CN1166904C - 吸收式冷气暖气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能进行供冷运行与热力泵供暖运行、直接火焰加热供暖运行的切换、而且能提高直接火焰加热运行时的热效率、降低运行成本的吸收式冷气暖气设备。在直接火焰加热运行时，把蒸发器内的致冷剂和/或吸收器内的溶液向再生器供给，降低其中的溶液的吸收剂浓度。结果，由于为了降低把再生器内的蒸气压力维持于期望值所必要的溶液温度，所以可以在节约用来加热再生器内的溶液的热量，降低排气温度的同时，减少来自再生器和溶液本身的辐射热，提高总体的热效率。

Description

吸收式冷气暖气设备
本发明涉及吸收式冷气暖气设备，特别涉及在通常的供暖运行模式时能进行靠热力泵的高效率供暖运行，同时，即使在室外气温很低、热量的汲取变得困难时，也能通过切换成直接火焰加热运行而不使供暖能力降低地进行供暖运行，而且能提高直接火焰加热供暖运行时的效率的吸收式冷气暖气设备。
在日本特公平1-47714号公报、特开平6-2980号公报、特公平7-96977号公报等中提出了能将由收容致冷剂的蒸发器、收容含有吸收在所述蒸发器中产生的致冷剂蒸气的吸收剂的溶液的吸收器、加热所述溶液的一部分而抽出致冷剂蒸气并使溶液中的吸收剂浓度恢复的再生器、以及使所抽出的所述致冷剂蒸气凝结并向所述蒸发器供给的凝结器等组成的吸收冷冻机共用于冷气暖气设备的吸收式热力泵设备和吸收式冷温水机。此外，在日本特公平6-97127号公报中，揭示了能以供冷运行、靠热力泵循环的供暖运行和靠直接火焰加热的供暖运行3种模式运行的吸收式冷气暖气机。
在上述先有技术的空冷式吸收冷气暖气机中，存在着在靠直接火焰加热的供暖运行模式中热效率低、运行成本变高这样的问题。
本发明的目的在于解决上述问题，特别是提供在靠直接火焰加热的供暖运行模式中能提高热效率、降低运行成本的吸收式冷气暖气设备。
本发明是具有收容致冷剂的蒸发器、收容含有吸收在所述蒸发器中产生的致冷剂蒸气而产生吸收热的吸收剂的溶液的吸收器、加热所述溶液的一部分而抽出致冷剂蒸气并使溶液中的吸收剂浓度恢复的再生器、以及使所抽出的所述致冷剂蒸气凝结并向所述蒸发器供给的凝结器，并能选择供冷运行、热力泵供暖运行或直接火焰加热供暖运行的冷气暖气设备，它还具有在直接火焰加热供暖运行时使所述凝结器内的致冷剂向所述再生器环流的环流路，和在直接火焰加热供暖运行时降低再生器内溶液的吸收剂浓度的装置。
因此在直接火焰加热供暖运行时，把所述蒸发器内的致冷剂和吸收器内的吸收剂溶液的至少一方向所述再生器供给，使所述再生器内的溶液中的吸收剂浓度比热力泵暖气设备运行时的低。结果，可以降低为了把再生器内的蒸气压力保持于暖气设备所必要的期望值时所必要的溶液温度，使溶液的加热所必要的输入热量减少，可以提高直接火焰加热供暖运行时的热效率而降低运行成本。
图1表示与本发明的实施例有关的冷气暖气设备的构成。
图2是表示把图1的冷气暖气设备向直接火焰加热运行切换之际的泵和阀的控制装置的概略的方块图。
图3是表示溶液的温度和蒸气压力，以及与溶液中的吸收剂浓度的关系的特性图。
下面，参照附图详细地说明本发明。图1是表示与本发明的一个实施例有关的吸收式冷气暖气设备的主要部分构成的系统方块图。在蒸发器1中收容着作为致冷剂的三氟乙醇(TFE)等氟化乙醇，在吸收器2中收容着作为含有吸收剂的溶液二甲基咪唑啉酮(ジメチルイミダゾリジノン)等DMI衍生物，在此场合，所述致冷剂不限于氟化乙醇，只要是非冻结范围能取宽的就可以，就溶液来说也不限于DMI衍生物，只要是非结晶范围能取宽的、具有比所述致冷剂更高的常压沸点、而且是能吸收它们的就可以。例如，水与溴化锂的组合，在室外气温变成接近零度的状态下的供暖运行时，由于有因溶液的温度低下使致冷剂中的水冻结的危险，所以很难说适合于本实施例的系统。
蒸发器1与吸收器2，经蒸发(致冷剂)通路彼此流体上沟通，如果把它们的空间保持于例如30mmHg程度的低压环境下，则蒸发器1内的致冷剂蒸发，如图中双箭头所示，经所述通路进入吸收器2内。通过吸收器2内的吸收剂溶液对此致冷剂蒸气的吸收，可以实现吸收冷冻作用。在所述蒸发通路中配置着冷却器(热交换器)18。
在首先燃烧器7被点火，吸收器2内的溶液浓度被再生器3所提高时(燃烧器和再生器以及溶液浓缩将在下文中述及)，吸收器2内的溶液就吸收致冷剂蒸气，由该致冷剂的蒸发所产生的潜热把蒸发器1内冷却。在蒸发器1内，设有冷水靠泵P4通过的管路1a。管路1a的一端(图中为出口端)连接于第1四通阀V1的#1开口，另一端(图中为进口端)连接于第2四通阀V2的#1开口。致冷剂靠泵P1引入设在蒸发器1内的撒播装置1b，被撒播在所述冷水通过的管路1a上。所述致冷剂从管路1a内的冷水夺得蒸发热而变成致冷剂蒸气，另一方面，所述冷水的温度降低。致冷剂蒸气通过配置在蒸发通路中的冷却器18流进吸收器2。蒸发器1内的致冷剂，除了靠泵P1引入所述撒播装置1b之外，如下文中详述，其一部分通过过滤器4被供给精馏器6。在蒸发器1与过滤器4之间的管路1c中设有流量调节阀5。还有，作为流过管路1a的冷水最好使用乙二醇或丙二醇的水溶液。
在所述致冷剂蒸气一旦被吸收器2的吸收剂溶液吸收时，吸收热就使该溶液的温度上升。该溶液的温度越低，而且溶液中的吸收剂浓度越高，则所述溶液的吸收能力越大。于是，为了抑制该溶液的温度上升，在吸收器2的内部设管路2a，冷却水通过该管路2a。管路2a的一端(图中为出口端)通过凝结器9内之后，经泵P3连接于第1四通阀V1的#2开口，管路2a的另一端(图中为进口端)连接于第2四通阀V2的#2开口。作为通过管路2a的冷却水，使用与所述冷水相同的水溶液。
溶液靠泵P2引入设在吸收器2内的撒播装置2b，被撒播在管路2a上。结果，溶液靠通过管路2a的冷却水被冷却，另一方面，冷却水的温度上升。吸收器2内的溶液吸收致冷剂蒸气，其吸收剂浓度一降低则吸收能力降低。
在吸收器2中吸收致冷剂蒸气而被稀释的溶液即稀液，靠所述泵P2，通过管路7b和控制阀V3被供给精馏器6，向再生器3流下。再生器3带有加热所述稀液的燃烧器7。该燃烧器7虽然使用煤气燃烧器，但是可以是任何加热装置。在再生器3中被加热，致冷剂蒸气被抽出而浓度被提高的溶液(浓液)，通过管路7a和控制阀V4返回所述吸收器2，靠所述撒播装置2b撒播在管路2a上。
在再生器3中产生的所述致冷剂蒸气，在精馏器6内上升之际与在精馏器6内流下的溶液充分地接触，借此充分地分离了所混入的微量的吸收剂溶液成分之后，供给凝结器9。在凝结器9中被冷却和液化的致冷剂，通过管路9b，经由冷却器18和减压阀(流量控制阀)11返回蒸发器1，靠撒播装置1b撒播在管路1a上。所述冷却器18是配置在所述蒸发通路中的一种热交换器，用从凝结器9回流的热的致冷剂加热混在在蒸发器1中产生的致冷剂蒸气中的致冷剂雾滴，促进其气化，另一方面，使向蒸发器1回流的所述致冷剂的温度降低。
再者，虽然从凝结器9供给蒸发器1的回流致冷剂的纯度变得极高，但是极少地混在其中的吸收剂成分靠长时间的运行循环而蓄积，蒸发器1内的致冷剂的纯度慢慢地降低是不可避免的。于是，如上所述，把致冷剂的很少一部分从蒸发器1经过滤器4供给精馏器6，与从再生器3产生的致冷剂蒸气一起再次经过用来提高纯度的循环。再者，所述过滤器4的功用为防止混入致冷剂中的尘埃或锈等堵塞精馏器6内的充填材管路而成为机能降低的原因。
借助于设置在连接吸收器2与精馏器6的管路7a、7b之间的热交换器12，出自再生器3的管路7a中的高温浓液在与出自吸收器2的管路7中的稀液热交换而被冷却后，被供给吸收器2并被撒播。另一方面，靠热交换器12预加热的稀液供给精馏器6。虽然这样一来可以谋求热效率的提高，但是通过进一步设置用来把回流的所述浓液的热量传递给出自吸收器2或凝结器9的管路2a内的冷却水的热交换器(未画出)，可以进一步降低向吸收器2回流的浓液的温度，使冷却水温度进一步提高。
在用来把所述冷水或冷却水与室外空气进行热交换的显热交换器14中设置管路4a，在室内机15中设置管路3a。管路3a、4a的各一端(图中为进口端)分别连接于第1四通阀V1的#3、#4开口，另一端(图中为出口端)分别连接于第2四通阀V2的#3、#4开口。室内机15配备在实行冷气暖气的室内，设有冷风或暖风吹出用风扇10(两者共用)和吹出出口(未画出)。所述显热交换器14置于室外；靠风扇19强制地进行与室外空气的热交换。另外图中的带下标符号T表示温度传感器，带下标符号L表示液位传感器，带下标符号PS表示压力传感器。
在靠热力泵供暖运行时，第1和第2四通阀V1、V2被控制成切换到各自的#1和#4开口连通，#2和#3开口连通的位置。借此，在吸收器2和凝结器9内变暖的管路2a内的冷却水，靠泵P3，引向室内机15的管路3a进行室内的供暖。
在这种靠热力泵供暖运行时，如果室外气温变得极低，则从室外空气的热量汲取变难，供暖能力下降。在这种室外气温条件时，停止热力泵循环运行，借助于使在再生器3中产生的蒸气在再生器与凝结器9之间环流，通过把由燃烧器7产生的加热热量在凝结器9内效率高地传递给管路2a内的冷却水的直接火焰加热运行，使所述冷却水温升，可以提高供暖能力。
因此，在图示的实施例中，设置了把凝结器9与再生器3(或精馏器6)之间旁通的环流通路9a和开关阀17。在室外气温变低而供暖能力不足时，阻断从凝结器9至蒸发器1的致冷剂管路9b和从再生器3至吸收器2的浓液管路7a，使热力泵循环停止。另外，在本实施例中，把蒸发器1内的致冷剂和吸收器2内的吸收剂溶液的至少一方，靠泵P1、P2经管路1c、7b供给再生器3，使再生器内的溶液的吸收剂浓度降低。然后，打开所述开关阀17，使在再生器3中产生的蒸气在再生器与凝结器9之间直接环流。借此，如下文所述，可以减少为了把管路2a内的冷却水加热到目标温度所必要的用燃烧器7的加热量。
图2是表示向上述这种直接火焰加热运行切换时泵和阀的控制装置20的概略的方块图，如果借助于下文述及的适宜的运行模式判定装置或手动操作而指示直接火焰加热运行，则直接火焰加热运行开始装置21起动转换控制装置22。转换控制装置22向泵P1、P2的至少一方通电，同时使对应的阀V5、V3全开，在尽可能短的时间内使致冷剂/吸收剂溶液的供给结束。向再生器3的致冷剂/吸收剂溶液的供给时间即泵P1、P2的运行时间由定时器24来控制。通过预先设定定时器24的动作时间，适当地控制供给的溶液的量即液面高度，使再生器3内的液面高度不超过从凝结器9向再生器3或精馏器6的环流致冷剂放出口的液面。在此场合，也可以把液面计设置于再生器3或精馏器6的适当部位，监视控制液面高度。
接下来，就通过如上所述降低再生器3内的溶液中的吸收剂浓度以提高直接火焰加热供暖的热效率加以说明。表示吸收剂溶液(DMI衍生物)的浓度和温度，以及致冷剂(TFE)的凝结蒸气压力的关系的迪林蒸汽压曲线图见图3。从此图可以看出，为了把凝结器9内保持于规定压力(例如，260mmHg)，吸收剂溶液中的吸收剂浓度越低，则越可以降低溶液的温度。本发明，着眼于这样的溶液特性，巧妙地利用它们，在直接火焰加热运行时尽可能降低再生器3内的溶液中的吸收剂浓度，借此尽可能压低为了维持致冷剂的蒸发量所必要的再生器内的溶液温度，借此谋求直接火焰加热运行的热效率的提高。如果溶液温度能够降低，则由于供给燃烧器7的燃料量的节省不言而喻，排气温度也变低，来自再生器和溶液本身的辐射热量和自然散热等也减少，所以可以提高总体的热效率。
像上述这样的，用来提高供暖能力的向直接火焰加热运行的切换控制，在室内外的适当部位(例如显热交换器14附近)设置温度传感器T14，当所检测的温度为预定值以下时，可以通过起动所述直接火焰加热运行开始装置21而自动控制。室外气温降低到预定值以下这一点，也可以由暖气设备负载的大小来判断。由于在本申请人以前申请的日本特愿平8-94714号“吸收式冷气暖气设备”和特愿平8-333056号“吸收式冷气暖气设备”等中，已就暖气设备负载的运算和向直接火焰加热运行的切换详细地加以说明，所以引用这些描述包括于本说明书中。
再者，根据本发明者们的实验，确认了预先把全部致冷剂向再生器供给，补充地供给吸收剂的场合，与相反的场合相比可以更降低再生器内的溶液温度，而且，虽然在上述中，可以在把致冷剂和吸收剂溶液的至少一方供给再生器之后，使致冷剂从凝结器向再生器环流而开始直接火焰加热供暖，但是当然也可以在致冷剂和吸收剂溶液开始供给再生器的同时，使致冷剂环流而开始直接火焰加热供暖。另外，也可以用其他形式的部分凝结器代替凝结器。
在本发明这样的吸收式冷气暖气设备的冷房运行时，在图1中，第1和第2四通阀V1、V2被控制成切换到各自的#1和#3开口连通，#2和#4开口连通的位置。借此，在蒸发器1内被冷却的管路1a内的冷水被引向室内机15的管路3a实行室内的冷房。冷水被引入室内机15的管路3a，冷风靠所述吹出用风扇10向室内吹出。
根据本发明，由于在直接火焰加热运行时积极地降低再生器内溶液的吸收剂浓度，所以可以降低用来得到致冷剂蒸气的再生器的溶液温度，而该致冷剂蒸气是为了把出自凝结器的管路2a内的冷却水温度维持于期望值所必要的，因此可以抑制(从燃烧器7的)向再生器输入的热量而提高总体的热效率，换句话说，可以降低运行成本。
而且由于可以降低直接火焰加热运行时的再生器内的溶液温度，所以虽然把凝结器内的致冷剂供给再生器使之在凝结器与再生器之间环流，但是可以抑制吸收剂向致冷剂蒸气的混入。借此，即使在向热力泵运行切换阶段也可以迅速地转换成正常运行。这一点，特别在上述实施例中，像采用TFE致冷剂与DMI衍生物溶液的组合的场合这样，在两者的气化温度之差比较小时，虽然在再生器内的加热温度一高，溶液蒸气向致冷剂的混入就增多，但是由于加热温度一低，所述混入就减少，所以是特别有利的。

Claims (8)

1.一种吸收式冷气暖气设备，具有收容致冷剂的蒸发器、收容含有吸收在所述蒸发器中产生的致冷剂蒸气的吸收剂的溶液的吸收器、加热所述溶液的一部分而抽出致冷剂蒸气并使溶液中的吸收剂浓度恢复的再生器、以及使所抽出的所述致冷剂蒸气凝结并向所述蒸发器供给的凝结器，可以选择供冷运行、热力泵供暖运行或直接火焰加热供暖运行，其特征在于，具有
在直接火焰加热供暖运行时，使所述凝结器内的致冷剂向所述再生器环流的环流路，以及
在直接火焰加热供暖运行时，把所述蒸发器内的致冷剂和吸收器内的吸收剂溶液的至少一方向所述再生器直接供给，使所述再生器内的溶液中的吸收剂浓度比热力泵供暖运行时的低的装置；
在向再生器直接供给致冷剂及吸收剂溶液的至少一方时，致冷剂的供给比吸收剂溶液的供给优先地进行。
2.权利要求1所述的吸收式冷气暖气设备，其特征在于，所述致冷剂和吸收剂溶液的至少一方向所述再生器的供给被控制成，使所述再生器内的吸收剂溶液的液面，不超过由所述凝结器环流的环流致冷剂的放出口水平面。
3.权利要求1或2所述的吸收式冷气暖气设备，其特征在于，所述致冷剂和吸收剂溶液的至少一方向所述再生器的供给，在直接火焰加热供暖运行时的从所述凝结器向再生器的所述致冷剂的环流开始之前进行。
4.一种吸收式冷气暖气设备，具有收容致冷剂的蒸发器、收容含有吸收在所述蒸发器中产生的致冷剂蒸气的吸收剂的溶液的吸收器、加热所述溶液的一部分而抽出致冷剂蒸气并使溶液中的吸收剂浓度恢复的再生器、以及使所抽出的所述致冷剂蒸气凝结并向所述蒸发器供给的凝结器，并可以选择供冷运行、热力泵供暖运行或直接火焰加热供暖运行，其特征在于，具有
配置在所述再生器与凝结器之间，分离混入在所述再生器中产生的致冷剂蒸气中的吸收剂溶液的精馏器，
在直接火焰加热供暖运行时，使所述凝结器内的致冷剂向所述精馏器环流的环流路，以及
在直接火焰加热供暖运行时，把所述蒸发器内的致冷剂和吸收器内的吸收剂溶液的至少一方向所述再生器直接供给，使所述再生器内的溶液中的吸收剂浓度比热力泵供暖运行时的低的装置。
5.权利要求4所述的吸收式冷气暖气设备，其特征在于，所述致冷剂和吸收剂溶液的至少一方向所述再生器的供给被控制成，使所述再生器内的吸收剂溶液的液面，不超过由所述凝结器环流的环流致冷剂的放出口水平面。
6.权利要求4所述的吸收式冷气暖气设备，其特征在于，所述致冷剂和吸收剂溶液的至少一方向所述再生器的供给，在直接火焰加热供暖运行时的从所述凝结器向再生器的所述致冷剂的环流开始之前进行。
7.权利要求5所述的吸收式冷气暖气设备，其特征在于，所述致冷剂和吸收剂溶液的至少一方向所述再生器的供给，在直接火焰加热供暖运行时的从所述凝结器向再生器的所述致冷剂的环流开始之前进行。
8.权利要求4至7中任何一项中所述的吸收式冷气暖气设备，其特征在于，致冷剂的供给比吸收剂溶液的供给优先地进行。
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