CN1109865C - 三效吸收式制冷系统 - Google Patents

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Abstract

在一种三效吸收式制冷系统中，溶液从一个吸收器(A)流到并联连接的第一和第二发生器(G1、G2)中。从第一发生器(G1)出来的溶液返回到吸收器(A)中。从第二发生器(G2)出来的溶液流到与该第二发生器(G2)串联连接的第三发生器(G3)中。来自每个发生器(G1，G2，G3)的制冷剂蒸汽在相应的冷凝器(C1，C2，C3)中冷凝。第三冷凝器(C3)与第二发生器(G2)交换热量，而第二冷凝器(C2)与第一发生器(G1)交换热量。

Description

三效吸收式制冷系统
技术领域
本发明涉及一种多效吸收式制冷系统。更具体地说，本发明涉及一种三效吸收式制冷系统，该制冷系统具有反向并串联供液装置。
吸收式制冷系统典型的是用来冷却商业建筑物。例如，一个单效吸收系统典型地包括一个发生器、一个冷凝器、一个蒸发器和一个吸收器。在该系统中，通过一个外部热源如燃料燃烧器、低压蒸汽、或热水在发生器中将含制冷剂的吸收溶液加热，以蒸发出制冷剂蒸汽，将制冷剂蒸汽冷凝成制冷剂液体，然后送到蒸发器中。在蒸发器中的制冷剂液体吸收欲冷却的商业建筑物内空气中的热量，再快速蒸发成蒸汽。制冷剂蒸汽流到吸收器，在该吸收器里制冷剂蒸汽与吸收液混合，并将合在一起的含制冷剂的吸收溶液泵送到发生器中。
上述单效吸收系统效率不高，它的热性能系数(COP)约为0.7。
一种更现代化的方法是采用双效吸收式制冷系统。在后一种系统中，单个发生器和冷凝器被两个发生器(高温发生器和低温发生器)和两个冷凝器(也是高温冷凝器和低温冷凝器)代替。初始热量被供给到高温发生器，以便从含制冷剂的吸收溶液中蒸发出制冷剂蒸汽。将该制冷剂蒸汽在高温冷凝器中冷凝。高温冷凝器中的冷凝热量用来加热低温发生器中的含制冷剂的吸收溶液，同时在该低温发生器中蒸发出更多的蒸汽。这样，输入到该系统的热量被利用两次来发生制冷剂蒸汽。因此，双效吸收系统的热COP被改善到约为1.2。
近年来，已经用一种三效吸收系统进行了实验，该系统利用三个发生器和三个冷凝器。下面将讨论各种构型的三效吸收系统。
图3示出一种三效吸收系统，在该系统中一个吸收器A将含制冷剂的吸收溶液供给三个发生器，其中包括一个高温发生器G3、一个中温发生器G2、和一个低温发生器G1，它们全都并联连接。每个发生器都将制冷剂蒸汽供给到一个相应的冷凝器中，其中包括一个高温冷凝器C3、一个中温冷凝器C2，和一个低温冷凝器C1。此外，温度较高的冷凝器C3和C2分别与温度较低的发生器G2和G1连接。因此，该系统被称为双联冷凝器(DCC)三效吸收系统。热交换器HX1、HX2和HX3可以设置在从吸收器开始的并联流路中。这种系统的热COP约为1.6～1.8。
图4示出另一种DCC三效吸收系统。在此构型中，发生器G1、G2和G3以反向串联形式与吸收器A连接，而不是象图3中那样以并联形式连接。热交换器HX1、HX2和HX3设置在反向串联流路中。
图5还示出另一种DCC三效吸收系统，在该系统中发生器G3、G2和G1以一种串联流动安排与吸收器A连接。热交换器HX1、HX2和HX3设置在串联流路中。
另一种有关的DCC三效吸收系统包括两个蒸发器和两个吸收器。一个吸收器A1供料给发生器G1，而另一个吸收器A2以并联形式供料给发生器G2和G3。在多吸收器构型中已经提出了各种另外的可能连接，其中一个吸收剂供料给一个发生器，而另一个吸收器以串联或并联形式供料给两个发生器。
上述有关的三效吸收系统有许多缺点。
串联或反向串联配置的热COP比较低。在一种串联或反向串联配置中，几乎所有的吸收溶液都必须通过所有三个热交换器HX1、HX2、HX3。因此，热交换器的负荷很重。因为热交换器的效率低于100％所以较重的负荷导致较高的热损耗。
反向串联配置还需要三个吸收液泵，以便将吸收液泵送到所有三个发生器中。这就增加了系统的成本。
并联系统，如图3中所示的那种将具有最佳的流动状态。然而，得到以并联形式向三个发生器的最佳流动极为困难，因而降低了系统的COP。
在并联系统中，从中温发生器G2出来的热吸收流体与从高温发生器G3出来的热吸收流体混合。这些吸收流体的不同温度和组成造成混合损失。此外，在HX3的两边上的温差很大，从而产生额外的热损失。
此外，三效吸收系统需要一个热量传递添加剂。该热量传递添加剂是一种加在溶液中的醇(有代表性的是二乙基-1-已醇)，以便帮助吸收器合适地工作。含醇溶液直接从吸收器流到高温发生器G3中。有一种危险是醇在G3中的高温下将分解，因而不适合整个系统。
多蒸发器/多吸收器系统由于用过多的蒸发器和吸收器部件而造价很贵，并且仍然保留许多与上述单吸收器系统相同的热效率不高的问题。
发明的公开内容
本发明根据上述情况作出并打算用来提供一种三效吸收式制冷系统，该系统没有与相关系统有关的缺点。
本发明的另一些目的和优点部分将在下述说明中陈述，并且部分将从该说明中弄清楚，或者可以通过本发明的实践了解。本发明的一些目的和优点可以通过下面的技术方案及最佳方式中特别着重指出的各种组合来理解和达到。
为了达到这些目的，并按照本发明的用途，正如其中所概述的，提供了一种三效吸收式制冷系统。该系统包括一个蒸发器。一个吸收器可运行地连接到该蒸发器上。设置了第一、第二和第三发生器，第一和第二发生器与吸收器并联连接，以便在第一流路中接收从吸收器出来的溶液，而第三发生器与第二发生器串联连接，以便在第二流路中接收从第二发生器出来的溶液。设置一个热源用于将第三发生器中的溶液加热到一个第一温度，因而将第三发生器中的溶液分离成吸收液和制冷剂蒸汽。设置一个第三流路，用于使吸收液从第三发生器返回到吸收器中。设置第一、第二和第三吸收器，它们分别与第一、第二和第三发生器可运行地连接，以便分别接收和冷凝来自第一、第二和第三发生器的制冷剂蒸汽。第三冷凝器与第二发生器可运行地连接，以便与第二发生器交换热量，而第二冷凝器与第一发生器可运行地连接，以便与第一发生器交换热量。
本发明的三效吸收系统仍然采用两个连接的发生器/冷凝器，但它们以一种不同的溶液对供料配置连接。这种配置叫做反向并串联供液配置。一种稀溶液(即含低比例吸收流体/制冷剂的溶液)被从吸收器输送到并联的低温发生器G1和中温发生器G2中。G2中的溶液被加热，同时蒸发出制冷剂蒸汽。现在更浓的溶液(即含较高比例吸收流体/制冷剂的溶液)被从G2传送到高温发生器G3中。当更多的制冷剂被蒸发出时，溶液进一步浓缩，并且更浓的溶液从G1排出。这种从G1排出的溶液与从G3排出的更浓的吸收液混合，并返回到吸收器中。
将系统的初始能量输入到G3中，在此处它加热溶液并如上所述产生制冷剂蒸汽。从G3中产生的制冷剂蒸汽在高温冷凝器C3中冷凝，并且如上所述，冷凝的热量与G2交换以便在G2中产生制冷剂蒸汽。来自C3的冷凝液和来自G2的蒸汽通过中温冷凝器C2。C2中冷凝的热量与G1交换以便如上所述从G1中产生制冷剂蒸汽，来自C2的冷凝液和来自G1的蒸汽在低温冷凝器C1中收集，并且所产生的冷凝液被传送到蒸发器E中，以便得到所期望的制冷效果。然后，将所产生的低压蒸汽从蒸发器转到吸收器，在吸收器中它与返回的浓溶液合并，以便将该溶液稀释并开始新的循环。
附图的简要说明
各附图包括在说明书中并构成该说明书的一部分，它们图示出本发明的一个优选实施例。和说明书一起，各附图有助于阐明本发明的目的、优点和原理。其中：
图1为图示按照本发明的反向并串联三效吸收式制冷系统的示意图；
图1a为图示改进后的图1所示反向并串联三效吸收式制冷系统实施例的示意图；
图2为示出溶液和制冷剂流在图1实施例中的流程图；
图3示出一种并联三效吸收式制冷系统；
图4示出一种反向串联三效吸收式制冷系统；和
图5示出一种串联三效吸收式制冷系统。
实施本发明的最佳方式
现在将详细介绍如附图中概略示出的本发明的优选实施例。
本发明的一种示范性实施例是如图1和2中总体示出的三效吸收式制冷系统。
按照本发明，三效吸收式制冷系统包括一个蒸发器。正如图1中总体示出的，设置一个蒸发器E。该蒸发器E是接收制冷负荷的部件，因而使欲制冷的建筑物或封闭物变冷。蒸发器E可以是该领域的技术人员所共知的蒸发器中任何一种。
按照本发明，一个吸收器可运行地连接到蒸发器上。正如图1中总体示出的，通过一根管道将吸收器A连接到蒸发器E上，以便接收来自蒸发器E的低压制冷剂气体V4。吸收器A是单个吸收器。吸收器A的结构在该领域中也是人所共知的。
按照本发明，设置第一、第二和第三发生器。第一和第二发生器与吸收器并联连接，以便在第一流路中接收从吸收器出来的溶液，而第三发生器与第二发生器串联连接，以便在第二流路中接收从第二发生器出来的溶液。正如图1中所总体示出的，设置第一低温发生器G1、第二中温发生器G2和第三高温发生器G3。发生器G1和G2与吸收器A并联连接。发生器G3与发生器G2串联连接。
如图1所示，一种含有吸收流体和制冷剂的第一稀溶液S1(最好是稀的LiBr溶液)在第一管道流路中从吸收器A传送到发生器G1和G2。最好是，设置一个第一溶液泵P1，以便在第一流路FP1中分别通过阀V1和V2将溶液S1泵送到发生器G1和G2中。如上所述，发生器G1和G2是并联连接。换句话说，第一流路FP1是并联流路。因而溶液S1约有50％的体积被传送到每个相应发生器中。
正如图1中还示出的，一种第二稀溶液S2在第二流路FP2中从发生器G2传送到发生器G3中。最好是，设置一个第二溶液泵P2，以便将溶液S2从发生器G2泵送到发生器G3中。溶液S2是同样的进入发生器G2的稀LiBr溶液，但由于下述原因，它比溶液S1进入G2时稍浓。如上所述，发生器G3与发生器G2串联连接。换句话说，第二流路FP2是一种串联流路，由于G3与G2串联连接，所以，全部第二溶液S2都从G2传送到G3。
按照本发明，设置一个热源，用于将第三发生器中的溶液加热到一个第一温度，因而将第三发生器中的溶液分离成制冷剂蒸汽和吸收液。如图1所示，设置热输入到高温发生器G3中。
在本优选实施例中，热源可以是两种类型中的其中一种。该系统可以是一种“间接火加热”系统，即是一种热的流体如传热流体、热水、或蒸汽，该热流体可以用作施加到高温发生器G3上的热源。另外，该系统可以是“直接火加热”系统，该系统采用煤气燃烧器或某种其它类型的炉子作为热源。
热输入施加到发生器G3内的溶液S2中，使该溶液温度上升到一个第一温度，此温度最好约为222℃(431°F)。在此温度下，溶液S2中的制冷剂被蒸发并以制冷剂蒸汽的形式馏出。这个步骤留下一第三溶液S3，该溶液S3是一种浓的吸收液。
按照本发明，设置一第三流路，用于使吸收液从第三发生器返回到吸收器中。如图1所示，一个第三管道流路FP3使吸收溶液S3向后流向吸收器A。如图1所示，在第三管道流路FP3中设置一个第三溶液泵P3，以便帮助溶液返回吸收器中。泵P3最好设置在热交换器的下游，这在下面将要说明。
最好是，在各溶液回路中设置一个或多个热交换器，以便在溶液进入相应发生器之前将其预热。这种预热增加了系统的热COP。
在图1中，第一热交换器HX1可操作地连接，以便将在第一流路中从吸收器流到第一和第二发生器的溶液预热。第一热交换器HX1设置在并联的流路FP1中，它接收来自吸收器A的稀溶液S1，并预热该溶液S1和来自第三发生器G3的热的浓溶液S3，与从第一发生器G1返回的较低浓度的溶液S4合并。一部分预热后的溶液S1(约占其总量的50％)流到第一发生器G1中。
另一部分预热后的溶液S1在并联的流路FP1中继续流向第二热交换器HX2。在HX2中，第二部分预热后的溶液S1进一步被来自第三发生器G3的热的浓溶液S3预热。现在这部分预热后的溶液S1进入第二发生器G2中。
在串联流路FP2中，从第二发生器G2分离出来的第二溶液S2通过一第三热交换器HX3，在该热交换器中，溶液S2被来自第三发生器G3的热的浓溶液S3预热。然后，预热后的溶液S2进入发生器G3。
按照本发明，第一、第二和第三冷凝器可操作地连接，以便接收和连接，以便与第一发生器交换热量。
如图1所示，已在第三发生器G3中蒸发出的制冷剂蒸汽V1流入第三冷凝器C3中。尽管在图1中以一种分开的部件示意示出，第三冷凝器实际上是如此设置，以使热蒸汽V1将热量传递到第二发生器G2内的溶液S1中。第三冷凝器C3和第二发生器G2之间的这种热传递使冷凝器C3中的蒸汽V1冷凝，而同时使第二发生器G2中的溶液温度上升到一个第二温度，该第二温度低于第一发生器中的第一温度，但仍使第二发生器G2内的溶液S1中一些制冷剂快速蒸发成制冷剂蒸汽V3。
如图1所示，来自第二冷凝器C2的制冷剂冷凝液，和来自第一发生器G1的制冷剂蒸汽V3流到第一冷凝器C1中。在第一冷凝器C1处排出热量，因而使全部制冷剂冷凝。冷的液态制冷剂流回蒸发器E中，以便与制冷负荷交换热量，同时重新开始这种循环。
上述三效吸收系统将来自单个吸收器的溶液输送到并联的第一和第二发生器中，然后将来自第二发生器的溶液串联输送到第三发生器中。这种反向并串联供液配置与以前的三效吸收系统配置相比，具有以下优点：
与以前的各系统相比，反向并串联系统具有较高的热COP和较低的G3温度。本发明的热COP为1.736，而G3温度为222℃(431°F)。这些数值与一种并联系统(其热COP为1.730和G3温度为226℃(439°F))和一种串联系统(其热COP为1.608和G3温度为223℃(433°F))相比是有利的。较低的G3温度等同于系统寿命更长和操作更完全。阻碍以前的三效吸收系统成功的主要障碍之一是各种系统材料的腐蚀，及热量传递添加剂在高的G3温度下分解。用反向并串联液流可达到的较低G3温度有助于纠正上述两个问题。
在流路FP1中，约有50％的液流转到G1。这意味着约有50％的溶液流入G2，随后流入G3。因此，在HX2和HX3上的负荷比串联系统中的要小，在串联系统中，全部溶液流过HX1、HX2和HX3。在本系统中HX2上的负荷也比并联系统中的要小(与并联系统中的60～70％相比，本系统为50％)。在本系统中HX3上的负荷与并联系统中的HX3负荷差不多。
由于只有发生器G1和G2并联连接，而不是象并联系统中那样三个发生器都并联连接，因此大大改善了流量控制。
由于流出G2的热溶液直接流到G3，同时没有额外的溶液加入其中，所以不会发生混合不同温度下的两种溶液所引起的温度损失。这就改善了热效率。
全部流入G3的溶液S2起初在发生器G2中浓缩。在G2中，热量传递添加剂与一些制冷剂一道被蒸发出。因此，在满负荷下可达到99％以上的醇分离效率。然而，即使在部分负荷的状态下，随着醇分离效率降低，G3温度也降低到低于醇的分解温度。因此，用本发明基本上避免了醇的分解。
本发明的另一个实施例在图1(a)中示出。在该实施例中，第三流路FP3中的第三溶液泵P3被一个喷射器e代替。设置喷射器e来帮助溶液S4从发生器G1返回吸收器A中。喷射器e利用从发生器G3出来的液流S3作为动量流，来增加从发生器G1中分离出来的流体S4的压力。
上述本发明的优选实施例说明已经作为了介绍，用于实例和说明的目的。该说明不打算很详尽或是将本发明限制成精确揭示的形式。按照上述说明，各种修改和改变是可能的，或者可以从本发明的实践中得到。说明实施例以便阐述本发明的原理，并且说明它的实际应用，以便使本领域的技术人员能在各种实施例中利用本发明，并且借助各种修改以适合所设想的特定用途。本发明的范围由所附的权利要求及其等同替代限定。

Claims (17)

1.一种三效吸收式制冷系统，包括：
一个蒸发器；
一个吸收器，它可运行地连接到上述蒸发器上；
第一、第二和第三发生器，所述的第一和第二发生器与上述吸收器并联连接，以便在一并联的第一流路中接收来自吸收器的溶液，而所述第三发生器与第二发生器串联连接，以便在一第二流路中接收来自该第二发生器的溶液；
一个热源，它用于将所述第三发生器中的溶液加热到一个第一温度，因而将该第三发生器中的溶液分离成制冷剂蒸汽和吸收液；
第三流路，它用于使吸收液从所述第三发生器返回到吸收器中；
第一、第二和第三冷凝器，它们分别与所述第一、第二和第三发生器可运行地连接，以便分别接收和冷凝来自所述第一、第二和第三发生器的制冷剂蒸汽，该第三冷凝器与所述第二发生器可运行地连接，以便与第二发生器交换热量，而该第二冷凝器与所述第一发生器可运行地连接，以便与第一发生器交换热量。
2.如权利要求1所述的三效吸收式制冷系统，其特征在于所述热源包括一种热的流体。
3.如权利要求1所述的三效吸收式制冷系统，其特征在于所述热源包括燃料的燃烧装置。
4.如权利要求1所述的三效吸收式制冷系统，还包括一个第一热交换器，该第一热交换器与所述第一流路可运行地连接，以便将在第一流路中从所述吸收器流到第一和第二发生器中的溶液预热。
5.如权利要求4所述的三效吸收式制冷系统，其特征在于所述第一热交换器加工成一定形状，以便在第三流路中将从吸收器流出的溶液和从第三发生器中返回的吸收液预热。
6.如权利要求4所述的三效吸收式制冷系统，还包括一个第二热交换器，该第二热交换器与所述第一流路可运行地连接，以便将在第一流路中从所述吸收器流到第二发生器的溶液预热。
7.如权利要求6所述的三效吸收式制冷系统，其特征在于所述第二热交换器被加工成一定形状，以便将在第三流路中从所述吸收器流出的溶液和从第三发生器中返回的吸收液预热。
8.如权利要求4所述的三效吸收式制冷系统，还包括一个第三热交换器，该第三热交换器与第二流路可运行地连接，以便将在第二流路中从所述第二发生器流到第三发生器中的溶液预热。
9.如权利要求8所述的三效吸收式制冷系统，其特征在于：所述第三热交换器被加工成一定形状，以便将在第三流路中从所述第二发生器流出的溶液和从第三发生器返回的吸收液预热。
10.如权利要求1所述的三效吸收式制冷系统，还包括一个第一泵，用于将第一流路中的溶液从所述吸收器泵送到第一和第二发生器中。
11.如权利要求10所述的三效吸收式制冷系统，还包括一个第二泵，用于将第二流路中的溶液从所述第二发生器泵送到第三发生器中。
12.如权利要求1所述的三效吸收式制冷系统，其特征在于所述第三冷凝器和第二发生器之间的热交换将第二发生器中的溶液加热到一个第二温度，该第二温度低于第一温度，因而从所述第二发生器内的溶液中除去一部分制冷剂蒸汽，以便在第二冷凝器中冷凝。
13.如权利要求12所述的三效吸收式制冷系统，其特征在于：所述第二冷凝器和第一发生器之间的热交换将第一发生器中的溶液加热到一个第三温度，该第三温度低于第二温度，因而从所述第一发生器内的溶液中除去一部分制冷剂蒸汽，以便在第一冷凝器中冷凝。
14.如权利要求13所述的三效吸收式制冷系统，其特征在于：所述第一发生器还被加工成形为具有一个第四流路，用于使除去一部分制冷剂后留在第一发生器中的溶液返回到吸收器中。
15.如权利要求14所述的三效吸收式制冷系统，其特征在于：第四流路是一种合并的流路。
16.如权利要求1所述的三效吸收式制冷系统，还包括一个设置在第三流路中的泵。
17.如权利要求1所述的三效吸收式制冷系统，还包括一个设置在第三流路中的喷射器。
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