專利名稱：雙吸收器低溫制冷機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制冷領(lǐng)域，具體涉及一種低吸收式低溫制冷機。
背景技術(shù)：
吸收式制冷可以蒸汽、燃氣、燃油、熱水等多種熱能形式為動力，尤其是可以利用 太陽能、地?zé)?、工業(yè)廢熱和余熱等可再生能源及低品位熱源。由于一般不使用包括CFCs或 HCFCs等對大氣臭氧層有破壞作用的這類工質(zhì)，因此吸收式制冷是一種兼具節(jié)能與環(huán)保雙 重優(yōu)勢的制冷方式。傳統(tǒng)的吸收式制冷機(如溴化鋰-水、氨-水吸收式制冷機)雖已得到普遍的應(yīng) 用，但其自身仍存在較多的不足。如溴化鋰-水吸收式制冷機，其溶液具有強腐蝕性、易結(jié) 晶，系統(tǒng)運行時始終處于負壓狀態(tài)；氨-水吸收式制冷機中，其使用的工質(zhì)具有強烈刺激性 氣味且有毒，同時容易爆炸。以上諸多不足會導(dǎo)致相應(yīng)的設(shè)計難度和制造成本大大增加。而 傳統(tǒng)的吸收式制冷機更加無法克服的共同缺點是得不到較低的制冷溫度。溴化鋰-水吸收 式制冷機只能應(yīng)用于的制冷溫度在0°c以上的空調(diào)領(lǐng)域；單級氨-水吸收式制冷機的制冷 溫度也僅能達到-20°C。對于-50°c以下的深度冷凍領(lǐng)域，以上類型的吸收式制冷機均無法 有效的得到應(yīng)用，而往往此類工業(yè)領(lǐng)域也同時存在大量的工業(yè)廢熱和余熱，如化工、生物、 食品加工、制藥等領(lǐng)域。此時只能額外消耗大量的高品位電能而采用相應(yīng)的蒸汽壓縮式低 溫制冷機。專利號為ZL02110940. 0的中國專利公開了一種深度冷凍吸收制冷裝置，其循環(huán) 流程中僅有一個吸收器，兩股制冷劑混合后進入吸收器并被稀溶液吸收。該流程中兩股制 冷劑在混合前壓力相等，難以對吸收過程進行強化。同時，制冷劑的混合過程所產(chǎn)生的不可 逆性損失，會造成冷量的損耗。因而，這些不足限制了該發(fā)明裝置的性能，也說明該裝置的 性能仍有較大提高可能。專利號為ZL03115631. 2的中國專利公開了一種吸收式低溫制冷機，其循環(huán)流程 中采用兩個吸收器以強化吸收過程。稀溶液依次流經(jīng)兩個吸收器，前一級吸收器內(nèi)的壓力 要高于后一級。這使得前一級吸收器不能達到飽和狀態(tài)；否則，流入后一級吸收器后制冷劑 即會從吸收劑中揮發(fā)出來。因此，該流程中前一級吸收器不能充分利用溶液的吸收能力，也 容易導(dǎo)致后一級吸收器無法正常工作。因此，采用該雙吸收器流程來強化吸收過程仍然有 較大的局限性。相應(yīng)地，其循環(huán)的整體性能仍然有所限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種高性能的雙吸收器低溫制冷機，可由低品位熱能或可再生能源 驅(qū)動、制冷溫度更低、效率更高、可在深度冷凍領(lǐng)域里得到應(yīng)用?！N雙吸收器低溫制冷機，包括自復(fù)疊制冷模塊和溶液循環(huán)模塊，其中，所述自 復(fù)疊制冷模塊包括冷凝器、汽液分離器、第一制冷劑換熱器、第二制冷劑換熱器、第三制冷 劑換熱器、第一制冷劑減壓裝置、第二制冷劑減壓裝置和蒸發(fā)器；所述溶液循環(huán)模塊包括發(fā)生器、第一吸收器、第二吸收器、第一溶液泵、第二溶液泵、第一溶液減壓裝置、第二溶液 減壓裝置、混合器、溶液換熱器和分配器。所述自復(fù)疊制冷模塊中，所述冷凝器的出口與所述汽液分離器的入口相連，所述 汽液分離器的汽相制冷劑出口依次與所述第一制冷劑換熱器的高壓側(cè)通道、所述第二制冷 劑換熱器的高壓側(cè)通道、所述第一制冷劑減壓裝置、所述蒸發(fā)器、所述第二制冷劑換熱器的 低壓側(cè)通道、所述第三制冷劑換熱器的低壓側(cè)通道、所述第一吸收器的制冷劑入口相連，所 述汽液分離器的液相制冷劑出口依次與所述第三制冷劑換熱器的高壓側(cè)通道、所述第二制 冷劑減壓裝置、所述第一制冷劑換熱器的低壓側(cè)通道、所述第二吸收器的制冷劑入口相連。所述溶液循環(huán)模塊中，所述發(fā)生器的稀溶液出口依次與所述溶液換熱器的稀溶液 側(cè)通道、所述分配器的溶液入口相連；所述分配器的第一溶液出口依次與所述第一溶液減 壓裝置、所述第一吸收器、所述第一溶液泵、所述混合器的第一溶液入口相連；所述分配器 的第二溶液出口依次與所述第二溶液減壓裝置、所述第二吸收器、所述第二溶液泵、所述混 合器的第二入口相連；所述混合器的出口依次與所述溶液換熱器的濃溶液側(cè)通道、所述發(fā) 生器的濃溶液進口相連，所述發(fā)生器的制冷劑蒸汽出口與所述冷凝器的入口相連。所述的制冷劑為與環(huán)境友好的二元或多元非共沸混合制冷劑，可以為四氟乙烷 (R134a)和二氟甲烷￠3 組成的混合物、或四氟乙烷(R134a)和三氟甲烷(R2!3)組成的 混合物，其中四氟乙烷(R134a)作為高溫制冷劑，二氟甲烷￠3 或三氟甲烷(R2!3)作為低 溫制冷劑；也可以為四氟乙烷￠13 )、二氟甲烷￠3 和三氟甲烷(R2!3)組成的三元混合 物，其中四氟乙烷(R134a)為高溫制冷劑，二氟甲烷￠3 為中溫制冷劑，三氟甲烷(R23) 為低溫制冷劑。所述的第一吸收器和第二吸收器中，吸收劑為N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或四甘醇 二甲醚(DMRTEG)等有機溶劑。所述的四個換熱器(第一制冷劑換熱器、第二制冷劑換熱器、第三制冷劑換熱器 和溶液換熱器)可以是列管式、套管式，也可以是其它形式，其換熱管可以是普通管，也可 以是強化管。所述的四個減壓裝置(第一制冷劑減壓裝置、第二制冷劑減壓裝置、第一溶液減 壓裝置和第二溶液減壓裝置)的作用是讓流過的工質(zhì)減壓膨脹，可以是毛細管、自動或手 動裝置。所述的兩個吸收器(第一吸收器和第二吸收器)可以是噴淋式、填料式、降膜式， 也可以是其它形式的吸收器。本發(fā)明的雙吸收器低溫制冷機通過對第一制冷劑減壓裝置、第二制冷劑減壓裝 置、第一溶液減壓裝置、第二溶液減壓裝置的調(diào)節(jié)，使得兩個吸收器(第一吸收器和第二吸 收器)可同時處于最優(yōu)的工作壓力下。增加進入第一吸收器中的稀溶液的流量會使得第一 吸收器處于更低的工作壓力下，也意味著蒸發(fā)壓力更低，由非共沸混合制冷劑的特性可知 一方面可增大蒸發(fā)器進出口制冷劑的焓差，從而提高所述的雙吸收器低溫制冷機整體的性 能效率；另一方面，隨著蒸發(fā)壓力的降低，所述的雙吸收器低溫制冷機的制冷溫度范圍將進 一步的向更低的溫度區(qū)間延伸。本發(fā)明的雙吸收器低溫制冷機基于自行復(fù)疊制冷原理，利用非共沸混合制冷劑的 特性，避免了制冷劑混合過程的不可逆損失，強化了吸收器的吸收過程，可以獲得更低的制冷溫度，更高的制冷效率。本發(fā)明的雙吸收器低溫制冷機可由太陽能、地?zé)?、工業(yè)廢熱和余 熱等可再生熱能或低品位熱能驅(qū)動(即所述發(fā)生器可由太陽能、地?zé)?、工業(yè)廢熱和余熱等 可再生熱能或低品位熱能驅(qū)動)，可以獲得常規(guī)吸收式制冷機無法達到的-50°C以下的制 冷溫度，大大拓展了吸收式制冷機在深度冷凍領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍，在化工、生物、食品加工、 制藥等既需要深度冷凍又存在大量的工業(yè)廢熱和余熱的領(lǐng)域內(nèi)有廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明 的雙吸收器低溫制冷機制冷溫度范圍寬、效率高、性能穩(wěn)定可靠且結(jié)構(gòu)緊湊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果(1)在低品位熱驅(qū)動下，可應(yīng)用于深度冷凍領(lǐng)域的-60 -70°C左右的高效制冷， 其COP (Coefficient of Performance，性能系數(shù))相較于現(xiàn)有吸收式低溫制冷機可提高 20%以上，大大提升了低品位熱深度制冷的經(jīng)濟性；(2)制冷溫度更低，在相同的低品位熱驅(qū)動下，可以獲得較現(xiàn)有吸收式低溫制冷機 低15 25°C左右的制冷溫度，容易獲得-70°C以下的制冷溫度，且具有比較高的C0P，極大 地拓展了吸收式制冷機的應(yīng)用溫區(qū)范圍；(3)結(jié)構(gòu)比較緊湊，性能可靠穩(wěn)定，在太陽能、地?zé)?、工業(yè)廢熱和余熱等可再生熱能 或低品位熱能驅(qū)動下具有良好的節(jié)能減排效果與前景。


圖1是本發(fā)明的雙吸收器低溫制冷機的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖來詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。如圖1所示，一種雙吸收器低溫制冷機，包括由冷凝器11、汽液分離器12、第一制冷劑換熱器13、第二制冷劑換熱器14、第三制 冷劑換熱器18、第一制冷劑減壓裝置15、第二制冷劑減壓裝置17和蒸發(fā)器16構(gòu)成的自復(fù) 疊制冷模塊；和由發(fā)生器1、第一吸收器2、第二吸收器3、第一溶液泵4、第二溶液泵5、第一溶液 減壓裝置6、第二溶液減壓裝置7、混合器8、溶液換熱器9和分配器10構(gòu)成的溶液循環(huán)模 塊。上述自復(fù)疊制冷模塊中，冷凝器11的出口與汽液分離器12的入口相連，汽液分離 器12的汽相制冷劑出口依次與第一制冷劑換熱器13的高壓側(cè)通道、第二制冷劑換熱器14 的高壓側(cè)通道、第一制冷劑減壓裝置15、蒸發(fā)器16、第二制冷劑換熱器14的低壓側(cè)通道、第 三制冷劑換熱器18的低壓側(cè)通道、第一吸收器2的制冷劑入口相連，汽液分離器12的液相 制冷劑出口依次與第三制冷劑換熱器18的高壓側(cè)通道、第二制冷劑減壓裝置17、第一制冷 劑換熱器13的低壓側(cè)通道、第二吸收器3的制冷劑入口相連；上述溶液循環(huán)模塊中，發(fā)生器1的稀溶液出口依次與溶液換熱器9的稀溶液側(cè)通 道、分配器10的溶液入口相連；分配器10的第一溶液出口依次與第一溶液減壓裝置6、第 一吸收器2、第一溶液泵4、混合器8的第一溶液入口相連；分配器10的第二溶液出口依次 與第二溶液減壓裝置7、第二吸收器3、第二溶液泵5、混合器8的第二入口相連；混合器8的 出口依次與溶液換熱器9的濃溶液側(cè)通道、發(fā)生器1的濃溶液進口相連，發(fā)生器1的制冷劑蒸汽出口與冷凝器11的入口相連。上述雙吸收器低溫制冷機的工作流程如下發(fā)生器1產(chǎn)生的高溫高壓混合制冷劑蒸汽，經(jīng)冷凝器11后，以汽液兩相的狀態(tài)進 入汽液分離器12，汽液分離器12中汽相成分為富含低沸點制冷劑的混合制冷劑，液相成分 為富含高沸點制冷劑的混合制冷劑。汽液分離器12中液相混合制冷劑經(jīng)第三制冷劑換熱器18并被預(yù)冷，隨后經(jīng)第二 制冷劑減壓裝置17進入第一制冷劑換熱器13，隨后進入第二吸收器3被吸收劑吸收。汽液分離器12中的汽相混合制冷劑經(jīng)第一制冷劑換熱器13并被預(yù)冷后，進入第 二制冷劑換熱器14并得到進一步的預(yù)冷，隨后經(jīng)第一制冷劑減壓裝置15，進入蒸發(fā)器16中 蒸發(fā)吸熱并提供所需的制冷量。從蒸發(fā)器16出來的低溫制冷劑蒸汽依次經(jīng)過第二制冷劑 換熱器14和第三制冷劑換熱器18被回收冷量后溫度持續(xù)升高。最后，進入第一吸收器2 被吸收劑吸收。發(fā)生器1中產(chǎn)生的稀溶液經(jīng)溶液熱交換器9的稀溶液通道被預(yù)冷后，進入溶液分 配器10分為兩股。一股經(jīng)第一溶液減壓裝置6進入第一吸收器2吸收來自蒸發(fā)器16的 富含低沸點組分的制冷劑蒸汽后變?yōu)闈馊芤海涣硪还山?jīng)第二溶液減壓裝置7進入第二吸收 器3吸收來自第一制冷劑換熱器13的富含高沸點組分的制冷劑蒸汽后也變?yōu)闈馊芤?。?一吸收器2中的濃溶液經(jīng)第一溶液泵4進入混合器8的第一溶液入口 ；第二吸收器3中的 濃溶液經(jīng)第二溶液泵5進入混合器8的第二溶液入口，并在混合器8中與來自第一吸收器 2的濃溶液混合，混合后的濃溶液經(jīng)溶液熱交換器9，被預(yù)熱后進入發(fā)生器1，從而完成溶液 環(huán)路的循環(huán)。上述的雙吸收器低溫制冷機中，第二制冷劑換熱器14是自復(fù)疊模塊中的關(guān)鍵部 件，此時，對于第一制冷劑換熱器13低壓側(cè)入口的制冷劑的溫度的要求有一個比較合適的 范圍(即第二吸收器3的工作壓力)。若第一制冷劑換熱器13低壓側(cè)入口的制冷劑的溫度 較低時，雖然能達到相應(yīng)的制冷要求，但會造成冷量的浪費，也使得第二吸收器3的壓力較 低，不利于稀溶液對制冷劑的吸收過程，從而使得循環(huán)整體的性能系數(shù)不高。若第一制冷劑 換熱器13低壓側(cè)入口的制冷劑的溫度較高時，會引起對第一制冷劑換熱器13的高壓側(cè)部 分的預(yù)冷不夠的結(jié)果，從而使系統(tǒng)無法達到預(yù)定的制冷溫度。上述的雙吸收器低溫制冷機通過對第一制冷劑減壓裝置15、第二制冷劑減壓裝置 17、第一溶液減壓裝置6、第二溶液減壓裝置7的調(diào)節(jié)，使得兩個吸收器(第一吸收器2和第 二吸收器3)可同時處于最優(yōu)的工作壓力下。增加進入第一吸收器2中的稀溶液的流量會 使得第一吸收器2處于更低的工作壓力下，也意味著蒸發(fā)壓力更低。由非共沸混合制冷劑 的特性可知一方面可增大蒸發(fā)器16進出口制冷劑的焓差，從而提高雙吸收器低溫制冷機 整體的性能效率；另一方面，隨著蒸發(fā)壓力的降低，上述的雙吸收器低溫制冷機的制冷溫度 范圍將進一步的向更低的溫度區(qū)間延伸。上述的雙吸收器低溫制冷機中，發(fā)生器1可由太陽能、地?zé)?、工業(yè)廢熱和余熱等可 再生熱能或低品位熱能驅(qū)動，四個換熱器(第一制冷劑換熱器13、第二制冷劑換熱器14、第 三制冷劑換熱器18和溶液換熱器9)可以是列管式、套管式，也可以是其它形式，其換熱管 可以是普通管，也可以是強化管。四個減壓裝置(第一制冷劑減壓裝置15、第二制冷劑減 壓裝置17、第一溶液減壓裝置6和第二溶液減壓裝置7)的作用是讓流過的工質(zhì)減壓膨脹，可以是毛細管、自動或手動裝置。兩個吸收器(第一吸收器2和第二吸收器幻可以是噴淋 式、填料式、降膜式，也可以是其它形式的吸收器。上述的雙吸收器低溫制冷機中，制冷劑為四氟乙烷(R134a)和二氟甲烷(R32)組 成的混合物，四氟乙烷(R134a)作為高溫制冷劑，二氟甲烷￠3 作為低溫制冷劑。(制冷 劑也可以為四氟乙烷(RlMa)和三氟甲烷(R23)組成的混合物，四氟乙烷(R134a)作為高 溫制冷劑，三氟甲烷(R2!3)作為低溫制冷劑；或者，也可以為四氟乙烷￠13 )、二氟甲烷 (R32)和三氟甲烷(R2!3)組成的三元混合物，其中四氟乙烷(R134a)為高溫制冷劑，二氟甲 烷(R32)為中溫制冷劑，三氟甲烷(R23)為低溫制冷劑。)上述的雙吸收器低溫制冷機中，第一吸收器2和第二吸收器3中，采用N，N- 二甲 基甲酰胺(DMF)有機溶劑為吸收劑(也可以采用四甘醇二甲醚(DMETEG)有機溶劑為吸收 劑)。上述的雙吸收器低溫制冷機在不高于160°C的低品位熱源的驅(qū)動下能獲 得-60 _70°C的制冷溫度，且具有約0. 1 0. 15的COP。
權(quán)利要求
1.一種雙吸收器低溫制冷機，其特征在于，包括自復(fù)疊制冷模塊和溶液循環(huán)模塊，其中，所述自復(fù)疊制冷模塊包括冷凝器(11)、汽液分離器(1 、第一制冷劑換熱器(13)、第 二制冷劑換熱器(14)、第三制冷劑換熱器(18)、第一制冷劑減壓裝置(15)、第二制冷劑減 壓裝置(17)和蒸發(fā)器(16)；所述溶液循環(huán)模塊包括發(fā)生器(1)、第一吸收器O)、第二吸 收器( 、第一溶液泵(4)、第二溶液泵( 、第一溶液減壓裝置(6)、第二溶液減壓裝置(7)、 混合器(8)、溶液換熱器(9)和分配器(10)；所述自復(fù)疊制冷模塊中，所述冷凝器(11)的出口與所述汽液分離器(1 的入口相連， 所述汽液分離器(1 的汽相制冷劑出口依次與所述第一制冷劑換熱器(1 的高壓側(cè)通 道、所述第二制冷劑換熱器(14)的高壓側(cè)通道、所述第一制冷劑減壓裝置(15)、所述蒸發(fā) 器(16)、所述第二制冷劑換熱器(14)的低壓側(cè)通道、所述第三制冷劑換熱器(18)的低壓側(cè) 通道、所述第一吸收器⑵的制冷劑入口相連，所述汽液分離器(12)的液相制冷劑出口依 次與所述第三制冷劑換熱器(18)的高壓側(cè)通道、所述第二制冷劑減壓裝置(17)、所述第一 制冷劑換熱器(1 的低壓側(cè)通道、所述第二吸收器(3)的制冷劑入口相連；所述溶液循環(huán)模塊中，所述發(fā)生器(1)的稀溶液出口依次與所述溶液換熱器(9)的稀 溶液側(cè)通道、所述分配器(10)的溶液入口相連；所述分配器(10)的第一溶液出口依次與所 述第一溶液減壓裝置(6)、所述第一吸收器O)、所述第一溶液泵G)、所述混合器(8)的第 一溶液入口相連；所述分配器(10)的第二溶液出口依次與所述第二溶液減壓裝置(7)、所 述第二吸收器(3)、所述第二溶液泵(5)、所述混合器(8)的第二入口相連；所述混合器(8) 的出口依次與所述溶液換熱器(9)的濃溶液側(cè)通道、所述發(fā)生器(1)的濃溶液進口相連，所 述發(fā)生器(1)的制冷劑蒸汽出口與所述冷凝器(11)的入口相連。
2.如權(quán)利要求1所述的雙吸收器低溫制冷機，其特征在于所述的制冷劑為二元或多 元非共沸混合制冷劑。
3.如權(quán)利要求2所述的雙吸收器低溫制冷機，其特征在于所述的制冷劑為四氟乙烷 和二氟甲烷組成的混合物、或四氟乙烷和三氟甲烷組成的混合物，其中四氟乙烷作為高溫 制冷劑，二氟甲烷或三氟甲烷作為低溫制冷劑。
4.如權(quán)利要求2所述的雙吸收器低溫制冷機，其特征在于所述的制冷劑為四氟乙烷、 二氟甲烷和三氟甲烷組成的三元混合物，其中四氟乙烷為高溫制冷劑，二氟甲烷為中溫制 冷劑，三氟甲烷為低溫制冷劑。
5.如權(quán)利要求1所述的雙吸收器低溫制冷機，其特征在于所述的第一吸收器(2)和 第二吸收器(3)中，吸收劑為N，N-二甲基甲酰胺或四甘醇二甲醚。
6.如權(quán)利要求1所述的雙吸收器低溫制冷機，其特征在于所述的第一制冷劑換熱器 (13)、第二制冷劑換熱器(14)、第三制冷劑換熱器(18)和溶液換熱器(9)為列管式或套管 式。
7.如權(quán)利要求1所述的雙吸收器低溫制冷機，其特征在于所述的第一制冷劑減壓裝 置(15)、第二制冷劑減壓裝置(17)、第一溶液減壓裝置(6)和第二溶液減壓裝置(7)為毛 細管、自動或手動裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙吸收器低溫制冷機，包括自復(fù)疊制冷模塊和溶液循環(huán)模塊，溶液循環(huán)模塊中采用雙吸收器。本發(fā)明的雙吸收器低溫制冷機基于自行復(fù)疊制冷原理，利用非共沸混合制冷劑的特性，避免了制冷劑混合過程的不可逆損失，強化了吸收器的吸收過程，可以獲得更低的制冷溫度，更高的制冷效率，可由太陽能、地?zé)?、工業(yè)廢熱和余熱等可再生熱能或低品位熱能驅(qū)動，獲得常規(guī)吸收式制冷機無法達到的-60～-70℃以下的制冷溫度，大大拓展了吸收式制冷機在深度冷凍領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。本發(fā)明的雙吸收器低溫制冷機制冷溫度范圍寬、效率高、性能穩(wěn)定可靠且結(jié)構(gòu)緊湊。
文檔編號F25B15/02GK102062493SQ201110009170
公開日2011年5月18日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者何一堅, 唐黎明, 陳光明, 高旭 申請人:浙江大學(xué)