CN109631413A - 一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统 - Google Patents

一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统，包括发生器(1)、吸收器(2)和吸附制冷循环(6)，所述的发生器第二换热通道与吸收器第二换热通道之间设有第二溶液流路(3)、制冷剂流路(4)和第一溶液流路(5)，所述的制冷剂流路(4)中设有第一冷却器(41)和第二冷却器(42)，所述的第二冷却器(42)包括第二冷却器第一换热通道和第二冷却器第二换热通道，所述的第二冷却器第一换热通道连接于制冷剂流路(4)中，所述的第二冷却器第二换热通道连接于吸附制冷循环(6)中，并从吸附制冷循环(6)中吸收冷量。与现有技术相比，本发明通过逐级冷却压缩机吸气温度还可降低压缩机功耗，进而提高系统制热COP。

Description

一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统
技术领域
本发明涉及热泵设备技术领域，尤其是涉及一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混 合循环系统。
背景技术
不少工业场合需要90℃-120℃热风烘干物料，如锂电池电极材料脱水过程需 要120℃左右的热风，目前多采用电加热方式，能耗大、烘干成本高。另外一些工 业领域需要90-120℃热水，目前多采用燃煤锅炉加热方式获得，燃烧效率低且排 放物污染环境。热泵作为新型取热方式，由于有较高能效和简单的结构特征等优势 受到广泛关注。目前较成熟的热泵技术是机械蒸气压缩热泵技术和吸收热泵技术。
对于机械蒸气压缩制冷/热泵循环，目前受限于制冷剂、循环和部件等因素， 系统能效和运行范围受到一定的限制。最高供水温度一般低于90℃，难以突破 100℃。因为过高的冷凝温度使压缩机超负荷运行，造成压缩机排气温度过高、导 致压缩机停机，同时系统制热量和COP也急剧下降。对于制取100℃以上的热水 或蒸汽，目前较成熟的热泵技术是第二类吸收热泵，但是需要利用中温热源(80℃ 以上废热水)驱动，适用范围十分有限[张春春.第二类吸收式热泵在分布式能源系 统中的应用研究,合肥工业大学，2014]。与此同时不少工业场合存在大量60℃以 上的工业废热，但该种热源因为品位太低，难以实现再次利用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种吸附冷却吸 气的吸收/压缩混合循环系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统，包括发生器、吸收器和吸附制 冷循环，所述的发生器包括发生器第一换热通道和发生器第二换热通道，所述的吸 收器包括吸收器第一换热通道和吸收器第二换热通道，所述的发生器第一换热通道 用于从低温端吸热并将热量传递至吸收器第二换热通道，所述的发生器第二换热通 道与吸收器第二换热通道之间设有第二溶液流路、制冷剂流路和第一溶液流路，所 述的发生器第二换热通道用于制冷剂浓溶液的蒸发，生成制冷剂稀溶液和制冷剂气 体，并分别通过第二溶液流路和制冷剂流路流向吸收器第二换热通道处汇合，使得 制冷剂稀溶液将制冷剂气体吸收，得到制冷剂浓溶液并通过第一溶液流路回流至发 生器第二换热通道，所述的吸收器第一换热通道用于从吸收器第二换热通道中获得 热量并加热高温端，所述的制冷剂流路中设有第一冷却器和第二冷却器，所述的第 二冷却器包括第二冷却器第一换热通道和第二冷却器第二换热通道，所述的第二冷 却器第一换热通道连接于制冷剂流路中，所述的第二冷却器第二换热通道连接于吸 附制冷循环中，并从吸附制冷循环中吸收冷量。
进一步地，所述的吸附制冷循环包括冷凝器、第一吸附床、第二吸附床和四通 阀，所述的四通阀的第一接口与第二冷却器第二换热通道连接，第二接口与第二吸 附床连接，第三接口与冷凝器连接，第四接口与第一吸附床连接。
进一步地，所述的吸附制冷循环还包括第二膨胀阀，所述的第二膨胀阀一端与 第二冷却器第二换热通道连接，另一端与冷凝器连接。
进一步地，所述的第一吸附床与第二吸附床中装填有吸附剂。
进一步地，所述的吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统还包括中间换热器，所述的中间换热器包括中间换热器第一换热通道和中间换热器第二换热通道，所述 的中间换热器第一换热通道连接于第一溶液流路中，所述的中间换热器第二换热通 道连接于第二溶液流路中。
进一步地，所述的第一溶液流路中设有第一膨胀阀，所述的膨胀阀的一端与发 生器第二换热通道连接，另一端连接于中间换热器第一换热通道的出口端上，中间 换热器第一换热通道的入口端与吸收器第二换热通道连接。
进一步地，所述的第二溶液流路中设有溶液泵，所述的溶液泵一端与发生器第 二换热通道连接，另一端连接于中间换热器第二换热通道的入口端，中间换热器第 二换热通道的出口端于吸收器第二换热通道连接。
进一步地，所述的制冷剂流路中还包括冷凝液回路，制冷剂气体流经第一冷却 器和第二冷却器后产生的冷凝液通过冷凝液回路汇合后流向溶液泵。
进一步地，所述的制冷剂流路中还设有压缩机，所述的压缩机一端与第二冷却 器连接，另一端与吸收器第二换热通道连接。
与现有技术相比，本发明相比传统的第一类吸收/压缩混合循环，本发明技术 在制冷剂流路上增加了两个冷却器，分别是第一冷却器41和第二冷却器42，两者 可逐级降低压缩机吸气温度，以便可以使用常规压缩机而满足高温热泵工况。第一 冷却器41可采用环境空气或冷却水进行冷却，第二冷却器42采用吸附制冷循环冷 却。吸附制冷循环是依靠工业废热驱动而产生源源不断的冷量，如硅胶水吸附制冷 机组可采用60℃左右的热水驱动而产生5℃左右的冷冻水。发生器产生的饱和制冷 剂蒸气首先被第一冷却器41冷却到环境温度，然后流向第二冷却器42进行深度冷 却。由于制冷剂气体温度在两个冷却器中逐渐地降低，于是会产生一部分冷凝液， 冷凝液经冷凝液流路重新返回到泵入口。
通过逐级冷却压缩机吸气温度，不仅可使用常规压缩机而满足高温热泵工况， 实现制取100℃以上的热水、热风或热蒸汽，而且可降低压缩机功耗，进而提高系 统制热COP。同时相比于采用蒸气压缩进行冷却的压缩机机进气的方式，该混合 循环有更高的制冷COP，因为二级冷却是采用热驱动的吸附制冷循环，不消耗额 外的电功。
附图说明
图1为现有技术中第一类吸收/压缩混合循环示意图；
图2为本发明中吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统的结构示意图。
1、发生器，2、吸收器，3、第二溶液流路，4、制冷剂流路，5、第一溶液流 路，6、吸附制冷循环，7、中间换热器，31、溶液泵，41、第一冷却器，42、第二 冷却器，43、冷凝液回路，44、压缩机，51、第一膨胀阀，61、冷凝器，62、第一 吸附床，63、第二吸附床，64、四通阀，65、第二膨胀阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统，包括发生器1、吸收器2和吸附制冷 循环6，参见图2。
发生器1包括发生器第一换热通道和发生器第二换热通道，所述的吸收器2 包括吸收器第一换热通道和吸收器第二换热通道，所述的发生器第一换热通道用于 从低温端吸热并将热量传递至吸收器第二换热通道，所述的发生器第二换热通道与 吸收器第二换热通道之间设有第二溶液流路3、制冷剂流路4和第一溶液流路5， 发生器第二换热通道用制冷剂浓溶液的蒸发，生成制冷剂稀溶液和制冷剂气体，并 分别通过第二溶液流路3和制冷剂流路4流向吸收器第二换热通道处汇合，使得制 冷剂稀溶液将制冷剂气体吸收，得到制冷剂浓溶液并通过第一溶液流路5回流至发 生器第二换热通道。吸收器第一换热通道用于从吸收器第二换热通道中获得热量并 加热高温端，
制冷剂流路4：其中设有第一冷却器41和第二冷却器42，参见图2，所述的 第二冷却器42包括第二冷却器第一换热通道和第二冷却器第二换热通道，所述的 第二冷却器第一换热通道连接于制冷剂流路4中，所述的第二冷却器第二换热通道 连接于吸附制冷循环6中，并从吸附制冷循环6中吸收冷量。其中还包括冷凝液回 路43，制冷剂气体流经第一冷却器41和第二冷却器42后产生的冷凝液通过冷凝 液回路43汇合后流向溶液泵31。所述的制冷剂流路4中还设有压缩机44，所述的 压缩机44一端与第二冷却器42连接，另一端与吸收器第二换热通道连接。
吸附制冷循环6：包括冷凝器61、第一吸附床62、第二吸附床63和四通阀64， 参见图2，所述的四通阀64的第一接口与第二冷却器第二换热通道连接，第二接 口与第二吸附床63连接，第三接口与冷凝器61连接，第四接口与第一吸附床62 连接。吸附制冷循环6还包括第二膨胀阀65，所述的第二膨胀阀65一端与第二冷 却器第二换热通道连接，另一端与冷凝器61连接。所述的第一吸附床62与第二吸 附床63中装填有吸附剂。
中间换热器7：包括中间换热器第一换热通道和中间换热器第二换热通道，所 述的中间换热器第一换热通道连接于第一溶液流路5中，所述的中间换热器第二换 热通道连接于第二溶液流路3中。
第一溶液流路5：其中设有第一膨胀阀51，所述的膨胀阀51的一端与发生器 第二换热通道连接，另一端连接于中间换热器第一换热通道的出口端上，中间换热 器第一换热通道的入口端与吸收器第二换热通道连接。
第二溶液流路3：其中设有溶液泵31，所述的溶液泵31一端与发生器第二换 热通道连接，另一端连接于中间换热器第二换热通道的入口端，中间换热器第二换 热通道的出口端于吸收器第二换热通道连接。
循环运行工质对可选为氨水溶液和溴化锂水溶液等，吸附制冷循环运行工质对可选为硅胶-水、金属氯化物-氨等。以氨水溶液工质对进行说明：
A、发生器低压发生吸热过程：低温流体通过换热管加热从吸收器流回的浓溶 液，溶液中的氨不断气化带有一定的水分，溶液浓度由浓变稀，对应的饱和温度从 Tg1升高到Tg2，形成温度滑移，然后稀溶液经第二溶液流路3被溶液泵31加压后 流向吸收器2。
B、压缩机压缩及压缩机进气冷却过程：发生器1产生的饱和氨水蒸气首先被 第一冷却器41冷却到环境温度，降温过程中会产生冷凝液，冷凝液由冷凝液回路 43汇入溶液泵31，然后流向第二冷却器42进行深度冷却，其间产生的冷凝液同样 由冷凝液回路43汇入溶液泵31。冷却器所需的冷量来自与吸附制冷循环，吸附制 冷循环是依靠热驱动的制冷方式，热量来自与中温流体，如70℃左右的工厂废水， 中温流体使得第一吸附床62中的制冷剂气体脱附，脱附后通过四通阀64进入冷凝 器61并被冷凝为制冷剂液体，之后经过第二膨胀阀65后被节流减压，被节流减压 后的制冷剂液体被通入第二冷却器42后被再次蒸发为制冷剂气体，蒸发时产生的 冷量被用来深度冷却第二冷却器42中的氨气，经过两次冷却的制冷剂气体被压缩 机压缩成高温高压状态，然后流入吸收器2。通过第二冷却器42后的制冷剂气体 再次通过四通阀流入第二吸附床63中，之后第二吸附床63受到中温流体的加热再 次使得其中的制冷剂脱附，以此进行往复的吸附制冷循环。
C、吸收器2高压吸收放热过程：来自压缩机的高温高压制冷剂被来自发生器 的稀溶液所吸收，此时溶液的浓度由稀变浓，对应的饱和温度从Ta1降低到Ta2，然 后浓溶液经第一溶液流路被膨胀阀1节流后流向发生器1。吸收过程释放的热量被 换热管的高温流体带走。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变 化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权 利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统，其特征在于，包括发生器(1)、吸收器(2)和吸附制冷循环(6)，所述的发生器(1)包括发生器第一换热通道和发生器第二换热通道，所述的吸收器(2)包括吸收器第一换热通道和吸收器第二换热通道，所述的发生器第一换热通道用于从低温端吸热并将热量传递至吸收器第二换热通道，所述的发生器第二换热通道与吸收器第二换热通道之间设有第二溶液流路(3)、制冷剂流路(4)和第一溶液流路(5)，所述的发生器第二换热通道用于制冷剂浓溶液的蒸发，生成制冷剂稀溶液和制冷剂气体，并分别通过第二溶液流路(3)和制冷剂流路(4)流向吸收器第二换热通道处汇合，使得制冷剂稀溶液将制冷剂气体吸收，得到制冷剂浓溶液并通过第一溶液流路(5)回流至发生器第二换热通道，所述的吸收器第一换热通道用于从吸收器第二换热通道中获得热量并加热高温端，所述的制冷剂流路(4)中设有第一冷却器(41)和第二冷却器(42)，所述的第二冷却器(42)包括第二冷却器第一换热通道和第二冷却器第二换热通道，所述的第二冷却器第一换热通道连接于制冷剂流路(4)中，所述的第二冷却器第二换热通道连接于吸附制冷循环(6)中，并从吸附制冷循环(6)中吸收冷量。
2.根据权利要求1所述的一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统，其特征在于，所述的吸附制冷循环(6)包括冷凝器(61)、第一吸附床(62)、第二吸附床(63)和四通阀(64)，所述的四通阀(64)的第一接口与第二冷却器第二换热通道连接，第二接口与第二吸附床(63)连接，第三接口与冷凝器(61)连接，第四接口与第一吸附床(62)连接。
3.根据权利要求2所述的一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统，其特征在于，所述的吸附制冷循环(6)还包括第二膨胀阀(65)，所述的第二膨胀阀(65)一端与第二冷却器第二换热通道连接，另一端与冷凝器(61)连接。
4.根据权利要求1所述的一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统，其特征在于，所述的第一吸附床(62)与第二吸附床(63)中装填有吸附剂。
5.根据权利要求1所述的一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统，其特征在于，所述的吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统还包括中间换热器(7)，所述的中间换热器(7)包括中间换热器第一换热通道和中间换热器第二换热通道，所述的中间换热器第一换热通道连接于第一溶液流路(5)中，所述的中间换热器第二换热通道连接于第二溶液流路(3)中。
6.根据权利要求5所述的一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统，其特征在于，所述的第一溶液流路(5)中设有第一膨胀阀(51)，所述的膨胀阀(51)的一端与发生器第二换热通道连接，另一端连接于中间换热器第一换热通道的出口端上，中间换热器第一换热通道的入口端与吸收器第二换热通道连接。
7.根据权利要求5所述的一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统，其特征在于，所述的第二溶液流路(3)中设有溶液泵(31)，所述的溶液泵(31)一端与发生器第二换热通道连接，另一端连接于中间换热器第二换热通道的入口端，中间换热器第二换热通道的出口端于吸收器第二换热通道连接。
8.根据权利要求7所述的一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统，其特征在于，所述的制冷剂流路(4)中还包括冷凝液回路(43)，制冷剂气体流经第一冷却器(41)和第二冷却器(42)后产生的冷凝液通过冷凝液回路(43)汇合后流向溶液泵(31)。
9.根据权利要求1所述的一种吸附冷却吸气的吸收/压缩混合循环系统，其特征在于，所述的制冷剂流路(4)中还设有压缩机(44)，所述的压缩机压缩机(44)一端与第二冷却器(42)连接，另一端与吸收器第二换热通道连接。
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