专利名称：制得低于主制冷剂冰点以下冷源的制冷装置的制作方法
技术领域：
制得低于主制冷剂冰点以下冷源的制冷装置技术领域本发明的制得低于主制冷剂冰点以下冷源的制冷装置，属于液体蒸发制冷技 术领域。
背景技术：
目前，液体蒸发制冷技术包括蒸汽压缩式制冷技术、吸收式制冷技术、蒸汽 喷射式制冷技术、吸附式制冷技术等制冷技术，其特点为利用制冷剂(工质)在 低温低压下由液态汽化成汽态所需要的相变能量作为制冷量进行制冷。该制冷技术作为目前应用最为广泛的制冷技术，家用空调、电冰箱、商用中央空调；工业、 国防等领域所需温度控制空间均作为主流制冷技术发挥重大作用。其中制冷工质 的作用至为关键， 一般而言， 一定的温度控制范围对应某些特别的制冷剂，很多 优秀的制冷剂受其工程热物理性质的限制，其制冷温度范围有限，其中汽、液、 固三相平衡点限制是难以突破的。如何进一步降低目前各种制冷装置制冷剂冷 源温度是本技术领域长期研究的方向。如水是最廉价、最易获得的天然环保制冷 剂，具有密度小、安全无害、对设备几乎无腐蚀性等优点。水虽有比热大的优点， 但水的凝固点高，所以水仅能用作制出0'C以上的冷源， 一般情况下制冷温度在 5'C以上，溴化锂吸收式制冷机(水为其中工质之一)作为目前大中型空调制冷 的主流机型，目前正向中小型机延伸，"5。C以上，，的制冷温度，使溴化锂吸收式 制冷机的应用范围受到限制，如何解决溴化锂吸收式制冷机在摄氏零度以下的蒸 发温度下工作，成为其扩大应用范围的技术关键。发明内容本发明的目的在于提供一种制得低于主制冷剂冰点以下冷源的制冷装置。一种制得低于主制冷剂冰点以下冷源的制冷装置，包括蒸发器、冷凝器，其 特征在于所述蒸发器中制冷工质由主制冷剂和辅助制冷剂组成，主制冷剂为相 变制冷剂，辅助制冷剂为与主制冷剂相溶但不参加相变的固态制冷剂，其中辅助 制冷剂能够降低主制冷剂的冰点；所述冷凝器与蒸发器之间管路上设置有节流防 冰控制阀；节流防冰控制阀通过安装于蒸发器入口处的温压传感器测温，确保 进入蒸发器的主制冷剂温度不低于冰点，当蒸发器入口处温度接近或低于预设温 度后，节流防冰控制阀的节流孔口增大，温度回升，而其他时候则按正常调节规 律运行。作为一种新的制冷技术，打破了制冷工质三相平衡点温度的限制；使制冷剂 的使用范围有了较大的拓展；是液体蒸发制冷技术(包括蒸汽压缩式制冷技术、 吸收式制冷技术、蒸汽喷射式制冷技术、吸附式制冷技术等制冷技术)的一次重 大理论技术突破，具有较大的理论实际价值。
图l是本发明的装置示意图。图2是本发明循环制冷原理压焓图。图3是本发明实施方式之一双工质蒸汽喷射式制冷装置。图4是本发明实施方式之二三工质吸收式制冷装置。图中标号名称1—蒸发器2—蒸汽升压器3—冷凝器4—节流防冰控制 阀5 —蒸汽发生器6—蒸器喷射器7—凝结水泵8—冷媒9—冷剂水10_工 作蒸汽ll一溴化锂浓溶液12_发生器13—盐水14_冷却水15 —溴化锂稀溶 液16_吸收器17—热交换器18—蒸发器泵19一吸收器泵20—发生器泵具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1示出了辅助制冷剂制冷方法及装置的基本工作循环。从蒸发器1来的主制冷剂低压汽体送入蒸汽升压器2。在蒸汽升压器2中加压后便进入冷凝器3， 被冷凝器3管簇内的冷却水冷却，凝结为高压液体，具有一定液位后，高压液体 制冷剂便沿节流防冰控制阀4流至蒸发器1内。由于蒸发器内的压力比冷凝器内 的压力低，以水作为主制冷剂溴化锂吸收式制冷机为例，如冷凝温度45。C时， 冷凝压力为9580Pa;目前溴化锂吸收式制冷机的蒸发温度为5。C时，蒸发压力为 872Pa,对于水而言，如欲再降低蒸发温度，则有可能使冷剂水结冰，造成装置 失效。为了防止结冰，节流防冰控制阀4应保证进入蒸发器1的上部温度不低于 于O'C, —般为3-5'C,节流防冰控制阀的温压传感器安装于节流防冰控制阀4 与蒸发器l的连接管的蒸发器l的的入口处，即当蒸发器3的的入口处温度接近 或低于设定温度后，节流防冰控制阀4的节流孔口增大，温度回升，而其他时候 则按正常调节规律运行。凝结水经节流防冰控制阀4节流减压后成为过热水，因此其中部分水自行 蒸发，由于水蒸发所需要的热量只能从其余来汽化的水中吸取，结果使其余部分 的水温降低，这部分被冷却了的冷媒(水或其他载冷剂，位于蒸发器的上部)被 输送到使用冷量的用户，经吸热温度升高后返回蒸发器。同样， 一部分因节流防 冰控制阀4节流降压而成的过热水自行蒸发吸热，其热量取自过热水自身，于是 其余未汽化的过热水因热量被吸走而降温成为饱和水，重新得到冷却。如上述蒸 发器实质上是一个汽水分离器，它将来自节流后的汽水混合物分离开来，由于节 流过程所引起盐水的自行蒸发，是在工质内部进行。由于工质自行蒸发所产生的 低温低压蒸汽不断被溴化锂浓溶液吸收，所以蒸发器内的真空度能维持不变，从 而实现了制冷过程。由于盐(氯化钠或氯化钙等作为辅助制冷剂)水的凝固点可 低于(TC,进入蒸发器1的冷凝水位于其底部，冷媒(水或其他载冷剂)位于蒸 发器的上部，利用其高度差，可实现经节流阔减压到蒸发压力P。后进入蒸发器 的底部的温度高于(TC,蒸发器的上部温度低于于(TC (如-l(TC，蒸发压力为 259Pa),沿蒸发器高度的温度是递减的，解决了节流阀的冰堵问题。制冷剂水进入蒸发器l后，由于压力降低，并与蒸发器内盐水混合，部分盐水开始蒸发，但因为蒸发器l可为一喷淋式热交换器，喷淋液有一定量的要求， 故大部分冷剂盐水则先聚积在水盘中，然后以数倍于蒸发量的制冷剂盐水用泵将 其送入蒸发器的喷淋管中，经喷嘴洒到管簇上，盐水便蒸发吸热，蒸发管内的水 放出热量而冷却到所需的温度，成为生产工艺或空调用的冷媒(作载冷剂)送至 用户，并循环使用之。理论分析图2.辅助制冷剂制冷方法及装置制冷原理压焓图反映了此制冷 循环的热力学原理，图中每个点对应图l部件的热力学参数，为此技术的理论基 础。 一般液体蒸发制冷循环的为r -2-3-4' -1',在冰点线(虛线所示)的上 方，下限(最低蒸发温度)为冰点线；辅助制冷剂制冷循环的蒸发制冷循环的下 限却可以在冰点线的下方为1-2-3-4-1,这是本发明对制冷技术的贡献。可填补 制冷热力学循环的空白。循环热力计算单位质量制冷量g。=A-h4 (主制冷剂+辅助制冷剂) 冷凝散热量 (主制冷剂) 能量输入 w = & (主制冷剂)制冷系数 ￡=^l图3是双工质(氯化钠或氯化钙+水)蒸汽喷射式制冷装置。这里的蒸汽发 生器5为锅炉。双工质蒸汽喷射制冷机是由蒸汽喷射器、冷凝器、蒸发器以及节 流防冰控制阀和水泵等组成，其工作蒸汽由锅炉(或热电厂的汽轮机抽汽)供给。 它的工作过程是这样的从锅炉出来的压力为P,的工作蒸汽进入喷射器6的喷 嘴，在喷嘴中迅速膨胀，并在喷嘴出口处达到很大速度，形成真空状态，由于气 流的引射作用，因而在吸引了与喷射器6相连接的蒸发器1内的冷蒸汽，以维持 蒸发器l内的真空。工作蒸汽与被引射的蒸汽在喷射器6的扩压器内进行充分混 合后， 一起被压縮到冷凝压力Pk,然后进入冷凝器3被冷凝成液体，即凝结水，凝结水从冷凝器3引出后分为两路， 一路用凝结水泵7送回锅炉，作为锅炉的给 水，以制取工作蒸汽，另一路经节流防冰控制阀4减压到蒸发压力P。后进入蒸 发器1的底部，蒸发器1内贮有盐水(氯化钠或氯化钙等水溶液)。凝结水经节 流减压后成为过热水，因此其中部分水自行蒸发，由于水蒸发所需要的热量只能 从其佘未汽化的水中吸取，结果使其余部分的水温降低，这部分被冷却了的冷媒 (水或其他载冷剂，位于蒸发器l的上部)被输送到使用冷量的用户，经吸热温 度升高后返回蒸发器l。同样， 一部分因节流降压而成的过热水自行蒸发吸热， 其热量取自过热水自身，于是其余未汽化的过热水因热量被吸走而降温成为饱和 水，重新得到冷却。如上述蒸发器l实质上是一个汽水分离器，它将来自节流后 的汽水混合物分离开来，由于节流过程所引起盐水的自行蒸发，是在工质内部进 行。由于工质自行蒸发所产生的低温低压蒸汽不断被引射到喷射器6中，所以蒸 发器l内的真空度能维持不变，从而实现了制冷过程。由于盐水的凝固点可低于 0'C,进入蒸发器的冷凝水位于其底部，冷媒8(水或其他载冷剂)位于蒸发器1 的上部，利用其高度差，可实现经节流防冰控制阀4减压到蒸发压力P。后进入 蒸发器l的底部的温度高于(TC,具体实施技术为节流防冰控制阀4的温压传 感器安装于节流防冰控制阀4与蒸发器1的连接管的蒸发器l的的入口处，确保 进入蒸发器1的上部温度不低于于0'C, —般为3~5°C，即当蒸发器l的的入口 处温度接近或低于设定温度后，节流防冰控制阀4的节流孔口增大，温度回升， 而其他时候则按正常调节规律运行。沿蒸发器l高度的温度是递减的，解决了节 流阀的冰堵问题。图4是三工质(溴化锂+盐+水)吸收式制冷装置。图中示出了溴化锂盐水 吸收式制冷机的基本工作循环。从吸收器16来的溴化锂稀溶液15首先由发生器 泵20经过溶液热交换器17送入发生器12。在发生器12中受到管内通常为0. 2MPa 左右的工作蒸汽10加热，直至沸腾，溶液中部分水分开始蒸发析出。在蒸发过 程中温度是不断上升的，这时溶液的浓度也不断增大而成为溴化锂浓溶液11。 蒸发出的冷剂水蒸汽向上流经挡液板，将所携带的液滴分离后便进入冷凝器3,被冷凝器3管簇内的冷却水14冷却，凝结为水，称冷剂水9，冷剂水9积聚在 冷凝器3下部的水盘内，待水盘中的冷剂水9具有一定液位后，冷剂水9便沿节 流防冰控制阀4流至蒸发器1内。由于蒸发器1内的压力比冷凝器3内的压力低， 如冷凝温度45'C时，冷凝压力为9580Pa;目前溴化锂吸收式制冷机的蒸发温度为 5'C时，蒸发压力为872Pa,对于水而言，如欲再降低蒸发温度，则有可能使冷 剂水结冰，造成装置失效。为了防止结冰，节流防冰控制阀4应保证进入蒸发器 1的上部温度不低于于O'C, —般为3 5。C,节流防冰控制阀4的温压传感器安 装于节流防冰控制阀4与蒸发器l的连接管的蒸发器l的的入口处，即当蒸发器 1的的入口处温度接近或低于设定温度后，节流防冰控制阀4的节流孔口增大， 温度回升，而其他时候则按正常调节规律运行。凝结水经节流防冰控制阀4节流减压后成为过热水，因此其中部分水自行 蒸发，由于水蒸发所需要的热量只能从其余未汽化的水中吸取，结果使其余部分 的水温降低，这部分被冷却了的冷媒(水或其他载冷剂，位于蒸发器的上部)被 输送到使用冷量的用户，经吸热温度升高后返回蒸发器l。同样， 一部分因节流 防冰控制阀4节流降压而成的过热水自行蒸发吸热，其热量取自过热水自身，于 是其佘未汽化的过热水因热量被吸走而降温成为饱和水，重新得到冷却。如上述 蒸发器l实质上是一个汽水分离器，它将来自节流后的汽水混合物分离开来，由 于节流过程所引起盐水13的自行蒸发，是在工质内部进行。由于工质自行蒸发 所产生的低温低压蒸汽不断被溴化锂浓溶液ll吸收，所以蒸发器l内的真空度 能维持不变，从而实现了制冷过程。由于盐水13的凝固点可低于(TC,进入蒸 发器l的冷凝水位于其底部，冷媒8 (水或其他载冷剂)位于蒸发器的上部，利用其高度差，可实现经节流阀减压到蒸发压力P。后进入蒸发器1的底部的温度 高于O'C，蒸发器l的上部温度低于于0。C (如-l(TC,蒸发压力为259Pa),沿蒸发器l高度的温度是递减的，解决了节流阀的冰堵问题。 冷剂水进入蒸发器l后，由于压力降低，并与蒸发器内盐水13混合，部分 盐水13开始蒸发，但因为蒸发器l为一喷淋式热交换器，喷淋液有一定量的要求，故大部分冷剂盐水13则先聚积在水盘中，然后以数倍于蒸发量的冷剂盐水 用蒸发器泵18将其送入蒸发器的喷淋管中，经喷嘴洒到管簇上，盐水13便蒸发 吸热，管簇内的水放出热量而冷却到所需的温度，成为生产工艺或空调用的载冷 剂送至用户，并循环使用之。由于吸收器16内压力比蒸发器l内的压力稍低一些，所以蒸发器l内生成 的冷剂水蒸汽要向吸收器16流去。蒸汽通过管簇两侧的挡液板将其中携带的液 滴分离后进入吸收器16,被喷淋的吸收液吸收，因吸收器16也是一喷淋式热交 换器，为了满足一定喷淋量的要求，吸收液是由发生器12来的溴化锂溶液和一 部分吸收器中的溴化锂稀溶液15混合而成，称为中间溶液。中间溶液是通过吸 收器泵19送至吸收器16的喷淋管中，然后通过喷淋管的喷嘴洒在管簇上。至于 在吸收过程中放出的热量则被吸收器16的底部的冷却水14吸收，中间溶液吸收 了 一定量的水蒸汽成为稀溶液聚积在吸收器16的底部，再由发生器泵20送至发 生器12，如此循环不已。
权利要求1、一种制得低于主制冷剂冰点以下冷源的制冷装置，包括蒸发器(1)、冷凝器(3)，其特征在于所述蒸发器(1)中制冷工质由主制冷剂和辅助制冷剂组成，主制冷剂为相变制冷剂，辅助制冷剂为与主制冷剂相溶但不参加相变的固态制冷剂，其中辅助制冷剂能够降低主制冷剂的冰点；所述冷凝器(3)与蒸发器(1)之间管路上设置有节流防冰控制阀(4)；节流防冰控制阀(4)通过安装于蒸发器(1)入口处的温压传感器测温，确保进入蒸发器(1)的主制冷剂温度不低于冰点，当蒸发器(1)入口处温度接近或低于预设温度后，节流防冰控制阀(4)的节流孔口增大，温度回升，而其他时候则按正常调节规律运行。
2、 根据权利要求l所述制得低于主制冷剂冰点以下冷源的制冷装置，其特征 在于；所述的主制冷剂为水，所述的辅助制冷剂为氯化钠或氯化钙。
3、 根据权利要求1或2所述制得低于主制冷剂冰点以下冷源的制冷装置，其 特征在于所述制冷装置为双工质蒸汽喷射式制冷装置，装置组成如下蒸汽发 生器(5 )的蒸汽出口与蒸汽喷射器(6 )的主喷嘴相连，蒸汽喷射器(6 )的抽 气管与蒸发器(1)的上部相连，通过主喷嘴进入蒸汽喷射器(6)的蒸汽发生器(5 )产生的热蒸汽与经过抽气管吸引来的蒸发器(1)内的冷蒸汽在蒸汽喷射器 (6)的扩压器内混合，扩压器出口与冷凝器(3)入口相连，冷凝器(3)出口分成两路， 一路经凝结水泵(7)与蒸汽发生器(5)的进水口相连，另一路与蒸发器(1)底部相连。
4、 根据权利要求2或3所述制得低于主制冷剂冰点以下冷源的制冷装置，其 特征在于所述制冷装置为三工质吸收式制冷装置，装置组成如下冷凝器(3) 和发生器(12)置于髙压区内并相连；蒸发器(1)和吸收器(16)置于低压区内并相连；冷凝器(3)的接水盘溢水口与蒸发器(1)相连；吸收器的出口与 发生器泵(20)入口相连，发生器泵(20)的出口经溶液热交换器(17)的一组 接口与发生器(12)入口相连，发生器(12)出口经过溶液热交换器(17)的另 一组接口与吸收器(16)的入口连接；蒸发器泵(18)、吸收器泵(19)各自连 接其本体与喷淋管簇；发生器(12)内储有溴化锂浓溶液，吸收器(16)内储有 溴化锂稀溶液。
专利摘要一种制得低于主制冷剂冰点以下冷源的制冷装置，属于液体蒸发制冷技术领域。该装置的特征在于蒸发器中制冷工质由主制冷剂和辅助制冷剂组成，主制冷剂为相变制冷剂，辅助制冷剂为与主制冷剂相溶但不参加相变的固态制冷剂，其中所述固态制冷剂能够降低所述相变制冷剂的冰点；同时利用安装于冷凝器与蒸发器之间的节流防冰控制阀，采用负反馈自动控制节流保证节流后水温压在主制冷剂冰点温度以上，以防主制冷剂结冰。作为一种新的制冷技术，打破了制冷工质三相平衡点温度的限制；使制冷剂的使用范围有了较大的拓展。
文档编号F25B19/02GK201173639SQ200820032599
公开日2008年12月31日 申请日期2008年2月21日 优先权日2008年2月21日
发明者夏文庆 申请人:南京航空航天大学