CN114034142B - 一种具有预冷过程的吸收式制冰机 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的具有预冷过程的吸收式制冰机，通过引入中温蒸发器实现水溶液的预冷过程，水溶液依次利用中温蒸发器和低温蒸发器中的冷量完成冷却制冰过程，进而降低系统蒸发过程与水溶液冷却制冰过程的传热温差，减小制冰过程的不可逆损失；通过引入中温吸收器吸收来自中温蒸发器的制冷剂释放吸收热，并用于预热来自低温吸收器的浓溶液，可强化系统内部回热，进而提高系统性能；通过引入中温蒸发器和中温吸收器，在不影响系统制冷量的情况下，可降低温蒸发器中的工质流量，进而减小蒸发过程的压力损失，提高系统性能。
Description
技术领域
本申请涉及能源技术领域，特别涉及一种具有预冷过程的吸收式制冰机。
背景技术
随着社会经济的飞速发展，工业、农牧业、渔业以及家庭制冰需求也逐渐增加。吸收式制冷系统是一种以热能为驱动、并且能够产生制冷效应的能量转换装置，能够有效的回收工业余热及生物质能、太阳能、地热能等可再生能源，提高能源利用效率，降低碳排放。
目前的吸收式制冰系统中，水溶液一般被蒸发器直接冷却降温完成制冰过程，但温度变化的水溶液冷却过程与定温的蒸发过程换热温差大，制冰过程不可逆损失大。尽管现有技术中可利用脱冰过程的冷量来完成水溶液的预冷过程，进而降低系统能耗，但由于其需要脱冰环节，只适用于间歇式制冰机，无法应用于连续制冰模式。对于吸收式制冷系统，提高系统的内部回热，回收吸收热，能够有效降低系统能耗。但传统带吸收热回收的GAX系统，在蒸发温度过低时会出现“循环退化”，GAX失效甚至对系统出现不利影响。此外，对于吸收式系统，蒸发压力和吸收压力通过影响系统的制冷温度以及溶液浓度进而影响系统的工作性能，特别是当制冷工质流量大时，蒸发过程和吸收过程的压力损失过大将会严重影响系统性能。
发明内容
鉴于此，有必要针对现有技术中存在的缺陷，提供一种系统性能稳定的具有预冷过程的高效吸收式制冰机。
为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
第一方面，本申请提供了一种具有预冷过程的吸收式制冰机，包括：发生器(1)、精馏器(2)、冷凝器(3)、中温蒸发器(5)、汽液分离器(6)、低温蒸发器(8)、低温吸收器(9)、溶液泵(10)、中温吸收器(12)及制冰池(14)，所述低温蒸发器(8)设置于所述制冰池(14)内；其中：
所述发生器(1)连接有热源流路(H)，所述热源流路(H)中的热源与所述发生器(1)中的溶液进行换热，完成换热过程的溶液被分离成为制冷剂和吸收剂，所述制冷剂和所述吸收剂分别从所述发生器(1)的上部和下部流出；
所述吸收剂进入所述中温吸收器(12)；所述制冷剂依次经所述精馏器(2)及所述冷凝器(3)后进入所述中温蒸发器(5)完成预冷过程，随后进入所述汽液分离器(6)实现气液分离形成气相工质及液相工质；
所述气相工质再进入所述中温吸收器(12)，并被来自所述发生器(1)的高温稀溶液吸收；
所述液相工质进入低温蒸发器(8)蒸发制冷；外界制冰水溶液(I)中的水溶液(I-1)经过所述中温蒸发器(5)被预冷后温度逐渐降低，随后进入所述制冰池(14)，并与所述低温蒸发器(8)完成间壁式换热，进而完成冷却制冰过程，得到冰产品(I-3)。
在其中一些实施例中，水溶液和制冷工质在所述中温蒸发器(5)和低温蒸发器(8)可以采用顺流、逆流、交叉流的布置方式。
第二方面，本申请提供了一种具有预冷过程的吸收式制冰机，包括：发生器(1)、精馏器(2)、冷凝器(3)、中温蒸发器(5)、汽液分离器(6)、低温蒸发器(8)、低温吸收器(9)、溶液泵(10)、中温吸收器(12)、制冰池(14)及预冷器(15)；其中：
所述发生器(1)连接有热源流路(H)，所述热源流路(H)中的热源与所述发生器(1)中的溶液进行换热，完成换热过程的溶液被分离成为制冷剂和吸收剂，所述制冷剂和所述吸收剂分别从所述发生器(1)的上部和下部流出；
所述吸收剂进入所述中温吸收器(12)；所述制冷剂依次经所述精馏器(2)及所述冷凝器(3)后进入所述中温蒸发器(5)完成预冷过程，随后进入所述汽液分离器(6)实现气液分离形成气相工质及液相工质；
所述气相工质再进入所述中温吸收器(12)，并被来自所述发生器(1)的高温稀溶液吸收；
所述液相工质进入低温蒸发器(8)蒸发制冷变成气相工质，再进入所述低温吸收器(9)中并被来自所述中温吸收器(12)的中间溶液吸收并被冷却成为低温浓溶液(S1)，所述低温浓溶液(S1)通过所述溶液泵(10)进入所述精馏器(2)回收精馏热，随后进入所述中温吸收器(12)回收溶液显热和吸收热，温度逐渐升高，并进入所述发生器(1)，完成循环工质流路的循环过程；
外部载冷介质流路(C)中，载冷介质(C-1)经过所述中温蒸发器(5)被预冷，温度逐渐降低变为(C-2),然后进入所述制冰池(14)与所述低温蒸发器(8)完成间壁式换热，温度进一步降低变为(C-3)，最后再依次进入所述制冰池(14)和所述预冷器(15)；外部制冰水溶液(I)中的水溶液(I-1)经过所述中温蒸发器(5)被预冷后温度逐渐降低，随后进入所述制冰池(14)，并与所述载冷介质完成间壁式换热，进而完成冷却制冰过程，得到冰产品(I-3)。
在其中一些实施例中，所述中温蒸发器(5)和所述低温蒸发器(8)中，工质和载冷介质可以采用顺流布置，也可以采用逆流、交叉流的布置方式。
在其中一些实施例中，所述预冷器(15)和所述制冰池(14)中，所述制冰水溶液与载冷介质可以采用顺流布置，也可以采用逆流、交叉流的布置方式。
第三方面，本申请还提供了一种具有预冷过程的吸收式制冰机，包括：发生器(1)、精馏器(2)、冷凝器(3)、中温蒸发器(5)、汽液分离器(6)、低温蒸发器(8)、低温吸收器(9)、溶液泵(10)、中温吸收器(12)及制冰池(14)；其中：
所述发生器(1)连接有热源流路(H)，所述热源流路(H)中的热源与所述发生器(1)中的溶液进行换热，完成换热过程的溶液被分离成为制冷剂和吸收剂，所述制冷剂和所述吸收剂分别从所述发生器(1)的上部和下部流出；
所述吸收剂进入所述中温吸收器(12)；所述制冷剂依次经所述精馏器(2)及所述冷凝器(3)后进入所述中温蒸发器(5)完成预冷过程，随后进入所述汽液分离器(6)实现气液分离形成气相工质及液相工质；
所述气相工质再进入所述中温吸收器(12)，并被来自所述发生器(1)的高温稀溶液吸收；
所述液相工质进入低温蒸发器(8)蒸发制冷，再进入所述低温吸收器(9)中并被来自所述中温吸收器(12)的中间溶液吸收并被冷却成为低温浓溶液(S1)，所述低温浓溶液(S1)通过所述溶液泵(10)进入所述精馏器(2)回收精馏热，随后进入所述中温吸收器(12)回收溶液显热和吸收热，温度逐渐升高，并进入所述发生器(1)，完成循环工质流路的循环过程；
外部载冷介质流路(C)中，载冷介质(C-4)进入所述低温蒸发器(8)完成间壁式换热，温度降低变为低温载冷介质(C-5)，再进入所述制冰池(14)中；制冰水溶液流路(I)中，水溶液(I-1)首先进入所述中温蒸发器(5)被预冷，温度逐渐降低变为(I-2)，随后进入所述制冰池(14)与载冷介质完成间壁式换热，进而完成冷却制冰过程，得到冰产品(I-3)。
在其中一些实施例中，所述低温蒸发器(8)中，制冷工质和载冷介质可以采用顺流布置，也可以采用逆流、交叉流的布置方式；所述中温蒸发器(5)中，水溶液和制冷工质可以采用顺流布置，也可以采用逆流、交叉流的布置方式；所述制冰池中(14)中，水溶液和载冷介质可以采用顺流布置，也可以采用逆流、交叉流的布置方式。
在其中一些实施例中，所述热源流路(H)的热能来源来自不同温度品位的热能，所述热能包括化石能源或者清洁可再生能源或者工业余热，所述化石能源包括煤炭、石油、天然气，所述清洁可再生能源包括太阳能、地热能、生物质能，所述工业余热包括烟气余热、蒸汽余热、炉渣余热、缸套水余热，所述热能还包括以上各种能源中两种或多种以串联、并联或串并联形式的组合形式。
在其中一些实施例中，所述热源流路(H)中，热源既可以直接进入所述发生器(1)与溶液进行间壁式换热，也可以通过中间载热介质与所述发生器(1)进行能量交换，所述中间载热介质包括高温导热油或盐溶液或高压水。
在其中一些实施例中，由所述中温吸收器(12)流出的溶液(S0)自上而下地进入所述发生器(1)，并与所述发生器(1)中自下而上的热源或者中间载热介质进行逆流间壁式换热，完成变温分馏发生过程。
在其中一些实施例中，在所述中温吸收器(12)中，高温稀溶液自上而下地与自下而上地中温制冷剂发生热质交换，释放吸收热，并与自下而上的低温浓溶液进行间壁式换热，完成变温吸收过程；所述中温吸收器(12)可以采用鼓泡式吸收器、降膜式吸收器，或者上述吸收器的组合形式。
在其中一些实施例中，所述冷凝器(3)和低温吸收器(9)既可以是风冷换热器，也可以是水冷或油冷换热器；所述低温吸收器(9)可以采用鼓泡式吸收器、降膜式吸收器，或者上述吸收器的组合形式。
在其中一些实施例中，所述制冰水溶液可以是无限接近纯水的水溶液，也可以是含有一定盐浓度的盐溶液或含有一定有机物的有机溶液，还可以是上述盐溶液或有机溶液的多种组合，所述盐溶液包括NaCl溶液或CaCl2溶液，所述有机溶液包括乙二醇溶液或甲醇溶液。
在其中一些实施例中，所述制冰池(14)中采用的出冰方式可以是连续制冰出冰的方式，也可以是间歇式制冰出冰的方式；所述制冰池(14)可以采用流化冰制冰机、卧式圆桶片冰机、立式圆桶片冰机、冰砖机、管冰机、冰晶机中任意一种或多种组合形式以及盐溶液或有机溶液的多种组合。
在其中一些实施例中，所述载冷介质流路(C)中，载冷介质可以是有机溶液，所述有机溶液包括乙二醇水溶液或乙醇水溶液或甲醇水溶液；也可是盐水溶液，所述盐水溶液包括NaCl水溶液、CaCl2水溶液；还可以是上述有机溶液或盐水溶液的两种或多种组合。
在其中一些实施例中，在所述冷凝器(3)和所述中温蒸发器(5)之间还设置有工质一次节流阀(4)，在所述汽液分离器(6)和所述低温蒸发器(8)之间还设置有工质二次节流阀(7)，在所述发生器(1)和所述中温吸收器(12)之间还设置有溶液一次节流阀(11)，在所述低温吸收器(9)和所述中温吸收器(12)之间设置有溶液二次节流阀(13)。
本申请提供的具有预冷过程的吸收式制冰机，通过引入中温蒸发器实现水溶液的预冷过程，水溶液依次利用中温蒸发器和低温蒸发器中的冷量完成冷却制冰过程，进而降低系统蒸发过程与水溶液的传热温差，减小制冰过程的不可逆损失；通过引入中温吸收器吸收来自中温蒸发器的制冷剂释放吸收热，并用于预热来自低温吸收器的浓溶液，可强化系统内部回热，进而提高系统性能；通过引入中温蒸发器和中温吸收器，在不影响系统制冷量的情况下，可降低温蒸发器中的工质流量，进而减小蒸发过程的压力损失，提高系统性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的具有预冷过程的吸收式制冰机的结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的具有预冷过程的吸收式制冰机的结构示意图；
图3为本发明实施例3提供的具有预冷过程的吸收式制冰机的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。
实施例1
请参阅图1，为本申请实施例1提供的具有预冷过程的吸收式制冰机的结构示意图，包括：发生器(1)、精馏器(2)、冷凝器(3)、工质一次节流阀(4)、中温蒸发器(5)、汽液分离器(6)、工质二次节流阀(7)、低温蒸发器(8)、低温吸收器(9)、溶液泵(10)、溶液一次节流阀(11)、中温吸收器(12)、溶液二次节流阀(13)、制冰池(14)、热源流路(H)、循环工质流路(S)和制冰水溶液流路(I)，所述低温蒸发器(8)设置于所述制冰池(14)内。
本实施例1提供的具有预冷过程的吸收式制冰机，其工作方式如下：
所述发生器(1)连接有热源流路(H)。具体地，所述热源流路(H)的热能来源来自不同温度品位的热能，所述热能包括化石能源或者清洁可再生能源或者工业余热，所述化石能源包括煤炭、石油、天然气，所述清洁可再生能源包括太阳能、地热能、生物质能，所述工业余热包括烟气余热、蒸汽余热、炉渣余热、缸套水余热，所述热能还包括以上各种能源中两种或多种以串联、并联或串并联形式的组合形式。
在一些较佳的实施例中，所述热源流路(H)中，热源既可以直接进入所述发生器(1)与溶液进行间壁式换热，也可以通过中间载热介质与所述发生器(1)进行能量交换，所述中间载热介质包括高温导热油或盐溶液或高压水。所述热源流路(H)中的热源与所述发生器(1)中的溶液进行换热，完成换热过程的溶液被分离成为制冷剂和吸收剂，所述制冷剂和所述吸收剂分别从所述发生器(1)的上部和下部流出。
可以理解，在所述循环工质流路(S)中，溶液(S0)自上而下地进入所述发生器(1)，并与自下而上的热源或中间载热介质进行逆流间壁式换热，完成变温分馏发生过程。随着溶液换热过程的进行，溶液浓度自上而下不断变化，对应所需驱动热源的温度不断升高；同时，热源或中间载热介质自下而上地与溶液进行换热，温度逐渐降低，通过变温分馏发生过程的建立，可有效扩大热源利用温跨，降低热源的排热温度，提高能源利用效率。
所述吸收剂经过所述溶液一次节流阀(11)进入所述中温吸收器(12)。
可以理解，本申请中引入了中温吸收器(12)，吸收来自中温蒸发器(5)的氨蒸汽释放吸收热，并用于预热来自低温吸收器(9)的低温浓溶液，可以提高系统的内部回热特性，降低系统能耗，提高系统性能。
进一步地，在中温吸收器中(12)，高温稀溶液自上而下地与自下而上地中温制冷剂发生热质交换，释放吸收热，并与自下而上的低温浓溶液进行间壁式换热，可以提高中温吸收器(12)中两股溶液的温度匹配，进而提高中温吸收器的回热温跨，增强回热效果。
进一步地，所述中温吸收器(12)可以采用鼓泡式吸收器、降膜式吸收器、或者上述吸收器的组合形式。
所述制冷剂依次经所述精馏器(2)及所述冷凝器(3)后经所述工质一次节流阀(4)进入所述中温蒸发器(5)完成预冷过程，随后进入所述汽液分离器(6)实现气液分离形成气相工质及液相工质。
所述气相工质再进入所述中温吸收器(12)，并被来自所述发生器(1)的高温稀溶液吸收。
所述液相工质经所述工质二次节流阀(7)进入低温蒸发器(8)蒸发制冷变成气相工质，再进入所述低温吸收器(9)中被来自所述中温吸收器(12)的中间溶液吸收并被冷却成为低温浓溶液(S1)，所述低温浓溶液(S1)通过所述溶液泵(10)进入所述精馏器(2)回收精馏热，随后进入所述中温吸收器(12)回收溶液显热和吸收热，温度逐渐升高，并进入所述发生器(1)，完成循环工质流路的循环过程。
可以理解，通过引入了中温蒸发器(5)和中温吸收器(12)，可降低低温蒸发器(8)中的制冷工质流量，进而可降低蒸发器中的压力损失，提高系统性能。
外界制冰水溶液(I)中的水溶液(I-1)经过所述中温蒸发器(5)被预冷后温度逐渐降低，随后进入所述制冰池(14)，并与所述低温蒸发器(8)完成间壁式换热，进而完成冷却制冰过程，得到冰产品(I-3)。
进一步地，所述冷凝器(3)和低温吸收器(9)既可以是风冷换热器、也可以是水冷或油冷换热器；所述低温吸收器(9)可以采用鼓泡式吸收器、降膜式吸收器，或者上述吸收器的组合形式。
进一步地，所述制冰水溶液可以是无限接近纯水的水溶液，也可以是含有一定盐浓度的盐溶液或含有一定有机物的有机溶液,还可以是上述盐溶液或有机溶液的多种组合，所述盐溶液包括NaCl溶液或CaCl2溶液，所述有机溶液包括乙二醇溶液或甲醇溶液。
进一步地，水溶液和制冷工质在所述中温蒸发器(5)和低温蒸发器(8)可以采用顺流、逆流、交叉流的布置方式。
进一步地，所述制冰池(14)中采用的出冰方式可以是连续制冰出冰的方式，也可以是间歇式制冰出冰的方式；所述制冰池(14)可以采用流化冰制冰机、卧式圆桶片冰机、立式圆桶片冰机、冰砖机、管冰机、冰晶机中任意一种或多种组合形式。
本实施例1提供的具有预冷过程的吸收式制冰机，通过所述中温蒸发器(5)和所述低温蒸发器(8)依次完成水溶液的预冷和冷却结冰过程，进而减小水溶液与系统蒸发过程的换热温差，减小不可逆损失。在中温吸收器(12)中，来自所述发生器(1)的高温稀溶液吸收来自中温蒸发器的氨蒸汽释放吸收热，并预热来自所述低温吸收器(9)的低温浓溶液(S1)，进而实现吸收热和溶液显热的热量回收，提高系统的回热特性和系统性能。通过引入中温蒸发器(5)和所述中温吸收器(12)，可减小进入所述低温蒸发器(8)的冷剂流量，进而有助于减小蒸发过程的压力损失，提高系统性能。通过变温分馏发生过程可以提高热源的热能利用温跨，降低热源的排热温度。引入变温吸收过程，在所述中温吸收器(12)中，高温稀溶液自上而下地与自下而上地中温制冷剂发生热质交换，释放吸收热，并与自下而上的低温浓溶液进行间壁式换热，可以提高中温吸收器中两股溶液的温度匹配，进一步提高回热效果。
实施例2
请参阅图2，为本申请实施例2提供的具有预冷过程的吸收式制冰机的结构示意图，包括：发生器(1)、精馏器(2)、冷凝器(3)、工质一次节流阀(4)、中温蒸发器(5)、汽液分离器(6)、工质二次节流阀(7)、低温蒸发器(8)、低温吸收器(9)、溶液泵(10)、溶液一次节流阀(11)、中温吸收器(12)、溶液二次节流阀(13)、制冰池(14)、预冷器(15)、热源流路(H)、循环工质流路(S)、载冷介质流路(C)和制冰水溶液流路(I)。
与实施例1不同之处在于，本实施例2提供的具有预冷过程的吸收式制冰机，引入了载冷介质流路，其工作方式如下：
所述发生器(1)连接有热源流路(H)。
具体地，所述热源流路(H)的热能来源来自不同温度品位的热能，所述热能包括化石能源或者清洁可再生能源或者工业余热，所述化石能源包括煤炭、石油、天然气，所述清洁可再生能源包括太阳能、地热能、生物质能，所述工业余热包括烟气余热、蒸汽余热、炉渣余热、缸套水余热，所述热能还包括以上各种能源中两种或多种以串联、并联或串并联形式的组合形式。
所述热源流路(H)中，热源既可以直接进入所述发生器(1)与溶液进行间壁式换热，也可以通过中间载热介质与所述发生器(1)进行能量交换，所述中间载热介质包括高温导热油或盐溶液或高压水。
所述热源流路(H)中的热源与所述发生器(1)中的溶液进行换热，完成换热过程的溶液被分离成为制冷剂和吸收剂，所述制冷剂和所述吸收剂分别从所述发生器(1)的上部和下部流出。
可以理解，在所述循环工质流路(S)中，溶液(S0)自上而下地进入所述发生器(1)，并与自下而上的热源或中间载热介质进行逆流间壁式换热。随着溶液换热过程的进行，溶液浓度自上而下不断变化，对应所需驱动热源的温度不断升高；同时，热源或中间载热介质自下而上地与溶液进行换热，温度逐渐降低，通过变温分馏发生过程的建立，可有效扩大热源利用温跨，降低热源的排热温度，提高能源利用效率。
所述吸收剂经过所述溶液一次节流阀(11)进入所述中温吸收器(12)。
可以理解，本申请中引入了中温吸收器(12)，吸收来自中温蒸发器(5)的氨蒸汽释放吸收热，并用于预热来自低温吸收器(9)的低温浓溶液，可以提高系统的内部回热特性，降低系统能耗，提高系统性能。
进一步地，在中温吸收器中(12)，高温稀溶液自上而下地与自下而上地中温制冷剂发生热质交换，释放吸收热，并与自下而上的低温浓溶液进行间壁式换热，可以提高中温吸收器(12)中两股溶液的温度匹配，进而提高中温吸收器的回热温跨，增强回热效果。
所述制冷剂依次经所述精馏器(2)及所述冷凝器(3)后经所述工质一次节流阀(4)进入所述中温蒸发器(5)完成预冷过程，随后进入所述汽液分离器(6)实现气液分离形成气相工质及液相工质。
所述气相工质再进入所述中温吸收器(12)，并被来自所述发生器(1)的高温稀溶液吸收；
所述液相工质经过所述工质二次节流阀(7)进入低温蒸发器(8)蒸发制冷变成气相工质，再进入所述低温吸收器(9)中并被来自所述中温吸收器(12)的中间溶液吸收并被冷却成为低温浓溶液(S1)，所述低温浓溶液(S1)通过所述溶液泵(10)进入所述精馏器(2)回收精馏热，随后进入所述中温吸收器(12)回收溶液显热和吸收热，温度逐渐升高，并进入所述发生器(1)，完成循环工质流路的循环过程；
可以理解，通过引入了中温蒸发器(5)和中温吸收器(12)，可降低低温蒸发器(8)中的制冷工质流量，进而可降低蒸发器中的压力损失，提高系统性能。
外部载冷介质流路(C)中，载冷介质(C-1)经过所述中温蒸发器(5)被预冷，温度逐渐降低变为(C-2),然后进入所述制冰池(14)与所述低温蒸发器(8)完成间壁式换热，温度进一步降低变为(C-3)，最后再依次进入所述制冰池(14)和所述预冷器(15)；外部制冰水溶液(I)中的水溶液(I-1)经过所述中温蒸发器(5)被预冷后温度逐渐降低，随后进入所述制冰池(14)，并与所述载冷介质完成间壁式换热，进而完成冷却制冰过程，得到冰产品(I-3)。
可以理解，在所述中温吸收器(12)中，高温稀溶液自上而下地与自下而上地中温制冷剂发生热质交换，释放吸收热，并与自下而上的低温浓溶液进行间壁式换热，完成变温吸收过程；所述中温吸收器(12)可以采用鼓泡式吸收器、降膜式吸收器、或者上述吸收器的组合形式。进一步地，所述中温蒸发器(5)和所述低温蒸发器(8)中，工质和载冷介质可以采用顺流布置，也可以采用逆流、交叉流的布置方式。
进一步地，所述预冷器(15)和所述制冰池(14)中，所述制冰水溶液与载冷介质可以采用顺流布置，也可以采用逆流、交叉流的布置方式。
进一步地，所述冷凝器(3)和低温吸收器(8)既可以是风冷换热器、也可以是水冷或油冷换热器；所述低温吸收器(9)可以采用鼓泡式吸收器、降膜式吸收器、或者上述吸收器的组合形式。
进一步地，所述制冰水溶液可以是无限接近纯水的水溶液，也可以是含有一定盐浓度的盐溶液或含有一定有机物的有机溶液，或/(还可以是)上述盐溶液或有机溶液的多种组合，所述盐溶液包括NaCl溶液或CaCl2溶液，所述有机溶液包括乙二醇溶液或甲醇溶液。
进一步地，所述制冰池(14)中采用的出冰方式可以是连续制冰出冰的方式，也可以是间歇式制冰出冰的方式；所述制冰池(14)可以采用流化冰制冰机、卧式圆桶片冰机、立式圆桶片冰机、冰砖机、管冰机、冰晶机中任意一种或多种组合形式。
进一步地，所述载冷介质流路(C)中，载冷介质可以是有机溶液，所述有机溶液包括乙二醇水溶液或乙醇水溶液或甲醇水溶液；也可是盐水溶液，所述盐水溶液包括NaCl水溶液、CaCl2水溶液；还可以是上述盐溶液或有机溶液的多种组合。
相对于实施例1区别在于，本实施例2引入了载冷介质流路，载冷介质依次进入所述中温蒸发器(5)和所述低温蒸发器(8)，获取冷量温度逐渐降低。随后再进入所述制冰池(14)和所述预冷器(15)与水溶液发生间壁式换热，完成冷却制冰过程。
实施例3
请参阅图3，为本发明实施3提供的一种具有预冷过程的吸收式制冰机的结构示意图，包括：发生器(1)、精馏器(2)、冷凝器(3)、工质一次节流阀(4)、中温蒸发器(5)、汽液分离器(6)、工质二次节流阀(7)、低温蒸发器(8)、低温吸收器(9)、溶液泵(10)、溶液一次节流阀(11)、中温吸收器(12)、溶液二次节流阀(13)、制冰池(14)、热源流路(H)、循环工质流路(S)、载冷介质流路(C)和制冰水溶液流路(I)。
与实施例1不同之处在于，本实施例3提供的具有预冷过程的吸收式制冰机，引入了载冷介质流路，其工作方式如下：
所述发生器(1)连接有热源流路(H)。
具体地，所述热源流路(H)的热能来源来自不同温度品位的热能，所述热能包括化石能源或者清洁可再生能源或者工业余热，所述化石能源包括煤炭、石油、天然气，所述清洁可再生能源包括太阳能、地热能、生物质能，所述工业余热包括烟气余热、蒸汽余热、炉渣余热、缸套水余热，所述热能还包括以上各种能源中两种或多种以串联、并联或串并联形式的组合形式。
所述热源流路(H)中，热源既可以直接进入所述发生器(1)与溶液进行间壁式换热，也可以通过中间载热介质与所述发生器(1)进行能量交换，所述中间载热介质包括高温导热油或盐溶液或高压水。
所述热源流路(H)中的热源与所述发生器(1)中的溶液进行换热，完成换热过程的溶液被分离成为制冷剂和吸收剂，所述制冷剂和所述吸收剂分别从所述发生器(1)的上部和下部流出。
可以理解，在所述循环工质流路(S)中，溶液(S0)自上而下地进入所述发生器(1)，并与自下而上的热源或中间载热介质进行逆流间壁式换热。随着溶液换热过程的进行，溶液浓度自上而下不断变化，对应所需驱动热源的温度不断升高；同时，热源或中间载热介质自下而上地与溶液进行换热，温度逐渐降低，通过变温分馏发生过程的建立，可有效扩大热源利用温跨，降低热源的排热温度，提高能源利用效率。
所述吸收剂经过所述溶液一次节流阀(11)进入所述中温吸收器(12)。
可以理解，本申请中引入了中温吸收器(12)，吸收来自中温蒸发器(5)的氨蒸汽释放吸收热，并用于预热来自低温吸收器(9)的低温浓溶液，可以提高系统的内部回热特性，降低系统能耗，提高系统性能。
进一步地，在中温吸收器中(12)，高温稀溶液自上而下地与自下而上地中温制冷剂发生热质交换，释放吸收热，并与自下而上的低温浓溶液进行间壁式换热，可以提高中温吸收器(12)中两股溶液的温度匹配，进而提高中温吸收器的回热温跨，增强回热效果。
所述制冷剂依次经所述精馏器(2)及所述冷凝器(3)后经所述工质一次节流阀(4)进入所述中温蒸发器(5)完成预冷过程，随后进入所述汽液分离器(6)实现气液分离形成气相工质及液相工质。
所述气相工质再进入所述中温吸收器(12)，并被来自所述发生器(1)的高温稀溶液吸收；
所述液相工质经工质二次节流阀(7)进入低温蒸发器(8)蒸发制冷变成气相工质，再进入所述低温吸收器(9)中并被来自所述中温吸收器(12)的中间溶液吸收并被冷却成为低温浓溶液(S1)，所述低温浓溶液(S1)通过所述溶液泵(10)进入所述精馏器(2)回收精馏热，随后进入所述中温吸收器(12)回收溶液显热和吸收热，温度逐渐升高，并进入所述发生器(1)，完成循环工质流路的循环过程；
可以理解，通过引入了中温蒸发器(5)和中温吸收器(12)，可降低低温蒸发器(8)中的制冷工质流量，进而可降低蒸发器中的压力损失，提高系统性能。
外部载冷介质流路(C)中，载冷介质(C-4)进入所述制冰池(14)与所述低温蒸发器(8)完成间壁式换热，温度进一步降低变为低温载冷介质(C-5)，再进入所述制冰池(14)中；制冰水溶液流路(I)中，水溶液(I-1)首先进入所述中温蒸发器(5)被预冷，温度逐渐降低变为(I-2)，随后进入所述制冰池(14)与载冷介质完成间壁式换热，进而完成冷却制冰过程，得到冰产品(I-3)。
可以理解，在所述中温吸收器(12)中，高温稀溶液自上而下地与自下而上地中温制冷剂发生热质交换，释放吸收热，并与自下而上的低温浓溶液进行间壁式换热，完成变温吸收过程；所述中温吸收器(12)可以采用鼓泡式吸收器、降膜式吸收器、或者上述吸收器的组合形式。
进一步地，所述低温蒸发器(8)中，制冷工质和载冷介质可以采用顺流布置，也可以采用逆流、交叉流的布置方式。
进一步地，所述中温蒸发器(5)中，水溶液和制冷工质可以采用顺流布置，也可以采用逆流、交叉流的布置方式。
进一步地，所述制冰池中(14)中，水溶液和载冷介质可以采用顺流布置，也可以采用逆流、交叉流的布置方式。
进一步地，所述冷凝器(3)和低温吸收器(8)既可以是风冷换热器、也可以是水冷或油冷换热器。
进一步地，所述制冰水溶液可以是无限接近纯水的水溶液，也可以是含有一定盐浓度的盐溶液或含有一定有机物的有机溶液或上述盐溶液或有机溶液的多种组合，所述盐溶液包括NaCl溶液或CaCl2溶液，所述有机溶液包括乙二醇溶液或甲醇溶液。
进一步地，所述制冰池(14)中采用的出冰方式可以是连续制冰出冰的方式，也可以是间歇式制冰出冰的方式；所述制冰池(14)可以采用流化冰制冰机、卧式圆桶片冰机、立式圆桶片冰机、冰砖机、管冰机、冰晶机中任意一种或多种组合形式。
进一步地，所述载冷介质流路(C)中，载冷介质可以是有机溶液，所述有机溶液包括乙二醇水溶液或乙醇水溶液或甲醇水溶液；也可是盐水溶液，所述盐水溶液包括NaCl水溶液、CaCl2水溶液；还可以是上述盐溶液或有机溶液的多种组合。
相对于实施例1的区别在于，引入了载冷介质流路，载冷介质进入所述低温蒸发器(8)，获取冷量后进入制冰池。制冰水溶液首先进入中温蒸发器(5)后温度逐渐降低，随后再进入所述制冰池(14)与载冷介质发生间壁式换热，进而完成冷却制冰过程。
需要说明的是，中温蒸发器和低温蒸发器可分别采用直接冷却或者采用通过载冷介质进行间接冷却的方式，本发明对此不作限制。以上仅为本申请的较佳实施例而已，仅具体描述了本申请的技术原理，这些描述只是为了解释本申请的原理，不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处解释，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其他具体实施方式，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，包括：发生器(1)、精馏器(2)、冷凝器(3)、工质一次节流阀(4)、中温蒸发器(5)、汽液分离器(6)、工质二次节流阀(7)、低温蒸发器(8)、低温吸收器(9)、溶液泵(10)、溶液一次节流阀(11)、中温吸收器(12)、溶液二次节流阀(13)、制冰池(14)、热源流路(H)、循环工质流路(S)和制冰水溶液流路(I)，所述低温蒸发器(8)设置于所述制冰池(14)内；其中：
所述发生器(1)连接有热源流路(H)，所述热源流路(H)中的热源与所述发生器(1)中的溶液进行换热，完成换热过程的溶液被分离成为制冷剂和吸收剂，所述制冷剂和所述吸收剂分别从所述发生器(1)的上部和下部流出；
在所述循环工质流路(S)中，溶液(S0)自上而下地进入所述发生器(1)，并与自下而上的热源或中间载热介质进行逆流间壁式换热；
所述吸收剂经过所述溶液一次节流阀(11)进入所述中温吸收器(12)再经过溶液二次节流阀(13)进入低温吸收器(9)；所述制冷剂依次经所述精馏器(2)及所述冷凝器(3)后经所述工质一次节流阀(4)进入所述中温蒸发器(5)完成预冷过程，随后进入所述汽液分离器(6)实现气液分离形成气相工质及液相工质；
所述气相工质再进入所述中温吸收器(12)，并被来自所述发生器(1)的高温稀溶液吸收；
所述液相工质经所述工质二次节流阀(7)进入低温蒸发器(8)蒸发制冷变成气相工质，再进入所述低温吸收器(9)中并被来自所述中温吸收器(12)的中间溶液吸收并被冷却成为低温浓溶液(S1)，所述低温浓溶液(S1)通过所述溶液泵(10)进入所述精馏器(2)回收精馏热，随后进入所述中温吸收器(12)回收溶液显热和吸收热，温度逐渐升高，并进入所述发生器(1)，完成循环工质流路的循环过程；
制冰水溶液流路(I)中的水溶液(I-1)经过所述中温蒸发器(5)被预冷后温度逐渐降低，随后进入所述制冰池(14)，并与所述低温蒸发器(8)完成间壁式换热，进而完成冷却制冰过程，得到冰产品(I-3)。
2.如权利要求1所述的具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，水溶液和制冷工质在所述中温蒸发器(5)和低温蒸发器(8)采用顺流、逆流、交叉流中的任一种布置方式。
3.一种具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，包括：发生器(1)、精馏器(2)、冷凝器(3)、工质一次节流阀(4)、中温蒸发器(5)、汽液分离器(6)、工质二次节流阀(7)、低温蒸发器(8)、低温吸收器(9)、溶液泵(10)、溶液一次节流阀(11)、中温吸收器(12)、溶液二次节流阀(13)、制冰池(14)、预冷器(15)、热源流路(H)、循环工质流路(S)、载冷介质流路(C)和制冰水溶液流路(I)；其中：
所述发生器(1)连接有热源流路(H)，所述热源流路(H)中的热源与所述发生器(1)中的溶液进行换热，完成换热过程的溶液被分离成为制冷剂和吸收剂，所述制冷剂和所述吸收剂分别从所述发生器(1)的上部和下部流出；
在所述循环工质流路(S)中，溶液(S0)自上而下地进入所述发生器(1)，并与自下而上的热源或中间载热介质进行逆流间壁式换热；
所述吸收剂经过所述溶液一次节流阀(11)进入所述中温吸收器(12)再经过溶液二次节流阀(13)进入低温吸收器(9)；所述制冷剂依次经所述精馏器(2)及所述冷凝器(3)后经所述工质一次节流阀(4)进入所述中温蒸发器(5)完成预冷过程，随后进入所述汽液分离器(6)实现气液分离形成气相工质及液相工质；
所述气相工质再进入所述中温吸收器(12)，并被来自所述发生器(1)的高温稀溶液吸收；
所述液相工质经过所述工质二次节流阀(7)进入低温蒸发器(8)蒸发制冷变成气相工质，再进入所述低温吸收器(9)中并被来自所述中温吸收器(12)的中间溶液吸收并被冷却成为低温浓溶液(S1)，所述低温浓溶液(S1)通过所述溶液泵(10)进入所述精馏器(2)回收精馏热，随后进入所述中温吸收器(12)回收溶液显热和吸收热，温度逐渐升高，并进入所述发生器(1)，完成循环工质流路的循环过程；
外部载冷介质流路(C)中，载冷介质(C-1)经过所述中温蒸发器(5)被预冷，温度逐渐降低变为(C-2),然后进入所述制冰池(14)与所述低温蒸发器(8)完成间壁式换热，温度进一步降低变为(C-3)，最后再依次进入所述制冰池(14)和所述预冷器(15)；制冰水溶液流路(I)中的水溶液(I-1)经过所述中温蒸发器(5)被预冷后温度逐渐降低，随后进入所述制冰池(14)，并与所述载冷介质完成间壁式换热，进而完成冷却制冰过程，得到冰产品(I-3)。
4.如权利要求3所述的具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，所述中温蒸发器(5)和所述低温蒸发器(8)中，工质和载冷介质采用顺流、逆流、交叉流中的任一种布置方式。
5.如权利要求3所述的具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，所述预冷器(15)和所述制冰池(14)中，所述制冰水溶液与载冷介质采用顺流、逆流、交叉流中的任一种布置方式。
6.一种具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，包括：发生器(1)、精馏器(2)、冷凝器(3)、工质一次节流阀(4)、中温蒸发器(5)、汽液分离器(6)、工质二次节流阀(7)、低温蒸发器(8)、低温吸收器(9)、溶液泵(10)、溶液一次节流阀(11)、中温吸收器(12)、溶液二次节流阀(13)、制冰池(14)、热源流路(H)、循环工质流路(S)、载冷介质流路(C)和制冰水溶液流路(I)；其中：
所述发生器(1)连接有热源流路(H)，所述热源流路(H)中的热源与所述发生器(1)中的溶液进行换热，完成换热过程的溶液被分离成为制冷剂和吸收剂，所述制冷剂和所述吸收剂分别从所述发生器(1)的上部和下部流出；
在所述循环工质流路(S)中，溶液(S0)自上而下地进入所述发生器(1)，并与自下而上的热源或中间载热介质进行逆流间壁式换热；
所述吸收剂经过所述溶液一次节流阀(11)进入所述中温吸收器(12)再经过溶液二次节流阀(13)进入低温吸收器(9)；所述制冷剂依次经所述精馏器(2)及所述冷凝器(3)后经所述工质一次节流阀(4)进入所述中温蒸发器(5)完成预冷过程，随后进入所述汽液分离器(6)实现气液分离形成气相工质及液相工质；
所述气相工质再进入所述中温吸收器(12)，并被来自所述发生器(1)的高温稀溶液吸收；
所述液相工质经工质二次节流阀(7)进入低温蒸发器(8)蒸发制冷变成气相工质，再进入所述低温吸收器(9)中并被来自所述中温吸收器(12)的中间溶液吸收并被冷却成为低温浓溶液(S1)，所述低温浓溶液(S1)通过所述溶液泵(10)进入所述精馏器(2)回收精馏热，随后进入所述中温吸收器(12)回收溶液显热和吸收热，温度逐渐升高，并进入所述发生器(1)，完成循环工质流路的循环过程；
外部载冷介质流路(C)中，载冷介质(C-4)进入所述低温蒸发器(8)完成间壁式换热，温度降低变为低温载冷介质(C-5)，再进入所述制冰池(14)中；制冰水溶液流路(I)中，水溶液(I-1)首先进入所述中温蒸发器(5)被预冷，温度逐渐降低变为(I-2)，随后进入所述制冰池(14)与载冷介质完成间壁式换热，进而完成冷却制冰过程，得到冰产品(I-3)。
7.如权利要求6所述的具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，所述低温蒸发器(8)中，制冷工质和载冷介质采用顺流、逆流、交叉流中的任一种布置方式；所述中温蒸发器(5)中，水溶液和制冷工质采用顺流、逆流、交叉流中的任一种布置方式；所述制冰池中(14)中，水溶液和载冷介质采用顺流、逆流、交叉流中的任一种布置方式。
8.如权利要求6所述的具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，所述热源流路(H)的热能来源来自不同温度品位的热能，所述热能包括化石能源或者清洁可再生能源或者工业余热，所述化石能源包括煤炭、石油、天然气，所述清洁可再生能源包括太阳能、地热能、生物质能，所述工业余热包括烟气余热、蒸汽余热、炉渣余热、缸套水余热，所述热能还包括以上各种能源中两种或多种以串联、并联或串并联形式的组合形式。
9.如权利要求8所述的具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，所述热源流路(H)中，热源直接进入所述发生器(1)与溶液进行间壁式换热，或者，热源通过中间载热介质与所述发生器(1)进行能量交换，所述中间载热介质包括高温导热油或盐溶液或高压水。
10.如权利要求1或3或6所述的具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，由所述中温吸收器(12)流出的溶液(S0)自上而下地进入所述发生器(1)，并与所述发生器(1)中自下而上的热源或中间载热介质进行逆流间壁式换热，完成变温分馏发生过程。
11.如权利要求1或3或6所述的具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，在所述中温吸收器(12)中，高温稀溶液自上而下地与自下而上地中温制冷剂发生热质交换，释放吸收热，并与自下而上的低温浓溶液进行间壁式换热，完成变温吸收过程；所述中温吸收器(12)采用鼓泡式吸收器或降膜式吸收器,或者上述吸收器的组合形式。
12.如权利要求1或3或6所述的具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，所述冷凝器(3)和低温吸收器(9)为风冷换热器、水冷或油冷换热器中的任一种；所述低温吸收器(9)采用鼓泡式吸收器或降膜式吸收器,或者上述吸收器的组合形式。
13.如权利要求1或3或6所述的具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，所述制冰水溶液是无限接近纯水的水溶液，或者，所述制冰水溶液是含有一定盐浓度的盐溶液或含有一定有机物的有机溶液，或者，所述制冰水溶液是上述盐溶液或有机溶液的多种组合，所述盐溶液包括NaCl溶液或CaCl2溶液，所述有机溶液包括乙二醇溶液或甲醇溶液。
14.如权利要求1或3或6所述的具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，所述制冰池(14)中采用的出冰方式是连续制冰出冰的方式或者间歇式制冰出冰的方式；所述制冰池(14)采用流化冰制冰机、卧式圆桶片冰机、立式圆桶片冰机、冰砖机、管冰机、冰晶机中任意一种或多种组合形式。
15.如权利要求3或6所述的具有预冷过程的吸收式制冰机，其特征在于，所述载冷介质流路(C)中，载冷介质是有机溶液，所述有机溶液包括乙二醇水溶液或乙醇水溶液或甲醇水溶液或盐水溶液，所述盐水溶液包括NaCl水溶液、CaCl2水溶液；或者是上述有机溶液或盐水溶液的两种或多种组合。
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