CN1140743C - 单回路多效吸收制冷系统 - Google Patents

Abstract

一种单回路多效吸收制冷系统，它包含多个分级设置、在按高低顺序的压力和温度下工作的、成对的发生器和冷凝器。一溶液对溶液的热交换器与每一级相关联，以在各级吸收器与发生器间循环的强溶液与弱溶液之间进行热交换。在至少一级中包括一冷凝液对溶液的热交换器，以使来自一高温级的冷凝器的冷凝液与送入较低温度级发生器中的溶液之间形成热传递关系。来自冷凝液对溶液的热交换器的冷凝液膨胀到一系统组件，该组件在一低于该级工作压力的压力下工作，该级的工作由该冷凝液对溶液的热交换器来进行。

Description

单回路多效吸收制冷系统

本发明涉及一种多效吸收系统，特别是提高一多效吸收制冷系统的有效系数。

多效吸收制冷系统的研究的重点放在采用三个蒸气发生器和致冷剂冷凝器单元的三作用系统。每个单元的发生器与每个单元的一或多只系统吸收器和冷凝器相连，并连接于一或多只系统蒸发器。Alefeld的美国专利4,531,374(图44G)描述了一种三作用系统。三只发生器和冷凝器单元的实施使诸单元在连续的较高压力和较高温度下工作。外部热量提供给在最高压力和温度下工作的发生器，以从系统吸收器部分传送来的吸收剂溶液蒸发致冷剂。该致冷剂在中间级的发生器冷凝，如此，致使附加的致冷剂蒸气从该中间级的发生器形成。从中间级的发生器来的蒸气在第三低压发生器的发生器中冷凝。该在第三低压发生器中产生的致冷剂蒸气又在第三步骤冷凝器中冷凝，并与其他两个冷凝器的蒸气一起闪蒸到系统蒸发器，以提供致冷作用。

在许多单效和双效吸收冷冻系统中设置有溶液热交换器，在这些热交换器中，当吸收剂溶液在系统吸收器与一或多个致冷剂发生器之间移动时能量(热量)在强吸收剂溶液与弱吸收剂溶液间传送。在本专利公示报告中采用的是将富含冷冻剂的吸收剂溶液称作为弱溶液，而其内致冷剂较贫乏的吸收剂溶液称作为强溶液。溶液热交换器被用来将热量从较高温度、较强的溶液流传送到较低温、较弱的溶液流，使回收在溶液里的现成的能量。这些热交换器的效率被涉及的开支和系统流体处理能力所限制。

在DeVault的美国专利5,205,136中，揭示了一种进一步提高三效吸收制冷循环的效率的方法。这种方法被认为是双冷凝器联接(或简称DCC)。在此，在高温级产生的高温致冷剂蒸气被冷凝，并用来驱动中间温度级的发生器。包含在合成的液态致冷剂内的热量然后被用来通过进一步低温冷却液态致冷剂来驱动低温级的发生器。来自中间温度和低温发生器的冷凝液，与来自低温冷凝器的冷凝液一起，被膨胀到系统蒸发器内，以产生所需的致冷作用。尽管这一系统是对已有技术三效系统的改进，而不是在该系统中利用冷凝液中可获取的全部热量。

Erickson等的美国专利5,653,116揭示了一种包含两气封回路的拼合的三效吸收制冷系统。一个回路是双效回路，而另一是重叠于双效回路的高压部分的单效回路。诸热交换器被设置在诸回路内，并在用于弱溶液与强溶液之间和在致冷剂冷凝液与一种较弱的溶液之间的热交换的诸回路之间。在图2所示的该系统的一种方式中，在双效回路的第二级里生成的冷凝液，与在吸收器与这一回路里的低温发生器之间通过的弱溶液建立起热量传送关系。冷凝液在它将热量传给弱溶液后，直接从上级冷凝器通向低温级冷凝器。

所以，本发明的一主要目的是改进多效吸收制冷系统。

用一多效单回路吸收制冷系统能达到本发明的这一和其他目的，该制冷系统具有至少三个成对的发生器和冷凝器单元，这三个冷凝器单元在该回路里分级设置，使每个顺序的单元在一较高的压力和温度下工作。该最高温度级的发生器由一外部能源驱动，而每个较低温度级的发生器由在其上一个较高级的制冷冷凝器里形成的热量驱动。一溶液对溶液的热交换器与每一级的发生器相关联，以在传送到该发生器的溶液与离开该发生器的溶液之间进行热交换。一进入溶液热交换器的冷凝液与一温度级的至少一发生器在高温级之前相关联，以在一较高温度级的冷凝液与进入较低温度级的发生器的溶液之间进行热交换。

在本发明的一方式中，该溶液对溶液的热交换器和一与一温度级有关的冷凝液对溶液的热交换器被集成为一体，以将热量提供给进入该相关的温度级的发生器的弱溶液。在该热交换器整体里，可从烟道气将附加的热量加到弱溶液里，该烟道气是从一用来驱动较高温度级的发生器的外部热源发出的。

为了较好地理解本发明的这些和其他的发明目的，可结合诸附图、参阅下面对本发明的详细描述，其中诸附图为：

图1示意表示了本发明的第一实施例，表示一平流三效系统，该系统采用单个冷凝液与溶液耦联(condensate to solution coupling)，并使冷凝液直接膨胀到系统蒸发器中，还表示了系统的诸元件间的热动力关系；

图2示意表示了本发明的另一实施例，它包括一平流三效吸收系统，该系统采用冷凝液与溶液耦联，并使上级冷凝液膨胀到低温冷凝器，再到蒸发器中；

图3示意表示了本发明的又一实施例，它包括一平流三效吸收系统，该系统采用双冷凝液与溶液耦联(double condensate to solution coupling)，并使上级冷凝液膨胀到下级冷凝器，再到蒸发器中；

图4示意表示了本发明的再一实施例，它包括一串流三效吸收系统，该系统采用双冷凝液与溶液耦联，并使上级冷凝液膨胀到低温冷凝器，再到蒸发器中；

图5示意表示了在本发明中采用的一冷凝液对溶液的热交换器(condensateto solution heat exchanger)，该热交换器与一溶液对溶液的热交换器(solution tosolution heat exchanger)串联；

图6示意表示了一冷凝液对溶液的热交换器与一溶液对溶液的热交换器集成为一体；以及

图7与图6类似，示意表示了一四回路热交换器整体，具有一烟道气回路、一致冷剂回路和两溶液回路，这四个回路均被设置成给进入某一级的弱溶液提供热量。

本发明涉及一单回路多效吸收制冷系统，但是，为了说明起见，将专门结合一三效系统来说明该系统。

参阅图1，其中图示了一总的以“10”为其编号的三效吸收系统。该系统包括一第一高温发生器12、一第二中温发生器14和一第三低温发生器16。诸发生器接着平行连接于一吸收器，以从该吸收器经过溶液供给管道18接收一弱吸收剂溶液。强溶液藉由一溶液返回管道19回到该吸收器。每只发生器与一相关的冷凝器可操作地连接或成对设置。高温发生器12通过一蒸气管道21连接于该高温冷凝器20，中温发生器14通过一蒸气管道24连接于中温冷凝器23，以及，低温发生器16通过一蒸气管道26连接于低温冷凝器25。每只冷凝器以基本上与相关发生器压力相同的压力工作，并被设置成用来将从该发生器接收的致冷剂蒸气冷凝成液体。正如下面要详细说明的，被冷凝的致冷剂膨胀到系统蒸发器28，以产生所需的制冷作用。在该蒸发器产生的气化的致冷剂经过蒸气管道29流通到吸收器30，在此与吸收剂结合，并重复该循环。尽管未图示，该系统还包括一或多个泵，以供在各个系统组件间移动溶液之需。

高温发生器12装备了一个通常利用天然气、油、蒸气之类的外部热源17，以将在该发生器里的溶液加热到一温度，从而蒸发致冷剂，并使该蒸气释放到冷凝器20。正如用延伸在高温冷凝器20与中温发生器14间的虚线32所指出的，在冷凝过程里释放的热量被用来给中温发生器14提供能量。尽管未图示，在实际情况中，冷凝器20能被包含在与发生器14相同的外壳里，该冷凝器的热交换管道与送入该发生器的较弱的吸收剂溶液间发生热传递关系，以在其中蒸发致冷剂。

当强和弱溶液在诸级发生器与吸收器间流动时，溶液流动管道18和19经过诸溶液热交换器。这些包括一高温溶液对溶液的热交换器34、一中温溶液对溶液的热交换器35和一低温溶液对溶液的热交换器36。当返回的较强的溶液离开每一级时，它通过安装在返回管道上的合适的节流阀37膨胀到一低压力。

来自中温发生器14的致冷剂蒸气由蒸气管道24流入中间冷凝器23并冷缩为一液态冷凝液。又是，如虚线40所示，来自冷凝器23的热量将能量提供给低温发生器16。在该低温发生器里的吸收剂溶液再被加热，包含在该发生器里的致冷剂被蒸发并经过蒸气管道26流通到第三低温冷凝器25。来自冷凝器23的冷凝液流经管道41和节流阀42，并膨胀到系统蒸发器28内。来自冷凝器25的冷凝液类似地流经管道44和阀门46流入系统蒸发器。

如上所述，在高温冷凝器20内冷凝的高压致冷剂被用来加热中间级发生器14，并作为一高温液体经过液体管道53离开高温冷凝器20。在离开该高温冷凝器时，当弱溶液移入该发生器时该冷凝液与该溶液产生热传递关系，以扩大由该溶液对溶液的热交换器35所提供的热量。从该冷凝液到弱溶液的热量的传递在一冷凝液对溶液的热交换器50中发生，所示的该热交换器位于从该溶液对溶液的热交换器的上游。相对于溶液的对溶液热交换器，该冷凝液对溶液的热交换器的定位并不严格，该冷凝液对溶液的热交换器可定位在上游、下游或与溶液对溶液的热交换器集成为一体，这取决于循环温度和结构设计。离开该冷凝液对溶液的热交换器的低温冷却冷凝液通过膨胀阀54直接膨胀到系统蒸发器28内。

正如能看见的，本发明的这种采用了一种以合适的冷凝液温度值为基础的内部热量传递，并将在该冷凝液内可获取的能量交换到进入下一个较高温度发生器中的弱溶液内，如此，提高了该系统的效率。

参阅图5，图中示出了在上述系统中采用的一非集成为一体的热交换器的放大的侧视图。冷凝液-溶液热交换器包括一从其通过冷凝液管道53和弱溶液管道18的外壳60。具有在已有技术中使用的任何已知的适用结构的热传递装置61被包含在该外壳内，该装置将来自高温冷凝液的能量有效地传递到移入下一个较高温度发生器中的溶液内。从该外壳60沿着溶液流动方向的下游是第二溶液-溶液热交换器外壳63，弱溶液管道18和强溶液管道19从中通过。在这里又有，热传递装置65包含在该外壳内，以在两股液流间有效地交换能量。很明显，两个热交换器的位置可对调，也可使溶液对溶液的热交换器在从冷凝液对溶液的热交换器的上游。

图6涉及一种适用于本系统的集成一体的热交换器，在该热交换器中冷凝液管道53和两根溶液管道18和19通过单一个热交换器外壳67。热量传递装置68被设置用在当弱溶液移入下一个较高的温度发生器时将来自冷凝液和强溶液的现有的能量传递到该弱溶液中。

图7是一集成为一体的热交换器的又一实例，它进一步采用了来自从燃烧器30(图1)回收的烟道气的热量。该交换器被封装在一外壳70内，一根烟道气回收管道71从中通过。还有弱溶液管道18和强溶液管道19通过该外壳。来自高温发生器的致冷剂蒸气经过管道53通入该外壳中，然后流通到高温冷凝器。还有，在该外壳内还含有适用的热传递装置73，用以提取可获得的能量。

图2示意表示了与图1所示的相类似的一三效平行吸收制冷系统，其中，相同的编号指的是与上述相同的零件。在这一实施例中，离开中温冷凝器23的致冷剂冷凝液经过管道80和节流阀81闪蒸到低温冷凝器25。类似地，离开冷凝液对溶液的热交换器50的冷凝液经过管道82和节流阀83闪蒸到相同的冷凝器。如能看出的，来自中温冷凝器和冷凝液-溶液热交换器的所有冷凝液在低温冷凝器中被排除，如此，减少了蒸发器必须处理以产生制冷作用的热量，并将热排除功能放在它所属的冷凝器。相信这个改进能提高循环COP约3％。

图3是表示本发明的另一实施例的又一示意图，其中，一三效吸收系统的诸发生器与吸收器又呈并流关系，并以一双冷凝器与溶液耦联结构为特点，还使冷凝液从两冷凝液对溶液热交换器膨胀到低温冷凝器。又是，相同的编号指的是与上述相同的零件。在这一实施例中，离开第一冷凝液-溶液热交换器50的冷凝液通过管道86和节流阀87闪蒸到一混合器85。在中温冷凝器23中现成的冷凝液也通过管道88进入该混合器，并与来自热交换器50的冷凝液结合。然后，合成的冷凝液经过管道99通过一第二冷凝液对溶液热交换器89，在此该合成的冷凝液与来自系统吸收器到第一溶液热交换器36的溶液形成热传递关系。合成的低温冷却的冷凝液通过管道90和节流阀91闪蒸到低温冷凝器，以作附加的热排除。

图4示出了一实施本发明的三效系统，其中三个级的诸发生器12、14和16与吸收器30成串流联接。在此又是，该系统采用如上面结合图3所详细描述的双冷凝器与溶液的耦联。在混合器85中，管道86中的低温冷却冷凝液与管道88中的冷凝液相结合。合成的冷凝液通过管道90和节流阀91闪蒸到低温冷凝器，以在进入蒸发器之前作附加的热排除。

Claims (7)

1.一种单回路多效吸收制冷系统，其特征在于，具有：

一蒸发器装置和一吸收器装置；

三个成对的发生器和冷凝器单元，它们分数级操作联接，该数级包括一高温级、一中温级和一低温级，在该高温级中形成的热量用来驱动中温级的发生器，在中温级中形成的热量用来驱动低温级的发生器；

使流体流动的装置，它用来将弱溶液从吸收器装置循环到每一级的发生器，并将强溶液从每一级的发生器返回到吸收器装置；

一第一冷凝液对溶液的热交换器，它用来使来自高温级的冷凝液与通入中温级的发生器内的弱溶液之间进行热交换；

一第二冷凝液对溶液的热交换器，它用来使来自中温级的冷凝液与通入低温级的发生器内的弱溶液之间进行热交换；以及

混合装置，它用来收集来自中温级冷凝器和第一冷凝液对溶液热交换器的冷凝液，并将该收集到的冷凝液流通到第二冷凝液对溶液热交换器，

将来自第二冷凝器对溶液的热交换器的冷凝液膨胀到低温级的冷凝器中用的装置。

2.如权利要求1的系统，其特征在于，具有一与每一级相关联的、溶液对溶液的热交换器，用来使通入每一级发生器内的弱溶液与返回到吸收器装置的强溶液进行热交换。

3.如权利要求2的系统，其特征在于，与中温和低温级关联的、溶液对溶液的热交换器位于从第一和第二冷凝液对溶液热交换器的上游。

4.如权利要求2的系统，其特征在于，与中温和低温级关联的、溶液对溶液的热交换器位于从第一和第二冷凝液对溶液热交换器的下游。

5.如权利要求1的系统，其特征在于，还包括节流装置，它将离开第二冷凝液对溶液的热交换器的冷凝液膨胀到低温级冷凝器。

6.如权利要求1的系统，其特征在于，还包括节流装置，它将离开第二冷凝液对溶液的热交换器的冷凝液膨胀到蒸发器装置，

7.如权利要求2的系统，其特征在于，与其中一级关联的冷凝液对溶液的热交换器与一溶液对溶液热交换器集成为一体，使来自该冷凝液和强溶液的热量传递给流入该相关级的发生器内的弱溶液。

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