專利名稱：吸收式低溫制冷機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫制冷機，尤指一種吸收式低溫制冷機。
吸收式低溫制冷機發(fā)生單元制冷劑蒸汽出口經(jīng)主冷凝器與自行復(fù)疊單元制冷劑入口相接；自行復(fù)疊單元液相制冷劑出口經(jīng)回?zé)崞鞲邏和ǖ?、第一減壓裝置、蒸發(fā)器、回?zé)崞鞯蛪和ǖ琅c吸收單元第一制冷劑入口相接；自行復(fù)疊單元汽相制冷劑出口與吸收單元第二制冷劑入口相接；吸收單元溶液出口經(jīng)溶液泵和溶液熱交換器濃溶液通道與發(fā)生單元溶液入口相接，發(fā)生單元溶液出口經(jīng)溶液熱交換器稀溶液通道與吸收單元溶液入口相接。
本發(fā)明的優(yōu)點是利用較低溫度驅(qū)動熱源(如100℃左右或者更低的溫度)就可以用于-20℃以下低溫冷凍，尤其是-40℃以下深低溫冷凍，適合于利用太陽能、地?zé)岷偷推肺粡U熱獲得深低溫冷凍，使用對環(huán)境友好的工質(zhì)對有利于環(huán)境保護，而且該吸收式低溫制冷機制冷溫度范圍寬、效率高、性能穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)緊湊。
具體實施例方式
如

圖1所示，發(fā)生單元1制冷劑蒸汽出口經(jīng)主冷凝器2與自行復(fù)疊單元3制冷劑入口相接；自行復(fù)疊單元3液相制冷劑出口經(jīng)回?zé)崞?高壓通道、第一減壓裝置5、蒸發(fā)器6、回?zé)崞?低壓通道與吸收單元7第一制冷劑入口相接；自行復(fù)疊單元3汽相制冷劑出口與吸收單元7第二制冷劑入口相接；吸收單元7溶液出口經(jīng)溶液泵8和溶液熱交換器9濃溶液通道與發(fā)生單元1溶液入口相接，發(fā)生單元1溶液出口經(jīng)溶液熱交換器9稀溶液通道與吸收單元7溶液入口相接。
該裝置采用的制冷劑可以為R134a和R32或R134a和R23組成的混合物，其中R134a作為高溫制冷劑，R32或R23作為低溫制冷劑，也可以是R134a、R32和R23組成的三元混合物，其中R134a為高溫制冷劑，R32為中溫制冷劑，R23為低溫制冷劑；吸收劑則為二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺或四甘醇二甲基醚。
上述發(fā)生單元1有發(fā)生器10、提餾裝置11、第一精餾裝置12和第一輔助冷凝器13；發(fā)生器10、提餾裝置11、第一精餾裝置12和第一輔助冷凝器13由下往上放置組成發(fā)生單元1，發(fā)生單元溶液入口位于提餾裝置11和精餾裝置12之間，發(fā)生裝置10溶液出口就是發(fā)生單元1溶液出口，第一精餾裝置12制冷劑蒸汽出口則構(gòu)成了發(fā)生單元1制冷劑出口。
自行復(fù)疊單元3有第二減壓裝置15、汽液分離器16、第二精餾裝置17、第二輔助冷凝器18、第三減壓裝置19、第四減壓裝置20和冷凝蒸發(fā)器21；第二減壓裝置15入口就是自行復(fù)疊單元3制冷劑入口，第二減壓裝置15出口則與汽液分離器16入口相接；汽液分離器16液相制冷劑出口與并聯(lián)放置的第三減壓裝置19、第四減壓裝置20入口相接，第三減壓裝置19出口與冷凝蒸發(fā)器21低壓通道進口相接，第四減壓裝置20出口與第二輔助冷凝器18入口相接，第二輔助冷凝器18出口與冷凝蒸發(fā)器21低壓通道出口會合后組成自行復(fù)疊單元3汽相制冷劑出口；汽液分離器16汽相制冷劑出口與第二精餾裝置17進口相接，第二輔助冷凝器18安裝在精餾裝置17上部，精餾裝置17出口與冷凝蒸發(fā)器21高壓通道入口相接，冷凝蒸發(fā)器21高壓通道出口就是自行復(fù)疊單元3液相制冷劑出口。
吸收單元7有第一吸收器25、第二吸收器26、第五減壓裝置27、第六減壓裝置28；第一吸收器25、第二吸收器26制冷劑蒸汽入口分別是吸收單元7第一、第二制冷劑蒸汽入口；第五減壓裝置27入口就是吸收單元7入口，而第五減壓裝置27出口與第一吸收器25溶液入口相接，第一吸收器25溶液出口經(jīng)第六減壓裝置28與第二吸收器26溶液入口串聯(lián)相接，第二吸收器26溶液出口與溶液泵29溶液進口相接，溶液泵29溶液出口就是吸收單元7溶液出口。
吸收單元7有第一吸收器46、第二吸收器47、第五減壓裝置48、第六減壓裝置49、第七減壓裝置50和溶液泵51；發(fā)生單元1溶液出口經(jīng)溶液熱交換器52稀溶液通道與并聯(lián)放置的第五減壓裝置48、第六減壓裝置49入口相接，而第五減壓裝置49與第六減壓裝置48溶液入口會合相接構(gòu)成了吸收單元7溶液入口；第五減壓裝置48出口與第一吸收器46溶液入口相接，第六減壓裝置49出口與第二吸收器47溶液入口相接，而第一吸收器46溶液出口再與第七減壓裝置50入口相接，第七減壓裝置50出口與第二吸收器47溶液出口會合后與溶液泵51溶液入口相接，溶液泵51出口構(gòu)成了吸收單元7溶液出口；第一吸收器46、第二吸收器47制冷劑蒸汽入口分別構(gòu)成了吸收單元7第二和第一制冷劑蒸汽入口。
所述制冷機以兩種或兩種以上制冷工質(zhì)組成的混合物為制冷劑；以與所用制冷劑相匹配有機溶劑為吸收劑。所說制冷劑可以為四氟乙烷(R134a)和二氟甲烷(R32)組成的混合物或者是四氟乙烷(R134a)和三氟甲烷(R23)組成的混合物，也可以是四氟乙烷(R134a)、二氟甲烷(R32)和三氟甲烷(R23)組成的混合物；所說吸收劑為二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺或四甘醇二甲基醚。
如圖2所示，實施例1采用由四氟乙烷(R134a沸點為-26℃)、二氟甲烷(R32沸點為-51℃)和三氟甲烷(R23沸點為-81℃)組成的混合物為制冷劑，二甲基甲酰胺(DMF)為吸收劑。該方案發(fā)生單元由發(fā)生器10、提餾裝置11、第一精餾裝置12、第一輔助冷凝器13和需要的連接管路組成；自行復(fù)疊單元由第二減壓裝置15、汽液分離器16、第二精餾裝置17、第二輔助冷凝器18、第三減壓裝置19、第四減壓裝置20和冷凝蒸發(fā)器21連接用管路組成；吸收單元則由第一吸收器25、第二吸收器26、第五減壓裝置27和第六減壓裝置28以及相應(yīng)的管路組成。
本發(fā)明主要由制冷循環(huán)回路和溶液循環(huán)回路兩部分組成。
在制冷循環(huán)回路，混合制冷劑從發(fā)生單元1提餾裝置11逸出，在發(fā)生單元1第一精餾裝置12與被第一輔助冷凝器13冷凝的回流液相制冷劑進行第一次提純、除掉制冷劑蒸汽中的吸收劑，后進入主冷凝器14，在主冷凝器14中被冷卻介質(zhì)冷卻，部分制冷劑成為液體。此后，汽液混合制冷劑經(jīng)第二減壓裝置15進入汽液分離器16并分離成為汽相制冷劑和液相制冷劑兩部分，汽相制冷劑往上經(jīng)過第二精餾裝置17與被第二輔助冷凝器18冷卻的回流液相制冷劑進行第二次精餾提純、獲得高純度低沸點制冷劑蒸汽。這樣液相部分主要是高溫制冷劑R134a和中溫制冷劑R32以及少部分低溫制冷劑R23，而汽相部分則主要是低溫制冷劑R23、少量中溫制冷劑R32以及極少量高溫制冷劑R134a。在汽液分離器16分離后，液相制冷劑從汽液分離器16液相出口流出，經(jīng)并聯(lián)的第三減壓裝置19和第四減壓裝置20分為兩股，它們分別進入冷凝蒸發(fā)器21和第二輔助冷凝器18。進入第二輔助冷凝器18的制冷劑部分冷卻經(jīng)提純的汽相制冷劑為精餾裝置17提供精餾回流液，而進入冷凝蒸發(fā)器21低壓通道的制冷劑則用于冷卻經(jīng)過提純、從精餾裝置17出口逸出的汽相制冷劑，這股制冷劑與來自第二輔助冷凝器18制冷劑匯合后，進入第二吸收器[26]被吸收。分離、提純后的汽相制冷劑從精餾裝置17出口引出后，進入冷凝蒸發(fā)器21高壓通道被冷凝成液體或者是汽、液混合物，再進入回?zé)崞?2被來自蒸發(fā)器24的低溫制冷劑進一步冷卻，最后經(jīng)第一減壓裝置23膨脹進入蒸發(fā)器24蒸發(fā)制冷，然后經(jīng)回?zé)崞?2升溫進入第一吸收器25被吸收。
在溶液循環(huán)回路，第二吸收器26吸收了制冷劑的DMF濃溶液經(jīng)溶液泵[29]升壓，溶液熱交換器30預(yù)熱、升溫后從提餾裝置11上面往下噴淋并與從發(fā)生器10逸出的高溫蒸汽進行傳熱、傳質(zhì)交換，濃溶液進行第一次發(fā)生而產(chǎn)生逸向第一精餾裝置[12]的蒸汽(R134a、R32、R23和DMF的混合物)，然后進入發(fā)生器10由高溫?zé)嵩醇訜徇M行第二次發(fā)生，濃溶液變成稀溶液。從發(fā)生器10溶液出口引出的稀溶液進入溶液熱交換器30稀溶液通道，在其中被來自第二吸收器26的濃溶液預(yù)冷，后經(jīng)第五減壓裝置27膨脹進入第一吸收器25吸收一部分制冷劑，產(chǎn)生的吸收熱則被冷卻水帶走，然后經(jīng)第六減壓裝置28膨脹到更低壓力進入第二吸收器26吸收剩余制冷劑，同樣產(chǎn)生的吸收熱也被冷卻水帶走，到此完成了整個溶液循環(huán)。
實施例1發(fā)生單元有提餾裝置和第一精餾裝置，提餾裝置增大了發(fā)生過程傳熱、傳質(zhì)接觸面積，增加了傳熱、傳質(zhì)接觸時間，增加了提餾裝置第一次發(fā)生，提高了發(fā)生單元能量利用率、溶液放氣范圍，提高了吸收器吸收性能；第一精餾裝置第一次精餾則去除掉了對制冷循環(huán)有害的吸收劑。發(fā)生單元提餾裝置和第一精餾裝置提高了系統(tǒng)的運行性能，使系統(tǒng)獲得很低的制冷溫度。
自行復(fù)疊單元有第二精餾裝置大幅度地提高了進入蒸發(fā)器制冷劑中低沸點制冷劑的純度，可以獲得非常低的制冷溫度；第二精餾裝置也防止了制冷劑中可能存在的DMF進入蒸發(fā)器，并因為DMF凝固導(dǎo)致第一減壓裝置阻塞。汽液分離器液相制冷劑則通過并聯(lián)的第三減壓裝置、第四減壓裝置分別產(chǎn)生兩股一級節(jié)流制冷量，這兩股制冷量獨自為冷凝蒸發(fā)器、第二輔助冷凝器提供冷負荷。這樣顯著地提高了一級節(jié)流制冷量利用率，尤其是顯著地改善了冷凝蒸發(fā)器和第二輔助冷凝器冷、熱負荷匹配性和變工況適應(yīng)性，使系統(tǒng)獲得更好的性能。
吸收單元采用了雙吸收器串聯(lián)形式，使一級節(jié)流和二級節(jié)流循環(huán)在兩個獨立壓力位運行，并可根據(jù)吸收劑對進行一級節(jié)流、二級節(jié)流制冷劑吸收性能優(yōu)劣通過第一三通換向閥和第二三通換向閥選擇兩股制冷劑吸收優(yōu)先次序，最終保證兩股制冷劑都能在其中一個吸收器被充分吸收，提高了吸收器對每一股制冷劑的吸收匹配性，使得吸收器對制冷劑有更強的吸收能力。雙吸收器串聯(lián)形式也改善了自行復(fù)疊單元第二輔助冷凝器和冷凝蒸發(fā)器冷、熱負荷匹配性以及變工況適應(yīng)性，提高了一級節(jié)流、二級節(jié)流制冷溫度之間的匹配性。通過這兩方面的影響使系統(tǒng)獲得更低制冷溫度和更好的運行性能。同時，采用雙吸收器形式減小了單個吸收器尺寸，提高了單個吸收器內(nèi)部汽、液兩相分布均勻性，提高吸收器內(nèi)部的傳熱、傳質(zhì)性能，最終提高了吸收器吸收能力，減少了吸收器總尺寸，使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊。
實施例1冷凝器、蒸發(fā)器、回?zé)崞饕约叭芤簾峤粨Q器都是一系列換熱器與傳統(tǒng)吸收式制冷機相似。它們可以是列管式、套管式，也可以是其它形式，其換熱管可以是普通管，也可以是強化管。
冷凝蒸發(fā)器為一熱交換器，經(jīng)減壓裝置膨脹的制冷劑在低壓通道吸熱蒸發(fā)，而汽相制冷劑則在高壓通道被冷凝成液體，在其中同時進行蒸發(fā)和冷凝兩種過程。它可以是列管式、套管式，也可以是其它形式，其換熱管可以是普通管，也可以是強化管。
六個減壓裝置是讓流過的工質(zhì)減壓膨脹，它們可以是毛細管、自動或手動閥。
吸收器可以是噴淋式、填料式、降膜式，也可以是其它形式的吸收器。
溶液泵是將溶液從低壓提升到高壓，與傳統(tǒng)吸收制冷系統(tǒng)所用溶液泵相似。
如圖3所示，實施例2也采用用四氟乙烷(R134a沸點為-26℃)、二氟甲烷(R32沸點為-51℃)和三氟甲烷(R23沸點為-81℃)的三元混合物為制冷劑，二甲基甲酰胺(DMF)為吸收劑。在該方案中其它部分與實施例1相同，只是吸收模塊7由第一吸收器46、第二吸收器47、第五膨脹裝置48、第六膨脹裝置49和第七膨脹裝置50以及連接管路組成。實施例2吸收單元7兩個吸收器采用了并聯(lián)形式，與串聯(lián)形式有相似功能。
權(quán)利要求
1.一種吸收式低溫制冷機，其特征在于發(fā)生單元[1]制冷劑蒸汽出口經(jīng)主冷凝器[2]與自行復(fù)疊單元[3]制冷劑入口相接；自行復(fù)疊單元[3]液相制冷劑出口經(jīng)回?zé)崞鱗4]高壓通道、第一減壓裝置[5]、蒸發(fā)器[6]、回?zé)崞鱗4]低壓通道與吸收單元[7]第一制冷劑入口相接；自行復(fù)疊單元[3]汽相制冷劑出口與吸收單元[7]第二制冷劑入口相接；吸收單元[7]溶液出口經(jīng)溶液泵[8]和溶液熱交換器[9]濃溶液通道與發(fā)生單元[1]溶液入口相接，發(fā)生單元[1]溶液出口經(jīng)溶液熱交換器[9]稀溶液通道與吸收單元[7]溶液入口相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸收式低溫制冷機，其特征在于所說發(fā)生單元[1]依次具有發(fā)生器[10]、提餾裝置[11]、第一精餾裝置[12]和第一輔助冷凝器[13]，發(fā)生單元溶液入口位于提餾裝置[11]和精餾裝置[12]之間，發(fā)生裝置[10]溶液出口就是發(fā)生單元[1]溶液出口，第一精餾裝置[12]制冷劑蒸汽出口則構(gòu)成了發(fā)生單元[1]制冷劑出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸收式低溫制冷機，其特征在于所述自行復(fù)疊單元[3]具有第二減壓裝置[15]、汽液分離器[16]、第二精餾裝置[17]、第二輔助冷凝器[18]、第三減壓裝置[19]、第四減壓裝置[20]和冷凝蒸發(fā)器[21]；第二減壓裝置[15]入口就是自行復(fù)疊單元[3]制冷劑入口，第二減壓裝置[15]出口則與汽液分離器[16]入口相接；汽液分離器[16]液相制冷劑出口與并聯(lián)放置的第三減壓裝置[19]、第四減壓裝置[20]入口相接，第三減壓裝置[19]出口與冷凝蒸發(fā)器[21]低壓通道進口相接，第四減壓裝置[20]出口與第二輔助冷凝器[18]入口相接，第二輔助冷凝器[18]出口與冷凝蒸發(fā)器[21]低壓通道出口會合后組成自行復(fù)疊單元[3]汽相制冷劑出口；汽液分離器[16]汽相制冷劑出口與第二精餾裝置[17]進口相接，第二輔助冷凝器[18]安裝在精餾裝置[17]上部，精餾裝置[17]出口與冷凝蒸發(fā)器[21]高壓通道入口相接，冷凝蒸發(fā)器[21]高壓通道出口就是自行復(fù)疊單元[3]液相制冷劑出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸收式低溫制冷機，其特征在于所述吸收單元[7]有第一吸收器[25]、第二吸收器[26]、第五減壓裝置[27]、第六減壓裝置[28]；第一吸收器[25]、第二吸收器[26]制冷劑蒸汽入口分別是吸收單元[7]第一、第二制冷劑蒸汽入口；第五減壓裝置[27]入口就是吸收單元[7]入口，而第五減壓裝置[27]出口與第一吸收器[25]溶液入口相接，第一吸收器[25]溶液出口經(jīng)第六減壓裝置[28]與第二吸收器[26]溶液入口串聯(lián)相接，第二吸收器[26]溶液出口與溶液泵[29]溶液進口相接，溶液泵[29]溶液出口就是吸收單元[7]溶液出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸收式低溫制冷機，其特征在于所述吸收單元[7]有第一吸收器[46]、第二吸收器[47]、第五減壓裝置[48]、第六減壓裝置[49]、第七減壓裝置[50]和溶液泵[51]；發(fā)生單元[1]溶液出口經(jīng)溶液熱交換器[52]稀溶液通道與并聯(lián)放置的第五減壓裝置[48]、第六減壓裝置[49]入口相接，而第五減壓裝置[49]與第六減壓裝置[48]溶液入口會合相接構(gòu)成了吸收單元[7]溶液入口；第五減壓裝置[48]出口與第一吸收器[46]溶液入口相接，第六減壓裝置[49]出口與第二吸收器[47]溶液入口相接，而第一吸收器[46]溶液出口再與第七減壓裝置[50]入口相接，第七減壓裝置[50]出口與第二吸收器[47]溶液出口會合后與溶液泵[51]溶液入口相接，溶液泵[51]出口構(gòu)成了吸收單元[7]溶液出口；第一吸收器[46]、第二吸收器[47]制冷劑蒸汽入口分別是吸收單元[7]第二和第一制冷劑蒸汽入口。
6.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種吸收式低溫制冷機，其特征為所述的制冷劑為四氟乙烷(R134a)和二氟甲烷(R32)混合物、者是四氟乙烷(R134a)和三氟甲烷(R23)混合物或者為四氟乙烷(R134a)、二氟甲烷(R32)和三氟甲烷(R23)混合物。
7.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種吸收式低溫制冷機，其特征為所述的吸收劑為二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺或四甘醇二甲基醚。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種吸收式低溫制冷機。該低溫制冷機發(fā)生單元制冷劑蒸汽出口經(jīng)主冷凝器與自行復(fù)疊單元制冷劑入口相接，自行復(fù)疊單元液相制冷劑出口經(jīng)回?zé)崞鞲邏和ǖ馈⒌谝粶p壓裝置、蒸發(fā)器、回?zé)崞鞯蛪和ǖ琅c吸收單元第一制冷劑入口相接；自行復(fù)疊單元汽相制冷劑出口與吸收單元第二制冷劑入口相接；吸收單元溶液出口經(jīng)溶液泵和溶液熱交換器濃溶液通道與發(fā)生單元溶液入口相接，發(fā)生單元溶液出口經(jīng)溶液熱交換器稀溶液通道與吸收單元溶液入口相接。該制冷機的優(yōu)點是在不高的低品位熱能驅(qū)動下就可以達到常規(guī)吸收制冷無法達到的－40℃以下深低溫冷凍，而且制冷溫度范圍寬、效率高、性能穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)緊湊。
文檔編號F25B7/00GK1436990SQ0311563
公開日2003年8月20日 申請日期2003年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者陳光明, 何一堅, 王勤 申請人:浙江大學(xué)