专利名称：空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷方法及其机组的制作方法
技术领域：
本发明属制冷与空调领域，涉及一种制冷方法以及应用这一方法设计的制冷空调机组。特别涉及采用空气和水的空气膨胀、吸湿相变、吸收式三个制冷环节的方法，及其采用该方法实现的高效、无公害、“零”污染的制冷空调机组。
然而，每一种使用制冷工质的压缩式制冷机组都存在着不同程度的缺憾与不足。例如，氨的标准蒸发温度为-33.4℃，凝固温度为-77.7℃。氨的主要缺点是有毒性、可燃可爆、有强烈的刺激臭味等。再如，氟利昂R22是目前应用最为广泛的中温制冷剂，蒸发温度为-40.8℃，凝固温度为-160℃。但是氟利昂R22对大气臭氧层有严重的破坏作用，使得辐射到地面的紫外线增加，并产生温室效应。至于用二氧化碳为制冷工质的制冷设备，由于二氧化碳必须在高压(≥100kg/cm2)下才能获得理想的制冷效果，因此设备为耐高压而设计得非常笨重、庞大。此类设备目前应用的甚少。
氟里昂对大气臭氧层有严重的破坏作用，并能产生温室效应，已经危及到地球上人类的生存环境，因此要求停止使用氟里昂制冷剂的呼声越来越高。根据1987年蒙特利尔议定书的要求，国际上对氟里昂制冷剂将逐步限制生产和禁用。世界各国都在积极规划与行动之中。我国作为该协定的签字国，也正在研究对策。按要求，我国将在2010年禁止生产和使用氟里昂制冷剂。基于目前尚没有能替代氟里昂制冷设备的严峻形势，全球的制冷、空调行业将经受前所未有的考验和面临重大的抉择。选择绿色环保、高效节能的制冷、空调设备已经成为人们一种新型的设计理念，也是为世界所瞩目的热门话题。这是对制冷界发出的严峻挑战，也是给予整个制冷界创新求变的良好机遇和强大动力。面对这样的机遇和挑战，整个制冷界都在致力于研究开发绿色环保的制冷与空调设备。尤其是在寻找新制冷工质和提高系统效率上下功夫。比如重新考虑天然制冷剂——空气和水。前面所提到的空气膨胀和吸收式制冷技术，是对环境没有危害的绿色产品。但其制冷效率相对太低，使他们的应用大打折扣。再如近几年开发出来的燃油气溴化锂机组，与氟里昂制冷相比，它们的能耗都比较大，制造成本也较高。因此，目前国内外市场上还没有理想的制冷与空调设备能替代氟里昂压缩制冷机组。
发明人曾在2002年7月15日申请发明专利《电磁悬浮空气膨胀吸收式制冷方法及其制冷空调机组》(专利申请号02114677.2)，以期设计出绿色环保的制冷空调机组。其原理是通过空气膨胀和吸收式两种复叠式制冷方法来获取高的制冷效率。虽然整机的制冷效率可达3左右，但是其空气膨胀制冷的效率仅为0.7，略显不足。
为了实现上述目的，本发明提出解决其行业技术问题所采用的技术思路是利用膨胀机排气口到压缩机进气口之间为真空负压区的特点，其特点是，在空气换热器冷边进气口处加喷水雾，使其在低温真空负压下产生相变蒸发，以获得蒸发潜热；至少包括以下内容1)机组运行时，在变频电动机驱动下，压缩机高速旋转，使得冷路中自膨胀机的排气口到压缩机进气口的区间内形成负压区；2)该负压区的形成可以产生两种制冷效应一种是膨胀机中空气的绝热等熵膨胀制冷效应，它使得流经涡轮的空气温度显著降低；另一种是利用水在低温真空环境下可以沸腾蒸发产生相变制冷的效应；3)由压缩机排气口产生的高温空气，并利用此热源，推动溴化锂吸收式制冷单元制冷，进一步获得冷量，使整个空调机组的制冷效率达到6左右。
采用本发明的方法制备的一种单级压缩逆升压式空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷空调机组，机组中主要包括膨胀机、压缩机、变频电动机及其驱动系统、水喷雾器、换热器、水分离器、回水泵、水箱、给水泵、溴化锂吸收式制冷机单元、空调送风系统及空调室等部分组成；其特征是由膨胀机进气口、膨胀机、膨胀机排气口、换热器冷边进气口、水喷雾器、换热器冷边排气口、水分离器、压缩机进气口、压缩机排气口、溴化锂吸收式制冷单元进气口及其排气口组成冷路；由空调送风系统、换热器热边进气口及其排气口组成热路；由水喷雾器、水分离器、回水泵、水箱和给水泵组成喷水系统；膨胀机、压缩机与变频电机为共轴设计；即膨胀机、变频电机、压缩机共用一个外壳，但是三者又有相对独立的分体外壳；三者依次排开，膨胀机、压缩机据两端，变频电机居中间，且三者之间以密封隔离；变频电机向压缩机提供无级变速可调的驱动动力；膨胀机的排气口与换热器冷边进气口相连；水雾化器设在换热器进气口处；换热器冷边排气口与水分离器相连；水分离器与压缩机进气口相连；压缩机排气口与溴化锂吸收式制冷单元进气口相连。
采用本发明的方法制备的另一种双级逆升压式空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷空调机组，机组中主要包括膨胀机、压缩机、压缩机、变频电机、水喷雾器、换热器、水分离器、回水泵、水箱、给水泵、溴化锂吸收式制冷机单元、冷媒水换热器、空调送风系统及空调室等部分组成；其特征是膨胀机的进气口为空调机组的冷路进气口；膨胀机的排气口与换热器冷边进气口、换热器冷边排气口与水分离器进气口、水分离器排气口与压缩机进气口、压缩机排气口与压缩机进气口、压缩机排气口与溴化锂吸收式制冷单元进气口依次相连；换热器冷边进气口处内部设有水喷雾器；冷路中的工作介质——空气经溴化锂吸收式制冷单元排气口排放；膨胀机、压缩机共轴设计，两者有相对独立的分壳体，即膨胀机、压缩机各自有独立的涡壳；压缩机为独立的压缩机，由变频电机直接驱动。
图2是本发明的双级压缩电动逆升压式空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷空调机组原理图。
本发明的制冷空调机组的主要构成是电动涡轮膨胀机机组；换热器；水雾化器；水分离器；回水泵；储水箱；给水泵；吸收式制冷机组；空调送风系统；消声器等。其特点是电动涡轮膨胀机机组是在传统的涡轮膨胀机机组的基础上，采用变频电机共轴驱动而得到的新机组。其中包括涡轮膨胀机(以下简称之为膨胀机)、变频电机、透平离心式压缩机(以下简称之为压缩机)膨胀机、变频电机、压缩机为一体共轴结构；在高速变频电机作用下，压气机高速旋转，并产生抽吸作用，造成涡轮膨胀机排气口到压缩机进口之间形成真空负压区。空气由常压状态，直接被吸入膨胀机，进行绝热等熵膨胀制冷；获得低温的低压冷空气流至空气换热器的冷边进气口与安装在换热器冷边内部的雾化器喷出的水雾相遇，使水雾在换热器冷边的低温真空低压环境内迅速蒸发，获得蒸发潜热，进一步产生冷量；此时，换热器冷边排气口排出的是饱和湿空气。该饱和湿空气流经压缩机，并经由压缩做功使其温度剧升，获得高温空气；压缩机排气口与溴化锂吸收式制冷单元相连。溴化锂吸收式制冷单元作为相对独立的一个制冷子系统，无需燃烧机，其制冷时所需热源来自压缩机排出的高温空气；压缩机作为热源，向溴化锂吸收式制冷单元源源不断地提供高温空气；换热器是一个相对独立的子系统，包括一个空气换热器、一个冷媒水换热器和空调送风系统；空调送风系统将经过空气换热器和冷媒换热器进行热交换后获得的冷风送往空调室进行空气温度调节。空气换热器换热系统为开式系统，即经过换热后，流出空气换热器热边排气口的冷风被直接送入空调室调节室温，不再回到空气换热器热边进气口处，并经由各空调室排放；冷媒水换热器换热系统为闭式系统，即经过换热后，流出冷媒水换热器热边排气口的冷风被直接送入空调室调节室温，然后再被送回冷媒水换热器热边的进气口处，构成一个循环。
水分离器是一个相对独立的系统，它的功能是将水喷雾器喷入换热器冷边内没有汽化的多余水分分离出来，并由回水泵抽入水箱，以便于循环利用。
下面结合附图和实例对本发明做进一步详细描述。
图1为单级压缩电动逆升压式空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷空调机组原理图。主要包括膨胀机2、水雾化器6、空气换热器9、水分离器12、压缩机17、变频电机18、溴化锂吸收式制冷单元21、冷媒水换热器28以及回水泵13、水箱14和给水泵15等。
本发明规定，把与换热器冷边相连的制冷回路称之为冷路；把与换热器热边相连的换热送风回路称之为热路。即图中由膨胀机进气口1、膨胀机2、膨胀机排气口3、换热器9冷边进气口4、水喷雾器6、换热器9冷边排气口11、水分离器12、压缩机17进气口16、压缩机17排气口19、溴化锂吸收式制冷单元21进气口20及其排气口22组成的冷路。而由空调送风系统7、换热器9热边进气口8及其排气口10组成的为热路。把水喷雾器6、水分离器12、回水泵13、水箱14和给水泵15组成的系统称之为喷水系统。
图中膨胀机2、压缩机17与变频电机18为共轴设计。即膨胀机2、变频电机18、压缩机17共用一个外壳，但是三者又有相对独立的分体外壳。三者依次排开，膨胀机2、压缩机17据两端，变频电机18居中间，且三者之间以密封隔离。变频电机18向压缩机提供无级变速可调的驱动动力。
膨胀机2的排气口3与换热器9冷边进气口4相连；水雾化器6设在换热器9进气口4处；换热器9冷边排气口11与水分离器12相连；水分离器12与压缩机进气口16相连；压缩机9排气口19与溴化锂吸收式制冷单元21进气口20相连。
工作时，在高速变频电机18作用下，压气机17高速旋转，并产生抽吸作用，造成在膨胀机排气口3到压缩机进口16之间的冷路中形成低温真空负压区。同时，空气由常压状态，直接经由膨胀机进气口1吸入膨胀机2，进行绝热等熵膨胀制冷(第一次制冷)；
获得低温的低压冷空气流至空气换热器9的冷边进气口4与安装在换热器冷边进气口4内部的水雾化器喷出的水雾相遇，水雾在换热器冷边的低温低压环境内迅速蒸发，获得蒸发潜热，产生冷量(第二次制冷)，此时，换热器冷边排气口11排出的是饱和湿空气；水分离器12将换热器排气口排出的饱和湿空气中尚未汽化的多余水分分离并收集，已备循环利用；经水分离器12分离后的饱和湿空气，流经压缩机17，并经由压缩做功使其温度剧升，获得高温空气；高温空气被送到溴化锂吸收式制冷单元21，并作为该单元的热源进一步推动溴化锂吸收式制冷单元产生冷量(第三次制冷)；之后由溴化锂吸收式制冷单元排气口22排放到大气；图中换热系统分为空气换热系统和冷媒水换热系统。空气换热系统即本发明中所述热路回路；冷媒水换热系统即与溴化锂吸收式制冷单元21冷媒水循环进水口23和出水口24相连的冷媒水换热器28以及送风系统29组成；空气换热器9和冷媒换热器28是两个功能独立的并行换热器。工作时，空气换热系统经空调送风系统7，送进的新风，在空气换热器9与来自膨胀机2的低温空气进行换热，换热后经由空气换热器排气口10被送到空调室进行室温调节，之后排放；冷媒水换热系统经送风系统29将来自溴化锂吸收式制冷单元的冷媒水，经冷媒换热器28进行热交换，换热后冷媒水被送回溴化锂吸收式制冷单元。送风系统29将经过热交换的冷风送往空调室进行室内温度调节。
图2是本发明的双级电动逆升压式空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷空调机组原理图。其工作原理与图1基本一致。不同之处在于i.将变频电动机18单独拖动压缩机26；ii.膨胀机2和压缩机17共用一个机壳；iii.压缩机17的排气口与压缩机26的进气口相连；iv.压缩机26的排气口27与溴化锂吸收式制冷单元的进气口20相连；工作时，高速变频电动机拖动压缩机26高速旋转，并使得压缩机17进气口16与膨胀机2的排气口3之间产生负压差，膨胀机2在这个负压差的作用下，产生动力并拖动压缩机17工作；除此之外，系统的其他工作原理完全一致。
权利要求
1.一种空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷方法，利用膨胀机排气口到压缩机进气口之间为真空负压区的特点，其特征在于，在空气换热器冷边进气口处加喷水雾，使其在低温真空负压下产生相变蒸发，以获得蒸发潜热；至少包括以下内容1)在变频电动机驱动下，压缩机高速旋转，使得冷路中自膨胀机的排气口到压缩机进气口的区间内形成负压区；2)该负压区的形成可以产生两种制冷效应一种是膨胀机中空气的绝热等熵膨胀制冷效应，它使得流经涡轮的空气温度显著降低；另一种是利用水在低温真空环境下可以沸腾蒸发产生相变制冷的效应；3)由压缩机排气口产生的高温空气，并利用此热源，推动溴化锂吸收式制冷单元制冷，进一步获得冷量，使整个空调机组的制冷效率达到6左右。
2.一种单级压缩逆升压式空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷空调机组，机组中主要包括膨胀机2、压缩机17、变频电动机18及其驱动系统、水喷雾器6、换热器9、水分离器12、回水泵13、水箱14、给水泵15、溴化锂吸收式制冷机单元21、空调送风系统7、29及空调室等部分组成；其特征在于由膨胀机进气口1、膨胀机2、膨胀机排气口3、换热器9冷边进气口4、水喷雾器6、换热器9冷边排气口11、水分离器12、压缩机17进气口16、压缩机17排气口19、溴化锂吸收式制冷单元21进气口20及其排气口22组成冷路；由空调送风系统7、换热器9热边进气口8及其排气口10组成热路；由水喷雾器6、水分离器12、回水泵13、水箱14和给水泵15组成喷水系统；膨胀机2、压缩机17与变频电机18为共轴设计；即膨胀机2、变频电机18、压缩机17共用一个外壳，但是三者又有相对独立的分体外壳；三者依次排开，膨胀机2、压缩机17据两端，变频电机18居中间，且三者之间以密封隔离；变频电机18向压缩机提供无级变速可调的驱动动力；膨胀机2的排气口3与换热器9冷边进气口4相连；水雾化器6设在换热器9进气口4处；换热器9冷边排气口11与水分离器12相连；水分离器12与压缩机进气口16相连；压缩机17排气口19与溴化锂吸收式制冷单元21进气口20相连。
3.一种双级逆升压式空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷空调机组，机组中主要包括膨胀机2、压缩机17、压缩机26、变频电机18、水喷雾器12、换热器9、水分离器12、回水泵13、水箱14、给水泵15、溴化锂吸收式制冷机单元21、冷媒水换热器28、空调送风系统7、29及空调室等部分组成；其特征在于膨胀机2的进气口1为空调机组的冷路进气口；膨胀机2的排气口3与换热器冷边进气口4、换热器冷边排气口10与水分离器进气口12、水分离器排气口12与压缩机17进气口16、压缩机17排气口19与压缩机26进气口25、压缩机26排气口27与溴化锂吸收式制冷单元21进气口20依次相连；换热器冷边进气口4处内部设有水喷雾器6；冷路中的工作介质——空气经溴化锂吸收式制冷单元21排气口22排放；膨胀机2、压缩机17共轴设计，两者有相对独立的分壳体，即膨胀机2、压缩机17各自有独立的涡壳；压缩机26为独立的压缩机，由变频电机18直接驱动。
4.根据权利要求2所述的单级压缩逆升压式空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷空调机组，其特征在于所述水分离器12与回水泵13进水口、回水泵13出水口与水箱14进水口、水箱14出水口与给水泵15进水口、给水泵15出水口与水喷雾器进水口5依次相连；冷媒水换热器28与溴化锂吸收式制冷单元21冷媒水进出口23、24相连；空调送风系统7与换热器9热边进气口8、换热器7排气口10与空调室依次相连；膨胀机2、压缩机17使用的径向、轴向轴承可以选择电磁悬浮轴承、空气轴承。
5 .根据权利要求3所述的双级逆升压式空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷空调机组，其特征在于所述水分离器12与回水泵13进水口、回水泵13出水口与水箱14进水口、水箱14出水口与给水泵15进水口、给水泵15出水口与水喷雾器进水口5依次相连；冷媒水换热器28与溴化锂吸收式制冷单元21冷媒水进出口23、24相连；空调送风系统7与换热器9热边进气口8、换热器7排气口10与空调室依次相连；膨胀机2、压缩机1726使用的径向、轴向轴承可以选择电磁悬浮轴承、空气轴承。
全文摘要
本发明公开了一种空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷方法以及应用这一方法设计的空气膨胀吸湿/溴化锂吸收式制冷空调机组。采用高速变频电机直接驱动的逆升压开式空气膨胀吸湿制冷技术，在一个机组中实现了三个制冷过程、一个加热过程和两个不同形式的空调冷风换热过程，大大提高了空气膨胀制冷的制冷效率；机组以空气和水为制冷工质，实现了完全绿色环保。本发明的优点是速度高、体积小、重量轻、流量大、制冷效率高、负荷调节方便、无任何污染等。本发明中仅空气膨胀吸湿制冷级的制冷效率3.0－4.0；整机复叠制冷后的制冷效率最高可达6.0左右。
文档编号F25B25/00GK1453528SQ0310808
公开日2003年11月5日 申请日期2003年5月27日 优先权日2003年5月27日
发明者王世虎, 贾友祥, 严俊 申请人:西安交通大学, 国营武昌造船厂