專利名稱：串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于制冷領域，具體涉及一種低吸收式低溫制冷機。
背景技術：
自復疊吸收制冷裝置結合了自復疊制冷循環(huán)理論與吸收式制冷循環(huán)理論，以蒸 汽、燃氣、燃油、熱水等多種熱能形式為動力，消耗的機械功較少，并可獲得傳統(tǒng)吸收式制冷 機無法達到的較低的制冷溫度。此技術對于將以熱能為驅動力的吸收式制冷循環(huán)應用于深 度冷凍領域具有重要的指導意義。在化工、生物、食品加工、制藥等既需要深度冷凍又存在 大量工業(yè)廢熱和余熱的領域內有廣泛的應用前景。專利號為ZL02110940. 0的中國專利公開了一種深度冷凍吸收制冷裝置，其循環(huán) 流程中僅有一個吸收器，兩股制冷劑混合后進入吸收器并被稀溶液吸收。該流程中兩股制 冷劑在混合前壓力相等，難以對吸收過程進行強化，同時也限制了蒸發(fā)壓力的降低，難以獲 得較低的制冷溫度。同時，制冷劑的混合過程所產生的不可逆性損失，會造成冷量的損耗。 這些不足限制了該發(fā)明裝置的性能，也說明其性能仍有較大提高的可能。專利號為ZL03115631. 2的中國專利公開了一種吸收式低溫制冷機，其循環(huán)流程 中采用兩個吸收器以強化吸收過程。稀溶液依次流經兩個吸收器，前一級吸收器內的壓力 要高于后一級。這使得前一級吸收器在理論上就不能達到飽和狀態(tài)；否則，流入后一級吸收 器后制冷劑即會從吸收劑中揮發(fā)出來。因此，此裝置的前一級吸收器無法充分利用溶液的 吸收能力，也容易導致后一級吸收器無法正常工作。因此，采用專利號為ZL03115631. 2的 中國專利公開的雙吸收器流程來強化吸收過程仍然有較大的局限性。相應地，其循環(huán)的整 體性能仍然有所限制。申請?zhí)枮镃N200910304102. 1的中國專利申請?zhí)岢隼靡淦鲗ξ掌鞯奈者^ 程進行增壓以期強化吸收過程和獲得較低制冷溫度。這種方式由于引射器的效率比較低， 引射器利用的驅動能來自發(fā)生終了的稀溶液，驅動流體的能量密度低，引射器的引射比很 低，能被引射器引射的制冷劑量也少。增壓強化吸收過程以及獲得低制冷溫度的效果很有限。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機，其性能系數(shù)更高、制冷溫度更低， 克服了現(xiàn)有技術中存在的不足和缺陷。—種串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機，包括自復疊制冷模塊和溶液循環(huán)模塊；其中，所 述自復疊制冷模塊包括冷凝器、汽液分離器、第一制冷劑換熱器、第二制冷劑換熱器、第一 制冷劑減壓裝置、蒸發(fā)器、第三制冷劑換熱器和第二制冷劑減壓裝置，所述溶液循環(huán)模塊包 括發(fā)生器、溶液減壓裝置、第一吸收器、第一溶液泵、第二吸收器、第二溶液泵和溶液換熱 器；所述自復疊制冷模塊中，所述冷凝器的出口與所述汽液分離器的入口相連，所述汽液分離器的汽相制冷劑出口依次與所述第一制冷劑換熱器的高壓側通道、所述第二制冷 劑換熱器的高壓側通道、所述第一制冷劑減壓裝置、所述蒸發(fā)器、所述第二制冷劑換熱器的 低壓側通道、所述第三制冷劑換熱器的低壓側通道、所述第一吸收器的制冷劑入口相連；所 述汽液分離器的液相制冷劑出口依次與所述第三制冷劑換熱器的高壓側通道、所述第二 制冷劑減壓裝置、所述第一制冷劑換熱器的低壓側通道、所述第二吸收器的制冷劑入口相 連；所述溶液循環(huán)模塊中，所述發(fā)生器的稀溶液出口依次與所述溶液換熱器的稀溶液 側通道、所述溶液減壓裝置、所述第一吸收器、所述第一溶液泵、所述第二吸收器、所述第二 溶液泵、所述溶液換熱器的濃溶液側通道、所述發(fā)生器的濃溶液進口相連，所述發(fā)生器的制 冷劑蒸汽出口與所述冷凝器的入口相連。本發(fā)明中，所述的第一吸收器、第一溶液泵、第二吸收器、第二溶液泵以串聯(lián)的方 式連接。所述的第一吸收器和第二吸收器中，吸收劑為N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或四甘醇 二甲醚(DMRTEG)等有機溶劑。所述的兩個吸收器(第一吸收器和第二吸收器)可以是噴 淋式、填料式、降膜式，也可以是其它形式的吸收器。所述的制冷劑為與環(huán)境友好的二元或多元非共沸混合制冷劑，可以為四氟乙烷 (R134a)和二氟甲烷￠3 組成的混合物、或四氟乙烷(R134a)和三氟甲烷(R2!3)組成的 混合物，其中四氟乙烷(R134a)作為高溫制冷劑，二氟甲烷￠3 或三氟甲烷(R2!3)作為低 溫制冷劑；也可以為四氟乙烷￠13 )、二氟甲烷￠3 和三氟甲烷(R2!3)組成的三元混合 物，其中四氟乙烷(R134a)為高溫制冷劑，二氟甲烷￠3 為中溫制冷劑，三氟甲烷(R23) 為低溫制冷劑。本發(fā)明中，所述的四個換熱器(第一制冷劑換熱器、第二制冷劑換熱器、第三制冷 劑換熱器和溶液換熱器)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。本發(fā)明中，所述的三個減壓裝置(第一制冷劑減壓裝置、第二制冷劑減壓裝置和 溶液減壓裝置)的作用是讓流過的工質減壓膨脹，可以是毛細管、自動或手動裝置。本發(fā)明中，串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機中所述發(fā)生器可由太陽能、地熱、工業(yè)廢熱 和余熱等可再生熱能或低品位熱能驅動。本發(fā)明的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機基于自復疊制冷原理，來自發(fā)生器的稀溶液 首先吸收由來自蒸發(fā)器的制冷劑，最大程度的利用了稀溶液的吸收能力，降低了蒸發(fā)壓力， 較已有的自復疊吸收制冷裝置擁有更優(yōu)的性能系數(shù)及最低制冷溫度。本發(fā)明的串聯(lián)型雙吸 收器低溫制冷機，可由太陽能、地熱、工業(yè)廢熱和余熱等可再生熱能或低品位熱能驅動(即 所述發(fā)生器可由太陽能、地熱、工業(yè)廢熱和余熱等可再生熱能或低品位熱能驅動)，獲得常 規(guī)吸收式制冷機無法達到的-60 -70°C以下的制冷溫度，大大拓展了吸收式制冷機在深 度冷凍領域中的應用范圍。在化工、生物、食品加工、制藥等既需要深度冷凍又存在大量工 業(yè)廢熱和余熱的領域內有廣泛的應用前景。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果通過兩個吸收器以及溶液泵的串聯(lián)連接，在相同工況和溶液濃度下，其蒸發(fā)壓力 將進一步降低。由非共沸混合工質的性質可知，隨著蒸發(fā)壓力的降低，可增大蒸發(fā)器進出 口制冷劑的焓差，其COP (Coefficient ofPerformance，性能系數(shù))較現(xiàn)有吸收式低溫制冷機可提高20%以上；同時其制冷溫度的范圍將進一步向更低的溫度區(qū)間延伸，容易獲 得-60 -70°C以下的制冷溫度。本發(fā)明串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機中，兩個吸收器共用了 一個溶液減壓閥，結構更簡單，成本更節(jié)省，同時仍然取得非常好的強化效果。


圖1是本發(fā)明的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖來詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不僅限于此。如圖1所示， 一種串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機，包括自復疊制冷模塊和溶液循環(huán)模塊。其中，自復疊制冷 模塊包括冷凝器8、汽液分離器9、第一制冷劑換熱器10、第二制冷劑換熱器11、第一制冷 劑減壓裝置12、蒸發(fā)器13、第三制冷劑換熱器15和第二制冷劑減壓裝置14，溶液循環(huán)模塊 包括發(fā)生器1、溶液減壓裝置6、第一吸收器2、第一溶液泵4、第二吸收器3、第二溶液泵5 和溶液換熱器7 ；自復疊制冷模塊中，冷凝器8的出口與汽液分離器9的入口相連，汽液分離器9的 汽相制冷劑出口依次與第一制冷劑換熱器10的高壓側通道、第二制冷劑換熱器11的高壓 側通道、第一制冷劑減壓裝置12、蒸發(fā)器13、第二制冷劑換熱器11的低壓側通道、第三制冷 劑換熱器15的低壓側通道、第一吸收器2的制冷劑入口相連；汽液分離器9的液相制冷劑 出口依次與第三制冷劑換熱器15的高壓側通道、第二制冷劑減壓裝置14、第一制冷劑換熱 器10的低壓側通道、第二吸收器3的制冷劑入口相連；溶液循環(huán)模塊中，發(fā)生器1的稀溶液出口依次與溶液換熱器7的稀溶液側通道、溶 液減壓裝置6、第一吸收器2、第一溶液泵4、第二吸收器3、第二溶液泵5、溶液換熱器7的濃 溶液側通道、發(fā)生器1的濃溶液進口相連，發(fā)生器1的制冷劑蒸汽出口與冷凝器8的入口相 連。上述的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機的工作過程如下發(fā)生器1產生的高溫高壓混合制冷劑蒸汽，經水冷冷凝器8后，以汽液兩相的狀態(tài) 進入汽液分離器9，汽液分離器9中汽相成分為富含低沸點制冷劑的混合制冷劑即汽相制 冷劑(制冷劑蒸汽)，液相成分為富含高沸點制冷劑的混合制冷劑即液相制冷劑(制冷劑 液體)。汽液分離器9中的液相制冷劑經第三制冷劑換熱器15并被預冷，隨后經第二制冷 劑減壓裝置14進入第一制冷劑換熱器10，隨后進入第二吸收器3被吸收劑吸收。汽液分離器9中的汽相制冷劑經第一制冷劑換熱器10并被預冷后，進入第二制冷 劑換熱器11并得到進一步的預冷，隨后經第一制冷劑減壓裝置12，進入蒸發(fā)器13中蒸發(fā)吸 熱提供所需的制冷量。從蒸發(fā)器13出來的低溫制冷劑蒸汽依次經過第二制冷劑換熱器11 和第三制冷劑換熱器15被回收冷量后溫度持續(xù)升高。最后，進入第一吸收器2被吸收劑吸 收。發(fā)生器1中產生的稀溶液經溶液換熱器7的稀溶液通道被預冷，再經溶液減壓裝 置6進入第一吸收器2吸收來自蒸發(fā)器13的富含低沸點組分的制冷劑蒸汽后變?yōu)闈馊芤骸?第一吸收器2中的濃溶液經第一溶液泵4輸運到第二吸收器3進一步吸收來自第一制冷劑換熱器10的富含高沸點組分的制冷劑蒸汽，其濃度進一步提高。第二吸收器3中的濃溶液 經第二溶液泵5輸運到溶液換熱器7，被預熱后進入發(fā)生器1，從而完成溶液環(huán)路的循環(huán)。上述的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機在運行過程中，來自溶液減壓裝置6的稀溶液 首先進入第一吸收器2，第一吸收器2同時吸收來自第三制冷劑換熱器15的制冷劑，使得第 一吸收器2處于較低的工作壓力，意味著蒸發(fā)器13中的壓力也相應地降低。由非共沸混合 制冷劑的特性可知通過兩個吸收器以及溶液泵的串聯(lián)連接方式，一方面可增大蒸發(fā)器13 進出口制冷劑的焓差，從而提高上述的串聯(lián)型吸收式低溫制冷機整體的性能效率；另一方 面，隨著蒸發(fā)壓力的降低，上述的串聯(lián)型吸收式低溫制冷機的制冷溫度范圍將進一步的向 更低的溫度區(qū)間延伸。與此同時，第一吸收器2與第二吸收器3在理論上均可達到飽和狀 態(tài)，更加充分地利用了稀溶液的吸收能力。上述的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機中，發(fā)生器1可由太陽能、地熱、工業(yè)廢熱和余 熱等可再生熱能或低品位熱能驅動，四個換熱器(第一制冷劑換熱器10、第二制冷劑換熱 器11、第三制冷劑換熱器15和溶液換熱器7)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。三個減壓裝置(第一制冷劑減壓裝置12、第二制冷 劑減壓裝置14和溶液減壓裝置6)的作用是讓流過的工質減壓膨脹，可以是毛細管、自動 或手動裝置。兩個吸收器(第一吸收器2和第二吸收器幻可以是噴淋式、填料式、降膜式， 也可以是其它形式的吸收器。上述的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機中，制冷劑為四氟乙烷(R134a)和二氟甲烷 (R32)組成的混合物，四氟乙烷(R134a)作為高溫制冷劑，二氟甲烷(R32)作為低溫制冷劑。 (制冷劑也可以為四氟乙烷(R134a)和三氟甲烷(R23)組成的混合物，四氟乙烷(R134a)作 為高溫制冷劑，三氟甲烷(R23)作為低溫制冷劑；或者，也可以為四氟乙烷(R13^)、二氟甲 烷￠3 和三氟甲烷(R2!3)組成的三元混合物，其中四氟乙烷(R134a)為高溫制冷劑，二氟 甲烷(R32)為中溫制冷劑，三氟甲烷(R23)為低溫制冷劑。)上述的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機中，第一吸收器2和第二吸收器3中，采用N， N-二甲基甲酰胺(DMF)有機溶劑為吸收劑(也可以采用四甘醇二甲醚(DMETEG)有機溶劑 為吸收劑)。上述的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機獲得-60 _70°C的制冷溫度，且具有0. 1 0. 15 的 COP。
權利要求
1.一種串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機，其特征在于，包括自復疊制冷模塊和溶液循環(huán)模 塊；其中，所述自復疊制冷模塊包括冷凝器(8)、汽液分離器(9)、第一制冷劑換熱器(10)、 第二制冷劑換熱器(11)、第一制冷劑減壓裝置(12)、蒸發(fā)器(13)、第三制冷劑換熱器(15) 和第二制冷劑減壓裝置(14)，所述溶液循環(huán)模塊包括發(fā)生器(1)、溶液減壓裝置(6)、第一 吸收器(2)、第一溶液泵(4)、第二吸收器(3)、第二溶液泵(5)和溶液換熱器(7)；所述自復疊制冷模塊中，所述冷凝器(8)的出口與所述汽液分離器(9)的入口相連， 所述汽液分離器(9)的汽相制冷劑出口依次與所述第一制冷劑換熱器(10)的高壓側通道、 所述第二制冷劑換熱器(11)的高壓側通道、所述第一制冷劑減壓裝置(12)、所述蒸發(fā)器 (13)、所述第二制冷劑換熱器(11)的低壓側通道、所述第三制冷劑換熱器(15)的低壓側通 道、所述第一吸收器⑵的制冷劑入口相連；所述汽液分離器(9)的液相制冷劑出口依次與 所述第三制冷劑換熱器(15)的高壓側通道、所述第二制冷劑減壓裝置(14)、所述第一制冷 劑換熱器(10)的低壓側通道、所述第二吸收器(3)的制冷劑入口相連；所述溶液循環(huán)模塊中，所述發(fā)生器(1)的稀溶液出口依次與所述溶液換熱器(7)的稀 溶液側通道、所述溶液減壓裝置(6)、所述第一吸收器(2)、所述第一溶液泵(4)、所述第二 吸收器(3)、所述第二溶液泵(5)、所述溶液換熱器(7)的濃溶液側通道、所述發(fā)生器(1)的 濃溶液進口相連，所述發(fā)生器(1)的制冷劑蒸汽出口與所述冷凝器(8)的入口相連。
2.如權利要求1所述的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機，其特征在于所述的制冷劑為二 元或多元非共沸混合制冷劑。
3.如權利要求2所述的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機，其特征在于所述的制冷劑為四 氟乙烷和二氟甲烷組成的混合物、或四氟乙烷和三氟甲烷組成的混合物，其中四氟乙烷作 為高溫制冷劑，二氟甲烷或三氟甲烷作為低溫制冷劑。
4.如權利要求2所述的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機，其特征在于所述的制冷劑為四 氟乙烷、二氟甲烷和三氟甲烷組成的三元混合物，其中四氟乙烷為高溫制冷劑，二氟甲烷為 中溫制冷劑，三氟甲烷為低溫制冷劑。
5.如權利要求1所述的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機，其特征在于所述的第一吸收器 (2)和第二吸收器(3)中，吸收劑為N，N-二甲基甲酰胺或四甘醇二甲醚。
6.如權利要求1所述的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機，其特征在于所述的第一制冷劑 換熱器(10)、第二制冷劑換熱器(11)、第三制冷劑換熱器(15)和溶液換熱器(7)為列管式 或套管式。
7.如權利要求1所述的串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機，其特征在于所述的第一制冷劑 減壓裝置(12)、第二制冷劑減壓裝置(14)和溶液減壓裝置(6)為毛細管、自動或手動裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機，包括自復疊制冷模塊與溶液循環(huán)模塊。本發(fā)明串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機基于自復疊制冷原理，來自發(fā)生器的稀溶液首先吸收由來自蒸發(fā)器的制冷劑，最大程度的利用了稀溶液的吸收能力，降低了蒸發(fā)壓力，較已有的自復疊吸收制冷裝置擁有更優(yōu)的性能系數(shù)及最低制冷溫度。本發(fā)明串聯(lián)型雙吸收器低溫制冷機可由太陽能、地熱、工業(yè)廢熱和余熱等可再生熱能或低品位熱能驅動，獲得常規(guī)吸收式制冷機無法達到的-60～-70℃以下的制冷溫度，大大拓展了吸收式制冷機在深度冷凍領域中的應用范圍，在化工、生物、食品加工、制藥等既需要深度冷凍又存在大量工業(yè)廢熱和余熱的領域內有廣泛的應用前景。
文檔編號F25B15/12GK102080899SQ20111000889
公開日2011年6月1日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權日2011年1月17日
發(fā)明者何一堅, 唐黎明, 陳光明, 高旭 申請人:浙江大學