CN112984852B - 一种以水作制冷剂的热压缩冷剂水蒸汽循环装置 - Google Patents

Abstract

一种以水作制冷剂的热压缩冷剂水蒸汽循环装置，其特征在于：所述循环装置采用二级循环，第一级循环将冷剂水在蒸发器中加压蒸发后进入中温加热器，蒸发器产出的低温高容积的水蒸汽在中温加热器内初步通过中温辐射温度，静压密度均增高到一定程度后，再进入第二级循环；第二级循环是在第一级热压处理后的冷剂水蒸汽压缩，冷凝制冷循环，整个制冷循环都处在高温的环境内；本发明冷凝器将功能分成二部分，冷凝出来的高温冷凝水，在冷凝水水箱内的冷却水系统，冷却流到蒸发器水箱参加第一级循环，冷凝后残留的高温尾气在冷凝器后室，经与中温加热器联通的中温加热器通道进入中温加热器参加第二级循环。

Description

一种以水作制冷剂的热压缩冷剂水蒸汽循环装置

技术领域

本发明涉及一种以水作制冷剂的热压缩冷剂水蒸汽循环装置，具体来说是涉及以水作制冷剂，将在蒸发器产出的极低压力和极大容量的冷剂水蒸汽，经过二个阶段的压缩过程，达到较高温度、压力的水蒸汽进入冷凝过程的一种循环制冷装置。

背景技术

现有技术中以水作制冷剂的溴化锂吸收式制冷机的制冷循环过程如下：

a> 蒸发过程。冷剂水在高度真空环境下，在5℃的低温下吸收换热器中冷媒水的热能，蒸发成冷剂水蒸汽，进入到吸收器。

b> 吸收器内由溴化锂水溶液，吸收冷剂水蒸汽。吸收过程中冷剂水蒸汽放出汽化潜热能相变成水。溴化锂水溶液吸收冷剂水蒸汽，被稀释后由溶液泵泵入发生器。

c> 发生器内加热稀溴化锂水溶液，水重新在温高压下汽化成高温高压进入冷凝器。

d> 冷凝器内高温高压水蒸汽冷凝降温降压。

溴化锂吸收式制冷机通过溴化锂水溶液吸收冷剂水蒸汽，再加热到高温高压后蒸发成水蒸汽的压缩冷剂水蒸汽的方法虽然有效，但效率很低，COP约1左右。

现有技术中压缩式制冷机采用直接压缩冷剂水蒸汽，将蒸发器产出的低温低压水蒸汽直接压缩到高温高压，进入冷凝器。由于压缩式制冷机直接压缩冷剂蒸汽，所以COP要远大于吸收式制冷机COP约5～9。但是以水作制冷剂，在蒸发器内抽真空机将容器的空间压力抽到最低点（<700Pa），因而不可能有任何一种形式的压缩机，其入口的压力要低于蒸发器的压力。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种以水作制冷剂的热压缩冷剂水蒸汽循环装置。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的以水作制冷剂的热压缩冷剂水蒸汽循环装置采用二级循环，其中：一级循环包括进水管口与蒸发器水箱相连、出水管口与高压喷雾水系统相连的屏蔽水泵 ，依次排列设置在高压喷雾水系统后方的蒸发器、中温加热器、回热器、内置有高温辐射板的高温加热器、联通水管，以及位于联通水管上方的内装有冷凝器水箱冷却水系统的冷凝器水箱，且冷凝器水箱通过联通水管与蒸发器水箱相连通；二级循环包括中温加热器、位于中温加热器下方的蒸发器水箱、位于高温加热器后部的屏蔽风机、设置在凝器凝水箱上方的冷凝器，其中冷凝器的冷凝器前室通过风道与屏蔽风机相连，冷凝器后室内设置有喷射抽气装置，并且冷凝器后室通过通道与中温加热器相连通；蒸发器水箱内的低温循环水经由屏蔽水泵加压后通过高压喷雾水系统喷入蒸发器，在蒸发器中产生的高动力低温冷剂水蒸汽进入中温加热器，形成中温冷剂水蒸汽，进入高温循环；低压循环中的冷剂水经由冷凝器、冷凝器水箱内设置的冷凝器水箱冷却水系统再次冷却后，经联通水管回流到蒸发器水箱内；高温循环过程中由中温加热器产出中温冷剂水蒸汽，首先进入回热器，再进入高温加热器，在高温辐射板的加温加压达到设定参数，由屏蔽风机输送到冷凝器冷凝后尾气进入冷凝器后室，由于冷凝尾气温度较高，水蒸汽饱和压力也高，经位于冷凝器后室的喷射抽气装置抽吸后随同水流流向蒸发器水箱。

本发明中所述喷射抽气装置包括进水管口与蒸发器水箱相连、出水管口通过管路与喷射泵相连的加压泵；喷射抽气装置通过管路与蒸发器水箱连接，用蒸发器水箱内的水加高压循环，抽吸冷凝器后室中的水蒸汽。

所述一级、二级循环均经由中温加热器进行循环，中温加热器在循环过程中的温度值小于冷凝器工作温度3～5℃。

本发明是利用水蒸汽分子的饱和物理特性实现自我压缩，以水作制冷剂的制冷循环，在水进入蒸发器之前利用水泵加压，使冷剂水在进入蒸发器之前具有一定的压力。由于冷剂蒸发过程不消耗压力能，因此蒸发过程只有热传递，水分子吸收汽化潜热相变成具有一定动力的冷剂水蒸汽，依本身动力进入加热器中。

水蒸汽饱和特性在任一温度下均有相应的唯一的、固定的物理参数，包括压力、密度、汽化潜热能、动力能。在蒸发器的低温下相应的密度也极低，所以以蒸发器产出的冷剂水蒸汽的热力参数进入加热器饱和热力参数相比较，其中动能达到密度达不到，所以可以持续接纳从蒸发器进入的冷剂水蒸汽，直接达到饱和密度。冷剂水蒸汽在这一过程中实现自我压缩。

由于蒸发器内的温度（蒸发温度）与水蒸汽设定的温度相差很大，为了使水蒸汽的制冷循环能顺畅运行，本发明借鉴溴化锂吸收式制冷循环，分成二个阶段。第一阶段：蒸发器—吸收器—冷凝器水池—水泵—蒸发器。第二阶段：吸收器—溶液泵—发生器—喷射泵—吸收器。其中以吸收器工作温度55℃为中转。同样本发明也采用二个阶段，二个循环。

蒸发器（5℃）— 中温加热器（55℃）— 冷凝水池（二次冷却）（60℃～35℃）— 水泵 — 蒸发器

中温加热器（55℃）— 高温加热器（85℃）— 冷凝器（55℃）— 冷凝器尾室 — 中温加热器

第一阶段循环将在蒸发器吸收冷媒水热能蒸发产出极低压力和容量特大的冷剂水蒸汽，压缩到较高的压力、温度、密度。

第二阶段循环，在第一循环的基础进一步热压到设定的蒸发温度压力。由屏蔽风机输入冷凝器，高温冷凝，冷却水温高于第一阶段压缩后的温度，使得冷凝后的尾气自然流动循环。

发明的有益效果如下：

1、本发明利用高温加热循环代替传统溴化锂吸收式制冷机中，处理冷剂水蒸汽的过程。用高温加热器，屏蔽风机来代替溴化锂水溶液吸收器、溶液泵、发生器。由于前者耗能量远小于后者，所以本发明具有明显的节能效果。

2、机组运行稳定。传统溴化锂吸收式制冷，由于溴化锂为强氧化剂，运行过程中由冷剂水中的氧气和透进机组内的空气，氧化而失效，所以溴化锂机组的制冷效率逐年下降。本发明无此缺点，高度真空的机组即使同样漏气，只要用真空泵抽出即可。

3、本发明主要用热源，即高温加热器。由于冷剂水蒸汽在加热器内是在高温环境中，由动压转化成静压，本身并不消耗热能，所以加热量有限。所需的热源形式为热辐射，采用电磁加热即可。

附图说明

图1是热压缩制冷循环工作原理图。

图2是图1的1-1视图。

图中序号：1是蒸发器，2是中温加热器，3是高温加热器，4是冷凝器水箱冷却水系统，5是屏蔽水泵，6是高压喷雾水系统，7是冷凝器，8是冷凝器后室，9是管路，10是热交换器，11是蒸发器水箱，12是屏蔽风机，13是联通水管，14是回热器，15是冷凝器水箱，16是高温辐射板，17是通道，18是喷射泵，19是加压泵。

实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

本发明的以水作制冷剂的热压缩冷剂水蒸汽循环装置采用二级循环，其中：一级循环包括进水管口与蒸发器水箱11相连、出水管口与高压喷雾水系统6相连的屏蔽水泵 5，依次排列设置在高压喷雾水系统后方的蒸发器1、中温加热器2、回热器14、内置有高温辐射板16的高温加热器3、联通水管13，以及位于联通水管上方的内装有冷凝器水箱冷却水系统4的冷凝器水箱15，且冷凝器水箱通过联通水管与蒸发器水箱11相连通；二级循环包括中温加热器2、位于中温加热器下方的蒸发器水箱11、位于高温加热器3后部的屏蔽风机12、设置在冷凝器水箱15上方的冷凝器7，其中冷凝器7的冷凝器前室通过风道与屏蔽风机12相连，冷凝器后室8内设置有喷射抽气装置，并且冷凝器后室通过通道17与中温加热器相连通；蒸发器水箱内的低温循环水经由屏蔽水泵5加压后通过高压喷雾水系统6喷入蒸发器1，在蒸发器1中产生的高动力低温冷剂水蒸汽进入中温加热器2，形成中温冷剂水蒸汽，进入高温循环；低压循环中的冷剂水经由冷凝器7、冷凝器水箱15内设置的冷凝器水箱冷却水系统4再次冷却后，经联通水管13回流到蒸发器水箱11内；高温循环过程中由中温加热器2产出中温冷剂水蒸汽，首先进入回热器14，再进入高温加热器3，在高温辐射板16的加温加压达到设定参数，由屏蔽风机12输送到冷凝器7冷凝后尾气进入冷凝器后室8，由于冷凝尾气温度较高，水蒸汽饱和压力也高，经位于冷凝器后室8的喷射抽气装置抽吸后随同水流流向蒸发器水箱。

本发明中所述喷射抽气装置包括进水管口与蒸发器水箱11相连、出水管口通过管路与喷射泵18相连的加压泵19；喷射抽气装置通过管路与蒸发器水箱连接，用蒸发器水箱11内的水加高压循环，抽吸冷凝器后室8中的水蒸汽。

所述一级、二级循环均经由中温加热器进行循环，中温加热器在循环过程中的温度值小于冷凝器工作温度3～5℃。

更具体说：

本发明的热压缩为双循环系统。第一级低温循环系统，由屏蔽水泵5、高压喷雾水系统6、蒸发器1、中温加热器2组成。热压循环运行过程，由屏蔽水泵5加压到设定压力，由高压喷雾水系统6在蒸发器1的正面，喷发冷剂水到蒸发器中，热交换器10中吸收热交换器内冷媒水的热能蒸发成高动能的冷剂水蒸汽，流向中温加热器2，冷剂水蒸汽会在冷凝器7内还原成为水。由于本发明冷凝器内是用40℃的热水，冷凝温度设定为60℃。冷凝下来的水温60℃，所以在冷凝器水箱15加装冷凝器水箱冷却水系统4。冷凝水在降温后，经联通水管13流入到蒸发器水箱11。低温循环由屏蔽水泵5与加压通过高压喷雾水系统6，在蒸发器1中产生高动力低温冷剂水蒸汽，凭借其高动力进入中温加热器2，形成中温冷剂水蒸汽，进入高温循环。低压循环中的冷剂水在冷凝器7实施的高温循环冷凝水温较高，冷凝器水箱15内装有冷凝器水箱冷却水系统4，再次冷却后经联通水管13流到蒸发器水箱11内。

热压缩循环第二级高温循环，冷剂水蒸汽在中温加热器2内压缩到设定中温，并经回热器14进一步消除水分子团，继续流动到高温加热器3。高温加热器装高温辐射板16，在设定的高温红外线辐射冷剂水蒸汽动能转换成压力能，同时随着水蒸汽温度升高压力升高，相应密度增加，在达到设定的冷剂水蒸汽热力参数后，启动装置在高温加热器一端地屏蔽风机12。高温冷剂水蒸汽被风机输送到冷凝器7内。本发明冷凝为高温下进行，冷凝温度设定60℃，高温冷剂水蒸汽被高温冷凝成60℃的冷凝水，流入到蒸发器水箱11；冷凝后冷剂水蒸汽由设定的高温降到冷凝温度60℃，呈饱和状态进入冷凝器后室8，冷凝器后室通过通道17与中温加热器连通；由于冷凝器后室的饱和温度60℃，高于中温加热器设定温度55℃，所以相应静压也高，饱和冷剂水蒸汽会自然流入到中温加热器2，完成高温循环。高温循环由中温加热器2产出中温冷剂水蒸汽。首先进入回热器14，再进入冷凝水池，在高温辐射板16的加温加压达到设定参数，由屏蔽风机12输送到冷凝器7。冷凝后尾气进入冷凝器后室8，冷凝器后室8装有喷射抽气装置，该装置由喷射泵18、加压泵19、管路9组成。由于冷凝尾气温度较高，水蒸汽饱和压力也高，可以被喷射泵18抽吸后随同水流流向蒸发器水箱。

二级循环由冷凝器7、冷凝器后室8、冷凝器水箱15、冷凝器水箱冷却水系统4组成。制冷循环过程中，冷剂水蒸汽高温冷却后，冷凝水进入冷凝器水箱15，经冷却系统降温后，由联通水管13导入蒸发器水箱11，冷凝后的高温饱和尾气进入冷凝器后室8。

Claims (3)

1.一种以水作制冷剂的热压缩冷剂水蒸汽循环装置，其特征在于：所述循环装置采用二级循环，其中：一级循环包括进水管口与蒸发器水箱相连、出水管口与高压喷雾水系统相连的屏蔽水泵，依次排列设置在高压喷雾水系统后方的蒸发器、中温加热器、回热器、内置有高温辐射板的高温加热器、联通水管，以及位于联通水管上方的内装有冷凝器水箱冷却水系统的冷凝器水箱，且冷凝器水箱通过联通水管与蒸发器水箱相连通；二级循环包括中温加热器、位于中温加热器下方的蒸发器水箱、位于高温加热器后部的屏蔽风机、设置在冷凝器水箱上方的冷凝器，其中冷凝器的冷凝器前室通过风道与屏蔽风机相连，冷凝器后室内设置有喷射抽气装置，并且冷凝器后室通过通道与中温加热器相连通；蒸发器水箱内的低温循环水经由屏蔽水泵加压后通过高压喷雾水系统喷入蒸发器，在蒸发器中产生的高动力低温冷剂水蒸汽进入中温加热器，形成中温冷剂水蒸汽，进入高温循环；低压循环中的冷剂水经由冷凝器、冷凝器水箱内设置的冷凝器水箱冷却水系统再次冷却后，经联通水管回流到蒸发器水箱内；高温循环过程中由中温加热器产出中温冷剂水蒸汽，首先进入回热器，再进入高温加热器，在高温辐射板的加温加压达到设定参数，由屏蔽风机输送到冷凝器冷凝后尾气进入冷凝器后室，由于冷凝尾气温度较高，水蒸汽饱和压力也高，经位于冷凝器后室的喷射抽气装置抽吸后随同水流流向蒸发器水箱。

2.根据权利要求1所述以水作制冷剂的热压缩冷剂水蒸汽循环装置，其特征在于：所述喷射抽气装置包括进水管口与蒸发器水箱相连、出水管口通过管路与喷射泵相连的加压泵；喷射抽气装置通过管路与蒸发器水箱连接，用蒸发器水箱内的水加高压循环，抽吸冷凝器后室中的水蒸汽。

3.根据权利要求1所述以水作制冷剂的热压缩冷剂水蒸汽循环装置，其特征在于：所述一级、二级循环均经由中温加热器进行循环，中温加热器在循环过程中的温度值小于冷凝器工作温度3～5℃。