專利名稱：一種吸收-壓縮復合制冷循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種雙能量形式驅動(功和熱復合驅動)，雙溫位冷量輸出，雙工況運 行的吸收-壓縮復合制冷循環(huán)。適于太陽能、地熱、工業(yè)余熱等低品位熱利用的場合，以及 分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
背景技術：
吸收-壓縮復合制冷循環(huán)為太陽能等低品位熱的利用提供了一種有效途徑。該 循環(huán)可采用低品位熱和機械功(電)復合驅動制冷，即可采用低品位熱代替部分機械功 (電)獲取高品位的冷量。對于吸收-壓縮復合制冷循環(huán)的研究，不少研究者提出了相關 的專利。專利CN1095813A采用氨及氟利昂等作制冷劑，公開了一種壓縮機置于低壓端、 壓縮機置于高壓端等四種流程的吸收-壓縮復合制冷循環(huán)技術。專利CN101055136A和 CN101556095A先后提出了一種“閉式”的復疊式吸收-壓縮復合循環(huán)，即太陽能驅動的吸收 循環(huán)采用水-溴化鋰或氨-水，壓縮循環(huán)采用R22、R410等制冷劑，期間采用復疊式換熱制 冷。專利US20070019708A1和專利CN101175953A公開了針對采用離子液體為工質對的各 類吸收和壓縮循環(huán)技術。其中涉及采用離子液體工質對，并具有并聯(lián)和串連流程的混合蒸 汽壓縮-吸收循環(huán)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種吸收_壓縮復合制冷循環(huán)系統(tǒng)，目的是提供一種高效利用太陽能 等低品位熱與機械功(電)復合驅動的制冷循環(huán)，以最大限度地節(jié)約電能。本發(fā)明提供了一種吸收-壓縮復合制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于平板式太陽能集 熱器1、精餾塔2以及水泵19形成的循環(huán)回路構成供熱裝置；該循環(huán)并聯(lián)設置兩個或兩個 以上蒸發(fā)器(8和9)。即離開冷凝器的制冷劑分別節(jié)流到兩個或兩個以上相對低的壓力， 使制冷劑在不同壓力下蒸發(fā)，以同時輸出兩種或兩種以上溫位的冷量。第一蒸發(fā)器8的一 端連接第一壓縮機10后和第二蒸發(fā)器9的一端同時連接混合器11 ；第一蒸發(fā)器8的另一 端連接第一節(jié)流閥6，第二蒸發(fā)器9的另一端連接第二節(jié)流閥7 ；第一節(jié)流閥6和第二節(jié)流 閥7同時連接分流閥5 ；分流閥5連接冷劑換熱器4，冷劑換熱器4連接第二壓縮機12，第 二壓縮機12分別連接第一截止閥13和第二截止閥14 ；第一截止閥13連接冷凝器3后連 接冷劑換熱器4 ；第二截止閥14連接吸收器15后連接溶液泵16，溶液泵16連接溶液換熱 器18后連接精餾塔2，精餾塔2連接冷凝器3后連接冷劑換熱器4 ；吸收器15和溶液換熱 器18之間連接有溶液減壓閥17。第一壓縮機10和第二壓縮機12均采用變頻式壓縮機。具體的循環(huán)方法為循環(huán)水通過平板式太陽能集熱器1加熱精餾塔2塔底再沸器， 加熱完成后，再經(jīng)水泵19循環(huán)利用；機械功通過第一、第二壓縮機和泵(溶液泵和水泵)輸 入；循環(huán)的廢熱通過冷凝器3及吸收器15由冷卻介質帶走。詳細流程描述為制冷劑在第 一蒸發(fā)器8 (蒸發(fā)溫度_18°C )和第二蒸發(fā)器9 (蒸發(fā)溫度5°C )蒸發(fā)制冷后，來自第一蒸發(fā) 器8的制冷劑蒸汽經(jīng)第一壓縮機10壓縮，壓力與第二蒸發(fā)器9的蒸發(fā)壓力相等，然后與來自第二蒸發(fā)器9的制冷劑蒸汽進入混合器11混合?；旌虾蟮闹评鋭┱羝M入冷劑換熱器 4換熱成為過熱蒸汽，經(jīng)第二壓縮機12壓縮后到達第一截止閥13和第二截止閥14。若第 二截止閥13關閉，第二截止閥14連通，系統(tǒng)以吸收-壓縮復合循環(huán)制冷模式運行。此時， 被壓縮的制冷劑蒸汽進入吸收器15被來自精餾塔2的稀溶液吸收。吸收后的濃溶液經(jīng)溶 液泵16升壓后經(jīng)溶液換熱器18進入精餾塔2，濃溶液在精餾塔2中被來自平板式太陽能集 熱器1的熱源加熱，放出制冷劑蒸汽。從精餾塔2出來的稀溶液，進入溶液換熱器18后經(jīng) 過溶液減壓閥17減壓進入吸收器15。從精餾塔2出來制冷劑蒸汽進入冷凝器被冷凝后，液 態(tài)制冷劑經(jīng)冷劑換熱器4過冷后通過分流閥5進行分流，此時可根據(jù)用戶的用冷需求設置 分流比例。分流后的兩股制冷劑流體分別進入第一節(jié)流閥6和第二節(jié)流閥7節(jié)流降溫后， 分別進入第一蒸發(fā)器8和第二蒸發(fā)器9進行蒸發(fā)制冷，完成制冷循環(huán)。若第一截止閥13連 通，第二截止閥14關閉，系統(tǒng)以壓縮循環(huán)制冷模式運行。此時，通過第一截止閥13的制冷 劑蒸汽直接進入冷凝器3進行冷凝，冷凝后的液態(tài)制冷劑經(jīng)冷劑換熱器4過冷后通過分流 閥5進行分流，此時可根據(jù)用戶的用冷需求設置分流比例。分流后的兩股制冷劑流體分別 進入第一節(jié)流閥6和第二節(jié)流閥7節(jié)流降溫后，分別進入第一蒸發(fā)器8和第二蒸發(fā)器9進 行蒸發(fā)制冷，完成制冷循環(huán)。本發(fā)明的循環(huán)方法中，壓縮機的出口壓力是影響循環(huán)性能的關鍵因素。本發(fā)明中， 第一、第二壓縮機均采用變頻式壓縮機，根據(jù)低品位熱源的溫度、冷凝溫度等工況變化，通 過調節(jié)變頻式壓縮機的出口壓力，使系統(tǒng)在高節(jié)電率模式下運行。本發(fā)明的循環(huán)方法中，熱量傳遞是熱得以高效利用的重要因素。吸收器和精餾塔 是本發(fā)明循環(huán)中重要的傳質與傳熱設備。本發(fā)明中，吸收器采用單根或多根套管內(nèi)裝填料 的設備結構；精餾塔采用提餾段內(nèi)回熱，精餾段內(nèi)裝填料的設備結構。傳熱效果、吸收與分 離效果良好，結構簡單。本發(fā)明的效果1.本發(fā)明提出的一種吸收-壓縮復合制冷循環(huán)系統(tǒng)，通過太陽能等低品位熱(低 于100°C )與機械功(電)復合驅動制冷，不僅解決了低溫熱源(低于100°c )無法驅動吸 收制冷循環(huán)獲取零度以下冷，以至于無法應用于冰箱的難題，而且對于機械功(電)驅動的 壓縮式冰箱、空調來說，本發(fā)明采用太陽能等低品位熱及機械功(電)復合驅動制取低于零 度的冷，拓展了太陽能等低品位熱的應用，達到節(jié)能效果。2.本發(fā)明提出的并聯(lián)設置兩個或兩個以上蒸發(fā)器(8和9)的構型，根據(jù)用戶的用 冷需求，可同時輸出兩種(_18°C和5°C )或兩種以上溫位的冷量。3.本發(fā)明的第一、第二壓縮機(10和12)采用變頻式壓縮機，根據(jù)低品位熱源的 溫度、冷凝溫度等工況變化，通過調節(jié)變頻壓縮機的出口壓力，使系統(tǒng)在高節(jié)電率模式下運 行。在發(fā)生溫度85°C，冷卻介質(可以是水或空氣)溫度為32°C，蒸發(fā)溫度為5°C (空調 運行溫度)時，在R134A-DMF吸收-壓縮復合制冷循環(huán)的最佳條件下運行，壓縮機的出口壓 力為500kPa，溶液的循環(huán)倍率為4. 4，此時獲取相同冷量的復合制冷循環(huán)要比壓縮制冷循 環(huán)節(jié)電50%以上；在發(fā)生溫度85°C，冷卻介質溫度為32°C，蒸發(fā)溫度為-18°C (冰箱冷藏溫 度)時，復合制冷循環(huán)要比壓縮制冷循環(huán)節(jié)電30%以上；在相同條件下，要同時輸出適合于 冰箱(_18°C)與空調(_5°C)的制冷溫度，復合制冷循環(huán)要比壓縮制冷循環(huán)冷節(jié)電48.7%。4.本發(fā)明的吸收塔(15)采用單根或多根套管內(nèi)裝填料的設備結構，精餾塔(2)采用提餾段內(nèi)回熱，精餾段內(nèi)裝填料的設備結構。吸收與分離效率高，結構簡單。5.本發(fā)明提出的雙工況制冷循環(huán)，根據(jù)太陽的照射情況，可獨立運行吸收-壓縮 復合循環(huán)制冷及壓縮循環(huán)制冷，克服了太陽能不連續(xù)、不穩(wěn)定的缺點。即使在太陽能不充裕 的時候，系統(tǒng)仍然可以穩(wěn)定運行，滿足用戶需求。


附圖為本發(fā)明的雙驅動雙輸出雙工況的制冷循環(huán)流程示意圖。圖中包括1、平板式 太陽能集熱器，2、精餾塔，3、冷凝器，4、冷劑換熱器，5、分流閥，6、第一節(jié)流閥，7、第二節(jié)流 閥，8、第一蒸發(fā)器，9、第二蒸發(fā)器，10、第一壓縮機，11、混合器，12、第二壓縮機，13、第一截 止閥，14、第二截止閥，15、吸收器，16、溶液泵，17、溶液減壓閥，18、溶液換熱器，19、水泵。
具體實施例方式根據(jù)太陽能的照射情況，本發(fā)明的循環(huán)方法可有吸收_壓縮復合循環(huán)制冷及壓縮 循環(huán)制冷兩種實施方式在太陽充足時，運行吸收-壓縮復合制冷循環(huán)。該工況為低品位熱和機械功(電) 復合驅動制冷。通過平板式太陽能集熱器1獲取的低品位熱從精餾塔2輸入；機械功通過 壓縮機和泵(溶液泵和水泵)輸入；循環(huán)的廢熱通過冷凝器3及吸收器15由冷卻介質帶 走。詳細流程描述為制冷劑在第一蒸發(fā)器8(蒸發(fā)溫度-18°C )和第二蒸發(fā)器9 (蒸發(fā)溫 度5°C )蒸發(fā)制冷后，第一蒸發(fā)器8的制冷劑蒸汽經(jīng)第一壓縮機10壓縮，壓力與第二蒸發(fā)器 9的蒸發(fā)壓力相等，然后與來自第二蒸發(fā)器9的制冷劑蒸汽進入混合器11混合?；旌虾蟮?制冷劑蒸汽進入冷劑換熱器4換熱成為過熱蒸汽，經(jīng)第二壓縮機12壓縮后到達第一截止閥 13和第二截止閥14。此時，第一截止閥13關閉，第二截止閥14連通，被壓縮的制冷劑蒸汽 進入吸收器15被來自精餾塔2的稀溶液吸收。吸收后的濃溶液經(jīng)溶液泵16升壓后經(jīng)溶液 換熱器18進入精餾塔2，濃溶液在精餾塔2中被來自平板式太陽能集熱器1的熱源加熱，放 出制冷劑蒸汽。從精餾塔2出來的稀溶液進入溶液換熱器18，再經(jīng)過溶液減壓閥17減壓， 進入吸收器15。從精餾塔2出來制冷劑蒸汽進入冷凝器被冷凝，液態(tài)制冷劑經(jīng)冷劑換熱器 4過冷，然后通過分流閥5進行分流。此時，可根據(jù)用戶的用冷需求設置分流比例。分流后 的兩股制冷劑流體分別進入第一節(jié)流閥6和第二節(jié)流閥7節(jié)流降溫后，分別進入第一蒸發(fā) 器8和第二蒸發(fā)器9進行蒸發(fā)制冷，完成制冷循環(huán)。在晚間或缺少太陽能的時期，為了保證用戶的穩(wěn)定供冷，本發(fā)明的循環(huán)方法可運 行壓縮制冷循環(huán)。流程詳細描述為制冷劑在第一蒸發(fā)器8(蒸發(fā)溫度-18°C )和第二蒸發(fā) 器9(蒸發(fā)溫度5°C )蒸發(fā)制冷后，來自第一蒸發(fā)器8的制冷劑蒸汽經(jīng)第一壓縮機10壓縮 后，壓力與第二蒸發(fā)器9的蒸發(fā)壓力相等，然后與來自第二蒸發(fā)器9的制冷劑蒸汽進入混合 器11進行混合。混合后的制冷劑蒸汽進入冷劑換熱器4換熱成為過熱蒸汽，經(jīng)第二壓縮機 12壓縮后到達第一截止閥13和第二截止閥14。此時，第一截止閥13連通，第二截止閥14 關閉，通過第一截止閥13的制冷劑蒸汽直接進入冷凝器3進行冷凝，冷凝后的液態(tài)制冷劑 經(jīng)冷劑換熱器4過冷后通過分流閥5進行分流，此時可根據(jù)用戶的用冷需求設置分流比例。 分流后的兩股制冷劑流體分別進入第一節(jié)流閥6和第二節(jié)流閥7節(jié)流降溫后，分別進入第 一蒸發(fā)器8和第二蒸發(fā)器9進行蒸發(fā)制冷，完成制冷循環(huán)。
實施例1 應用于家庭冰箱制冷以水為冷卻介質，其溫度32°C，需要制取適用于冰箱冷藏溫度_18°C的冷，現(xiàn)從平 板式太陽能集熱器獲取90°C的熱源，精餾塔再沸器的最小傳熱溫差設為5°C，則精餾塔出 口溶液溫度為85°C。在操作中選取冷卻介質先流經(jīng)吸收器然后再流經(jīng)冷凝器的串聯(lián)方式， 冷卻介質溫升5°C，取最小傳熱溫差為5°C，則吸收器出口的溶液溫度為37°C，冷凝溫度為 42°C。其計算結果見下表
權利要求
一種吸收 壓縮復合制冷循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于平板式太陽能集熱器(1)、精餾塔(2)以及水泵(19)形成的回路構成供熱裝置提供低品位熱；第一蒸發(fā)器(8)的一端連接第一壓縮機(10)后和第二蒸發(fā)器(9)的一端同時連接混合器(11)；第一蒸發(fā)器(8)的另一端連接第一節(jié)流閥(6)，第二蒸發(fā)器(9)的另一端連接第二節(jié)流閥(7)；第一節(jié)流閥(6)和第二節(jié)流閥(7)同時連接分流閥(5)；分流閥(5)連接冷劑換熱器(4)，冷劑換熱器(4)連接第二壓縮機(12)，第二壓縮機(12)分別連接第一截止閥(13)和第二截止閥(14)；第一截止閥(13)連接冷凝器(3)后連接冷劑換熱器(4)；第二截止閥(14)連接吸收器(15)后連接溶液泵(16)，溶液泵(16)連接溶液換熱器(18)后連接精餾塔(2)，精餾塔(2)連接冷凝器(3)后連接冷劑換熱器(4)；吸收器(15)和溶液換熱器(18)之間連接有溶液減壓閥(17)。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于該循環(huán)并聯(lián)設置兩個或兩個以上蒸發(fā)器， 即離開冷凝器的制冷劑分別節(jié)流到兩個或兩個以上相對低的壓力，使制冷劑在不同壓力下 蒸發(fā)，以同時輸出兩種或兩種以上溫位的冷量。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于第一壓縮機(10)和第二壓縮機(12)均采 用變頻式壓縮機。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于吸收塔(15)采用單根或多根套管內(nèi)裝填料 的設備結構。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于精餾塔(2)采用提餾段內(nèi)回熱，精餾段內(nèi)裝 填料的設備結構。
6.根據(jù)權利要求1，其特征在于循環(huán)的制冷劑是1，1，2，2_四氟乙烷或者二氟甲烷，吸 收劑是有機溶劑二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、離子液 體[bmim] [BF4]或者[bmim] [PF6]。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種吸收-壓縮復合制冷循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)雙能量形式驅動(功和熱復合驅動)，雙溫位冷量輸出，雙工況運行。由平板式太陽能集熱器，發(fā)生器或精餾塔、冷凝器、冷劑換熱器、分流閥、第一節(jié)流閥、第二節(jié)流閥、第一蒸發(fā)器、第二蒸發(fā)器、第一壓縮機、混合器、第二壓縮機、截止閥、吸收器、溶液泵、溶液減壓閥、溶液換熱器、水泵按一定的規(guī)律連接。本發(fā)明可以太陽能、余熱等低品位熱以及機械功(電)兩種形式的能量驅動；可以同時輸出兩種或兩種以上溫位的冷量；可以在吸收-壓縮復合循環(huán)制冷，以及壓縮循環(huán)制冷兩種工況下獨立運行，保證對用戶的穩(wěn)定供冷。
文檔編號F25B25/02GK101968288SQ20101052234
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)明者蘭榮亮, 孟學林, 鄭丹星 申請人:北京化工大學