[发明专利]发生器－吸收器－换热传热装置和方法及其在热泵中的应用

说明书

本申请是1994年11月23日提出的申请编号为08/347,255的部分继续，本文公开编入供参考。

本发明按照能源部签定的合同86X-17497C，在政府支持下编制的。政府对本发明拥有一定权利。

本发明涉及制冷和热泵系统，更具体地说，涉及发生器-吸收器换热(“GAX”)式吸收制冷循环。本发明特别适用于气-气燃气吸收热泵。

吸收制冷循环研制于19世纪中叶，主要用于制冷系统。这种循环采用致冷剂/吸收剂混合物操作，致冷剂蒸气在吸收器被吸入液态吸收剂，从而放热，然后在发生器中加热致冷剂/吸收剂混合物，馏出致冷剂蒸气。冷凝器也放热，蒸发器排热，两者将循环完成。吸收器吸收产生的热与冷凝器来的一道排到冷却剂，一般是冷却水。

这些早期的单级吸收循环系统效能低，但在电动机出现前，常常优于压缩系统，因为操作用的热能成本低，所需的机械能也比压缩系统要少。对于多数使用场合，使用这种单级吸收系统，随着气体和电能相对成本的改变以及电动操作压缩系统的改善而衰落。但是，即使在今天，这种效能相当低的单级系统仍然用于低压溴化锂商用空调系统和游览车及宾馆房间的制冷系统中。

1913年，Altenkirch发明改进了吸收循环。该循环向发生器循环液态致冷剂/吸收剂传递吸收器产生的部分热能和向发生器传递从发生器流向吸收器的吸收剂部分热能要比早期的单级循环更加有效。这种传热降低了发生器从致冷剂/吸收剂混合物蒸发致冷剂所需的热输入。该系统称为吸收器换热(AHE)系统。

AHE循环曾在20世纪60年代初期用于生产吸收系统，对当时空调器成本效果非常有效。AHE循环用于住宅降温空调器起始于1965年。但是，即使是这种AHE系统，吸收器吸收过程产生的大部分热能仍被损失掉。AHE循环也曾试验用于气-气燃气热泵，当时这种热泵也有利于加热，但从未作商用生产。由于能源费用增加，AHE空调器已失去大部分价格优势，所以现今市场有限。

1913年，Altenkirch还发明了另一吸收循环，可从吸收器回收许多吸收热。这种循环人们称为发生器-吸收器换热(GAX)循环，利用附加换热系统，通过换热流体将吸收器吸收过程产生的高温热能传给发生器。利用这种GAX循环原理可以回收吸收器额外大量热能，也能利用比AHE系统高的发生器温度，因而能达到更高的能效。这种GAX系统加热效率，相对于使用特殊燃料，可能更高于炉子，锅炉等。

但是，以前工艺GAX循环系统具有缺点，即需要一个使用单独传热流体的独立传热回路。这种传热回路必须密闭，需要有膨胀室，需要有能变速流的密闭泵，还需要有控制传热流体流程的系统，以配合在特殊室外温度冷却或加热循环中被传递的GAX热能。此外，在传热回路中，使用不同于工质的流体，在传热回路与吸收器或发生器之间会产生交叉污染的危险。这些以前工艺GAX系统一般仍采用保持液相的传热流体，故只能利用传热液体的显热。

电热泵用标准冷凝器-蒸发器循环操作，迄今仍被利用作住宅和小型商业采暖和降温之用。但是，尽管电热泵能够有效满足在气候较热，如美国南部一些州区住宅和小型商业建筑物采暖和降温要求，但这种电热泵没有辅助加热设备却不能为气候温度降到30°F以下的地方提供所需采暖。此外，这种电热泵系统一般使用致冷剂，如对环境有害的含氯氟烃(HCFC)或含氯碳氟化合物(CFS)。

因此，需要有发生器-吸收器换热装置和适用于住宅或小型商用热泵的方法，有效地把吸收器吸收过程产生的大部分热能传给发生器，而不用昂贵易于发生故障的独立传热回路。

推出的本发明发生器-吸收器换热装置和方法能立即满足需要，因为它使用了对环境安全的流体作为工质和换热流体，有效回收吸收器吸收过程产生的大部分热能，不需要完善的控制系统，可有利地使用工质潜热和显热两者或其中之一，通过汽相与液相间操作，从吸收器向发生器传热，还由于尺寸，成本和效率原因，能够用来满足广大气候条件下住宅和商业采暖和降温需要，其中包括对0°F以下温度的充分采暖。

本发明的附加特性和优点在图纸和所附书面说明中有所陈述，部分从图纸的书面说明中一目了然，也可从本发明惯用作法中学到。实现和达到本发明的优点可用发生器-吸收器换热装置，装在发生器-吸收吕换热装置的热泵以及发生器-吸收器换热装置中吸收器与发生器之间传热方法，这些在图纸，书面说明及其权利要求中具体指出。