一種回收相變熱的直燃式吸收制冷方法及裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001]本發(fā)明涉及一種吸收制冷裝置及方法，具體設(shè)計(jì)一種回收相變熱的直燃式吸收制冷方法及裝置。
[【背景技術(shù)】]
[0002]傳統(tǒng)的吸收式制冷方法已經(jīng)有近百年的生產(chǎn)歷史，采用基本定型的熱力學(xué)過(guò)程和設(shè)備；直燃型溴化鋰吸收式制冷循環(huán)和用于制冷、空調(diào)的氨吸收式制冷循環(huán)，由于熱源可以采取多種的燃料直燃而獲得，方便適應(yīng)不同的環(huán)境使用，故近些年發(fā)展較快。近幾十年由于受“蒙特利爾協(xié)議”規(guī)定的影響，減少氟碳化物的使用，以及利用余熱作為驅(qū)動(dòng)熱源對(duì)減少碳排放具有的意義，吸收式制冷方法得到了較大的推廣和發(fā)展，例如中國(guó)專利CN200510060377.7 “多能源驅(qū)動(dòng)的溴化鋰制冷空調(diào)機(jī)”專利中，利用了太陽(yáng)能、微波和燃油(氣)多種能源，日本專利 2009_236440 “Gas heat pup type air condit1ningdevice or refrigerating device，，和 2009-236441 “Heat pup type refrigeratingdevice”開(kāi)發(fā)了用氣體發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱作為空調(diào)、制冷機(jī)熱源的吸收式制冷方法。此種制冷方法多應(yīng)用于低溫余熱的利用。但這些改進(jìn)都不能提高吸收式制冷循環(huán)本身的能效比。最新的GB 29540-2013《溴化鋰吸收式冷水機(jī)組能效限定值及能效等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)中確定雙效溴化鋰吸收式制機(jī)組的COP為1.12?1.4，而雙效溴化鋰制冷機(jī)的輸入熱源蒸汽為150°C，直燃式溴化鋰吸收式冷水機(jī)組能效限定值COP為1.1?1.4.而氨-水吸收式制機(jī)組冷COP僅在0.3?0.4。由于蒸汽機(jī)械壓縮熱栗具有能用很小的機(jī)械功提升低溫余熱蒸汽的顯熱，變?yōu)楦邷卣羝涂苫厥掌渥P熱，作為高溫?zé)嵩蠢?，因此在熱能系統(tǒng)中受到重視，在中國(guó)專利CN201010198705.0 “通過(guò)熱栗提取電廠余熱加熱冷凝水系統(tǒng)”；中國(guó)專利CN20101063699.5 “熱電聯(lián)產(chǎn)耦合熱栗實(shí)現(xiàn)區(qū)域冷熱聯(lián)供系統(tǒng)及方法”；中國(guó)專利CN200910223748.7 “低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)乏汽冷凝過(guò)程自耦冷源熱栗循環(huán)裝置”；中國(guó)專利CN201010163688.7 “電廠循環(huán)水熱栗耦合熱電聯(lián)產(chǎn)的集中供暖系統(tǒng)及方法”都涉及了利用低溫?zé)嵩矗ㄋ驼羝?，通過(guò)熱栗機(jī)組提高整個(gè)熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)電供熱系統(tǒng)的能效比；但都沒(méi)有涉及到利用蒸汽機(jī)械壓縮熱栗應(yīng)用于制冷、空調(diào)循環(huán)中的問(wèn)題，以提高制冷機(jī)組本身的能效比問(wèn)題。
[0003]吸收式制冷方法的能效比低的其中一基本原因是在高壓發(fā)生器稀溶液進(jìn)行濃縮時(shí)吸熱生成的制冷劑蒸汽需要吸收大量的熱能，而制冷劑蒸汽所含的熱量在冷凝過(guò)程中釋放出相變熱被排放到系統(tǒng)外，得不到回收利用；而制冷劑在冷劑水蒸發(fā)器中吸收冷媒循環(huán)水的低溫?zé)崮芤矝](méi)有解決低能效比的問(wèn)題，因此制冷和采暖的能效比，仍都很低。
[0004]吸收式制冷、空調(diào)循環(huán)造價(jià)高的重要原因是，傳統(tǒng)上多采用管殼式換熱設(shè)備和噴淋傳質(zhì)方法，傳熱、傳質(zhì)系數(shù)低，換熱面積大，還需要循環(huán)栗，反復(fù)噴淋吸收溶液和制冷劑，而在中國(guó)發(fā)明專利ZL 2011 I 0442494.“一種多效板式升膜逆流蒸發(fā)濃縮裝置和方法”提出了采用板式換熱器作為內(nèi)耦升降膜式換熱的辦法，閃蒸制取二次蒸汽多級(jí)使用，達(dá)到高效節(jié)能和降低裝備投資的目的；中國(guó)專利CN200480010361.9 “帶外部回路的蒸發(fā)器和熱交換器以及包括該蒸發(fā)器或熱交換器的熱栗系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)一一種板式換熱器”用板式換熱器作為蒸發(fā)器或冷凝器，以提高換熱效率，包括美國(guó)專利US6176101 BI “FLAT-PLATEABSORBERS AND EVAPORATORS FOR ABSORPT1N COOLERS” 則將冷凝器和蒸發(fā)器組裝在一個(gè)板式換熱器中，這種設(shè)備為回收冷凝熱提供了可能，但該專利沒(méi)有為解決吸收式制冷方法的能效比提尚和降低系統(tǒng)造價(jià)提出解決方案。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的在于提高直燃式吸收制冷裝置的能效比。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種直燃式吸收制冷裝置，包括以下設(shè)備:
[0007]冷劑水蒸發(fā)器，包括進(jìn)口，
[0008]吸收器，包括出口和進(jìn)口，
[0009]第二溶液換熱器，冷側(cè)進(jìn)口通過(guò)管道連接吸收器，
[0010]第一溶液換熱器，熱側(cè)進(jìn)口通過(guò)管道連接濃溶液換熱器熱側(cè)出口，熱側(cè)出口與吸收器進(jìn)口連接，冷側(cè)進(jìn)口連接生活水管，
[0011 ] 第二相變換熱器，冷側(cè)進(jìn)口通過(guò)管道連接濃溶液換熱器冷側(cè)出口，
[0012]凝結(jié)水換熱器，熱側(cè)進(jìn)口通過(guò)管道與第二相變換熱器的熱側(cè)出口連接，冷側(cè)進(jìn)口與生活水管連接，
[0013]凝結(jié)水液位器，具有進(jìn)口、出口以及補(bǔ)液口，進(jìn)口通過(guò)管道與凝結(jié)水換熱器的熱側(cè)出口連接，
[0014]直燃式發(fā)生器，直燃式發(fā)生器具有進(jìn)口、頂部的氣相出口和中部的液相出口，進(jìn)口通過(guò)管道連接第二相變換熱器冷側(cè)出口，直燃式發(fā)生器液相出口與第一溶液換熱器的熱側(cè)進(jìn)口通過(guò)管道連接，
[0015]第一相變換熱器，熱側(cè)進(jìn)口通過(guò)管道連接第一直燃式發(fā)生器氣相出口，冷側(cè)進(jìn)口通過(guò)管道連接凝結(jié)水液位器出口，
[0016]真空氣液分離器，具有進(jìn)口、頂部的氣相出口和不凝氣體出口以及底部的液相出口，進(jìn)口與第一相變換熱器的冷側(cè)出口通過(guò)管道連接，液相出口與凝結(jié)水液位器補(bǔ)液口通過(guò)管道連接，
[0017]機(jī)械蒸汽壓縮栗，具有進(jìn)口和出口，其進(jìn)口與真空氣液分離器的氣相出口通過(guò)管道連接，出口與第二相變換熱器的熱側(cè)進(jìn)口通過(guò)管道連接，
[0018]板式冷卻器，熱側(cè)進(jìn)口與真空氣液分離器的不凝氣體出口通過(guò)管道連接，板式冷卻器的冷側(cè)與水管連接，
[0019]真空栗，進(jìn)口與板式冷卻器熱側(cè)出口通過(guò)管道連接。
[0020]上述設(shè)備還進(jìn)一步具有如下優(yōu)化結(jié)構(gòu):
[0021]所述的機(jī)械蒸汽壓縮栗吸收低溫再生蒸汽壓縮栗還設(shè)置有自動(dòng)測(cè)定再生蒸汽飽和度的自動(dòng)補(bǔ)水箱。
[0022]所述的機(jī)械蒸汽壓縮栗為單級(jí)或多級(jí)風(fēng)機(jī)和壓縮栗的組合，其結(jié)構(gòu)形式為羅茨式、離心式、往復(fù)式、螺桿式。
[0023]所述的第一、第二相變換熱器為板式內(nèi)耦合相變換熱器、板式蒸發(fā)器、板式冷凝器或管殼式換熱器。
[0024]本發(fā)明還包括一種直燃式吸收制冷裝置的制冷方法，吸收器中冷劑水稀溶液通過(guò)濃溶液換熱器預(yù)熱后進(jìn)入第二相變換熱器中，與來(lái)自機(jī)械蒸汽壓縮栗的蒸汽進(jìn)行換熱后，進(jìn)入直燃式高壓發(fā)生器中受熱氣化，在頂部形成冷劑水蒸汽，在底部形成冷劑水濃溶液，冷劑水濃溶液依次經(jīng)過(guò)濃溶液換熱器與冷劑水稀溶液換熱，經(jīng)過(guò)溶液換熱器與生活水換熱后回到吸收器中，第二相變換熱器換熱后形成凝結(jié)水，凝結(jié)水進(jìn)入凝結(jié)水換熱器與生活水換熱后進(jìn)入凝結(jié)水液位器中經(jīng)過(guò)調(diào)整液位后進(jìn)入第一相變換熱器，與來(lái)自直燃式發(fā)生器的冷劑水蒸汽換熱，換熱后的冷劑水蒸汽形成凝液回到冷凝水蒸發(fā)器中，換熱后的凝結(jié)水形成再生蒸汽進(jìn)入真空氣液分離器，氣相為再生蒸汽，液相為凝結(jié)水，凝結(jié)水進(jìn)入冷凝水液位器用于補(bǔ)液，再生蒸汽進(jìn)入機(jī)械式蒸汽壓縮栗進(jìn)行循環(huán)，真空企業(yè)分離裝置中的不凝氣體隨真空栗抽真空經(jīng)過(guò)板式冷卻器的水冷后被排出到外界。
[0025]該方法還進(jìn)一步具有如下優(yōu)化工藝:
[0026]所述的稀溶液蒸發(fā)濃縮主負(fù)荷由第二相變換熱器承擔(dān)，補(bǔ)充負(fù)荷由直燃式發(fā)生器外部輸入燃料直燃承擔(dān)。
[0027]機(jī)械蒸汽壓縮栗吸收低溫再生蒸汽增壓升溫后輸入第二相變換熱器的熱側(cè)。
[0028]所述的第一溶液換熱器冷卻濃溶液且自動(dòng)定溫同事加熱生活用水。
[0029]所述的凝結(jié)水換熱器冷卻凝結(jié)水且自動(dòng)定溫同時(shí)加熱生活用水。
[0030]本發(fā)明的工藝方法改變了原傳統(tǒng)的典型路線，通過(guò)回收和再利用冷劑水蒸發(fā)潛熱因而獲得超高的能效比，能效比C0P3?4，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)直燃機(jī)組的C0P1.1?1.4。從吸收式制冷的熱平衡方程式也可以粗略看到，道理很簡(jiǎn)單:QL+QR = QN+QX由于QN = O則QR =0+QX-QL
[0031]式中:QL_制冷量QR-輸入能量QN-冷凝排熱QX-吸收排熱
[0032]而要使得冷凝熱排放趨于零，且有效利用再循環(huán)是個(gè)難題
[0033]本方法徹底解決了這個(gè)難題。因而對(duì)于傳統(tǒng)的吸收制冷方式?jīng)_擊很大，甚至具有顛覆性影響。由于將冷劑水蒸汽冷凝時(shí)潛熱全部回收，即冷凝熱排放為零且又被全部回收利用，即QN = 0，則實(shí)際需要輸入熱量為吸收器排放熱與制冷量之差。
[0034]2、為了有效事實(shí)本方法而重組和構(gòu)思了新工藝路線，保留傳統(tǒng)工藝的冷劑水蒸發(fā)器、吸收器和直燃式高壓發(fā)生器的元器件，原則上該部分的原設(shè)計(jì)功能得以保存；主要重組了冷劑蒸汽的冷凝系統(tǒng)，這也是節(jié)能的主要環(huán)節(jié)，通過(guò)新增第一板式內(nèi)耦熱合相變換器液化冷劑水蒸汽和冷卻了冷劑水，與此同時(shí)吸收了冷劑水蒸汽的相變潛熱和部分顯熱，用于凝結(jié)水的加熱和汽化，生成了再生蒸汽。為了維持高壓發(fā)生器內(nèi)的絕對(duì)壓壓力，冷劑水的冷凝溫度的確定通過(guò)設(shè)置在凝結(jié)水換熱器上的全自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)裝置來(lái)完成，這就要求用于再生蒸汽的凝結(jié)水入口溫度要保持與冷劑水冷凝溫度之間有一個(gè)合適的過(guò)冷度。
[0035]3、再生蒸汽的生成方法及裝備
[0036]采用了高效率的板式多效組合方式，在第一相變換熱器內(nèi)兩側(cè)流體逆流傳熱，分別以降膜、升膜的狀態(tài)逆向流動(dòng)，尤其是在冷側(cè)流體受熱過(guò)程中分別在對(duì)流區(qū)、泡核沸騰區(qū)獲得強(qiáng)化和控制，進(jìn)而在間壁溫差很小，約溫差Λ t = 3?4°C時(shí)即可獲得良好的熱驅(qū)動(dòng)力，生成設(shè)定壓力、溫度下的飽和再生蒸汽，此時(shí)的再生蒸汽溫度和壓力較熱源蒸汽尚低一階位能。
[0037]4、機(jī)械蒸氣壓縮栗吸取真空氣液分離器的再生蒸汽經(jīng)過(guò)增壓增溫使得再生蒸汽提高一階位能成為滿足熱源飽和蒸汽的條件。機(jī)械蒸氣壓縮內(nèi)熱栗可以選擇羅茨型、離心式、往復(fù)式等結(jié)構(gòu)形式的；壓縮栗進(jìn)出口兩段蒸汽狀態(tài)的信號(hào)及時(shí)采集和傳輸及對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)反應(yīng)速度和精準(zhǔn)度需要把握得當(dāng)。真空氣液分離器入動(dòng)力為電力，配置有變頻器。由于真空氣液分離器在提高蒸汽顯熱做功時(shí)所消耗的電能僅為再生蒸汽潛熱的極少一部分，本機(jī)組所測(cè)算的數(shù)值約為1/26，即輸入Ikw的電力可獲得熱能26kw。
[0038]5、新增的真空栗組用于再生蒸汽在第二板式內(nèi)耦合相變換熱器、真空汽液分離器的不凝氣體抽取，以保證該工藝工程的穩(wěn)定和高效；輔助功能是可以預(yù)置系統(tǒng)的真空度與凝結(jié)水換熱器共偶，調(diào)節(jié)再生蒸汽的參數(shù)，例如壓力、溫度。
[【附圖說(shuō)明】]
[0039]圖1為實(shí)施例中的裝置流程示意圖；
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