先熱啟動後電驅動的高效環保型冷水機組的製作方法

2023-06-13 06:56:36

專利名稱：先熱啟動後電驅動的高效環保型冷水機組的製作方法
技術領域：
本實用新型專利涉及一種以水為製冷劑、溴化鋰溶液為吸收劑、採用熱啟動、電驅動的新型冷水機組。該冷水機組啟動時發生/冷凝器(3 )通入外部熱源(蒸汽或電加熱器) 加熱溶液，溶液加熱到一定溫度後停止外部加熱，啟動蒸汽壓縮機、通過冷劑蒸汽再壓縮方式驅動製冷循環，屬於空調或工藝領域的製冷設備領域。
背景技術：
目前市場上主流的冷水機組有兩種一種是以熱能驅動的溴化鋰吸收式冷水機組，另一種是以電為驅動能源的壓縮式冷水機組。溴化鋰吸收式冷水機組是以水為製冷劑、溴化鋰溶液為吸收劑、採用以蒸汽為代表的熱能驅動，其基本結構為圖4所示，包括蒸發器(21)、吸收器(22)、高壓發生器(23)、低壓發生器(M)、冷凝器(25)、冷劑泵(沈)、溶液泵(27)、低溫溶液換熱器( )、凝水換熱器 ( )、高溫溶液換熱器(30).其中蒸發器(21)和吸收器(22)是安裝在同一個筒體內的由擋液板分隔而成的相互連通的兩個相變換熱器，其中，冷劑水在高真空的蒸發器筒體內低沸點汽化並吸收傳熱管內水的熱量而製取空調或工藝用冷水。溴化鋰吸收式冷水機組採用水作為製冷劑、比採用R22、R134a、R123等氟利昂冷媒的電驅動壓縮式冷水機組更加具有環保的優勢(這些氟利昂製冷劑都在不同程度上對大氣臭氧層或地球的溫室效應造成負面的影響，沒有一種絕對環保，只能作為一些過渡冷媒、不能作為永久環保的冷媒)；同時， 該機組採用熱能驅動，對有餘熱利用的場所具有節能的優勢。但由於採用低品位的熱能驅動，在水蒸汽比容較大的低壓力區進行熱壓縮，製冷效率較低(目前雙效蒸汽型冷水機組的製冷係數COP值只有1. 3-1. 4)，同時，由於溴化鋰吸收式冷水機組排放的冷凝熱與吸收熱較大，需要配置大容量的冷卻塔與冷卻水泵，冷卻水系統的電耗更大；還存在結構複雜，造價高等缺點。以電為驅動能源的壓縮式冷水機組，其基本結構如圖5所示，包括蒸發器(31)、 壓縮機(32)、冷凝器(33)、膨脹閥(34)。通過冷媒在蒸發器筒體內氣化吸收銅管內流動的冷水的熱量，獲得空調或工藝用低溫冷水；具有製冷係數高(COP值可達到5-6)等優點。但由於採用R22、R134a、R123等氟利昂作冷媒，對大氣臭氧層或地球的溫室效應會造成負面影響的不符合環保要求的冷媒，所以也只能作為一種過渡的冷水機組。
發明內容本實用新型的目的是為了克服上述現有2種冷水機組的不足之處，設計一種能充分利用廉價的來源豐富的水作為製冷劑的環保優勢、又能克服水蒸汽在高真空度時比容大、直接機械壓縮體積大、能耗高的缺點，使單位製冷量的壓縮功更低的先熱啟動後電驅動的高效環保型冷水機組。本實用新型的先熱啟動後電驅動的高效環保型冷水機組，主要是在現有的溴化鋰吸收式冷水機組的基礎上，通過增設蒸汽壓縮機和凝水冷卻器代替低壓發生器和冷凝器，並通過幾個閥門進行熱啟動與電驅動轉換而實現。其結構包括蒸發器、吸收器、發生/冷凝器、冷劑泵、溶液泵、凝水換熱器、溶液換熱器，還包括冷凝水噴嘴、蒸汽壓縮機、凝水冷卻器、蒸汽進汽閥、蒸汽凝水出水閥、冷劑進汽閥、冷劑出水閥和凝水調節閥，所述冷凝水噴嘴增設在發生/冷凝器上部的稀溶液入口上方，其中，所述發生/冷凝器頂部的冷劑蒸汽出口與蒸汽壓縮機進口連接，蒸汽壓縮機出口與冷劑進汽閥一端連接，冷劑進汽閥另一端和蒸汽進汽閥與發生/冷凝器的換熱管進汽口連接，蒸汽進汽閥另一端與啟動熱源的出汽口連接，發生/冷凝器的換熱管出水口與蒸汽凝水出水閥和冷劑出水閥連接，蒸汽凝水出水閥另一端與啟動熱源的進水口連接，冷劑出水閥另一端與凝水調節閥和凝水換熱器的凝水入口連接，凝水調節閥另一端與發生/冷凝器的冷凝水噴嘴連接，凝水換熱器的凝水出口與凝水冷卻器的凝水進口連接，凝水冷卻器的凝水出口與蒸發器的冷劑水入口連接，蒸發器的冷劑水出口經冷劑泵與蒸發器的冷劑水循環噴嘴相連，蒸發器內的換熱管外的水在高真空狀態下低沸點汽化、吸收傳熱管內水的熱量製取的冷水經冷水出口和冷水進口與中央空調系統的風機盤管等水-空氣換熱器連接，凝水換熱器稀溶液入口和溶液換熱器稀溶液入口與溶液泵出口連接，溶液泵入口與吸收器的液囊出口相連，凝水換熱器稀溶液出口和溶液換熱器稀溶液出口與發生/冷凝器的稀溶液入口相連，溶液換熱器濃溶液入口與發生/ 冷凝器的濃溶液出口相連，溶液換熱器的濃溶液出口與吸收器濃溶液入口相連。所述蒸汽進汽閥、蒸汽凝水出水閥、冷劑進汽閥、冷劑出水閥為4個普通閥或4個電磁閥或1個二進一出電磁閥和1個一進二出電磁閥組成，所述二進一出電磁閥的常閉輸入端代替蒸汽進汽閥與啟動熱源的出汽口連接，常開輸入端代替冷劑進汽閥與蒸汽壓縮機出口連接，其輸出端與發生/冷凝器的換熱管進汽口連接；所述一進二出電磁閥的輸入端與發生/冷凝器的換熱管出水口連接，常閉輸出端代替蒸汽凝水出水閥與啟動熱源的進水口連接，常開輸出端代替冷劑出水閥與凝水調節閥和凝水換熱器的凝水入口連接。本實用新型的先熱啟動後電驅動的高效環保型冷水機組，還可在發生/冷凝器的下部增設電熱管，可以代替蒸汽熱源用電熱管對溴化鋰溶液加熱進行熱啟動。所述蒸發器和吸收器選用溴化鋰吸收式冷水機組常用的安裝在同一個筒體內的由擋液板分隔而成的相互連通的兩個相變換熱器。本實用新型的先熱啟動後電驅動的高效環保型冷水機組，通過設置吸收器，使得蒸發器蒸發產生的水蒸汽先被溴化鋰溶液吸收再由溶液泵壓縮到適當壓力後被加熱釋放出來(此過程相當於熱壓縮)，在水蒸汽的比容降低到一定程度後再通過蒸汽機械再壓縮的方式壓縮水蒸汽、驅動製冷循環，從而達到節能(比普通的電制冷機製冷效率提高50%以上)、環保(以水為製冷劑，對環境沒有任何危害)目的。該冷水機組通常用作中央空調冷源，在標準空調工況下該制冷機的製冷係數COP 值超過9 (即單位電耗產生的冷量超過9)，比通常的電制冷機COP值高50%以上；該冷水機組採用水為製冷劑、比採用R22、R134a、R123等氟利昂冷媒的通常電制冷機對環境更友好。該機組借鑑了普通溴化鋰吸收式冷水機組的部分結構(蒸發器，吸收器，發生器)、 取消了一個發生器和冷凝器，增加了蒸汽壓縮機，採用環保冷媒水作為製冷劑、通過熱壓縮與蒸汽機械再壓縮方式壓縮冷劑蒸汽，比溴化鋰吸收式冷水機組結構更簡單，成本更低，製冷效率更高(普通雙效溴化鋰吸收式冷水機組的COP值1. 3-1. 4，而本機組超過9，節能優勢明顯)。[0013]該產品為電驅動冷水機組，耗電部件有3個，即蒸汽壓縮機4、冷劑泵5、溶液泵 6，其中冷劑泵5、溶液泵6是液體壓縮機械，由於液體比容小、加上泵的循環流量小、壓力提升小，在整個製冷循環中電耗很小、可以忽略不計，產品能否節能主要取決於壓縮機4的電耗。該產品的壓縮機的電耗是極少的，主要理由有兩點一是該產品採用蒸汽機械再壓縮(MVR)技術，即重新利用它自身產生的二次蒸汽的能量，從而減少對外界能源的需求的一項節能技術(類似於熱泵的功能)，本來發生器3的溶液濃縮是需要外部熱源來加熱的，由於採用了 MVR技術，利用蒸汽壓縮機4對溴化鋰溶液中分離出來的水蒸汽進行再壓縮、達到溶液濃縮所需的蒸汽壓力、從而省去了外部加熱熱源，相當於10-15效的加熱效率，因而節能；不僅如此，二次蒸汽加熱溴化鋰溶液後自身變為冷凝水(該水為蒸發器蒸發所用)，因而發生器3又充當冷劑蒸汽的冷凝器，省去了冷凝器也就省去了外部冷卻水循環所需要的電耗，故該因素使得冷水機組外部系統更節能；二是壓縮機壓縮的介質是水蒸汽。壓縮機的耗功與壓縮介質的流量、比容和壓縮比有關。單位質量的水的汽化潛熱是常規電制冷機冷媒的7-8倍，故同樣的製冷量介質的質量流量是電製冷冷媒質量流量的七八分之一；同時，採用MVR技術壓縮水蒸汽可以保證壓縮機的壓縮比較小；水蒸汽作為介質的不利之處是其比容較大，但只要控制好初設壓力 (保證水蒸汽的比容不太大)就能保證同樣的製冷量的情況下壓縮機的功率較常規電制冷機的功率低很多，這又是一個節能因素。該產品不設節流閥，冷劑水冷卻器9和蒸發器1之間的管子起節流作用，該管也叫節流管，可以代替節流閥。綜上所述，本實用新型的冷水機組比目前市場上普遍採用以氟利昂為冷媒的螺杆式或離心式制冷機更環保(製冷工質是水)、更節能(在標準空調工況下COP值超過9，比常規電制冷機高50%以上)，將成為目前中央空調市場上電制冷機產品的更新換代產品。

圖1是本實用新型的的實施例中的一種結構示意圖；圖中的1是蒸發器，2是吸收器，3是發生/冷凝器，4是蒸汽壓縮機，5是冷劑泵， 6是溶液泵，7是凝水換熱器，8是溶液換熱器，9是凝水冷卻器，10是蒸汽進汽閥，11是蒸汽凝水出水閥，12是冷劑進汽閥，13是冷劑出水閥，14是凝水調節閥圖2是本實用新型的實施例中的另一種結構示意圖；圖中的15是二進一出電磁閥，16是一進二出電磁閥，其他與圖1相同。圖3是本實用新型的實施例中的再一種結構示意圖；圖中的17是電熱管，其它與圖2相同。圖4是現有的溴化鋰吸收式冷水機組的結構示意圖；圖中的21是蒸發器，22吸收器，23是高壓發生器，24是低壓發生器，25是冷凝器， 26是冷劑泵，27是溶液泵，28是低溫溶液換熱器，29是凝水換熱器，30是高溫溶液換熱器圖5是現有的常規電制冷機製冷系統流程示意圖。圖中的31是蒸發器，32是壓縮機，33是冷凝器，34是膨脹閥。
具體實施方式
附圖1 3非限制性的公開了本實用新型的幾種結構示意圖，結合附圖作進一步描述如下參見附圖1，本實用新型的先熱啟動後電驅動的高效環保型冷水機組，包括蒸發器 1、吸收器2、發生/冷凝器3、冷劑泵5、溶液泵6、凝水換熱器7、溶液換熱器8、其特徵在於還包括冷凝水噴嘴3-4、蒸汽壓縮機4、凝水冷卻器9、蒸汽進汽閥10、蒸汽凝水出水閥11、冷劑進汽閥12、冷劑出水閥13和凝水調節閥14，所述冷凝水噴嘴3-4增設在發生/冷凝器3 上部的稀溶液入口 3-5上方，其中，所述發生/冷凝器3頂部的冷劑蒸汽出口 3-6與蒸汽壓縮機4進口連接，蒸汽壓縮機4出口與冷劑進汽閥12連接，冷劑進汽閥12另一端和蒸汽進汽閥10與發生/冷凝器3的換熱管進汽口 3-1連接，蒸汽進汽閥10另一端與啟動熱源的出汽口連接，發生/冷凝器3的換熱管出水口 3-2與蒸汽凝水出水閥11和冷劑出水閥13連接，蒸汽凝水出水閥11另一端與啟動熱源的進水口連接，冷劑出水閥13另一端與凝水調節閥14和凝水換熱器7的凝水入口 7-1連接，凝水調節閥14另一端與發生/冷凝器3的冷凝水噴嘴3-4連接，凝水換熱器7的凝水出口 7-2與凝水冷卻器9的凝水進口 9-1連接，凝水冷卻器9的凝水出口 9-2與蒸發器1的冷劑水入口 1-1連接，蒸發器1的冷劑水出口 1-5 經冷劑泵5與蒸發器1的冷劑水循環噴嘴1-2相連，蒸發器1內的換熱管外的水在高真空狀態下低沸點汽化、吸收傳熱管內水的熱量製取的冷水經冷水出口 1-4和冷水進口 1-3與中央空調系統的風機盤管等水-空氣換熱器連接，凝水換熱器7稀溶液入口 7-3和溶液換熱器8稀溶液入口 8-1與溶液泵6出口連接，溶液泵6入口與吸收器2的液囊出口 2-2相連，凝水換熱器7稀溶液出口 7-4和溶液換熱器8稀溶液出口 8-2與發生/冷凝器3的稀溶液入口 3-5相連，溶液換熱器8濃溶液入口 8-3與發生/冷凝器3的濃溶液出口 3-3相連，溶液換熱器8的濃溶液出口 8-4與吸收器2濃溶液入口 2-1相連。所述蒸汽進汽閥10、蒸汽凝水出水閥11、冷劑進汽閥12、冷劑出水閥13為4個普通閥或4個電磁閥(如圖1所示)或1個二進一出電磁閥15和1個一進二出電磁閥16⑶口圖2所示)組成，所述二進一出電磁閥15的常閉輸入端15-1代替蒸汽進汽閥與啟動熱源的出汽口連接，常開輸入端15-2代替冷劑進汽閥與蒸汽壓縮機4出口連接，其輸出端15-3與發生/冷凝器3的換熱管進汽口 3-1連接；所述一進二出電磁閥16的輸入端16-1與發生 /冷凝器3的換熱管出水口 3-2連接，常閉輸出端16-2代替蒸汽凝水出水閥與啟動熱源的進水口連接，常開輸出端16-3代替冷劑出水閥與與凝水調節閥14和凝水換熱器7的凝水入口 7-1連接。其結構如圖2所示，其他與圖1相同。還可在發生/冷凝器3的下部增設電熱管17，可以代替蒸汽熱源用電熱管17對溴化鋰溶液加熱進行熱啟動。其結構如圖3所示，其他與圖2相同。所述蒸發器1和吸收器2選用溴化鋰吸收式冷水機組常用的安裝在同一個筒體內的由擋液板分隔而成的相互連通的兩個相變換熱器。發生/冷凝器3是一個相變換熱器， 既是溶液的發生器、又是冷劑蒸汽的冷凝器，其中，稀溶液被傳熱管內的蒸汽加熱沸騰、稀溶液被濃縮為濃溶液同時冷劑蒸汽變為冷凝水，發生/冷凝器3啟動熱源通常為蒸汽，如果沒有蒸汽也可以在筒體下部設置電加熱器作為啟動熱源。蒸汽壓縮機4是一種水蒸汽壓縮機械，通常選用羅茨風機或蒸汽離心式壓縮機。凝水換熱器7是一種蒸汽凝水加熱稀溶液的換熱器。溶液換熱器8是一種濃溶液加熱稀溶液的換熱器。凝水冷卻器9是一種外界冷卻水冷卻蒸汽凝水的換熱器。本實用新型的先熱啟動後電驅動的高效環保型冷水機組的工作過程如下[0033]1)機組啟動機組啟動時，先將圖1中的閥門10，11，12，13關閉，或將圖2中的2個電磁閥15 和16吸合。然後將溶液泵6啟動，將50%左右的溶液從吸收器2通過溶液換熱器8和凝水換熱器7送入發生/冷凝器3，當液位溢過換熱管適當高度後，溶液泵6停止運轉。再將圖 1中的閥門10和閥門11打開，從圖1的閥門10處或圖2的電磁閥15的常閉輸入端15-1 通入外部蒸汽(通常為0. 05Mpa以上的飽和蒸汽)加熱溶液，蒸汽凝水從圖1中的閥門11或圖2中的電磁閥16的常閉輸出端16-2處流出機組。注若無外部蒸汽熱源，也可採用在發生/冷凝器3的下部設置電加熱管17代替蒸汽熱源對溴化鋰溶液加熱進行熱啟動。此時，只需將2個電磁閥15和16 —直處於釋放狀態即可。其結構如圖3所示。2)機組運行當發生/冷凝器3中的溶液溫度加熱到某個溫度(這裡取80°C)時，圖1中的閥門 10和11關閉並將閥門12和13打開，或圖2中2個電磁閥15和16釋放，外部蒸汽停止加熱，圖3中的電熱管17停止加熱，同時，蒸汽壓縮機4和溶液泵6啟動，蒸汽壓縮機4將溶液上面的IlOmmHg水蒸汽壓縮至434mmHg通過閥12或15 (圖2)送入發生/冷凝器3的加熱管加熱溶液，濃縮好的濃溶液流出發生/冷凝器3 (注在保證壓縮機的出口壓力一定的情況下壓縮機的壓縮比會不斷增大，隨著壓縮過程不斷進行，溶液濃度不斷加大，溶液上面的水蒸汽壓力不斷降低，當溶液上面的水蒸汽壓力降到35mmHg時，稀溶液的濃度增加到58%， 流出發生/冷凝器3的濃度為6 時，壓縮機不再增加壓縮比)，同時自身變為85°C的冷劑水流出閥13或16 (圖2);—部分冷劑水通過調節閥14進入發生/冷凝器3上方吸收熱量降壓閃發，變為32°C的飽和水蒸汽進入蒸汽壓縮機4的吸氣端再壓縮，另一部分通過凝水換熱器7加熱來自吸收器的稀溶液加熱至80°C左右進入發生/冷凝器3，自身變為45°C左右的冷劑水進入凝水冷卻器9 ；45°C左右的冷劑水被外界32°C的冷卻水冷卻到35°C左右進入蒸發器1，冷卻水被加熱到37°C離開凝水冷卻器9 ；冷劑水進入蒸發器1後立即失壓、低溫沸騰，在6. 54mmHg時冷劑水5°C沸騰，吸收傳熱管內水的熱量將從冷水進口 1_3流入的 12°C冷水降為從冷水出口 1-4流出的7°C的冷水(即為本制冷機對外提供的產品)；沒有汽化完全的冷劑水通過啟動冷劑泵5再次循環、並讓冷劑水沸騰；沸騰產生的水蒸汽被吸收器2中的6 的濃溶液不斷吸收，變為58%的稀溶液；吸收過程中放出的熱量被從2-3流入的32°C的冷卻水帶走，升溫後的冷卻水溫度為37°C從2-4流出；58%的稀溶液通過溶液泵 6流經吸收器2通過溶液換熱器8和凝水換熱器7升溫至80°C左右送入發生/冷凝器3濃縮，稀溶液被濃縮為62%的溶液後從3-3流出經溶液換熱器8降溫至40°C左右從濃溶液入口 2-1回到吸收器2繼續吸收水蒸汽。周而復始，完成製冷循環。
權利要求1.一種先熱啟動後電驅動的高效環保型冷水機組，包括蒸發器、吸收器、發生/冷凝器、冷劑泵、溶液泵、凝水換熱器、溶液換熱器，其特徵在於還包括冷凝水噴嘴、蒸汽壓縮機、 凝水冷卻器、蒸汽進汽閥、蒸汽凝水出水閥、冷劑進汽閥、冷劑出水閥和凝水調節閥，所述冷凝水噴嘴增設在發生/冷凝器上部的稀溶液入口上方，其中，所述發生/冷凝器頂部的冷劑蒸汽出口與蒸汽壓縮機進口連接，蒸汽壓縮機出口與冷劑進汽閥一端連接，冷劑進汽閥另一端和蒸汽進汽閥與發生/冷凝器的換熱管進汽口連接，蒸汽進汽閥另一端與啟動熱源的出汽口連接，發生/冷凝器的換熱管出水口與蒸汽凝水出水閥和冷劑出水閥連接，蒸汽凝水出水閥另一端與啟動熱源的進水口連接，冷劑出水閥另一端與凝水調節閥和凝水換熱器的凝水入口連接，凝水調節閥另一端與發生/冷凝器的冷凝水噴嘴連接，凝水換熱器的凝水出口與凝水冷卻器的凝水進口連接，凝水冷卻器的凝水出口與蒸發器的冷劑水入口連接，蒸發器的冷劑水出口經冷劑泵與蒸發器的冷劑水循環噴嘴相連，蒸發器內的換熱管中的水在高真空狀態下低沸點汽化、吸收傳熱管內水的熱量製取的冷水經冷水出口和冷水進口與中央空調系統的風機盤管水-空氣換熱器連接，凝水換熱器稀溶液入口和溶液換熱器稀溶液入口與溶液泵出口連接，溶液泵入口與吸收器的液囊出口相連，凝水換熱器稀溶液出口和溶液換熱器稀溶液出口與發生/冷凝器的稀溶液入口相連，溶液換熱器濃溶液入口與發生/冷凝器的濃溶液出口相連，溶液換熱器的濃溶液出口與吸收器濃溶液入口相連。
2.如權利要求1所述的先熱啟動後電驅動的高效環保型冷水機組，其特徵在於所述蒸汽進汽閥、蒸汽凝水出水閥、冷劑進汽閥、冷劑出水閥為4個電磁閥或1個二進一出電磁閥和1個一進二出電磁閥組成，所述二進一出電磁閥的常閉輸入端代替蒸汽進汽閥與啟動熱源的出汽口連接，常開輸入端代替冷劑進汽閥與蒸汽壓縮機出口連接，其輸出端與發生/ 冷凝器的換熱管進汽口連接；所述一進二出電磁閥的輸入端與發生/冷凝器的換熱管出水口連接，常閉輸出端代替蒸汽凝水出水閥與啟動熱源的進水口連接，常開輸出端代替冷劑出水閥與凝水調節閥和凝水換熱器的凝水入口連接。
3.如權利要求1或2所述的先熱啟動後電驅動的高效環保型冷水機組，其特徵在於還包括電熱管，所述電熱管增設在發生/冷凝器的下部。
專利摘要本實用新型的先熱啟動後電驅動的高效環保型冷水機組，是一種以水為製冷劑、溴化鋰溶液為吸收劑的冷水機組，其結構包括蒸發器、吸收器、發生/冷凝器、蒸汽壓縮機、冷劑泵、溶液泵、凝水換熱器、溶液換熱器、凝水冷卻器，發生/冷凝器頂部的冷劑蒸汽出口與蒸汽壓縮機進口連接，蒸汽壓縮機出口與冷劑進汽閥一端連接，冷劑進汽閥另一端和蒸汽進汽閥與發生/冷凝器的換熱管進汽口連接。機組啟動時通入外部熱源加熱發生/冷凝器裡的溶液，溶液加熱到一定溫度後停止外部熱源加熱，啟動蒸汽壓縮機、通過冷劑蒸汽再壓縮方式驅動製冷循環。該機組比目前市場上普遍採用以氟利昂為冷媒的螺杆式或離心式制冷機更環保、更節能。
文檔編號F25B15/06GK202254468SQ20112029707
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月16日 優先權日2011年8月16日
發明者高林華 申請人:高林華