[發(fā)明專利]基于正逆循環(huán)耦合的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310364418.6
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103438598A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金紅光;韓巍;孫流莉;陳強;鄭丹星;林汝謀;楊金福;崔平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: F25B7/00
• 分類號: F25B7/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及中低溫?zé)嵩粗评浼夹g(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于正逆循環(huán)耦合的吸收-壓縮復(fù)疊式制冷系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

氨水吸收式制冷技術(shù)是一種可以利用低溫余熱資源或太陽能、地?zé)岬鹊蜏乜稍偕茉打?qū)動的制冷技術(shù)，其制冷溫度范圍廣，約為10℃～-60℃，廣泛用于空調(diào)、冷庫、石油冶煉及其他化工過程中。單級氨水吸收式制冷蒸發(fā)溫度不宜過低，適合于空調(diào)、冷庫冷藏以及某些工業(yè)部門。但另外還有一些工業(yè)部門，比如食品加工行業(yè)(食品的速凍、冷凍干燥、長期保鮮等)、某些燃氣(丙烷等)液化、某些低溫環(huán)境實驗室以及固體CO₂(干冰)的制取等，需要使用溫度較低的冷量(比如低于-30℃)，此時單級氨水吸收式制冷已很難滿足要求，需要采用雙級流程。雙級循環(huán)與單級循環(huán)相比，熱力系數(shù)較低，而且系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備較多，金屬消耗量較大，另外運行也較為復(fù)雜。對于低溫冷量，工業(yè)上還可采用復(fù)疊式壓縮制冷循環(huán)來制得，但該循環(huán)高溫區(qū)和低溫區(qū)部采用壓縮式制冷循環(huán)，將會消耗大量功。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

為了克服現(xiàn)有雙級氨水吸收式制冷系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提供一種基于正逆循環(huán)耦合的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)及方法，通過將三個較為簡單的子循環(huán)，即朗肯循環(huán)、單級氨水吸收式制冷循環(huán)以及壓縮式制冷循環(huán)，進行有機結(jié)合，來利用中低溫?zé)嵩粗频玫蜏乩淞俊?/p>

(二)技術(shù)方案

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于正逆循環(huán)耦合的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括動力子循環(huán)、吸收式制冷子循環(huán)和壓縮式制冷子循環(huán)，其中該系統(tǒng)采用中低溫?zé)嵩打?qū)動動力子循環(huán)作功，動力子循環(huán)的排熱驅(qū)動吸收式制冷子循環(huán)制冷，動力子循環(huán)所作的功驅(qū)動壓縮式制冷子循環(huán)制冷，吸收式制冷子循環(huán)與壓縮式制冷子循環(huán)構(gòu)成復(fù)疊式制冷系統(tǒng)，吸收式制冷子循環(huán)工作于高溫區(qū)，壓縮式制冷子循環(huán)工作于低溫區(qū);高溫區(qū)的吸收式制冷子循環(huán)的蒸發(fā)制冷過程為低溫區(qū)的壓縮式制冷子循環(huán)的冷凝過程提供冷卻負荷，二者通過蒸發(fā)-冷凝器相結(jié)合。

上述方案中，所述動力子循環(huán)包括依次連接成環(huán)路的高壓溶液泵1、蒸氣發(fā)生器2、膨脹機3、再沸器4和第一冷凝器5，其中，來自第一冷凝器5的溶液S1經(jīng)過高壓泵1加壓后形成S2，進入蒸氣發(fā)生器2中，被外熱源加熱形成過熱蒸氣S3后進入膨脹機3膨脹作功，膨脹機3排氣S4依次進入再沸器4和第一冷凝器5，將冷凝熱的高溫部分用于吸收式制冷子循環(huán)中溶液的加熱過程，冷凝熱的低溫部分排向環(huán)境。

上述方案中，所述高壓溶液泵1是液體加壓設(shè)備，用于提高液體壓力;所述的蒸氣發(fā)生器2和所述再沸器4是流體換熱設(shè)備，用于冷熱物流之間的熱量交換;所述膨脹機3是氣體膨脹作功設(shè)備，膨脹機3利用高溫高壓蒸氣膨脹作功;所述第一冷凝器5是冷凝設(shè)備，用于將動力循環(huán)工質(zhì)蒸氣進行冷凝，冷凝放熱通過冷卻介質(zhì)排向環(huán)境。

上述方案中，所述吸收式制冷子循環(huán)包括吸收器6、低壓溶液泵7、溶液換熱器8、精餾塔9、第二冷凝器10、過冷器11、氨節(jié)流閥12、蒸發(fā)-冷凝器13和溶液節(jié)流閥14，其中:來自吸收器6的濃溶液S6經(jīng)過低壓溶液泵7加壓、溶液換熱器8預(yù)熱后進入精餾塔9，分離成高純度的塔頂氨蒸氣S12和低濃度的塔釜稀溶液S9;塔釜稀溶液S9先經(jīng)過溶液換熱器8進行熱量回收后再經(jīng)過溶液節(jié)流閥14節(jié)流降壓，形成的低壓稀溶液S11進入吸收器6;塔頂氨蒸氣S12進入第二冷凝器10中冷凝成液氨S13后進入過冷器11，與來自蒸發(fā)-冷凝器13的低溫氨蒸氣S16換熱后，形成具有一定過冷度的液氨S14，經(jīng)過氨節(jié)流閥12節(jié)流降壓后進入蒸發(fā)-冷凝器13蒸發(fā)，形成的低溫低壓氨蒸氣S16在過冷器11中進行冷量回收后進入吸收器6，被稀溶液S11吸收，重新形成濃溶液S6。

上述方案中，所述吸收器6是氣液混合吸收設(shè)備，采用吸收劑吸收制冷劑蒸氣，吸收過程所放熱量通過冷卻介質(zhì)排向環(huán)境;所述低壓溶液泵7是液體加壓設(shè)備，用于提高液體壓力;所述溶液換熱器8和所述過冷器11是流體換熱設(shè)備，用于冷熱物流之間的熱量交換;所述精餾塔9用于實現(xiàn)混合工質(zhì)的分離與提純，以制得高純度的制冷劑蒸氣和低濃度的吸收劑溶液;所述第二冷凝器10是冷凝設(shè)備，用于將制冷劑蒸氣進行冷凝，冷凝放熱通過冷卻介質(zhì)排向環(huán)境;所述氨節(jié)流閥12和溶液節(jié)流閥14是液體節(jié)流降壓裝置，分別用于實現(xiàn)高溫區(qū)制冷劑氨和塔釜溶液的降壓;所述蒸發(fā)-冷凝器13是吸收式制冷子循環(huán)和壓縮式制冷子循環(huán)的結(jié)合點，用于將高溫區(qū)制冷劑在其中吸熱蒸發(fā)，以使低溫區(qū)制冷劑蒸氣冷凝。