CN1362605A - 一种吸收式制冷方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸收式制冷方法及其设备,其原理是利用吸收式制冷系统中的液态冷剂的相变潜热和储存传质推动力来储存能量。在冷剂将要进入蒸发器时利用蓄能装置将液态冷剂储存起来;在吸收剂将要进入吸收器时利用蓄能装置将吸收剂储存起来,在热源不充足时候利用其潜热制冷。其设备包括发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器,各组件按照现有的连接方式相连接,在冷凝器和蒸发器之间增设有冷剂储存器,在吸收器与发生器之间设有第一吸收剂储存器,在吸收器和发生器之间设有第二吸收剂储存器。本发明可采用较小体积的蓄能装置获得较大的制冷量,使用更加方便、蓄能效果进一步提高。它适用于一些变热源负荷的场所,特别是太阳能等间歇热源的吸收式制冷系统。

Description

一种吸收式制冷方法及其设备

技术领域

本发明属于制冷技术，具体地说，它涉及一种吸收式制冷方法及其设备，该方法和设备具有良好的蓄能效果。

背景技术

随着世界能源危机的出现，许多国家、特别是发达国家对蓄能技术进行了大量的研究。本发明是在总结现有制冷蓄能技术的基础上研究出的一种既简单实用又具有良好蓄能效果的吸收式制冷方法和设备。

“《太阳能空调系统特征方程的研究》”(见《太阳能学报》，Vol.21，No.2 Apr，2000)公开了一种太阳能驱动的吸收式制冷系统，其太阳能蓄能装置目前被广泛应用。图1是该太阳能空调系统结构原理图，包括集热器1、蓄热器2、吸收式制冷机3、膨胀水箱4、冷却水塔5和风机盘管6，其中蓄热器2为蓄能装置。其原理是在太阳辐射较强的白天将多余的热量通过储存高温水的形式储存在高温水水池(即蓄热器2)中，在夜间将储存在水池中的热水用来推动吸收式制冷机制取冷量。如果要获得较大的制冷量，该系统就必须设置大体积的蓄能装置。这就使得其使用场所受到一定限制，不利于推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够克服上述缺陷的吸收式制冷方法及其设备，它可以采用较小体积的蓄能装置获得较大的制冷量，并且使用更加方便、蓄能效果进一步提高。

为实现上述发明目的，本发明提供的吸收式制冷方法包括依次进行的下述步骤：

(1)驱动热源加热工作介质产生冷剂蒸汽；

(2.1)将冷剂蒸汽放热凝结为冷剂液体，再将负荷所需部分冷剂液体吸热蒸发为冷剂蒸汽，储存多余冷剂液体；

(2.2)冷却负荷所需的部分吸收剂，储存多余吸收剂；

(3)经过蒸发过程的冷剂蒸汽吸收负荷所需的部分吸收剂；

(4)当热源充足时，重复上述步骤1-3；当热源不足或停止时，进行下述步骤5-8：

(5)将被储存的冷剂液体输送到蒸发器中蒸发，产生冷剂蒸汽；

(6)将被储存的吸收剂输送到吸收器中进行冷凝，并吸收步骤5中冷剂蒸汽；

(7)将上述吸收后的吸收剂储存起来，作为热源充足时步骤1的工作介质使用；

(8)重复上述步骤5-7，直至当热源再次充足时，继续重复上述步骤1-4，或被储存的冷剂液体或工作介质竭尽。

实现上述方法的吸收式制冷设备，包括依次相连的发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，其特征在于：在冷凝器和蒸发器之间增设有冷剂储存器，在吸收器与发生器之间设有第一吸收剂储存器，在吸收器和发生器之间设有第二吸收剂储存器。

当上述制冷设备的吸收器与发生器之间设置有溶液热交换器时，所述第一吸收剂储存器位于该交换器的入口或出口处。

本发明的原理是利用吸收式制冷系统中的液态冷剂的相变潜热和储存传质推动力来储存能量。在冷剂将要进入蒸发器时利用蓄能装置将液态冷剂储存起来；在吸收剂将要进入吸收器时利用蓄能装置将吸收剂储存起来，在热源不充足时候利用其潜热制冷。具体地说，本发明是在热源负荷富裕的时候，将吸收式制冷循环中将要进入吸收器的吸收剂通过吸收剂储存器将其储存，而将液态冷剂同时储存在冷剂储存器中。在外界热源消失或减少的情况下，使吸收剂储存器中的吸收剂吸收冷剂储存器中冷剂挥发出的蒸汽降温降压而制冷。本设备适用于一些变热源负荷的场所，特别是太阳能等间歇热源的吸收式制冷系统。

下面将本发明与对比技术的蓄能的效率进行计算比较：两级吸收式制冷机的制冷系数COP在0.3--0.4之间，设现有的蓄能装置的温度利用范围为10-15℃，在获得相同的制冷量时有： $Q_{\mathrm{Ctrd}}=\frac{Q_E}{\mathrm{COP}}=C{M}_{\mathrm{trd}}\mathrm{\ΔT}$

                Q_E＝(h”-h’)M_nowwater此时，浓溶液的循环倍率为α＝15，故：

                M_LiBr＝αM_nowwater $V_{\mathrm{nowtotal}}=2\×(\frac{M_{\mathrm{nowwater}}}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{water}}}+\frac{M_{\mathrm{LiBr}}}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{LliBr}}})$ $V_{\mathrm{trd}}=\frac{M_{\mathrm{trd}}}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{water}}}$

其中，Q_E为能够获得的总的冷量，M_nowtotal为本发明的冷剂水和LiBi浓溶液的总质量，V_nowtotal为本发明蓄能装置的总体积，M_nowwater为本发明冷剂水的总质量，ρ_water本发明冷剂水的密度，M_LiBr为新型循环中的LiBr浓溶液的总质量，ρ_libr为LiBr浓溶液的平均密度，h”为水蒸汽的焓，h’为冷剂水的焓；Q_Ctrd为现有蓄能装置的蓄能量，C为水的平均比热，ΔT为现有蓄能装置的可利用温差(一般取10～20℃)，V_trd为现有蓄能装置的总的体积，COP为吸收式制冷机的制冷系数(一般为0.2～0.4)，α为低压级循环倍率。定义η为新型蓄能装置的效率，即得到相同的冷量所需的对比技术中蓄能装置总体积与本发明中蓄能装置总体积之比。

可见本发明设备中蓄能装置在得到相同冷量的情况下其体积只需现有装置体积的20％甚至更小。

另一方面，由于经过溶液热交换器后的吸收剂的温度大约为50-60℃，较大气的温度高，可将吸收式储存器作成气液热交换器的形式，使空气与吸收剂直接进行热量的交换，使吸收剂的温度降低，减少冷凝水的负荷，提高吸收能力，强化传质，有利于节能和提高循环系统的COP和节能。

本发明适用于任何吸收式制冷设备，如太阳能、非太阳能吸收式制冷设备；氨水、溴化锂和氟利昂吸收式制冷设备等。其意义在于减小了现有蓄能装置的体积，能够使间隙式热源得到较好的利用，实现蓄能设备的小型化和商品化。

附图说明

图1为现有技术中太阳能空调系统结构示意图；

图2为本发明吸收式制冷设备的蓄冷流程图；

图3为本发明吸收式制冷设备的释冷流程图；

图4为本发明单级吸收式制冷设备的结构示意图；

图5为本发明两级吸收式制冷设备的结构示意图；

图6为本发明吸收式制冷设备的第一种具体实施方式的结构示意图；

图7为本发明吸收式制冷设备的第二种具体实施方式的结构示意图；

图8为本发明吸收式制冷设备的第三种具体实施方式的结构示意图；

图9为本发明吸收式制冷设备的第四种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

如图2、3所示，本发明方法的工作流程为：

(1)工作介质被驱动热源加热产生冷剂蒸汽，工作介质可为任何已知的二元或多元吸收式制冷工质(称制冷工质中低沸点的组分为冷剂)；

(2)对于冷剂蒸汽进行下述步骤2.1，对于吸收剂进行下述步骤2.2中的各步骤；

(2.1)冷剂蒸汽依次进行下述步骤：

(2.1.1)将冷剂蒸汽放热凝结为冷剂液体(即冷凝过程)；

(2.1.2)将满足负荷所需的冷剂液体吸热蒸发为冷剂蒸汽；(即蒸发过程)，并将多余冷剂液体储存起来；

(2.2)冷却满足负荷所需的部分吸收剂，储存多余吸收剂；

(3)经过蒸发过程的冷剂蒸汽被满足负荷所需的部分吸收剂吸收；(即吸收过程)

(4)当热源充足时，重复上述步骤1-3；当热源不足或停止时，进行下述步骤：

(5)被储存的冷剂液体输送到蒸发器中蒸发，产生冷剂蒸汽；

(6)被储存的吸收剂输送到吸收器中进行冷凝，并吸收步骤5中冷剂蒸汽；

(7)将上述吸收后的吸收剂储存起来，作为热源充足时步骤1中所述的工作介质作用；

(8)重复上述步骤5-7，直至当热源再次充足时，继续重复上述步骤1-4，或被储存的冷剂液体或工作介质竭尽。

图2所示的流程为步骤1-4，图3所示的流程为步骤5-8。

如图4所示，本发明设备包括依次相连并形成一个循环的发生器9、冷凝器4、蒸发器3、吸收器8和溶液热交换器6，在冷凝器4和蒸发器3之间增设有用于储存多余液态冷剂的冷剂储存器1，溶液热交换器6的出口处设有用于储存多余的吸收剂的第一吸收剂储存器2，在吸收器8和发生器9之间设有用于储存吸收后的吸收剂的第二吸收剂储存器5。

上述结构中，第一吸收剂储存器2也可设置在溶液热交换器6的入口处。当系统不设置溶液热交换器6时，第一吸收剂储存器2设置在吸收器8和发生器9之间即可。

从实质上讲，本发明设备只是在现有吸收式制冷设备中增设三个蓄能装置，即在冷凝器和蒸发器之间增设有冷剂储存器，在溶液热交换器的入口或出口处设置第一吸收剂储存器，在吸收器和发生器之间设置第二吸收剂储存器，设备的其余组成部件与连接关系保持不变。在下面的几个实例也同样如此。

下面以两级吸收式制冷设备结构原理图为例对本发明作进一步阐述。如图5所示，该设备设有高压发生器91、低压发生器92、高压吸收器81和低压吸收器82，以及二个溶液热交换器6、6’，其结构与现有的二级吸收式制冷设备基本相同，只是在冷凝器4和蒸发器3之间增设有冷剂储存器1，在溶液热交换器6的出口处设有第一吸收剂储存器2，在溶液热交换器6的入口处设有第二吸收剂储存器5。上述各储存器的作用与图4中储存器相同。

在上图中，也可将第一吸收剂储存器2设置在溶液热交换器6的入口处，将第二吸收剂储存器5设置在溶液热交换器6的出口处。该设备也可设置溶液热交换器6，直接将第一、二吸收器2、5设置于低压吸收器82和低压发生器92之间。

如图6-9所示的是本发明的四种具体实施方式的示意图。图6所示为溴化锂吸收式制冷系统，71、72、73、74、75、76、77、78、79表示调节阀，12、13表示流量调节器；  23和25为热源进出口，  20、27和32为冷却水进出口，30为冷媒水进出口，34为真空泵。冷剂储存器1一端与冷凝器4相连，而另一端与蒸发器3相连，为了控制方便，在冷剂储存器1两端都设有调节阀73、75；第一吸收剂储存器2的一端与高压发生器91相连，另一端与低压吸收器82相连，同样，在第一吸收剂储存器2的两端也设有调节阀71、78；第二吸收剂储存器5的一端与溶液热交换器6相连，其两端设有调节阀72、77。第二吸收剂储存器5也可以直接与低压发生器92相连。其工作过程为：在白天太阳辐射能量强(有过多的热源能量)的时候，调节阀73、74、71、79、72、76、77全部打开，根据所需冷负荷的多少来调节流量调节阀12、13，使循环的浓溶液与冷剂水的流量达到循环所需的冷量，而将多余的浓溶液和已经冷却成液体的冷剂分别储存在冷剂储存器1和第一吸收剂储存器2中。在没有热源的情况下，关闭调节阀74、79和76，打开调节阀75、78、72、77，从而实现第一吸收剂储存器2中浓溶液直接喷淋吸收冷剂储存器1中液体冷剂水挥发出来的蒸汽，吸收后的吸收剂直接进入第二吸收剂储存器5吸收后吸收剂储存器储存(或者直接储存在低压吸收器82中也可以)，实现一个循环，利用其潜热储存的传质推动力达到蓄能的目的。

本发明中的冷剂储存器、第一吸收剂储存器和第二吸收剂储存器可以是能够一定压力的容器即可，也就是说，只要能承受大气与容器之间压差的容器即能满足本发明需要。其中第一吸收剂储存器可以做成气液热交换器的形式，使空气与浓溶液直接进行热量的交换，降低浓溶液温度，减少冷凝水的负荷，提高吸收能力，强化传质，有利于节能和提高循环系统的COP和节能。

为降低设备成本，应尽管减少吸收剂的用量。在利用上述蓄能装置时对可对系统稍加变动，便能得到更好的效果。该系统中增加了第一发生器93。本循环能够使低压吸收器82的LiBr浓溶液的利用范围扩大为63％--53％。由于LiBr的吸收性与浓度成正比，在吸收的过程中，由于吸收剂的浓度减小，此时可以增加低压吸收器喷淋水喷淋密度。加之夜间所需的冷负荷在逐渐的减少，所以仍能满足房间冷负荷的需要。第一发生器93结构类似于高压发生器，它可使低压级的稀溶液在其中发生，浓度达到低压发生器的浓度，再将产生的水蒸汽通入高压发生器冷凝成冷凝水，通入冷剂储存器1中储存，而将浓溶液进入低压发生器发生。这种结构只需图6中LiBr溶液质量的1/2左右，即可获得相同的冷量。

图8、9所示的以上二种模式的变形，图8与图6结构基本相同，只是在热源富裕的情况下储存吸收剂的方式不同。在热源富裕的时候，将发生后产生的吸收剂全部进入第一吸收剂储存器2，然后通过调节调节阀78，使循环的吸收剂满足空调负荷的需要，而将多余的吸收剂储存在第一吸收剂储存器2中。图9与图7结构基本相同，其工作原理基本相同，只是在热源富裕的情况下储存吸收剂的方式不同。在热源富裕的时候，将发生后产生的吸收剂全部进入第一吸收剂储存器2，然后通过调节调节阀78，使循环的吸收剂满足空调负荷的需要，而将多余的吸收剂储存在第一吸收剂储存器2中。

上面只列举了几种具体的实施形式，不排除在本发明的基础上经过简单的变形而得到的与本发明一致的模式，如对冷剂储存器进行变化，即在热源富裕的时候将冷凝成液态冷剂全部进入冷剂储存器中，通过控制调节阀的大小，使参加循环的冷剂满足空调负荷的要求，而将多余的冷剂储存在冷剂储存器中。

以上是本发明在LiBr吸收式系统的运用，它同样可以在氨水系统，氟利昂系统以及其他的一切可以利用吸收制冷的吸收剂系统中运用，即冷剂(氨)将要进入蒸发器时利用本设备将液态冷剂储存起来，在将要进入吸收器的吸收剂(稀的氨水溶液)储存起来，在热源不充足时候利用其潜热制冷；本系统还可以利用其他的吸收剂(如氟利昂、醇和盐等)的情况。

总之，吸收式制冷循环不仅能用于太阳能吸收式制冷机中，而且可以用于很多的间断热源的情形。它能用于两级吸收式制冷循环，而且可以用于单效，双效，多效、单级，多级等等的吸收式循环中。它不仅能用于LiBr/水，而且还能用于氨水等等吸收式循环。

应该说明，本发明不严格局限于上述实例，不难想象本行业的技术人员在不偏离本发明的基础上在稍作修改的情况下就可以很容易的做出和修改本发明。

Claims (3)

1.一种吸收式制冷方法，其特征在于，该方法包括依次进行的下述步骤：

(1)驱动热源加热工作介质产生冷剂蒸汽；

(2.1)将冷剂蒸汽放热凝结为冷剂液体，再将负荷所需部分冷剂液体吸热蒸发为冷剂蒸汽，储存多余冷剂液体；

(2.2)冷却负荷所需的部分吸收剂，储存多余吸收剂；

(3)经过蒸发过程的冷剂蒸汽吸收负荷所需的部分吸收剂；

(4)当热源充足时，重复上述步骤1-3；当热源不足或停止时，进行下述步骤5-8：

(5)将被储存的冷剂液体输送到蒸发器中蒸发，产生冷剂蒸汽；

(6)将被储存的吸收剂输送到吸收器中进行冷凝，并吸收步骤5中冷剂蒸汽；

(7)将上述吸收后的吸收剂储存起来，作为热源充足时步骤1的工作介质使用；

(8)重复上述步骤5-7，直至当热源再次充足时，继续重复上述步骤1-4，或被储存的冷剂液体或工作介质竭尽。

2.一种实现权利要求1所述方法的吸收式制冷设备，包括依次相连并形成循环的发生器(9)、冷凝器(4)、蒸发器(3)和吸收器(8)，其特征在于：在冷凝器(4)和蒸发器(3)之间增设有冷剂储存器(1)，在吸收器(8)与发生器(9)之间设有第一吸收剂储存器(2)，在吸收器(8)和发生器(9)之间设有第二吸收剂储存器5。

3.根据权利要求2所述的吸收式制冷设备，其特征在于：所述吸收器(8)与发生器(9)之间设置有溶液热交换器(6)，所述第一吸收剂储存器(2)位于该交换器的入口或出口处。

Images