CN1394271A - 一种集成的氨水冷却器/加热器 - Google Patents

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Abstract

对氨水冷却器装置进行了改进，通过设置可在加热模式时引导制冷剂流到热交换器(19)的制冷剂旁路(52)使制冷剂无需穿过装置的冷凝器(14)，令装置包括加热器功能。热交换器具有选择功能，能够在加热模式时用作冷凝器而在冷却模式时具有蒸发功能。

Description

一种集成的氨水冷却器/加热器
背景技术
使用氨制冷剂的通常称作氨水系统的液体/蒸汽吸收系统在所属领域中众所周知。这些系统利用在吸收致冷冷却器中进行的吸收器的热交换循环或发生器/吸收器的热交换(GAX)循环来提供冷却，一般是以冷却水的形式直接提供给连接到室内蛇形管或其它热交换部件的液体循环回路，这些室内蛇形管或其它热交换部件用于传递冷却作用到进行空调的空间。这些冷却器装置的基本部件包括吸收器、发生器、冷凝器、和蒸发器，以及用于氨制冷剂的必要的管路和水基的吸收流体。给发生器的热量是由燃烧器提供的。还要求设置循环泵来引导吸收流体通过装置的部件。
当对空调的空间加热时，要使用分离的水加热器和储罐或炉子。对于结合了冷却和加热功能的冷却器/加热器组件，则使用了两个分开的燃烧器，一个用于冷却，一个用于加热；还要求设有分开的泵用于两个不同的液体循环回路功能。
发明内容
本发明涉及改进的和简化的氨水吸收装置，其中冷却和加热功能集成到单一装置中，只要一个燃烧器来加热发生器和一个泵来引导流体通过液体循环回路系统。主要的装置部件是吸收器，发生器、冷凝器、具有能够用作冷凝器和蒸发器的热交换器、和制冷剂旁路管道、其装有阀门可选择地使制冷剂从发生器无需经过冷凝器而旁路通到热交换器。在冷却模式或功能，热交换器用作蒸发器。在加热模式，制冷剂从发生器流出旁路冷凝器流到用作冷凝器的热交换器，向空调空间加热、水加热等提供回收的热量。下面将详细介绍装置的部件及操作和本发明的优点。
附图说明
图1A-1D示意性地显示了传统的GAX液体-蒸汽吸收冷却器的不同实施例；
图2示意性地显示了本发明的GAX冷却器/加热器，显示出加热模式时制冷剂旁路冷凝器；
图3是示意性地显示了本发明另一个GAX冷却器/加热器，显示了将三通阀用于制冷剂旁路冷凝器和溶液旁路吸收器的可选择的实施例，；
图4显示了用三通阀来代替螺线管阀控制溶液流到发生器组件的实施例；和
图6显示了本发明的装置在加热模式时利用重力使制冷剂返回到发生器的另一实施例。
具体实施方式
图1A示意性地显示了传统氨水GAX(发生器/吸收器热交换)冷却器系统。该冷却器系统的主要部件包括吸收器组件10，其包括吸收器12，包括吸收器的热交换器31的吸收器热交换部分30和GAX热交换器33。吸收器的热交换器31有时称作HCA或SCA。发生器组件11包括发生器的热交换器15、带有加热或蒸发制冷剂的燃烧器的蒸发器26、绝热部分16和精馏器(rectifier)部分17。燃烧器可以是多级或可变容量式，可以包括燃烧空气预热器。在本发明的装置中非常希望使用多级或可变容量式燃烧器以满足冷却器/加热器的不同冷却和加热功能要求所需的不同能量输入水平。冷凝器14和蒸发器20是系统另外的主要部件。图示的冷却器系统还包括再冷却器25，利用来自蒸发器的冷气体制冷剂预冷却来自冷凝器的制冷剂。吸收器12和冷凝器14的热交换器可以是空气或水冷却的，而精馏器17可以用溶液或水来冷却。这种传统的GAX冷却器在所属领域是众所周知的，例如美国专利No.5,490,393和5,367,884及1988年Modahl等人的题为“具有商业优越性的吸收热泵实验模型的评估(Evaluation of a Commmercial Advanced Absorption Heat PumpBreadboard)”中所公开的冷却器。
在操作图示的传统GAX冷却器时，吸收流体从吸收器12泵出。富含制冷剂的吸收流体溶液经过管路46被泵到精馏器17内的回流蛇形管13，其后经管路47流到吸收器的热交换器31和GAX热交换器33。在所显示的实施例中，分流器32使从吸收器的热交换器31流出的吸收流体分流，第一部分经管路48流到发生器，第二部分流到GAX热交换器33并经管路50流到发生器的绝热部分。相比传统的吸收器热交换系统，可分流一部分富含制冷剂的吸收流体到GAX热交换器的GAX系统的优点在前面介绍的现有技术公开中进行了详细的讨论，在Modahl等人的公开文献和5,367,884号专利中有特别的说明。本发明并不只限于使用GAX系统，还可以使用传统的吸收器热交换系统，虽然最好是使用更有效的GAX系统。
在发生器组件11中产生的制冷剂蒸汽经过管路41流到冷凝器14，并从冷凝器14经管路42流到再冷却器25。在再冷却器的热交换器21中，冷凝的制冷剂通过暴露于通过管路43从蒸发器20流出的冷气态制冷剂进一步冷却。冷凝的制冷剂然后通过膨胀阀23到达蒸发器20，在这里蒸发冷却经回流管线22提供的水或其它热传递流体。冷却后的水或其它热传递流体经过供应管24提供给对调节空间进行冷却的负荷。从再冷却器25流出的制冷剂蒸汽通过管路44和45流到吸收器组件10。未富含制冷剂的溶液从发生器流出通过管路49和节流机构28流到吸收器组件10。当从发生器流出的未富含制冷剂的溶液通过GAX热交换器33和吸收器的热交换器31时吸收制冷剂蒸汽。虽然附图显示管路44在热交换部分30的下游与管路45连通，但也可代之以将制冷剂蒸汽引入热交换部分30的下部，最好是靠近底部。这样设置也可以应用于图2到5显示和介绍的实施例中。
图1B和1C显示用于GAX热交换系统的富含制冷剂(通常指的是富含制冷剂蒸汽)的吸收流体的不同路径。在图1B中，分流器61在吸收器的热交换器31和GAX热交换器33之间将富含制冷剂的流体到达吸收器的热交换器之前并行分流。在图1C中，分流器63在吸收器的热交换器之前对富含制冷剂的流体分流，第一部分流到发生器的绝热部分，第二部分流到吸收器的热交换器。
图1D示意地显示了图1A显示的液体循环冷却的GAX氨水冷却器。因此，吸收器12和冷凝器14与精馏器17一样都是水冷的。冷却水通过管路65、67和69并行流到吸收器、冷凝器和精馏器。然而，也可以形成串联回路，希望的话也可串联结合并行。
在图1A到1D中显示的传统GAX型冷却器装置或简单的吸收器热交换系统提供的冷却水，通过液体循环冷却回路供应到空调空间的室内蛇形管，其中液体循环冷却回路通常包括用作热交换流体的防冻水溶液。通过传统的系统来提供热量，需要设置分离的蒸发器和/或炉子。在本发明中，对传统的冷却器装置加以了改进，使用基本上相同的传统冷却器部件形成集成的加热器功能。产生的装置可提供有用的热量用于空间空调，不再需要附设的炉子或蒸发器。
参考图2，其显示了本发明的GAX冷却器/加热器系统。在附图中，加热模式采用的必要操作部件用粗体显示，而不一定需要的用虚线显示。在图示的加热模式实施例中，制冷剂利用溶液泵18返回到发生器。本发明装置的重要特征包括旁路管路52，用于引导制冷剂从发生器组件16不经过冷凝器14流到双功能的热交换器19。还包括操作阀35，用于关断从发生器流到冷凝器14的制冷剂。螺线管操作阀54可选择地打开和关闭管路52。欲提供加热功能，制冷剂蒸汽从发生器组件通过用作冷凝器的热交换器19分别提供热量给回水管路22和供水管路24。在热交换器冷凝的制冷剂通过管路43和44流向吸收器12。富含制冷剂的吸收流体溶液从吸收器被泵到精馏器部分17的回流蛇形管13并通过前面所介绍的GAX吸收器组件部件。欲回到冷却器操作，阀54关闭，因此系统的功能如图1A到1D所介绍的那样。图中显示沿溶液管49设置的螺线管操作阀27用于可选择地控制流到吸收器组件的溶液。
图3显示了本发明的冷却器/加热器系统的可供选择的实施例。该实施例用粗体显示了用于加热模式的功能部件和管路，包括在富含制冷剂的溶液重力返回不可能或不希望重力返回的情况下将制冷剂泵回到发生器的部件和管路。图3中的实施例显示出采用了三通阀，用于引导制冷剂和/或溶液旁路冷凝器和/或吸收器。所显示的实施例还采用了螺线管操作阀56和58，用于可选择地打开和关闭引导吸收流体到发生器组件的管路。这些螺线管操作阀可以独立于三通阀36操作，三通阀是用于可选择地引导制冷剂蒸汽通过管路52到达双功能热交换器19提供加热功能，或者在冷却模式下希望在冷凝器14冷却制冷剂且热交换器19用作蒸发器时通过管路29到达冷凝器14。使用三通阀36消除了使用图2所示打开和关闭管路52的螺线管阀54的必要。然而，螺线管阀54可以在标准要求时用作三通阀36的替代品。
在吸收流体回路，图3所示的实施例采用了管路46的分支管路55来引导吸收流体流到发生器组件16，和螺线管操作阀56来可选择地打开和关闭管路55。管路部分57是管路46的延伸，用于引导吸收溶液流到精馏器17的回流蛇形管13。螺线管操作阀58可选择地打开和关闭管路部分57。通过打开阀56和关闭阀58，可以截止流到精馏器17和流到吸收器的热交换器31和GAX的热交换器33的吸收溶液。通过关闭阀58和打开阀56，吸收溶液可以从吸收器12直接泵到发生器16，在发生器溶液蒸发并通过旁路管路52直接流到用作冷凝器的热交换器19，向空调空间或负荷提供热量。因此该简化系统实施例避免了使用前面介绍系统的GAX部分。通过打开制冷剂旁路52，不需要使用冷凝器冷却风扇。
在图3中，还显示出三通阀38，用于可选择地旁路吸收器12。三通阀38可以有选择地操作，用于引导含有制冷剂的溶液通过管路37流到吸收器12，或者通过管路39旁路吸收器。旁路吸收器可以避免使用吸收器冷却风扇。
图4显示了另一个可选择的实施例，可用于引导吸收流体流到发生器组件。在此实施例中，三通阀34与管路46、55和57连通，用于可选择地提供吸收流体流到回流蛇形管13或到达发生器的绝缘部分16。因此三通阀代替了在图3实施例中使用的两个螺线管阀56、58。另外，如图2和3所示，粗体显示的部件和管路说明了制冷剂泵可回到发生器的加热模式的操作。
在图5中，显示了本发明的集成的冷却器/加热器系统的另一个实施例。在所显示的实施例中，重力用于使制冷剂通过管路62和螺线管操作阀64从热交换器19返回到发生器16，因此避免了使用泵和操作泵需要的能量。此外，加热操作模式中，未使用冷却冷凝器和吸收器的装置，也未使用通过系统泵回的吸收流体。代替的方式是在发生器16简单地加热和蒸发制冷剂，通过旁路管路52直接流到热交换器19，在这里进行冷凝并提供热量给热水源，最终送到负荷或空调空间。
在图示的实施例中，双功能的热交换器19与室内蛇形管连通，用于通过液体循环回路引导从热交换器的冷凝器操作得到的热量，以及当热交换器用作蒸发器时得到的冷却量。然而，如果关于氨用作制冷剂的现行标准不是很严格，蛇形管可以是直接膨胀型室内蛇形管而无需液体循环回路，或者采用其它适当的热传递流体，包括液体/蒸汽相变流体。如前面所指出的，本发明允许氨水冷却器具有加热器的功能，无需第二个燃烧器或锅炉来产生热量用于空调空间负载。此外，液体循环回路只要一个循环泵。而具有加热器和冷却器的现有装置要求两个泵，一个用于冷水，一个用于热水。因为主要部件数量的减少和只是增加一个螺线管阀和管路，本发明使冷却器/加热器系统的成本有了很大的降低。在所显示的不同优选实施例中，应当注意到将溶液泵到发生器组件、旁路吸收器和/或制冷剂在发生器与双功能热交换器之间旁路所用的不同阀和管路可以代之以任何不同形式的装置。因此对所属领域的技术人员来说很明显，在本发明的范围内，本发明在图2到5中显示的不同实施例可以用来改进图1A到1D中显示的不同系统。

Claims (40)

1.一种可选择冷却器/加热器操作模式的液体/蒸汽吸收装置，其包括吸收器组件、发生器组件、冷凝器和热交换器，所述热交换器具有选择功能可在冷却器模式下用作蒸发器而在加热器模式下用作冷凝器；和在所述加热模式下可选择地引导所述发生器中蒸发的制冷剂流到所述热交换器而无需通过所述冷凝器的装置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可选择地引导制冷剂的装置包括旁路管道和连接其上的一个或多个用于可选择地打开和关闭所述旁路管道的阀门。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置包括连接到所述热交换器的能量回收装置，当所述热交换器用做蒸发器时可回收冷却量，当所述热交换器用作冷凝器时回收热量。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置包括吸收流体回路，用于使吸收流体在所述吸收器组件和所述发生器组件之间流动。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述回收热量或冷却量的装置包括使进行热交换的流体流进流出所述热交换器的装置。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述吸收器组件包括吸收器和吸收器的热交换器，其中所述吸收器流体回路引导在所述吸收器的热交换器进行热交换传递的吸收流体从所述吸收器的热交换器流到所述发生器组件；和连接到所述吸收流体回路的泵，可用来抽吸其中的吸收流体。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述吸收流体回路包括第一管道，用于引导富含制冷剂的吸收流体从所述吸收器流到所述发生器组件；第二管道，用于引导富含制冷剂的吸收流体从所述吸收器顺序流到所述发生器组件的回流蛇形管、所述吸收器的热交换器和所述发生器组件；还包括第一阀，用于可选择地打开和关闭所述第一管道；和第二阀，用于可选择地打开和关闭所述第二管道。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述吸收器组件包括发生器/吸收器的热交换器，其中所述吸收流体回路包括分流连接到所述第二管道的第三管道，用于引导富含制冷剂的吸收流体从所述吸收器的热交换器顺序流到所述发生器的吸收热交换器和所述发生器组件。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二阀打开和关闭在所述吸收器和所述回流蛇形管之间的所述第二管道。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述吸收流体回路包括从所述发生器组件和所述吸收器组件的未富含制冷剂的液体的管道，和用于可选择地关闭和打开所述未富含制冷剂的液体的管道的阀门。
11.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述可选择地引导制冷剂的装置包括用于分别引导制冷剂流到所述冷凝器和所述热交换器的一个或多个管路和用于控制制冷剂流过所述一个或多个管路的一个或多个阀。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述一个或多个阀包括三通阀，用于可选择地引导所述制冷剂从所述发生器组件流到所述冷凝器和所述热交换器。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置包括制冷剂管路，用于引导制冷剂从所述三通阀流到所述冷凝器；和第二制冷剂管路，用于引导制冷剂从所述三通阀流到所述热交换器。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热交换器相对所述发生器组件设置，用于使冷凝的制冷剂从所述热交换器通过重力流到所述发生器组件。
15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括泵，用于可操作地将所述富含制冷剂的吸收流体从所述吸收器组件抽吸到所述发生器组件进行冷却器和/或加热器模式操作。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述发生器组件包括发生器和精馏器，和引导富含制冷剂的吸收流体从所述吸收器组件流到所述精馏器的第一管路，其中在加热模式下所述泵工作并引导所述富含制冷剂的吸收流体从所述吸收器组件流到所述精馏器。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述发生器组件包括发生器和精馏器，和引导富含制冷剂的吸收流体从所述吸收器组件流到所述发生器的第一管路，其中在加热模式下所述泵工作并引导所述富含制冷剂的吸收流体从所述吸收器组件流到所述发生器。
18.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括与所述制冷剂回路连接的再冷却器，用于接受冷凝的和蒸发的制冷剂并在其间交换热量。
19.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发生器组件包括多级容量燃烧器(multiple capacity burner)。
20.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发生器组件包括可变容量燃烧器。
21.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发生器组件包括燃烧空气预热器。
22.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括发生器/吸收器的热交换回路，所述发生器/吸收器的热交换回路包括吸收器的热交换器和发生器/吸收器的热交换器，发生器/吸收器的热交换器利用富含制冷剂的吸收流体、未富含制冷剂的吸收流体或在所述回路中进行热交换的热传递流体。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，用于引导富含制冷剂的吸收流体流到所述吸收器的热交换器和所述发生器/吸收器的热交换器的所述发生器/吸收器热交换回路包括分流器，在所述富含制冷剂的吸收流体进入所述吸收器的热交换器之前，其可将所述吸收器的热交换器和所述发生器/吸收器的热交换器之间的富含制冷剂的吸收流体分流。
24.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，用于引导富含制冷剂的吸收流体流到所述吸收器的热交换器和所述发生器/吸收器的热交换器的所述发生器/吸收器热交换回路包括分流器，其可在富含制冷剂的吸收流体通过所述吸收器的热交换器之后将其分流。
25.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述一个或多个阀包括三通阀。
26.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述一个或多个阀包括可选择地向所述热交换器提供制冷剂的双向阀。
27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述装置包括可选择地向所述冷凝器提供制冷剂的控制阀。
28.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收器组件包括吸收器和吸收器的热交换器，其中所述吸收流体回路引导在所述吸收器的热交换器中进行热传递交换的吸收流体从所述吸收器的热交换器流到所述发生器组件。
29.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收器组件包括吸收器、吸收器的热交换器和发生器/接收器的热交换器，其中所述吸收流体回路引导在所述吸收器的热交换器中进行热传递交换的吸收流体从所述吸收器的热交换器流到所述发生器/吸收器的热交换器和所述发生器组件。
30.根据权利要求28或29所述的装置，其特征在于，所述装置包括第一管路，用于引导富含制冷剂的吸收流体从所述吸收器流到所述发生器；第二管路，用于引导富含制冷剂的吸收流体从所述吸收器流到所述发生器组件的回流蛇形管，并从所述回流蛇形管流到所述吸收器的热交换器，再从所述吸收器的热交换器流到所述发生器；还包括可选择地打开和关闭所述第一管路的第一阀，和可选择地打开和关闭所述第二管路的第二阀。
31.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，所述吸收器组件包括发生器/吸收器的热交换器，所述第一管路包括与所述第二管路分流连接的第三管路，用于引导富含制冷剂的吸收流体从所述吸收器的热交换器流到所述发生器/吸收器的热交换器，并从所述发生器/吸收器的热交换器流到所述发生器。
32.根据权利要求30所述的装置，其特征在于，所述第二阀打开和关闭所述吸收器和所述回流蛇形管之间的所述第二管路。
33.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸收流体回路包括吸收流体旁路，用于引导所述吸收流体从所述吸收器的热交换器不穿过所述吸收器流到所述发生器组件。
34.根据权利要求33所述的装置，其特征在于，所述吸收流体旁路包括管路和一个或多个连接到所述管路的控制阀，用于选择性地引导所述吸收流体流到所述吸收器或通过所述吸收流体旁路流到所述发生器。
35.根据权利要求33所述的装置，其特征在于，所述吸收流体回路包括吸收流体旁路，所述吸收流体旁路包括管路和连接其上的三通阀，用于可选择地引导所述吸收流体流到所述吸收器或流到所述发生器。
36.根据权利要求33所述的装置，其特征在于，所述吸收流体回路包括吸收流体旁路，所述吸收流体旁路包括管路和两个或多个连接到所述管路上的双向阀，用于可选择地引导所述吸收流体流到所述吸收器或流到所述发生器。
37.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括制冷剂回路，用于引导制冷剂从所述热交换器流到所述发生器组件；和可选择地打开和关闭所述制冷剂回路的阀。
38.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述热交换器升到所述发生器组件之上，使冷凝的制冷剂从所述热交换器经所述制冷剂管路通过重力流动到所述发生器组件。
39.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括热传递流体管路，用于引导热传递流体流到和流出所述热交换器。
40.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热交换器包括直接膨胀型空气冷却蛇管，所述回收热量或冷却量的装置包括与所述空气冷却蛇管交换热量或冷却量的装置。
CN01803428A 2000-01-05 2001-01-03 一种集成的氨水冷却器/加热器 Pending CN1394271A (zh)

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