[發(fā)明專利]低品位熱驅動吸收式化學反應制冷熱泵循環(huán)裝置及方法

有效

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• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107677002B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設計）人: 殷勇高;周杰;張凡;金星
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F25B9/00
• 分類號: F25B9/00;F25B15/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

本發(fā)明公開了一種低品位熱驅動吸收式化學反應制冷熱泵循環(huán)裝置及方法，該裝置包括工質(zhì)循環(huán)回路、選擇性吸收劑循環(huán)回路、工作液體循環(huán)回路。高壓氣態(tài)制冷工質(zhì)氨氣和二氧化碳進入化學反應冷卻器，被工作液體吸收并生成氨基甲酸銨放熱，生成物溶于工作液體，混合溶液經(jīng)回熱器、節(jié)流裝置進入化學反應蒸發(fā)器，氨基甲酸銨分解生成氨氣和二氧化碳并蒸發(fā)出來，吸收熱量，氨氣和二氧化碳進入第一、第二吸收器分別被選擇性吸收，并在第一、第二發(fā)生器中分別生成高壓氣態(tài)制冷工質(zhì)。本發(fā)明利用可逆化學反應實現(xiàn)制冷/制熱，相比于相變制冷/制熱擁有更高的性能系數(shù)，能夠實現(xiàn)在較大的壓縮比下提升混合氣體壓力，并且能夠比較方便地調(diào)節(jié)氣態(tài)制冷工質(zhì)的流量比例。

技術領域

本發(fā)明屬于空調(diào)設備技術領域，具體涉及一種低品位熱驅動吸收式化學反應制冷熱泵循環(huán)裝置及方法。

背景技術

目前人工制冷的方法，總的可分為物理方法和化學方法兩大類，而絕大多數(shù)制冷方法都屬于物理方法。其中，利用物質(zhì)相變的吸熱效應制冷應用比較廣泛，然而受制冷劑熱力性質(zhì)的影響，相變制冷的單位質(zhì)量制冷量、性能系數(shù)并不高。因此，考慮采用化學方法實現(xiàn)制冷。

氨基甲酸銨是合成尿素的中間產(chǎn)物，白色固體，不穩(wěn)定，加熱易發(fā)生分解反應。氨基甲酸銨形成二氧化碳和氨的分解反應是高度吸熱的，化學反應熱為2010KJ/KG。氨基甲酸銨的分解與溫度和壓力密切相關，可以通過將壓力降低到對應于設定溫度的飽和壓力以下或者將溫度提高到對應于設定壓力的飽和溫度以上實現(xiàn)。二氧化碳與氨氣可以在不同溫度條件下進行化學反應，可以在室溫、一個大氣壓、無水蒸氣參與的情況下，生成氨基甲酸銨(NH₂COONH₄)，合成反應過程放熱。因此，可以利用二氧化碳和氨氣的可逆化學反應實現(xiàn)制冷或制熱。由于氨基甲酸銨合成、分解與溫度、壓力密切相關，在制冷或制熱的工況下，循環(huán)的壓縮比較大，根據(jù)合成反應和分解反應所需要的平衡壓力得到其壓縮比較大，可能達18以上，需要一種裝置來實現(xiàn)工質(zhì)在較大的壓縮比下的升壓過程。

在壓縮比較大的情況下，若采用單級蒸汽壓縮式制冷技術，會使實際壓縮過程大大偏離等熵壓縮過程，引起壓縮機排氣溫度升高，效率降低，功耗增大，甚至造成系統(tǒng)內(nèi)制冷劑和潤滑油分解，運行條件惡化，危害壓縮機的正常工作。因此考慮采用吸收式制冷技術。吸收式制冷/制熱技術是一種熱能驅動的制冷/制熱技術，與壓縮式制冷/制熱不同的是利用吸收劑對制冷劑的吸收過程和發(fā)生過程來實現(xiàn)將低壓蒸汽變?yōu)楦邏赫羝梢詫崿F(xiàn)在較大壓縮比條件下的壓力提升過程。同時吸收式制冷/熱泵機組利用熱能為動力，只需要消耗很少的機械能，可以利用品位較低的熱能，如余熱、廢熱、太陽能等。

中國專利申請201480031214.3公開了一種包括雙重制冷劑和液體工作流體的吸收制冷系統(tǒng)，其以氨氣和二氧化碳為制冷工質(zhì)，該系統(tǒng)的局限性在于：第一，該系統(tǒng)利用氨氣和二氧化碳的相變過程實現(xiàn)制冷，與本發(fā)明的制冷方式不同，并且由于受到氣體制冷劑的限制(二氧化碳臨界溫度過低)，在自然冷卻條件下通常很難在冷凝器中實現(xiàn)二氧化碳的冷凝過程；第二，吸收器中，在吸收溫度和吸收壓力條件下，氨氣和二氧化碳很難發(fā)生化學反應；第三，該專利提供的吸收制冷系統(tǒng)僅包含一個吸收器，用于同時吸收氨氣和二氧化碳，但是由于受到吸收劑的限制，在一個吸收器中很難同時物理溶解吸收酸性和堿性氣體，并且該專利提供的吸收制冷系統(tǒng)難以調(diào)控氨氣和二氧化碳的氣體質(zhì)量流量比以滿足系統(tǒng)化學反應要求，會造成多余的氣體制冷劑被提升壓力，導致能量的損耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種低品位熱驅動吸收式化學反應制冷熱泵循環(huán)裝置，該裝置利用可逆化學反應實現(xiàn)制冷/制熱，相比于液體汽化相變制冷/制熱，擁有更高的性能系數(shù)，能夠實現(xiàn)在較大的壓縮比下分別將氣態(tài)制冷工質(zhì)氨氣和二氧化碳提升壓力，并且能夠比較方便地調(diào)節(jié)滿足化學反應的兩種氣態(tài)制冷工質(zhì)的流量比例。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種利用所述循環(huán)裝置制冷/制熱的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：