CN1360189A - 具有用于稀释和部分负荷运行的制冷剂管理装置的吸收式制冷系统 - Google Patents

Abstract

一种设有制冷剂管理方法和装置的吸收式系统,该方法和装置可在制冷模式的运行期间临时存储液态制冷剂并根据需要向蒸发器贮液槽排放制冷剂,以防止制冷剂泵在部分负荷的运行时发生气穴现象,以及在系统关闭时,对吸收器中的溶液进行稀释。制冷剂存储在蒸发器中的一槽内,借助槽中的侧开口和槽的溢流过程可使槽与蒸发器贮液槽以流体的方式连通。向槽补充制冷剂发生在正常运行期间,该制冷剂可从冷凝器中流出或借助一排放管线从制冷剂泵中流出。

Description

具有用于稀释和部分负荷运行的制冷剂管理装置的吸收式制冷系统

技术领域

本发明总的涉及吸收式制冷系统和吸收式供热和制冷系统，更具体地说，涉及在部分负荷期间和关闭条件下对排入系统的制冷剂的管理。

背景技术

在一吸收型制冷系统中，将一吸收剂溶解在一液态制冷剂中，以产生一适于在过程中使用的制冷剂-吸收剂溶液。当这种系统在变化的制冷负荷下运行时，保持系统高效运行的制冷剂的数量也发生变化。因此，一般惯例是在这种制冷系统中配备一制冷剂调节系统，该制冷剂调节系统包括一制冷剂蓄液池，可根据需要将制冷剂储入或排出该蓄液池以使溶液的浓度随着制冷负荷的变动保持在可接受的范围中。该蓄液池通常采用位于系统冷凝器中或与系统冷凝器紧靠在一起的贮液槽。

未经审查的日本专利申请No.62-178858中叙述了一种如上所述的制冷模式下的制冷剂调节系统的示例，该专利被转让于日本东京的Ebara有限公司。在后者的申请中，揭示了一种吸收式机器，其中系统冷凝器和系统蒸发器之间的液态制冷剂的重力流动可响应于检测到的系统的相关条件进行控制，例如溶液在离开吸收器时的温度。液态制冷剂的一蓄液池设置在冷凝器的内部，在正常运行条件下通过一第一流道将制冷剂提供给蒸发器。当检测到需要增加制冷剂数量的运行条件时，打开一第二流道，所述第二流道从冷凝器的贮液槽向蒸发器提供附加制冷剂。

在1999年2月4日提交的共同待批美国专利申请No.09/244,910中叙述了另一种制冷剂调节系统的示例，该专利被共同地转让于本发明，这里将援引其作为参考。在该申请中，揭示了一种吸收型机器，其中制冷剂存储在一存储槽内，该存储槽与冷凝器的贮液槽分离，并借助一制冷剂排放管线将制冷剂注入该贮液槽。响应于检测到的对附加制冷剂的需求，在微处理器的控制下将制冷剂排出存储槽以维持所需的制冷剂浓度。

在美国专利No.5,806,325(Furukawa等人)中叙述了一种制冷剂调节系统的示例，该系统特别适合在一吸收型制冷器中使用。在该专利中，叙述了一种吸收型制冷器，其中具有一系列孔的水闸在冷凝器中形成一蓄液池，所述水闸可使制冷剂的排放速度作为制冷剂的冷凝速度以及制冷剂必须维持的制冷负载的函数而变化。

在吸收型制冷系统关闭时，需要在被称为稀释期的时间中将大量制冷剂排入系统，这些制冷剂足以使吸收器中的吸收剂-制冷剂溶液的浓度稀释或降低至足够低的数值，来防止吸收器中的吸收剂形成结晶。该溶液在关闭过程中的稀释被称为系统的稀释循环。在历史上，使系统完成其稀释循环提供所需的附加制冷剂可有多种方式。一种方法是从特定设置的存储槽中抽取附加制冷剂。然而，由于不但需要设置该存储槽，而且需要设置相关泵及泵控制线路，因此该方法的成本效率不高。

另一种提供附加制冷剂来完成稀释过程的方法是将制冷剂存储池或槽中的附加制冷剂排入系统，该池或槽可用作制冷模式下的制冷剂调节系统的一部分。然而，这种稀释溶液的方法也有缺陷，限制了该方法的实用性。即：在制冷模式下的制冷剂调节过程中，排出制冷剂的蓄液池的出口和管道过小，以致待排出的制冷剂无法在有效稀释期中完成稀释过程。于是，排出的制冷剂无法与吸收剂-制冷剂溶液足够迅速地混合，来防止吸收器中形成结晶。

然而可通过设置电路来克服上述缺陷，该电路可检测关闭条件的产生，并打开阀门对制冷剂排入蒸发器的增加速度进行控制，设置这种电路和阀门会显著增加制冷系统的关闭部分的成本。设置这种控制电路和阀门还会增加系统的复杂程度，并因而引入降低整个系统可靠性的故障模式。

在2000年5月26日提交的美国专利申请No.09/580,182中示出了另一种用于稀释制冷剂的方法，该申请被共同转让于本发明，这里将援引其作为参考。设置在冷凝器中的制冷剂存储槽可以在制冷循环期间存储制冷剂，在部分负荷期间和关闭条件下分别沿两个流道排出制冷剂。

最后，又一常用方法是将制冷剂存储在蒸发器贮液槽中，检测制冷剂的水平面，以便在该水平面到达某一预定平面时，打开一电磁阀，通过重力作用或使用一制冷剂泵将制冷剂倒入溶液泵。当然，该方法需要一传感器、一电磁阀，还可能需要一附加的制冷剂泵。

发明内容

因此，本发明的目的是为吸收式系统提供一种改进的制冷剂管理装置。

简而言之，发明的一方面是将制冷剂存储槽放置在一吸收式系统的蒸发器中，并与冷凝器和一蒸发器贮液槽以流体的方式连通。在制冷模式的运行期间，液态制冷剂借助一导管从冷凝器向存储槽流动，以及在满负荷运行条件下，借助存储槽侧面的一开口和制冷剂槽的溢流过程从存储槽向蒸发器贮液槽流动。开口的尺寸可使系统在部分负荷条件下，有充足的制冷剂流向贮液槽以防止与贮液槽相连的制冷剂泵产生气穴。在系统关闭时，开口可使制冷剂从存储槽排入贮液槽，并随后从贮液槽溢入吸收器，以便充分地稀释吸收器溶液来防止结晶的形成。

本发明的另一方面是冷凝器借助一J形管与制冷剂存储槽以流体的方式相连，该J形管在冷凝器和蒸发器之间设有一液封装置。J形管的下游也设有一液体/蒸汽分离器，以使制冷剂产生的任何蒸汽通到吸收器，并且仅有剩余的液态制冷剂通到存储槽。

本发明的又一方面是制冷剂存储槽侧面的开口是一狭槽，该狭槽向存储槽的底部垂直延伸，因而在系统关闭时，存储槽中的制冷剂完全向蒸发器贮液槽排放。

本发明的又一方面是借助排放管线从制冷剂泵而不是从冷凝器向存储槽补充制冷剂。

在下文所述的附图中，描述了一较佳实施例；然而，在不背离本发明的精神实质和范围的情况下，可以对本发明进行种种其它的修改和结构替代。

附图说明

图1是一种本技术领域中已有的两级吸收式机器的简化示意图；

图2是本发明所考虑的制冷剂管理装置的简图；

图3是一结合有本发明的制冷剂管理系统的吸收式机器的简图。

具体实施方式

请参见图1，该图示出了一种本技术领域中已有的吸收式制冷系统10的简图，该示例是一种两级串联循环的制冷系统。其它类型的吸收式系统可以使用更多或更少的级数，可以在制冷模式和供热模式下运行，也可以使用并联循环来代替串联循环。因此，应予理解的是图1的制冷系统仅包括一示范性的吸收式系统，该系统是作为本发明的叙述背景的多种吸收式系统之一。本发明的制冷剂管理装置可以应用于这些吸收式系统中的任一制冷部分，这将在下面进行更为详细地解释。

图1的吸收式系统10包括一封闭的流体系统，该流体系统包括以汽相和液相存在的制冷剂；一吸收剂；以及吸收剂在制冷剂中的溶液。在下面的叙述中，假定机器10使用水作为制冷剂，使用与水高度亲和的溴化锂作为吸收剂。

图1的吸收式系统10包括一蒸发器20和一吸收器30，它们并排地安装在公用外壳40中。系统10也包括一高温发生器50和一低温发生器60，用来从吸收剂-制冷剂溶液中产生制冷剂蒸汽；以及一冷凝器70，该冷凝器用于容纳制冷剂蒸汽并对其进行冷凝，以产生液态的制冷剂。冷凝器70紧靠于蒸发器20，并位于蒸发器的上方，它与低温发生器60并排地位于公共外壳80中。

当系统10在其制冷模式下运行时，液态制冷剂从冷凝器70向蒸发器20供应，制冷剂在该蒸发器中吸收流体(通常是水)的热量得以汽化，而流体则变冷。流经蒸发器的冷冻水通过一冷冻水管线22和一换热器(图中未示出)。在蒸发器20中产生的汽化制冷剂通过一隔板P1到达吸收器30，制冷剂在该吸收器中被一相对较浓的溶液吸收，以形成一相对较稀的溶液。流经一冷却水管线32和一换热器(图中未示出)的冷却水将吸收过程中产生的热量从吸收器中带出。

吸收器30中的溶液汇集在一吸收器贮液槽34中，用一适当的溶液泵36将所述溶液抽出。部分所述溶液通过一喷淋头39在吸收器内部再循环以增强吸收过程。剩余的溶液通过一第一低温溶液换热器55和一第二高温溶液换热器57，并借助溶液入口管线52将所述溶液提供给高温发生器50。随着一适当的热源53对高温发生器50中的溶液进行加热，分离出来的制冷剂蒸汽通过蒸汽管线54和64提供给低温发生器60和冷凝器70。高温发生器中剩余的加热溶液通过一溶液出口管线56离开，并通过一溶液入口管线33提供给吸收器30。在流动途中，该溶液借助入口管线62和出口管线64通过换热器57、阀孔59、低温发生器60以及换热器55，来确保在其中存储的大部分热能得到回复，借此可减少热源53提供的热量。图1所示的机器还设有一溢流通路，该溢流通路采用一J形管67，通过该管低温发生器60中的过量溶液通过一适当的入口37供应给吸收器30。

流经冷却水管线32和换热器(图中未示出)的冷却水可对借助蒸汽管线54和64排入冷凝器70的制冷剂蒸汽以及低温发生器60经隔板P2排入冷凝器70的制冷剂蒸汽进行冷却。该蒸汽冷凝后形成汇集在冷凝器的贮液槽74中的液态制冷剂。液态制冷剂在重力的作用下，经过一适当的J形管75和制冷剂入口管线23，从冷凝器的贮液槽74向蒸发器20流动并汇集在蒸发器贮液槽24中。

一适当的制冷剂泵26从蒸发器贮液槽中抽出液态制冷剂，并通过一制冷剂排放管线28和一孔板27将制冷剂供应给喷淋头29，该喷淋头将制冷剂喷入蒸发器的腔室内部。吸收器30中保持的低压于是将通过隔板P1使制冷剂蒸发，以使流经冷冻水管线22的流体(通常是水)产生已叙述的制冷作用。制冷剂蒸汽然后穿过隔板P1进入蒸发器30的内部，溶液泵36从吸收器贮液槽34中抽出的溶液在该蒸发器中吸收制冷剂蒸汽，并通过喷淋头39将所述制冷剂喷出。随着该情况的发生，汇集在吸收器贮液槽34中的溶液将通过喷淋头39重新循环或者以先前所述的方式直接返回高温发生器50来完成循环。

由于上述类型的制冷系统对本技术领域中的熟练人士而言是众所周知的，因此这里将不再进一步叙述图1系统在制冷模式下的运行情况。由于使图1系统在供热模式下运行的修改方式对本技术领域中的熟练人士而言也是众所周知的，因此这里也不再叙述图1系统在供热模式下的运行情况。

当系统10在制冷模式下运行时，制冷剂-吸收剂溶液的理想浓度相对较高，即溶液相对较浓或缺乏制冷剂，但该溶液的浓度范围将随着系统上的制冷负荷的变动而变化。更具体地说，溶液的理想浓度随着系统上的制冷负荷的增加而增加。最好在制冷系统中配备一制冷模式下的制冷剂调节系统来实现浓度的增加，所述制冷剂调节系统将随着制冷负荷的增加从溶液中回收液态制冷剂，(即从系统中流通的溶液中回收液体制冷剂)，以及随着制冷负荷的减少将液态制冷剂排入系统。

在未经审查的日本专利No.62-178858、美国专利No.5,806,325(Furukawa等人)以及待批的专利申请No.09/580,182中叙述的吸收式制冷系统中，该制冷剂调节系统包括一制冷剂蓄液池，该蓄液池构成冷凝器的一部分，并包括冷凝器贮液槽。另一方面，本发明结合了作为图2和3所示的蒸发器的一部分的制冷剂管理系统。

现在请参见图2，该图示出了与其贮液槽24相结合的蒸发器20，以及以传统方式安装在所述蒸发器上方的冷凝器70。然而，与传统机器不同，一制冷剂存储槽80位于蒸发器20的顶部。一J形管85使冷凝器70和制冷剂存储槽80相互连接，以便在两者之间保持液体密封时，在两者之间提供流体方式的连通。

制冷剂存储槽80的侧面形成一开口86，该开口可使流体在存储槽80和下方的蒸发器贮液槽24之间直接流动，当所示的开口是一垂直狭槽时，它可采用任何其它的适当形状，例如在以水平或垂直间距排列的多个开口上的单个圆形开口。可以预见到，较佳的开口86向下延伸至槽80的底面，以使只要存储槽80中有液态制冷剂，该液态制冷剂就可流出开口86，并流入蒸发器贮液槽24。在存储槽充满之后，如果制冷剂继续通过J形管85流入槽80，存储槽80的敞开顶部87可使制冷剂从槽中溢出，并向蒸发器贮液槽24流动。

在运行中，随着冷凝器中形成制冷剂，该制冷剂将通过J形管85向存储槽80流动，但是制冷剂将立即开始从狭槽86向蒸发器贮液槽24流动。当机器继续运行时，来自冷凝器70的冷凝物的容积将超过从狭槽86流出的冷凝物的容积，因而最终将填满存储槽80，并且向贮液槽24溢流。然而，在部分负荷的条件下，冷凝器70所供应的冷凝物跟不上从狭槽86中流出的制冷剂，槽80中制冷剂的水平面将下降，但从狭槽86中流出的制冷剂将继续流向贮液槽24，以便提供足够的制冷剂来防止制冷剂泵26产生气穴现象。在系统关闭时，所有制冷剂将通过狭槽86排出存储槽80，藉此填满贮液槽24并使所述制冷剂溢入吸收器，以便借此对溶液进行稀释，并防止结晶现象的发生。

从上面的叙述中可理解的是：狭槽86的尺寸以及存储槽80和贮液槽24的容积将对系统的正确运行起到至关重要的作用。一般地，在可预料的最小负荷条件下对所述条件进行选择，以使贮液槽24中有足够的制冷剂来防止制冷剂泵26产生气穴现象，在满负荷运行的条件下，存储槽中的制冷剂向贮液槽24溢流，但贮液槽24中的制冷剂不会向吸收器30溢流，在系统关闭时，存储槽80中存储了充足的制冷剂，当制冷剂排向贮液槽24并且向吸收器溢流时，将有充足的制冷剂来降低吸收器中的溶液浓度，以防止其结晶现象的产生。同样，在80％的负荷下，从冷凝器流出的制冷剂将超过从狭槽86流出的制冷剂，以使存储槽80中的制冷剂向贮液槽24溢流。

现在请参见图3，对图1所示的传统系统进行修改，使该系统与上述制冷剂管理装置结合。可以预见到，将制冷剂存储槽放置在蒸发器中，而不是将其置于冷凝器中。这将使冷凝的制冷剂借助J形管85通向存储槽80，随着液态制冷剂流入槽内，一些液态制冷剂将趋向为蒸汽形态。如上文所讨论的那样，相应的容积关系将更加复杂。也就是说，如果液态/蒸汽混合物通过存储槽80，两相流体的容积将显著大于单相形态的容积，因而可使该槽的容积具有在特定运行条件下扩大的情况。因此，将一液体/蒸汽分离器90放置在J形管85和存储槽80之间的回路中是较为理想的。可以沿管线91将任何生成的制冷剂蒸汽向吸收器30引导，借此仅使液态的制冷剂从分离器90向存储槽80流动。

作为一种替代上述从冷凝器70向存储槽80供给制冷剂的方法，可以通过管线93(图3中以虚线示出)将来自制冷剂排放管线28的制冷剂向存储槽80供应。该设置可免除J形管85和液体/蒸汽分离器90，尽管在部分负荷时确保蒸发器贮液槽中具有充足的制冷剂的特征将不再有效，但在系统关闭时，稀释溶液的特征将以上述相同方式运行。

Claims (18)

1.一种使用制冷剂和吸收剂的吸收式制冷机器，它包括一发生器；一冷凝器；一蒸发器，所述蒸发器包括一蒸发器贮液槽和一制冷剂泵，所述制冷剂泵可从所述蒸发器贮液槽中抽取制冷剂；一吸收器，所述吸收器包括一吸收器贮液槽和一溶液泵，所述溶液泵可从所述吸收器贮液槽中抽取制冷剂-吸收剂溶液，所述蒸发器贮液槽和所述吸收器贮液槽被一隔板分开；以及用来连接所述发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器的装置，以形成封闭的吸收式制冷系统，所述制冷系统还可在满负荷或部分负荷的条件下运行，所述制冷系统设计成可根据稀释循环来关闭系统，以便在该循环期间使蒸发器贮液槽中的制冷剂的数量变大并足以溢出所述隔板，借此使所述吸收器贮液槽中的溶液浓度降低至发生结晶现象的浓度值之下；一种改进的制冷剂管理装置，其中，

一制冷剂存储槽，所述制冷剂存储槽位于所述蒸发器的一部分中，它可用来容纳并存储液态制冷剂；

在所述吸收式系统的运行期间，用来使制冷剂流入所述槽内的装置；以及

槽排放装置，所述装置借助所述槽的一侧上的开口沿第一流道以及借助所述槽的溢流过程沿第二流道使所述槽与所述蒸发器贮液槽以流体方式连通；

其中，所述开口的尺寸、所述槽的相关容积以及所述蒸发器贮液槽可使槽中的制冷剂在满负荷运行时向蒸发器贮液槽溢流，但蒸发器贮液槽内的制冷剂不会向吸收器溢流；以及在系统关闭时，有充足的制冷剂从所述开口排向所述蒸发器贮液槽，以使所述蒸发器贮液槽以充足的制冷剂向所述吸收器溢流以降低溶液的浓度，防止结晶现象在其中发生。

2.如权利要求1所述的制冷剂管理装置，其特征在于，所述制冷剂流动装置包括一所述冷凝器和所述存储槽之间的流体连接装置。

3.如权利要求2所述的制冷剂管理装置，其特征在于，所述流体连接装置包括一J形管，所述J形管在冷凝器和蒸发器之间设有一液封装置。

4.如权利要求2所述的制冷剂管理装置，其特征在于，所述开口的尺寸和所述蒸发器贮液槽的容积可使系统在最小负荷的运行条件下，有充足的制冷剂从开口向蒸发器贮液槽流动，以防止所述制冷剂泵发生气穴现象。

5.如权利要求2所述的制冷剂管理装置，其特征在于，所述开口的尺寸和所述槽的尺寸可使系统在80％负荷的运行条件下，所述槽可发生溢流。

6.如权利要求1所述的制冷剂管理装置，其特征在于，所述开口是一垂直的狭槽。

7.如权利要求6所述的制冷剂管理装置，其特征在于，所述狭槽向所述槽的底部延伸。

8.如权利要求2所述的制冷剂管理装置，所述装置包括所述冷凝器和所述槽之间的一液体/蒸汽分离器，所述分离器使任何产生的液体向所述槽流动，以及使任何产生的蒸汽向所述吸收器流动。

9.如权利要求1所述的制冷剂管理装置，其特征在于，所述制冷剂流动装置包括一所述制冷剂泵和所述存储槽之间的流体连接装置。

10.一种使用制冷剂和吸收剂的吸收式制冷机器，它包括一发生器；一冷凝器；一蒸发器，所述蒸发器包括一蒸发器贮液槽和一制冷剂泵，所述制冷剂泵可从所述蒸发器贮液槽中抽取制冷剂；一吸收器，所述吸收器包括一吸收器贮液槽和一溶液泵，所述溶液泵可从所述吸收器贮液槽中抽取制冷剂-吸收剂溶液，所述蒸发器贮液槽和所述吸收器贮液槽被一隔板分开；以及用来连接所述发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器的装置，以形成封闭的吸收式制冷系统，所述制冷系统还可在满负荷或部分负荷的条件下运行，所述制冷系统设计成可根据稀释循环来关闭系统，以便在该循环期间使蒸发器贮液槽中的制冷剂的数量变大并足以溢出所述隔板，借此使所述吸收器贮液槽中的溶液浓度降低至发生结晶现象的浓度值之下；一种改进的存储及排放制冷剂的方法，其中，所述方法包括如下步骤：

将一制冷剂存储槽放置在所述蒸发器的一部分中，所述制冷剂存储槽可用来容纳并存储液态制冷剂；

在所述吸收式系统的运行期间，建立液流连通装置，所述液流连通装置可使制冷剂流入所述槽内；以及

借助所述槽的一侧上的开口沿第一流道以及借助所述槽的溢流过程沿第二流道建立从所述槽至所述蒸发器贮液槽的液流连通；

其中，所述开口的尺寸、所述槽以及所述蒸发器贮液槽的相关容积可使槽内的制冷剂在满负荷运行时向蒸发器贮液槽溢流，但蒸发器贮液槽内的制冷剂不会向吸收器溢流；以及在系统关闭时，有充足的制冷剂从所述开口排向所述蒸发器贮液槽，以使所述蒸发器贮液槽向具有充足制冷剂的所述吸收器溢流以降低溶液的浓度，防止结晶现象在其中发生。

11.如权利要求1所述的制冷剂存储及排放方法，其特征在于，所述液流连通建立在所述冷凝器和所述存储槽之间。

12.如权利要求2所述的制冷剂存储及排放方法，其特征在于，借助一J形管建立所述液流连通，所述J形管在冷凝器和蒸发器之间设有一液封装置。

13.如权利要求2所述的制冷剂存储及释放方法，其特征在于，所述开口的尺寸和所述蒸发器贮液槽的容积的建立将使系统在最小负荷的运行条件下，有充足的制冷剂从开口向蒸发器贮液槽流动，以防止所述制冷剂泵发生气穴现象。

14.如权利要求2所述的制冷剂存储及排放方法，其特征在于，所述开口的尺寸和所述槽的尺寸的建立将使系统在80％负荷的运行条件下，所述槽发生溢流。

15.如权利要求1所述的制冷剂存储及排放方法，其特征在于，所述开口是一垂直的狭槽。

16.如权利要求6所述的制冷剂存储及排放方法，其特征在于，所述狭槽向所述槽的底部延伸。

17.如权利要求2所述的制冷剂存储及排放方法，所述方法包括如下步骤：在所述冷凝器和所述槽之间安装一液体/蒸汽分离器，所述分离器使任何产生的液体向所述槽流动，以及使任何产生的蒸汽向所述吸收器流动。

18.如权利要求1所述的制冷剂存储及排放方法，其特征在于，所述液流连通建立在所述制冷剂泵和所述存储槽之间。

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