CN202382475U - 制冷系统为开式的制冷、制热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制冷系统为开式的制冷、制热装置，它包括蒸发器和冷凝器，特点是，在蒸发器上连接有热源水输入管路和冷水冰水输出管路，在冷凝器上连接有冷却水输入管路和冷却水冷凝水输出管路，蒸发器和冷凝器之间设有热源水蒸气吸收排放装置，在蒸发器和冷凝器上设有真空保持系统，与传统制冷热泵机组相比，本实用新型是开放式的，制冷剂在真空状态下直接蒸发、冷凝，无需换热用导热材料，也不存在传热温差，且制冷剂不循环利用，所以无需制冷剂节流装置或冷剂泵，整个装置完全是环保的，另外，本实用新型冷凝产生的液态水是理想的淡水，因此本实用新型可广泛应用于海水淡化。

Description

制冷系统为开式的制冷、制热装置

技术领域

本实用新型涉及一种制冷系统为开式的制冷、制热装置，属制冷、热泵技术。 

背景技术

传统的蒸汽压缩式和吸收式制冷、制热装置的制冷系统是封闭式的，通过制冷剂在装置内部周而复始的循环达到制冷、制热的目的。在其基本制冷循环中，各方式制冷剂的流动方向为蒸发器1′→压缩机2′→冷凝器4′→节流装置3′→蒸发器1′（如图1）； 或者， 蒸发器1〞→吸收器2〞→溶液泵3〞→溶液热交换器5〞→发生器6〞→冷凝器7〞→节流装置8〞→蒸发器1〞（如图2）；或者，蒸发器1”→吸收器2”→溶液热交换器3”→节流装置4”→发生器5”→冷凝器6”→冷剂泵7”→蒸发器1”（如图3）。 

以上各制冷系统，制冷剂在机组内部循环，机组运行产生的冷或者热通过载冷剂输送到所需的场所，制冷剂本身不与其载冷剂接触，而是通过换热器与载冷剂进行热交换。受其运行机理的限制，封闭式循环需要采用导热材料制成的蒸发器和冷凝器，存在传热温差，制冷系统四大件缺一不可，而且只适合提取热源（如冷负荷、热源水）的显热、凝固热或者液化潜热，将热源降温、凝固、或者液化，不能将液态热源一部分汽化、剩余部分因被吸热而凝固，这是其一； 

其二，机组运行只产生冷或者热，没有别的产物；

另外，对于蒸汽压缩式制冷装置而言，它所采用的制冷剂也一般对环境具有破坏性的，如氟利昂制冷剂，这些制冷剂对大气的臭氧有破坏作用、产生温室效应，有些制冷剂还是可燃、有毒的。

发明内容

本实用新型旨在突破以上缺陷，提供一种制冷系统为开式的制冷、制热装置，将制冷系统设计为开式的，直接以大气环境中天然介质作为热源介质和制冷剂，让其在真空下蒸发、冷凝，实现制冷、制热、产生淡水功能。 

本实用新型的技术方案是：一种制冷系统为开式的制冷、制热装置，它包括蒸发器和冷凝器，特点是，在蒸发器上连接有热源水（同时也作为制冷剂）输入管路和冷水冰水输出管路，在冷凝器上连接有冷却水输入管路和冷却水冷凝水输出管路，蒸发器和冷凝器之间设有热源水蒸气吸收排放装置，热源水蒸气吸收排放装置通过管路分别与蒸发器和冷凝器连通，在蒸发器和冷凝器上设有真空保持系统。当冷凝器内的水蒸气冷凝压力大于大气压时，冷凝器也可不设真空保持系统。 

所述的热源水蒸气吸收排放装置可以为压缩机，系统由蒸发器、压缩机、冷凝器连接构成。 

所述的热源水蒸气吸收排放装置还可以为吸收器和发生器，吸收器和发生器之间设有溶液热交换器、节流装置，系统由蒸发器、吸收器、溶液热交换器、发生器、冷凝器、节流装置连接构成。 

与传统制冷热泵机组相比，本实用新型是开放式的，制冷剂在真空状态下直接蒸发、冷凝，开式制冷系统中的蒸发器和冷凝器均非传统换热器方式蒸发器和冷凝器，其蒸发器和冷凝器分别只是提供一个真空、气液分离空间和雾化吸收水蒸气的环境，无需换热用导热材料，也不存在传热温差。而且，制冷剂（即热源水）不循环利用，所以无需制冷剂节流装置或冷剂泵，整个装置完全是环保的。另外，本实用新型还具有一个十分显著的优点，就是冷凝产生的液态水是理想的淡水，因此本实用新型可广泛应用于海水淡化。 

下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细描述。 

附图说明

图1-传统蒸汽压缩式制冷系统的结构示意图； 

图2-传统第一类吸收式热泵制冷系统的结构示意图；

图3-传统第二类吸收式热泵制冷系统的结构示意图；

图4-本实用新型的开式蒸汽压缩式制冷系统的结构示意图；

图5-本实用新型的开式第一类吸收式热泵制冷系统的结构示意图；

图6-本实用新型的开式第二类吸收式热泵制冷系统的结构示意图。

附图（图4、图5、图6）图面说明： 

1蒸发器，2压缩机，3冷凝器，4冷却水冷凝水输出泵，5冷水冰水输出泵，6吸收器，7节流装置，8溶液热交换器，9发生器，10溶液泵，11热源水输入管路,12冷水冰水输出管路，13冷却水冷凝水输出管路，14热水输出泵，15热水输出管路。

具体实施方式

为了方便描述，实施例以水作为热源水和制冷剂进行说明，与水相似的流体均适合本实用新型。可作为本系统热源的包括淡水、海水、江河湖水、污水或者工业废水等。实施例中的结构形式包括蒸汽压缩式制冷、制热系统和吸收式热泵系统两大类。 

实施例1，参见图4，图4所示为开式蒸汽压缩式制冷系统。该系统主要由蒸发器1、压缩机2和冷凝器3连接构成。在蒸发器1上连接有热源水（同时也作为制冷剂）输入管路11和冷水冰水输出管路12，在冷凝器3上连接有冷却水输入管路和冷却水冷凝水输出管路13，作为开式系统，为了保证系统真空度，本开放系统根据需要还在蒸发器1和冷凝器3上装设有真空保持系统（如真空泵等）。 

其工作过程为：热源水通过热源水输入管路11进入蒸发器1，在真空环境下水沸腾蒸发产生水蒸气，水蒸气被压缩机2吸走。蒸发器1内，水由液态变成蒸汽过程要吸收热量，剩余的水因被吸收热量后温度降低，变成冷水或者冰水混合物，通过冷水冰水输出泵5由冷水冰水输出管路12带走，用于制冷。压缩机2压缩从蒸发器1吸入的水蒸气，使其压力和温度升高，变成过热蒸汽后进入冷凝器3。在冷凝器3内，该蒸汽被冷却水喷淋冷却重新变成液态水，通过冷却水冷凝水输出泵4由冷却水冷凝水输出管路13带走。水蒸气在液化过程中产生淡水、释放热量。该热量作为加热源，可用于供热，或者作为水源热泵的低位热源，而且冷凝产生的水是理想的淡水。因该系统为开式，制冷剂不循环利用，所以无需制冷剂节流装置。 

实施例2，参见图5，图5所示为开式第一类吸收式热泵制冷系统。与例1不同的是，本例的热源水蒸气吸收排放装置包括吸收器6和发生器9，吸收器6和发生器9之间设有溶液热交换器8、节流装置7，系统主要由蒸发器1、吸收器6、溶液泵10、节流装置7、溶液热交换器8、发生器9、冷凝器3连接构成。 

其工作过程为：热源水进入蒸发器1，在真空环境下水沸腾蒸发产生水蒸气，水蒸气被吸收器6吸走。蒸发器1内，水由液态变成蒸汽过程要吸收热量，剩余的水因被吸收热量后温度降低，变成冷水或者冰水混合物，通过冷水冰水输出泵5带走，用于制冷。在吸收器6内，水蒸气被吸收剂吸收，从气体变为液体，释放液化潜热。吸收器6内的吸收剂吸收水蒸气后浓度变稀，通过溶液泵10、经溶液热交换器8后进入发生器9。外界加热源加热发生器9使吸收剂浓缩，浓缩后的吸收剂经节流装置7后重新回到吸收器6。浓缩过程产生的水蒸气进入冷凝器3内，该蒸汽被冷却水喷淋冷却重新变成液态水，该冷凝过程也释放液化潜热。吸收器6和冷凝器3中制冷剂蒸汽液化过程所释放的潜热使冷却水温度升高，可作为加热源，而且冷凝产生的水是理想的淡水，通过冷却水冷凝水输出泵4带走。同样，作为开式系统，为了保证系统真空度，本开放系统根据需要在蒸发器1、冷凝器3、吸收器6上还装设有真空保持系统（真空泵等）。因该系统为开式，制冷剂不循环利用，所以制冷剂回路也无需冷剂泵和节流装置。 

由图5可知，本开式第一类吸收式热泵制冷系统因为吸收了热源水的热量，最终从吸收器6和冷凝器3所得到的热量大于外界加热源提供给发生器9的热量，属于增热型热泵机组。同时，从该热泵装置蒸发器1得到冷水或者冰水混合物，从冷凝器3得到冷凝产生的淡水。 

实施例3，参见图6，图6所示为开式第二类吸收式热泵制冷系统。该系统主要由蒸发器1、吸收器6、溶液热交换器8、节流装置7、发生器9、溶液泵10和冷凝器3连接构成。 

其工作过程为：热源水进入蒸发器1，在真空环境下水沸腾蒸发产生水蒸气，水蒸气被吸收器6吸走。蒸发器1内，水由液态变成蒸汽过程要吸收热量，剩余的水因被吸收热量后温度降低，变成冷水或者冰水混合物，通过冷水冰水输出泵5带走，用于制冷。在吸收器6内，水蒸气被吸收剂吸收，从气体变为液体，释放液化潜热，用于制热，通过热水输出泵14经由热水输出管路15送至需要加热的场所。吸收器6内的吸收剂吸收水蒸气后浓度变稀，经溶液热交换器8、节流装置7后进入发生器9。外界加热源（如热源水等）加热发生器9内稀溶液使吸收剂浓缩，浓缩后的吸收剂经溶液泵10后重新回到吸收器6。发生器9内溶液浓缩过程产生的水蒸气进入冷凝器3内，该蒸汽被温度低于加热源的冷却水喷淋冷却重新变成液态水，该冷凝过程也释放液化潜热，而且冷凝产生的水是理想的淡水，该水通过冷却水冷凝水输出泵4带走。同样，作为开式系统，为了保证系统真空度，本开式系统根据需要也在蒸发器1、冷凝器3、吸收器6上装设有真空保持系统（真空泵等）。因该系统为开式，制冷剂不循环利用，所以也无需冷剂泵和制冷剂节流装置。 

由图6可知，提供给本开式第二类吸收式热泵制冷系统的热量，一部分在低于热源水温度下冷凝释放，变为温度低于热源水的液态水（即冷凝水），被冷凝器3之冷却水带走，另一部分热量传递给温度高于热源水温度的热水，从吸收器6得到，属于升温型热泵机组。同时，从该热泵装置蒸发器1得到冷水或者冰水混合物，从冷凝器3得到冷凝产生的淡水。 

上述三种开式制冷系统均为制冷剂在真空状态下直接蒸发、冷凝，开式制冷系统中的蒸发器和冷凝器均非传统换热器方式蒸发器和冷凝器，其蒸发器和冷凝器分别只是提供一个真空、气液分离空间和雾化吸收水蒸气的环境，无需换热用导热材料，也不存在传热温差。而且，水既是热源，同时也是制冷剂，整个装置完全是环保的。 

将前面各实施例的共性概括起来，无论是开式蒸汽压缩式制冷装置还是开式吸收式热泵装置，它们共同之处是：蒸发器内，水在真空环境下直接沸腾蒸发，蒸发产生的水蒸气通过压缩机或者吸收器带走，剩余的水因为被水蒸气带走了热量，本身被冷却，变成冷水、冰水混合物，可应用于需要制冷的场所（如空调、蓄冰）或者人工造雪（雪还需通过造雪机用冰制成）。在冷凝器内，气态水直接被喷淋的冷却水冷凝成液态水，无论热源水是海水还是淡水，冷凝产生的液态水均为淡水，可满足缺乏淡水的地区使用，因此该装置还可广泛应用于海水淡化。冷凝、吸收过程释放出的热量可用于需要加热的场所（如取暖、提供卫生热水、工艺加热等）。 

图4、图5、图6所示制冷系统分别为开式蒸汽单级压缩式制冷系统、开式第一类单效吸收式热泵制冷系统、开式第二类单效吸收式热泵制冷系统。在具体实施过程中，为了提高系统的运行效率，满足不同需求，根据热源水的温度和需要的热水温度不同，各开式系统还可以分别有以下形式： 

一、对于开式蒸汽压缩式制冷系统

压缩机可为单级压缩、双级压缩和多级压缩，以适应在不同冷凝温度下对装置不同压缩比的需求。

二、对于开式第一、第二类吸收式热泵之制冷系统 

热泵系统可为单效、双效和多效，以适应不同热源水温度和加热源的温度，提高装置的运行效率。

以上两个系统可联合运行，也可分别与传统制冷装置串联使用，以适应不同使用条件、满足不同需求。 

Claims (4)

1.一种制冷系统为开式的制冷、制热装置，它包括蒸发器（1）和冷凝器（3），其特征是，在蒸发器（1）上连接有热源水输入管路和冷水冰水输出管路，在冷凝器（3）上连接有冷却水输入管路和冷却水冷凝水输出管路，蒸发器（1）和冷凝器（3）之间设有热源水蒸气吸收排放装置，热源水蒸气吸收排放装置通过管路分别与蒸发器（1）和冷凝器（3）连通，在蒸发器（1）上设有真空保持系统。

2.根据权利要求1所述的制冷系统为开式的制冷、制热装置，其特征是，热源水蒸气吸收排放装置为压缩机（2），系统由蒸发器（1）、压缩机（2）、冷凝器（3）连接构成。

3.根据权利要求1所述的制冷系统为开式的制冷、制热装置，其特征是，热源水蒸气吸收排放装置包括吸收器（6）和发生器（9），吸收器（6）和发生器（9）之间设有溶液热交换器（8）、节流装置（7），系统由蒸发器（1）、吸收器（6）、溶液热交换器（8）、发生器（9）、冷凝器（3）、节流装置（7）连接构成。

4.根据权利要求1所述的制冷系统为开式的制冷、制热装置，其特征是，在冷凝器（3）上设有真空保持系统。

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