CN1536292A - 吸收式冷冻器 - Google Patents

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Abstract

一种吸收式冷冻器，包括：一蒸发器，用于生成一制冷剂蒸汽；一吸收器，用于生成一相对较低温度的低浓度溶液；一第一热交换器，用于预加热该低浓度溶液；一高温再生器，用于生成一高温(T1)的中浓度溶液和制冷剂蒸汽；一低温再生器，用于蒸发一相对较低温度(T2)的制冷剂蒸汽；一第二热交换器，用于将通过该低温再生器已被冷却到该相对较低温度(T2)的该冷凝了的制冷剂，冷却到一冷凝饱和温度(T3)下的冷凝制冷剂；一热量回收装置，用于将来自该低温再生器的该制冷剂蒸汽，冷却到冷凝饱和温度(T3)下的冷凝制冷剂；以及一冷凝器，用于冷凝在该热量回收装置中没有冷凝的制冷剂蒸汽；其中，制冷剂的温度满足关系：T1≥T2≥T3。

Description

吸收式冷冻器
技术领域
本发明涉及一种吸收式冷冻器(absorption chiller)，尤指可对产生于低温再生器(regenerator)中的制冷剂蒸汽的潜热无浪费地再利用的一种吸收式冷冻器。
背景技术
吸收式冷冻器是通过利用制冷剂蒸发时产生的蒸发热来冷却流过管道的水，然后将该蒸发了的制冷剂冷凝并再利用的一种冷冻器。该制冷剂通常是水，通常采用溴化锂作为用于回收该蒸发了的制冷剂的吸收液。
图1示出了一个传统的吸收式冷冻器。参见图1，该吸收式冷冻器包括一蒸发器1，一吸收器2，热交换器3a和3b，再生器4a和4b，和一冷凝器5。
制冷剂喷射到该蒸发器1中的管道(未示出)上，该制冷剂从流过该管道中的水中吸收蒸发热，由此被蒸发。该制冷剂蒸发成蒸汽，该吸收器2将在该蒸发器1中生成的蒸汽吸收到吸收液中。此时，吸收了该蒸汽的吸收液的浓度被稀释，所以其吸收能力下降了。为了恢复该吸收液的蒸汽吸收能力，该再生器4a和4b通过加热该低浓度的吸收液而形成的蒸汽蒸发作用来浓缩该吸收液。该冷凝器5液化从该吸收液中分离出来的蒸汽，并使其可以作为制冷剂再次用于该蒸发器1。该吸收液在该吸收器2、该热交换器3a和3b、和该再生器4a和4b中循环。
图2示出了现有技术中用于利用在该高温再生器中生成的热量的废热交换系统的示意图。参见图2，该高温再生器4a将溶液加热到150℃以将该溶液分离成制冷剂蒸汽和吸收液，同时该低温再生器4b将该制冷剂蒸汽保持为大约97℃的冷凝制冷剂，来加热中浓度的溶液，由此将其浓缩成高浓度的溶液。在这个过程中，在该高温再生器4a中的保持为150℃的该溶液被导入到该低温再生器4b和吸收器中，并释放出约100℃的热量，所以该热交换器3a和3b设置在该高温再生器4a和该低温再生器4b之间，以利用该废热。
另外，这样的热损失也发生在该低温再生器4b和该冷凝器5之间。也就是说，当该低温再生器4b的饱和温度是大约97℃ 时，该冷凝器5的饱和温度是大约40℃。这样，另外安装有另一个热交换器3c，从而可以根据该低温再生器4b和该冷凝器5之间的温差，没有浪费地再利用该热能。
如上所述，尽管该传统的吸收式冷冻器已经配置为最大可能地利用热能，但是该传统的吸收式冷冻器不具有回收该制冷剂蒸汽的潜热的工具，该制冷剂蒸汽是当在该低温再生器中生成另一个热源时，从该中浓度溶液中分离出来的。即该低温再生器4b中的该中浓度溶液，被从该高温再生器4a中输出的高温制冷剂蒸汽加热并浓缩。也就是说，当该高温再生器4a中生成的蒸汽被有效地利用以加热该吸收液或该制冷剂，以降低该冷冻器中的热损失时，从该低温再生器4b中的中浓度溶液中分离出来的制冷剂蒸汽，尽管它具有与在该高温再生器中生成的蒸汽基本相同的能量，但是没有被再利用，而是在该冷凝器5中被浓缩后，通过冷却液排放到了外部。
发明内容
本发明是要解决现有技术的问题，由此发明的一个目的是提供一种具有热量回收单元的吸收式冷冻器，通过将在该低温再生器中生成的制冷剂蒸汽的热量传递到具有相对较低温度的一冷凝器，以再利用该制冷剂蒸汽而不浪费。
为了实现上述目的，本发明提供了一种吸收式冷冻器，包括：一蒸发器，用于通过蒸发一制冷剂液而生成一制冷剂蒸汽；一吸收器，用于通过吸收该蒸发了的制冷剂蒸汽而生成一相对较低温度的低浓度溶液；一第一热交换器，用于预加热从该吸收器输出的该相对较低温度的低浓度溶液；一高温再生器，用于通过将该预加热了的该低浓度溶液加热到一高温(T1)，而生成一高温(T1)的中浓度溶液和一高温(T1)的制冷剂蒸汽；一低温再生器，用于通过使用该高温(T1)制冷剂蒸汽作为热源，而从通过第一热交换器而冷却了的该中浓度溶液中，蒸发一相对较低温度(T2)的制冷剂蒸汽；一第二热交换器，用于通过使用来自该吸收器中的低浓度溶液，将通过该低温再生器而已被冷却到该相对较低温度(T2)的该冷凝了的制冷剂，冷却到一冷凝饱和温度(T3)下的冷凝制冷剂；一热量回收装置，用于将来自该低温再生器的、相对较低温度(T2)的该制冷剂蒸汽，冷却到冷凝饱和温度(T3)下的冷凝制冷剂；以及一冷凝器，用于冷凝在该热量回收装置中没有冷凝的制冷剂蒸汽；其中，制冷剂的温度满足关系：T1≥T2≥T3。
优选地，该热量回收装置安装在该低温再生器和该冷凝器之间；其中该热量回收装置包括一终端，用于接收来自该低温再生器的该制冷剂蒸汽(T2)；以及设置在该终端中的热传导管，温度低于该制冷剂蒸汽的一溶液被输送到该热传导管中，由此该制冷剂(T2)与该热传导管接触，并被冷却到该冷凝饱和温度(T3)。
另外，优选该热传导管交错(alternatively)设置在该终端中，从而增大与该制冷剂蒸汽(T2)的接触面积，并且由该吸收器供应的该低浓度溶液被导入到该热传导管中。
附图说明
从参照如下附图对具体实施例的描述中，可以更清楚地了解本发明的其他目的和方面。
图1是现有技术中的吸收式冷冻器的示意图；
图2是现有技术中的废热交换系统的示意图，其使用吸收式冷冻器的高温再生器中产生的蒸汽的热量；
图3是根据本发明的用于回收在吸收式冷冻器的低温再生器中产生的蒸汽热的热量回收系统的示意图；
图4是根据本发明另一实施例的用于回收在吸收式冷冻器的低温再生器中产生的蒸汽热的热量回收系统的示意图；
图5是根据本发明的热量回收单元的示意图。
具体实施方式
以下，结合附图详细描述本发明的优选实施例。在描述之前，应当了解的是在本说明书和后附的权利要求书中使用的术语并不限于一般的词典上的含义，而是应当在发明人可适当地定义术语以描述得最佳的原则的基础上，根据相应于本发明的技术方面的含义和概念的基础上进行解释。因此，在说明书中的仅仅是为了说明的目的而优选的例子，并不用于限定本发明的范围，所以应当了解可以对本发明进行其他等效替换和改进，而不脱离本发明的精神和范围之内。
图3是根据本发明的优选实施例的、用于回收产生于低温再生器中的制冷剂蒸汽的热量的一热量回收系统的示意图。参见图3，该吸收式冷冻器包括一蒸发器10，一吸收器20，一第一热交换器30，一高温再生器40，一低温再生器50，一第二热交换器60，一热量回收单元70和一冷凝器80。另外，图3中的实线代表吸收液的流动，而虚线代表该制冷剂蒸汽的流动。
该蒸发器10将制冷剂蒸发成蒸汽。该制冷剂通过喷射管嘴喷射在该管道(未示出)上，或从一盘中流到该管道中，比该制冷剂温度高的水在该管道中流动。该制冷剂与该管道接触，从该水中吸收蒸发热然后变成蒸汽。未被蒸发的制冷剂被设置在底部的一盘所收集，然后通过一循环泵(未示出)将积聚在一起的该制冷剂又导入到该蒸发器10中，然后继续循环。
该吸收器20通过吸收该蒸发了的制冷剂蒸汽而生成一低温的低浓度溶液。该吸收器20具有冷却管(未示出)。用于吸收该制冷剂蒸汽的大约50℃的吸收液通过喷嘴或盘被喷射在位于该吸收器20上部的该冷却管上。其结果是，该吸收液吸收该蒸发器10中生成的制冷剂蒸汽，由此稀释了它的浓度，所以，它被位于该吸收器20中的冷却管液化成一大约37℃的低温低浓度的溶液。
该第一热交换器30预加热从该吸收器20中输出的低温低浓度的溶液。虽然需要大约高于150℃的热源来将该制冷剂从该低浓度的溶液中分离出来，从该吸收器20中输出的该低浓度的溶液的温度是大约37℃。这样，该第一热交换器30将该低浓度溶液预加热到一预定温度，以将该低浓度的溶液加热到上面提到的高温。用于预加热该低温低浓度溶液的该第一热交换器30优选从该冷却器内部得到热源。在本发明中，具有用于再利用下文描述的高温再生器40中产生的热量的一高温热交换器32，和一个用于再利用该低温再生器50中产生的热量的一低温热交换器34。
该高温再生器40将该预加热过的低浓度溶液加热到高于150℃的一高温(T1)，以生成一高温的制冷剂蒸汽。为此原因，该高温再生器40具有一诸如燃烧器的加热装置(未示出)。由该加热装置生成的该高温制冷剂蒸汽被传输到该低温再生器50。同时，该高温再生器40在生成该高温制冷剂蒸汽的同时，通过浓缩该低浓度的溶液生成一中浓度的溶液。由于该中浓度的溶液具有高于150℃的温度，该热量循环到该高温热交换器32，以增加从该吸收器20中输出的该低温低浓度的溶液的温度。
该低温再生器50在从该高温再生器40传输来的高温(T1)制冷剂蒸汽和从该高温热交换器32中输出的该中浓度溶液之间进行热交换，由此生成相对较低温度(T2)的一制冷剂。
更详细地说，该低温再生器50通过管道(未示出)从该高温再生器40中接收大约150℃的制冷剂蒸汽。另外，该低温再生器50接收大约97℃的中浓度的溶液，其由该高温再生器40输出，并通过该高温热交换器32被冷却。该大约97℃的中浓度的溶液被通过该管道的制冷剂蒸汽加热并浓缩，该大约150℃的制冷剂蒸汽被冷却到大约97℃的一温度(T2)，然后被冷凝。这里，该大约97℃的浓缩了的制冷剂被传输到了该第二热交换器60，该中浓度的溶液在该低温再生器50中被加热并被浓缩，并通过在低温热交换器34中与从该吸收器20中输出的低温低浓度溶液进行热交换而降低其温度，然后被导入该吸收器20。该导入到该吸收器20中的浓缩了的液体又一次通过在该吸收器中吸收该制冷剂蒸汽而变成了低浓度溶液，然后沿着上面提到的流向在该吸收式冷冻机中循环。
该第二热交换器60将通过该低温再生器50冷却到了一预定的温度(T2)的、浓缩了的制冷剂冷却到一冷凝饱和温度(T3)。也就是说，导入到该第二热交换器60中的制冷剂蒸汽的温度(T2)大约是97℃，该冷凝器80的饱和温度(T3)大约是40℃。这样，如果在该低温再生器50被加热之后通过冷却制得的浓缩了的制冷剂被直接传输到该冷凝器80，就会产生大约57℃的热能损失。这样该第二热交换器60就是为了再利用该热能而设置的。为了冷却大约97℃的冷凝了的制冷剂，该第二热交换器60具有一冷却溶液管(未示出)，从该吸收器20中输出的大约37℃的低浓度的溶液输送到该冷却溶液管中。通过该低浓度溶液的方式，该大约97℃的冷凝了的制冷剂被冷却到了大约40℃，其是该冷凝器80的饱和温度。
该热量回收单元70从来自该低温再生器50的相对较低温度的制冷剂蒸汽中，生成一具有冷凝饱和温度(T3)的冷凝了的制冷剂。存储在该冷凝器80下部的制冷剂通常分为两类。首先，有大约97℃的冷凝了的制冷剂，其是当该高温再生器40中生成的150℃的制冷剂蒸汽通过与该低温再生器50中的低浓缩溶液进行热交换而被冷却时生成的。该制冷剂蒸汽在上文提到的第二热交换器60中被再利用。其次，有制冷剂蒸汽，其是当输送到该低温再生器50中的中浓度溶液，被从该高温再生器40中传输的制冷剂蒸汽加热并浓缩时生成的。该制冷剂蒸汽也具有大约97℃的温度，当该制冷剂蒸汽被直接输送到该冷凝器80中时，会产生大约57℃的热能损失。该热量回收单元70用于再利用该热能。
图5示出了根据本发明一实施例的热量回收单元70。参见图5，该热量回收单元70包括一具有预定空间的终端(terminal)，用以回收在该低温再生器50中产生的该制冷剂蒸汽的热量；以及热传导管76交错地设置在该终端72上。温度低于该制冷剂蒸汽的溶液输送到该热传导管76中。
该热量回收单元70优选安装在该低温再生器50和该冷凝器80之间，安装在该冷凝器80中的该制冷剂蒸汽移动的路径上尤佳。一阻塞单元74设置在该终端72和该低温再生器50之间，从而该制冷剂蒸汽可以朝向该终端移动，而该中浓度溶液不能够通过，而是又一次进入到该低温再生器50中。
该热传导管76交错布置在该终端72上，使得与该高温制冷剂蒸汽的接触面积增大。另外，该热传导管76优选采用裸管形式的铜管，或直径小于12mm的翼片管(finned tube)，其小于传统的16mm的管路，从而尽管该液化的制冷剂下降了，但是接触面积和制冷剂润湿率(wetting rate)提高了。
根据本发明，由于来自该低温再生器50中的高温制冷剂蒸汽被该终端72接收，为了回收该制冷剂蒸汽的热量，具有比该制冷剂蒸汽的温度低的溶液，即低温溶液，被导入到该热传导管76中。然而，如果该低温溶液的温度太高，失去热量的该制冷剂蒸汽可能会被加热超过该冷凝器80的饱和温度。这样，为了优化热效率，该制冷剂蒸汽的温度应当大致与该冷凝器的饱和温度相同，甚至是在热交换之后。
至于该溶液，优选是从该吸收器20中输出的低温低浓度的溶液。更详细地说，从该吸收器20中发出的低浓度的溶液具有大约37℃的温度。同时，尽管由于该低温再生器50中产生的制冷剂蒸汽具有大约97℃的温度，它与该低浓度溶液交换热量，但是由于在该低温再生器50中产生的制冷剂蒸汽具有大约97℃的温度，该制冷剂蒸汽能够保持高于约40℃的温度，其是该冷凝器80的饱和温度。
通过从将该低浓度的溶液从该吸收器20传输到该低温热交换器34的路径的一部分上分叉连接一通道，来输送该低浓度的溶液到该热传导管76。该流向在图3中以箭头A示出。箭头B示出了被该制冷剂蒸汽加热的该低浓度溶液被再循环到了该热交换器。观察箭头B，在该终端72中的该低浓度溶液被加入到从该低温热交换器34到该高温热交换器32流动的低浓度溶液中。
该冷凝器80冷却和冷凝从该第二热交换器60和该热量回收单元70中传输的冷凝了的制冷剂。也就是说，导入到该冷凝器80中的冷凝了的制冷剂和制冷剂蒸汽具有大约40℃的温度，他们被安装在该冷凝器中的冷却管(未示出)中流动的冷却水所冷却，然后冷凝成制冷剂液。从该冷凝器80中输出的制冷剂液体的温度保持在40℃，然后通过一制冷剂管C导入到该蒸发器10中。
现在，描述根据本发明的一实施例的、用于再利用在该低温再生器中产生的制冷剂蒸汽的热量的热量回收单元70的工作过程。
参见图3和图5，该高温再生器40中产生的高温制冷剂蒸汽被传输到该低温再生器50，以加热该中浓度溶液。在这个过程中，从该中浓度的溶液中分离出制冷剂蒸汽。该制冷剂蒸汽被移动到位于该冷凝器80中的该终端72中，然后通过与流过位于该终端中的热传导管76中的低温低浓度溶液进行热交换，而被冷却。
通过热交换而温度升高了的该低浓度溶液加入到了从该第一热交换器30输出的该低浓度溶液中，然后在该高温再生器40中以一预定温度被加热和浓缩，由此恢复其原始的制冷剂吸收能力。
另外，已经与该低温低浓度溶液热交换过的该制冷剂蒸汽，移动到该冷凝器80中，然后移动到该蒸发器中，由此被循环。
图4是根据本发明的另一个实施例的、用于回收吸收式冷冻器的低温再生器中产生的蒸汽的热量的一热量回收系统的示意图，其示出了与图3不同的循环路径。
图4示出了一循环配置，其中输送到该热传递单元70中的低温低浓度溶液与产生于该低温再生器中的制冷剂蒸汽交换热量，然后加入到该低温热交换器的低浓度溶液输入部。
尽管上述描述基于一串联循环，本发明并不限于那种情形，也可用于所有诸如并联循环、混合循环和逆循环的所有循环中。
已经详细地描述了本发明。但是应当了解的是，显示本发明的优选实施例的详细的描述和特定的例子，仅仅是作为举例而被给出的，由于从上述详细描述中，本技术领域的普通技术人员可在本发明的精神和范围内，进行各种改变和修饰。
根据本发明的吸收式冷冻器，由于具有用于回收该高温制冷剂蒸汽的热量回收单元，并且该高温制冷剂蒸汽被强制地与具有比该制冷剂蒸汽温度相对较低的溶液进行热交换，所以可以更加高效地回收该冷冻器中的能量。这样，该吸收式冷冻器显示了比该传统吸收式冷冻器更高的效率，由此可以降低工作成本。

Claims (9)

1、一种吸收式冷冻器，包括：
一蒸发器，用于通过蒸发一制冷剂液而生成一制冷剂蒸汽；
一吸收器，用于通过吸收该蒸发了的制冷剂蒸汽而生成一相对较低温度的低浓度溶液；
一第一热交换器，用于预加热从该吸收器输出的该相对较低温度的低浓度溶液；
一高温再生器，用于通过将该预加热了的该低浓度溶液加热到一高温T1，而生成一具有高温T1的中浓度溶液和一具有高温T1的制冷剂蒸汽；
一低温再生器，用于通过使用具有该高温T1的制冷剂蒸汽作为热源，而从通过第一热交换器而冷却了的该中浓度溶液中，蒸发一具有相对较低温度T2的制冷剂蒸汽；
一第二热交换器，用于通过使用来自该吸收器中的低浓度溶液，将通过该低温再生器而已被冷却到该相对较低温度T2的冷凝制冷剂，冷却到一冷凝饱和温度T3下的冷凝制冷剂；
一热量回收装置，用于将来自该低温再生器的、相对较低温度T2的该制冷剂蒸汽，冷却到冷凝饱和温度T3下的冷凝制冷剂；以及
一冷凝器，用于冷凝在该热量回收装置中没有冷凝的制冷剂蒸汽；
其中，制冷剂的温度满足关系：T1≥T2≥T3。
2、如权利要求1所述的吸收式冷冻器，
其中该热量回收装置安装在该低温再生器和该冷凝器之间；
其中该热量回收装置包括：
一终端，用于接收来自该低温再生器的、具有温度T2的该制冷剂蒸汽，以及
设置在该终端中的热传导管，温度低于该制冷剂蒸汽的一溶液被输送到该热传导管中，
由此具有温度T2的该制冷剂与该热传导管接触，并被冷却到该冷凝饱和温度T3。
3、如权利要求2所述的吸收式冷冻器，
其中该热传导管交错设置在该终端中，从而增大与具有温度T2的该制冷剂蒸汽的接触面积。
4、如权利要求2所述的吸收式冷冻器，
其中由该吸收器供应的该低浓度溶液被导入到该热传导管中。
5、如权利要求2所述的吸收式冷冻器，
其中该热量回收装置还包括安装在该终端和该低温再生器之间的一阻塞单元，用以使来自该低温再生器的制冷剂蒸汽通过，而阻挡该溶液。
6、如权利要求2所述的吸收式冷冻器，
其中该热传导管具有一小于12mm的直径。
7、如权利要求4所述的吸收式冷冻器，
其中该第一热交换器具有一低温热交换器和一高温热交换器，
其中该低温热交换器通过使用来自该低温再生器的高浓度溶液，来首先预加热来自该吸收器的低浓度溶液，以及
其中该高温热交换器通过使用来自该高温再生器的中浓度的溶液，来接下来预加热由该低温热交换器输送来的该低浓度溶液。
8、如权利要求7所述的吸收式冷冻器，
其中来自该热量回收装置的该低浓度溶液、来自该第二热交换器的低浓度溶液和来自该低温热交换器的低浓度溶液汇合在一起，然后输送给该高温热交换器。
9、如权利要求7所述的吸收式冷冻器，
其中输送到该热量回收装置的该低温低浓度溶液，与该低温再生器生成的制冷剂蒸汽交换热量，然后汇入该低温热交换器的低浓度溶液输入部。
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