专利名称：氨水吸收与压缩复合制冷循环系统及制冷循环方法
技术领域：
本发明涉及一种吸收与压缩复合制冷循环系统及采用该系统的循环方法，特别是以氨水为工质，利用中低品位热能与少量电能的复合制冷循环方法。
背景技术：
氨水吸收式制冷是一种以热能驱动的制冷方式，在蒸汽压缩式制冷方法问世以前曾被广泛应用。其特点是直接以热能为动力，只需消耗少量的辅助电能，便可以实现制冷循环。氨水吸收式制冷机的制冷温度范围很宽，不仅可以在空调工况下运行，而且能在-60℃以上各种工业制冷中应用。氨水吸收式制冷机性能随着制冷温度的降低而下降，随冷凝温度降低而提高；在热源温度比较低、制冷温度也要求比较低的条件下，往往单级已不能实现制冷循环，此时必须采用双级等其他辅助循环方式。
吸收式系统与压缩式系统各有自身的特点，实用的场合也有所不同。在以氨这一环保制冷剂为工质的制冷系统中，对制冷温度比较低的场合，无论是吸收式还是压缩式，往往都采用双级循环。对双级吸收式循环来说，为了保证运行的安全，高压部分设备(主要是容器)比较笨重，另外在高压条件下，氨水采用精馏分离过程能耗比较大；而对双级压缩式制冷循环来说，随着制冷温度的降低，氨气比容增加很快，在满足制冷量的要求下，低压级压缩机的体积和功耗都将随之增加。也就是说双级氨水吸收式循环，高压级部分有多种不利因素，而双级压缩式循环，低压部分有多种不利因素。因此将吸收与压缩进行耦合，形成吸收与压缩式复合制冷循环就显得非常有价值。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种氨水吸收与压缩复合制冷循环系统及采用该系统制冷的循环方法，实现氨水吸收式制冷在低热源温度、低制冷温度条件下的制冷循环，并达到节约热能资源的目的。
技术方案本发明的氨水吸收与压缩复合制冷循环系统中，发生器、吸收器、溶液泵和溶液换热器构成了该制冷循环系统的低压级部分，压缩机构成了该制冷循环系统的高压级部分；其中，发生器、精馏器、分凝器串联连接；分凝器的氨气输出端通过氨气管线与氨压缩机的输入端相连，氨压缩机的输出端通过氨油分离器与冷凝器的氨气输入端相连，冷凝器的氨液输出端通过氨液管线与过冷器的氨液输入端相连，过冷器的氨液输出端通过氨节流阀与蒸发器的氨液输入端相连，蒸发器的氨气输出端通过过冷器和氨气管线与吸收器的氨气输入端相连，吸收器的浓氨水输出端通过氨水系统管线和氨水溶液泵与溶液换热器的浓氨水输入端相连，溶液换热器的稀氨水输入端通过氨水系统管线与发生器的稀氨水输出端相连，溶液换热器的浓氨水输出端通过氨水系统管线与精馏器的中部相连，溶液换热器的稀氨水输出端通过氨水系统管线和溶液节流阀与吸收器的稀氨水输入端相连；加热蒸汽管线由发生器的蒸汽进口引入，从发生器的凝结水出口引出；冷却水管线分别由分凝器冷却水进口、吸收器冷却水进口、冷凝器冷却水进口，并联引入，分别从分凝器冷却水出口、吸收器冷却水出口、冷凝器冷却水出口，并联引出；载冷剂管线由蒸发器的载冷剂进口引入，从蒸发器的载冷剂出口引出。
本发明的氨水吸收与压缩复合制冷循环系统的制冷循环方法为出蒸发器的氨蒸汽经过冷器后进入吸收器，在吸收器里被来自发生器并经溶液换热器和溶液节流阀节流后进入吸收器的稀氨水溶液所吸收，吸收热被冷却水带走；吸收终了的浓氨水经氨水溶液泵及溶液换热器进入精馏器，通过发生器、精馏器、分凝器产生高纯度的中压氨蒸汽以及稀氨水溶液，分凝器分凝热由冷却水带走；发生的中压氨蒸汽经氨压缩机升高压力后进入冷凝器，在冷凝器中冷凝为液体氨，冷凝热由冷却水带走；液氨经过冷器及氨节流阀进入蒸发器，蒸发制冷后的氨蒸汽经过冷器后再进入吸收器，由此构成吸收与压缩复合制冷循环。
利用工业余热或太阳能来作为该制冷循环系统中所述低压级部分吸收式循环的驱动能源。利用电能作为该制冷循环系统中所述高压级部分压缩机的驱动能源。发生器发生的热由工业余然或太阳能提供。
有益效果由于本发明采用发生器、吸收器、溶液泵及溶液换热器替代了电能驱动的双级压缩制冷系统的低压级部分，从而使双级压缩式制冷循环系统的低压级部分可以利用工业余热及太阳能来驱动；以压缩机替代了以热能驱动的双级吸收式制冷系统的高压部分，从而克服了双级吸收式制冷系统的高压级部分设备笨重以及精馏能耗过大等弊端。
在本发明的优选实施例中，利用工业余热或太阳能来作为该制冷循环系统中所述低压级部分吸收式循环的驱动能源，利用电能作为该制冷循环系统中所述高压级部分压缩机的驱动能源，所以使得吸收式和压缩式在利用工业余热或太阳能实现较低温度的制冷过程中优势互补，循环具有较高的能源利用效率和较高的热力学完善度，从而达到能源合理利用和节约能源的目的。
下面结合附图和实施方式对本发明做进一步说明。
图1是氨水吸收与压缩复合循环系统结构示意图。其中有发生器1，精馏器2，分凝器3，氨压缩机4，氨油分离器5，冷凝器6，过冷器7，氨节流阀8，蒸发器9，吸收器10，溶液节流阀11，氨水溶液泵12，溶液换热器13，水蒸汽进口1a，凝结水出口1b，分凝器冷却水进口3a、吸收器冷却水进口10a、冷凝器冷却水进口6a，分凝器冷却水出口3b、吸收器冷却水出口10b、冷凝器冷却水出口6b，载冷剂进口9a，载冷剂出口9b。
具体实施例方式
如图1所示，氨水吸收与压缩复合制冷循环系统的发生器1、吸收器10、溶液泵12和溶液换热器13构成了该制冷循环系统的低压级部分，压缩机4构成了该制冷循环系统的高压级部分；其中，发生器1、精馏器2、分凝器3串联连接；分凝器3的氨气输出端通过氨气管线与氨压缩机4的输入端相连，氨压缩机4的输出端通过氨油分离器5与冷凝器6的氨气输入端相连，冷凝器6的氨液输出端通过氨液管线与过冷器7的氨液输入端相连，过冷器7的氨液输出端通过氨节流阀8与蒸发器9的氨液输入端相连，蒸发器9的氨气输出端通过过冷器7和氨气管线与吸收器10的氨气输入端相连，吸收器10的浓氨水输出端通过氨水系统管线和氨水溶液泵12与溶液换热器13的浓氨水输入端相连，溶液换热器13的浓氨水输出端通过氨水系统管线与精馏器2中部相连，发生器1的稀氨水输出端通过氨水系统管线与溶液换热器13的稀氨水输入端相连，溶液换热器13的稀氨水输出端通过氨水系统管线和溶液节流阀11与吸收器10的稀氨水输入端相连；加热蒸汽管线由发生器1的蒸汽进口1a引入，从发生器1的凝结水出口1b引出；冷却水管线分别由分凝器冷却水进口3a、吸收器冷却水进口10a、冷凝器冷却水进口6a并联引入，分别从分凝器冷却水出口3b、吸收器冷却水出口10b、冷凝器冷却水出口6b并联引出；载冷剂管线由蒸发器9的载冷剂进口9a引入，从蒸发器9的载冷剂出口9b引出。
当制冷温度比较低，冷却水温较高，冷凝压力与蒸发压力比值大于等于8时，对氨压缩式制冷系统来说，不宜采用单级循环，应采用双级压缩。对氨水吸收式制冷系统，在上述条件下，系统运行还与驱动热源温度有关，在热源温度比较低(如太阳能与工业废热)的情况下，一般当放气范围小于6％时，就需要采用双级流程。对于一个两级系统(双级压缩或双级吸收)，可以一级采用吸收，另一级采用压缩。是低压级采用吸收式还是高压级作为吸收式，这里应该有两种不同的组合。经分析采用低压级吸收，高压级压缩的组合方式可以将各自的优势得到很好的互补。如图1所示，出蒸发器9的低压氨蒸汽，首先进入低压级吸收系统，出发生器的氨气体处于中间压力，再进入压缩机4被压缩至冷凝压力，在冷凝器6冷凝为液体，再去蒸发器制冷。具体循环过程是来自蒸发器9的氨蒸汽经过冷器7后进入吸收器10，在吸收器10里被来自发生器1并经溶液换热器13和溶液节流阀11进入吸收器10的稀氨水溶液所吸收，吸收热被冷却水带走。吸收终了的浓氨水经溶液泵12和溶液换热器13进入精馏器2，在发生器1、精馏器2、分凝器3中产生高纯度的中压氨蒸汽以及稀氨水溶液，氨蒸汽经压缩机4升高压力后进入冷凝器6，在冷凝器6中冷凝为液体氨。液氨经过冷器7及氨节流阀8进入蒸发器9，蒸发制冷后的氨蒸汽经过冷器7后再进入吸收器10。由此构成吸收与压缩复合循环制冷循环。无疑这一循环系统吸收了吸收式制冷系统和压缩式系统的优点。特别是在利用工业余热或太阳能，要求制冷温度比较低的场合，该发明在利用工业余热的同时，消耗少量的电能，使制冷循环得已实现。与双级氨水吸收式制冷系统相比，可以减少设备投资，也减小了设备的体积。与双级压缩式制冷循环相比，可以节省优质电能，使用低品位热能，节约资源。
权利要求
1.一种氨水吸收与压缩复合制冷循环系统，其特征在于发生器(1)、吸收器(10)、溶液泵(12)和溶液换热器(13)构成了该制冷循环系统的低压级部分，压缩机(4)构成了该制冷循环系统的高压级部分；其中，发生器(1)、精馏器(2)、分凝器(3)串联连接；分凝器(3)的氨气输出端通过氨气管线与氨压缩机(4)的输入端相连，氨压缩机(4)的输出端通过氨油分离器(5)与冷凝器(6)的氨气输入端相连，冷凝器(6)的氨液输出端通过氨液管线与过冷器(7)的氨液输入端相连，过冷器(7)的氨液输出端通过氨节流阀(8)与蒸发器(9)的氨液输入端相连，蒸发器(9)的氨气输出端通过过冷器(7)和氨气管线与吸收器(10)的氨气输入端相连，吸收器(10)的浓氨水输出端通过氨水系统管线和氨水溶液泵(12)与溶液换热器(13)的浓氨水输入端相连，溶液换热器(13)的浓氨水输出端通过氨水系统管线与精馏器(2)中部相连，发生器(1)的稀氨水输出端通过氨水系统管线与溶液换热器(13)的稀氨水输入端相连，溶液换热器(13)的稀氨水输出端通过氨水系统管线和溶液节流阀(11)与吸收器(10)的稀氨水输入端相连；加热蒸汽管线由发生器(1)的蒸汽进口(1a)引入，从发生器(1)的凝结水出口(1b)引出；冷却水管线分别由分凝器冷却水进口(3a)、吸收器冷却水进口(10a)、冷凝器冷却水进口(6a)，引入，分别从分凝器冷却水出口(3b)、吸收器冷却水出口(10b)、冷凝器冷却水出口(6b)，引出；载冷剂管线由蒸发器(9)的载冷剂进口(9a)引入，从蒸发器(9)的载冷剂出口(9b)引出。
2.一种采用如权利要求1所述的氨水吸收与压缩复合制冷循环系统的制冷循环方法，其特征在于，出蒸发器(9)的氨蒸汽由经过冷器(7)后进入吸收器(10)，在吸收器(10)里被来自发生器(1)并经溶液换热器(13)和溶液节流阀(11)节流后进入吸收器(10)的稀氨水溶液所吸收，吸收热被冷却水带走；吸收终了的浓氨水经氨水溶液泵(12)及溶液换热器(13)进入精馏器(2)，通过发生器(1)、精馏器(2)、分凝器(3)产生高纯度的中压氨蒸汽以及氨水稀溶液，发生器热源由低位余热蒸汽供给，分凝器(3)分凝的热由冷却水带走；发生的中压氨蒸汽经氨压缩机(4)升高压力后进入冷凝器(6)，在冷凝器(6)中冷凝为液体氨，冷凝热由冷却水带走；液氨经过冷器(7)及氨节流阀(8)进入蒸发器(9)，蒸发制冷后的氨蒸汽由经过冷器(7)后再进入吸收器(10)，吸收热由冷却水带走，由此构成吸收与压缩复合循环制冷循环。
3.如权利要求2所述的氨水吸收与压缩复合制冷循环系统的制冷循环方法，其特征在于利用工业余热或太阳能来作为该制冷循环系统中所述低压级部分吸收式循环的驱动能源。
4.如权利要求2所述的氨水吸收与压缩复合制冷循环系统的制冷循环方法，其特征在于利用电能作为该制冷循环系统中所述高压级部分压缩机的驱动能源。
全文摘要
氨水吸收与压缩复合制冷循环系统及制冷循环方法涉及一种以氨水为工质，利用中低品位热能与少量电能的复合制冷循环方法，由发生器(1)、吸收器(10)、溶液泵(12)和溶液换热器(13)构成了该制冷循环系统的低压级部分，压缩机(4)构成了该制冷循环系统的高压级部分；加热蒸汽管线由发生器(1)的蒸汽进口(1a)引入，从发生器(1)的凝结水出口(1b)引出；冷却水管线分别由分凝器冷却水进口(3a)、吸收器冷却水进口(10a)、冷凝器冷却水进口(6a)引入，分别从分凝器冷却水出口(3b)、吸收器冷却水出口(10b)、冷凝器冷却水出口(6b)引出；载冷剂管线由蒸发器(9)的载冷剂进口(9a)引入，从蒸发器(9)的载冷剂出口(9b)引出。
文档编号F25B15/04GK101059291SQ20071002295
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月25日 优先权日2007年5月25日
发明者杜垲, 张小松, 蔡亮, 李舒宏 申请人:东南大学