CN105143788A - 组合蒸气吸收和机械压缩循环设计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制冷系统，所述制冷系统包括蒸气压缩循环(20)，所述蒸气压缩循环(20)具有冷凝器(22)、膨胀阀(24)、蒸发器(26)和压缩机(28)。制冷剂被配置来通过所述蒸气压缩循环而循环。所述制冷系统还包括吸收制冷循环(30)，所述吸收制冷循环(30)具有布置成大体上闭环配置的吸收器(32)和解吸器(34)。吸收溶液被配置来通过所述吸收制冷循环而循环。所述蒸气压缩循环和所述吸收制冷循环基本上整合。所述吸收器流体联接到所述压缩机并且被配置来生成制冷剂与吸收溶液的混合物。所述解吸器流体联接到所述冷凝器并且被配置来从所述混合物分离所述制冷剂并且升高制冷剂蒸气的压力。

Description

组合蒸气吸收和机械压缩循环设计
发明背景
本发明的示例性实施方案大体而言涉及加热、通风、空调和制冷(HVAC&R)系统，并且更特定而言涉及包括整合的蒸气压缩循环和吸收制冷循环的HVAC&R系统。
吸收制冷机和机械蒸气压缩(或蒸气压缩)制冷机通常都使用具有很低沸点的制冷剂。在两种制冷机中，当这种制冷剂蒸发或沸腾时，其带走一些热量，从而提供冷却效果。然而，吸收制冷和蒸气压缩制冷在制冷剂从气体变回液体以重复循环的方式方面不同。蒸气压缩制冷机使用机械功(常由电动压缩机提供)，以升高气体的压力和温度，然后通过与冷流体诸如空气或水热交换而将热高压气体冷凝回液体，如冷却器的情况。吸收制冷机使用仅需要低功率泵的不同方法来改变气体的压力和温度。气体首先由吸收液体吸收并且随后由外来热源来加热液体混合物从而生成高压热气体。在冷却时热气体然后冷凝回到液体。吸收制冷提供能由低级热进行热驱动的系统，低级热转变为用来直接驱动压缩机的电或轴功率通常太昂贵。
常规制冷系统，诸如在卡车和拖车中，使用来自内燃机的轴功率或者来自内燃机驱动的发电机的电力。在这样的应用中，来自发动机废气和冷却剂的热能被浪费掉。在其它加热、通风、空调和制冷(HVAC&R)应用中，已使用太阳能来给制冷系统提供能量。然而，光伏系统需要额外部件，诸如功率电子器件和电力储存装置来稳定其电压供应，从而导致高系统成本。而且，已使用太阳热能来驱动常规吸收冷却器。然而，目前市场上可买到的吸收冷却器需要具有高温升的太阳能集热器，从而导致低收集效率。因此，使用高效率太阳能集热器诸如平板收集器或废热来实现蒸气压缩的系统可显著地提高总系统效率。而且，吸收蒸气压缩和机械蒸气压缩的基本上整合的系统可以兼有两种过程的优点。
发明简述
根据本发明的一方面，本发明提供一种制冷系统，其包括蒸气压缩循环，蒸气压缩循环具有冷凝器、膨胀阀、蒸发器和压缩机。制冷剂被配置来通过该蒸气压缩循环而循环。制冷系统还包括吸收制冷循环，吸收制冷循环具有布置成大体上闭环配置的吸收器和解吸器。吸收溶液被配置来通过该吸收制冷循环而循环。蒸气压缩循环和吸收制冷循环基本上整合。吸收器流体联接到压缩机并且被配置来生成制冷剂与吸收溶液的混合物。解吸器流体联接到冷凝器并且被配置来从混合物分离制冷剂(作为蒸气)并且升高制冷剂蒸气的压力。
通过下文的描述，结合附图理解，这些和其它优点和特点将变得更显而易见。
附图简述
被认为是本发明的主题在说明书所附的权利要求中特别地指出且明确地主张。通过结合附图来理解下文的详细的描述，本发明的前述和其它特点和优点将显而易见，在附图中：
图1是根据本发明的实施方案的制冷系统的示意图；
图2是根据本发明的另一个实施方案的制冷系统的示意图；
图3是根据本发明的另一个实施方案的制冷系统的示意图；
图4是根据本发明的另一个实施方案的制冷系统的示意图；
图5是根据本发明的另一个实施方案的制冷系统的示意图。
发明详述
现参考附图，示出了制冷系统10，制冷系统10整合了蒸气压缩循环20和吸收制冷循环30。制冷系统10的蒸气压缩循环20通常包括冷凝器22、膨胀阀24、蒸发器26和压缩机28，制冷剂R通过蒸气压缩循环20而循环。用于制冷系统10的示例性制冷剂包括(但不限于)例如R134A、R410A、R404A、R1234zdE和R1234zeE。制冷系统10的吸收制冷循环30通常包括布置成基本上闭环配置的吸收器32和解吸器34使得吸收溶液A流过。被选择用于制冷系统10的吸收溶液A取决于所用制冷剂的类型。示例性吸收溶液包括(但不限于)例如润滑剂、多元醇酯(POE)、矿物油、聚亚烷基二醇(PAG)油和聚乙烯醚(PVE)。吸收制冷循环30流体联接到冷凝器22上游和压缩机28下游的蒸气压缩循环20使得进出吸收制冷循环30的制冷剂R具有基本上相似的压力。
冷凝器22是热交换器，热交换器允许热能从热的汽化制冷剂R迁移到第一热交换介质，诸如冷空气或水。因此，在制冷剂R与第一热交换介质之间的传热关系中，制冷剂R冷却并且冷凝成为液体。从冷凝器22，饱和液体制冷剂R流到节流阀或热膨胀阀24。在热膨胀阀24内制冷剂R的压降造成制冷剂R在进入蒸发器26之前温度降低。蒸发器26也是热交换器，热交换器被配置来在第二热交换介质诸如空气或水与制冷剂R之间传热。在温热的第二热交换介质与制冷剂R之间的传热造成制冷剂R蒸发。然后将汽化制冷剂R提供给压缩机28。压缩机28被配置来压缩汽化制冷剂R使得制冷剂R具有升高的压力和因此升高的温度。
吸收制冷循环30的吸收器32通常布置于压缩机28下游。吸收器32被配置来从解吸器34接收“强”液体吸收溶液A以及从蒸气压缩循环20的压缩机28接收制冷剂R蒸气。当制冷剂蒸气与液体吸收溶液A在吸收器32内混合时，汽化制冷剂R溶解到吸收溶液A中使得“弱”吸收混合物A+R在吸收器32的出口处提供。在一个实施方案中，由吸收器32中的汽化制冷剂R散发的热Hout可以用来加热所希望的空间。如图所示，沿着管道38布置的泵36可以被配置来将吸收混合物A+R循环到解吸器34。由外来能源(未图示)诸如太阳能提供的热Hin被供应到解吸器34内的吸收混合物A+R。这种添加的热造成制冷剂R蒸发出来并且因此从“弱”吸收混合物A+R分离以产生“强”吸收溶液A。添加热Hin还将解吸器34内的压力升高到高于冷凝器22中的冷凝压力，在冷凝器22中，汽化制冷剂R冷凝回液体。热吸收溶液A通过另一管道40返回到吸收器32以重复该循环。
在图2所示的另一个实施方案中，制冷系统10的吸收制冷循环30包括热交换器42，热交换器42被配置来将管道38内的吸收溶液A与制冷剂R的混合物和管道40内的热吸收溶液A布置成传热关系。在热交换器42中，热从管道40中的吸收溶液A传到混合的吸收溶液A与制冷剂R使得系统10需要更少的外来热Hin从解吸器34中的吸收溶液A分离制冷剂R并且将制冷剂R加压。在一个实施方案中，膨胀阀44可以布置于管道40内通常在第一热交换器42下游和吸收器32上游。膨胀阀44被配置来降低吸收溶液A的压力使得制冷剂R更快速地溶解到吸收器32内的吸收溶液A中。
在图3至图5所示的一个实施方案中，解吸器34被配置成管壳式热交换器使得使用液体介质将外来热Hin输入到解吸器34中。在这样的实施方案中，系统10可以包括不同于解吸器34的分离器46。热吸收溶液A与汽化制冷剂的混合物通过另一管道48提供给分离器46，其中，分离混合物A+R的组分。汽化制冷剂R被供应给蒸气压缩循环20的冷凝器22以再循环通过冷凝器22并且热液体吸收溶液A通过管道40返回到吸收器。
现参考图4和图5，制冷系统10的吸收器32可以被配置成液体-液体混合器。在图示非限制性实施方案中，在连接压缩机28与吸收器32的管道29中的汽化制冷剂R和由泵36循环到解吸器34的吸收溶液A与制冷剂R的混合物被提供给热交换器50。在热交换器50内，热被配置来从汽化制冷剂R迁移到吸收溶液A与制冷剂R的混合物使得供应到吸收器32的制冷剂R呈基本上液态，而不是蒸气状态。热混合物A+R提供给解吸器34，其中，外来热Hin造成其中的至少制冷剂R汽化。外来热Hin可以从制冷系统10内部提供使得制冷系统10大体上是自持的并且不需要额外热源。在一个实施方案中，供应到解吸器34的外来热Hin的至少一部分包括从冷凝器22排出的热。在另一个实施方案中，外来热Hin的至少一部分包括由吸收器32排出的热。布置于解吸器34下游的分离器46从吸收溶液A移除汽化制冷剂R。制冷剂R返回到蒸气压缩循环20的冷凝器22以循环通过冷凝器22并且吸收溶液A通过管道40返回到吸收器。
在一个实施方案中，在分离器46与吸收器32之间延伸的管道40包括热交换器52和膨胀阀44。如图4所示，热交换器52被配置来从热吸收溶液A向冷的热交换介质(诸如空气或水)传热，使得吸收溶液A的温度受到控制以维持在吸收器32中的吸收。在图5中图示的另一个实施方案中，在通过热交换器50之后，吸收溶液A与制冷剂R的混合物可以作为冷的热交换介质供应到热交换器52。吸收溶液A和制冷剂R的通常较冷的混合物从热吸收溶液A吸热。因为混合物在供应到解吸器34时被部分地加热，需要减少的外来热量Hin来使制冷剂R汽化。
当应用于其中诸如来自内燃机的热能可用的应用中时，将蒸气压缩循环20与制冷吸收循环30整合到制冷系统10内可显著地提高燃料效率。当制冷系统应用于加热、通风、空调和制冷应用时，可以使用可再生能源来供应外来热，从而导致更低的操作成本。由于系统改进的效率，可以减小蒸气压缩循环的关键部件诸如压缩机的大小和容量。
虽然仅关于有限的几个实施方案描述了本发明，但应易于了解本发明并不限于这些公开的实施方案。而是，可修改本发明以合并之前未描述的任意多个变型、更改、替代或等效布置，但这些仍与本发明的精神和范围相符。此外，虽然描述了本发明的各种实施方案，但应了解本发明的方面可仅包括所描述实施方案中的某些。因此，本发明不应视作受前文的描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (19)

1.一种制冷系统，其包括：
蒸气压缩循环，其包括冷凝器、膨胀阀、蒸发器和压缩机，具有通过其循环的制冷剂；以及
吸收制冷循环，其包括吸收器和解吸器，所述吸收器和解吸器布置成大体上闭环配置使得吸收溶液通过其循环，其中所述蒸气压缩循环和所述吸收制冷循环基本上整合使得所述吸收器流体联接到所述压缩机并且被配置来生成包括制冷剂和吸收溶液的混合物并且所述解吸器流体联接到所述冷凝器，所述解吸器被配置来从所述混合物分离制冷剂蒸气并且升高所述制冷剂蒸气的压力。
2.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述吸收器被配置成液体-气体混合器。
3.根据权利要求1所述的制冷系统，其中热交换器大体上布置于所述吸收器下游和所述解吸器上游使得所述热交换器被配置来从返回到所述吸收器的所述吸收溶液向供应到所述解吸器的所述混合物传热。
4.根据权利要求1所述的制冷系统，其中膨胀阀大体上布置于所述吸收器上游，所述膨胀阀被配置来降低从所述解吸器返回到所述吸收器的所述吸收溶液的压力。
5.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述解吸器被配置成壳管式热交换器。
6.根据权利要求5所述的制冷系统，其中所述制冷系统还包括分离器，所述分离器布置于所述解吸器下游和所述冷凝器上游，所述分离器被配置来从所述混合物分离所述制冷剂。
7.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述吸收器被配置成液体-液体混合器。
8.根据权利要求7所述的制冷系统，其中第一热交换器大体上布置在所述压缩机下游和大体上所述解吸器上游，所述第一热交换器被配置来在所述制冷剂与所述混合物之间传热使得供应到所述吸收器的所述制冷剂冷凝为液体。
9.根据权利要求8所述的制冷系统，其中第二热交换器大体上布置在所述解吸器下游和大体上所述吸收器上游，所述第二热交换器被配置使得从通过其流动的吸收溶液向冷的热交换介质传热。
10.根据权利要求9所述的制冷系统，其中所述冷的热交换介质是冷却流体。
11.根据权利要求9所述的制冷系统，其中所述冷的热交换介质是从所述第一热交换器供应的混合物。
12.根据权利要求1所述的制冷系统，其中所述吸收制冷循环包括泵，所述泵被配置来通过其循环所述吸收溶液。
13.根据权利要求1所述的制冷系统，其中来自外来热源的热施加到所述解吸器以从所述混合物分离所述制冷剂并且升高所述制冷剂蒸气的压力。
14.根据权利要求13所述的制冷系统，其中所述外来热源是内燃机。
15.根据权利要求13所述的制冷系统，其中所述外来热源是太阳能电池板。
16.根据权利要求1所述的制冷系统，其中来自所述制冷系统内的源的热施加到所述解吸器以从所述混合物分离所述制冷剂并且升高所述制冷剂蒸气的压力。
17.根据权利要求16所述的制冷系统，其中供应到所述解吸器的热的至少一部分包括来自所述冷凝器的排热。
18.根据权利要求16所述的制冷系统，其中供应到所述解吸器的热的至少一部分包括来自所述吸收器的排热。
19.根据权利要求1所述的制冷系统，其中由所述吸收器散发的热被提供到所期望的空间。
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