專利名稱：連續(xù)型太陽能無泵自復(fù)疊吸收式制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)型太陽能自復(fù)疊無泵吸收式制冷系統(tǒng)，尤其涉及太陽能驅(qū)動(dòng)
的吸收式制冷系統(tǒng)、無泵吸收式制冷系統(tǒng)、連續(xù)型吸收式制冷系統(tǒng)和自復(fù)疊制冷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前在人們使用的常規(guī)能源中，化石能源占有主要地位。但是一方面化石能源屬 于不可再生能源，隨著不斷的消耗，可供人們使用的化石能源越來越少；另一方面，在使用 化石能源的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳和二氧化硫等對環(huán)境有害的物質(zhì)。人類社會(huì)常年使用 化石能源帶來的危害，如能源的枯竭和環(huán)境惡化等問題已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重。在這種背景下，太陽 能作為一種新型清潔的可再生能源越來越引起了人們的重視。太陽能總量巨大，自上世紀(jì) 90年代以來世界各國都對太陽能利用進(jìn)行了大量研究。我國也將太陽能作為能源發(fā)展的重 要領(lǐng)域，投入了大量人力物力進(jìn)行研究和開發(fā)，并且在十一五規(guī)劃中明確提出要加快發(fā)展 太陽能等可再生能源。但是太陽能的一些自身缺陷，如能流密度低、能量不穩(wěn)定等問題大大 限制了其利用價(jià)值。目前常用太陽能利用手段都有不足之處如，通過太陽能光伏發(fā)電效率 比較低、成本比較高，而通過太陽能光熱轉(zhuǎn)換得到的熱能溫度比較低，難以進(jìn)一步利用等。
制冷空調(diào)技術(shù)是能源利用領(lǐng)域中的重要部分，其中的吸收式制冷技術(shù)有獨(dú)特的應(yīng) 用價(jià)值。吸收式制冷機(jī)是一種利用溶液的特性來完成的熱驅(qū)動(dòng)制冷裝置，尤其是可以利用 余熱、廢熱、地?zé)岷吞柲艿鹊推肺粺崮埽哂袑拸V的發(fā)展前景。吸收式制冷機(jī)在美國南北 戰(zhàn)爭時(shí)開始被大量應(yīng)用于制冰，主要是用氨-水為工質(zhì)對。然而，普通的吸收式制冷循環(huán)由 于自身技術(shù)的缺陷無法獲得較低的制冷溫度。專利(03115631.2)采用自復(fù)疊的吸收式制 冷系統(tǒng)可以達(dá)到較低的制冷溫度，但是自復(fù)疊吸收系統(tǒng)要通過溶液泵來提升溶液壓力，溶 液泵消耗大量的能量使得系統(tǒng)的總體效率非常低。 針對以上的問題，本發(fā)明提出了連續(xù)型太陽能無泵自復(fù)疊吸收式制冷系統(tǒng)，能夠 適應(yīng)太陽能的特點(diǎn)，有效利用太陽能光熱轉(zhuǎn)換后的低品位熱進(jìn)行制冷，且通過無泵技術(shù)，徹 底脫離了對電能的依賴，從理論上提高了系統(tǒng)效率，并且這樣一來還減少了機(jī)械噪音和振 動(dòng)，更適合于特殊場合的應(yīng)用。另外本發(fā)明采用氫氟烴(或氫氟烴混合物)-DMF作為工質(zhì) 對，結(jié)合了自復(fù)疊制冷循環(huán)，克服了 LiBr-H20為工質(zhì)對的無泵吸收式系統(tǒng)制冷溫度不夠低
的缺陷，可以達(dá)到ot:以下的制冷溫度，在利用低品位能源-太陽能方面有巨大的潛力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的技術(shù)不足，提供一種連續(xù)型太陽能無泵自復(fù)疊吸收 式制冷系統(tǒng)，它能夠利用太陽能及其它低品位熱作為能源，并且采用無泵吸收式制冷與自 復(fù)疊制冷相結(jié)合的模式，使得系統(tǒng)無需消耗電能及其他高品位能源，有顯著的節(jié)能減排效 果，并且無噪音、無振動(dòng)、可以達(dá)到較低的制冷溫區(qū)。 連續(xù)型太陽能自復(fù)疊無泵吸收式制冷系統(tǒng)包括自復(fù)疊制冷模塊與無泵吸收模塊， 自復(fù)疊制冷模塊為氣體冷卻器的出口與第一熱交換器的第一入口相連，第一熱交換器的第一出口與精餾器的入口相連，精餾器的氣相出口與冷凝-蒸發(fā)器的第一入口相連，經(jīng)過 節(jié)流元件與蒸發(fā)器的入口相連，精餾器的液相出口經(jīng)過節(jié)流元件與蒸發(fā)器的出口連接同時(shí) 又與冷凝_蒸發(fā)器的第二入口相連，冷凝_蒸發(fā)器的第二出口與第一熱交換器的第二入口 相連，第一熱交換器的第二出口分成并聯(lián)的兩路進(jìn)入無泵吸收模塊，分別與第三截止閥和 第四截止閥相連；無泵吸收模塊為集熱發(fā)生器的液相出口與第二熱交換器的第一入口相 連，第二熱交換器的第一出口與冷卻套管的第一入口相連，冷卻套管的第一出口分成并聯(lián) 的兩路，第一路經(jīng)過第一截止閥與第一吸收器的第二入口相連，第二路經(jīng)過第二截止閥與 第二吸收器的第二入口相連，第一吸收器的第一出口與第二吸收器的第一出口分別經(jīng)過第 七截止閥與第八截止閥合并成一路再與第二熱交換器的第二入口相連，第二熱交換器的第 二出口與集熱發(fā)生器的入口相連，集熱發(fā)生器的氣相出口與氣液分離器的入口相連，氣液 分離器的第一出口分成并聯(lián)的兩路，一路經(jīng)過第五截止閥第一吸收器的第三入口相連，另 一路經(jīng)過第六截止閥與第二吸收器的第三入口相連，氣液分離器的第二出口與自復(fù)疊制冷 模塊的氣體冷卻器的入口相連，冷卻套管的第二入口經(jīng)過第十三截止閥與冷卻水進(jìn)水管相 連，吸收器的第四入口經(jīng)過第九截止閥與冷卻水進(jìn)水管相連，第二吸收器的第四入口經(jīng)過 第十截止閥與冷卻水進(jìn)水管相連，冷卻套管的第二出口與冷卻水出水管相連，第一吸收器 的第二出口經(jīng)過第十一截止閥與冷卻水出水管相連，第二吸收器的第二出口經(jīng)過第十二截 止閥與冷卻水出水管相連。 該系統(tǒng)用太陽能或其他低品位能源驅(qū)動(dòng)，并采用二元或三元非共沸混合物為制冷 劑，DMF為吸收劑。 所采用的非共沸混合制冷劑為氫氟烴混合制冷劑或氫氟烴與氫烴混合制冷劑。
第一節(jié)流元件6、第二節(jié)流元件8是毛細(xì)管、手動(dòng)節(jié)流閥或自動(dòng)節(jié)流閥，第一熱交 換器4、第二熱交換器13是套管式換熱器或板式換熱器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有 益效果 1)節(jié)能性。本發(fā)明通過集熱器采集太陽能作為能源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且通過合理的發(fā) 生器與吸收器的空間布置，使得制冷劑能夠?qū)崿F(xiàn)無泵循環(huán)，因此不必使用溶液泵。于是整個(gè) 系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)幾乎不需要電能的輸入。
2)低制冷溫度。本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上采用了自復(fù)疊制冷技術(shù)，并且以氫氟烴混合物或
氫氟烴與氫烴的混合物為制冷劑，DMF為吸收劑，使得系統(tǒng)可以達(dá)到比普通吸收式系統(tǒng)更低
的制冷溫度，理論上可以達(dá)到ot:以下。這就大大拓展了本發(fā)明的應(yīng)用范圍。 3)其他優(yōu)勢。由于本系統(tǒng)無需使用溶液泵，就使得系統(tǒng)大大減少了溶液泄露的可
能性，系統(tǒng)更加穩(wěn)定。另外由于沒有運(yùn)動(dòng)部件，系統(tǒng)沒有噪音和振動(dòng)，可以在需要無振動(dòng)、無
噪音的場合下使用。


圖l是連續(xù)型無泵自復(fù)疊吸收式制冷系統(tǒng)流程圖。圖中 集熱發(fā)生器1、氣液分離器2、氣體冷卻器3、第一熱交換器4、精餾器5、第一節(jié)流元 件6、蒸發(fā)器7、第二節(jié)流元件8，冷凝-蒸發(fā)器9、第一吸收器10、第二吸收器11、冷卻套管 12、第二熱交換器13、第一截止閥14、第二截止閥15、第三截止閥16、第四截止閥17、第五截 止閥18、第六截止閥19、第七截止閥20、第八截止閥21、第九截止閥22、第十截止閥23、第十一截止閥24、第十二截止閥25、第十三截止閥26。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，連續(xù)型太陽能自復(fù)疊無泵吸收式制冷系統(tǒng)包括自復(fù)疊制冷模塊與無 泵吸收模塊，自復(fù)疊制冷模塊為氣體冷卻器的出口與第一熱交換器的第一入口相連，第一 熱交換器的第一出口與精餾器的入口相連，精餾器的氣相出口與冷凝-蒸發(fā)器的第一入口 相連，經(jīng)過節(jié)流元件與蒸發(fā)器的入口相連，精餾器的液相出口經(jīng)過節(jié)流元件與蒸發(fā)器的出 口連接同時(shí)又與冷凝_蒸發(fā)器的第二入口相連，冷凝_蒸發(fā)器的第二出口與第一熱交換器 的第二入口相連，第一熱交換器的第二出口分成并聯(lián)的兩路進(jìn)入無泵吸收模塊，分別與第 三截止閥和第四截止閥相連；無泵吸收模塊為集熱發(fā)生器的液相出口與第二熱交換器的 第一入口相連，第二熱交換器的第一出口與冷卻套管的第一入口相連，冷卻套管的第一出 口分成并聯(lián)的兩路，第一路經(jīng)過第一截止閥與第一吸收器的第二入口相連，第二路經(jīng)過第 二截止閥與第二吸收器的第二入口相連，第一吸收器的第一出口與第二吸收器的第一出口 分別經(jīng)過第七截止閥與第八截止閥合并成一路再與第二熱交換器的第二入口相連，第二熱 交換器的第二出口與集熱發(fā)生器的入口相連，集熱發(fā)生器的氣相出口與氣液分離器的入口 相連，氣液分離器的第一出口分成并聯(lián)的兩路，一路經(jīng)過第五截止閥第一吸收器的第三入 口相連，另一路經(jīng)過第六截止閥與第二吸收器的第三入口相連，氣液分離器的第二出口與 自復(fù)疊制冷模塊的氣體冷卻器的入口相連，冷卻套管的第二入口經(jīng)過第十三截止閥與冷卻 水進(jìn)水管相連，吸收器的第四入口經(jīng)過第九截止閥與冷卻水進(jìn)水管相連，第二吸收器的第 四入口經(jīng)過第十截止閥與冷卻水進(jìn)水管相連，冷卻套管的第二出口與冷卻水出水管相連， 第一吸收器的第二出口經(jīng)過第十一截止閥與冷卻水出水管相連，第二吸收器的第二出口經(jīng) 過第十二截止閥與冷卻水出水管相連。 該系統(tǒng)用太陽能或其他低品位能源驅(qū)動(dòng)，并采用二元或三元非共沸混合物為制冷 劑，DMF為吸收劑。 所采用的非共沸混合制冷劑為氫氟烴混合制冷劑或氫氟烴與氫烴混合制冷劑。
第一節(jié)流元件6、第二節(jié)流元件8是毛細(xì)管、手動(dòng)節(jié)流閥或自動(dòng)節(jié)流閥，第一熱交 換器4、第二熱交換器13是套管式換熱器或板式換熱器。 其中吸收器有兩種工作模式噴淋吸收工作模式與溶液輸出工作模式。當(dāng)吸收器 內(nèi)液面低于設(shè)定值時(shí)開始進(jìn)行噴淋吸收工作模式，此時(shí)與吸收器第一入口 、第二入口 、第四 入口、第二出口相連的截止閥都打開，與第三入口、第一出口相連的截止閥都關(guān)閉，來自自 復(fù)疊制冷模塊的氣態(tài)制冷劑進(jìn)入吸收器，同時(shí)來自集熱發(fā)生器的稀溶液在吸收器內(nèi)進(jìn)行噴 淋吸收，并在吸收器內(nèi)形成低壓。吸收了制冷劑后變成濃溶液積累在吸收器內(nèi)，液面不斷 升高。吸收時(shí)發(fā)出的熱量由吸收器內(nèi)冷卻盤管中的冷卻水帶走。當(dāng)液面升高到設(shè)定值后開 始進(jìn)行溶液輸出工作模式，此時(shí)與第一入口、第二入口、第四入口、第二出口相連的截止閥 都關(guān)閉，與第三入口，第一出口相連的截止閥都打開。來自氣液分離器2的少量高壓氣體進(jìn) 入吸收器內(nèi)以平衡吸收器與集熱發(fā)生器1的壓力，濃溶液在重力差的作用下不斷流出吸收 器，回到集熱發(fā)生器l，吸收器內(nèi)的液面不斷降低。當(dāng)液面低于設(shè)定值后再一次進(jìn)行噴淋吸 收模式，如此往復(fù)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，第一吸收器與第二吸收器處于不同的工作模式且交替運(yùn) 行，保證任意時(shí)刻都有吸收過程在進(jìn)行，同時(shí)也不斷有濃溶液回到發(fā)生器。
系統(tǒng)總的工作過程描述如下濃溶液在氣態(tài)制冷劑在集熱發(fā)生器1中被加熱。進(jìn) 而高溫高壓的氣態(tài)混合制冷劑在集熱發(fā)生器1的上部生成，并從其上部出口流出后進(jìn)入氣 液分離器2，夾帶在氣態(tài)混合制冷劑中的液態(tài)微粒在這里被分離。高溫高壓的氣態(tài)混合制冷 劑在氣液分離器2中分為兩路，一路經(jīng)其第二出口后又分為兩路，一路經(jīng)過第五截止閥18 進(jìn)入第一吸收器IO，另一路經(jīng)過第六截止閥19進(jìn)入第二吸收器ll，高壓氣體為這兩個(gè)吸收 器提供足夠的壓力；另一路經(jīng)其第一出口進(jìn)入自復(fù)疊制冷模塊，經(jīng)過氣體冷卻器3后變?yōu)?常溫高壓的混合氣液兩相制冷劑，再經(jīng)過第一熱交換器4進(jìn)一步冷凝后進(jìn)入精餾器5，混合 制冷劑在這里分離成高沸點(diǎn)與低沸點(diǎn)兩股流體，高沸點(diǎn)的液相制冷劑從精餾器5的液相出 口流出經(jīng)過節(jié)流元件6后變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍庖簝上嗔黧w，與來自蒸發(fā)器的低溫低壓的低沸 點(diǎn)制冷劑混合后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，吸收來自精餾器5的氣相出口的高壓低沸點(diǎn)氣態(tài)制冷劑 的熱量而蒸發(fā)，同時(shí)低沸點(diǎn)氣態(tài)制冷劑在這里冷凝放熱成為低溫高壓的液態(tài)制冷劑，又經(jīng) 過節(jié)流元件8后成為更低溫低壓的氣液兩相制冷劑并進(jìn)入蒸發(fā)器，吸收外界的熱量從而對 外界目標(biāo)進(jìn)行冷卻。從蒸發(fā)器出口出來的低壓低溫低沸點(diǎn)的氣態(tài)制冷劑與來自節(jié)流元件8 的低溫低壓高沸點(diǎn)的氣液兩相制冷劑混合。從冷凝蒸發(fā)器9流出的氣態(tài)混合制冷劑經(jīng)過第 一熱交換器4被進(jìn)一步加熱，成為常溫低壓的混合制冷劑進(jìn)入吸收器10或11被吸收。集熱 發(fā)生器1上部的氣體發(fā)生后，留下高溫的稀溶液，從其液相出口流出經(jīng)過第二熱交換器13 后進(jìn)入冷卻套管被進(jìn)一步降溫，然后進(jìn)入吸收器10或11進(jìn)行吸收，吸收了制冷劑成為濃溶 液后再經(jīng)過第二熱交換器13回到集熱發(fā)生器1底部。來自外部的冷卻水分成三路，分別到 吸收器10或11以及冷卻套管12中吸收制冷劑的熱量，最后又合并成一路排出系統(tǒng)。
該系統(tǒng)運(yùn)行的可行性分析如下 集熱發(fā)生器中制冷劑的壓力為Pg，發(fā)生后的氣相壓力與集熱發(fā)生器中制冷劑的壓 力相等也為Pg，然后氣相制冷劑進(jìn)入自復(fù)疊制冷模塊，忽略沿途管路壓力損失，經(jīng)過節(jié)流后 壓力為Pa與進(jìn)行噴淋吸收工作模式的吸收器的壓力相等，且Pa遠(yuǎn)低于Pg，這樣來自自復(fù)疊 吸收模塊的氣態(tài)制冷劑可以進(jìn)入吸收器。假設(shè)吸收器與發(fā)生器的高度差引起的壓力變化為 ph，并且Ph小于發(fā)生器與吸收器的壓差Pg_Pa，那么進(jìn)入吸收器的稀溶液的壓力為Pg_Ph，則 該壓力大于進(jìn)行噴淋吸收模式的吸收器的壓力Pa，稀溶液可以進(jìn)入正在吸收器。與此同時(shí)， 一部分發(fā)生后的高壓氣相制冷劑被引入到進(jìn)行溶液輸出模式的吸收器，此時(shí)該吸收器中濃 溶液的靜壓為Pg，而由于吸收器與發(fā)生器存在高度差，那么吸收器中制冷劑的總壓為Pg+Ph， 其中Ph轉(zhuǎn)換成動(dòng)壓，于是進(jìn)行溶液輸出模式的吸收器中的濃溶液可以順利流入發(fā)生器。至 此，系統(tǒng)中各處壓力都符合要求，整個(gè)制冷循環(huán)過程可以在系統(tǒng)中順利地進(jìn)行，該系統(tǒng)是可 行的。
權(quán)利要求
一種連續(xù)型太陽能自復(fù)疊無泵吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于它包括自復(fù)疊制冷模塊與無泵吸收模塊，自復(fù)疊制冷模塊為氣體冷卻器(3)的出口(3b)與第一熱交換器(4)的第一入口(4a)相連，第一熱交換器(4)的第一出口(4b)與精餾器(5)的入口(5a)相連，精餾器(5)的氣相出口(5c)與冷凝-蒸發(fā)器(9)的第一入口(9a)相連，經(jīng)過節(jié)流元件(8)與蒸發(fā)器(7)的入口(7a)相連，精餾器(5)的液相出口(5b)經(jīng)過節(jié)流元件(6)與蒸發(fā)器(7)的出口(7b)連接同時(shí)又與冷凝-蒸發(fā)器(9)的第二入口(9c)相連，冷凝-蒸發(fā)器(9)的第二出口(9d)與第一熱交換器(4)的第二入口(4c)相連，第一熱交換器(4)的第二出口(4d)分成并聯(lián)的兩路進(jìn)入無泵吸收模塊，分別與第三截止閥(16)和第四截止閥(17)相連；無泵吸收模塊為集熱發(fā)生器(1)的液相出口(1b)與第二熱交換器(13)的第一入口(13a)相連，第二熱交換器(13)的第一出口(13b)與冷卻套管(12)的第一入口(12a)相連，冷卻套管(12)的第一出口(12b)分成并聯(lián)的兩路，第一路經(jīng)過第一截止閥(14)與第一吸收器(10)的第二入口(10c)相連，第二路經(jīng)過第二截止閥(15)與第二吸收器(11)的第二入口(11c)相連，第一吸收器(10)的第一出口(10b)與第二吸收器(11)的第一出口(11b)分別經(jīng)過第七截止閥(20)與第八截止閥(21)合并成一路再與第二熱交換器(13)的第二入口(13c)相連，第二熱交換器(13)的第二出口(13d)與集熱發(fā)生器(1)的入口(1a)相連，集熱發(fā)生器(1)的氣相出口(1c)與氣液分離器(2)的入口相連，氣液分離器(2)的第一出口(2a)分成并聯(lián)的兩路，一路經(jīng)過第五截止閥(18)第一吸收器(10)的第三入口(10d)相連，另一路經(jīng)過第六截止閥(19)與第二吸收器(11)的第三入口(11d)相連，氣液分離器(2)的第二出口(2b)與自復(fù)疊制冷模塊的氣體冷卻器(3)的入口(3a)相連，冷卻套管(12)的第二入口(12c)經(jīng)過第十三截止閥(26)與冷卻水進(jìn)水管相連，吸收器(10)的第四入口(10e)經(jīng)過第九截止閥(22)與冷卻水進(jìn)水管相連，第二吸收器(11)的第四入口(11e)經(jīng)過第十截止閥(23)與冷卻水進(jìn)水管相連，冷卻套管(12)的第二出口(12d)與冷卻水出水管相連，第一吸收器(10)的第二出口(10f)經(jīng)過第十一截止閥(24)與冷卻水出水管相連，第二吸收器(11)的第二出口(11f)經(jīng)過第十二截止閥(25)與冷卻水出水管相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)型太陽能自復(fù)疊無泵吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于該系 統(tǒng)用太陽能或其他低品位能源驅(qū)動(dòng)，并采用二元或三元非共沸混合物為制冷劑，DMF為吸收 劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)型太陽能自復(fù)疊無泵吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于所采 用的非共沸混合制冷劑為氫氟烴混合制冷劑或氫氟烴與氫烴混合制冷劑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)型太陽能自復(fù)疊無泵吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于第一 節(jié)流元件6、第二節(jié)流元件8是毛細(xì)管、手動(dòng)節(jié)流閥或自動(dòng)節(jié)流閥，第一熱交換器4、第二熱 交換器13是套管式換熱器或板式換熱器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種連續(xù)型太陽能無泵自復(fù)疊吸收式制冷系統(tǒng)。它具有可利用太陽能作為驅(qū)動(dòng)熱源，采用無泵的自復(fù)疊吸收式制冷，應(yīng)用二元或多元非共沸混合物為制冷劑，DMF(N，N-二甲基甲酰胺)為吸收劑來實(shí)現(xiàn)深度制冷等特點(diǎn)。這樣不僅可以擴(kuò)展了太陽能在工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，而且把吸收式制冷向深度制冷溫區(qū)推進(jìn)，拓展吸收制冷的應(yīng)用范圍。該吸收式系統(tǒng)采用的是無泵自復(fù)疊循環(huán)，具有無噪聲、無振動(dòng)、制冷劑泄漏少等優(yōu)點(diǎn)，特別適用對環(huán)境噪聲有嚴(yán)格要求的場合。
文檔編號(hào)F25B15/00GK101776349SQ20101010618
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者徐英杰, 王勤, 陳光明, 韓曉紅 申請人:浙江大學(xué)