CN1158494C - 多段吸收式制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种多段吸收式制冷装置，以溴化锂或二乙醇胺、三乙醇胺为工质，该装置包括三个发生器、两个或三个蒸发器、两个或三个吸收器、一个冷凝器、四个热交换器以及与之联接的机泵、阀门、仪表、管路，采用三效发生、二段或三段蒸发、二段或三段吸收流程，即二段吸收式或三段吸收式，对冷用户，把冷用户划分为高温空调制冷区和低温空调制冷区，或划分为高温、中温、低温空调制冷区，与现有的双效发生、单段蒸发、单段吸收技术相比，二段吸收式节能30%左右，三段吸收式节能40%左右。

Description

多段吸收式制冷装置

技术领域

本发明涉及使用二元溶液为工质的吸收式制冷的设备装置。

背景技术

利用二元溶液如溴化锂水溶液为工质的吸收式制冷，是近年来在大型空调系统普遍使用的方法，除了这些工质具有可取代目前对大气臭氧层破坏的氟碳化合物的好处外，它们的特点还在于可以充分利用较低温度的热源，例如利用工厂的低压蒸汽、锅炉烟道气，也可利用燃气、燃油作为热源，在有可能的地方，还可利用太阳能作为制冷的热源，此外吸收式制冷的运行平稳、成本较低、操作也相对简单，目前已用于大型宾馆、商场、商用楼等的空调系统。目前所见的吸收式制冷系统主要使用一段蒸发、一段吸收、两效发生的方法，即在发生器中，利用热源对二元工质溶液加热，产生水蒸汽，然后在冷凝器中使用冷却水间接冷却，水蒸汽被冷凝成液体，再经节流阀后膨胀，在蒸发器中吸收热量制冷，并变成蒸汽，进入吸收器，被发生器中送来的浓溶液吸收并变成稀溶液，稀溶液用泵抽回发生器提浓，如此循环制冷。由于这种一段蒸发、一段吸收制冷方法存在着吸收器浓度差和温度差不大，再生器耗热较大，因而造成制冷效率不高，热源利用也不够充分。

针对上述一段蒸发、一段吸收、两效发生制冷方法的不足之处，目前人们也对其进行了一些改进，将一段蒸发、吸收改为两段或三段蒸发、吸收。如中国专利95215192.8公开了一种多级吸收式制冷机。它是将相邻的由蒸发器、吸收器组成的空间，两空间用节流管连通，并起到水封作用，为防止浓溶液浓度过高，系统还设有稀释器，这种吸收式制冷装置的优点是比单级吸收制冷机热效率有所提高，换热器面积较小，溶液循环较容易，但其缺点是吸收器构造较复杂，实际上达不到二段蒸发、二段吸收的作用，热效率提高不明显。

中国专利97199362.9公开了一种三效吸收制冷系统，其过程是溶液从一个吸收器流到并联连接的第一和第二发生器中，从第一发生器出来的溶液返回到吸收器中，从第二发生器出来的溶液流到与该第二发生器串联连接的第三发生器中，来自每个发生器的制冷剂蒸汽在相应的冷凝器中冷凝，第三冷凝器与第二发生器交换热量，而第二冷凝器与第一发生器交换热量，这种三效吸收制冷系统的好处是比较充分利用了有效的热量，使发生器热效率得到了提高，但缺点是由于送至发生器的稀溶液循环量没有减少，节能是不明显的。

中国专利98111110.6是一种二段或多段式热水型溴化锂吸收式制冷装置，它包括了两个或多个发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器及连接的管道、泵、阀门，热水系统将多个发生器相连接，冷水系统将多个蒸发器相连，冷却水并联分别与两个或多个冷凝器、吸收器连接。热水、冷水、冷却水在一个或多个独立制冷系统中降温、升温，从而使热水温度降得更低，热利用较好，但这种结构的制冷装置由于吸收溶液浓度差变化不大，因而还没有达到较好的节能效果。

上述公开文献报道的二段或三段吸收制冷系统及装置存在着吸收操作温差范围小，吸收溶液浓度差也较小，节能不够显著以及使用冷却水量较多等缺点，因而到目前为止两段或两段以上吸收的制冷系统未能得到应用。

技术内容

为了克服已有技术的不足之处，本发明人经过多年对制冷方法及制冷工质进行试验和研究，设计了一种三效发生、两段(或三段)蒸发、两段(或三段)吸收的制冷工艺流程，这种工艺流程可使用溴化锂为工质，也可使用二乙醇胺、三乙醇胺或具有类似性质的物质为制冷剂工质，使用这套技术后可大大节省冷却水用量，并具有显著的节能效果。

本发明的技术方案是这样实现的：

多段吸收式制冷装置，它包括：三个发生器、两个或三个蒸发器、两个或三个吸收器、一个冷凝器、四个热交换器，以及与之联接的机泵、阀门、仪表、管路。采用二段或三段吸收式，即采用三效发生、两段或三段蒸发、两段或三段吸收的方式，两个或三个蒸发器和两个或三个吸收器安装在一个容器内，中间用隔板分隔，三效发生器分为高压发生器、中压发生器和低压发生器，高压发生器独立分开，中压发生器和低压发生器可以单独分开，也可以合为一体，安装在一个容器内，中间用隔板分开，冷凝器则与低压发生器共同装在一个容器内，高压、中压、低压三个发生器的联接，采用正向并串联流程，即高压发生器与低压发生器并联，中压发生器与高压发生器串联，或采用反向并串联流程，即中压发生器与低压发生器并联，高压发生器与中压发生器串联，或采用三个发生器均并联的流程。两个或三个蒸发器为串联联接，两个或三个吸收器也为串联联接。冷却水从一段吸收器进入，再通到二段吸收器，(或再通到三段吸收器)后，再送往冷凝器，升温后的冷却水通到冷却塔降温后循环利用。从冷用户来的冷水，从高段到低段依次经过各段蒸发器，即依次经二段蒸发器、一段蒸发器，或依次经三段蒸发器、二段蒸发器、一段蒸发器，冷水经两个(二段、一段)蒸发器，或经三个(三段、二段、一段)蒸发器，温度达到所需低温后送冷用户(如宾馆、商用楼、大型娱乐场所等)，作为空调冷源，冷水也循环利用；每一段蒸发器和每一段吸收器都设一台循环输液泵；三效(三个)发生器的溶液出口均设有热交换器，设置第四热交换器以利用中压、低压发生器的冷剂蒸汽冷凝混合液，加热进入低压发生器前的稀工质溶液。两段(或三段)吸收器和冷凝器设有抽气装置。对冷用户，可以把冷用户划分为高温空调制冷区和低温空调制冷区或划分为高温、中温、低温空调制冷区。

高压发生器的热源可以采用直接热源，如直燃式燃气、燃油，也可以采用间接热源，如蒸汽、热水等，还可使用太阳能热水。(以二乙醇胺、三乙醇胺为工质只能采用蒸汽、热水等间接热源)。

所使用的制冷工质除溴化锂外，也可使用二乙醇胺、三乙醇胺。

本发明吸收制冷装置的工作原理是：(以二段吸收式为例)

从发生器送来浓的制冷工质溶液被送到一段吸收器，吸收从一段蒸发器来的冷剂蒸汽，溶液第一次被冲稀，然后该溶液进入二段吸收器，再次吸收从二段蒸发器来的冷剂蒸汽，溶液再次被冲稀，从二段吸收器出来的稀溶液用发生器泵和高压发生器泵送到三效(三个)发生器提浓，其中高压发生器与低压发生器并联，中压发生器与高压发生器串联，即高压发生器出来的溶液进入中压发生器，从中压发生器和低压发生器出来的浓溶液同时进入一段吸收器，开始新的循环。

从需要制冷的冷用户来的冷水进入二段蒸发器和一段蒸发器分两次降温后，达到所需低温，重新送回冷用户。

从冷却塔来的冷却水依次经过一段吸收器、二段吸收器、冷凝器，三次升温后又送到冷却塔。

与现有技术相比，本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：

1、目前公开文献和实际使用的溴化锂吸收式制冷技术主要是双效发生、单段蒸发、单段吸收的制冷流程，放气范围是在4-5.5％，其能耗较高，冷却水用量大，本发明在现有技术的基础上，进行多项改进，(1)由两效发生改为三效发生，(2)由单段蒸发、单段吸收改为两段蒸发、两段吸收，(3)在不影响制冷效果的基础上，适当提高制冷温度。改进后与上述所提到的双效发生、单段蒸发、单段吸收的流程相比，放气范围由4-5.5％提高到7％，冷却水耗量节约50％左右，总能耗节约30％左右。

2、与公开的专利文献比较，如95215192.8号专利，“多级吸收式制冷机”(二段蒸发、二段吸收)和98111110.6号专利的二段或多段式热水型溴化锂吸收式制冷装置(多段蒸发、多段吸收)相比，实际上该两项专利并没有达到两段或多段蒸发、吸利作用，最关键的问题是溶液浓度差没有明显提高(因为其二段或多段蒸发和二段或多段吸收不是串联操作，同时其蒸发器泵和吸收器泵为共用)，放气范围就没有提高，溶液循环量没有减少，因此热力系数和节能的提高都不明显；而97199362.9号专利也由于只单独设计三效发生，不设计两段蒸发、两段吸收，节能也很有限，另外该专利有两个缺点：一、高压发生器泵在高温下操作(约150-160℃)，泵的材质要求高，运转不安全，容易损坏，二、冷剂蒸汽冷凝液热量利用不够充分，而本发明可以克服上述专利的缺点，即高压发生器泵在常温下操作，冷剂蒸汽冷凝液的热量得到充分利用，从而降低低压发生器的热负荷。

3、本发明制冷技术的二段吸收式，即采用三效发生、两段蒸发、两段吸收从理论上和实践上是可行的，虽然从两效发生改为三效发生需增加一个高压发生器，高压发生器的操作压力约为0.9Mpa(表压)，操作温度为200℃左右，然而这些条件是完全可以实现的；此外，三效发生对提高热力系数和节能都较有利，它比起现有技术的两效发生节能较显著。

又从两段蒸发、两段吸收的操作实践中看，一段蒸发、一段吸收的操作压力、操作温度相对控制较低，以获得所需的低温制冷温度，而二段蒸发，二段吸收就可以控制较高的操作压力和操作温度，这就意味着经二段吸收后，溶液浓度差大大提高，使放气范围也提高了，即送至发生器的稀溶液循环量大大减少，以工质为溴化锂的制冷为例，当使用单段蒸发、单段吸收操作时，发生器发生1kg冷剂蒸汽，需送至发生器的稀溶液约15kg，但使用两段蒸发、两段吸收、三效发生时，同样的制冷效果，发生1kg冷剂蒸汽，需送至发生器的稀溶液则由约15kg减少至约9kg，稀溶液量减少约35-40％，因而发生器的热负荷就大为减少。同时由于二段吸收温度提高，也使冷却水温度差提高，原来冷却水经吸收器温差约4℃，采用两段吸收后，经吸收器的冷却水温差可提高到7-8℃，因此冷却水消耗就可节约50％左右，再加上其它节能措施，(如对冷用户，可以把冷用户划分为高温空调制冷区和低温空调制冷区，或划分为高温、中温、低温空调制冷区)，本发明的制冷技术可节能30％左右，热力系数达到大约1.7。

4、采用三段吸收式(把冷用户划分为高温空调制冷区和低温空调制冷区，或划分为高温、中温、低温空调制冷区)，即采用三效发生、三段蒸发、三段吸收流程，三段蒸发器和三段吸收器均采用串联联接。流程示意图如图5所示，仍以溴化锂工质为例，采用三段吸收式，其冷却水节约更多，放气范围提高到8％。与双效发生、单段蒸发，单段吸收制冷技术相比，进发生器稀溶液循环量约减少50％，综合能耗节约40％左右。

附图说明

图1是本发明制冷装置的一种实施结构图，高压发生器单独分开，中压发生器、低压发生器和冷凝器安装在同一个容器的方案，发生器采用正向并串联流程。冷用户可以只设一个空调制冷区，也可以把冷用户划分为高温空调制冷区和低温空调制冷区，或划分为高温、中温、低温空调制冷区。

图2是本发明制冷装置的第二种实施结构图，高压发生器、中压发生器都独立分开，低压发生器和冷凝器安装在同一个容器中的方案，发生器也采用正向并串联流程。

图3是本发明制冷装置的第三种实施结构图，发生器采用反向并串联流程。

图4是本发明制冷装置的第四种实施结构图，发生器采用典型的分流(并联)流程。

图5是三段吸收式流程方案，把冷用户划分为高温空调制冷区和低温空调制冷区，或划分为高温、中温、低温空调制冷区，三个蒸发器和三个吸收器安装在一个容器内，发生器联接和其余结构同图1或图2。

具体实施方式

以五个说明书附图进一步说明本发明的制冷装置的工作过程：

图1(实施例例一)，如图所示(冷用户的空调制冷区的划分按附图说明)：

流程示意图如图1所示：一段蒸发器(1)蒸发出来的冷剂蒸汽(蒸发制冷)进入一段吸收器(4)，被该吸收器中喷淋浓的溴化锂溶液所吸收，溴化锂溶液第一次被冲稀，该稀溶液送至二段吸收器(5)，再次喷淋吸收从二段蒸发器(2)来的冷剂蒸汽(也同样蒸发制冷)，溶液再次被冲稀。从二段吸收器出来的稀的溴化锂溶液用发生器泵(21)分两路送出。第一路用接力的高压发生器泵(22)再次加压，依次经过第二热交换器(12)、第一热交换器(11)两次加热升温后进入高压发生器(7)初次提浓，从高压发生器出来的中间溶液经第一热交换器换热降温后，进入中压发生器(8)再次提浓。第二路经第三热交换器(13)、第四热交换器(14)两次加热升温后进入低压发生器(9)提浓。从中压发生器、低压发生器出来浓的溴化锂溶液分别经过第二热交换器(12)、第三热交换器(13)，换热降温后，汇集到一段吸收器，构成了溴化锂溶液的循环过程。

一段蒸发器(1)和二段蒸发器(2)蒸发制冷所蒸发出来的冷剂蒸汽分别被一段吸收器(4)、二段吸收器(5)的溴化锂溶液所吸收，然后用发生器泵(21)、高压发生器泵(22)把吸收了冷剂蒸汽被冲稀了的溴化锂溶液送至三个发生器进行提浓。从高压发生器(7)出来的冷剂蒸汽，引至中压发生器(8)，而作为中压发生器的加热热源。从中压发生器(8)出来的冷剂蒸汽，引至低压发生器(9)，作为低压发生器的加热热源。低压发生器(9)出来的冷剂蒸汽引至冷凝器(10)，用冷却水间接冷却而被冷凝成冷剂水。作为中压、低压发生器的热源冷剂蒸汽利用其潜热后也被冷凝成冷剂水，一起混合经过第四热交换器(14)，利用其热量后，也进入冷凝器(10)，从冷凝器出来的冷剂水送至一段蒸发器(1)和二段蒸发器(2)，又构成了冷剂水的循环过程。

高压发生器的热源可以是间接热源(蒸汽、热水等)，也可以是直燃式的直接热源(燃气、燃油等)。(采用二乙醇胺、三乙醇胺为工质，只能用间接热源)

从冷用户来的冷水经过二段蒸发器(2)、一段蒸发器(1)，两次降温达所需低温后又送回冷用户。

从冷却塔来的冷却水(约32℃)经一段吸收器(4)、二段吸收器(5)、冷凝器(10)，三次升温后(温度达约42℃)送回冷却塔。抽气装置(23)为机械真空泵，其抽气以满足一段吸收器(4)、二段吸收器(5)、冷凝器(10)所需要的低压(真空)。

图1至图4都是二段吸收式方案，一、二段蒸发器和一、二段吸收器都置于同一容器内，这是相同点，其不同点则显示在各附图中。

图1，发生器采用正向并串联流程，即高压发生器与低压发生器并联，中压发生器与高压发生器串联。该图是本发明优选的实施方案，其热利用较好，操作较方便。

图2，是在图1的基础上，把中压发生器分出单独设置，具有与图1相同的优点外，还具有中压发生器便于安装和保温等优点，其缺点是设备较膨大，造价较高。

图3，发生器采用反向并串联流程，即中压发生器与低压发生器并联，高压发生器与中压发生器串联。并具有与图1一样热利用较好的优点，其缺点是高压发生器泵操作温度较高(150-160℃)，对材质要求高，并易于损坏。

图4，发生器采用分流并联流程，即溶液分三路，并联进入高压、中压、低压发生器，其优点是流程简单、操作方便，其缺点是第一热交换器的冷、热溶液热交换，温差大，热损失大。

图5，采用三段吸收式方案，把冷用户划分为高温空调制冷区和低温空调制冷区，或划分为高温、中温、低温空调制冷区。设置三效发生、三段蒸发、三段吸收，三个蒸发器为串联联接，三个吸收器也为串联联接，其余联接结构和物料流向与图1一样。在此，只把冷水流向和冷却水流向加以说明，其余物料的流向就不再重复了。冷水流向：从高温空调制冷区来的冷水依次经过三段蒸发器(3)、二段蒸发器(2)、一段蒸发器(1)，分三次降温达到所需低温后用冷水泵送至低温空调制冷区，再送高温空调制冷区，经两次升温后的冷水回水，又回到三段蒸发器(3)，进行重新循环。冷却水流向：从冷却塔来的冷却水依次经过一段吸收器(4)、二段吸收器(5)、三段吸收器(6)、冷凝器(10)，分四次升温后的高温冷却水送至冷却塔降温重复利用。此方案，把高温空调制冷区控制室温约26-27度、低温空调制冷区控制室温约23-24度，这是完全可能的，既现实又可行。该方案的技术与现有的技术相比，冷水泵节约能耗50％左右，综合能耗也节约40％左右，可为冷用户节约较大的空调制冷运行费用。

Claims (8)

1、一种多段吸收式制冷装置，包括发生器、蒸发器、吸收器、冷凝器以及与之配套的机泵、热交换器、管路，其特征在于：

它由三个发生器、两个或三个蒸发器、两个或三个吸收器、一个冷凝器、四个热交换器，以及与之联接的机泵、阀门、仪表、管路构成；

发生器采用正向并串联流程：高压发生器与低压发生器并联，中压发生器与高压发生器串联；或采用反向并串联流程：中压发生器与低压发生器并联，高压发生器与中压发生器串联；或者采用三个发生器均并联的流程；

两个或三个蒸发器为串联联接；

两个或三个吸收器也为串联联接；

采用三效发生、两段或三段蒸发、两段或三段吸收的方式；

两个或三个蒸发器和两个或三个吸收器安装在一个容器内，中间用隔板分隔，每一段蒸发器和每一段吸收器都设一台循环输液泵。

2、根据权利要求1所述的一种多段吸收式制冷装置，其特征在于：高压发生器独立分开，中压发生器和低压发生器为独立分开或者同安装在一个容器内，中间用隔板分隔，冷凝器与低压发生器同装在一个容器内。

3、根据权利要求1所述的一种多段吸收式制冷装置，其特征在于：使用的制冷工质选用溴化锂、二乙醇胺、三乙醇胺三种中的任意一种。

4、根据权利要求1所述的一种多段吸收式制冷装置，其特征在于：该装置为二段吸收式，冷用户或者只设一个空调制冷区，或者划分为高温空调制冷区和低温空调制冷区，或者划分为高温、中温、低温空调制冷区。

5、根据权利要求1所述的一种多段吸收式制冷装置，其特征在于：该装置为三段吸收式，把冷用户划分为高温空调制冷区和低温空调制冷区或划分为高温、中温、低温空调制冷区。

6、根据权利要求1所述的一种多段吸收式制冷装置，其特征在于：根据工质，高压发生器采用直接热源，或者采用间接热源。

7、根据权利要求1所述的一种多段吸收式制冷装置，其特征在于：采用二段吸收式时，其冷水流向为从冷用户来的冷水依次经二段蒸发器、一段蒸发器的两次降温达所需低温后送回冷用户；采用三段吸收式时，从冷用户来的冷水依次经三段蒸发器、二段蒸发器、一段蒸发器三次降温达所需低温后送回冷用户。

8、根据权利要求1所述的一种多段吸收式制冷装置，其特征在于：采用二段吸收式时，其冷却水流向为，从冷却塔来的冷却水依次经过一段吸收器、二段吸收器、冷凝器三次升温后，送回冷却塔；采用三段吸收式时，从冷却塔来的冷却水依次经过一段吸收器、二段吸收器、三段吸收器、冷凝器四次升温后，送回冷却塔。

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