用於吸收式供熱與製冷系統的製冷劑存儲裝置的製作方法
2023-09-16 11:03:10 2
專利名稱：用於吸收式供熱與製冷系統的製冷劑存儲裝置的製作方法
技術領域：
本發明總的涉及吸收式供熱與製冷系統，更具體地說，涉及用於該系統的製冷劑存儲裝置。
未經審查的日本專利No.62-178858中敘述了一種如上所述的製冷模式下的製冷劑調節系統的示例，該專利被轉讓於日本東京的Ebara有限公司。在後者的申請中，揭示了一種吸收式機器，其中系統冷凝器和系統蒸發器之間的液態製冷劑的重力流動可響應於某些檢測到的系統的相關條件進行控制，例如溶液在離開吸收器時的溫度。液態製冷劑的蓄液池設置在冷凝器的內部，在正常運行條件下通過一第一流徑將製冷劑提供給蒸發器。當檢測到需要增加製冷劑數量的運行條件時，打開一第二流徑，所述第二流徑從冷凝器的貯液槽向蒸發器提供附加的製冷劑。
在美國專利No.6,067,807中敘述了另一種製冷劑調節系統的示例，該專利被轉讓於本發明，這裡將援引其作為參考。在後一專利中，揭示了一種吸收型機器，其中製冷劑存儲在一存儲槽中，該存儲槽與冷凝器貯液槽分離，並藉助一製冷劑排放管線將製冷劑注入該存儲槽。響應於檢測到需要附加製冷劑的要求，在微處理器的控制下將製冷劑排出存儲槽以維持所需的製冷劑濃度。
在美國專利No.5,806,325(Furukawa等人)中敘述了一種製冷劑調節系統的示例，該系統特別適合在一吸收型制冷機中使用。在該專利中，敘述了一種吸收型制冷機，其中具有一系列孔的水閘在冷凝器中形成一蓄液池，所述諸孔可使製冷劑的排放速度發生變化，使之成為製冷劑的冷凝速度並從而成為製冷劑必須維持的製冷負荷的函數。
在上述製冷模式期間，除了需要一適合負荷波動的製冷劑存儲裝置，還需要一種在以製冷模式運行期間存儲製冷劑，在以供熱模式運行期間排放製冷劑給系統的裝置。也就是說，在以供熱運行模式期間，溶液最好按系統允許的容量稀釋。因此，當吸收式供熱與製冷系統從以製冷模式運行轉變為以供熱模式運行時，最好儘可能多地加入附加的製冷劑。根據已有技術，附加的製冷劑可使系統在供熱模式下以三種方式中的任何一種方式高效地運行。
一種方法是提供一蒸發器貯液槽，該蒸發器貯液槽的大小足以存儲以製冷模式運行時未使用的製冷劑。該方法的問題在於蒸發器會不必要地增大以容納較大的貯液槽，因而使費用增加並顯著地增加了系統的佔地面積。
另一種方法是將存儲槽置於冷凝器的容器中。儘管該方法可較好地將製冷劑存儲在蒸發器中，但由於所需的冷凝器容器要大於通常情況所需的容器，因此仍然不盡如人意。在2000年1月27日提交的共同待批的美國專利申請No.09/491,667中示出了該方法的一種示例，該專利申請被轉讓於本發明，在此將援引其作為參考。在本申請中，揭示了一種吸收式機器，其中在以製冷模式運行期間，將製冷劑存儲在冷凝器中的蓄液池中，當系統轉變成以供熱模式運行時，用一閥門來排空製冷劑，使製冷劑進入蒸發器的貯液槽中。還提到蓄液池可位於冷凝器的外部，但在任何情況下，其位置應可通過重力作用使製冷劑從冷凝器中注入該蓄液池。也就是說，為了避免使用水泵，該蓄液池應當垂直地位於冷凝器的下方。該要求將明顯地約束設計的可能性並嚴格地限制設計者為使製冷劑的存儲位置更為方便、實用和經濟的努力。
本發明的一方面提供了一種具有製冷劑存儲槽的吸收型供熱和冷卻系統，該存儲槽的容量足以存儲以製冷模式運行時系統排出的製冷劑，使製冷運行更為高效，該存儲槽可位於冷凝器的垂直上方，從而使設計者在系統中多種構件的空間設置上具有更大的靈活性。
本發明的另一方面是本發明的吸收式系統是一具有高溫和低溫發生器的雙效機器。高溫發生器通過流體與存儲槽相連，以使製冷劑蒸汽從高溫發生器向低溫發生器流動，製冷劑蒸汽在低溫發生器中釋放熱量並轉變成液態，液態製冷劑隨後將向製冷劑存儲槽流動。即使存儲槽位於相對較高的位置，高溫發生器和製冷劑存儲槽之間的壓力差也足以使液態製冷劑流入存儲槽。
本發明的又一方面是存儲槽具有一溢流結構，設置該溢流結構以存儲預定容量的製冷劑，任何額外流入存儲槽的製冷劑將溢入導管並通過重力作用向蒸發器的貯液槽流動。設置一閥門，使存儲槽與導管流體相連，因而當閥門打開時，存儲的製冷劑從槽中排出，並通過導管向蒸發器的貯液槽流動。
本發明的又一方面是冷凝器與通向蒸發器貯液槽的導管流體相連，因而在以製冷模式運行期間，冷凝器中形成的冷凝物通過重力作用向蒸發器的貯液槽流動。
在下文所述的附圖中，描述了一較佳實施例；然而，在不背離本發明的實質精神和範圍的情況下，可以對本發明進行種種其它的修改和結構替代。
請參見圖2，該圖是一種已有的吸收式系統的示意圖，該系統是可在
圖1的機器10中使用的多種系統之一，它處於兩級並聯循環的溶液迴路的情況下。其它種類的吸收式系統可使用更多的級數，可使用串聯而不是並聯循環，也可以是直接或間接起動的裝置。因此，應予理解的是圖2的吸收式系統包括多種吸收式系統之一的、具有代表性的系統，可對這些系統進行選擇，以便為本發明的敘述提供敘述性的背景。本發明的製冷劑控制裝置可應用於這些供熱與製冷系統中的任何一種，這將在下面進行更充分的解釋。
圖2的吸收式系統包括一封閉的流體系統，該流體系統可根據製冷劑-吸收劑溶液中吸收劑的濃度和系統中的液體總量，在製冷模式或供熱模式下運行。當圖2的系統以製冷模式運行時，溶液最好具有濃度相對較高的第一吸收劑，即溶液相對較濃或缺乏製冷劑，系統中的液體總量相對較小。當圖2的系統以供熱模式運行時，溶液最好具有濃度相對較低的第二吸收劑，即溶液相對較稀或富含製冷劑，系統中的液體總量相對較大。在下面對系統以這些模式運行的簡短敘述中，假設機器10用水作為製冷劑，用對水親和力較高的溴化鋰作為吸收劑。
圖2所示的吸收式系統包括一蒸發器19和一吸收器20，它們並排地安裝在公用外殼21中。當系統以製冷模式運行時，過程中使用的液態製冷劑在蒸發器中汽化，蒸發器中的液態製冷劑從流體(通常是水)中吸收熱量，並使流體變冷。一冷凍水管線23將變冷的水帶過蒸發器。蒸發器中形成的汽化製冷劑通過吸收器，並在吸收器中與吸收劑結合，以形成一稀溶液。藉助一水管線24將吸收過程中形成的熱量帶出吸收器。
藉助一溶液泵25將吸收器中形成的稀溶液吸出。一輸送管線29使該溶液通過串聯的一第一低溫溶液換熱器27和一第二高溫溶液換熱器28。系統中使用從系統的兩發生器返回至吸收器的、相對較濃的溶液與該溶液進行熱交換，藉此在溶液移入發生器時升高稀溶液的溫度，這將在下面進行更為詳細的解釋。
一旦溶液離開低溫溶液換熱器，藉助低溫溶液管線31將一部分溶液送至低溫發生器36。藉助溶液管線29將其餘溶液從高溫溶液換熱器28送至高溫發生器16。儘管圖2中並未示出，但可用燃燒器對高溫發生器中的溶液進行加熱，以使製冷劑汽化，因而使其離開溶液。高溫發生器16產生的製冷劑蒸汽經由蒸汽管線35穿過低溫發生器36通向冷凝器38。低溫發生器36將附加的製冷劑蒸汽加入冷凝器38，該低溫發生器與系統冷凝器38一同置於外殼37中。在低溫發生器中，通過蒸汽管線35的汽化製冷劑對從管線31進入的稀溶液進行加熱，並加入高溫發生器產生的製冷劑蒸汽。在冷凝器中，兩發生器產生的製冷劑蒸汽與通過管線24的冷卻水進行熱交換，並冷凝成液態製冷劑。
藉助冷凝製冷劑出口管線50通過重力作用將正在冷凝器中冷凝的製冷劑提供給一噴淋頭39，該噴淋頭位於蒸發器19的頂部。一旦將製冷劑噴入蒸發器，一部分製冷劑將汽化以冷卻流經冷凍水管線23的水，其餘製冷劑將匯集在蒸發器的貯液槽44中。一吸入管線46將一冷卻泵43與蒸發器19的貯液槽44相連，該冷卻泵的設置可藉助供應管線47使匯集在貯液槽中的液態製冷劑返回至噴淋頭39。也可對蒸發器19進行設計，以使冷凝的製冷劑藉助一適當的J型管52(圖中以虛線示出)繞過噴淋頭39，並直接到達貯液槽44。在使用後一種蒸發器的系統中，製冷泵43藉助管線47提供所有噴淋在冷凍水管線23上的製冷劑。
從兩發生器流回至吸收器的濃吸收劑溶液可以在吸收式循環中重新使用。在其流回途中，高溫發生器產生的濃溶液藉助溶液回流管線40穿過高溫溶液換熱器28和第二低溫溶液換熱器27。通過一補給管線42將離開低溫發生器的濃溶液連入溶液回流管線，所述補給管線在第二溶液換熱器的入口處進入回流管線。
在使用未經審查的日本專利No.62-178858和美國專利No.5,806,325(Furukawa等人)所述的製冷模式下的製冷劑調節系統的供熱與製冷系統中，圖2所示的冷凝器設有一冷凝器貯液槽(圖中未示出)，該冷凝器貯液槽位於冷凝器38與冷凝的製冷劑出口管線50相連點的附近。對該冷凝器貯液槽進行設計，以存儲大量液態製冷劑，所述液態製冷劑恰好足以對溶液的濃度進行必要的調節，以保證系統在冷卻負荷隨時間波動的條件下的最佳運行效率。響應於諸如吸收器出口處的溶液溫度的系統變量，藉助一可控制的閥門和特定設置的排水管線(圖中未示出)，從冷凝器貯液槽向蒸發器貯液槽排放附加的製冷劑，來實現所述的調節。當冷凝器中的冷凝製冷劑的數量超過該冷凝器貯液槽的容量時，冷凝器貯液槽中的製冷劑將溢入製冷劑出口管線50(或52)，並以上述方式提供給蒸發器。由於上面所引用的參考中詳細地敘述了這種調節系統，因此這裡不再對它們進行進一步的討論。
圖2所示的供熱與製冷系統也可以供熱模式運行，如果系統中製冷劑的總體數量增加，將使蒸發器19中的製冷劑上升到足以溢出隔板P並流入吸收器20的必要數量。在後一種條件下，由於流入蒸發器19的冷凝製冷劑不會汽化，並因此不會從流經管線23的液體中吸收熱量。作為代替，熱的、剛冷凝的製冷劑以直接傳導的方式與流經管線23的水進行熱傳遞，藉此使該熱量提供給要進行加熱的空間。系統傳送至流經管線24的水中的熱量也可傳送至將要進行加熱的空間中。因此，可以預見到圖2所示的系統可根據系統中使用的溶液是缺乏製冷劑(即吸收劑濃度相對較高的第一溶液)還是富含製冷劑(即吸收劑濃度相對較低的第二溶液)對將要加熱的空間進行供熱與製冷。於是，增加或減少系統中與濃度之間的差異所對應的製冷劑的數量，並適當變化管線23和24的連接，可使系統從以製冷模式運行轉變為供熱運行模式，然後再轉變回來。
至今為止，為了使系統從以製冷模式運行轉變為以供熱模式運行，可以通過冷凝器中的蓄液池或冷凝器外部的垂直下方的蓄液池來存儲製冷劑，從而不再需要水泵，而是通過重力作用從冷凝器向槽供應冷凝物。
現在將結合圖3至5進行解釋，本發明包括一製冷劑控制裝置，該裝置可提供一種新的、簡易的、實用的和廉價的存儲製冷劑的方法，可結合圖2來敘述這種具有代表性的在供熱與製冷系統中存儲製冷劑的方法。
請參見圖3，圖中示出了一種結合圖2來敘述的供熱與製冷系統，圖中已經對該系統進行了修改以便包括本發明的一實施例。圖3所示的系統大體上類似於圖2所示的系統，除了圖3所示的部分系統之外，用相似的數字來標註相似的運行部件，所述部分系統包括一製冷劑存儲裝置60，可以看到該製冷劑存儲裝置垂直地位於冷凝器38的上方，下文中將完整地敘述其將被移動的位置。根據本發明，製冷劑存儲裝置60包括一具有足夠的存儲容量的槽62，在以製冷模式運行下，如果將足夠數量的製冷劑排入供熱與製冷系統10，會使從其第一或製冷模式的濃度至其第二或供熱模式的濃度的溶液濃度的穩定狀態降低。製冷存儲裝置60還包括一溢流結構64，該溢流結構包括一水閘、豎管或類似裝置，當槽中製冷劑的數量超過其存儲容量時，所述裝置可使液態製冷劑從槽62中流出，並通過管線65、67和52流入蒸發器貯液槽44。最後，製冷劑存儲裝置60包括一閥門66，當供熱與製冷系統從以製冷模式運行轉變為供熱運行模式時，槽62中的製冷劑將通過該閥門和管線67和52從槽62向蒸發器19傳送。
因此，可以預見到高溫發生器將直接向製冷劑存儲槽62提供製冷劑，而不是象已有技術那樣由冷凝器提供製冷劑。也就是說，高溫發生器16中產生的製冷劑蒸汽沿著管線35首先通過低溫發生器36，製冷劑蒸汽在低溫發生器中冷凝成液態。液態的製冷劑隨後沿管線68通過諸如一小孔、一擴張的閥門或類似裝置的節流圈69以及管線70到達存儲槽62。節流圈69的尺寸可使製冷劑以液態流入槽62。
因此，本發明使用高溫發生器產生的製冷劑蒸汽的高壓將製冷劑的冷凝物移向位於冷凝器的垂直上方的槽中，因而促使系統中各構件的相對定位設計具有更大的靈活性。通常來說，當系統處於滿負荷時，高溫發生器中的壓力為740mmHg左右，但在低溫發生器處於滿負荷時的壓力為50mmHg左右。可以預見到，由於通過管線71與管線67相連的冷凝器38可通過管線52將其冷凝物排向蒸發器貯液槽，因此槽62中的壓力與低溫發生器中的壓力基本相同。因此，在滿負荷時將產生690mmHg左右的壓力差，以使液態製冷劑流入槽62。在部分負荷的條件下，高溫發生器中的壓力處於250-300mmHg的範圍中，低壓發生器中的壓力則為50mmHg。因此，即使在部分負荷的條件下，也將產生200mgHg左右的壓力差，即使在存儲槽位於冷凝器上方時，該壓力差也將足以使冷凝物向該存儲槽流動。節流圈69的尺寸取決於放置在冷凝器上方的存儲槽62的特定垂直高度，節流圈所選擇的尺寸也將適合該垂直高度。在部分負荷的條件下，高溫發生器和製冷劑存儲槽之間的壓力差最好保持在50mmHg之上。
當圖3的系統處於以製冷模式運行時，閥門66被關閉。在該條件下，槽62保持裝滿狀態，藉此使系統中的製冷劑不足以使系統在相對較高的吸收劑濃度中運行，從而確保在該模式下的高效運行。當系統處於供熱運行模式時，閥門66被打開。在該條件下，槽62實際上是空的，藉此在系統循環中保留足夠的製冷劑，以使系統在相對較低的吸收劑濃度中運行，從而確保該模式的高效運行。當閥門66被打開之後，一旦該閥門再次關閉，冷凝的製冷劑將匯集在槽62中，直至從系統中提取出足夠的製冷劑，使適於冷卻運行模式的、相對較高的吸收劑濃度得以恢復。因此可以預見到，無需使用已有技術所使用的水泵、水泵開關、浮閥等裝置，只要通過閥門66的打開和關閉，就可以使圖3中的系統從以製冷模式運行轉變為供熱運行模式，然後再轉變回來。
如圖4所示，閥門66位於槽62的下方，並藉助製冷劑管線72和73以支路或並聯的方式與水閘64相連。閥門66下方的槽62確保系統從以製冷模式運行轉變為以供熱模式運行時，槽62可以完全倒空。水閘64和閥門66之間的並聯關係確保關閉或打開閥門時，製冷劑可藉助管線52向蒸發器流動。
現在請參見圖5，圖中示出了一典型的吸收式供熱與製冷系統，該系統已經被設計成適合於本發明的系統。與圖1實施例相似，系統的區域13包括高溫發生器，該高溫發生器可直接或間接地進行起動，而區域12則包括一蒸發器18、一吸收器24、一低溫發生器36和一冷凝器38，以及換熱器27和28、水泵25和43。然而與圖1實施例不同的是，內藏有存儲槽62的容器包括低溫發生器36和冷凝器38。可以看到存儲槽62垂直地位於冷凝器38的上方，因而它不能象已有技術那樣通過重力作用使製冷劑從冷凝器中流入。如上所述，存儲槽62藉助管線35與高壓、高溫發生器16直接互連，以實現將液態製冷劑注入所述存儲槽。
在62A處示出了存儲槽的另一替代位置，冷凝器38和存儲槽62似乎處於相同的垂直高度上，然而存儲槽62A的某些部分處於冷凝器38的垂直高度的上方，以使兩者之間的互連不會導致液態製冷劑單獨通過重力作用從冷凝器38向存儲槽62A傳送。然而，本發明將有利於這種存儲槽62A的布置。當然，本技術領域中的熟練人士還會想到其它的位置。
在結合兩級並聯循環的吸收式供熱與製冷系統對本發明的製冷劑存儲裝置進行敘述時，也可以結合各種其它類型的任何供熱與制冷機器進行敘述，包括三級、串聯繫統及其它類型的系統。這是因為這些系統的發生器和換熱器的數量以及換熱器相互之間的連接和與吸收器的連接，使各類系統相互之間具有較大的差異，但不是因為這些系統的冷凝器與蒸發器的連接而造成的。對本發明而言，後者的連接更為重要，因此可以預見到本發明的製冷劑存儲裝置可應用在所有系統中，並且不必考慮系統的級數或其中使用的循環類型。因此，為了避免不必要的重複，這裡將不再詳細敘述本發明在其它類型的系統中的應用。儘管如此，應予理解的是這些系統都處於本發明的考慮之中。
權利要求
1.一種吸收式系統，所述系統具有高、低溫發生器；一冷凝器，所述冷凝器與低溫發生器在一起；一吸收器；以及一具有貯液槽的蒸發器，連接所有部件以形成一閉合的流體系統，即一改進的製冷劑存儲系統，其中，一製冷劑存儲槽，所述製冷劑存儲槽垂直地位於所述冷凝器的上方，在以冷模式運行期間，所述製冷劑存儲槽的存儲容量足以存儲一定量的液態製冷劑，該一定量的液態製冷劑在以供熱模式運行下排放出來時，足以降低吸收劑的濃度，以便在以供熱模式運行下使系統高效地運行；流體互連裝置，所述流體互連裝置位於高溫發生器、低溫發生器和所述製冷劑存儲槽之間，可使製冷劑的蒸汽從所述高溫發生器流向所述低溫發生器，製冷劑的蒸汽在所述低溫發生器中得到冷凝，並使生成的液態製冷劑流向所述製冷劑存儲槽。
2.如權利要求1所述的製冷劑存儲系統還包括排放裝置，當系統從以製冷模式運行向以供熱模式運行轉變時，所述排放裝置可有選擇地將存儲的製冷劑從所述製冷劑存儲槽向所述蒸發器貯液槽傳送。
3.如權利要求1所述的製冷劑存儲系統還包括溢流結構，當存儲槽中的液態製冷劑的數量超過預定的存儲容量時，所述溢流結構可使製冷劑流出所述製冷劑存儲槽並流入所述蒸發器貯液槽。
4.如權利要求1所述的製冷劑存儲系統，其特徵在於，所述低溫發生器和所述製冷劑存儲槽之間的所述流體互連裝置包括一節流圈，所述節流圈可用來限制製冷劑蒸汽向所述製冷劑存儲槽流動。
5.如權利要求2所述的製冷劑存儲系統，其特徵在於，所述製冷劑存儲槽和所述蒸發器貯液槽之間的所述排放裝置與所述冷凝器相連，以使冷凝物從所述冷凝器向所述蒸發器貯液槽流動。
6.如權利要求1所述的製冷劑存儲系統，其特徵在於，在吸收式系統的部分負荷運行期間，所述高溫發生器和所述製冷劑存儲槽之間的最小壓力差至少為150mmHg。
7.一種用於吸收式供熱與製冷系統的製冷劑存儲裝置，所述製冷劑存儲裝置包括一冷凝器；一吸收器；一具有貯液槽的蒸發器；以及高、低溫發生器，連接所有部件以形成一閉合的流體系統，所述系統可有選擇地在製冷和供熱模式運行之間轉變，其中，一製冷劑存儲槽，它具有充分的容量，在以製冷模式運行期間，可存儲一定量的製冷劑，當該一定量的製冷劑在以供熱模式運行期間排入系統時，可使系統高效地運行，所述製冷劑存儲槽垂直地位於所述冷凝器的上方；以及流體互連裝置，位於高溫發生器和製冷劑存儲槽之間的所述流體互連裝置用來將製冷劑的蒸汽從所述高溫發生器導向所述低溫發生器，製冷劑的蒸汽在所述低溫發生器中冷凝成液態，並將生成的液態製冷劑從所述低溫發生器向所述製冷劑存儲槽引導。
8.如權利要求7所述的製冷劑存儲裝置還包括排放裝置，當系統從以製冷模式運行向以供熱模式運行轉變時，所述排放裝置可有選擇地將存儲的製冷劑從所述製冷劑存儲槽向所述蒸發器貯液槽傳送。
9.如權利要求7所述的製冷劑存儲裝置還包括溢流結構，當存儲槽中的液態製冷劑的數量超過預定的存儲容量時，所述溢流結構可使製冷劑流出所述製冷劑存儲槽並流入所述蒸發器貯液槽。
10.如權利要求7所述的製冷劑存儲裝置，其特徵在於，所述流體互連裝置包括一節流圈，所述節流圈位於所述低溫發生器和所述製冷劑存儲槽之間，它可用來限制製冷劑蒸汽向所述製冷劑存儲槽流動。
11.如權利要求8所述的製冷劑存儲裝置，其特徵在於，所述製冷劑存儲槽和所述蒸發器貯液槽之間的所述裝置與所述冷凝器相連，以使冷凝物從所述冷凝器向所述蒸發器貯液槽流動。
12.如權利要求7所述的製冷劑存儲裝置，其特徵在於，在吸收式系統的部分負荷運行期間，所述高溫發生器和所述製冷劑存儲槽之間的最小壓力差至少為150mmHg。
全文摘要
在兩級吸收式供熱與製冷系統中,具有一製冷劑存儲裝置,該製冷劑存儲裝置可用來將以製冷模式運行轉變為以供熱模式運行,並垂直地位於冷凝器上方,不用水泵,就可使製冷劑充滿該槽。高溫發生器與製冷劑存儲槽通過流體直接相連來實現上述過程,以使從高溫發生器中流出的製冷劑蒸汽在低溫發生器中得到冷凝之後,高溫發生器和製冷劑存儲槽之間的壓力差使冷凝的製冷劑向製冷劑存儲槽流動。當系統從以製冷模式運行向以供熱模式運行轉變時,所設置的一閥門可有選擇地將製冷劑從存儲槽排向蒸發器貯液槽。
文檔編號F25B15/00GK1358974SQ0114386
公開日2002年7月17日 申請日期2001年12月12日 優先權日2000年12月15日
發明者D·S·希恩 申請人:開利公司