[发明专利]一种闪蒸-扩散吸收式制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷技术，尤其涉及一种利用低品位热能驱动的扩散吸收式制冷系统。

背景技术

近年来，随着我国经济的高速增长，能源消费量持续上升，能源供给形势日益紧张。另一方面，由于能源利用率较低，我国低品位热能非常丰富。因而，高效、合理地开发利用低品位能源对缓解我国能源压力及促进社会经济的可持续发展具有十分重要的意义。

扩散吸收式制冷系统可以有效地利用太阳能、地热能、发动机余热以及工业余热等低品位能源，且不使用对臭氧层有破坏作用的工质，具有十分广阔的应用前景。但现有的扩散吸收式制冷系统由于使用气泡泵驱动，系统性能系数(COP)较低，制冷量一般较小，难以用于制冷量需求较大的场合；系统在单一压力下运行，亦即吸热与放热过程均在冷凝压力下进行，溶液浓度及循环流量操作范围窄，可调节性差；发生器传热过程存在相变，传热系数小。此外，目前绝大多数的扩散吸收式制冷系统以NH₃/H₂O为工质，必须配置精馏器，从而造成部分热量的损耗和浪费。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种闪蒸-扩散吸收式制冷系统，采用加热器、闪蒸器及循环泵组合替代常规扩散吸收式制冷系统中的发生器和气泡泵，可以在较低的热源温度下运行(≥70℃)，且无需精馏装置，具有较高的COP和较大的制冷量。

为实现以上目的，本发明采取以下的技术方案：

一种闪蒸-扩散吸收式制冷系统，其包括加热器、闪蒸器、冷凝器、蒸发器、气体热交换器、吸收器、储液器、循环泵以及溶液热交换器，其中，所述气体热交换器包括进行热交换的第一流体通道和第二流体通道，所述溶液热交换器包括进行热交换的第三流体通道和第四流体通道；所述储液器的出液口依次通过循环泵、第四流体通道、加热器后连接至闪蒸器的入口端，所述闪蒸器的气体出口端通过冷凝器后连接至蒸发器的第一入口端，所述闪蒸器的液体出口端通过第三流体通道后连接至吸收器的第二入口端，所述吸收器的第一出口端连接至储液器的进液口，所述吸收器的第二出口端通过第二流体通道连接至蒸发器的第二入口端，所述蒸发器的出口端通过第一流体通道后连接至吸收器的第一入口端。

所述闪蒸器和蒸发器的位置均低于冷凝器的位置，所述蒸发器、气体热交换器、吸收器以及储液器的位置依次降低，所述溶液热交换器、闪蒸器以及加热器的位置依次升高，所述闪蒸器的液体出口端的位置高于吸收器的第二入口端的位置。

所述系统采用TFE为制冷剂，E181为吸收剂，He为扩散剂。以TFE/E181作为工质，采用加热器、闪蒸器及循环泵组合替代常规扩散吸收式制冷系统中的发生器和气泡泵，该特征使得闪蒸-扩散吸收式制冷系统在两个压力下运行，其中，加热器和溶液热交换器的第四流体通道在第一压力(高压)下运行，系统其余设备在第二压力(低压)下运转。且针对不同的应用场所，系统溶液循环流量及吸热过程的运行压力可以根据热源温度和溶液浓度进行调节，可以在较低的热源温度下运行(≥70℃)，且无需精馏装置，具有较高的COP和较大的制冷量。

TFE/E181具有良好的热物性。与NH₃/H₂O相比，TFE/E181制冷系统具有较低的工作压力，安全性好，而且TFE与E181之间的沸点差较大(200.3℃)，系统不需要设置精馏设备。此外，理论分析表明，TFE/E181扩散吸收式制冷系统的性能优于常规的NH₃/H₂O系统。

所述加热器、冷凝器、蒸发器、气体热交换器、吸收器以及溶液热交换器均为换热器，可以采用喷淋式或沉浸式，也可以是套管式或其他形式，其换热管可以是普通管也可以是强化管。

所述循环泵为磁力泵。

本发明中，出自溶液热交换器的浓溶液进入加热器，在其中被加热至饱和液态，随后进入闪蒸器，经降压扩容产生气液两相混合物并分离，气相从其顶部流出进入冷凝器，液相从其底部流出进入溶液热交换器。

与现有的扩散吸收式制冷技术相比，本发明具有如下优点：

(1)系统溶液浓度、循环流量以及吸热过程运行压力的操作范围变宽，系统具备可调节性，提高了制冷系统的性能系数和制冷量；

(2)系统要求的驱动热源温度进一步降低，扩大了扩散吸收式制冷系统的使用范围，且溶液吸热过程不涉及相变，传热系数高；

(3)闪蒸过程中只有制冷剂TFE闪发成蒸汽，吸收剂E181依然为液相，因而制冷系统无需精馏装置，提高了低品位能源的利用效率；