基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統及方法，該系統包括動力子循環、吸收式制冷子循環和壓縮式制冷子循環，其中該系統采用中低溫熱源驅動動力子循環作功，動力子循環的排熱驅動吸收式制冷子循環制冷，動力子循環所作的功驅動壓縮式制冷子循環制冷，吸收式制冷子循環與壓縮式制冷子循環構成復疊式制冷系統，吸收式制冷子循環工作于高溫區，壓縮式制冷子循環工作于低溫區;高溫區的吸收式制冷子循環的蒸發制冷過程為低溫區的壓縮式制冷子循環的冷凝過程提供冷卻負荷，二者通過蒸發-冷凝器相結合。整個系統的輸入能量為中低溫熱源，產品輸出為低溫冷。
【專利說明】基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及中低溫熱源制冷【技術領域】，特別是一種基于正逆循環耦合的吸收-壓縮復疊式制冷系統和方法。
【背景技術】
[0002]氨水吸收式制冷技術是一種可以利用低溫余熱資源或太陽能、地熱等低溫可再生能源驅動的制冷技術，其制冷溫度范圍廣，約為10°c?-60°c，廣泛用于空調、冷庫、石油冶煉及其他化工過程中。單級氨水吸收式制冷蒸發溫度不宜過低，適合于空調、冷庫冷藏以及某些工業部門。但另外還有一些工業部門，比如食品加工行業(食品的速凍、冷凍干燥、長期保鮮等)、某些燃氣(丙烷等)液化、某些低溫環境實驗室以及固體CO2 (干冰)的制取等，需要使用溫度較低的冷量(比如低于-30°C )，此時單級氨水吸收式制冷已很難滿足要求，需要采用雙級流程。雙級循環與單級循環相比，熱力系數較低，而且系統復雜，設備較多，金屬消耗量較大，另外運行也較為復雜。對于低溫冷量，工業上還可采用復疊式壓縮制冷循環來制得，但該循環高溫區和低溫區部采用壓縮式制冷循環，將會消耗大量功。
【發明內容】
[0003](一 )要解決的技術問題
[0004]為了克服現有雙級氨水吸收式制冷系統的不足，本發明提供一種基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統及方法，通過將三個較為簡單的子循環，即朗肯循環、單級氨水吸收式制冷循環以及壓縮式制冷循環，進行有機結合，來利用中低溫熱源制得低溫冷量。
[0005]( 二 )技術方案
[0006]為了達到上述目的，本發明提供了一種基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統，該系統包括動力子循環、吸收式制冷子循環和壓縮式制冷子循環，其中該系統采用中低溫熱源驅動動力子循環作功，動力子循環的排熱驅動吸收式制冷子循環制冷，動力子循環所作的功驅動壓縮式制冷子循環制冷，吸收式制冷子循環與壓縮式制冷子循環構成復疊式制冷系統，吸收式制冷子循環工作于高溫區，壓縮式制冷子循環工作于低溫區；高溫區的吸收式制冷子循環的蒸發制冷過程為低溫區的壓縮式制冷子循環的冷凝過程提供冷卻負荷，二者通過蒸發-冷凝器相結合。
[0007]上述方案中，所述動力子循環包括依次連接成環路的高壓溶液泵1、蒸氣發生器
2、膨脹機3、再沸器4和第一冷凝器5，其中，來自第一冷凝器5的溶液SI經過高壓泵I加壓后形成S2，進入蒸氣發生器2中，被外熱源加熱形成過熱蒸氣S3后進入膨脹機3膨脹作功，膨脹機3排氣S4依次進入再沸器4和第一冷凝器5，將冷凝熱的高溫部分用于吸收式制冷子循環中溶液的加熱過程，冷凝熱的低溫部分排向環境。
[0008]上述方案中，所述高壓溶液泵I是液體加壓設備，用于提高液體壓力；所述的蒸氣發生器2和所述再沸器4是流體換熱設備，用于冷熱物流之間的熱量交換；所述膨脹機3是氣體膨脹作功設備，膨脹機3利用高溫高壓蒸氣膨脹作功；所述第一冷凝器5是冷凝設備，用于將動力循環工質蒸氣進行冷凝，冷凝放熱通過冷卻介質排向環境。
[0009]上述方案中，所述吸收式制冷子循環包括吸收器6、低壓溶液泵7、溶液換熱器8、精餾塔9、第二冷凝器10、過冷器11、氨節流閥12、蒸發-冷凝器13和溶液節流閥14，其中:來自吸收器6的濃溶液S6經過低壓溶液泵7加壓、溶液換熱器8預熱后進入精餾塔9，分離成高純度的塔頂氨蒸氣S12和低濃度的塔釜稀溶液S9;塔釜稀溶液S9先經過溶液換熱器8進行熱量回收后再經過溶液節流閥14節流降壓，形成的低壓稀溶液Sll進入吸收器6;塔頂氨蒸氣S12進入第二冷凝器10中冷凝成液氨S13后進入過冷器11，與來自蒸發-冷凝器13的低溫氨蒸氣S16換熱后，形成具有一定過冷度的液氨S14，經過氨節流閥12節流降壓后進入蒸發-冷凝器13蒸發，形成的低溫低壓氨蒸氣S16在過冷器11中進行冷量回收后進入吸收器6，被稀溶液Sll吸收，重新形成濃溶液S6。
[0010]上述方案中，所述吸收器6是氣液混合吸收設備，采用吸收劑吸收制冷劑蒸氣，吸收過程所放熱量通過冷卻介質排向環境；所述低壓溶液泵7是液體加壓設備，用于提高液體壓力；所述溶液換熱器8和所述過冷器11是流體換熱設備，用于冷熱物流之間的熱量交換；所述精餾塔9用于實現混合工質的分離與提純，以制得高純度的制冷劑蒸氣和低濃度的吸收劑溶液；所述第二冷凝器10是冷凝設備，用于將制冷劑蒸氣進行冷凝，冷凝放熱通過冷卻介質排向環境；所述氨節流閥12和溶液節流閥14是液體節流降壓裝置，分別用于實現高溫區制冷劑氨和塔釜溶液的降壓；所述蒸發-冷凝器13是吸收式制冷子循環和壓縮式制冷子循環的結合點，用于將高溫區制冷劑在其中吸熱蒸發，以使低溫區制冷劑蒸氣冷凝。
[0011]上述方案中，所述壓縮式制冷子循環包括壓縮機15、CO2節流閥16、CO2蒸發器17及蒸發-冷凝器13，其中:壓縮機15在動力子循環的膨脹機3的驅動下壓縮低壓制冷劑蒸氣S21，形成高壓制冷劑蒸氣S18，S18進入蒸發-冷凝器13后冷凝成液態制冷劑C02，該過程的冷凝熱由吸收式制冷子循環中的氨制冷劑吸收；所得的液態CO2經過CO2節流閥16節流降壓后進入CO2蒸發器17蒸發制冷，所得到的低溫冷量即為該復疊式制冷系統的產品輸出。
[0012]上述方案中，所述壓縮機15是氣體加壓設備，用于將低壓制冷劑蒸氣壓縮達到高壓狀態，壓縮機15與膨脹機3通過聯軸器連接，壓縮機15所消耗的壓縮功由膨脹機3提供；所述CO2節流閥16是液體節流降壓裝置，用于實現低溫區制冷劑CO2的降壓；所述CO2蒸發器17是該復疊制冷系統的制冷部件，用于將低溫區制冷劑在其中吸熱蒸發，以制得低溫冷量；所述蒸發-冷凝器13是與所述吸收式制冷子循環共用。
[0013]上述方案中，該復疊式制冷系統的能量輸入為工業余熱、太陽能或地熱的中低溫外熱源，產品輸出為低溫冷量。
[0014]為達到上述目的，本發明還提供了一種基于正逆循環耦合的復疊式制冷方法，該方法采用中低溫熱源驅動動力子循環作功，動力子循環的排熱驅動吸收式制冷子循環制冷，動力子循環所作的功再驅動壓縮式制冷子循環制冷。其中，所述吸收式制冷子循環與所述壓縮式制冷子循環構成復疊式制冷系統，吸收式制冷子循環工作于高溫區，壓縮式制冷子循環工作于低溫區；高溫區的吸收式制冷子循環的蒸發制冷過程為低溫區的壓縮式制冷子循環的冷凝過程提供冷卻負荷，二者通過蒸發-冷凝器相結合。
[0015](三)有益效果[0016]從上述技術方案看，本發明具有以下有益效果:
[0017]1、本發明提供的這種基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統及方法，以中低品位熱為熱源，既可以是工業余熱，也可以是太陽能、地熱等中低溫的可再生能源，以達到節能減排的目的；該系統采用氨水混合物和CO2這兩種自然工質為循環介質，環保無污染。
[0018]2、本發明提供的這種基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統及方法，以氨水混合工質的動力循環和吸收式制冷循環為基礎，來系統內外的熱能，將中低溫熱源先通過動力子循環作功，所作的功再驅動壓縮式制冷子循環制冷；動力子循環的排熱用于吸收式制冷；吸收式制冷子循環和壓縮式制冷子循環構成復疊式制冷循環，其中吸收式循環工作于高溫區，壓縮式循環工作于低溫區，二者通過蒸發-冷凝器相結合。整個系統的能量輸入為中低溫熱量，輸出為低溫冷量。
[0019]3、本發明提供的這種基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統及方法，動力子循環以氨水為工質，蒸發過程溫度逐漸升高，可以與顯熱熱源進行良好的溫度匹配，減小了動力工質蒸發過程的不可逆損失；且動力子循環膨脹機排熱溫度較高，可以在吸收式制冷子循環中進一步利用。
[0020]4、本發明提供的這種基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統及方法，流程簡單，各單元技術較為成熟，便于工業化利用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明提供的基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統實施例的示意圖。【具體實施方式】
[0022]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0023]如圖1所示，圖1是本發明提供的基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統實施例的示意圖。其中SI至S21表示循環工質。S22和S23表示熱源介質。該系統包括動力子循環、吸收式制冷子循環和壓縮式制冷子循環，其中該系統采用中低溫熱源驅動動力子循環作功，動力子循環的排熱驅動吸收式制冷子循環制冷，動力子循環所作的功驅動壓縮式制冷子循環制冷，吸收式制冷子循環與壓縮式制冷子循環構成復疊式制冷系統，吸收式制冷子循環工作于高溫區，壓縮式制冷子循環工作于低溫區；高溫區的吸收式制冷子循環的蒸發制冷過程為低溫區的壓縮式制冷子循環的冷凝過程提供冷卻負荷，二者通過蒸發-冷凝器相結合。該復疊式制冷系統的能量輸入為工業余熱、太陽能或地熱的中低溫外熱源，產品輸出為低溫冷量。
[0024]參照圖1，動力子循環包括依次連接成環路的高壓溶液泵1、蒸氣發生器2、膨脹機
3、再沸器4和第一冷凝器5，其中，來自第一冷凝器5的溶液SI經過高壓泵I加壓后形成S2，進入蒸氣發生器2中，被外熱源加熱形成過熱蒸氣S3后進入膨脹機3膨脹作功，膨脹機3排氣S4依次進入再沸器4和第一冷凝器5，將冷凝熱的高溫部分用于吸收式制冷子循環中溶液的加熱過程，冷凝熱的低溫部分排向環境。
[0025]其中，高壓溶液泵I是液體加壓設備，用于提高液體壓力；蒸氣發生器2和所述再沸器4是流體換熱設備，用于冷熱物流之間的熱量交換；膨脹機3是氣體膨脹作功設備，膨脹機3利用高溫高壓蒸氣膨脹作功；第一冷凝器5是冷凝設備，用于將動力循環工質蒸氣進行冷凝，冷凝放熱通過冷卻介質排向環境。
[0026]參照圖1，吸收式制冷子循環包括吸收器6、低壓溶液泵7、溶液換熱器8、精餾塔9、第二冷凝器10、過冷器11、氨節流閥12、蒸發-冷凝器13和溶液節流閥14，其中:來自吸收器6的濃溶液S6經過低壓溶液泵7加壓、溶液換熱器8預熱后進入精餾塔9，分離成高純度的塔頂氨蒸氣S12和低濃度的塔釜稀溶液S9;塔釜稀溶液S9先經過溶液換熱器8進行熱量回收后再經過溶液節流閥14節流降壓，形成的低壓稀溶液Sll進入吸收器6;塔頂氨蒸氣S12進入第二冷凝器10中冷凝成液氨S13后進入過冷器11，與來自蒸發-冷凝器13的低溫氨蒸氣S16換熱后，形成具有一定過冷度的液氨S14，經過氨節流閥12節流降壓后進入蒸發-冷凝器13蒸發，形成的低溫低壓氨蒸氣S16在過冷器11中進行冷量回收后進入吸收器6，被稀溶液Sll吸收，重新形成濃溶液S6。
[0027]其中，吸收器6是氣液混合吸收設備，采用吸收劑吸收制冷劑蒸氣，吸收過程所放熱量通過冷卻介質排向環境；低壓溶液泵7是液體加壓設備，用于提高液體壓力；溶液換熱器8和所述過冷器11是流體換熱設備，用于冷熱物流之間的熱量交換；精餾塔9用于實現混合工質的分離與提純，以制得高純度的制冷劑蒸氣和低濃度的吸收劑溶液；第二冷凝器10是冷凝設備，用于將制冷劑蒸氣進行冷凝，冷凝放熱通過冷卻介質排向環境；氨節流閥12和溶液節流閥14是液體節流降壓裝置，分別用于實現高溫區制冷劑氨和塔釜溶液的降壓；蒸發-冷凝器13是吸收式制冷子循環和壓縮式制冷子循環的結合點，用于將高溫區制冷劑在其中吸熱蒸發，以使低溫區制冷劑蒸氣冷凝。
[0028]參照圖1，所述壓縮式制冷子循環包括壓縮機15、CO2節流閥16、CO2蒸發器17及蒸發-冷凝器13，其中:壓縮機15在動力子循環的膨脹機3的驅動下壓縮低壓制冷劑蒸氣S21，形成高壓制冷劑蒸氣S18，S18進入蒸發-冷凝器13后冷凝成液態制冷劑CO2,該過程的冷凝熱由吸收式制冷子循環中的氨制冷劑吸收；所得的液態CO2經過CO2帶流閥16節流降壓后進入CO2蒸發器17蒸發制冷，所得到的低溫冷量即為該復疊式制冷系統的產品輸出。
[0029]其中，壓縮機15是氣體加壓設備，用于將低壓制冷劑蒸氣壓縮達到高壓狀態，壓縮機15與膨脹機3通過聯軸器連接，壓縮機15所消耗的壓縮功由膨脹機3提供；C02節流閥16是液體節流降壓裝置，用于實現低溫區制冷劑CO2的降壓；C02蒸發器17是該復疊制冷系統的制冷部件，用于將低溫區制冷劑在其中吸熱蒸發，以制得低溫冷量；蒸發-冷凝器13是與所述吸收式制冷子循環共用。
[0030]再次參照圖1，高壓溶液泵I出口依次與蒸氣發生器2、膨脹機3、再沸器4和第一冷凝器5相連接；吸收器6出口依次與低壓溶液泵7、溶液換熱器8和精餾塔9相連接，精餾塔9塔底溶液出口依次與再沸器4、溶液換熱器8、溶液節流閥14和吸收器6相連接，精餾塔9的塔頂蒸氣出口依次與第二冷凝器10、過冷器11、節流閥12和蒸發-冷凝器13相連接，蒸發-冷凝器13與過冷器11相連接，過冷器11與吸收器6相連接；壓縮機15與膨脹機3通過聯軸器連接，壓縮機15高壓蒸氣出口依次與蒸發-冷凝器13、C02節流閥16和CO2蒸發器17相連接。
[0031]高壓溶液泵I和低壓溶液泵7是液體加壓設備，用于提高液體壓力。蒸氣發生器
2、再沸器4、溶液換熱器8和過冷器11是流體換熱設備，用于冷熱物流之間的熱量交換。膨脹機3和壓縮機15分別是氣體膨脹作功和氣體加壓設備，膨脹機3利用高溫高壓蒸氣膨脹作功，壓縮機15消耗膨脹機3產生的功將低壓制冷劑蒸氣壓縮達到高壓狀態。第一冷凝器5和第二冷凝器10是冷凝設備，分別用于將動力循環工質蒸氣和吸收式制冷子循環中的制冷劑蒸氣進行冷凝，冷凝放熱通過冷卻介質排向環境。吸收器6是氣液混合吸收設備，采用吸收劑吸收制冷劑蒸氣，吸收過程所放熱量通過冷卻介質排向環境。精餾塔9用于實現混合工質的分離與提純，以制得高純度的制冷劑蒸氣和低濃度的吸收劑溶液。氨節流閥12、溶液節流閥14和CO2節流閥16是液體節流降壓裝置，分別用于實現高溫區制冷劑氨、塔釜溶液和低溫區制冷劑CO2的降壓。蒸發-冷凝器13是兩個制冷子循環的結合點，朋于將高溫區制冷劑在其中吸熱蒸發，以便低溫區制冷劑蒸氣冷凝。CO2蒸發器17是該復疊制冷系統的制冷部件，用于將低溫區制冷劑在其中吸熱蒸發，以制得低溫冷量。
[0032]該復疊式制冷系統采用中低溫熱源驅動，該中低溫熱源可以是工業余熱、太陽能或地熱。該復疊式制冷系統中，動力子循環和吸收式制冷子循環中采用的工作介質可以為氨和水工質對，但不局限于氨和水工質對，也可以是其他工質對；壓縮式制冷子循環中采用的工作介質可以為CO2，但不局限于CO2，也可以為其他工質。
[0033]該復疊式制冷系統的具體工作流程為:
[0034]動力子循環中，來自第一冷凝器5的溶液SI經過高壓泵I加壓后形成S2，進入蒸氣發生器2中，被外熱源加熱形成過熱蒸氣S3后進入膨脹機3膨脹作功，膨脹機排氣S4依次進入再沸器4和第一冷凝器5，依次將冷凝熱的高溫部分用于吸收式制冷子循環中溶液的加熱過程，冷凝熱的低溫部分排向環境。
[0035]吸收式制冷子循環中，來自吸收器6的濃溶液S6經過低壓溶液泵7加壓、溶液換熱器8預熱后進入精餾塔9，分離成高純度的塔頂氨蒸氣S12和低濃度的塔釜稀溶液S9;塔釜稀溶液S9先經過溶液換熱器8進行熱量回收后再經過溶液節流閥14節流降壓，形成的低壓稀溶液Sll進入吸收器6;塔頂氨蒸氣S12進入第二冷凝器10中冷凝成液氨S13后進入過冷器11，與來自蒸發-冷凝器13的低溫氨蒸氣S16換熱后，形成具有一定過冷度的液氨S14，經過氨節流閥12節流降壓后進入蒸發-冷凝器13蒸發，形成的低溫低壓氨蒸氣S16在過冷器11中進行冷量回收后進入吸收器6，被稀溶液Sll吸收，重新形成濃溶液S6。
[0036]壓縮式制冷子循環中，壓縮機15在動力子循環的膨脹機3的驅動下壓縮低壓制冷劑蒸氣S21，形成高壓制冷劑蒸氣S18，S18進入蒸發-冷凝器13后冷凝成液態制冷劑C02，該過程的冷凝熱由吸收式制冷子循環中的氨制冷劑吸收；所得的液態CO2經過CO2節流閥16節流降壓后進入CO2蒸發器17蒸發制冷，所得到的低溫冷量即為該復疊式制冷系統的產品輸出。工作于低溫區的壓縮式制冷子循環中的壓縮機15所消耗的壓縮功由動力子循環的膨脹機3提供。整個系統只有中低溫外熱源輸入，不需要輸入功。
[0037]基于圖1所示的基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統，本發明還提供了一種基于正逆循環耦合的復疊式制冷方法，以中低溫余熱或太陽能等為驅動熱源。該方法采用中低溫熱源驅動動力子循環作功，動力子循環的排熱驅動吸收式制冷子循環制冷，動力子循環所作的功再驅動壓縮式制冷子循環制冷。吸收式制冷子循環與所述壓縮式制冷了循環構成復疊式制冷系統，吸收式制冷子循環工作于高溫區，壓縮式制冷子循環工作于低溫區；高溫區的吸收式制冷子循環的蒸發制冷過程為低溫區的壓縮式制冷子循環的冷凝過程提供冷卻負荷，二者通過蒸發-冷凝器相結合。整個系統的能量輸入為包括余熱、太陽能或地熱的中低溫外熱源，產品輸出為低溫冷量。
[0038]采用Aspen Plus軟件對本實施例進行模擬計算。模擬中假設冷卻水溫度為30°C，吸收式制冷子循環中液氨蒸發溫度為-15°C ;蒸發-冷凝器中換熱溫差為5°C，即CO2壓縮式制冷子循環中CO2冷凝溫度約為-10°C (壓力為27bar) ;C02蒸發器中制冷蒸發溫度約為-63°C (壓力為3.7bar)。在該壓比條件下，CO2壓縮機效為60.6%。基本工況下系統主要部件負荷及系統性能參數見表I。
[0039]
項目數據熱源溫度，V350煙氣流量，kg/h3000熱源熱量，kff275.5冷卻介質溫度，°c30氨蒸發溫度，V-15CO2蒸發溫度，V-63動力子循環工質氨濃度0.3吸收式制冷子循環濃溶液氨濃度0.37蒸氣發生器負荷，kW159.1排煙損失，kff116.4膨脹機作功量，kff24.1泵耗功，kff2.1壓縮機耗功，kff22再沸器負荷，kw100.3第一冷凝器負荷，kff35.4溶液換熱器負荷，kff153.7第二冷凝器負荷，kw59.1過冷器負荷，kw7.3蒸發-冷凝器負荷，kW57.9吸收器負荷，kw87.3CO2蒸發器負荷，kW35.8制冷量(-63°c)，kw35.8壓縮式制冷部分COPc1.63系統整體⑶P0.23系統整體熱效率，%13
[0040]表I
[0041]表I是基礎工況下基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統主要部件負荷及系統性能參數。
[0042]由表I可以看出，當輸入熱源溫度、冷卻水溫度和最終的制冷溫度分別為350°C、30°C和_63°C，輸入熱源所含熱量為275.5kW，動力子循環中氨水工質濃度和吸收式制冷子循環中濃溶液濃度分別為0.3和0.37時，系統排煙溫度為167.1°C，蒸氣發生器吸熱量為159.lkW，最終制得-63 °C的冷量為35.8kW。壓縮式制冷子循環的壓縮機耗功為22kW，壓縮式制冷部分的COP。為1.63，整體復疊式制冷系統的COP為0.23;若考慮排煙損失(116.4kW)，系統的整體熱效率為13%。本方法不需要額外消耗功，只需要消耗中低溫熱量即可制得較低溫度的冷量。
[0043]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統，其特征在于，該系統包括動力子循環、吸收式制冷子循環和壓縮式制冷子循環，其中該系統采用中低溫熱源驅動動力子循環作功，動力子循環的排熱驅動吸收式制冷子循環制冷，動力子循環所作的功驅動壓縮式制冷子循環制冷，吸收式制冷子循環與壓縮式制冷子循環構成復疊式制冷系統，吸收式制冷子循環工作于高溫區，壓縮式制冷子循環工作于低溫區；高溫區的吸收式制冷子循環的蒸發制冷過程為低溫區的壓縮式制冷子循環的冷凝過程提供冷卻負荷，二者通過蒸發-冷凝器相結入口 ο
2.根據權利要求1所述的基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統，其特征在于，所述動力子循環包括依次連接成環路的高壓溶液泵(I)、蒸氣發生器(2)、膨脹機(3)、再沸器(4)和第一冷凝器(5)，其中，來自第一冷凝器(5)的溶液SI經過高壓泵(I)加壓后形成S2，進入蒸氣發生器(2)中，被外熱源加熱形成過熱蒸氣S3后進入膨脹機(3)膨脹作功，膨脹機(3)排氣S4依次進入再沸器(4)和第一冷凝器(5)，將冷凝熱的高溫部分用于吸收式制冷子循環中溶液的加熱過程，冷凝熱的低溫部分排向環境。
3.根據權利要求2所述的基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統，其特征在于，所述高壓溶液泵(I)是液體加壓設備，用于提高液體壓力；所述蒸氣發生器(2)和所述再沸器(4)是流體換熱設備，用于冷熱物流之間的熱量交換；所述膨脹機(3)是氣體膨脹作功設備，膨脹機(3)利用高溫高壓蒸氣膨脹作功；.所述第一冷凝器(5)是冷凝設備，用于將動力循環工質蒸氣進行冷凝，冷凝放熱通過冷卻介質排向環境。
4.根據權利要求1所述的基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統，其特征在于，所述吸收式制冷子循環包括吸收器(6)、低壓溶液泵(7)、溶液換熱器(8)、精餾塔(9)、第二冷凝器(10)、過冷器(11)、氨節流閥(12)、蒸發-冷凝器(13)和溶液節流閥(14)，其中:來自吸收器(6)的濃溶液S6經過低壓溶液泵(7)加壓、溶液換熱器(8)預熱后進入精餾塔(9)，分離成高純度的塔頂氨蒸氣S12和低濃度的塔釜稀溶液S9;塔釜稀溶液S9先經過溶液換熱器(8)進行熱量回收后再經過溶液節流閥(14)節流降壓，形成的低壓稀溶液Sll進入吸收器(6);塔頂氨蒸氣S12進入第二冷凝器(10)中冷凝成液氨S13后進入過冷器(11)，與來自蒸發-冷凝器(13)的低溫氨蒸氣S16換熱后，形成具有一定過冷度的液氨S14，經過氨節流閥(12)節流降壓后進入蒸發-冷凝器(13)蒸發，形成的低溫低壓氨蒸氣S16在過冷器(11)中進行冷量回收后進入吸收器￠)，被稀溶液Sll吸收，重新形成濃溶液S6。
5.根據權利要求4所述的基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統，其特征在于，所述吸收器(6)是氣液混合吸收設備，采用吸收劑吸收制冷劑蒸氣，吸收過程所放熱量通過冷卻介質排向環境；所述低壓溶液泵(7)是液體加壓設備，用于提高液體壓力；所述溶液換熱器(8)和所述過冷器(11)是流體換熱設備，用于冷熱物流之間的熱量交換；所述精餾塔(9)用于實現混合工質的分離與提純，以制得高純度的制冷劑蒸氣和低濃度的吸收劑溶液；所述第二冷凝器(10)是冷凝設備，用于將制冷劑蒸氣進行冷凝，冷凝放熱通過冷卻介質排向環境；所述氨節流閥(12)和溶液節流閥(14)是液體節流降壓裝置，分別用于實現高溫區制冷劑氨和塔釜溶液的降壓；所述蒸發-冷凝器(13)是吸收式制冷子循環和壓縮式制冷子循環的結合點，用于將高溫區制冷劑在其中吸熱蒸發，以使低溫區制冷劑蒸氣冷凝。
6.根據權利要求1所述的基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統，其特征在于，所述壓縮式制冷子循環包括壓縮機(15)、C02節流閥(16)、C02蒸發器(17)及蒸發-冷凝器(13)，其中:壓縮機(15)在動力子循環的膨脹機(3)的驅動下壓縮低壓制冷劑蒸氣S21，形成高壓制冷劑蒸氣S18，S18進入蒸發-冷凝器(13)后冷凝成液態制冷劑CO2，該過程的冷凝熱由吸收式制冷子循環中的氨制冷劑吸收；所得的液態CO2經過CO2節流閥(16)節流降壓后進ACO2蒸發器(17)蒸發制冷，所得到的低溫冷量即為該復疊式制冷系統的產品輸出。
7.根據權利要求6所述的基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統，其特征在于，所述壓縮機(15)是氣體加壓設備，用于將低壓制冷劑蒸氣壓縮達到高壓狀態，壓縮機(15)與膨脹機(3)通過聯軸器連接，壓縮機(15)所消耗的壓縮功由膨脹機(3)提供；所述CO2節流閥(16)是液體節流降壓裝置，用于實現低溫區制冷劑CO2的降壓；所述CO2蒸發器(17)是該 復疊制冷系統的制冷部件，用于將低溫區制冷劑在其中吸熱蒸發，以制得低溫冷量；所述蒸發-冷凝器(13)是與所述吸收式制冷子循環共用。
8.根據權利要求1所述的基于正逆循環耦合的復疊式制冷系統，其特征在于，該復疊式制冷系統的能量輸入為工業余熱、太陽能或地熱的中低溫外熱源，產品輸出為低溫冷量。
9.一種基于正逆循環耦合的復疊式制冷方法，應用于權利要求1至8中任一項所述的復疊式制冷系統，其特征在于，該方法采用中低溫熱源驅動動力子循環作功，動力子循環的排熱驅動吸收式制冷子循環制冷，動力子循環所作的功再驅動壓縮式制冷子循環制冷。
10.根據權利要求9所述的基于正逆循環耦合的復疊式制冷方法，其特征在于，所述吸收式制冷子循環與所述壓縮式制冷子循環構成復疊式制冷系統，吸收式制冷子循環工作于高溫區，壓縮式制冷子循環工作于低溫區；高溫區的吸收式制冷子循環的蒸發制冷過程為低溫區的壓縮式制冷子循環的冷凝過程提供冷卻負荷，二者通過蒸發-冷凝器相結合。
【文檔編號】F25B7/00GK103438598SQ201310364418
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】金紅光, 韓巍, 孫流莉, 陳強, 鄭丹星, 林汝謀, 楊金福, 崔平 申請人:中國科學院工程熱物理研究所