CN101776345B - 一种高效的吸收式制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效的1.x效吸收式制冷装置,由一个单效吸收式制冷子装置和一个0.x效吸收式制冷子装置耦合而成,外界输入的热量驱动单效吸收式制冷子装置,单效吸收式制冷子装置排放的冷凝热或者吸收热驱动0.x效吸收式制冷子装置产生额外的制冷量。此装置拥有比传统单效吸收式制冷装置更高的性能系数,特别适用于热源温度介于传统单效吸收式制冷装置所需的热源温度和传统双效吸收式制冷装置所需热源温度之间的场合。

Description

一种高效的吸收式制冷装置
技术领域
本发明属于制冷技术领域,尤其涉及到一种高效的吸收式制冷装置。
背景技术
吸收式制冷技术是一种热能驱动的制冷技术,和压缩式制冷技术相比其主要优点是只需要消耗很少的机械能,能够利用品位较低的热能。目前在工业界大量存在被排放的高温废气、废水,吸收式制冷技术能够利用这些废热制取冷量。利用各种温度的热能制取冷量的吸收式制冷装置主要是传统单效吸收式制冷装置和传统双效吸收式制冷装置,在热源温度较低的时候,一般采用单效吸收式制冷装置,当热源温度较高的时候则采用双效吸收式制冷装置,但是这两种装置需要的发生温度相差较大,当温度较高而又没有达到双效吸收式制冷装置所需温度的时候,使用单效吸收式制冷装置制冷将不能高效地利用这部分热能。
0.x效吸收式制冷子装置指的是一种带多个吸收器的吸收式制冷装置,这种吸收式制冷装置是对传统多级吸收式制冷装置的一种改进,如Animproved absorption refrigeration cycle driven by unsteady thermal sourcesbelow 100℃(Int.J.Energy Res.2000;24:633-640)公开的一种制冷装置,通过让部分冷凝器出口的制冷剂液体在较高的温度下蒸发从而使得低压吸收器能够工作在较低的温度下,使得在低压蒸发器出口的制冷剂能在低压吸收器里面被吸收,而高压蒸发器出口的制冷剂蒸气则被用外界冷媒冷却的高压吸收器吸收,该装置拥有和传统多级吸收式制冷装置相似的性能,结构却简单得多。
发明内容
本发明提供一种高效的吸收式制冷装置,使温度较高而又无法驱动双效吸收式制冷装置的热源包含的较高品位的热能获得更加高效地利用。
一种高效的吸收式制冷装置,由一个单效吸收式制冷子装置和一个0.x效吸收式制冷子装置耦合而成,外界输入的热量驱动单效吸收式制冷子装置,单效吸收式制冷子装置排放的冷凝热或者吸收热驱动0.x效吸收式制冷子装置产生额外的制冷量。
此装置拥有比传统单效吸收式制冷装置更高的性能系数,特别适用于热源温度介于传统单效吸收式制冷装置所需的热源温度和传统双效吸收式制冷装置所需热源温度之间的场合。
本发明的一种高效的吸收式制冷装置,所述的单效吸收式制冷子装置包括第一发生器、冷凝器、第三节流元件、低温蒸发器、低压高温吸收器、第一溶液泵、高温溶液换热器和第四节流元件;
所述的0.x效吸收式制冷子装置包括第二发生器、冷凝器、第二节流元件、高温蒸发器、气液分离器、低温低压吸收器、第二溶液泵、高压吸收器、第三溶液泵、低温溶液换热器和第五节流元件;
第一发生器的气相出口、第一节流元件、冷凝器、第二节流元件、高温蒸发器、气液分离器依次连接;气液分离器的液相出口、第三节流元件、低温蒸发器依次连接;低温蒸发器出口分为两路,一路与低温低压吸收器相连接,另外一路与低压高温吸收器、第一溶液泵、高温溶液换热器依次串联,所述的高温溶液换热器之后连接第一发生器入口;所述的高温蒸发器和低温低压吸收器为一个换热器的两个流道;第一发生器的液相出口、高温溶液换热器、第四节流元件、低压高温吸收器依次连接;第二发生器的气相出口与冷凝器连接;气液分离器的气相出口、高压吸收器、第三溶液泵、低温溶液换热器依次连接,所述的低温溶液换热器之后连接第二发生器入口;第二发生器的液相出口、低温溶液换热器、第五节流元件、低温低压吸收器、第二溶液泵、高压吸收器依次连接。
本发明的另一种高效的吸收式制冷装置,所述的单效吸收式制冷子装置包括第一发生器、冷凝器、第三节流元件、低温蒸发器、低压高温吸收器、第一溶液泵、高温溶液换热器和第四节流元件;
所述的0.x效吸收式制冷子装置包括第二发生器、冷凝器、第二节流元件、高温蒸发器、气液分离器、低温低压吸收器、第二溶液泵、高压吸收器、第三溶液泵、低温溶液换热器和第五节流元件;
第一发生器的气相出口、冷凝器、第二节流元件、高温蒸发器、气液分离器依次连接;气液分离器的液相出口、第三节流元件、低温蒸发器依次连接;低温蒸发器出口分为两路,一路与低温低压吸收器相连接,另外一路与低压高温吸收器、第一溶液泵、高温溶液换热器依次串联,所述的高温溶液换热器之后连接第一发生器入口;所述的高温蒸发器和低温低压吸收器为一个换热器的两个流道;第一发生器的液相出口、高温溶液换热器、第四节流元件、低压高温吸收器依次连接;第二发生器的气相出口与冷凝器连接;气液分离器气相出口与高压吸收器、第三溶液泵、低温溶液换热器依次连接,所述的低温溶液换热器之后连接第二发生器入口;第二发生器的液相出口、低温溶液换热器、第五节流元件、低温低压吸收器、第二溶液泵、高压吸收器依次连接;所述的第二发生器与低压高温吸收器为一个换热器的两个流道。
这种两种形式的流程,其特征都是外界较高温度的热源被用来加热单效吸收式制冷子装置的发生器(第一发生器),单效吸收式制冷子装置的吸收热用来作为0.x效吸收式制冷子装置的发生器(第二发生器)的发生热。
低温蒸发器出口的制冷剂蒸气可以先行与低压高温吸收器出口的溶液混合之后再流向低温低压吸收器也可以各自单独流向低温低压吸收器。
作为一种优选,两种流程都可以在第二溶液泵与高压吸收器之间设有溶液回热器;低温溶液换热器的出口通过溶液回热器及第五节流元件流到低温低压吸收器,可以进一步优化***效率。
和传统单效吸收式制冷装置相比,本发明装置的冷凝热或者吸收热被用来作为0.x效吸收式制冷装置的发生热,从而产生额外的制冷量,使得新装置的效率要较传统单效吸收式制冷装置高得多,此外由于新装置拥有更高的效率,因此在制冷量相同的时候,新装置需要输入的发生热要较传统单效吸收式制冷装置低得多,由于输入到装置的能量和装置输出的能量相等,新装置需要排放到冷却水的热量因而要比传统单效吸收式制冷装置要少得多,在冷却水的入口温度相同的条件下,需要的冷却水的流量也将比传统单效吸收式装置小得多,因而会消耗更少的泵工。
附图说明
附图1是本发明装置第一种形式的流程图;
附图2是本发明装置第二种形式的流程图;
附图3是本发明装置第一种流程形式的一种优选流程;
附图4是本发明装置第二种流程形式的一种优选流程。
其中,其中第一发生器1、第二发生器2、第一节流元件3、冷凝器4、第二节流元件5、高温蒸发器6、气液分离器7、第三节流元件8、低温蒸发器9、低压高温吸收器10、第一溶液泵11、高温溶液换热器12、第四节流元件13、低温低压吸收器14、第二溶液泵15、溶液回热器16、高压吸收器17、第三溶液泵18、低温溶液换热器19、第五节流元件20
具体实施方式
如附图1所示,一种高效的吸收式制冷装置的第一种形式流程,第一发生器1的气相出口、第一节流元件3、冷凝器4、第二节流元件5、高温蒸发器6、气液分离器7依次连接;气液分离器7的液相出口、第三节流元件8、低温蒸发器9依次连接;低温蒸发器9出口分为两路,一路与低温低压吸收器14相连接;所述的高温蒸发器6设于低温低压吸收器14内部;另外一路与低压高温吸收器10、第一溶液泵11、高温溶液换热器12依次串联,所述的高温溶液换热器12之后连接第一发生器1入口;第一发生器1的液相出口、高温溶液换热器12、第四节流元件13、低压高温吸收器10依次连接;第二发生器2、冷凝器4、第二节流元件5、高温蒸发器6、气液分离器7依次连接;气液分离器7的气相出口高压吸收器17、第三溶液泵18、低温溶液换热器19依次连接,所述的低温溶液换热器19之后连接第二发生器2入口;第二发生器2、低温溶液换热器19、第五节流元件20、低温低压吸收器14、第二溶液泵15、高压吸收器17依次连接。
如附图2所示,一种高效的吸收式制冷装置的第二种形式流程,第一发生器1的气相出口、冷凝器4、第二节流元件5、高温蒸发器6、气液分离器7依次连接;气液分离器7的液相出口、第三节流元件8、低温蒸发器9依次连接;低温蒸发器9出口分为两路,一路与低温低压吸收器14相连接;所述的高温蒸发器6设于低温低压吸收器14内部;另外一路与低压高温吸收器10、第一溶液泵11、高温溶液换热器12依次串联,所述的高温溶液换热器12之后连接第一发生器1入口;第一发生器1的液相出口、高温溶液换热器12、第四节流元件13、低压高温吸收器10依次连接;第二发生器2、冷凝器4、第二节流元件5、高温蒸发器6、气液分离器7依次连接;气液分离器7气相出口与高压吸收器17、第三溶液泵18、低温溶液换热器19依次连接,所述的低温溶液换热器19之后连接第二发生器2入口;第二发生器2、低温溶液换热器19、第五节流元件20、低温低压吸收器14、第二溶液泵15、高压吸收器17依次连接。
如附图3所示,一种高效的吸收式制冷装置的第一种流程形式的一种优选流程,第一发生器1的气相出口、第一节流元件3、冷凝器4、第二节流元件5、高温蒸发器6、气液分离器7依次连接;气液分离器7的液相出口、第三节流元件8、低温蒸发器9依次连接;低温蒸发器9出口分为两路,一路与低温低压吸收器14相连接;所述的高温蒸发器6设于低温低压吸收器14内部;另外一路与低压高温吸收器10、第一溶液泵11、高温溶液换热器12依次串联,所述的高温溶液换热器12之后连接第一发生器1入口;第一发生器1的液相出口、高温溶液换热器12、第四节流元件13、低压高温吸收器10依次连接;第二发生器2、冷凝器4、第二节流元件5、高温蒸发器6、气液分离器7依次连接;气液分离器7的气相出口高压吸收器17、第三溶液泵18、低温溶液换热器19依次连接,所述的低温溶液换热器19之后连接第二发生器2入口;第二发生器2、低温溶液换热器19、溶液回热器16、第五节流元件20、低温低压吸收器14、第二溶液泵15、溶液回热器16、高压吸收器17依次连接。
如附图4所示,一种高效的吸收式制冷装置的第二种流程形式的一种优选流程,第一发生器1的气相出口、冷凝器4、第二节流元件5、高温蒸发器6、气液分离器7依次连接;气液分离器7的液相出口、第三节流元件8、低温蒸发器9依次连接;低温蒸发器9出口分为两路,一路与低温低压吸收器14相连接;所述的高温蒸发器6设于低温低压吸收器14内部;另外一路与低压高温吸收器10、第一溶液泵11、高温溶液换热器12依次串联,所述的高温溶液换热器12之后连接第一发生器1入口;第一发生器1的液相出口、高温溶液换热器12、第四节流元件13、低压高温吸收器10依次连接;第二发生器2、冷凝器4、第二节流元件5、高温蒸发器6、气液分离器7依次连接;气液分离器7气相出口与高压吸收器17、第三溶液泵18、低温溶液换热器19依次连接,所述的低温溶液换热器19之后连接第二发生器2入口;第二发生器2、低温溶液换热器19、溶液回热器16、第五节流元件20、低温低压吸收器14、第二溶液泵15、溶液回热器16、高压吸收器17依次连接。
实施例1
以水-溴化锂作为工质,本发明图3所示装置、统单级吸收式制冷装置以及传统双效吸收式制冷装置的性能进行了模拟计算,模拟计算中假设冷凝温度和吸收器吸收终了温度相等,发生器和吸收器出口溶液为饱和溶液。冷凝器出口为饱和制冷剂液体,蒸发器出口为饱和制冷剂蒸气,高温蒸发器和低温低压吸收器出口溶液传热温差为5℃,溶液换热器的冷端传热温差为10℃,溶液回热器的冷端传热温差为5℃,加热气体和溶液进行逆流换热,发生器出口的稀溶液和加热流体最小传热温差为10℃,冷凝温度和吸收终了温度为40℃。
表1
  工况   Te(℃)   COPsin   COP1.x   COPdouble   η(%)
  工况1   4   0.75467   0.79269   0.75467   5.04
  工况2   5   0.75829   0.90907   0.75829   19.89
  工况3   6   0.76194   0.97365   0.76194   27.79
  工况4   7   0.76555   1.01734   0.76555   32.89
  工况5   8   0.76928   1.05113   0.76928   36.64
  工况6   9   0.77298   1.07591   0.77298   39.19
  工况7   10   0.77672   1.0973   0.77672   40.69
  工况8   11   0.78052   1.11607   0.96235   42.99
  工况9   12   0.78445   1.13256   1.20012   44.38
  工况10   13   0.78833   1.14761   1.33087   45.57
表1是在加热流体温度为130℃的时候不同蒸发温度下本发明装置、传统双效吸收式制冷装置以及传统单效装置的性能系数对比表格,表中的Te指的是蒸发温度,COPsin指的是传统单效吸收式制冷装置的性能系数,COP1.x指的是本发明装置的性能系数,COPdouble指的是具有并联溶液循环的传统两双效吸收式制冷装置的性能系数,η指的是本发明装置的COP相对传统单效吸收式制冷装置COP的提高幅度。可以看到,只有蒸发温度达到12℃以上的时候传统双效吸收式制冷装置才能较好地工作,拥有比本发明装置和传统单效吸收式制冷装置更高的性能系数,而在蒸发温度在4℃到11℃之间,本发明装置拥有三种装置中最高的性能系数,其性能系数比传统单效吸收式制冷装置性能系数要高得多,当蒸发温度达到10℃的时候,本发明装置的性能系数相对传统单效吸收式制冷装置的性能系数的提高幅度超过40%,蒸发温度在7℃的时候,本发明装置的性能系数相对传统单效吸收式制冷装置的性能系数的提高幅度超过30%,蒸发温度是5℃的时候,本发明装置相对传统单效吸收式制冷装置性能系数的提高幅度也将近20%。这主要是因为本发明装置单效子装置的冷凝热被用来驱动耦合的0.x效子装置,从而制取相对传统单效吸收式制冷装置更多的冷量,拥有更高的性能系数。
实施例2:
以水-溴化锂作为工质,对本发明图3所示装置、统单级吸收式制冷装置以及传统双效吸收式制冷装置的性能进行了模拟计算,模拟计算中假设冷凝温度和吸收器吸收终了温度相等,发生器和吸收器出口溶液为饱和溶液。冷凝器出口为饱和制冷剂液体,蒸发器出口为饱和制冷剂蒸气,高温蒸发器和低温低压吸收器出口溶液传热温差为5℃,溶液换热器的冷端传热温差为10℃,溶液回热器的冷端传热温差为5℃,加热气体和溶液进行逆流换热,发生器出口的稀溶液和加热流体最小传热温差为10℃,冷凝温度和吸收终了温度为40℃。
表2
  工况   Tg(℃)   COPsin   COP1.x   COPdouble   η(%)
  工况1   125   0.75893   0   0.75893   /
  工况2   127.5   0.75893   0.77368   0.75893   1.94
  工况3   130   0.75893   0.90538   0.75893   19.30
  工况4   132.5   0.75893   0.95976   0.75893   26.46
  工况5   135   0.75893   1.00802   0.75893   32.82
  工况6   137.5   0.75893   1.03206   0.75893   35.99
  工况7   140   0.75893   1.0472   0.75893   37.98
  工况8   142.5   0.75893   1.05737   0.75893   39.32
  工况9   145   0.75893   1.06558   0.75893   40.41
  工况10   147.5   0.75893   1.07038   0.95117   41.04
  工况11   150   0.75893   1.07362   1.11206   41.46
  工况12   152.5   0.75893   1.07613   1.20666   41.80
  工况13   155   0.75893   1.07846   1.20666   42.10
表2是在蒸发温度为5℃时本发明装置、传统双效吸收式制冷装置以及传统单效装置在不同加热流体温度下的性能系数的对比,Tg指的是加热流体的温度,其他符号的意思和表一中各符号的意思相同。可以看到只有热源温达到150℃以上的时候,双效吸收式制冷装置才能较好的工作,热源温度在150℃以下125℃以上的时候本发明装置有最高的效率,当热源温度超过145℃的时候,本发明装置相对传统单效循环的COP的提高幅度超过40%,当热源温度超过135℃的时候,COP的提高幅度超过30%。
实施例3
以水-溴化锂作为工质,对本发明图4所示装置统、单级吸收式制冷装置以及传统双效吸收式制冷装置的性能进行了模拟计算,模拟计算中假设冷凝温度和吸收器吸收终了温度相等,发生器和吸收器出口溶液为饱和溶液。冷凝器出口为饱和制冷剂液体,蒸发器出口为饱和制冷剂蒸气,高温蒸发器和低温低压吸收器出口溶液传热温差为5℃,溶液换热器的冷端传热温差为10℃,溶液回热器的冷端传热温差为5℃,加热气体和溶液进行逆流换热,发生器出口的稀溶液和加热流体最小传热温差为10℃,冷凝温度和吸收终了温度为40℃。
表三
  工况   Te(℃)   COPsin   COP1.x   COPdouble   η(%)
  工况1   8   0.76944   0.76944   0.76944   /
  工况2   9   0.77334   0.77334   0.77334   /
  工况3   10   0.77719   0.77719   0.77719   /
  工况4   11   0.78106   0.940002   0.78106   20.35
  工况5   12   0.78497   1.031916   0.78497   31.46
  工况6   13   0.78892   1.06875   0.78892   35.47
  工况7   14   0.79291   1.102861   0.79291   39.09
  工况8   15   0.79693   1.131444   0.79693   41.98
  工况9   16   0.80100   1.152188   0.80100   43.84
  工况10   17   0.80519   1.165722   1.16288   44.78
  工况11   18   0.80942   1.180625   1.36410   45.86
  工况12   19   0.81368   1.191439   1.47743   46.43
  工况13   20   0.81806   1.202501   1.55267   46.99
表三是在加热流体温度为115℃的时候不同蒸发温度下本发明装置、传统双效吸收式制冷装置以及传统单效装置的性能系数对比表格,表中各符号所代表的意思和表一相同。可以看到,只有蒸发温度达到18℃以上的时候传统双效吸收式制冷装置才能较好地工作,拥有比本发明装置和传统单效吸收式制冷装置更高的性能系数,而在蒸发温度在11℃到17℃之间,本发明装置拥有三种装置中最高的性能系数,其性能系数比传统单效吸收式制冷装置性能系数要高得多,当蒸发温度达到15℃的时候,本发明装置的性能系数相对传统单效吸收式制冷装置的性能系数的提高幅度超过40%,蒸发温度在12℃的时候,本发明装置的性能系数相对传统单效吸收式制冷装置的性能系数的提高幅度超过30%,蒸发温度是11℃的时候,本发明装置相对传统单效吸收式制冷装置性能系数的提高幅度也超过20%。这主要是因为本发明装置的单效子装置的吸收热被用来驱动耦合的0.x效子装置,从而制取相对传统单效吸收式制冷装置更多的冷量,拥有更高的性能系数。

Claims (4)

1.一种高效的吸收式制冷装置,其特征在于:由一个单效吸收式制冷子装置和一个0.x效吸收式制冷子装置耦合而成,外界输入的热量驱动单效吸收式制冷子装置,单效吸收式制冷子装置排放的冷凝热或者吸收热驱动0.x效吸收式制冷子装置产生额外的制冷量;
所述的单效吸收式制冷子装置包括第一发生器(1)、冷凝器(4)、第三节流元件(8)、低温蒸发器(9)、低压高温吸收器(10)、第一溶液泵(11)、高温溶液换热器(12)和第四节流元件(13);
所述的0.x效吸收式制冷子装置包括第二发生器(2)、冷凝器(4)、第二节流元件(5)、高温蒸发器(6)、气液分离器(7)、低温低压吸收器(14)、第二溶液泵(15)、高压吸收器(17)、第三溶液泵(18)、低温溶液换热器(19)和第五节流元件(20);
第一发生器(1)的气相出口、第一节流元件(3)、冷凝器(4)、第二节流元件(5)、高温蒸发器(6)、气液分离器(7)依次连接;气液分离器(7)的液相出口、第三节流元件(8)、低温蒸发器(9)依次连接;低温蒸发器(9)出口分为两路,一路与低温低压吸收器(14)相连接,另外一路与低压高温吸收器(10)、第一溶液泵(11)、高温溶液换热器(12)依次串联,所述的高温溶液换热器(12)之后连接第一发生器(1)入口;所述的高温蒸发器(6)以及低温低压吸收器(14)为一个换热器的两个流道;第一发生器(1)的液相出口、高温溶液换热器(12)、第四节流元件(13)、低压高温吸收器(10)依次连接;第二发生器(2)的气相出口与冷凝器(4)连接;气液分离器(7)的气相出口、高压吸收器(17)、第三溶液泵(18)、低温溶液换热器(19)依次连接,所述的低温溶液换热器(19)之后连接第二发生器(2)入口;第二发生器(2)的液相出口、低温溶液换热器(19)、第五节流元件(20)、低温低压吸收器(14)、第二溶液泵(15)、高压吸收器(17)依次连接。
2.如权利要求1所述的吸收式制冷装置,其特征在于:第二溶液泵(15)和高压吸收器(17)之间设有溶液回热器(16),低温溶液换热器(19)的出口通过溶液回热器(16)及第五节流元件(20)流到低温低压吸收器(14)。
3.一种高效的吸收式制冷装置,其特征在于:由一个单效吸收式制冷子装置和一个0.x效吸收式制冷子装置耦合而成,外界输入的热量驱动单效吸收式制冷子装置,单效吸收式制冷子装置排放的冷凝热或者吸收热驱动0.x效吸收式制冷子装置产生额外的制冷量;
所述的单效吸收式制冷子装置包括第一发生器(1)、冷凝器(4)、第三节流元件(8)、低温蒸发器(9)、低压高温吸收器(10)、第一溶液泵(11)、高温溶液换热器(12)和第四节流元件(13);
所述的0.x效吸收式制冷子装置包括第二发生器(2)、冷凝器(4)、第二节流元件(5)、高温蒸发器(6)、气液分离器(7)、低温低压吸收器(14)、第二溶液泵(15)、高压吸收器(17)、第三溶液泵(18)、低温溶液换热器(19)和第五节流元件(20);
第一发生器(1)的气相出口、冷凝器(4)、第二节流元件(5)、高温蒸发器(6)、气液分离器(7)依次连接;气液分离器(7)的液相出口、第三节流元件(8)、低温蒸发器(9)依次连接;低温蒸发器(9)出口分为两路,一路与低温低压吸收器(14)相连接,另外一路与低压高温吸收器(10)、第一溶液泵(11)、高温溶液换热器(12)依次串联,所述的高温溶液换热器(12)之后连接第一发生器(1)入口;所述的高温蒸发器(6)以及低温低压吸收器(14)为一个换热器的两个流道;第一发生器(1)的液相出口、高温溶液换热器(12)、第四节流元件(13)、低压高温吸收器(10)依次连接;第二发生器(2)的气相出口与冷凝器(4)连接;气液分离器(7)气相出口与高压吸收器(17)、第三溶液泵(18)、低温溶液换热器(19)依次串联,所述的低温溶液换热器(19)之后连接第二发生器(2)入口;第二发生器(2)的液相出口、低温溶液换热器(19)、第五节流元件(20)、低温低压吸收器(14)、第二溶液泵(15)、高压吸收器(17)依次连接;所述的第二发生器(2)与低压高温吸收器(10)为一个换热器的两个流道。
4.如权利要求3所述的吸收式制冷装置,其特征在于:第二溶液泵(15)和高压吸收器(17)之间设有溶液回热器(16),低温溶液换热器(19)的出口通过溶液回热器(16)及第五节流元件(20)流到低温低压吸收器(14)。
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