CN104390387B - 双工质双循环式制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双工质双循环式制冷系统，其包括：温度缓冲器，包括第二种工质发生器，以及与第二种工质发生器通过升降管相连的第一种工质发生器，第一种工质发生器利用第二种工质发生器吸收的尾气余热来加热浓氨水溶液；氨水吸收式制冷系统，包括与第一种工质发生器相连的气液分离器，气液分离器与提纯氨蒸汽的精馏塔合为一体组成整体件，且气液分离器位于精馏塔的下方，整体件顶部的氨蒸汽出口与制冷机构相连，气液分离器分离出的稀氨溶液经溶液热交换器后，与从制冷机构出来的氨蒸汽进入作为吸收器的冷却器内冷却。本发明能控制第二种工质发生器的壁面温度高于尾气的酸露点温度，从而有效的避免了壁面的酸露腐蚀。

Description

双工质双循环式制冷系统

技术领域

本发明涉及吸收式制冷领域，特别是涉及一种双工质双循环式制冷系统。

背景技术

柴油发动机在运行时产生大量的尾气，尾气直接排放导致的热量损失一般占总热量的30％左右，且发动机排气温度较高，约300～400℃左右，即使发动机安装了涡轮增压器，排气温度一般也在260℃以上，这些未被利用的热量通常被直接排放到环境中，造成巨大的能量损失。

现有中小型渔船一般没有制冰，而鱼类的保鲜与冷藏需要大量使用冰，因此渔船通常携带大量的冰出海作业，携带的冰会占据渔船的储存空间，且能够携带的冰的数量也有限，此外，冰的损耗率大约为20～30％。这些因素都将导致渔船频繁的往返港口和捕捞海区之间，耗费了大量的燃油和时间，经济效益不显著。同时许多大型汽车，如公交车，长途客车等也需要通过独立的压缩式制冷系统为车厢提供冷源。

在能源价格大幅攀升和大量倡导节能减排的今天，吸收式制冷系统由于能够利用余热作为系统的驱动能，再一次受到人们的广泛关注。吸收式制冷的优点是制冷温度范围广，对于氨水吸收式制冷系统能够获得零摄氏度以下的温度，其主要驱动力是热能，只需少量的电能即可运行。柴油机吸收式制冷装置利用尾气余热制冰，既满足了制冷的需求同时回收了发动机废气的余热。

带精馏塔装置的氨水吸收式制冷机是比较传统的氨水吸收式制冷装置，它根据氨与水的沸点差对进入精馏塔的氨蒸汽进行提纯，较高的氨蒸汽纯度对整个机组的制冷效率及运行寿命均有很大的改善。但由于精馏塔体积庞大，且船舶颠簸易造成其分液不均，因此目前有较多的研究人员采用分凝器取代原先的精馏塔结构。这种做法会造成分凝器出口氨蒸汽含有较多的水分。

中华人民共和国发明专利号CN100523654C，名称是一种船舶发动机排气余热驱动的船用氨水吸收制冷机的专利，经发生器发生的氨气连同稀氨水溶液一并进入气液分离罐，分离出的含水氨气经过分凝器提纯，分离出的浓氨水溶液经溶液热交换器换热后返回吸收器。但是：经分凝器提纯后的氨蒸汽仍含有较多的水分，较低的氨蒸汽纯度对整个机组的制冷效率及运行寿命均有很大的影响。除此之外，稀溶液直接进入气液分离罐进行提纯，增加了分凝器的负荷，且提纯后的浓氨水溶液返流至吸收器，造成了能源的浪费。

另一方面，由于尾气的温度较高，发生器壁面温度不易控制，因此为防止壁面温度超过换热器材料允许的设计温度，不能使用一些传热性能好但是不耐温耐压的材料，如铜等。同时由于进入发生器的氨溶液温度较低，易使其壁面温度低于柴油机尾气的酸露点温度而造成发生器壁面的酸露腐蚀。氨是易燃易爆物质，一旦发生泄露后果比较严重。对于溴化锂水系统，进入发生器的溴化锂水溶液温度同样较低，易产生酸露腐蚀，溴化锂水溶液在有空气情况下具有强烈的腐蚀性，一旦发生泄漏后果同样十分严重。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双工质双循环式制冷系统，用于解决现有技术中不能采用不耐温的高效导热材料、酸露腐蚀、制冷利用后的溶液需采用结构复杂的吸收器吸收，且吸收效果有限的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双工质双循环式制冷系统，其包括：

温度缓冲器，包括置于发动机的尾气管道内的第二种工质发生器，以及与第二种工质发生器通过升降管相连的第一种工质发生器，第一种工质发生器利用第二种工质发生器吸收的尾气余热来加热浓氨水溶液；

氨水吸收式制冷系统，包括与所述第一种工质发生器相连的气液分离器，气液分离器与提纯氨蒸汽的精馏塔合为一体组成整体件，且气液分离器位于精馏塔的下方，所述整体件顶部的氨蒸汽出口与制冷机构相连，所述气液分离器分离出的稀氨溶液经溶液热交换器后，与从制冷机构出来的氨蒸汽混合后进入作为吸收器的冷却器内冷却。

优选的，经所述溶液热交换器后的稀氨溶液与从所述制冷机构出来的氨蒸汽在喷射器内充分混合成沫状流体，再从喷射器的出口流出进入所述冷却器。

优选的，所述精馏塔按照进料位置由下而上分为：提馏段、精馏段、分凝器，所述提馏段内设有喷雾器。

优选的，所述双工质双循环式制冷系统还包括：将所述冷却器冷却的浓氨水溶液收集到溶液罐中，所述溶液罐内的浓氨水溶液由溶液泵升压后流入分凝器作为分凝器的冷却液，再经所述溶液热交换器吸收所述稀氨水溶液的热量，然后进入所述喷雾器喷出，提馏后的浓溶液经所述精馏塔底部的溶液出口进入所述第一种工质发生器。

优选的，所述发动机为其他含硫燃料的加热炉。

本发明还提供一种双工质双循环式制冷系统，其包括：温度缓冲器，包括置于发动机的尾气管道内的第二种工质发生器，以及与第二种工质发生器通过升降管相连的第一种工质发生器，第一种工质发生器利用第二种工质发生器吸收的尾气余热来加热溴化锂水溶液；溴化锂吸收式制冷系统，所述第一种工质发生器产生的水蒸汽经冷凝器冷凝后成为水，贮存在贮液罐中，水经过过冷器进一步冷却后进入热力膨胀阀节流降压，产生湿蒸汽状态的水进入蒸发器吸收环境热量完成制冷过程，蒸发器出口的饱和水蒸汽经过冷器进一步换热，然后与收集的溴化锂水溶液一起进入作为吸收器的冷却器内冷却。

优选的，所述饱和水蒸汽与所述收集的溴化锂水溶液一起进入喷射器内充分混合成沫状流体，从喷射器的出口流出进入所述冷却器。

优选的，将所述冷却器冷却的稀溴化锂水溶液收集到溶液罐中，所述溶液罐内的稀溴化锂水溶液由溶液泵升压后经溶液热交换器进入所述第一种工质发生器。

优选的，所述发动机为其他含硫燃料的加热炉。

如上所述，本发明的双工质双循环式制冷系统，具有以下有益效果：(1)本发明采用第二种工质发生器置于尾气管道内，第一种工质发生器置于尾气管道外，可以对壁面温度进行实时控制，一方面能控制第一种工质发生器的壁面温度低于材料的允许温度，另一方面能控制第二种工质发生器的壁面温度高于尾气的酸露点温度，从而有效的避免了壁面的酸露腐蚀，本发明第一种工质是浓氨水溶液或溴化锂溶液，第二种工质是用来吸收尾气余热进入第一种工质发生器内放热的工质，可以是水或导热油或其他介质；(2)采用喷射器取代原有的节流装置，喷射器出口为沫状流体，便于被冷却水冷却，极大改善了吸收效果，从而吸收器结构简化为一简单的冷却器，在相同的热源温度和冷却水温度下，由于吸收压力得到了提高，放气范围增大从而整个系统效率得到提高；(3)对于氨水吸收式制冷系统，提馏段中的喷雾器将进入的浓氨水溶液细化成直径较小的水雾，利用蒸发冷却(喷雾相变冷却)的冷却方式，与从气液分离器分离出的含水氨蒸汽流进行热质交换，水雾沿喷射方向均匀布置，既能使其应用在较颠簸的船舶环境中又节省了原来置于提馏段中的填料。

附图说明

图1显示为本发明的双工质双循环式制冷系统第一实施例示意图。

图2显示为本发明的双工质双循环式制冷系统第二实施例示意图。

图3显示为所述精馏塔的具体结构示意图。

图4显示为所述第一种工质发生器与所述第二种工质发生器的连接结构示意图。

元件标号说明

1 发动机

21 第一种工质发生器

22 第二种工质发生器

23 下降管

24 上升管

3 气液分离器

4 精馏塔

41 提馏段

42 精馏段

43 分凝器

5 喷雾器

6 溶液泵

7 冷凝器

8 贮液罐

9 过冷器

10 热力膨胀阀

11 蒸发器

12 喷射器

13 溶液热交换器

14 冷却器

15 溶液罐

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种双工质双循环式制冷系统，本实施例第一种工质采用氨作为制冷剂，其包括：

温度缓冲器，包括置于发动机1的尾气管道内的第二种工质发生器22，以及与第二种工质发生器22通过升降管相连的第一种工质发生器21，第一种工质发生器21利用第二种工质发生器22吸收的尾气余热来加热浓氨水溶液；

氨水吸收式制冷系统，包括与第一种工质发生器21相连的气液分离器3，气液分离器3与提纯氨蒸汽的精馏塔4合为一体组成整体件，且气液分离器3位于精馏塔4的下方，整体件顶部的氨蒸汽出口与制冷机构相连，气液分离器3分离出的稀氨溶液经溶液热交换器13后，与从制冷机构出来的氨蒸汽在喷射器12内充分混合成沫状流体，从喷射器12的出口流出进入作为吸收器的冷却器14内冷却。

本发明采用第二种工质发生器22和第一种工质发生器21分离的相变换热器来对换热器壁温进行高温控制和低温控制，可以对壁面进行一定的缓冲控制，第二种工质发生器设置于尾气管中，能控制其壁面温度高于尾气的酸露点温度，第一种工质发生器壁面置于管道外，通过第二种工质的相变换热，可以很容易的控制壁面温度，使壁面温度既不会过高也不会低于酸露点温度，可以选用导热性能好但不耐高温的的材料，同时也不会发生酸露腐蚀；采用喷射器12取代原有的节流装置，喷射器出口为沫状流体，便于被冷却水冷却，极大改善了吸收效果，从而吸收器结构简化为一简单的冷却器；在相同的热源温度和冷却水温度下，由于吸收压力得到了提高，放气范围增大从而系统效率得到提高。

本发明中的制冷机构包括：冷凝器、过冷器以及热力膨胀阀和蒸发器。其中，上述第一种工质发生器、冷凝器、过冷器以及作为吸收器的冷却器构成了吸收式制冷系统，具体制冷过程为：由上述精馏塔4提纯产生纯度较高的氨蒸汽，氨蒸汽经冷凝器7冷凝后成为液态贮存在贮液罐8中，氨液经过过冷器9进一步冷却后进入热力膨胀阀10节流降压，产生湿蒸汽状态的氨进入蒸发器11吸收环境热量完成制冷过程，蒸发器出口的饱和氨蒸汽经过冷器9进一步换热，再与稀溶液在喷射器12内混合后进入作为吸收器的冷却器14。

如图3所示，上述精馏塔4按照进料位置由下而上分为：提馏段41、精馏段42、分凝器43，提馏段41内设有采用喷雾方式冷却的喷雾器5。本发明中提馏段采用喷雾方式喷浓氨水溶液与上升的氨蒸汽传热传质。本实施例中用浓氨水溶液作为分凝器的冷却液，具体过程为：将上述冷却器14冷却的浓氨水溶液收集到溶液罐15中，溶液罐15内的浓氨水溶液由溶液泵6升压后流入分凝器43内吸热，再经溶液热交换器13吸收由上述气液分离器3分离出的稀氨水溶液散发的热量，再进入喷雾器5喷出，最后提馏后的浓溶液经精馏塔底部的溶液出口进入第一种工质发生器21。

上述喷雾器5将进入的浓氨水溶液细化成直径较小的水雾，与上升的含水氨蒸汽流进行热质交换，增大了换热面积，同时水雾沿喷射方向均匀布置，既能使其应用在较颠簸的船舶环境中又节省了填料。

如图4所示，上述第二种工质发生器22和第一种工质发生器21间用的第二种工质可以为蒸馏水，也可以为其他相变换热工质，第二种工质发生器22和第一种工质发生器21通过设于中间的上升管24和设于两端的下降管23相连，本发明中的双工质分别为：第二种工质为指流入第一种工质发生器的放热工质(即在第二种工质发生器和第一种工质发生器间循环的循环工质)，第一种工质为作为吸收式制冷工质的浓氨水溶液。

本发明中的发动机也可以为其他含硫燃料的加热炉。

如图2所示，本发明双工质双循环式制冷系统的另一实施例，本实施例与第一实施例不同之处在于：本实施例采用溴化锂/水溶液作为第一种工质，其不需要气液分离器以及精馏塔来进行提纯。

本实施例具体包括：温度缓冲器，包括置于发动机1的尾气管道内的第二种工质发生器22，以及与第二种工质发生器22通过升降管相连的第一种工质发生器21，第一种工质发生器21利用第二种工质发生器22吸收的尾气余热来加热溴化锂水溶液；溴化锂吸收式制冷系统，第一种工质发生器21产生的水蒸汽经冷凝器7冷凝后成为水，贮存在贮液罐8中，水经过过冷器9进一步冷却后进入热力膨胀阀10节流降压，产生湿蒸汽状态的水进入蒸发器11吸收环境热量完成制冷过程，蒸发器出口的饱和水蒸汽经过冷器9进一步换热，然后与收集到的浓溴化锂水溶液一起进入喷射器12内充分混合成沫状流体，从喷射器12的出口流出进入作为吸收器的冷却器14内冷却。将冷却器14冷却的稀溴化锂水溶液贮存到溶液罐15中，溶液罐15内的稀溴化锂水溶液由溶液泵6升压后经溶液热交换器13吸热后，再进入第一种工质发生器21。

综上所述，本发明的双工质双循环式制冷系统，采用第二种工质发生器和第一种工质发生器分离的相变换热器来对换热器壁温进行高温控制和低温控制，可以对壁面进行一定的缓冲控制，第二种工质发生器设置于尾气管道中，能控制其壁面温度高于尾气的酸露点温度，第一种工质发生器置于管道外，通过第二工质的相变换热，可以很容易的控制壁面温度，使壁面温度既不会过高也不会低于酸露点温度，可以选用导热性能好但不耐高温的的材料同时也不会发生酸露腐蚀；采用喷射器取代原有的节流装置，喷射器出口为沫状流体，便于被冷却水冷却，极大改善了吸收效果，从而吸收器结构简化为一简单的冷却器，在相同的热源温度和冷却水温度下，由于吸收压力得到了提高，放气范围增大从而系统效率得到提高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种双工质双循环式制冷系统，其特征在于，包括：

温度缓冲器，包括置于发动机(1)的尾气管道内的第二种工质发生器(22)，以及与第二种工质发生器(22)通过升降管相连的第一种工质发生器(21)，第一种工质发生器(21)利用第二种工质发生器(22)吸收的尾气余热来加热浓氨水溶液；

氨水吸收式制冷系统，包括与所述第一种工质发生器(21)相连的气液分离器(3)，气液分离器(3)与提纯氨蒸汽的精馏塔(4)合为一体组成整体件，且气液分离器(3)位于精馏塔(4)的下方，所述整体件顶部的氨蒸汽出口与制冷机构相连，所述气液分离器(3)分离出的稀氨溶液经溶液热交换器(13)后，与从制冷机构出来的氨蒸汽混合后进入作为吸收器的冷却器(14)内冷却。

2.根据权利要求1所述的双工质双循环式制冷系统，其特征在于：经所述溶液热交换器(13)后的稀氨溶液与从所述制冷机构出来的氨蒸汽在喷射器(12)内充分混合成沫状流体，再从喷射器(12)的出口流出进入所述冷却器(14)。

3.根据权利要求1所述的双工质双循环式制冷系统，其特征在于：所述精馏塔(4)按照进料位置由下而上分为：提馏段(41)、精馏段(42)、分凝器(43)，所述提馏段(41)内设有喷雾器(5)。

4.根据权利要求3所述的双工质双循环式制冷系统，其特征在于：所述双工质双循环式制冷系统还包括：将所述冷却器(14)冷却的浓氨水溶液收集到溶液罐(15)中，所述溶液罐(15)内的浓氨水溶液由溶液泵(6)升压后流入分凝器(43)作为分凝器的冷却液，再经所述溶液热交换器(13)吸收所述稀氨水溶液的热量，然后进入所述喷雾器(5)喷出，提馏后的浓溶液经所述精馏塔底部的溶液出口进入所述第一种工质发生器(21)。

5.根据权利要求1所述的双工质双循环式制冷系统，其特征在于：所述发动机(1)为含硫燃料的加热炉。

6.一种双工质双循环式制冷系统，其特征在于：包括：

温度缓冲器，包括置于发动机(1)的尾气管道内的第二种工质发生器(22)，以及与第二种工质发生器(22)通过升降管相连的第一种工质发生器(21)，第一种工质发生器(21)利用第二种工质发生器(22)吸收的尾气余热来加热溴化锂水溶液；

溴化锂吸收式制冷系统，所述第一种工质发生器(21)产生的水蒸汽经冷凝器(7)冷凝后成为水，贮存在贮液罐(8)中，水经过过冷器(9)进一步冷却后进入热力膨胀阀(10)节流降压，产生湿蒸汽状态的水进入蒸发器(11)吸收环境热量完成制冷过程，蒸发器出口的饱和水蒸汽经过冷器(9)进一步换热，然后与收集的溴化锂水溶液一起进入作为吸收器的冷却器(14)内冷却。

7.根据权利要求6所述的双工质双循环式制冷系统，其特征在于：所述饱和水蒸汽与所述收集的溴化锂水溶液一起进入喷射器(12)内充分混合成沫状流体，从喷射器(12)的出口流出进入所述冷却器(14)。

8.根据权利要求6所述的双工质双循环式制冷系统，其特征在于：将所述冷却器(14)冷却的稀溴化锂水溶液收集到溶液罐(15)中，所述溶液罐(15)内的稀溴化锂水溶液由溶液泵(6)升压后进入所述第一种工质发生器(21)。

9.根据权利要求6所述的双工质双循环式制冷系统，其特征在于：所述发动机(1)为含硫燃料的加热炉。