復疊式制冷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復疊式制冷系統(tǒng)，水合物反應器的低壓氣體進氣口和高壓氣體排氣口分別連接低壓儲氣罐和高壓儲氣罐，低壓儲氣罐與高壓儲氣罐之間通過冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥和單向閥連接；水合物反應器是一個高壓絕熱密封容器，內(nèi)部連有盤管和噴淋裝置，外部設(shè)有冷卻水溫的低溫冷源和蒸發(fā)器換熱，避免了熱源的使用，節(jié)約了能耗。該系統(tǒng)的優(yōu)點是避免了使用高壓壓縮機，反應器絕熱層采用氣凝膠、真空絕熱板、聚氨酯發(fā)泡三層復合絕熱，避免了冷量散失，同時將熱源用空調(diào)蒸發(fā)器代替，不僅節(jié)約了能源，而且使系統(tǒng)得以高效利用，因而提高了系統(tǒng)的效率、可靠性，節(jié)省了成本，特別適用于各種低溫復疊、多級制冷系統(tǒng)。
【專利說明】復疊式制冷系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低溫級制冷系統(tǒng)，特別涉及一種低溫級制冷系統(tǒng)的增壓系統(tǒng)優(yōu)化的復疊式制冷系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著國際社會對臭氧空洞和氣候變暖問題深入的關(guān)注和高度的重視，我國已于2010年全面完成了 CFC類工質(zhì)的替代。但R134a、R410A、R290作為新的替代產(chǎn)物，雖然不破壞臭氧層但其全球變暖潛值也很高。因此，HFCs作為過渡制冷劑無法實現(xiàn)對環(huán)境的零污染，尋找新型替代制冷劑也是當前所面臨的問題，而二氧化碳作為新一代制冷劑，已開始應用于各領(lǐng)域中。
[0003]C02與水在較低的溫度與較高的壓力下，可以形成氣體水合物，在一立方米的水內(nèi)可以吸納約200倍的標準體積的C02。由于在0°C以上C02水合物的相平衡曲線有一轉(zhuǎn)折點，高于該溫度時相平衡壓力會急劇的增長，因此，我們可以在該轉(zhuǎn)折溫度以下利用較低的壓力促使水合物合成，然后在高于轉(zhuǎn)折點的溫度下將水合物分解，就可以獲得比較高的氣體壓力。因此，利用這樣的二氧化碳水合反應，可以替代壓縮機，同時可以解決制冷劑的污染問題及二氧化碳壓縮機制造難的問題。
[0004]這種情況下，C02進行水合反應的反應器也尤為重要，其絕熱保溫性能決定了水合反應的速率等因素，因此利用高壓絕熱噴淋裝置作為反應器，可以有效控制水合物的合成與分解，同時熱源采用盤管式換熱器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是要提供一種復疊式制冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用C02在低溫低壓下在高壓絕熱密封容器內(nèi)與噴淋水形成水合物，在溫度升高后水合物分解時放出高壓氣體，實現(xiàn)高低壓力循環(huán)來替代壓縮機，同時利用高溫級制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的低溫冷凍水作為低溫級制冷系統(tǒng)的冷卻水，對反應器產(chǎn)生的高溫高壓的氣體進行冷卻后送入膨脹閥，最后進入蒸發(fā)器完成低溫級制冷循環(huán)。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種復疊式制冷系統(tǒng)，包括由高溫級制冷系統(tǒng)壓縮機、高溫級制冷系統(tǒng)冷凝器、高溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥、高溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器構(gòu)成的高溫級制冷系統(tǒng)，由低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器、低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥、低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器構(gòu)成的低溫級制冷系統(tǒng)，低溫級制冷系統(tǒng)通過冷卻水路連接高溫級制冷系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)還包括水合物反應器，所述水合物反應器內(nèi)部裝設(shè)換熱盤管和噴淋裝置，外部設(shè)有冷卻水溫的低溫冷源，換熱盤管連接低溫級制冷系統(tǒng)熱源，所述水合物反應器的低壓氣體進氣口連接接有C02氣罐的低壓儲氣罐，高壓氣體排氣口連接高壓儲氣罐，低壓儲氣罐與高壓儲氣罐之間通過低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器、低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器、低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥和單向閥連接，從噴淋裝置噴出的噴淋水利用C02在低溫下形成水合物，吸收氣體而同時放熱，在溫度升高后水合物分解時放出高壓氣體，實現(xiàn)高低壓力循環(huán)來替代高溫級制冷系統(tǒng)壓縮機；高溫級制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的低溫冷凍水作為低溫級制冷系統(tǒng)的冷卻水，對水合物反應器產(chǎn)生的高溫高壓的氣體進行冷卻后送入低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥，并進入低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器完成低溫級制冷循環(huán)。
[0007]水合物反應器為高壓絕熱密封容器，高壓絕熱密封容器的絕熱層由氣凝膠、真空絕熱板、聚氨酯發(fā)泡三層復合構(gòu)成，高壓絕熱密封容器內(nèi)不裝有水合物生成促進裝置或水中加入水合物生成促進劑。
[0008]低溫冷源為恒溫槽，恒溫槽與噴淋裝置連接，為噴淋裝置提供低溫水噴霧，用于增加氣體與水的接觸面積，吸收氣體。
[0009]低溫級制冷系統(tǒng)熱源為盤管式換熱器，盤管式換熱器中的盤管與水合物反應器內(nèi)的換熱盤管連接，與水合物換熱，換熱后的冷凍水可為空調(diào)的末端供冷水。
[0010]低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器，其管程內(nèi)通過冷卻水，冷卻水是高溫級制冷系統(tǒng)提供的低溫冷凍水；其殼程內(nèi)通制過冷劑蒸汽。
[0011 ] 低壓儲氣罐上設(shè)有充氣口，進氣口和排氣口，其進氣口連接低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器，用于儲存來自低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器的氣體。
[0012]高壓儲氣罐上設(shè)有進氣口和排氣口，其進氣口連接水合物反應器，用于儲存來自水合物分解釋放的高壓氣體；其排氣口經(jīng)由單向閥連接低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器和低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥，用于提供高壓節(jié)流氣體。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:水合物反應器內(nèi)的噴淋水在低溫下將形成水合物，吸收氣體而同時放熱，直至系統(tǒng)壓力達到系統(tǒng)低壓壓力(略高于水合物生成最低壓力)。之后，開啟熱源，其盤管內(nèi)的水循環(huán)將使水合物吸收熱量而分解，放出氣體，通過壓力控制閥，使氣體在達到控制壓力時開始排氣，之后順次進入低溫級制冷系統(tǒng)的冷凝器，節(jié)流膨脹裝置，蒸發(fā)器等，最后進入低壓儲氣罐，完成一個循環(huán)。之后，使水合物容器再次處于低溫狀態(tài)，打開反應器進氣閥，低壓儲氣罐的氣體被吸入反應器中形成水合物，直至儲氣罐內(nèi)氣體壓力達到低壓壓力，如此反復循環(huán)，達到連續(xù)制冷目的。因此，本發(fā)明解決了高壓壓縮機制造難所帶來的問題，尤其適用于復疊式制冷系統(tǒng)，多級壓縮制冷系統(tǒng)等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的制冷系統(tǒng)示意圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作詳細說明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明的復疊式制冷系統(tǒng)，包括水合物反應器17，低溫冷源22，熱源10，高溫級制冷系統(tǒng)壓縮機19，高溫級制冷系統(tǒng)冷凝器20，高溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥21)高溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器18，低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器12，低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥13，低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器14,低壓儲氣罐15,高壓儲氣罐11, C02氣罐16,第一單向閥1，第二單向閥2,第三單向閥3，第四單向閥4，第五單向閥5，第六單向閥6，第七單向閥7，第八單向閥8，第九單向閥9。
[0017]高溫級制冷系統(tǒng)102由高溫級制冷系統(tǒng)壓縮機19、高溫級制冷系統(tǒng)冷凝器20、高溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥21、高溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器18構(gòu)成。低溫級制冷系統(tǒng)101由低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器12、低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥13、低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器14構(gòu)成。低溫級制冷系統(tǒng)101通過冷卻水路100連接高溫級制冷系統(tǒng)102。
[0018]水合物反應器17的低壓氣體進氣口和高壓氣體排氣口分別連接低壓儲氣罐15和高壓儲氣罐11，低壓儲氣罐15與高壓儲氣罐11之間通過低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器12，低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥13，低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器14，第一單向閥I和第五單向閥5連接。
[0019]水合物反應器17是一個絕熱高壓密封容器，絕熱層采用氣凝膠、真空絕熱板、聚氨酯發(fā)泡三層復合絕熱，容器上設(shè)有低壓氣體進氣口和高壓氣體排氣口，容器內(nèi)設(shè)有水噴淋裝置，水溫可通過容器外部的低溫冷源22調(diào)節(jié)。
[0020]水合物反應器17可以帶有水合物生成促進裝置，如攪拌器，也可以在水中加入水合物生成促進劑，如表面活性劑、乳化液等。
[0021]低溫冷源22用于提供水合物反應器中的低溫噴淋水，噴淋水為加入添加劑的溶液，該添加劑可以促進水合反應的進行，采用噴淋的形式與反應器內(nèi)C02進行水合反應；也可以是其他形式的換熱器。
[0022]熱源10為通過換熱器連接的盤管，管內(nèi)為水路，通過盤管內(nèi)水與水合物換熱。
[0023]低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器12冷卻水由高溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器18流出的低溫冷凍水提供。
[0024]低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥13和高溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥21用于降壓降溫，也可以是節(jié)流閥或毛細管。
[0025]低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器14和高溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器18用于低溫液體的蒸發(fā)而制冷；熱源10用于加熱反應器中的水合物，使其分解。
[0026]低壓儲氣罐15用于儲存來自低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器14的氣體，其上有充氣口，進氣口和排氣口。
[0027]高壓儲氣罐11用于儲存來自水合物反應器17中水合物分解釋放的高壓氣體，其上有進氣口和排氣口。
[0028]第一單向閥I兩端分別連接蒸發(fā)器出口和低壓儲氣罐的進氣口 ；第二單向閥2兩端分別連接C02氣瓶出氣口和低壓儲氣罐的進氣口 ；第三單向閥3兩端分別連接低壓儲氣罐的排氣口和水合物反應器的進氣口 ；第四單向閥4兩端分別連接水合物反應器的排氣口和高壓儲氣罐的進氣口 ；第五單向閥5兩端分別連接高壓儲氣罐的排氣口和冷凝器的進口端；第六單向閥6兩端分別連接恒溫槽和噴淋裝置；第七單向閥7兩端分別連接恒溫槽和反應器底部；第八單向閥8兩端分別連接熱源和水合物反應器之間的供水管路；第九單向閥9兩端分別連接熱源和水合物反應器之間的回水管路。
[0029]第二單向閥2，第三單向閥3，第四單向閥4，第五單向閥5，第六單向閥6，第七單向閥7在正壓差下自動打開，在反壓差下自動關(guān)閉。第一單向閥I兩端分別連接低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器14出口和低壓儲氣罐15)進氣口 ；第二單向閥2兩端分別連接C02氣罐16出氣口和低壓儲氣罐15的進氣口 ；第三單向閥3兩端分別連接低壓儲氣罐15的排氣口和水合物反應器17的進氣口 ；第四單向閥4兩端分別連接水合物反應器17的排氣口和高壓儲氣罐11的進氣口 ；第五單向閥5兩端分別連接高壓儲氣罐11的排氣口和低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器12的進口端；第六單向閥6兩端分別連接低溫冷源22和噴淋裝置；第七單向閥7兩端分別連接低溫冷源22和反應器底部。
[0030]本發(fā)明的制冷系統(tǒng)的工作過程為:首先，按照系統(tǒng)圖聯(lián)成封閉系統(tǒng)，抽出管道中的空氣，啟動高溫級制冷系統(tǒng)，所提供的低溫冷凍水作為低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器12的冷卻水，同時打開冷卻水路的單向閥，打開低溫冷源22和噴淋裝置，使水合物反應器17中進入反應所需溫度的水。然后打開第一單向閥I和第三單向閥3，第四單向閥4，第五單向閥5，通過低壓儲氣罐15的第二單向閥2向系統(tǒng)充入低壓壓力氣體。關(guān)閉第一單向閥I和第四單向閥4，使低壓儲氣罐15和水合物反應器17中的壓力升高到系統(tǒng)循環(huán)所需高壓后，關(guān)閉第二單向閥2，之后系統(tǒng)進入工作循環(huán)過程。
[0031]開啟恒溫槽，將低溫冷源溫度22設(shè)定在0°C以下，當溫度穩(wěn)定后，開啟第六單向閥6和第七單向閥7，低溫冷源22從噴淋器中噴出，流入水合物反應器17，水合物開始生成，直至內(nèi)壓力達到系統(tǒng)所需低壓壓力(略高于水合物生成最低壓力)。關(guān)閉第五單向閥5，第六單向閥6，第七單向閥7，開啟熱源10的循環(huán)流路，此時水合物反應器17中的水合物分解釋放出氣體，水合物反應器17的容器內(nèi)壓力升高，第三單向閥3自動關(guān)閉，第四單向閥4也在壓差作用下自動打開。隨著水合物的繼續(xù)分解，高壓儲氣罐11中的壓力達到系統(tǒng)高壓值，系統(tǒng)完成壓縮過程。關(guān)閉熱源10的循環(huán)流路，開啟第六單向閥6和第七單向閥7，水合物又開始形成，導致反應器17內(nèi)的壓力下降，第四單向閥4自動關(guān)閉，打開第一單向閥1，第三單向閥3和第五單向閥5自動打開，啟動高溫級制冷系統(tǒng)，所提供的低溫冷凍水作為低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器12的冷卻水，同時打開冷卻水路的單向閥，來自高壓儲氣罐11的高壓C02順次進入低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器12、低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥13、低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器14和低壓儲氣罐15，最后被吸入水合物反應器17的容器中形成水合物；直至高壓儲氣罐11中的壓力下降到低壓壓力，第五單向閥5自動關(guān)閉，第四單向閥4也隨之關(guān)閉，系統(tǒng)完成制冷過程。此后，關(guān)閉第六單向閥6、第七單向閥7，開啟熱源10的循環(huán)流路，打開第八單向閥8和第九單向閥9，水合物反應器17中的水合物分解釋放氣體，壓力升高，第三單向閥3自動關(guān)閉，第四單向閥4自動打開，重復壓縮過程。如此反復循環(huán)，可連續(xù)提供冷量。
[0032]本發(fā)明屬于一種新型的復疊式制冷系統(tǒng)，其中高壓絕熱噴淋式反應器可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的復疊式制冷系統(tǒng)的低溫級壓縮機，以提供高壓的制冷劑氣體，同時低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器所需冷卻水可由高溫級制冷系統(tǒng)的低溫冷凍水提供，循環(huán)中熱源與水合物換熱后的冷凍水也可用于制冷，達到能源的再利用。
[0033]本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)，做出的任何變化、改型、添加或替換，都應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種復疊式制冷系統(tǒng)，包括由高溫級制冷系統(tǒng)壓縮機(19)、高溫級制冷系統(tǒng)冷凝器(20)、高溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥(21)、高溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器(18)構(gòu)成的高溫級制冷系統(tǒng)，由低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器(12)、低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥(13)、低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器(14)構(gòu)成的低溫級制冷系統(tǒng)，低溫級制冷系統(tǒng)通過冷卻水路連接高溫級制冷系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)還包括水合物反應器(17)，所述水合物反應器(17)內(nèi)部裝設(shè)換熱盤管和噴淋裝置，外部設(shè)有冷卻水溫的低溫冷源(22)，換熱盤管連接低溫級制冷系統(tǒng)熱源(10)，所述水合物反應器(17)的低壓氣體進氣口連接接有C02氣罐(16)的低壓儲氣罐(15)，高壓氣體排氣口連接高壓儲氣罐(11 )，低壓儲氣罐(15)與高壓儲氣罐(11)之間通過低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器(12)、低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器(14)、低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥(13)和單向閥連接，從噴淋裝置噴出的噴淋水利用C02在低溫下形成水合物，吸收氣體而同時放熱，在溫度升高后水合物分解時放出高壓氣體，實現(xiàn)高低壓力循環(huán)來替代高溫級制冷系統(tǒng)壓縮機(19)；所述高溫級制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的低溫冷凍水作為低溫級制冷系統(tǒng)的冷卻水，對水合物反應器(17)產(chǎn)生的高溫高壓的氣體進行冷卻后送入低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥(13)，并進入低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器(14)完成低溫級制冷循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復疊式制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述水合物反應器(17)為高壓絕熱密封容器，高壓絕熱密封容器的絕熱層由氣凝膠、真空絕熱板、聚氨酯發(fā)泡三層復合構(gòu)成，高壓絕熱密封容器內(nèi)裝有水合物生成促進裝置或水中加入水合物生成促進劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復疊式制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述低溫冷源(22)為恒溫槽，恒溫槽與噴淋裝置連接，為噴淋裝置提供低溫水噴霧，用于增加氣體與水的接觸面積，吸收氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復疊式制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述低溫級制冷系統(tǒng)熱源(10)為盤管式換熱器，盤管式換熱器中的盤管與水合物反應器(17)內(nèi)的換熱盤管連接，與水合物換熱，換熱后的冷凍水可為空調(diào)的末端供冷水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復疊式制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器(12)，其管程內(nèi)通過冷卻水，冷卻水是高溫級制冷系統(tǒng)提供的低溫冷凍水；其殼程內(nèi)通制過冷劑蒸汽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復疊式制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述低壓儲氣罐(15)上設(shè)有充氣口，進氣口和排氣口，其進氣口連接低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器(14)，用于儲存來自低溫級制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器(14)的氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復疊式制冷系統(tǒng)，其特征在于:所述高壓儲氣罐(11)上設(shè)有進氣口和排氣口，其進氣口連接水合物反應器(17)，用于儲存來自水合物分解釋放的高壓氣體；其排氣口經(jīng)由單向閥連接低溫級制冷系統(tǒng)冷凝器(12)和低溫級制冷系統(tǒng)膨脹閥(13)，用于提供高壓節(jié)流氣體。
【文檔編號】F25B7/00GK104180548SQ201410405366
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】祁影霞, 孟祥麒, 周林溪 申請人:上海理工大學