[發明專利]一種用于深低溫的混合工質冷變換器

有效

• 申請號: 201210255406.5
• 申請日: 2012-07-23
• 公開（公告）號: CN102818395A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 王勤;徐英杰;陳光明;韓曉紅;李大紅
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F25B25/02
• 分類號: F25B25/02;F25B27/00;F25B41/06
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于低溫制冷領域，具體涉及一種用于深低溫的混合工質冷變換器。

背景技術

能源是維持人類社會穩定運行的物質基礎。然而隨著工業的不斷發展，人類對能源的消耗急劇上升，導致了能源短缺的局面。國際能源組織(IEA)預測，從2006年到2030年，世界一次能源需求將從117.3億噸油當量增長到170.1億噸油當量。而中國的情況也不容樂觀，盡管政府對能源問題非常重視，但是據預測2011年最大電力缺口達3000萬千瓦。并且大量消耗煤炭、石油等化石能源還造成了嚴重的環境問題。由此可見，在制冷領域提倡高效地利用清潔能源是未來發展的重點。

目前，吸收式制冷可以有效利用全球的大量低品位熱，諸如太陽能熱、工業廢熱、地熱等，達到節能減排的目的。但是，傳統的吸收式制冷機通常采用H₂O/LiBr、NH₃/H₂O等作為工質，制冷溫度較高或具有一定毒性，限制了它們的使用范圍。并且，由低品位熱驅動的吸收式制冷機受到蒸發溫度的影響，在制冷溫度較低時效率很低甚至不能工作。目前限制吸收式制冷用于低溫溫區的主要原因在于尚未發現能夠很好地吸收甲烷、乙烷、氮氣等低溫制冷劑的吸收劑，無法與這些低溫制冷劑組成工質對應用于低溫溫區的吸收式制冷。

為得到更低的制冷溫度，公開號為CN?11436990A的專利文獻公開了一種吸收式低溫制冷機，該低溫制冷機發生單元制冷劑蒸汽出口經主冷凝器與自行復疊單元制冷劑入口相接，自行復疊單元液相制冷劑出口經回熱器高壓通道、第一減壓裝置、蒸發器、回熱器低壓通道與吸收單元第一制冷劑入口相接；自行復疊單元汽相制冷劑出口與吸收單元第二制冷劑入口相接；吸收單元溶液出口經溶液泵和溶液熱交換器濃溶液通道與發生單元溶液入口相接，發生單元溶液出口經溶液熱交換器稀溶液通道與吸收單元溶液入口相接。該制冷機的優點是在不高的低品位熱能驅動下就可以達到常規吸收制冷無法達到的-40℃以下深低溫冷凍，而且制冷溫度范圍寬、效率高、性能穩定可靠、結構緊湊。雖然上述制冷機采用混合制冷劑的自復疊結構，但是最低制冷溫度也很難低于-50℃，要用于更低的溫區則幾乎不可能。為得到更低的制冷溫度，公開號為CN1380525的專利文獻公開了一種深度冷凍吸收制冷裝置，該裝置采用發生器冷劑蒸汽出口經冷凝器與組分分離模塊相接，組分分離模塊的一個出口與吸收器相接；組分分離模塊的另一個出口經回熱器高壓通道、第一膨脹裝置、蒸發器、回熱器低壓通道與吸收器相接；吸收器液相出口經溶液泵、溶液熱交換器與發生器溶液入口相接，發生器溶液出口經溶液熱交換器、第二膨脹裝置與吸收器溶液入口相接。該裝置所用的制冷劑為二元或二元以上的混合制冷劑，吸收劑為能吸收這些制冷劑的有機溶劑。通過該裝置可以實現用熱能驅動就能實現更低溫度的深度制冷。該裝置性能可靠、效率高、適用范圍廣，可用于既有熱源又需要深度冷凍的場合。但是，利用該裝置消耗的電能較多，制冷成本較高，且也無法達到-70℃以下的制冷溫度。

發明內容

本發明提出一種用于深低溫的混合工質冷變換器，該變換器由吸收制冷子循環和壓縮制冷子循環復合而成，用低品位余熱驅動吸收制冷子循環，其產生的制冷量用于冷卻壓縮制冷子循環的冷凝蒸發器，可以增加壓縮制冷子循環的制冷量，提高壓縮制冷子循環的效率，可以降低制冷溫度，減少電能的消耗，同時可以高效利用太陽能、工業廢熱和余熱、地熱等低品位熱，可以實現-80℃以下溫區的深度制冷。

一種用于深低溫的混合工質冷變換器，包括吸收式自復疊單元和壓縮式自復疊單元，

所述的吸收式自復疊單元包括發生器、第一冷凝器、吸收器、溶液換熱器、第一制冷劑換熱器、第五制冷劑節流裝置、溶液節流裝置和溶液泵；所述的發生器的制冷劑出口依次通過第一冷凝器、第一制冷劑換熱器的熱工質管道、第五制冷劑節流裝置以及第一制冷劑換熱器的冷工質管道與吸收器的制冷劑入口連通；所述的發生器的溶液出口依次通過溶液換熱器的熱工質管道和溶液節流裝置與吸收器的溶液入口連通，吸收器的溶液出口依次通過溶液泵和溶液換熱器的冷工質管道與發生器的溶液入口連通；