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一种双温热源吸收式制冷系统

阅读：1073发布：2020-12-28

IPRDB可以提供一种双温热源吸收式制冷系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种双温热源吸收式制冷系统，该系统可同时利用不同品位的中低温热源，或高效充分利用单一变温热源。该系统包括吸收器、第一溶液泵、第一溶液换热器、第一发生器、第一节流阀、第二溶液泵、第二溶液换热器、第二发生器、压缩机、第二节流阀、冷凝器、过冷器、第三节流阀、蒸发器。该系统由高温吸收式制冷子系统与低温吸收式制冷子系统通过吸收器、冷凝器耦合而成，第一发生器采用较高品位的热源，第二发生器采用较低品位的热源，或采用高温子系统排出的加热流体。低温发生温度可显著低于高温发生温度，且调节灵活，特别适用于同时存在一种品位较高的热源和一种品位较低的热源的情况，也非常适合用于变温热源的场合。，下面是一种双温热源吸收式制冷系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种双温热源吸收式制冷系统，其特征在于，该系统包括高温吸收式制冷子系统和低温吸收式制冷子系统，其中：该高温吸收式制冷子系统包括吸收器(1)、第一溶液泵(2)、第一溶液换热器(3)、第一发生器(4)、第一节流阀(5)、冷凝器(11)、过冷器(12)、第三节流阀(13)和蒸发器(14)，其中吸收器(1)、第一溶液泵(2)、第一溶液换热器(3)、第一发生器(4)、冷凝器(11)、过冷器(12)、第三节流阀(13)和蒸发器(14)依次连接，第一溶液换热器(3)还通过第一节流阀(5)连接于吸收器(1)，过冷器(12)还连接于吸收器(1)；

该低温吸收式制冷子系统包括吸收器(1)、第二溶液泵(6)、第二溶液换热器(7)、第二发生器(8)、压缩机(9)、第二节流阀(10)、冷凝器(11)、过冷器(12)、第三节流阀(13)和蒸发器(14)，其中吸收器(1)、第二溶液泵(6)、第二溶液换热器(7)、第二发生器(8)、压缩机(9)、冷凝器(11)、过冷器(12)、第三节流阀(13)和蒸发器(14)依次连接，第二溶液换热器(7)还通过第二节流阀(10)连接于吸收器(1)，过冷器(12)还连接于吸收器(1)。

2.根据权利要求1所述的双温热源吸收式制冷系统，其特征在于，所述吸收器(1)的出口分为第一支路和第二支路，其中：在第一支路中，第一溶液泵(2)、第一溶液换热器(3)、第一发生器(4)依次连接，第一发生器(4)的溶液出口连接第一溶液换热器(3)的热端入口，第一溶液换热器(3)的热端出口连接第一节流阀(5)；

在第二支路中，第二溶液泵(6)、第二溶液换热器(7)、第二发生器(8)依次连接，第二发生器(8)的气态制冷剂出口连接制冷剂压缩机(9)，制冷剂压缩机(9)的出口与第一发生器(4)的气态制冷剂出口并为一路，连接冷凝器(11)的制冷剂入口，第二发生器(8)的溶液出口连接第二溶液换热器(7)的热端入口，第二溶液换热器(7)的热端出口连接第二节流阀(10)，第二节流阀(10)的低压侧与第一节流阀(5)的低压侧并为一路，连接吸收器(1)的溶液入口；

冷凝器(11)的液态制冷剂出口连接过冷器(12)的热端入口，过冷器(12)的热端出口连接第三节流阀(13)，第三节流阀(13)连接蒸发器(14)的制冷剂入口，蒸发器(14)的制冷剂出口连接过冷器(12)的冷端入口，过冷器(12)的冷端出口连接吸收器(1)的气体入口。

3.根据权利要求1所述的双温热源吸收式制冷系统，其特征在于，该高温吸收式制冷子系统和该低温吸收式制冷子系统共用吸收器(1)、冷凝器(11)、过冷器(12)、第三节流阀(13)和蒸发器(14)。

4.根据权利要求1所述的双温热源吸收式制冷系统，其特征在于，所述压缩机(9)采用变频式压缩机。

5.根据权利要求1所述的双温热源吸收式制冷系统，其特征在于，所述系统的热源采用以下两种方案：方案一，第一发生器(4)采用独立的较高品位的热源，第二发生器(8)采用独立的较低品位的热源；

方案二，从高温吸收式制冷子系统第一发生器(4)中排出的加热流体进入第二发生器(8)中，作为低温吸收式制冷子系统的加热热源。

6.根据权利要求5所述的双温热源吸收式制冷系统，其特征在于，所述独立的较高品位的热源能够保证第一发生器(4)中的溶液在较高压力下正常发生，所需热源温度为

100℃以上；

所述独立的较低品位的热源能够保证第二发生器(8)中的溶液在较低压力下正常发生，所需热源温度为60℃以上。

7.根据权利要求1所述的双温热源吸收式制冷系统，其特征在于，该系统的能量输入为不同品位的中低温热源，至少包括烟气余热、工业余热、太阳能或地热，产品输出为冷量。

8.根据权利要求1所述的双温热源吸收式制冷系统，其特征在于，该系统采用的工作介质为非共沸混合工质对，冷却介质为常温冷却水。

9.根据权利要求1或8所述的双温热源吸收式制冷系统，其特征在于，所述非共沸混合工质对为溴化锂和水工质，或者为氨和水工质。

10.根据权利要求9所述的双温热源吸收式制冷系统，其特征在于，所述非共沸混合工质对为氨和水工质时，需要增加精馏设备。

说明书全文

一种双温热源吸收式制冷系统

技术领域

[0001] 本发明涉及中低温热源制冷技术领域，特别是一种双温热源吸收式制冷系统。

背景技术

[0002] 吸收式制冷技术是利用热能制冷的主流技术之一，与压缩式制冷相比其主要优点是只需要消耗少量的机械能或电能。目前吸收式制冷技术关注的主要是给定发生温度条件下系统的性能，但现实工业生产和日常生活中存在的大量余热中低温余热(如热机排气、工业废气等)都属于变温热源，随着热量的释放其温度不断降低。传统的吸收式制冷循环，如两级吸收式制冷循环、单效吸收式制冷循环、双效吸收式制冷循环等，都只能高效利用其中的部分热量，对于变温热源中其它品位的热量，如温度较低的部分，则不能充分利用或完全不能利用。可将变温热源分为较高温和较低温部分，进行梯级利用。基于此，本发明提出了一种可同时利用不同品位热源(或充分利用变温热源)的双温热源吸收式制冷系统。

发明内容

[0003] (一)要解决的技术问题

[0004] 为了克服现有吸收式制冷循环的不足，本发明提供一种双温热源吸收式制冷系统，通过将高温吸收式制冷循环与低温吸收式制冷循环进行有机耦合，可同时利用不同品位的热源，也可使变温热源得到更充分的利用，减少余热资源的浪费。

[0005] (二)技术方案

[0006] 为达到上述目的，本发明提供了一种双温热源吸收式制冷系统，该系统包括高温吸收式制冷子系统和低温吸收式制冷子系统，其中：该高温吸收式制冷子系统包括吸收器1、第一溶液泵2、第一溶液换热器3、第一发生器4、第一节流阀5、冷凝器11、过冷器12、第三节流阀13和蒸发器14，其中吸收器1、第一溶液泵2、第一溶液换热器3、第一发生器4、冷凝器11、过冷器12、第三节流阀13和蒸发器14依次连接，第一溶液换热器3还通过第一节流阀5连接于吸收器1，过冷器12还连接于吸收器1；该低温吸收式制冷子系统包括吸收器
1、第二溶液泵6、第二溶液换热器7、第二发生器8、压缩机9、第二节流阀10、冷凝器11、过冷器12、第三节流阀13和蒸发器14，其中吸收器1、第二溶液泵6、第二溶液换热器7、第二发生器8、压缩机9、冷凝器11、过冷器12、第三节流阀13和蒸发器14依次连接，第二溶液换热器7还通过第二节流阀10连接于吸收器1，过冷器12还连接于吸收器1。

[0007] 上述方案中，所述吸收器1的出口分为第一支路和第二支路，其中：在第一支路中，第一溶液泵2、第一溶液换热器3、第一发生器4依次连接，第一发生器4的溶液出口连接第一溶液换热器3的热端入口，第一溶液换热器3的热端出口连接第一节流阀5；在第二支路中，第二溶液泵6、第二溶液换热器7、第二发生器8依次连接，第二发生器8的气态制冷剂出口连接制冷剂压缩机9，制冷剂压缩机9的出口与第一发生器4的气态制冷剂出口并为一路，连接冷凝器11的制冷剂入口，第二发生器8的溶液出口连接第二溶液换热器7的热端入口，第二溶液换热器7的热端出口连接第二节流阀10，第二节流阀10的低压侧与第一节流阀5的低压侧并为一路，连接吸收器1的溶液入口；冷凝器11的液态制冷剂出口连接过冷器12的热端入口，过冷器12的热端出口连接第三节流阀13，第三节流阀13连接蒸发器14的制冷剂入口，蒸发器14的制冷剂出口连接过冷器12的冷端入口，过冷器12的冷端出口连接吸收器1的气体入口。

[0008] 上述方案中，该高温吸收式制冷子系统和该低温吸收式制冷子系统共用吸收器1、冷凝器11、过冷器12、第三节流阀13和蒸发器14。

[0009] 上述方案中，所述压缩机9采用变频式压缩机。

[0010] 上述方案中，所述系统的热源采用以下两种方案：方案一，第一发生器4采用独立的较高品位的热源，第二发生器8采用独立的较低品位的热源；方案二，从高温吸收式制冷子系统第一发生器4中排出的加热流体进入第二发生器8中，作为低温吸收式制冷子系统的加热热源。

[0011] 上述方案中，所述独立的较高品位的热源能够保证第一发生器4中的溶液在较高压力下正常发生，所需热源温度一般为100℃以上；所述独立的较低品位的热源能够保证第二发生器8中的溶液在较低压力下正常发生，所需热源温度一般为60℃以上。

[0012] 上述方案中，该系统的能量输入为不同品位的中低温热源，至少包括烟气余热、工业余热、太阳能或地热，产品输出为冷量。

[0013] 上述方案中，该系统采用的工作介质为非共沸混合工质对，冷却介质为常温冷却水。

[0014] 上述方案中，所述非共沸混合工质对为溴化锂和水工质，或者为氨和水工质。

[0015] 上述方案中，所述非共沸混合工质对为氨和水工质时，需要增加精馏设备。

[0016] (三)有益效果

[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0018] 1、本发明提供的这种双温热源吸收式制冷系统，可同时利用较高品位的热源和较低品位的热源，不需要搭建不同的系统以利用不同品位的热源，有利于节省系统初期投资。

[0019] 2、本发明提供的这种双温热源吸收式制冷系统，可充分利用非循环利用的变温热源，如烟气余热等，将其依次通过第一发生器和第二发生器，可实现较低温度排出系统，从而提高单位质量烟气的制冷量。

[0020] 3、本发明提供的这种双温热源吸收式制冷系统，低温吸收式制冷子系统中，变频压缩机位于发生器和冷凝器之间，发生压力可低于冷凝压力，可灵活调节发生压力以适应低温热源驱动的要求，提高了系统的操作灵活性。

附图说明

[0021] 图1是本发明提供的双温热源吸收式制冷系统的示意图；

[0022] 图2是依照本发明采用NH3/H2O作为工作介质的双温热源吸收式制冷系统的示意图，即依照本发明实施例的双温热源吸收式制冷系统的示意图。

具体实施方式

[0023] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

[0024] 如图1所示，图1是本发明提供的双温热源吸收式制冷系统的示意图，该双温热源吸收式制冷系统包括高温吸收式制冷子系统和低温吸收式制冷子系统，其中：该高温吸收式制冷子系统包括吸收器1、第一溶液泵2、第一溶液换热器3、第一发生器4、第一节流阀5、冷凝器11、过冷器12、第三节流阀13和蒸发器14，其中吸收器1、第一溶液泵2、第一溶液换热器3、第一发生器4、冷凝器11、过冷器12、第三节流阀13和蒸发器14依次连接，第一溶液换热器3还通过第一节流阀5连接于吸收器1，过冷器12还连接于吸收器1；该低温吸收式制冷子系统包括吸收器1、第二溶液泵6、第二溶液换热器7、第二发生器8、压缩机9、第二节流阀10、冷凝器11、过冷器12、第三节流阀13和蒸发器14，其中吸收器1、第二溶液泵6、第二溶液换热器7、第二发生器8、压缩机9、冷凝器11、过冷器12、第三节流阀13和蒸发器14依次连接，第二溶液换热器7还通过第二节流阀10连接于吸收器1，过冷器12还连接于吸收器1。

[0025] 参照图1，吸收器1的出口分为第一支路和第二支路，其中：在第一支路中，第一溶液泵2、第一溶液换热器3、第一发生器4依次连接，第一发生器4的溶液出口连接第一溶液换热器3的热端入口，第一溶液换热器3的热端出口连接第一节流阀5；在第二支路中，第二溶液泵6、第二溶液换热器7、第二发生器8依次连接，第二发生器8的气态制冷剂出口连接制冷剂压缩机9，制冷剂压缩机9的出口与第一发生器4的气态制冷剂出口并为一路，连接冷凝器11的制冷剂入口，第二发生器8的溶液出口连接第二溶液换热器7的热端入口，第二溶液换热器7的热端出口连接第二节流阀10，第二节流阀10的低压侧与第一节流阀5的低压侧并为一路，连接吸收器1的溶液入口；冷凝器11的液态制冷剂出口连接过冷器12的热端入口，过冷器12的热端出口连接第三节流阀13，第三节流阀13连接蒸发器14的制冷剂入口，蒸发器14的制冷剂出口连接过冷器12的冷端入口，过冷器12的冷端出口连接吸收器1的气体入口。

[0026] 图1中，该高温吸收式制冷子系统和该低温吸收式制冷子系统共用吸收器1、冷凝器11、过冷器12、第三节流阀13和蒸发器14。压缩机9采用变频式压缩机。系统的热源采用以下两种方案：方案一，第一发生器4采用独立的较高品位的热源，第二发生器8采用独立的较低品位的热源；方案二，从高温吸收式制冷子系统第一发生器4中排出的加热流体进入第二发生器8中，作为低温吸收式制冷子系统的加热热源。其中，独立的较高品位的热源能够保证第一发生器4中的溶液在较高压力下正常发生，所需热源温度一般为100℃以上；独立的较低品位的热源能够保证第二发生器8中的溶液在较低压力下正常发生，所需热源温度一般为60℃以上。

[0027] 本发明提供的双温热源吸收式制冷系统的能量输入为不同品位的中低温热源，至少包括烟气余热、工业余热、太阳能或地热，产品输出为冷量。系统采用的工作介质为非共沸混合工质对，冷却介质为常温冷却水。非共沸混合工质对为溴化锂和水工质，或者为氨和水工质。当非共沸混合工质对为氨和水工质时，需要增加精馏设备。

[0028] 以下对本发明提供的双温热源吸收式制冷系统的工作流程进行介绍。参照图1，来自吸收器1的氨水浓溶液S1分为两股：一股S2经过第一溶液泵2加压后流入第一溶液换热器3，预热后进入第一精馏塔4的发生器，通过与较高温度的废气G3换热，经过精馏塔分离提纯的作用产生纯度较高的塔顶氨蒸气S5和底部稀溶液S6，从底部流出的稀溶液S6通过第一溶液换热器3回收热量后，经过第一节流阀5节流后形成低压稀溶液S8；另一股浓度液S9经过第二溶液泵6加压后流入第二溶液换热器7，预热后的溶液进入第二精馏塔8的发生器，吸收较低温度废气的热能，在较低压力的发生器中分离产生氨蒸气S12和稀溶液S14，氨蒸气S12经过压缩机9加压后与来自第一发生器4的氨蒸气S5汇合，稀溶液S14通过第二溶液换热器7回收热量后，通过第二节流阀10节流降压后与稀溶液S8汇合。由S5和S13汇合成的高纯度氨蒸气S17进入冷凝器11中冷凝成液态氨S18后进入过冷器12，与来自蒸发器14的低温液态氨S21换热后，形成具有一定过冷度的液态氨S19，经过节流阀
13节流降压后进入蒸发器14蒸发吸热，形成的低温低压氨蒸气S21在过冷器12中进行冷量回收后在吸收器1被由S8和S16汇合成的低压稀溶液S23吸收，重新形成浓溶液S1进入下一个循环。

[0029] 基于图1所示的本发明提供的双温热源吸收式制冷系统的示意图，图2示出了依照本发明实施例的双温热源吸收式制冷系统的示意图，该系统采用NH3/H2O作为工作介质。其中S1至S23表示循环工质，G1至G3表示非循环利用的变温热源，分析过程中以天然气燃烧利用后的废气余热为例。该系统包括通过吸收器和冷凝器耦合的高温吸收式制冷子系统和低温吸收式制冷子系统。其中，从高温吸收式制冷子系统第一精馏塔4中排出的加热流体进入第二精馏塔8中，作为低温吸收式制冷子系统的加热热源。

[0030] 以下对图2所示的依照本发明实施例的双温热源吸收式制冷系统的具体工作流程进行介绍。较高品位热源G1进入第一发生器4，作为高温吸收式制冷子系统的热源；较低品位热源G3进入第二发生器8，作为低温吸收式制冷循环的热源。当采用变温热源时，从第一发生器4排出的加热流体G2与G3相连，进入第二发生器8，充分利用后以较低温度排出系统。来自吸收器1的溶液S1分为两股：一股S2经过第一溶液泵2加压后流入第一溶液换热器3，预热后进入第一发生器4，通过与较高品位的热源G3换热，蒸发产生气态制冷剂S5，从发生器中流出的溶液S6通过第一溶液换热器3回收热量后，通过第一节流阀5节流后形成低压溶液S8；另一股S9经过第二溶液泵6加压后流入第二溶液换热器7，预热后的溶液进入第二发生器8，吸收较低品位的热能，在较低压力的第二发生器中分离产生气态制冷剂S12和溶液S14，气态制冷剂S12经过压缩机9加压后与来自第一发生器4的气态制冷剂S5汇合，溶液S14通过第二溶液换热器7回收热量后，通过第二节流阀10节流降压后与溶液S8汇合。由S5和S13汇合成的气态制冷剂S17进入冷凝器11中冷凝成液态制冷剂S18后进入过冷器12，与来自蒸发器14的低温制冷剂S21换热后，形成具有一定过冷度的液态制冷剂S19，经过节流阀13节流降压后进入蒸发器14蒸发吸热，形成的低温低压制冷剂S21在过冷器12中进行冷量回收后在吸收器1被由S8和S16汇合成的低压溶液S23吸收，重新形成溶液S1进入下一个循环。

[0031] 为了更好地体现本发明提供的双温热源吸收式制冷系统的优点，将本实施例系统与常规单级氨水吸收式制冷循环在相同热边界条件下进行性能比较。图2所示的实施例中，采用300℃的中低温烟气作为驱动热源，蒸发器中液氨蒸发温度为-15℃，冷凝温度和吸收温度均为35℃，第一精馏塔和第二精馏塔中发生器的发生温度分别为110℃和65℃。假设系统循环处于稳定工况条件，各关键点的状态维持不变；系统中管路和一般换热器的压力损失忽略不计；部件和管路的热损失忽略不计；吸收器1和冷凝器11热端出口处的工质均处于饱和状态，且比冷却水进口温度高5℃；蒸发器14中制冷剂温升为5℃。在满足假设条件下，系统氨水浓溶液质量浓度为0.358。

[0032] 图2所示的实施例中，主要用来充分利用变温余热，回收余热后，剩下的部分直接排放，不重复利用。在热源品位确定的条件下，可采用单位质量废气的制冷量作为评价指标。但由于新循环有压缩机耗功，因此总制冷量需减去压缩机耗功对应的制冷量，其表达式为：

[0033]

[0034] 式中，qe表示单位质量废气的制冷量；W表示压缩机耗功，对于单级吸收式制冷循环为0；COPW表示在相同的冷凝温度和蒸发温度下，压缩式制冷循环的性能系数，在本实施例的条件下，取为2.90；mf表示废气的质量流量。

[0035] 为了将新循环与传统单级吸收式制冷循环对比，采用单位质量废气制冷量的相对增加率作为评价指标，其表达式为：

[0036]

[0037] 对本实施例系统和常规单级氨水吸收式制冷系统进行模拟计算，比较结果如表1所示。

[0038]

[0039]

[0040] 表1

[0041] 表1是本实施例条件下双温热源氨水吸收式制冷系统与常规单级氨水吸收式制冷系统的主要部件负荷及系统性能参数比较结果。

[0042] 由表1可以看出，当输入热源温度、冷却水温度和最终的制冷温度分别为300℃、30℃和-15℃，制冷量均为100kW时，本实施例中的双温热源吸收式制冷系统通过第一精馏塔和第二精馏塔的发生器共吸收废气热量181.21kW，排烟损失186.30kW，压缩机耗功
4.00kW，减去压缩机耗功等效的制冷量，单位质量废气的制冷量为111.90kJ/kg。常规单级氨水吸收式制冷系统通过精馏塔发生器吸收废气热量181.13kW，排烟损失比本实施例的双温热源吸收式制冷系统明显增大，为288.51kW，单位质量废气的制冷量为99.01kJ/kg。
双温热源氨水吸收式制冷系统的单位质量烟气制冷量比传统单级吸收式制冷循环提高了
13.02％。由此可见，本发明提供的双温热源吸收式制冷系统可充分利用非循环利用的变温热源，如烟气余热等，将其依次通过第一发生器和第二发生器，可实现较低温度排出系统，从而提高单位质量烟气的制冷量。同理，在同时利用较高品位的热源和较低品位的热源的情况下，不需要搭建不同的系统以利用不同品位的热源，有利于节省系统初期投资。

[0043] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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