专利名称：一种冷变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冷变换器，具体是一种低品位热与高品位电联合驱动冷变换器，可以作为空调制冷装置。
背景技术：
能源是生产发展、生活水平提高的保证，良好的环境是社会发展基础，实现能源与环境之间协调发展是人类必然的选择，有必要高效地利用清洁能源。空调制冷系统是耗能大户，在空调制冷领域实现节电、节能具有重要的意义和价值。全球有大量的低品位热可以利用，尤其是有大量可再生的清洁的太阳能热和地热，而基于吸收制冷原理的空调制冷具有技术上的可行性并具有一系列的优点。它可以由低品位热能驱动，有望实现低品位热的有效转换利用，进而实现节能、节电的目的。尽管热驱动吸收制冷原理已用于低品位热的开发、利用领域，但常规低品位热驱动吸收制冷技术存在低品位热转换利用效率低甚至无法利用低品位热的缺陷。这一缺陷严重限制了热驱动吸收制冷技术在低品位热开发、利用领域的应用，特别是利用低品位热制取生活、生产中有大量需要的空调制冷。由于驱动热源的温度对吸收制冷循环的性能有非常大的影响，温度过低热源驱动的吸收制冷循环其性能系数(COP)会很低，甚至无法有效地驱动吸收制冷循环。例如，80℃热源驱动溴化锂吸收式制冷系统制取7℃的冷量，其性能系数只能达到0.4左右；70℃热源驱动的溴化锂吸收式制冷系统难以制取7℃的冷量。另一方面，低品位热能在制取温度较高的冷量时具有较高的效率，在制取温度比较低的冷量时则非常困难或者效率低甚或不能工作。例如，80℃和70℃的热源用于驱动溴化锂吸收制冷系统制取20℃的冷时，其制冷系数分别为0.86和0.84。此外，大量的低品位热源往往具有不连续、不稳定的特点，例如太阳辐射状况会随气象和昼夜的变换而不断地改变。因此，常规低品位热能驱动吸收空调制冷装置通常需要配备额外的备用系统，以确保空调制冷装置在没有稳定或者足够驱动热能的情况下也能正常运行。常规低品位热驱动吸收式空调制冷系统由于需要较高温度位热源的驱动以及备用系统而初投资高、运行的经济性较差，因而难以推广使用。
发明内容
本发明的目的是针对常规低品位热驱动吸收式空调制冷装置存在的缺点，提供一种冷变换器。
发生器制冷剂出口与预冷/冷凝模块第一制冷剂入口相连；预冷/冷凝模块第一制冷剂出口与冷凝/过冷模块第一制冷剂入口相连；冷凝/过冷模块第一制冷剂出口与吸收模块制冷剂入口相连；吸收模块吸收终了溶液出口经溶液泵与能量回收模块吸收终了溶液入口相连；能量回收模块吸收终了溶液出口与发生器吸收终了溶液入口相连；发生器发生终了溶液出口与能量回收模块发生终了溶液入口相连；能量回收模块发生终了溶液出口经第一降压装置与吸收模块发生终了溶液入口相连；压缩机制冷剂出口与能量回收模块第二制冷剂入口相连；能量回收模块第二制冷剂出口与冷凝/预冷模块第二制冷剂入口相连；冷凝/预冷模块第二制冷剂出口与冷凝/过冷模块第二制冷剂入口相连；冷凝/过冷模块第二制冷剂出口经第二降压装置与蒸发器制冷剂入口相连；最后，蒸发器制冷剂出口与压缩机制冷剂入口相连。
本发明的冷变换器由低品位热与高品位电联合驱动，解决了低品位热难以制取需要的空调制冷的难题，同时使高品位电具有极高的空调制冷效率，最终使系统总的能量转换利用效率得到大的提高。它可以高效地利用60℃左右低品位热能获得需要比较低的温度的空调制冷而仅需要消耗极少的高品位电能。另外，它还能有效地利用不稳定、不连续的低品位热能，例如太阳能、地热和废热。本发明还具有初投资低、运行经济性好等优点，可以更好的实现低品位热在空调制冷领域的利用，尤其是太阳能和地热这样清洁、可再生能源在空调制冷领域的利用。
图1是冷变换器结构示意图；图2是本发明实施例1结构示意图；图3是本发明实施例2结构示意图。
具体实施例方式
如图1所示，冷变换器由低品位制冷单元和高品位制冷单元构成。发生器1制冷剂出口与预冷/冷凝模块2第一制冷剂入口相连，然后经冷凝/过冷模块3第一制冷剂入口、出口与吸收模块4制冷剂入口相连，吸收模块4发生终了溶液入口经第一降压装置6与能量回收模块7发生终了溶液出口相连，吸收模块4吸收终了溶液出口经溶液泵5与能量回收模块7吸收终了溶液入口相连，能量回收模块7的吸收终了溶液出口和发生终了溶液入口分别与发生器1吸收终了溶液入口和发生终了溶液出口相连，这样就构成了低品位制冷单元。压缩机8制冷剂出口经能量回收模块7、预冷/冷凝模块2和冷凝/过冷模块3的第二制冷剂入口、出口与第二降压装置9入口相连，第二降压装置9出口与蒸发器10入口相连，蒸发器10出口再与压缩机8制冷剂入口相连，这样则构成了高品位制冷单元。
该冷变换器采用的第一制冷剂可以为水、R717、R134a和R22等物质；吸收第一制冷剂的吸收剂分别为水溴化锂溶液、氨水溶液和二甲基甲酰胺或二乙基甲酰胺或四甘醇二甲基醚等。第二制冷剂可以为R134a、R407C、R410A和R22等物质。
上述预冷/冷凝模块2具有预冷/冷凝器12、第二制冷剂储罐20和控制阀21；预冷/冷凝器12第一制冷剂入口就是预冷/冷凝模块第一制冷剂入口；预冷/冷凝器12第一制冷剂出口就是预冷/冷凝模块第一制冷剂出口；预冷/冷凝器12第二制冷剂入口就是预冷/冷凝模块第二制冷剂入口；预冷/冷凝器12第二制冷剂出口与第二制冷剂储罐20入口相连，第二制冷剂储罐20底部的第一出口与控制阀21入口相连，第二制冷剂储罐20上部的第二出口则与控制阀21的出口汇合共同构成预冷/冷凝模块2第二制冷剂出口。
冷凝/过冷模块3具有第三降压装置13、冷凝/过冷器14；第三降压装置13的入口就是冷凝/过冷模块3第一制冷剂入口；第三降压装置13出口与冷凝/过冷器14低压侧入口相连，冷凝/过冷器14低压侧出口就是冷凝/过冷模块3的第一制冷剂出口；冷凝/过冷器14高压侧入口就是冷凝/过冷模块3第二制冷剂入口；冷凝/过冷器14高压侧出口就是冷凝/过冷模块3第二制冷剂出口。
吸收模块4具有吸收器15；吸收器15制冷剂入口就是吸收模块4制冷剂入口；吸收器15发生终了溶液入口就是吸收模块4发生终了溶液入口；吸收器15吸收终了溶液出口就是吸收模块4吸收终了溶液出口。
能量回收模块7由能量回收换热器18构成，它有一个第二制冷剂通道，一个发生终了溶液通道和一个吸收终了溶液通道；能量回收换热器18第二制冷剂入口与出口分别是能量回收模块第二制冷剂的入口与出口；发生终了溶液通道和吸收终了溶液通道的入口与出口分别与发生器11的溶液出口与入口相连，它们的出口与入口则分别与第一降压装置17与溶液泵16的入口与出口相连，这四个入口与出口也就构成了能量回收模块7的发生终了溶液的出口与入口以及吸收终了溶液的出口与入口。
冷凝/过冷模块3具有具有第一制冷剂储罐26、第三降压装置27和冷凝/过冷器28；第一制冷剂储罐26入口就是冷凝/过冷模块3第一制冷剂入口；第一制冷剂储罐26出口经第三降压装置27入口、出口与冷凝/过冷器28低压侧入口相连，冷凝/过冷器28低压侧出口就是冷凝/过冷模块3第一制冷剂出口；冷凝/过冷器28高压侧入口就是冷凝/过冷模块3第二制冷剂入口；冷凝/过冷器28高压侧出口就是冷凝/过冷模块3第二制冷剂出口。
吸收模块4具有吸收器29、控制阀30、溶液储罐31；吸收器29制冷剂入口就是吸收模块4制冷剂入口；吸收器29发生终了溶液入口就是吸收模块4发生终了溶液入口；吸收器29吸收终了溶液出口经控制阀30与溶液储罐31相连，吸收终了溶液与溶液储罐31内部的溶液混合，溶液储罐31的溶液出口就是吸收模块4吸收终了溶液出口。
如图2所示，实施例1采用R407C为高品位制冷单元的制冷剂，水为低品位制冷单元的制冷剂，溴化锂水溶液作为吸收剂。在该实施例中预冷/冷凝模块2由预冷/冷凝器12、R407C储罐20和控制阀21组成；冷凝/过冷模块3由第三降压装置13和冷凝/过冷器14组成；吸收模块4由吸收器15组成；能量回收模块7由能量回收换热器18组成。
本实施例主要由三个回路组成低品位制冷单元制冷回路，低品位制冷单元吸收回路，高品位制冷单元制冷回路。
低品位制冷单元制冷回路中，水蒸汽在发生器11中被加热逸出，高温水蒸汽进入预冷/冷凝器12中与冷却介质换热而被冷凝。冷凝后的制冷剂水经降压装置13节流后进入冷凝/过冷器14的低温侧进行蒸发制冷，用来冷凝或者过冷高品位制冷单元中的制冷剂R407C。蒸发后的水蒸汽流入吸收器15内被溴化锂浓溶液吸收，至此完成了低品位制冷单元制冷回路的循环。
低品位制冷单元吸收回路中，吸收了水蒸汽的浓溶液变为稀溶液，然后经溶液泵16升压后流入能量回收换热器18分别与从发生器流出的浓溶液以及高品位制冷单元中的高温R407C蒸汽进行热交换，最后再流入发生器11中被加热而完成其吸收回路的循环。
在高品位制冷单元制冷回路中，从压缩机19流出的高温R407C蒸汽，先进入能量回收换热器18被回收高温段的热能，接着进入预冷/冷凝器12被预冷或者冷凝。根据制冷系统的运行工况以及需要的制冷量，通过R407C储罐20和控制阀21的调节来确保R407C在预冷/冷凝器中被冷凝还是被预冷。如果低品位制冷单元能够提供足够的制冷量来吸收冷凝/过冷器中的R407C所释放的冷凝热量，那么R407C在预冷/冷凝器中仅被预冷而除去部分显热，然后流入R407C储罐20并从其底部的第一出口以气相的状态流出，再进入冷凝/过冷器被冷凝；如果低品位制冷单元无法提供足够的制冷量来吸收冷凝/过冷器中的R407C所释放的冷凝热量，则关闭控制阀21使液相R407C制冷剂在R407C储罐中积聚，使R407C在预冷/冷凝器中被冷凝，然后从R407C储罐上部的第二出口以液相的状态流出，再进入冷凝/过冷器被进一步冷却。流过冷凝/过冷器14的R407C经第二降压装置22节流后进入蒸发器23蒸发制冷，产生的制冷剂蒸汽再由压缩机19的入口被吸入而完成整个制冷回路的循环。
上述所说的发生器和吸收器都为热交换器，它们可以是列管式，可以是沉浸式或喷淋式，也可以是其它形式热交换器，其换热管可以是普通管，也可以是强化传热管。
预冷/冷凝器为一热交换器，它们可以是单通道、两通道或者多通道的列管式，也可以是其它形式热交换器，其换热管可以是普通管，也可以是强化传热管。冷却介质可以是水或者空气，也可以是其它物质。
冷凝/过冷器为一热交换器，其高压侧流过的是R407C，它可以是气相或者液相流体，其低压侧流过的是水，它在里面蒸发制冷。冷凝/过冷器以是列管式或管壳式热交换器，也可以是其它形式热交换器，其换热管可以是普通管，也可以是强化传热管，也可以是沉浸式、喷淋式或滴淋式。
能量回收换热器为一热交换器，它们可以是两通道或者多通道的列管式或管壳式热交换器，也可以是其它形式热交换器，其换热管可以是普通管，也可以是强化传热管。
蒸发器为一热交换器，其低压侧流过的是R407C蒸汽，它可以是气相或者液相流体，它在里面蒸发制冷；另外一侧流动的是载冷剂或者需要被冷却的介质。蒸发器可以是列管式、管壳式热交换器，也可以是其它形式热交换器，其换热管可以是普通管，也可以是强化传热管，可以是沉浸式、喷淋式或滴淋式。
压缩机可以是定频或变频压缩机，可以是容积式或离心式压缩机。
降压装置可以是U型管、毛细管、节流阀，也可以是其它降压装置。
溶液泵起到提升液体压力、输送液体的作用，它可以是屏蔽泵、磁力驱动泵和隔膜泵，也可以是离心泵或齿轮泵。
控制阀用于控制R407C储罐中流体的流动，从而控制高品位制冷单元中R407C流出预冷/冷凝器的状态，控制阀可以是自动阀也可以是手动阀。
由于该装置中高品位制冷单元通过冷凝/过冷器的能量耦合能把低品位制冷单元制取的冷量有效地转换为需要的高品位冷量，同时也能回收高品位制冷单元中制冷剂释放的高温热，因此具有非常高的COP，并能更有效地利用低品位的热能，非常适合于有稳定的低品位热源供应的场合。
如图3所示，实施例2采用R407C为高品位制冷单元的制冷剂，水为低品位制冷单元制冷剂，溴化锂水溶液作为其吸收剂。在该实施例中预冷/冷凝模块2由预冷/冷凝器25、R407C储罐36和控制阀37组成组成，冷凝/过冷模块3由水储罐26、第三降压装置27和冷凝/过冷器28组成，吸收模块4由吸收器29、控制阀30和稀溶液储罐31组成，能量回收模块7由能量回收换热器34组成。
本实施例的三个回路低品位制冷单元制冷回路，低品位制冷单元吸收回路，高品位制冷单元制冷回路中不同于实施例1的回路分别说明如下。
低品位制冷单元制冷回路中，水蒸汽在发生器24中被加热而逸出，高温水蒸汽进入预冷/冷凝器25中与冷却介质换热而被冷凝，接着进入水储罐26。根据系统驱动热源的供给以及制冷负荷的状况，经过水储罐26实现制冷剂的存余补缺使流经第三降压装置27的制冷剂流量能确保制冷系统获得稳定而足够的制冷。若制冷系统需要的制冷负荷比较大，则调大流经第三降压装置27的水流量；相反，若制冷系统的制冷负荷比较小，则调小流经第三降压装置27的水流量，多余的制冷剂液体则储存在水储罐26中。冷凝后的制冷剂水经第三降压装置27节流后进入冷凝/过冷器28的低压侧进行蒸发制冷，用来冷凝或者过冷高品位制冷单元的制冷剂R407C。蒸发后的水蒸汽流入吸收器29内被溴化锂浓溶液吸收，至此完成了低品位制冷单元制冷回路的循环。
低品位制冷单元吸收回路中，吸收了水蒸汽的溴化锂浓溶液变为稀溶液，然后经控制阀30流入稀溶液储罐31与里面已存在的稀溶液混合，混合后的稀溶液经溶液泵31升压后流入能量回收换热器34分别与从发生器流出的浓溶液以及高品位制冷单元中的高温R407C进行热交换，最后再流入发生器24被加热而完成其吸收回路的循环。
本实施例中控制阀用于控制R407C储罐或者溶液储罐中流体的流量，从而控制高品位制冷单元中R407C流出预冷/冷凝器的状态或者吸收器中稀溶液的流动，控制阀可以是自动阀也可以是手动阀。
本实施例的其它内容与实施例1相同。
由于低品位制冷单元具有水储罐26、控制阀30和溴化锂稀溶液储罐31，能储存、调节低品位制冷单元制冷负荷的功能，这样进而能够确保整个制冷系统获得稳定的制冷。因此，本实施例非常适合于驱动的低品位热源不连续、不稳定的场合，例如太阳能、地热和废热。
权利要求
1.一种冷变换器，其特征在于发生器(1)制冷剂出口与预冷/冷凝模块(2)第一制冷剂入口相连；预冷/冷凝模块(2)第一制冷剂出口与冷凝/过冷模块(3)第一制冷剂入口相连；冷凝/过冷模块(3)第一制冷剂出口与吸收模块(4)制冷剂入口相连；吸收模块(4)吸收终了溶液出口经溶液泵(6)与能量回收模块(7)吸收终了溶液入口相连；能量回收模块(7)吸收终了溶液出口与发生器(1)吸收终了溶液入口相连；发生器(1)发生终了溶液出口与能量回收模块(7)发生终了溶液入口相连；能量回收模块(7)发生终了溶液出口经第一降压装置(5)与吸收模块(4)发生终了溶液入口相连；压缩机(8)制冷剂出口与能量回收模块(7)第二制冷剂入口相连；能量回收模块(7)第二制冷剂出口与冷凝/预冷模块(2)第二制冷剂入口相连；冷凝/预冷模块(2)第二制冷剂出口与冷凝/过冷模块(3)第二制冷剂入口相连；冷凝/过冷模块(3)第二制冷剂出口经第二降压装置(9)与蒸发器(10)制冷剂入口相连；最后，蒸发器(10)制冷剂出口与压缩机(8)制冷剂入口相连。
2.根据权利要求1所述的一种冷变换器，其特征在于所说的预冷/冷凝模块(2)具有预冷/冷凝器(12)、第二制冷剂储罐(20)和控制阀(21)；预冷/冷凝器(12)第二制冷剂出口与第二制冷剂储罐(20)入口相连，第二制冷剂储罐(20)底部第一出口与控制阀(21)入口相连。
3.根据权利要求1所述的一种冷变换器，其特征在于所说的冷凝/过冷模块(3)具有第三降压装置(13)和冷凝/过冷器(14)；第三降压装置(13)出口与冷凝/过冷器(14)第一制冷剂入口相连。
4.根据权利要求1所述的一种冷变换器，其特征在于所说的冷凝/过冷模块(3)具有第一制冷剂储罐(26)、第三降压装置(27)和冷凝/过冷器(28)；第一制冷剂储罐(26)出口与第三降压装置(27)入口相连，第三降压装置(27)出口与冷凝/过冷器(28)第一制冷剂入口相连。
5.根据权利要求1所述的一种冷变换器，其特征在于所说的吸收模块(4)具有吸收器(29)、控制阀(30)、溶液储罐(31)；吸收器(29)吸收终了溶液出口经控制阀(30)与溶液储罐(31)入口相连。
6.根据权利要求1所述的一种冷变换器，其特征在于所说的第一制冷剂和第二制冷剂为一元或多元制冷剂。
7.根据权利要求1所述的一种冷变换器，其特征在于所说的溶液为能吸收第一制冷剂的物质。
全文摘要
本发明公开一种冷变换器。它由低品位热，例如太阳能、地热和废热等，与高品位电联合驱动。它包括发生器、预冷/冷凝模块、冷凝/过冷模块、吸收模块、溶液泵、第一降压装置、能量回收模块、压缩机、第二降压装置和蒸发器等。该冷变换器能高效地利用低品位热能并将其转换为需要的空调制冷而仅需消耗极少量的电，具有优良的节电效果；同时，它能有效地利用低品位热能，具有更佳的节能优势；此外，它能够实现不稳定、不连续低品位热能的稳定、可靠利用。该装置具有能量利用效率高，运行稳定可靠，结构比较简单等优点，因而对于实现低品位热能在空调制冷领域的高效利用具有重要意义。
文档编号F25B15/00GK1916530SQ20061005333
公开日2007年2月21日 申请日期2006年9月11日 优先权日2006年9月11日
发明者陈光明, 李斌, 何一坚 申请人:浙江大学