[发明专利]低品位热驱动吸收式化学反应制冷热泵循环装置及方法

说明书

本发明公开了一种低品位热驱动吸收式化学反应制冷热泵循环装置及方法，该装置包括工质循环回路、选择性吸收剂循环回路、工作液体循环回路。高压气态制冷工质氨气和二氧化碳进入化学反应冷却器，被工作液体吸收并生成氨基甲酸铵放热，生成物溶于工作液体，混合溶液经回热器、节流装置进入化学反应蒸发器，氨基甲酸铵分解生成氨气和二氧化碳并蒸发出来，吸收热量，氨气和二氧化碳进入第一、第二吸收器分别被选择性吸收，并在第一、第二发生器中分别生成高压气态制冷工质。本发明利用可逆化学反应实现制冷/制热，相比于相变制冷/制热拥有更高的性能系数，能够实现在较大的压缩比下提升混合气体压力，并且能够比较方便地调节气态制冷工质的流量比例。

技术领域

本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种低品位热驱动吸收式化学反应制冷热泵循环装置及方法。

背景技术

目前人工制冷的方法，总的可分为物理方法和化学方法两大类，而绝大多数制冷方法都属于物理方法。其中，利用物质相变的吸热效应制冷应用比较广泛，然而受制冷剂热力性质的影响，相变制冷的单位质量制冷量、性能系数并不高。因此，考虑采用化学方法实现制冷。

氨基甲酸铵是合成尿素的中间产物，白色固体，不稳定，加热易发生分解反应。氨基甲酸铵形成二氧化碳和氨的分解反应是高度吸热的，化学反应热为2010KJ/KG。氨基甲酸铵的分解与温度和压力密切相关，可以通过将压力降低到对应于设定温度的饱和压力以下或者将温度提高到对应于设定压力的饱和温度以上实现。二氧化碳与氨气可以在不同温度条件下进行化学反应，可以在室温、一个大气压、无水蒸气参与的情况下，生成氨基甲酸铵(NH₂COONH₄)，合成反应过程放热。因此，可以利用二氧化碳和氨气的可逆化学反应实现制冷或制热。由于氨基甲酸铵合成、分解与温度、压力密切相关，在制冷或制热的工况下，循环的压缩比较大，根据合成反应和分解反应所需要的平衡压力得到其压缩比较大，可能达18以上，需要一种装置来实现工质在较大的压缩比下的升压过程。

在压缩比较大的情况下，若采用单级蒸汽压缩式制冷技术，会使实际压缩过程大大偏离等熵压缩过程，引起压缩机排气温度升高，效率降低，功耗增大，甚至造成系统内制冷剂和润滑油分解，运行条件恶化，危害压缩机的正常工作。因此考虑采用吸收式制冷技术。吸收式制冷/制热技术是一种热能驱动的制冷/制热技术，与压缩式制冷/制热不同的是利用吸收剂对制冷剂的吸收过程和发生过程来实现将低压蒸汽变为高压蒸汽，可以实现在较大压缩比条件下的压力提升过程。同时吸收式制冷/热泵机组利用热能为动力，只需要消耗很少的机械能，可以利用品位较低的热能，如余热、废热、太阳能等。

中国专利申请201480031214.3公开了一种包括双重制冷剂和液体工作流体的吸收制冷系统，其以氨气和二氧化碳为制冷工质，该系统的局限性在于：第一，该系统利用氨气和二氧化碳的相变过程实现制冷，与本发明的制冷方式不同，并且由于受到气体制冷剂的限制(二氧化碳临界温度过低)，在自然冷却条件下通常很难在冷凝器中实现二氧化碳的冷凝过程；第二，吸收器中，在吸收温度和吸收压力条件下，氨气和二氧化碳很难发生化学反应；第三，该专利提供的吸收制冷系统仅包含一个吸收器，用于同时吸收氨气和二氧化碳，但是由于受到吸收剂的限制，在一个吸收器中很难同时物理溶解吸收酸性和碱性气体，并且该专利提供的吸收制冷系统难以调控氨气和二氧化碳的气体质量流量比以满足系统化学反应要求，会造成多余的气体制冷剂被提升压力，导致能量的损耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种低品位热驱动吸收式化学反应制冷热泵循环装置，该装置利用可逆化学反应实现制冷/制热，相比于液体汽化相变制冷/制热，拥有更高的性能系数，能够实现在较大的压缩比下分别将气态制冷工质氨气和二氧化碳提升压力，并且能够比较方便地调节满足化学反应的两种气态制冷工质的流量比例。

本发明的另一个目的是提供一种利用所述循环装置制冷/制热的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：