4和冷凝器5相连接，冷凝器5通过管道和蒸发器8连接，蒸发器8通过管道、真空泵b9和吸收器13连接，吸收器13通过管道和发生器1相连，所述发生器1内部上方设置有喷淋装置,所述喷淋装置通过循环泵14以及管道和发生器1底部相连，所述蒸发器8和吸收器13内部上方设置有喷淋装置，所述蒸发器8底部有管道通过循环泵（图中未画出）和蒸发器8内部上方喷淋装置相连。

在本发明一个优选实施例中，热水进水管道10和冷凝器5相连，冷凝器5和吸收器13通过热水管道a11相连，吸收器13和发生器1通过热水管道b12连接，热水出水管道2和发生器1连接。

在本发明进一步优选的实施例中，热水进水管道和吸收器相连，冷凝器和吸收器通过热水管道a相连，冷凝器和发生器通过热水管道b连接，热水出水管道和发生器连接。

本发明的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机另一实施例，请参考图2，其与上述实施例不同之处仅仅在于热水进水管道和吸收器相连，冷凝器和吸收器通过热水管道a相连，冷凝器和发生器通过热水管道b连接，热水出水管道和发生器连接，其它部件及连接与上述实施例完全相同。

本发明利用上述的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机制冷制热的方法，参考图1，或图2其包括以下步骤：A、待加温的待输出热水通过热水进水管道2先进入冷凝器5，从热水管道a11排出并进入吸收器13，从热水管道b12排出后吸收热量温度增加并进入发生器1作为发生器1热源；或者通过热水进水管道先进入吸收器13，后从热水管道a11排出经过冷凝器5后吸收热量，排出经过热水管道b12进入发生器1，作为发生器热源，发生器1中的喷淋装置将制冷媒体稀溶液喷为雾状，雾状液滴吸收进入发生器的回收热水的热量并汽化为蒸汽，蒸汽通过管道被真空泵a抽入冷凝器5中并加压，在冷凝器5中蒸汽遇到热水进水管道10中的待输出热水，放出热量，变成液滴，热水进水管道10中的热水吸收了蒸汽放出的热量升高温度；真空泵a11使发生器中压强降低，使冷凝器5中压强增加从而促进发生器1中液体变为气体，并促进冷凝器5中气体变为液体；

B、冷凝器5中的凝结水液滴在底部汇集后通过管道进入蒸发器8，在蒸发器8中被喷淋装置喷淋为雾状液滴，液滴吸收冷水进水管道中冷水的热量变为气体，释放热量并降温后的冷水变为更低温度的冷水并从冷水出水管道6排出实现制冷和热能回收；

C 、蒸发器8中的气体通过管道被真空泵b9抽入吸收器13，被喷淋装置喷淋的浓溶液吸收，从气态转变为液态并将热量传递给热水管道中的待输出热水使其温度进一步提高，真空泵b9使蒸发器8中真空度增高，吸收器13中压强升高从而促进蒸发器8中液体变为气体，吸收器13中气体变为液体；

D、吸收器13中的制冷媒体浓溶液吸收蒸汽后变为制冷媒体稀溶液，并通过管道再次输送到发生器1，并通过循环泵14抽取到喷淋装置；

E、热水管道b12中的待输出热水进入发生器1，作为热源提供热量，促进发生器1中喷淋为雾状液滴的溶液汽化，并从热水出水管道2排出最终输出的热水完成循环。

其中，所述溶液为溴化锂水溶液。

所述发生器1和蒸发器8在真空泵a4、真空泵b9作用下保持高真空状态。

所述回收且直接利用作为驱动热源的热能来自数据中心、服务器机房、热电厂低温废水、钢铁厂低温废水等需要制冷的高产热环境本身含有的热能。

本发明中通过使用输入较低温度热水输送到冷凝器和吸收器中，先使热水吸收汽化热以及溶解热，然后将其输送到发生器中作为热源使用。因此充分利用了制冷系统本身的热排放，并且通过两次加热使回收热水具有较高温度。

同时本发明由于在发生器和冷凝器之间设置了真空泵a，在吸收器和蒸发器之间设置了真空泵b，真空泵使发生器和蒸发器中真空度提高，使冷凝器和吸收器中压强增加从而促进发生器和蒸发器中液体变为气体，并促进冷凝器和吸收器中气体变为液体，因此利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机能在较低温度下进行运转，提高了热量利用效率，工作温度的降低有效降低了溴化锂对于制冷机器件的腐蚀，达到了节能、降耗、减排的目的。

本发明在启动时由于开启了真空泵a、b，因此发生器、蒸发器中真空度增加，冷凝器、吸收器中压强增加，因此不需要外部加热，发生器中溴化锂溶液就可以蒸发，从而启动整个系统。本发明的能量来源取自于被制冷空间，通过冷冻水在输出“冷量”时置换回来的热能，即蒸发器吸收的热能是能量来源。最后热能靠输出的高温热水带走，维持工作循环。如果不能输入较低温度的热水，则工作难以持续。如果高温热水不能有效利用，则还应该通过散热塔降温等手段，使之降温后再输入热水入口。

上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机，其特征在于：所述利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、真空泵a、真空泵b、冷水进水管道、冷水出水管道、热水进水管道、热水管道a、热水管道b、热水出水管道、循环泵，其中所述发生器通过管道以及真空泵a和冷凝器相连接，冷凝器通过管道和蒸发器连接，蒸发器通过管道、真空泵b和吸收器连接，吸收器通过管道和发生器相连，所述发生器内部上方设置有喷淋装置,所述喷淋装置通过循环泵以及管道和发生器底部相连，所述蒸发器和吸收器内部上方设置有喷淋装置，所述蒸发器底部有管道通过循环泵和蒸发器内部上方喷淋装置相连。

2.根据权利要求1所述的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机，其特征在于：热水进水管道和冷凝器相连，冷凝器和吸收器通过热水管道a相连，吸收器和发生器通过热水管道b连接，热水出水管道和发生器连接。

3.根据权利要求1所述的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机，其特征在于：热水进水管道和吸收器相连，冷凝器和吸收器通过热水管道a相连，冷凝器和发生器通过热水管道b连接，热水出水管道和发生器连接。

4.一种权利要求1或2所述的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机的制冷制热方法，其特征包括以下步骤： 

A、待加温的待输出热水通过热水进水管道先进入冷凝器，从热水管道a排出并进入吸收器，从热水管道b排出后吸收热量温度增加并进入发生器作为发生器热源；或者通过热水进水管道先进入吸收器，后从热水管道a排出经过冷凝器后吸收热量，排出经过热水管道b进入发生器，作为发生器热源，发生器中的喷淋装置将制冷媒体稀溶液喷为雾状，雾状液滴吸收进入发生器的回收热水的热量并汽化为蒸汽，蒸汽通过管道被真空泵a抽入冷凝器中并加压，在冷凝器中蒸汽遇到热水进水管道中的待输出热水，放出热量，变成液滴，热水进水管道中的热水吸收了蒸汽放出的热量升高温度；真空泵a使发生器中压强降低，使冷凝器中压强增加从而促进发生器中液体变为气体，并促进冷凝器中气体变为液体；

B、冷凝器中的凝结水液滴在底部汇集后通过管道进入蒸发器，在蒸发器中被喷淋装置喷淋为雾状液滴，液滴吸收冷水进水管道中冷水的热量变为气体，释放热量并降温后的冷水变为更低温度的冷水并从冷水出水管道排出实现制冷和热能回收；

C   、蒸发器中的气体通过管道被真空泵b抽入吸收器，被喷淋装置喷淋的浓溶液吸收，从气态转变为液态并将热量传递给热水管道中的待输出热水使其温度进一步提高，真空泵b使蒸发器中真空度增高，吸收器中压强升高从而促进蒸发器中液体变为气体，吸收器中气体变为液体；

D、吸收器中的制冷媒体浓溶液吸收蒸汽后变为制冷媒体稀溶液，并通过管道再次输送到发生器，并通过循环泵抽取到喷淋装置；

E、热水管道b中的待输出热水进入发生器，作为热源提供热量，促进发生器中喷淋为雾状液滴的溶液汽化，并从热水出水管道排出最终输出的热水完成循环。

5.根据权利要求4所述的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机的制冷制热方法，其特征在于：所述溶液为溴化锂水溶液。

6.根据权利要求4所述的利用回收热能制冷制热的吸收式制冷机的制冷制热方法，其特征在于所述发生器和蒸发器在真空泵a、真空泵b作用下保持高真空状态。

7.根据权利要求4或5或6所述的利用回收的热能制冷制热的吸收式制冷机的制冷制热方法，其特征在于：所述回收且直接利用作为驱动热源的热能来自数据中心、服务器机房、热电厂低温废水、钢铁厂低温废水等需要制冷的高产热环境本身含有的热能。