专利名称：新型吸收式制冷循环系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及制冷技术，更具体地说，涉及一种新型吸收式制冷循环系统。
随着人类对环境课题的日益重视及氟利昂对臭氧层的破坏，寻找清洁、环保的制冷技术替代现有压缩制冷循环成为制冷业越来越关注的课题。换言之，传统氟利昂压缩制冷除了带来对环境臭氧层的破坏外，还存在压缩机工作噪音大的缺点，目前技术上尚未有一种既可解决氟利昂带来的环境问题，又能在低噪音下工作的技术方案。
本发明的目的在于提供一种新的制冷系统，可以克服现有技术的上述缺点，既无环境污染问题，又无任何噪音。
本发明的目的是这样实现的，构造一种新型吸收式制冷循环系统，采用丁烷作制冷剂、氨作压力平衡剂、水作吸收剂，其循环过程如下在装有液态丁烷的蒸发器中，通过注入的氨蒸汽的压力平衡作用，使得丁烷气体分压力降低，使得氨气-丁烷混合气体经过热交换器时蒸发，蒸发出气体中的氨蒸气在经过有水浇淋的冷凝/吸收器中被水吸收，同时导致丁烷汽分压力上升从而在较高温度下冷凝经过热交换器返回到蒸发器，而氨蒸汽被水吸收成浓氨水后经过分离装置使其分离出的氨气部分经过热交换器进入蒸发器而分离出的水部分进入冷凝器/吸收器进行浇淋。
在按照本发明提供的新型吸收式制冷循环系统中，所述分离装置包括对冷凝器/吸收器输出进行预热的加热器、用于产生氨气的发生器以及用于暂存收集氨-水混合物的集液器，在所述发生器与所述集液器之间连接有一个泡泵用于将发生器中的稀氨-水溶液泵到所述集液器中，所述发生器在加热器的作用下产生的氨蒸汽送到热交换器，所述集液器底部有管道将水送回到所述发生器，所述发生器中的液态水通过管道喷淋在所述冷凝器/吸收器。
在按照本实用新型提供的新型吸收式制冷循环系统中，系统压力为4巴。所述冷凝器/吸收器的温度为315K。所述蒸发器的温度可以在-25℃到+40℃范围，所述蒸发器温度也可以为266K。所述发生器温度为375K。所述冷凝器/吸收器中的液态丁烷通过虹吸方式经热交换器返回蒸发器。
实施本发明的新型吸收式制冷循环系统，具有以下优点由于没有压缩机、泵一类的机械运动部件，可以做到无噪音或低噪音；与传统的氨-水-氢吸收式制冷循环系统相比，本循环中是扩散剂(氨)被吸收，而传统的是制冷剂(氨)被吸收；本循环中的冷凝器与蒸发器的内压力相同，降低了对材料的要求，同时本循环系统为全封闭设计，寿命长，可靠性高，循环过程的制热效率高，清洁、环保。
下面，结合附图和实施例，进一步说明本发明的特点，附图中
图1是说明本发明的新型吸收式制冷循环系统的原理示意图；图2是氨-丁烷T-x-x-y示意图；图3示出压力变化对冷凝器和蒸发器温度的影响曲线；图4示出压力变化对性能系数的影响曲线；图5-图8示出各处温度变化对性能系数的影响曲线。
如图1所示，本发明的新型吸收式制冷循环系统是这样工作的液态丁烷通过点2从冷凝器/吸收器100进入蒸发器200。在蒸发器200中，液态丁烷在饱和温度下蒸发，使丁烷和氨冷却，并对外制冷。氨-丁烷混合蒸气在点3离开蒸发器200进入热交换器300，冷却从发生器400(点5)回流的高温氨蒸气。氨-丁烷过热蒸气从点6的热交换器300流出，进入由于外界热量减少而持续降温的冷凝器/吸收器100。同时，发生器400内的液态水在点9喷入冷凝器/吸收器100。水在亲和力作用下从氨-丁烷蒸气中将氨吸走。氨蒸气的吸收将丁烷蒸气的分压增高到接近总压力的程度，这时就可以在丁烷的饱和温度下冷凝了。由于丁烷和氨水的密度不同，而且氨水在冷凝器/吸收器的温度和压力下与丁烷互不相溶，液态丁烷的密度比液态氨水小，丁烷浮在上面，在点1虹吸返回蒸发器200。同时，氨-水混合物从冷凝器/吸收器100下部离开，进入热交换器300(点7)。混合物进入发生器之前在这里先预热。在发生器400内，由加热器700对浓氨-水溶液加热驱走产生的氨蒸气，氨蒸气进入蒸发器200(点5)。剩下的稀氨-水溶液被子点8的泡泵500泵到一个储液器600里。储液器600里来自泡泵的氨蒸气全部送入冷凝器/吸收器100(点8)。稀氨-水溶液通过溶液热交换器将热量传递给来自冷凝器的浓氨水深液。最后，水被喷入冷凝器/吸收器100。
结合低噪音制冷循环热力学特性研究，说明本发明的特点，氨-丁烷混合物的气-液平衡热力学动态特性模型，如图2所示，选择氨-水-丁烷作为低噪音制冷循环的基例，选择系统压力4bar、冷凝器/吸收器温度315K，蒸发器温度266K，发生器温度375K，选择原因说明如下冷凝器/吸收器温度选为43或315K，使热量能够散到四周空气中。接下来，如图2所示，我们研究了氨-丁烷混合物的变化过程以确定基例的系统压力和蒸发器温度。为了产生氨蒸气我们对从冷凝器/吸收器流入的315K的大约50/50的氨-水混合物进行加热，加热到375K使液体中氨的质量浓度降低到0.2以下，又不至于产生太多的水蒸气。所以基例中的发生器温度定为375K。
图2说明在一定的系统压力下，氨-丁烷混合物的特性分别限制了蒸发器和冷凝器/吸收器的最低和最高温度。基例中利用这两个极限温度来最大限度的提高温度。该极限温度称为“最大温升”条件，温升指冷凝器/吸收器和蒸发器之间的温差。
为了确定1)系统压力2)蒸发器、冷凝器/吸收器和发生器的温度3)传热温差的变动效果，我们对参数进行了研究。
当发生器温度保持恒定并在蒸发器和冷凝器/吸收器之间的最高温升条件下系统压力发生变化。随着系统压力的升高，最高温升也随之加大，如图3。接下来，当冷凝器/吸收器温度设为315K、蒸发器温度设为275K时，固定最高温升，研究压力变化对性能的影响。如图4所示，压力升高导致COP下降。系统压力为5.5bar时，蒸发器的最低温度是275K。但是在冷凝器/吸收器里315K远低于冷凝器/吸收器的最高温度327K。系统压力为4bar时，冷凝机/吸收器的最高温度是315K，但275K远高于蒸发器的最低温度266K。在冷凝机/吸收器温度不是最高的情况下性能系数比在最高温升条件下运行的性能要高(即温度越低，性能系数越高)，但是在蒸发器温度升高的情况下性能系数提高得更多，请参考图5和6。
如图5所示，冷凝器/吸收器温度从基例中的温度(315K)往下降低时，COP逐渐增大，直到冷凝温度接近蒸发温度为止。如图3b所示，蒸发器温度与基例中的温度(266K)往上升高时，COP逐渐增大，直到蒸发温度接近冷凝温度为止。最高温升下降时该循环运行效率提高。但是，提高蒸发器温度比降低冷凝机/吸收器温度更能提高COP。
在基例中，其它参数固定，让我们研究发生器的温度变化对性能的影响。从图7可以看出COP是如何随着发生器温度的变化而变化的。发生器温度为373K时COP达到最大0.17，但是在最佳发生器温度周围COP的变化范围很小。发生器温度升高时进来的液体必须经更大的温差加热。同样的，发生器温度更高时，泡泵要求的热量也相应增大，原因是液体中水的成分占得更多。但是，发生器温度较低时，从水中分离出来的、还没有返回冷凝机/吸收器的氨也比较少。373K时这几个效应互相平衡，COP达到最大。
基例中全部三个传热温差都设为0。改变传热温差值可以反映热交换器性能对系统性能的影响。图7显示了分别改变三个传热温差中的每一个以及同时改变三个所带来的不同效果。传热温差(2-3)代表原理图中状态2和3之间的温差。
传热温差(2-3)的改变对COP没什么影响。蒸发器预冷器里热力质量流速最大的是氨-丁烷蒸气气流，能够冷却进来的液态丁烷和气态氨。如果保持传热温差(6-1)恒定而提高传热温差(2-3)，现有的氨蒸气温度一定下降，但COP保持不变。所以预冷器里起决定作用的传热温差是(6-1)。传热温差(6-1)的上升确实能够减小COP，因为降低该气流的现有温度也就减小了冷却另外两股液流、气流的能力。
发生器内部热交换器的性能对整个循环的性能也有影响。提高流7和流9之间的传热温差能够减小再生(回热)效应，也就减小了循环COP值。三个传热温差的升高也导致循环COP值的降低。但是，当三个传热温差都是5K时COP值也仅仅下降了10％。
从低噪音制冷循环热力学动态性能结果来看，可以得出以下几个结论。首先，在一定的系统压力下蒸发器有一个最低温度、冷凝机/吸收器有一个最高温度。冷凝机/吸收器的最高温度就是制冷剂在该系统压力下的饱和温度。同时也确定了得到最大COP值的条件是选定系统压力，在该压力下离开冷凝机/吸收器的几乎为纯制冷剂。换句话说，系统压力应该这样设定在希望的冷凝器温度下，冷凝机/吸收器的运行压力是可能范围内的最高值。对COP而言存在一个最佳的发生器温度，大约是100J但是，如果偏离了这个最佳温度，在60～150范围内造成的性能下降很小。
我们在研究中考虑了两个热交换器，这是1)一个发生器内部热交换器2)一个蒸发器预冷却器。这两个热交换器的性能对循环的整体性能影响不大。互相比较，蒸发器预冷器的性能对循环的性能影响较大。所以设计预冷器时应该比设计发生器的内部热交换器更加精细。
循环展示了在没有溶液泵的条件下完成吸收式制冷的另一种方式。与Platen和Munters氨-水-氢扩散循环相比，本过程的气体扩散限制更小，而且本过程可选的液体更多(如制冷液可选用异丁烷、丙烷、异丙烷等低分子量的烷烃)，可以适应更大应用温度范围。另外，本循环没有使用氢，氢较难使用，又易燃易爆。本循环并不是唯一一个(Taylor，1929)在吸收式制冷应用中采用氨、水和丁烷的，但它的结构断开了溶解环，因此温度匹配更接近。如何把COP从基例中的0.15提高到0.20目前还在研究之中。
权利要求
1.一种新型吸收式制冷循环系统，其特征在于，采用丁烷、丙烷、异丙烷之一作制冷剂，选用氨作压力平衡剂，选用水作吸收剂。
2.根据权利要求1所述的新型吸收式制冷循环系统，其特征在于，包括蒸发器，用于放置液态丁烷并注入有氨气使液态丁烷分压力降低；热交换器，用于向蒸发器提供液态丁烷以及接收来自蒸发器的丁烷-氨气混合气体并使之蒸发；冷凝器/吸收器，用于接收来自蒸发器的蒸发出的气体，并使其中的氨蒸气在被水浇淋后被水吸收，同时导致丁烷汽分压力上升从而在较高温度下冷凝，并经过所述热交换器返回到所述蒸发器；分离装置，用于将冷凝器/吸收器形成的浓氨水后进行分离，将分离出的氨气部分经过热交换器进入蒸发器，将分离出的水部分进入冷凝器/吸收器进行浇淋。
3.根据权利要求2所述的新型吸收式制冷循环系统，其特征在于，所述分离装置包括对冷凝器/吸收器输出进行预热的加热器、用于产生氨气的发生器以及用于暂存收集氨-水混合物的集液器，在所述发生器与所述集液器之间连接有一个泡泵用于将发生器中的稀氨-水溶液泵到所述集液器中，所述发生器在加热器的作用下产生的氨蒸汽送到热交换器，所述集液器底部有管道将水送回到所述发生器，所述发生器中的液态水通过管道喷淋在所述冷凝器/吸收器。
4.根据权利要求3所述的新型吸收式制冷循环系统，其特征在于，系统压力为4巴。
5.根据权利要求3所述的新型吸收式制冷循环系统，其特征在于，所述冷凝器/吸收器的温度为315K。
6.根据权利要求3所述的新型吸收式制冷循环系统，其特征在于，所述蒸发器温度为266K。
7.根据权利要求3所述的新型吸收式制冷循环系统，其特征在于，所述发生器温度为375K。
8.根据权利要求3所述的新型吸收式制冷循环系统，其特征在于，所述冷凝器/吸收器中的液态丁烷通过虹吸方式经热交换器返回蒸发器。
9.根据权利要求3所述的新型吸收式制冷循环系统，其特征在于，所述蒸发器的温度为-25℃到+40℃范围。
全文摘要
一种新型吸收式制冷循环系统,用蒸发器放置液态丁烷并注入氨气使液态丁烷分压力降低,由热交换器向蒸发器提供液态丁烷以及接收丁烷－氨气混合气体并使之蒸发,用冷凝器/吸收器接收蒸发气体,并使氨蒸气浇淋后被水吸收,同时使丁烷汽分压力上升而冷凝,并经热交换器返回到蒸发器,再分离浓氨水,氨气送入蒸发器,而水进入冷凝器/吸收器。这种新型吸收式制冷循环系统对材料要求低,无工作噪音,寿命长,可靠性高,清洁、环保。
文档编号F25B15/02GK1326081SQ0011712
公开日2001年12月12日 申请日期2000年5月30日 优先权日2000年5月30日
发明者王飞跃, 黄小池, 顾中平, 柳碧青 申请人:广东科龙电器股份有限公司