CN1436990A

CN1436990A - 吸收式低温制冷机

Info

Publication number: CN1436990A
Application number: CN03115631A
Authority: CN
Inventors: 陈光明; 何一坚; 王勤
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2003-08-20
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: CN1164905C

Abstract

本发明公开了一种吸收式低温制冷机。该低温制冷机发生单元制冷剂蒸汽出口经主冷凝器与自行复叠单元制冷剂入口相接，自行复叠单元液相制冷剂出口经回热器高压通道、第一减压装置、蒸发器、回热器低压通道与吸收单元第一制冷剂入口相接；自行复叠单元汽相制冷剂出口与吸收单元第二制冷剂入口相接；吸收单元溶液出口经溶液泵和溶液热交换器浓溶液通道与发生单元溶液入口相接，发生单元溶液出口经溶液热交换器稀溶液通道与吸收单元溶液入口相接。该制冷机的优点是在不高的低品位热能驱动下就可以达到常规吸收制冷无法达到的－40℃以下深低温冷冻，而且制冷温度范围宽、效率高、性能稳定可靠、结构紧凑。

Description

吸收式低温制冷机

技术领域

本发明涉及一种低温制冷机，尤指一种吸收式低温制冷机。

背景技术

吸收式制冷机可由低品位可再生热能，如太阳能、地热，或者是温度比较低的工业余热、废热等驱动，而且吸收式制冷机一般不使用对大气臭氧层有破坏作用的CFCs或HCFCs类制冷工质，因而具有节能和环保双重优势和意义，是一种非常有前途的制冷装置。目前吸收式制冷机(如溴化锂吸收式制冷机、氨水吸收式制冷机)已经得到广泛应用，特别在制冷温度比较高的空调领域。但是，传统吸收式制冷机存在不少缺点，例如溴化锂吸收式制冷机使用的溴化锂溶液有强腐蚀性、易结晶；氨水吸收式制冷机使用的制冷剂—氨—有强烈刺激性和毒性，也容易爆炸，更加突出而无法克服的共同缺点是制冷温度不低。溴化锂吸收式制冷机只能用于制冷温度在0℃以上的空调领域；单级氨水吸收式制冷机仅能获得-20℃左右制冷温度，如果驱动热源温度比较低，则制冷温度根本达不到-20℃，譬如，发生温度为100℃，冷却水温度为30℃时，氨水吸收式制冷机仅能获得0℃左右制冷温度。在生产实际中，生物、制药、食品加工和化工等行业需要大规模低温冷冻，同时又在生产过程排放掉大量高温余热、废热，传统吸收式制冷机因为制冷温度限制而无法应用，不得不消耗大量高品位电能制取低温来满足生产过程对低温冷冻的需要。因此，用较低温度位热能驱动吸收式低温制冷机具有宽广应用范围和良好发展前景。

发明内容

本发明提供了一种吸收式低温制冷机。

吸收式低温制冷机发生单元制冷剂蒸汽出口经主冷凝器与自行复叠单元制冷剂入口相接；自行复叠单元液相制冷剂出口经回热器高压通道、第一减压装置、蒸发器、回热器低压通道与吸收单元第一制冷剂入口相接；自行复叠单元汽相制冷剂出口与吸收单元第二制冷剂入口相接；吸收单元溶液出口经溶液泵和溶液热交换器浓溶液通道与发生单元溶液入口相接，发生单元溶液出口经溶液热交换器稀溶液通道与吸收单元溶液入口相接。

本发明的优点是利用较低温度驱动热源(如100℃左右或者更低的温度)就可以用于-20℃以下低温冷冻，尤其是-40℃以下深低温冷冻，适合于利用太阳能、地热和低品位废热获得深低温冷冻，使用对环境友好的工质对有利于环境保护，而且该吸收式低温制冷机制冷温度范围宽、效率高、性能稳定可靠、结构紧凑。

附图说明

图1是吸收式低温制冷机结构示意图；

图2是本发明的实施例1结构示意图；

图3是本发明的实施例2结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，发生单元1制冷剂蒸汽出口经主冷凝器2与自行复叠单元3制冷剂入口相接；自行复叠单元3液相制冷剂出口经回热器4高压通道、第一减压装置5、蒸发器6、回热器4低压通道与吸收单元7第一制冷剂入口相接；自行复叠单元3汽相制冷剂出口与吸收单元7第二制冷剂入口相接；吸收单元7溶液出口经溶液泵8和溶液热交换器9浓溶液通道与发生单元1溶液入口相接，发生单元1溶液出口经溶液热交换器9稀溶液通道与吸收单元7溶液入口相接。

该装置采用的制冷剂可以为R134a和R32或R134a和R23组成的混合物，其中R134a作为高温制冷剂，R32或R23作为低温制冷剂，也可以是R134a、R32和R23组成的三元混合物，其中R134a为高温制冷剂，R32为中温制冷剂，R23为低温制冷剂；吸收剂则为二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺或四甘醇二甲基醚。

上述发生单元1有发生器10、提馏装置11、第一精馏装置12和第一辅助冷凝器13；发生器10、提馏装置11、第一精馏装置12和第一辅助冷凝器13由下往上放置组成发生单元1，发生单元溶液入口位于提馏装置11和精馏装置12之间，发生装置10溶液出口就是发生单元1溶液出口，第一精馏装置12制冷剂蒸汽出口则构成了发生单元1制冷剂出口。

自行复叠单元3有第二减压装置15、汽液分离器16、第二精馏装置17、第二辅助冷凝器18、第三减压装置19、第四减压装置20和冷凝蒸发器21；第二减压装置15入口就是自行复叠单元3制冷剂入口，第二减压装置15出口则与汽液分离器16入口相接；汽液分离器16液相制冷剂出口与并联放置的第三减压装置19、第四减压装置20入口相接，第三减压装置19出口与冷凝蒸发器21低压通道进口相接，第四减压装置20出口与第二辅助冷凝器18入口相接，第二辅助冷凝器18出口与冷凝蒸发器21低压通道出口会合后组成自行复叠单元3汽相制冷剂出口；汽液分离器16汽相制冷剂出口与第二精馏装置17进口相接，第二辅助冷凝器18安装在精馏装置17上部，精馏装置17出口与冷凝蒸发器21高压通道入口相接，冷凝蒸发器21高压通道出口就是自行复叠单元3液相制冷剂出口。

吸收单元7有第一吸收器25、第二吸收器26、第五减压装置27、第六减压装置28；第一吸收器25、第二吸收器26制冷剂蒸汽入口分别是吸收单元7第一、第二制冷剂蒸汽入口；第五减压装置27入口就是吸收单元7入口，而第五减压装置27出口与第一吸收器25溶液入口相接，第一吸收器25溶液出口经第六减压装置28与第二吸收器26溶液入口串联相接，第二吸收器26溶液出口与溶液泵29溶液进口相接，溶液泵29溶液出口就是吸收单元7溶液出口。

吸收单元7有第一吸收器46、第二吸收器47、第五减压装置48、第六减压装置49、第七减压装置50和溶液泵51；发生单元1溶液出口经溶液热交换器52稀溶液通道与并联放置的第五减压装置48、第六减压装置49入口相接，而第五减压装置49与第六减压装置48溶液入口会合相接构成了吸收单元7溶液入口；第五减压装置48出口与第一吸收器46溶液入口相接，第六减压装置49出口与第二吸收器47溶液入口相接，而第一吸收器46溶液出口再与第七减压装置50入口相接，第七减压装置50出口与第二吸收器47溶液出口会合后与溶液泵51溶液入口相接，溶液泵51出口构成了吸收单元7溶液出口；第一吸收器46、第二吸收器47制冷剂蒸汽入口分别构成了吸收单元7第二和第一制冷剂蒸汽入口。

所述制冷机以两种或两种以上制冷工质组成的混合物为制冷剂；以与所用制冷剂相匹配有机溶剂为吸收剂。所说制冷剂可以为四氟乙烷(R134a)和二氟甲烷(R32)组成的混合物或者是四氟乙烷(R134a)和三氟甲烷(R23)组成的混合物，也可以是四氟乙烷(R134a)、二氟甲烷(R32)和三氟甲烷(R23)组成的混合物；所说吸收剂为二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺或四甘醇二甲基醚。

如图2所示，实施例1采用由四氟乙烷(R134a沸点为-26℃)、二氟甲烷(R32沸点为-51℃)和三氟甲烷(R23沸点为-81℃)组成的混合物为制冷剂，二甲基甲酰胺(DMF)为吸收剂。该方案发生单元由发生器10、提馏装置11、第一精馏装置12、第一辅助冷凝器13和需要的连接管路组成；自行复叠单元由第二减压装置15、汽液分离器16、第二精馏装置17、第二辅助冷凝器18、第三减压装置19、第四减压装置20和冷凝蒸发器21连接用管路组成；吸收单元则由第一吸收器25、第二吸收器26、第五减压装置27和第六减压装置28以及相应的管路组成。

本发明主要由制冷循环回路和溶液循环回路两部分组成。

在制冷循环回路，混合制冷剂从发生单元1提馏装置11逸出，在发生单元1第一精馏装置12与被第一辅助冷凝器13冷凝的回流液相制冷剂进行第一次提纯、除掉制冷剂蒸汽中的吸收剂，后进入主冷凝器14，在主冷凝器14中被冷却介质冷却，部分制冷剂成为液体。此后，汽液混合制冷剂经第二减压装置15进入汽液分离器16并分离成为汽相制冷剂和液相制冷剂两部分，汽相制冷剂往上经过第二精馏装置17与被第二辅助冷凝器18冷却的回流液相制冷剂进行第二次精馏提纯、获得高纯度低沸点制冷剂蒸汽。这样液相部分主要是高温制冷剂R134a和中温制冷剂R32以及少部分低温制冷剂R23，而汽相部分则主要是低温制冷剂R23、少量中温制冷剂R32以及极少量高温制冷剂R134a。在汽液分离器16分离后，液相制冷剂从汽液分离器16液相出口流出，经并联的第三减压装置19和第四减压装置20分为两股，它们分别进入冷凝蒸发器21和第二辅助冷凝器18。进入第二辅助冷凝器18的制冷剂部分冷却经提纯的汽相制冷剂为精馏装置17提供精馏回流液，而进入冷凝蒸发器21低压通道的制冷剂则用于冷却经过提纯、从精馏装置17出口逸出的汽相制冷剂，这股制冷剂与来自第二辅助冷凝器18制冷剂汇合后，进入第二吸收器[26]被吸收。分离、提纯后的汽相制冷剂从精馏装置17出口引出后，进入冷凝蒸发器21高压通道被冷凝成液体或者是汽、液混合物，再进入回热器22被来自蒸发器24的低温制冷剂进一步冷却，最后经第一减压装置23膨胀进入蒸发器24蒸发制冷，然后经回热器22升温进入第一吸收器25被吸收。

在溶液循环回路，第二吸收器26吸收了制冷剂的DMF浓溶液经溶液泵[29]升压，溶液热交换器30预热、升温后从提馏装置11上面往下喷淋并与从发生器10逸出的高温蒸汽进行传热、传质交换，浓溶液进行第一次发生而产生逸向第一精馏装置[12]的蒸汽(R134a、R32、R23和DMF的混合物)，然后进入发生器10由高温热源加热进行第二次发生，浓溶液变成稀溶液。从发生器10溶液出口引出的稀溶液进入溶液热交换器30稀溶液通道，在其中被来自第二吸收器26的浓溶液预冷，后经第五减压装置27膨胀进入第一吸收器25吸收一部分制冷剂，产生的吸收热则被冷却水带走，然后经第六减压装置28膨胀到更低压力进入第二吸收器26吸收剩余制冷剂，同样产生的吸收热也被冷却水带走，到此完成了整个溶液循环。

实施例1发生单元有提馏装置和第一精馏装置，提馏装置增大了发生过程传热、传质接触面积，增加了传热、传质接触时间，增加了提馏装置第一次发生，提高了发生单元能量利用率、溶液放气范围，提高了吸收器吸收性能；第一精馏装置第一次精馏则去除掉了对制冷循环有害的吸收剂。发生单元提馏装置和第一精馏装置提高了系统的运行性能，使系统获得很低的制冷温度。

自行复叠单元有第二精馏装置大幅度地提高了进入蒸发器制冷剂中低沸点制冷剂的纯度，可以获得非常低的制冷温度；第二精馏装置也防止了制冷剂中可能存在的DMF进入蒸发器，并因为DMF凝固导致第一减压装置阻塞。汽液分离器液相制冷剂则通过并联的第三减压装置、第四减压装置分别产生两股一级节流制冷量，这两股制冷量独自为冷凝蒸发器、第二辅助冷凝器提供冷负荷。这样显著地提高了一级节流制冷量利用率，尤其是显著地改善了冷凝蒸发器和第二辅助冷凝器冷、热负荷匹配性和变工况适应性，使系统获得更好的性能。

吸收单元采用了双吸收器串联形式，使一级节流和二级节流循环在两个独立压力位运行，并可根据吸收剂对进行一级节流、二级节流制冷剂吸收性能优劣通过第一三通换向阀和第二三通换向阀选择两股制冷剂吸收优先次序，最终保证两股制冷剂都能在其中一个吸收器被充分吸收，提高了吸收器对每一股制冷剂的吸收匹配性，使得吸收器对制冷剂有更强的吸收能力。双吸收器串联形式也改善了自行复叠单元第二辅助冷凝器和冷凝蒸发器冷、热负荷匹配性以及变工况适应性，提高了一级节流、二级节流制冷温度之间的匹配性。通过这两方面的影响使系统获得更低制冷温度和更好的运行性能。同时，采用双吸收器形式减小了单个吸收器尺寸，提高了单个吸收器内部汽、液两相分布均匀性，提高吸收器内部的传热、传质性能，最终提高了吸收器吸收能力，减少了吸收器总尺寸，使整个系统结构更加紧凑。

实施例1冷凝器、蒸发器、回热器以及溶液热交换器都是一系列换热器与传统吸收式制冷机相似。它们可以是列管式、套管式，也可以是其它形式，其换热管可以是普通管，也可以是强化管。

冷凝蒸发器为一热交换器，经减压装置膨胀的制冷剂在低压通道吸热蒸发，而汽相制冷剂则在高压通道被冷凝成液体，在其中同时进行蒸发和冷凝两种过程。它可以是列管式、套管式，也可以是其它形式，其换热管可以是普通管，也可以是强化管。

六个减压装置是让流过的工质减压膨胀，它们可以是毛细管、自动或手动阀。

吸收器可以是喷淋式、填料式、降膜式，也可以是其它形式的吸收器。

溶液泵是将溶液从低压提升到高压，与传统吸收制冷系统所用溶液泵相似。

如图3所示，实施例2也采用用四氟乙烷(R134a沸点为-26℃)、二氟甲烷(R32沸点为-51℃)和三氟甲烷(R23沸点为-81℃)的三元混合物为制冷剂，二甲基甲酰胺(DMF)为吸收剂。在该方案中其它部分与实施例1相同，只是吸收模块7由第一吸收器46、第二吸收器47、第五膨胀装置48、第六膨胀装置49和第七膨胀装置50以及连接管路组成。实施例2吸收单元7两个吸收器采用了并联形式，与串联形式有相似功能。

Claims

1.一种吸收式低温制冷机，其特征在于发生单元[1]制冷剂蒸汽出口经主冷凝器[2]与自行复叠单元[3]制冷剂入口相接；自行复叠单元[3]液相制冷剂出口经回热器[4]高压通道、第一减压装置[5]、蒸发器[6]、回热器[4]低压通道与吸收单元[7]第一制冷剂入口相接；自行复叠单元[3]汽相制冷剂出口与吸收单元[7]第二制冷剂入口相接；吸收单元[7]溶液出口经溶液泵[8]和溶液热交换器[9]浓溶液通道与发生单元[1]溶液入口相接，发生单元[1]溶液出口经溶液热交换器[9]稀溶液通道与吸收单元[7]溶液入口相接。

2.根据权利要求1所述的一种吸收式低温制冷机，其特征在于所说发生单元[1]依次具有发生器[10]、提馏装置[11]、第一精馏装置[12]和第一辅助冷凝器[13]，发生单元溶液入口位于提馏装置[11]和精馏装置[12]之间，发生装置[10]溶液出口就是发生单元[1]溶液出口，第一精馏装置[12]制冷剂蒸汽出口则构成了发生单元[1]制冷剂出口。

3.根据权利要求1所述的一种吸收式低温制冷机，其特征在于所述自行复叠单元[3]具有第二减压装置[15]、汽液分离器[16]、第二精馏装置[17]、第二辅助冷凝器[18]、第三减压装置[19]、第四减压装置[20]和冷凝蒸发器[21]；第二减压装置[15]入口就是自行复叠单元[3]制冷剂入口，第二减压装置[15]出口则与汽液分离器[16]入口相接；汽液分离器[16]液相制冷剂出口与并联放置的第三减压装置[19]、第四减压装置[20]入口相接，第三减压装置[19]出口与冷凝蒸发器[21]低压通道进口相接，第四减压装置[20]出口与第二辅助冷凝器[18]入口相接，第二辅助冷凝器[18]出口与冷凝蒸发器[21]低压通道出口会合后组成自行复叠单元[3]汽相制冷剂出口；汽液分离器[16]汽相制冷剂出口与第二精馏装置[17]进口相接，第二辅助冷凝器[18]安装在精馏装置[17]上部，精馏装置[17]出口与冷凝蒸发器[21]高压通道入口相接，冷凝蒸发器[21]高压通道出口就是自行复叠单元[3]液相制冷剂出口。

4.根据权利要求1所述的一种吸收式低温制冷机，其特征在于所述吸收单元[7]有第一吸收器[25]、第二吸收器[26]、第五减压装置[27]、第六减压装置[28]；第一吸收器[25]、第二吸收器[26]制冷剂蒸汽入口分别是吸收单元[7]第一、第二制冷剂蒸汽入口；第五减压装置[27]入口就是吸收单元[7]入口，而第五减压装置[27]出口与第一吸收器[25]溶液入口相接，第一吸收器[25]溶液出口经第六减压装置[28]与第二吸收器[26]溶液入口串联相接，第二吸收器[26]溶液出口与溶液泵[29]溶液进口相接，溶液泵[29]溶液出口就是吸收单元[7]溶液出口。

5.根据权利要求1所述的一种吸收式低温制冷机，其特征在于所述吸收单元[7]有第一吸收器[46]、第二吸收器[47]、第五减压装置[48]、第六减压装置[49]、第七减压装置[50]和溶液泵[51]；发生单元[1]溶液出口经溶液热交换器[52]稀溶液通道与并联放置的第五减压装置[48]、第六减压装置[49]入口相接，而第五减压装置[49]与第六减压装置[48]溶液入口会合相接构成了吸收单元[7]溶液入口；第五减压装置[48]出口与第一吸收器[46]溶液入口相接，第六减压装置[49]出口与第二吸收器[47]溶液入口相接，而第一吸收器[46]溶液出口再与第七减压装置[50]入口相接，第七减压装置[50]出口与第二吸收器[47]溶液出口会合后与溶液泵[51]溶液入口相接，溶液泵[51]出口构成了吸收单元[7]溶液出口；第一吸收器[46]、第二吸收器[47]制冷剂蒸汽入口分别是吸收单元[7]第二和第一制冷剂蒸汽入口。

6.根据权利1要求所述的一种吸收式低温制冷机，其特征为所述的制冷剂为四氟乙烷(R134a)和二氟甲烷(R32)混合物、者是四氟乙烷(R134a)和三氟甲烷(R23)混合物或者为四氟乙烷(R134a)、二氟甲烷(R32)和三氟甲烷(R23)混合物。

7.根据权利1要求所述的一种吸收式低温制冷机，其特征为所述的吸收剂为二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺或四甘醇二甲基醚。