專利名稱：連續型太陽能無泵自復疊吸收式制冷系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種連續型太陽能自復疊無泵吸收式制冷系統，尤其涉及太陽能驅動
的吸收式制冷系統、無泵吸收式制冷系統、連續型吸收式制冷系統和自復疊制冷系統。
背景技術：
目前在人們使用的常規能源中，化石能源占有主要地位。但是一方面化石能源屬 于不可再生能源，隨著不斷的消耗，可供人們使用的化石能源越來越少；另一方面，在使用 化石能源的同時會產生大量二氧化碳和二氧化硫等對環境有害的物質。人類社會常年使用 化石能源帶來的危害，如能源的枯竭和環境惡化等問題已經相當嚴重。在這種背景下，太陽 能作為一種新型清潔的可再生能源越來越引起了人們的重視。太陽能總量巨大，自上世紀 90年代以來世界各國都對太陽能利用進行了大量研究。我國也將太陽能作為能源發展的重 要領域，投入了大量人力物力進行研究和開發，并且在十一五規劃中明確提出要加快發展 太陽能等可再生能源。但是太陽能的一些自身缺陷，如能流密度低、能量不穩定等問題大大 限制了其利用價值。目前常用太陽能利用手段都有不足之處如，通過太陽能光伏發電效率 比較低、成本比較高，而通過太陽能光熱轉換得到的熱能溫度比較低，難以進一步利用等。
制冷空調技術是能源利用領域中的重要部分，其中的吸收式制冷技術有獨特的應 用價值。吸收式制冷機是一種利用溶液的特性來完成的熱驅動制冷裝置，尤其是可以利用 余熱、廢熱、地熱和太陽能等低品位熱能，具有寬廣的發展前景。吸收式制冷機在美國南北 戰爭時開始被大量應用于制冰，主要是用氨-水為工質對。然而，普通的吸收式制冷循環由 于自身技術的缺陷無法獲得較低的制冷溫度。專利(03115631.2)采用自復疊的吸收式制 冷系統可以達到較低的制冷溫度，但是自復疊吸收系統要通過溶液泵來提升溶液壓力，溶 液泵消耗大量的能量使得系統的總體效率非常低。 針對以上的問題，本發明提出了連續型太陽能無泵自復疊吸收式制冷系統，能夠 適應太陽能的特點，有效利用太陽能光熱轉換后的低品位熱進行制冷，且通過無泵技術，徹 底脫離了對電能的依賴，從理論上提高了系統效率，并且這樣一來還減少了機械噪音和振 動，更適合于特殊場合的應用。另外本發明采用氫氟烴(或氫氟烴混合物)-DMF作為工質 對，結合了自復疊制冷循環，克服了 LiBr-H20為工質對的無泵吸收式系統制冷溫度不夠低
的缺陷，可以達到ot:以下的制冷溫度，在利用低品位能源-太陽能方面有巨大的潛力。
發明內容
本發明的目的在于針對現有的技術不足，提供一種連續型太陽能無泵自復疊吸收 式制冷系統，它能夠利用太陽能及其它低品位熱作為能源，并且采用無泵吸收式制冷與自 復疊制冷相結合的模式，使得系統無需消耗電能及其他高品位能源，有顯著的節能減排效 果，并且無噪音、無振動、可以達到較低的制冷溫區。 連續型太陽能自復疊無泵吸收式制冷系統包括自復疊制冷模塊與無泵吸收模塊， 自復疊制冷模塊為氣體冷卻器的出口與第一熱交換器的第一入口相連，第一熱交換器的第一出口與精餾器的入口相連，精餾器的氣相出口與冷凝-蒸發器的第一入口相連，經過 節流元件與蒸發器的入口相連，精餾器的液相出口經過節流元件與蒸發器的出口連接同時 又與冷凝_蒸發器的第二入口相連，冷凝_蒸發器的第二出口與第一熱交換器的第二入口 相連，第一熱交換器的第二出口分成并聯的兩路進入無泵吸收模塊，分別與第三截止閥和 第四截止閥相連；無泵吸收模塊為集熱發生器的液相出口與第二熱交換器的第一入口相 連，第二熱交換器的第一出口與冷卻套管的第一入口相連，冷卻套管的第一出口分成并聯 的兩路，第一路經過第一截止閥與第一吸收器的第二入口相連，第二路經過第二截止閥與 第二吸收器的第二入口相連，第一吸收器的第一出口與第二吸收器的第一出口分別經過第 七截止閥與第八截止閥合并成一路再與第二熱交換器的第二入口相連，第二熱交換器的第 二出口與集熱發生器的入口相連，集熱發生器的氣相出口與氣液分離器的入口相連，氣液 分離器的第一出口分成并聯的兩路，一路經過第五截止閥第一吸收器的第三入口相連，另 一路經過第六截止閥與第二吸收器的第三入口相連，氣液分離器的第二出口與自復疊制冷 模塊的氣體冷卻器的入口相連，冷卻套管的第二入口經過第十三截止閥與冷卻水進水管相 連，吸收器的第四入口經過第九截止閥與冷卻水進水管相連，第二吸收器的第四入口經過 第十截止閥與冷卻水進水管相連，冷卻套管的第二出口與冷卻水出水管相連，第一吸收器 的第二出口經過第十一截止閥與冷卻水出水管相連，第二吸收器的第二出口經過第十二截 止閥與冷卻水出水管相連。 該系統用太陽能或其他低品位能源驅動，并采用二元或三元非共沸混合物為制冷 劑，DMF為吸收劑。 所采用的非共沸混合制冷劑為氫氟烴混合制冷劑或氫氟烴與氫烴混合制冷劑。
第一節流元件6、第二節流元件8是毛細管、手動節流閥或自動節流閥，第一熱交 換器4、第二熱交換器13是套管式換熱器或板式換熱器。本發明與現有技術相比具有的有 益效果 1)節能性。本發明通過集熱器采集太陽能作為能源進行驅動，并且通過合理的發 生器與吸收器的空間布置，使得制冷劑能夠實現無泵循環，因此不必使用溶液泵。于是整個 系統的運行時幾乎不需要電能的輸入。
2)低制冷溫度。本發明在結構上采用了自復疊制冷技術，并且以氫氟烴混合物或
氫氟烴與氫烴的混合物為制冷劑，DMF為吸收劑，使得系統可以達到比普通吸收式系統更低
的制冷溫度，理論上可以達到ot:以下。這就大大拓展了本發明的應用范圍。 3)其他優勢。由于本系統無需使用溶液泵，就使得系統大大減少了溶液泄露的可
能性，系統更加穩定。另外由于沒有運動部件，系統沒有噪音和振動，可以在需要無振動、無
噪音的場合下使用。
圖l是連續型無泵自復疊吸收式制冷系統流程圖。圖中 集熱發生器1、氣液分離器2、氣體冷卻器3、第一熱交換器4、精餾器5、第一節流元 件6、蒸發器7、第二節流元件8，冷凝-蒸發器9、第一吸收器10、第二吸收器11、冷卻套管 12、第二熱交換器13、第一截止閥14、第二截止閥15、第三截止閥16、第四截止閥17、第五截 止閥18、第六截止閥19、第七截止閥20、第八截止閥21、第九截止閥22、第十截止閥23、第十一截止閥24、第十二截止閥25、第十三截止閥26。
具體實施例方式
如圖1所示，連續型太陽能自復疊無泵吸收式制冷系統包括自復疊制冷模塊與無 泵吸收模塊，自復疊制冷模塊為氣體冷卻器的出口與第一熱交換器的第一入口相連，第一 熱交換器的第一出口與精餾器的入口相連，精餾器的氣相出口與冷凝-蒸發器的第一入口 相連，經過節流元件與蒸發器的入口相連，精餾器的液相出口經過節流元件與蒸發器的出 口連接同時又與冷凝_蒸發器的第二入口相連，冷凝_蒸發器的第二出口與第一熱交換器 的第二入口相連，第一熱交換器的第二出口分成并聯的兩路進入無泵吸收模塊，分別與第 三截止閥和第四截止閥相連；無泵吸收模塊為集熱發生器的液相出口與第二熱交換器的 第一入口相連，第二熱交換器的第一出口與冷卻套管的第一入口相連，冷卻套管的第一出 口分成并聯的兩路，第一路經過第一截止閥與第一吸收器的第二入口相連，第二路經過第 二截止閥與第二吸收器的第二入口相連，第一吸收器的第一出口與第二吸收器的第一出口 分別經過第七截止閥與第八截止閥合并成一路再與第二熱交換器的第二入口相連，第二熱 交換器的第二出口與集熱發生器的入口相連，集熱發生器的氣相出口與氣液分離器的入口 相連，氣液分離器的第一出口分成并聯的兩路，一路經過第五截止閥第一吸收器的第三入 口相連，另一路經過第六截止閥與第二吸收器的第三入口相連，氣液分離器的第二出口與 自復疊制冷模塊的氣體冷卻器的入口相連，冷卻套管的第二入口經過第十三截止閥與冷卻 水進水管相連，吸收器的第四入口經過第九截止閥與冷卻水進水管相連，第二吸收器的第 四入口經過第十截止閥與冷卻水進水管相連，冷卻套管的第二出口與冷卻水出水管相連， 第一吸收器的第二出口經過第十一截止閥與冷卻水出水管相連，第二吸收器的第二出口經 過第十二截止閥與冷卻水出水管相連。 該系統用太陽能或其他低品位能源驅動，并采用二元或三元非共沸混合物為制冷 劑，DMF為吸收劑。 所采用的非共沸混合制冷劑為氫氟烴混合制冷劑或氫氟烴與氫烴混合制冷劑。
第一節流元件6、第二節流元件8是毛細管、手動節流閥或自動節流閥，第一熱交 換器4、第二熱交換器13是套管式換熱器或板式換熱器。 其中吸收器有兩種工作模式噴淋吸收工作模式與溶液輸出工作模式。當吸收器 內液面低于設定值時開始進行噴淋吸收工作模式，此時與吸收器第一入口 、第二入口 、第四 入口、第二出口相連的截止閥都打開，與第三入口、第一出口相連的截止閥都關閉，來自自 復疊制冷模塊的氣態制冷劑進入吸收器，同時來自集熱發生器的稀溶液在吸收器內進行噴 淋吸收，并在吸收器內形成低壓。吸收了制冷劑后變成濃溶液積累在吸收器內，液面不斷 升高。吸收時發出的熱量由吸收器內冷卻盤管中的冷卻水帶走。當液面升高到設定值后開 始進行溶液輸出工作模式，此時與第一入口、第二入口、第四入口、第二出口相連的截止閥 都關閉，與第三入口，第一出口相連的截止閥都打開。來自氣液分離器2的少量高壓氣體進 入吸收器內以平衡吸收器與集熱發生器1的壓力，濃溶液在重力差的作用下不斷流出吸收 器，回到集熱發生器l，吸收器內的液面不斷降低。當液面低于設定值后再一次進行噴淋吸 收模式，如此往復。系統運行時，第一吸收器與第二吸收器處于不同的工作模式且交替運 行，保證任意時刻都有吸收過程在進行，同時也不斷有濃溶液回到發生器。
系統總的工作過程描述如下濃溶液在氣態制冷劑在集熱發生器1中被加熱。進 而高溫高壓的氣態混合制冷劑在集熱發生器1的上部生成，并從其上部出口流出后進入氣 液分離器2，夾帶在氣態混合制冷劑中的液態微粒在這里被分離。高溫高壓的氣態混合制冷 劑在氣液分離器2中分為兩路，一路經其第二出口后又分為兩路，一路經過第五截止閥18 進入第一吸收器IO，另一路經過第六截止閥19進入第二吸收器ll，高壓氣體為這兩個吸收 器提供足夠的壓力；另一路經其第一出口進入自復疊制冷模塊，經過氣體冷卻器3后變為 常溫高壓的混合氣液兩相制冷劑，再經過第一熱交換器4進一步冷凝后進入精餾器5，混合 制冷劑在這里分離成高沸點與低沸點兩股流體，高沸點的液相制冷劑從精餾器5的液相出 口流出經過節流元件6后變為低溫低壓的氣液兩相流體，與來自蒸發器的低溫低壓的低沸 點制冷劑混合后進入冷凝蒸發器，吸收來自精餾器5的氣相出口的高壓低沸點氣態制冷劑 的熱量而蒸發，同時低沸點氣態制冷劑在這里冷凝放熱成為低溫高壓的液態制冷劑，又經 過節流元件8后成為更低溫低壓的氣液兩相制冷劑并進入蒸發器，吸收外界的熱量從而對 外界目標進行冷卻。從蒸發器出口出來的低壓低溫低沸點的氣態制冷劑與來自節流元件8 的低溫低壓高沸點的氣液兩相制冷劑混合。從冷凝蒸發器9流出的氣態混合制冷劑經過第 一熱交換器4被進一步加熱，成為常溫低壓的混合制冷劑進入吸收器10或11被吸收。集熱 發生器1上部的氣體發生后，留下高溫的稀溶液，從其液相出口流出經過第二熱交換器13 后進入冷卻套管被進一步降溫，然后進入吸收器10或11進行吸收，吸收了制冷劑成為濃溶 液后再經過第二熱交換器13回到集熱發生器1底部。來自外部的冷卻水分成三路，分別到 吸收器10或11以及冷卻套管12中吸收制冷劑的熱量，最后又合并成一路排出系統。
該系統運行的可行性分析如下 集熱發生器中制冷劑的壓力為Pg，發生后的氣相壓力與集熱發生器中制冷劑的壓 力相等也為Pg，然后氣相制冷劑進入自復疊制冷模塊，忽略沿途管路壓力損失，經過節流后 壓力為Pa與進行噴淋吸收工作模式的吸收器的壓力相等，且Pa遠低于Pg，這樣來自自復疊 吸收模塊的氣態制冷劑可以進入吸收器。假設吸收器與發生器的高度差引起的壓力變化為 ph，并且Ph小于發生器與吸收器的壓差Pg_Pa，那么進入吸收器的稀溶液的壓力為Pg_Ph，則 該壓力大于進行噴淋吸收模式的吸收器的壓力Pa，稀溶液可以進入正在吸收器。與此同時， 一部分發生后的高壓氣相制冷劑被引入到進行溶液輸出模式的吸收器，此時該吸收器中濃 溶液的靜壓為Pg，而由于吸收器與發生器存在高度差，那么吸收器中制冷劑的總壓為Pg+Ph， 其中Ph轉換成動壓，于是進行溶液輸出模式的吸收器中的濃溶液可以順利流入發生器。至 此，系統中各處壓力都符合要求，整個制冷循環過程可以在系統中順利地進行，該系統是可 行的。
權利要求
一種連續型太陽能自復疊無泵吸收式制冷系統，其特征在于它包括自復疊制冷模塊與無泵吸收模塊，自復疊制冷模塊為氣體冷卻器(3)的出口(3b)與第一熱交換器(4)的第一入口(4a)相連，第一熱交換器(4)的第一出口(4b)與精餾器(5)的入口(5a)相連，精餾器(5)的氣相出口(5c)與冷凝-蒸發器(9)的第一入口(9a)相連，經過節流元件(8)與蒸發器(7)的入口(7a)相連，精餾器(5)的液相出口(5b)經過節流元件(6)與蒸發器(7)的出口(7b)連接同時又與冷凝-蒸發器(9)的第二入口(9c)相連，冷凝-蒸發器(9)的第二出口(9d)與第一熱交換器(4)的第二入口(4c)相連，第一熱交換器(4)的第二出口(4d)分成并聯的兩路進入無泵吸收模塊，分別與第三截止閥(16)和第四截止閥(17)相連；無泵吸收模塊為集熱發生器(1)的液相出口(1b)與第二熱交換器(13)的第一入口(13a)相連，第二熱交換器(13)的第一出口(13b)與冷卻套管(12)的第一入口(12a)相連，冷卻套管(12)的第一出口(12b)分成并聯的兩路，第一路經過第一截止閥(14)與第一吸收器(10)的第二入口(10c)相連，第二路經過第二截止閥(15)與第二吸收器(11)的第二入口(11c)相連，第一吸收器(10)的第一出口(10b)與第二吸收器(11)的第一出口(11b)分別經過第七截止閥(20)與第八截止閥(21)合并成一路再與第二熱交換器(13)的第二入口(13c)相連，第二熱交換器(13)的第二出口(13d)與集熱發生器(1)的入口(1a)相連，集熱發生器(1)的氣相出口(1c)與氣液分離器(2)的入口相連，氣液分離器(2)的第一出口(2a)分成并聯的兩路，一路經過第五截止閥(18)第一吸收器(10)的第三入口(10d)相連，另一路經過第六截止閥(19)與第二吸收器(11)的第三入口(11d)相連，氣液分離器(2)的第二出口(2b)與自復疊制冷模塊的氣體冷卻器(3)的入口(3a)相連，冷卻套管(12)的第二入口(12c)經過第十三截止閥(26)與冷卻水進水管相連，吸收器(10)的第四入口(10e)經過第九截止閥(22)與冷卻水進水管相連，第二吸收器(11)的第四入口(11e)經過第十截止閥(23)與冷卻水進水管相連，冷卻套管(12)的第二出口(12d)與冷卻水出水管相連，第一吸收器(10)的第二出口(10f)經過第十一截止閥(24)與冷卻水出水管相連，第二吸收器(11)的第二出口(11f)經過第十二截止閥(25)與冷卻水出水管相連。
2. 根據權利要求1所述的連續型太陽能自復疊無泵吸收式制冷系統，其特征在于該系 統用太陽能或其他低品位能源驅動，并采用二元或三元非共沸混合物為制冷劑，DMF為吸收 劑。
3. 根據權利要求4所述的連續型太陽能自復疊無泵吸收式制冷系統，其特征在于所采 用的非共沸混合制冷劑為氫氟烴混合制冷劑或氫氟烴與氫烴混合制冷劑。
4. 根據權利要求1所述的連續型太陽能自復疊無泵吸收式制冷系統，其特征在于第一 節流元件6、第二節流元件8是毛細管、手動節流閥或自動節流閥，第一熱交換器4、第二熱 交換器13是套管式換熱器或板式換熱器。
全文摘要
本發明提供了一種連續型太陽能無泵自復疊吸收式制冷系統。它具有可利用太陽能作為驅動熱源，采用無泵的自復疊吸收式制冷，應用二元或多元非共沸混合物為制冷劑，DMF(N，N-二甲基甲酰胺)為吸收劑來實現深度制冷等特點。這樣不僅可以擴展了太陽能在工、農業等領域的應用，而且把吸收式制冷向深度制冷溫區推進，拓展吸收制冷的應用范圍。該吸收式系統采用的是無泵自復疊循環，具有無噪聲、無振動、制冷劑泄漏少等優點，特別適用對環境噪聲有嚴格要求的場合。
文檔編號F25B15/00GK101776349SQ20101010618
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月2日 優先權日2010年2月2日
發明者徐英杰, 王勤, 陳光明, 韓曉紅 申請人:浙江大學