CN1727810A - 气液固循环喷淋式多效吸收式热能制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是利用 65℃以上热能产生制冷的气液固循环喷淋式多效吸收式热能制冷系统，该制冷系统包括热源1、一个循环热采集器2、一个或多个发生器3和6、一个冷凝换热器8、一个节流阀(膨胀阀)10、一个喷淋蒸发器12、一个喷淋吸收器14、一个吸收冷却换热器16、一个外制冷蒸发器9、两个溶液泵13、15、一个回热换热器19和一些管路构成。其中发生器是传递热源热量给系统内混合物质的换热装置，发生器可利用65℃以上的气体、液体和各种辐射热源。喷淋吸收器是将制冷剂吸收回来的装置，其内有固体物质，固体物质分多层布置，在吸收反应中起到增大吸收面积和加快吸收反应速度的作用。喷淋蒸发器是使制冷剂产生相变蒸发的装置，其内有固体物质，固体物质分多层布置。外制冷蒸发器是将吸收外界热量进行制冷的换热装置，可以是空调、冰箱、制冰机等。本发明系统具有体积小，抗振性强，制冷效率高，利用低品位热源等优点。
Description
技术领域
本发明涉及的是利用65℃以上热能产生制冷的吸收式制冷系统，属于热能制冷，空调制冷采暖等技术领域。
背景技术
热能制冷作为能有效利用工业废热、发动机余热、太阳能和地热等中低品位能源而没有环境破坏性的新型制冷技术受到越来越多的重视。在船舶制冷、车辆制冷、宇航制冷、坦克制冷、军舰制冷、太阳能制冷、电厂制冷等方面有相当好的应用前景，这对节能和环保都有很大的意义，数年来引起国内外众多研究机构、高校和企业的不断投入、关注和开发。
热能制冷主要有吸收式制冷和吸附式制冷两大类，吸附式制冷主要是利用固体吸附剂吸附/脱附制冷剂而产生制冷的制冷方式，吸收式制冷主要是利用液体吸附剂吸收/解吸制冷剂而产生制冷的制冷方式。吸附式制冷的系统抗振性强，但系统控制较为复杂，体积较大，可靠性较低，制冷效率COP较低，一般为0.1～0.3。
现有吸收式制冷机主要有两类：氨水吸收式制冷机和溴化锂吸收式制冷机。氨水吸收式制冷机所需热源温度为150℃左右，可以获得0℃以下冷量，最低蒸发温度可达-30℃。在石油化工领域中有较多应用，由于氨水解吸过程需要精馏，所以设备较复杂，钢材消耗量较大。溴化锂吸收式制冷机不需要精馏，工作压力很低(真空)，所需热源温度为80℃以上，蒸发温度必须在0℃以上。由于溴化锂有较强的腐蚀性，系统设备必须采用铜和不锈钢材料，设备对抗腐蚀和耐真空性要求高。单效溴化锂制冷机的驱动热源为低品位热源，其制冷效率COP在0.4～0.6，如果选择直燃机或蒸汽双效制冷机，其制冷效率COP可达1～1.31。但溴化锂吸收式制冷机存在系统体积大的问题，设备材料较贵(铜和不锈钢)，系统较复杂，并且系统不能抗振，水平度要求高，设备工艺要求高(系统为高真空状态)，使得溴化锂吸收式和氨水吸收式制冷机都不能在商业中实现小型化，溴化锂吸收系统制冷温度不能低于0℃以下。
发明内容
为了实现热能制冷系统体积小，制冷效率高，抗振性强，控制简便，制冷温度在-26℃～7℃等目的，本发明提出利用余热的气液固循环喷淋式多效吸收式热能制冷系统。该系统主要包括一个循环热采集器2，一个或多个发生器3、6，一个喷淋蒸发器12，一个喷淋吸收器14，2个溶液泵13、15，1个冷凝换热器8，一个吸收冷却换热器16，一个外制冷蒸发器9，一个回热换热器19。其中发生器是传递热源热量给系统内混合物质的换热装置，发生器可利用65℃以上的气体、液体和各种辐射热源。喷淋吸收器是将制冷剂吸收回来的装置，其内有固体物质，固体物质分多层布置，在吸收反应中起到增大吸收面积和加快吸收反应速度的作用。喷淋蒸发器是使制冷剂产生相变蒸发的装置，其内有固体物质，固体物质分多层布置。外制冷蒸发器是将吸收外界热量进行制冷的换热装置，可以是空调、冰箱、制冰机等。
本发明提出的制冷系统，其技术特征在于冷却制冷剂的冷凝换热器8、冷却吸收器的吸收冷却换热器16、回热换热器19、热循环采集器2均采用紧凑换热结构，紧凑换热结构可以是整体板式换热器、可拆卸板式换热器、板翅式换热器、翅片管式换热器。由于制冷系统可以是为正压，也可以是负压，系统内压力由系统内制冷工质对性质决定。系统实现紧凑换热，使得系统体积减小并且重量减轻。
本发明提出的制冷系统所使用的制冷工质对为多种混合物质组成，混合物质由1种以上气体、1种以上液体和1种以上固体组成。固体物质存在于喷淋吸收器14和喷淋蒸发器12中，也可以存放在发生器3中。混合物质中的气体和液体发生吸收和解吸反应，实现制冷循环。整个制冷系统可以无节流阀，也可以有节流阀(或称膨胀阀)，制冷量控制由溶液泵13，15的转速调控。
本发明提出的制冷系统根据利用热源的温度不同，可以采用多效组合发生器形式来避免溶液结晶问题，如果热源温度较低，则系统为单发生器单效吸收式制冷系统，热源温度较高，则系统采用双发生器双效吸收式制冷系统，或多发生器多效吸收式制冷系统。
本发明与现有吸收技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明提出的制冷系统由于加入了催化作用的固体物质，吸收速度和解吸速度加快；系统采用换热系数高的紧凑换热器，系统传热好，结构紧凑，体积小；系统管路阻力小，流速大，系统蒸发效果好；系统抗振动，可以在颠簸环境中运行；系统制冷效率COP高，制造成本低。
附图说明
图1为气液固循环喷淋式双效吸收式热能制冷系统图。
图2为气液固循环喷淋式单效吸收式热能制冷系统图。
具体实施方式
下面结合附图1进一步说明本发明的具体实施方式：
本发明系统主要包括热源1、循环热采集器2、发生器3和6、冷凝换热器8、节流阀(膨胀阀)10、喷淋蒸发器12、喷淋吸收器14、吸收冷却换热器16、外制冷蒸发器9、溶液泵13、15、回热换热器19和一些管路构成。
气体、液体或辐射热源1的热量通过循环热采集器2进入高压发生器3，并与高压发生器3进行热交换。高压发生器3内部装有流动混合工质对溶液，发生器受热后内部吸收剂解吸分离出制冷剂气体，高温的混合制冷剂气体通过高发冷剂管4进入低压发生器6，加热从高压发生器3侧面高发浓溶液管5流出并进入低压发生器3的溶液，使得溶液吸收剂继续解析出制冷剂气体。解析出来的制冷剂气体通过低发冷剂管7进入冷凝换热器8进行再冷却，制冷剂气体由气体变为液体后经过节流阀(膨胀阀)10进入喷淋蒸发器12内。解吸后的吸收剂浓溶液从低压发生器6侧面流出进入回热换热器19，经过回热换热后，较高温吸收剂浓溶液变成较低温吸收剂浓溶液，较低温吸收剂浓溶液由喷淋吸收器14侧面底部流入，喷淋吸收器14内部有固体物质，吸收剂浓溶液由溶液泵15一部分循环至喷淋吸收器14上端，一部分进入回热换热器19并流入高压发生器3。通过循环管路17至喷淋吸收器14上端吸收剂浓溶液被喷淋下来，再喷淋过程中进行吸收制冷剂反应，浓溶液变成稀溶液，并且由于反应放热，吸收剂稀溶液温度升高，较高温度的吸收剂稀溶液在溶液泵15循环过程中经过一个吸收冷却换热器16，吸收冷却换热器16通过风冷或水冷将吸收反应热交换出来。喷淋蒸发器12中的制冷剂由液态变为气态后经过气体连接管进入喷淋吸收器14中，被吸收剂溶液所吸收。
冷凝换热器8、吸收冷却换热器16可采用整体板式换热器、可拆卸板式换热器、板翅式换热器、翅片管式换热器、蛇形翅片盘管换热器、列管管壳式换热器等，冷却介质可以是空气或液体介质。
溶液泵13循环喷淋蒸发器12中的制冷剂，并与外制冷蒸发器9换热，由于循环流量大，可加快制冷剂在外制冷蒸发器9的蒸发换热速度。外制冷蒸发器9是将外界热量进行制冷的换热装置，可以是空调、冰箱、制冰机等。
如果系统循环制冷剂对外部蒸发器材料有腐蚀性或不适合在外部已有蒸发器中运行，则通过板式换热器9交换制冷量，换热器9将制冷剂改为适合于外部蒸发器材料和工况的制冷剂。
Claims (9)
1.一种利用65℃以上热能产生制冷的气液固循环喷淋式多效吸收式热能制冷系统。主要包括热源1、一个循环热采集器2、一个或多个发生器3和6、一个冷凝换热器8、一个节流阀(膨胀阀)10、一个喷淋蒸发器12、一个喷淋吸收器14、一个吸收冷却换热器16、一个外制冷蒸发器9、两个溶液泵13、15、一个回热换热器19和一些管路构成。其特征在于：利用热源温度为65℃以上，制冷系统抗振，制冷系统可以为正压，也可以为负压，由系统中制冷工质对性质决定。
2.按照权利要求1所述的气液固循环喷淋式多效吸收式热能制冷系统实现紧凑换热，系统可实现小型化，系统制造材料采用不锈钢、各种合金钢、碳钢、铜、铜合金、铝、铝合金。
3.按照权利要求1和2所述的气液固循环喷淋式多效吸收式热能制冷系统，其特征在于：系统制冷温度在-26℃～7℃，单效系统制冷效率COP在0.5～1.0，双效系统制冷效率COP在1.0～1.5，单效系统的发生器为一个，双效系统的发生器为二个，三效系统的发生器为三个，以此类推。
4.按照权利要求1和3所述的气液固循环喷淋式多效吸收式热能制冷系统，其特征在于：冷却制冷剂的冷凝换热器8、吸收冷却换热器16、回热换热器19、循环热采集器2均采用紧凑换热结构，紧凑换热结构可以是整体板式换热器、可拆卸板式换热器、板翅式换热器、翅片管式换热器、列管管壳式换热器，换热器材料采用不锈钢、各种合金钢、碳钢、铜、铜合金、铝、铝合金。
5.按照权利要求1和3所述的气液固循环喷淋式多效吸收式热能制冷系统，其特征在于：制冷工质对为多种混合物质组成，混合物质由1种或1种以上气体、1种或1种以上液体和1种或1种以上固体组成。固体物质存在于喷淋发生器12和喷淋吸收器14中。混合物质中的气体和液体发生吸收和解吸反应，实现制冷循环。
6.按照权利要求1和3所述的气液固循环喷淋式多效吸收式热能制冷系统，其特征在于：整个制冷系统可以无节流阀(膨胀阀)，也可以有节流阀(膨胀阀)，制冷量控制可由溶液泵13，15的转速调控，溶液泵13和15可以采用双轴溶液泵，溶液泵13和15的转速比为0.1～10，优选0.7～2。
7.按照权利要求1和6所述的气液固循环喷淋式多效吸收式热能制冷系统，其特征在于：喷淋蒸发器12中的制冷剂由液态变为气态后经过气体连接管进入喷淋吸收器14中，被吸收剂溶液所吸收。气体连接管可以是金属管，也可以是耐压力软管，数量为1～100，优选1～3。这种结构可以保证在系统振动时候吸收剂溶液不会从喷淋吸收器14流窜到喷淋蒸发器12中，制冷剂不会从喷淋蒸发器12流窜到喷淋吸收器14中。
8.按照权利要求1和7所述的气液固循环喷淋式多效吸收式热能制冷系统，其特征在于外制冷蒸发器9可以是空调、冰箱、制冰机等。如果系统循环制冷剂对外部蒸发器材料有腐蚀性或不适合在外部已有蒸发器中运行，则外制冷蒸发器9为板式换热器进行2次制冷交换，板式换热器中制冷剂改为适合于外部蒸发器空调、冰箱、制冰机材料和工况的制冷剂。
9.按照权利要求6或7所述的气液固循环喷淋式多效吸收式热能制冷系统，其特征在于：吸收剂溶液在溶液泵15循环力的作用下，一部分进入喷淋吸收器14上端，一部分通过回热换热器19进入发生器3。进入喷淋吸收器14上端的溶液质量流量与进入回热换热器19的溶液质量流量比为100～0.01，优选10～1。
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