吸收式製冷循環系統及製冷方法

2023-10-30 03:34:32

專利名稱：：吸收式製冷循環系統及製冷方法
技術領域：
：本發明涉及一種熱能工程領域的吸收式製冷循環技術，特別涉及一種系統以及製冷方法。
背景技術：
：請參閱圖1所示，現有的吸收式製冷循環系統，利用吸收溶液在一定條件下能析出低沸點組分的蒸氣，在另一條件下又能強烈地吸收低沸點組分蒸氣這一特性完成製冷循環。目前吸收式制冷機中多採用二元溶液作為工質，習慣上稱低沸點組分為製冷劑，高沸點組分為溴化鋰，二者組成工質對，一般採用水-溴化鋰工質對。現有的吸收式製冷循環系統主要包括內設換熱器110的發生器11、內設換熱器120的冷凝器12、內設換熱器130的蒸發器13和內設換熱器140的吸收器14，另外還有作為輔助設備的吸收溶液自換熱器150、吸收溶液泵以及節流器(圖中未示)等。發生器11和冷凝器12通過蒸氣通路19相連，蒸發器13和吸收器14通過蒸氣通路18相連。吸收溶液通過吸收溶液管道16和15在發生器11和吸收器14之間進行循環。現有的吸收式製冷循環的工作過程包括(1)利用驅動熱源(如水蒸氣、熱水及燃氣等)在發生器11中加熱從吸收器14輸送來的具有一定濃度的溴化鋰溶液，並使溴化鋰溶液中的水蒸發出來，形成的濃溴化鋰溶液循環到吸收器14中。(2)水蒸氣通過蒸氣通路19進入冷凝器12中，又被換熱器120中的冷卻工質冷凝成冷凝水。(3)該冷凝水經冷凝水管道17進入蒸發器13中，吸收換熱器130中工質的熱量而成為低壓水蒸氣，換熱器130中的工質的熱量#:吸收後溫度降低，從而成為該吸收式製冷循環系統對外輸出的冷量。(4)上述的低壓水蒸氣通過蒸氣通路18進入發生器14，被來自發生器ll中的濃淡化鋰溶液吸收並產生吸收熱，同時溴化鋰溶液的濃度降低，所述的吸收熱由換熱器140內冷卻工質帶走，低濃度的溴化鋰溶液循環至發生器11中。上述的溴化鋰溶液循環過程中在吸收溶液自換熱器150中進行熱交換。以上所述的現有的吸收式製冷循環系統，為實現發生器ll中對溴化鋰溶液進行濃縮，必須通過換熱器110對溴化鋰溶液進行加熱，以得到高濃度的溴化鋰溶液，所以該製冷循環系統必須在發生器投入來自外部的高溫熱源即驅動熱源。這不僅限制了該製冷循環製冷係數的提高，還在熱源資源缺乏的地區，限制了該製冷循環系統的應用。
發明內容本發明的主要目的在於克服現有吸收式製冷循環系統和製冷方法存在的問題，而提供一種驅動熱源自供式的吸收式製冷循環系統以及製冷方法，實現向外輸出冷量，從而顯著提高製冷係數即能量效率，更加適於實用，且具有產業上的利用價值。本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種吸收式製冷循環系統，其包括發生器，其內設有換熱器；冷凝器，其內設有換熱器；蒸發器，其內設有換熱器；以及吸收器，其內設有換熱器；其還包括溴化鋰結晶器，該溴化鋰結晶器具有吸收溶液入口、吸收溶液出口和結晶輸出口，該吸收溶液入口連接於吸收器的吸收溶液出口，該吸收溶液出口連接於發生器的吸收溶液入口，該結晶輸出口連接於吸收器的吸收溶液入口；所述的發生器的換熱器與吸收器的換熱器相連接，形成熱循環迴路，用於將吸收器中產生的吸收熱輸送至發生器中。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。優選的，前述的吸收式製冷循環系統，其中所述的熱循環回^Oi設有外部熱源加熱裝置，用於補償由於散熱損失等引起的發生器熱量的不足部分。優選的，前述的吸收式製冷循環系統，還包括由溴化鋰結晶-蒸發器、壓縮機、吸收溶液換熱-冷凝器、節流閥以及壓縮式製冷工質管道構成的壓縮式製冷子系統，用於向上述溴化鋰結晶器提供冷量本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種吸收式製冷方法，其包括以下步驟(1)在發生器中加熱吸收溶液，濃縮吸收溶液同時產生蒸氣，並將上述蒸氣引入到冷凝器；(2)在冷凝器中冷凝上述發生器產生的蒸氣，並將冷凝水輸送至蒸發器中；(3)在蒸發器中上述的冷凝水蒸發，同時吸收製冷工質的熱量，所產生的蒸氣引入到吸收器中，所述製冷工質獲取冷量後被輸出；(4)在吸收器中來自發生器的吸收溶液吸收來自蒸發器的蒸氣並產生吸收熱，吸收溶液濃度降低後被輸送至溴化鋰結晶器中；(5)在溴化鋰結晶器中進行溴化鋰冷卻結晶和固液分離，固液分離後的溶液輸送至發生器中，固液分離後的結晶與來自發生器的濃縮後的吸收溶液混合後輸送至吸收器中；(6)在吸收器和發生器之間進行熱循環，將吸收器中產生的吸收熱作為發生器的驅動熱源輸送至發生器中。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。優選的，前述的吸收式製冷方法，還包括對所述的吸收器輸出的吸收溶液和溴化鋰結晶器輸出的吸收溶液進行熱交換。優選的，前述的吸收式製冷方法，還包括在所述的步驟(6)的熱循環過程中，通過外部熱源補償發生器熱量的不足部分。優選的，前述的吸收式製冷方法，通過壓縮式製冷循環向上述的步驟(5)提供溴化鋰冷卻結晶所需的冷量。本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，本發明的吸收式製冷循環系統以及製冷方法，由於具有了溴化鋰結晶器，並且吸收器所產生的熱量通過熱循環迴路直接供給發生器，從而可以省去現有吸收式製冷循環所需的外部驅動熱源，實現驅動熱源自供而進行吸收式製冷循環，從而更加適於實用。另外的，與現有的吸收式製冷循環不同，本發明無需使用冷卻水對吸收器進行冷卻，因而可以大幅度減輕冷卻塔的運行負荷，同時節約水資源。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的6技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。圖l是現有的吸收式製冷循環系統的流程圖。圖2是本發明的吸收式製冷循環系統的實施例1的流程圖。11:發生器12:冷凝器13:蒸發器14:吸收器17:冷凝水管道18、19:蒸氣通^各20、30:吸收溶液管道40:分離液管道50:含結晶溶液管道60:熱循環工質管道110、120、130、140:換熱器141溴化鋰結晶器142:混合器150吸收溶液自換熱器160:外部熱源加熱裝置200溴化鋰結晶-蒸發器210:220吸收溶液換熱-冷凝器230:節流閥240壓縮式製冷工質管道具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的吸收式熱泵系統其具體實施方式、結構、特徵及其功效，詳細i兌明如後。請參閱圖2所示，是本發明實施例1的吸收式製冷循環系統的流程圖，該吸收式製冷循環系統，包括發生器11、冷凝器12、蒸發器13以及吸收器14，採用水-溴化鋰工質對作為吸收溶液。發生器ll用於濃縮吸收溶液，其內設有換熱器110，在該換熱器110通入來自吸收器14中的換熱器140的熱循環工質，從而使吸收溶液的溴化鋰濃度提高，其所產生的蒸氣通過蒸氣通路19引入到冷凝器12內。發生器11出口吸收溶液通過吸收溶液管道20進入到吸收器14內，而吸收器14出口吸收溶液通過吸收溶液管道30進入到發生器11內。通過吸收溶液管道20、30使吸收溶液在發生器11和吸收器14之間循環。所述的冷凝器12用於冷卻從發生器11產生的蒸氣使其轉變為冷凝水，其內設有換熱器120,冷卻水通入換熱器120中用於吸收冷凝器12中蒸氣的冷凝熱並使其冷凝為冷凝水，上述的冷卻水溫度升高後流出冷凝器12。冷凝器12所產生的冷凝水通過冷凝水管道17引入到蒸發器13內。所述的蒸發器13用於將來自冷凝器12的冷凝水轉化為蒸氣，所產生蒸氣通過蒸氣通路18引入到吸收器14內。蒸發器13內設有換熱器130，在換熱器130中通入製冷工質，該製冷工質放熱後溫度降低，成為可被利用的低溫輸出冷量，從而實現本製冷循環系統的製冷功能。上述的冷量為上述流出蒸發器的製冷工質與流入蒸發器的製冷工質的焓差。所述的吸收器14內設有換熱器140,在吸收器14中來自發生器11的濃吸收溶液吸收來自蒸發器13中的蒸氣並產生吸收熱，從而提高換熱器140中的熱循環工質的溫度，該換熱器140與發生器11中的換熱器110由熱循環工質管道60相連形成熱循環迴路，以便使吸收器14產生的吸收熱作為發生器的驅動熱源供應給發生器11。在熱循環迴路上設置有外部熱源加熱裝置160，用於補償由於散熱損失等引起的發生器熱量的不足部分。根據吸收式製冷循環的原理，提高吸收器吸收溶液的溴化鋰濃度是提高吸收器所產生吸收熱溫度的有效手段，而降低發生器吸收溶液的溴化鋰濃度則是降低發生器所需驅動熱源溫度的有效手段。為此，本實施例1在吸收器14和發生器11之間設置吸收溶液自換熱器150、溴化鋰結晶器141和混合器142。發生器11出口吸收溶液通過吸收溶液管道20經混合器142進入到吸收器14,而吸收器14出口吸收溶液通過吸收溶液管道30，經吸收溶液自換熱器150進入到溴化鋰結晶器141。在溴化鋰結晶器141中採用低溫冷量對吸收溶液進行冷卻結晶，由於溴化鋰水溶液達到凝固點時會出現結晶，凝固點溫度越低液相的溴化鋰平衡濃度就越低，因此，通過冷卻結晶，無論冷卻結晶前的吸收溶液溴化鋰濃度有多高，結晶後液相的溴化鋰濃度可達到或接近冷卻溫度下的溴化鋰平衡濃度。溴化鋰結晶器141所釆用的低溫冷量可由壓縮式製冷循環子系統提供。壓縮式製冷循環子系統包括壓溴化鋰結晶-蒸發器200、壓縮機210、吸收溶液換熱-冷凝器220、節流閥230以及壓縮式製冷工質管道240。壓縮式製冷工質在吸收溶液換熱-冷凝器220進行冷凝後，經節流閥230，在溴化鋰結晶-蒸發器20G中進行蒸發，從而實現為溴化鋰結晶器141提供低溫冷量。溴化鋰結晶-蒸發器200出口壓縮式製冷工質的蒸氣經壓縮機210壓縮後進入吸收溶液換熱-冷凝器220，從而完成壓縮式製冷循環。由於部分溴化鋰的結晶析出，在溴化鋰結晶器141固液分離後的分離液的溴化鋰濃度得到了降低。上述分離液通過分離液管道50，經吸收溶液換熱-冷凝器220和吸收溶液自換熱器150被引入到發生器11中。另一方面，在溴化鋰結晶器141固液分離後的含結晶溶液通過含結晶溶液管道40，經吸收溶液換熱-冷凝器22G、吸收溶液自換熱器150被引入到混合器142。吸收溶液自換熱器150的作用在於使來自吸收器14的溫度較高的吸收溶液與來自溴化鋰結晶器的溫度較低的分離液和含結晶溶液進行熱交換，從而提高供給發生器11和混合器142的溶液溫度，同時降低供給溴化鋰結晶器的吸收溶液的溫度。而吸收溶液換熱-冷凝器220的作用在於使壓縮式製冷循環子系統壓縮機210出口的溫度較高的壓縮式製冷工質蒸氣與溴化鋰結晶器141出口的溫度較低的分離溶和含結晶溶液進行熱交換，從而使上述製冷工質蒸氣冷凝，同時部分或全部融解溴化鋰結晶並提高溶液溫度。通過發生器11的濃縮，溴化鋰濃度得到了提升的發生器11出口吸收溶液通過吸收溶液管道20被引入到混合器142中與含結晶溶液混合，然後一起被引入到吸收器14中。本發明可分別設定和優化吸收器14和發生器11的吸收溶液的溴化鋰工作濃度。也就是說，本發明可實現一種對於吸收式製冷循環十分有益的工藝條件，即，使吸收器在高溴化鋰濃度條件下工作的同時，發生器在比吸收器低的溴化鋰濃度條件下工作，而這是傳統的吸收式製冷循環所難以做到的。由於具有了澳化鋰結晶器141,並且吸收器14所產生的熱量通過熱循環迴路直接供給發生器11，從而可以基本省去現有吸收式製冷循環中向發生器11供熱的外部驅動熱源，實現驅動熱源自供而進行吸收式製冷循環。本發明的實施例2提供了一種驅動熱源自供式的吸收式製冷方法，其採用上述實施例1所述的驅動熱源自供式的吸收式製冷循環系統，該製冷方法包括以下步驟(1)發生器中濃縮吸收溶液同時產生蒸氣，然後將上述蒸氣引入到冷凝器；(2)在冷凝器中冷凝上述發生器產生的蒸氣，並將冷凝水輸送至蒸發器中；(3)釆用製冷工質在蒸發器中蒸發上述的冷凝水，並將蒸氣引入到吸收器中，所述製冷工質放熱後溫度降低並被輸出；(4)在吸收器中來自發生器的吸收溶液吸收來自蒸發器的蒸氣並產生吸收熱，同時吸收溶液濃度降低並被輸送至溴化鋰結晶器中；(5)在溴化鋰結晶器中進行吸收溶液冷卻結晶和固液分離，固液分離後的分離液輸送至發生器中，而含結晶溶液與來自發生器的濃縮後的吸收溶液混合後輸送至吸收器中；(6)在吸收器和發生器之間進行熱循環，即將吸收溶液在吸收器中吸收蒸氣時產生的吸收熱輸送至發生器中。具體的，將吸收器中的換熱器和發生器中的換熱器相連形成熱循環迴路，該熱循環迴路中的工質(一般的為水)在吸收器吸收上述吸收熱並將其輸送到發生器中，在發生器中放出熱量後再返回到吸收器中。較佳的，對吸收器輸出的吸收溶液與溴化鋰結晶器輸出的分離液和含結晶溶液進行熱交換。本實施例的效果之一在於，由於在上述的方法中具有溴化鋰結晶過程，從而在保持較低的發生器吸收溶液溴化鋰工作濃度的前提下，可顯著提高吸收器吸收溶液的溴化鋰工作濃度，從而可在吸收器中得到溫度更高的吸收熱，使得該吸收熱能夠用作發生器的驅動熱能。較佳的，在上述的熱循環過程中進行熱補償，即設置有外部熱源加熱裝置以補償由於散熱損失等引起的發生器熱量的少量不足，從而可以保證整個製冷循環的持續進行。本實施例的各個步驟在運行中是同時進行的沒有先後順序，各個步驟共同構成吸收式製冷循環過程。上述實施例2中，溴化鋰結晶器中進行的吸收溶液冷卻結晶所需的低溫冷量來自壓縮式製冷循環過程。由於該壓縮式製冷循環過程為現有技術，故本實施例不再贅述。本發明的上述實施例所述的技術方案對所採用吸收溶液的種類並無特別的限制，上述實施例皆以水-溴化鋰為工質對的吸收溶液為例進行說明，也可以採用以LiBr，LiCl，NaBr,KBr，CaCl2，MgBr2等的混合物作為吸收劑的吸收溶液。上述的吸收式製冷方法，在啟動時，可以通過外部熱源加熱裝置先對發生器提供驅動熱源，作為系統運行的啟動動力，等整個製冷循環正常運行後即可撤銷該驅動熱源，而整個製冷循環即可在無外部驅動熱源的情況下，不斷地向外部提供冷量。以下通過具有具體參數的實施例來說明上述實施例的可實施性。實施例3本實施例採用實施例2所述的方法，使用2(TC的冷卻水冷卻冷凝器12,採用70。C熱水作為外部熱源對熱循環迴路中的工質進行加熱，以補償由於散熱損失等引起的發生器驅動熱源的熱量不足部分，而採用壓縮式製冷循環輸出的-18。C冷量來冷卻溴化鋰結晶器141。本實施例對外輸出15。C的冷量，性能係數(COP)為4.0。本實施例COP的計算公式如下C0P-輸出冷量/(所投入外部熱源的熱量+壓縮機的耗電量x3.0)在此，取為所述壓縮機供電的電網用戶端的一次能源發電效率為33.3%。比專交例本比較例採用圖1所示的現有吸收式製冷循環系統，使用20'C的冷卻水冷卻冷凝器12和吸收器14,而在發生器11採用5(TC的外部驅動熱源，本比較例對外輸出15。C的冷量，COP為0.7。本比較例COP的計算公式如下C0P—#出冷量/外部驅動熱源的熱量下表1為上述實施例與比較例的工作參數和性能。表ltableseeoriginaldocumentpage11循換熱器入口溫度(°c)63.020環換熱器出口溫度(°c)65.023系吸收器進口溴化鋰濃度(wt%)6945統出口溴化鋰濃度(wt%)6642壓力(kPa)1.51.5溴化鋰結晶-蒸發器溫度(°C)-18_外部熱源加熱裝置進口溫度(°C)65.0一出口溫度(°C)65.2一COP4.00.7以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。1權利要求1、一種吸收式製冷循環系統，其包括發生器，其內設有換熱器(110)；冷凝器，其內設有換熱器(120)；蒸發器，其內設有換熱器(130)；以及吸收器，其內設有換熱器(140)；其特徵在於還包括溴化鋰結晶器，該溴化鋰結晶器具有吸收溶液入口、吸收溶液出口和結晶輸出口，該吸收溶液入口連接於吸收器的吸收溶液出口，該吸收溶液出口連接於發生器的吸收溶液入口，該結晶輸出口連接於吸收器的吸收溶液入口；所述的換熱器(110)與換熱器(140)相連接，形成熱循環迴路，用於將吸收器中產生的吸收熱輸送至發生器中。2、根據權利要求1所述的吸收式製冷循環系統，其特徵在於其中所述的熱循環迴路上設有外部熱源加熱裝置，用於補償由於散熱損失等引起的發生器熱量的不足部分。3、根據權利要求1~2任一項所述的吸收式製冷循環系統，其特徵在於還包括由溴化鋰結晶-蒸發器、壓縮機、吸收溶液換熱-冷凝器、節流閥以及壓縮式製冷工質管道構成的壓縮式製冷子系統，用於向上述溴化鋰結晶器提供冷量。4、一種吸收式製冷方法，其包括以下步驟(1)在發生器中加熱吸收溶液，產生蒸氣同時濃縮吸收溶液，並將上述蒸氣引入到冷凝器；(2)在冷凝器中冷凝上述發生器產生的蒸氣，並將冷凝水輸送至蒸發器中；(3)在蒸發器中上述的冷凝水蒸發，同時吸收製冷工質的熱量，所產生的蒸氣引入到吸收器中，所述製冷工質獲取冷量後被輸出；(4)在吸收器中來自發生器的吸收溶液吸收來自蒸發器的蒸氣並產生吸收熱，吸收溶液濃度降低後被輸送至溴化鋰結晶器中；(5)在溴化鋰結晶器中進行溴化鋰冷卻結晶和固液分離，固液分離後的溶液輸送至發生器中，固液分離後的結晶與來自發生器的濃縮後的吸收溶液混合後輸送至吸收器中；(6)在吸收器和發生器之間進行熱循環，將吸收器中產生的吸收熱作為發生器的驅動熱源輸送至發生器中。5、根據權利要求4所述的吸收式製冷方法，其特徵在於對所述的吸收器輸出的吸收溶液和溴化鋰結晶器輸出的吸收溶液進行熱交換。6、根據權利要求4所述的吸收式製冷方法，其特徵在於在所述的步驟(6)的熱循環過程中，通過外部熱源補償發生器熱量的不足部分。7、根據權利要求4所述的吸收式製冷方法，其特徵在於通過壓縮式製冷循環向上述的步驟(5)提供溴化鋰冷卻結晶所需的冷量。全文摘要本發明關於一種吸收式製冷循環系統以及製冷方法。該製冷循環系統包括發生器，內設有換熱器(110)；冷凝器；蒸發器；吸收器，內設有換熱器(140)；以及溴化鋰結晶器，該溴化鋰結晶器的吸收溶液入口連接於吸收器的吸收溶液出口，該溴化鋰結晶器的結晶輸出口連接於吸收器的吸收溶液入口，該溴化鋰結晶器的吸收溶液出口連接於發生器的吸收溶液入口；換熱器(110)與換熱器(140)相連接，形成熱循環迴路，並設有外部熱源加熱裝置，用於補償由於散熱損失等引起的發生器熱量的不足部分。採用上述製冷循環系統的製冷方法，通過對吸收器出口的吸收溶液進行冷卻結晶，以及在吸收器和發生器之間建立熱循環，可使製冷循環系統的製冷性能係數得到顯著提高。文檔編號F25B15/06GK101487644SQ20081000070公開日2009年7月22日申請日期2008年1月14日優先權日2008年1月14日發明者蘇慶泉申請人:蘇慶泉