專利名稱:一種低品位熱驅(qū)動高效無運(yùn)動部件超低溫冷凍裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型屬于制冷技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種低品位熱驅(qū)動高效無運(yùn)動部件超低溫冷凍裝置。
背景技術(shù):
常規(guī)吸收制冷裝置,例如吸收制冷機(jī)或熱泵采用溴化鋰或氨水作為工質(zhì),已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用,但存在不少缺點(diǎn),例如溴化鋰溶液的腐蝕性、氨水的毒性、易爆性等。特別是制冷溫度不低是它的一個突出的缺陷。用溴化鋰水溶液作為工質(zhì),不管熱源溫度多高,冷卻水溫度多低,其理論極限制冷溫度為0°c ;用氨水作工質(zhì),其最低制冷溫度也只能達(dá)到一 40°C左右,通常獲得-30°c左右的制冷溫度已經(jīng)比較困難。制冷溫度不低嚴(yán)重限制了常規(guī)吸收制冷裝置的應(yīng)用范圍,特別是在既有大量余熱又需冷凍的場合。一方面大量余熱白白浪費(fèi)掉,另一方面又要消耗高品位的電能來實(shí)現(xiàn)冷凍,這對目前用電緊張的局面十分不利。此外,常規(guī)裝置通常需要泵等運(yùn)動部件,工作時或多或少需要消耗機(jī)械功, 更不可避免地產(chǎn)生振動和噪聲。因此,不適用于那些無法提供機(jī)械能或者對噪聲有嚴(yán)格要求的場合,例如醫(yī)院、賓館、會議廳等。顯然,如果有一種制冷裝置,在熱源溫度不是很高的條件下,不需要消耗任何機(jī)械功就能實(shí)現(xiàn)深度冷凍,同時沒有運(yùn)動部件,不會產(chǎn)生振動和噪聲,則這樣的制冷裝置必定具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種低品位熱驅(qū)動高效無運(yùn)動部件超低溫冷凍裝置。一種低品位熱驅(qū)動高效無運(yùn)動部件超低溫冷凍裝置,包括熱能驅(qū)動器、提升管、第一氣液分離器、冷凝器、第二氣液分離器、冷凝蒸發(fā)器、回?zé)崞?、第一流量控制閥、第二流量控制閥、蒸發(fā)器、氣體熱交換器、氣體吸收裝置、貯液器和溶液熱交換器。熱能驅(qū)動器上端出口與提升管下端入口相連接,提升管上端出口與第一氣液分離器下端相連通,第一氣液分離器的制冷劑蒸汽出口與冷凝器的制冷劑入口相連接,冷凝器的制冷劑出口與第二氣液分離器的入口相連接,第二氣液分離器的高沸點(diǎn)組分出口與冷凝蒸發(fā)器的高壓通道入口相連接,第二氣液分離器的低沸點(diǎn)組分于冷凝蒸發(fā)器的低壓通道入口相連接,冷凝蒸發(fā)器的高壓通道出口與回?zé)崞鞯母邏和ǖ廊肟谙噙B接,冷凝蒸發(fā)器的低壓通道出口與氣體吸收裝置制冷劑第二入口相連接。第一氣液分離器的制冷劑溶液出口與溶液熱交換器的稀溶液入口相連接,溶液熱交換器的稀溶液出口與氣體吸收裝置的溶液入口相連接,氣體吸收裝置的溶液出口與貯液器入口相連接,貯液器的溶液出口與溶液熱交換器的濃溶液入口相連接,溶液熱交換器的濃溶液出口與熱能驅(qū)動器入口相連接?;?zé)崞鞯母邏和ǖ莱隹谂c蒸發(fā)器制冷劑入口相連接,蒸發(fā)器制冷劑出口與回?zé)崞鞯牡蛪和ǖ廊肟谙噙B接,回?zé)崞鞯牡蛪和ǖ莱隹谂c氣體熱交換器的第一通道入口相連接,氣體熱交換器的第一通道出口與氣體吸收裝置制冷劑第一入口相連接。貯液器的氣體出口與氣體熱交換器的第二通道入口相連接,氣體熱交換器的第二通道出口分為個支路,第一支路與第一流量控制閥的入口相連接,第一流量控制閥的出口與冷凝蒸發(fā)器的低壓通道入口相連接,第二支路與第二流量控制閥的入口相連接,第二流量控制閥的出口與蒸發(fā)器制冷劑入口相連接。所述的氣體吸收裝置包括第一吸收器和第二吸收器,第一吸收器和第二吸收器既可并聯(lián)亦可串聯(lián)連接。氣體吸收裝置并聯(lián)時,第一吸收器氣體入口作為氣體吸收裝置制冷劑第一入口, 第二吸收器氣體入口作為氣體吸收裝置制冷劑第二入口,第一吸收器和第二吸收器的溶液入口合并作為氣體吸收裝置的溶液入口,第一吸收器和第二吸收器的溶液出口合并作為氣體吸收裝置的溶液出口。氣體吸收裝置串聯(lián)時,第一吸收器氣體入口作為氣體吸收裝置制冷劑第一入口, 第二吸收器氣體入口作為氣體吸收裝置制冷劑第二入口,第一吸收器的溶液作為氣體吸收裝置的溶液入口,第一吸收器的溶液出口與第二吸收器的溶液入口相連接,第二吸收器的溶液出口作為氣體吸收裝置的溶液出口。本實(shí)用新型的有益效果是(I)采用70°C 80°C低品位熱,如余熱、廢熱、地?zé)?、太陽能等?qū)動,本實(shí)用新型就可以達(dá)到-30°C 一 160°C范圍的深度制冷。(2)本實(shí)用新型無運(yùn)動部件,性能可靠,運(yùn)行穩(wěn)定,無噪聲,無振動,適用于既有熱源又需要深度冷凍的場合,特別適用于對環(huán)境噪聲有嚴(yán)格要求的場合。
圖I是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例I結(jié)構(gòu)示意圖;圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。如圖I所示,一種低品位熱驅(qū)動高效無運(yùn)動部件超低溫冷凍裝置,包括熱能驅(qū)動器I、提升管2、第一氣液分離器3、冷凝器4、第二氣液分離器5、冷凝蒸發(fā)器6、回?zé)崞?、第一流量控制閥8、第二流量控制閥9、蒸發(fā)器10、氣體熱交換器11、氣體吸收裝置12、貯液器 13和溶液熱交換器14。熱能驅(qū)動器I上端出口與提升管2下端入口相連接,提升管2上端出口與第一氣液分離器3下端相連通,第一氣液分離器3的制冷劑蒸汽出口與冷凝器4的制冷劑入口相連接,冷凝器4的制冷劑出口與第二氣液分離器5的入口相連接,第二氣液分離器5的高沸點(diǎn)組分出口與冷凝蒸發(fā)器6的高壓通道入口相連接,第二氣液分離器5的低沸點(diǎn)組分于冷凝蒸發(fā)器6的低壓通道入口相連接,冷凝蒸發(fā)器6的高壓通道出口與回?zé)崞?的高壓通道入口相連接,冷凝蒸發(fā)器6的低壓通道出口與氣體吸收裝置12制冷劑第二入口相連接。第一氣液分離器3的制冷劑溶液出口與溶液熱交換器14的稀溶液入口相連接,溶液熱交換器14的稀溶液出口與氣體吸收裝置12的溶液入口相連接,氣體吸收裝置12的溶液出口與貯液器13入口相連接,貯液器13的溶液出口與溶液熱交換器14的濃溶液入口相連接,溶液熱交換器14的濃溶液出口與熱能驅(qū)動器I入口相連接。回?zé)崞?的高壓通道出口與蒸發(fā)器10制冷劑入口相連接,蒸發(fā)器10制冷劑出口與回?zé)崞?的低壓通道入口相連接,回?zé)崞?的低壓通道出口與氣體熱交換器11的第一通道入口相連接,氣體熱交換器11的第一通道出口與氣體吸收裝置12制冷劑第一入口相連接。貯液器13的氣體出口與氣體熱交換器11的第二通道入口相連接,氣體熱交換器 11的第二通道出口分為2個支路,第一支路與第一流量控制閥8的入口相連接,第一流量控制閥8的出口與冷凝蒸發(fā)器6的低壓通道入口相連接,第二支路與第二流量控制閥9的入口相連接,第二流量控制閥9的出口與蒸發(fā)器10制冷劑入口相連接。所述的氣體吸收裝置12包括第一吸收器和第二吸收器,第一吸收器和第二吸收器既可并聯(lián)亦可串聯(lián)連接。氣體吸收裝置12并聯(lián)時,第一吸收器氣體入口作為氣體吸收裝置12制冷劑第一入口,第二吸收器氣體入口作為氣體吸收裝置12制冷劑第二入口,第一吸收器和第二吸收器的溶液入口合并作為氣體吸收裝置12的溶液入口,第一吸收器和第二吸收器的溶液出口合并作為氣體吸收裝置12的溶液出口。氣體吸收裝置12串聯(lián)時,第一吸收器氣體入口作為氣體吸收裝置12制冷劑第一入口,第二吸收器氣體入口作為氣體吸收裝置12制冷劑第二入口,第一吸收器的溶液作為氣體吸收裝置12的溶液入口,第一吸收器的溶液出口與第二吸收器的溶液入口相連接,第二吸收器的溶液出口作為氣體吸收裝置12的溶液出口。本實(shí)用新型所用的制冷劑為二元或二元以上的混合制冷劑,具體是氫氯氟烴混合物、氫氟烴混合物、氫氯氟烴和氫氟烴混合物;吸收劑為能吸收這些制冷劑的溶劑,具體為為四甘醇二甲基醚或二甲基甲酰胺或二乙基甲酰胺;平衡氣體為密度小,與制冷劑、吸收劑不發(fā)生反應(yīng)、不溶于吸收劑的氣體,具體是為氫氣或氦氣。實(shí)施例I如圖2所示,采用Rl34a (沸點(diǎn)為一26 °C )和R23 (沸點(diǎn)為一81 °C )混合物作為制冷劑,二甲基甲酰胺(DMF)為吸收劑,氦氣為平衡氣體。氣體吸收裝置由第一吸收器15 和第二吸收器16并聯(lián)組成。本實(shí)施例有三個主要回路組成制冷劑回路、溶液回路和平衡氣體回路。在制冷劑回路中,混合制冷劑在熱能驅(qū)動器I中被加熱逸出,同時推動溶液在提升管2中提升,進(jìn)入第一氣液分離器3。經(jīng)過第一氣液分離器3的分離后,混合制冷劑蒸汽進(jìn)入到冷凝器4中被冷卻介質(zhì)冷卻,部分制冷劑被冷凝成液體。然后,這些氣液混合制冷劑進(jìn)入第二氣液分離器5中分離,分離后的氣態(tài)部分主要為低沸點(diǎn)的制冷劑R23和少量高沸點(diǎn)的制冷劑R134a,液態(tài)部分主要為高沸點(diǎn)的制冷劑R134a和少量低沸點(diǎn)的制冷劑 R23。液態(tài)制冷劑向第一流量控制閥8中流出的平衡氣體氦氣中擴(kuò)散后和氣態(tài)制冷劑在冷凝蒸發(fā)器6中換熱,使得液態(tài)制冷劑蒸發(fā),氣態(tài)制冷劑冷凝。冷凝后的制冷劑(主要組分為 R23)在回?zé)崞?中與蒸發(fā)器10流出的氦氣和制冷劑的混合氣體換熱后向第二流量控制閥 9中流出的氦氣中擴(kuò)散,進(jìn)入蒸發(fā)器10蒸發(fā)吸熱制冷。流出蒸發(fā)器10的混合氣體經(jīng)回?zé)崞?換熱后,在氣體熱交換器11中與從貯液器13頂部流出的平衡氣體氦換熱,接著進(jìn)入第一吸收器15中被溶液吸收。冷凝蒸發(fā)器6中流出被蒸發(fā)的制冷劑(主要組分為R134a)和氦氣的混合氣體,進(jìn)入第二吸收器16中被溶液吸收。然后,兩個吸收器中吸收了制冷劑的濃溶液進(jìn)入貯液器13再經(jīng)過溶液熱交換器14與從第一氣液分離器3流出的稀溶液換熱后流到熱能驅(qū)動器I中。在溶液回路中,從第一分離器3中流出的稀溶液在溶液熱交換器14中與從貯液器13中流出的濃溶液換熱后分為兩支分別流入第一吸收器15和第二吸收器16中,吸收制冷劑。吸收后的濃溶液經(jīng)過貯液器13、溶液熱交換器14后流入到熱能驅(qū)動器I中。加熱,從其中逸出的制冷劑蒸汽推動溶液上升,經(jīng)過提升管2,進(jìn)入到第一氣液分離器3中。在平衡氣體回路中,含有平衡氣體氦氣的混合氣體分別進(jìn)入第一吸收器15 和第二吸收器16,其中制冷劑被稀溶液吸收,不溶的氦氣進(jìn)入貯液器13。由于密度很小,氦氣從貯液器13的頂部流出,經(jīng)過氣體熱交換器11后分成兩個支路,分別通過第一流量控制閥8、第二流量控制閥9和第二氣液分離器5底部出口、回?zé)崞?高壓通道出口的制冷劑混和,發(fā)生擴(kuò)散。實(shí)施例2如圖3所示,采用Rl34a (沸點(diǎn)為一26 °C )和R23 (沸點(diǎn)為一81 °C )混合物作為制冷劑,二甲基甲酰胺(DMF)為吸收劑,氦氣為平衡氣體。氣體吸收裝置由一級吸收器17 和二級吸收器18串聯(lián)組成。在制冷劑回路中,混合制冷劑在熱能驅(qū)動器I中被加熱逸出,同時推動溶液在提升管2中提升,進(jìn)入第一氣液分離器3。經(jīng)過第一氣液分離器3的分離后,混合制冷劑蒸汽進(jìn)入到冷凝器4中被冷卻介質(zhì)冷卻,部分制冷劑被冷凝成液體。然后,這些氣液混合制冷劑進(jìn)入第二氣液分離器5中分離,分離后的氣態(tài)部分主要為低沸點(diǎn)的制冷劑R23和少量高沸點(diǎn)的制冷劑R134a,液態(tài)部分主要為高沸點(diǎn)的制冷劑R134a和少量低沸點(diǎn)的制冷劑R23。液態(tài)制冷劑向第一流量控制閥8中流出的平衡氣體氦氣中擴(kuò)散后和氣態(tài)制冷劑在冷凝蒸發(fā)器6中換熱,使得液態(tài)制冷劑蒸發(fā),氣態(tài)制冷劑冷凝。冷凝后的制冷劑(主要組分為R23)在回?zé)崞?中與蒸發(fā)器10流出的氦氣和制冷劑的混合氣體換熱后向第二流量控制閥9中流出的氦氣中擴(kuò)散,進(jìn)入蒸發(fā)器10蒸發(fā)吸熱制冷。流出蒸發(fā)器10的混合氣體經(jīng)回?zé)崞?換熱后,在氣體熱交換器11中與從貯液器13頂部流出的平衡氣體氦換熱,接著進(jìn)入一級吸收器17中被溶液吸收,得到的濃溶液流入二級吸收器18。冷凝蒸發(fā)器6中流出被蒸發(fā)的制冷劑(主要組分為R134a)和氦氣的混合氣體,進(jìn)入二級吸收器18中被一級吸收器17中流出的溶液吸收。二級吸收器中吸收了制冷劑的濃溶液進(jìn)入貯液器13再經(jīng)過溶液熱交換器14 與從第一氣液分離器3流出的稀溶液換熱后流到熱能驅(qū)動器I中。在溶液回路中,從第一氣液分離器3中流出的稀溶液在溶液熱交換器14中與從貯液器13中流出的濃溶液換熱后流入一級吸收器17中,吸收制冷劑。吸收后的濃溶液進(jìn)入二級吸收器18中繼續(xù)吸收制冷劑。二級吸收器18中流出的濃溶液經(jīng)過貯液器13、溶液熱交換器14后流入到熱能驅(qū)動器I中。加熱,從其中逸出的制冷劑蒸汽推動溶液上升, 經(jīng)過提升管2,進(jìn)入到第一氣液分離器3中。在平衡氣體回路中,含有平衡氣體氦氣的混合氣體分別進(jìn)入一級吸收器17 和二級吸收器18,一級吸收器17中制冷劑被稀溶液吸收,氦氣進(jìn)入二級吸收器18,與直接進(jìn)入二級吸收器18的氦氣一起,進(jìn)入貯液器13。由于密度很小,氦氣從貯液器13的頂部流出,經(jīng)過氣體熱交換器11后分成兩個支路,分別通過第一流量控制閥8、第二流量控制閥9 和第二氣液分離器5底部出口、回?zé)崞?高壓通道出口的制冷劑混和,發(fā)生擴(kuò)散。由于本實(shí)例吸收模塊采用兩級吸收器串聯(lián)排布,先吸收低沸點(diǎn)制冷劑R23,再吸收高沸點(diǎn)制冷劑R134a,可以提高吸收效率,能夠?qū)崿F(xiàn)較低溫度的深度冷凍。實(shí)施例I和實(shí)施例2中所說的熱能驅(qū)動器、冷凝器、蒸發(fā)器、氣體吸收器、回?zé)崞鳌?氣體熱交換器以及溶液熱交換器都為熱交換器,它們可以是沉浸式或噴淋式,可以是列管式也可以是套管式或其他形式,其換熱管可以是普通管也可以是強(qiáng)化管。提升管主要起到提升溶液,驅(qū)動溶液循環(huán)的作用,可以是一般金屬管,也可為耐壓軟管;貯液器與普通制冷裝置中貯液器相類似;兩個流量控制閥的作用是控制兩個支路平衡氣體的量,從而控制擴(kuò)散后制冷劑的分壓力,它們可以是毛細(xì)管、自動或手動閥門。冷凝蒸發(fā)器為一熱交換器,其高壓側(cè)為低沸點(diǎn)含量高的氣相制冷劑在其中放熱冷卻并冷凝成液體,其低壓側(cè)為高沸點(diǎn)含量高的氣液兩相制冷劑在其中蒸發(fā)吸熱氣化。 氣液分離器的作用是將進(jìn)入其中的混合物分離,低沸點(diǎn)的以氣態(tài)從其頂部流出,高沸點(diǎn)的以液態(tài)從其底部流出。
權(quán)利要求1.一種低品位熱驅(qū)動高效無運(yùn)動部件超低溫冷凍裝置,包括熱能驅(qū)動器、提升管、第一氣液分離器、冷凝器、第二氣液分離器、冷凝蒸發(fā)器、回?zé)崞?、第一流量控制閥、第二流量控制閥、蒸發(fā)器、氣體熱交換器、氣體吸收裝置、貯液器和溶液熱交換器;其特征在于熱能驅(qū)動器上端出口與提升管下端入口相連接,提升管上端出口與第一氣液分離器下端相連通,第一氣液分離器的制冷劑蒸汽出口與冷凝器的制冷劑入口相連接,冷凝器的制冷劑出口與第二氣液分離器的入口相連接,第二氣液分離器的高沸點(diǎn)組分出口與冷凝蒸發(fā)器的高壓通道入口相連接,第二氣液分離器的低沸點(diǎn)組分于冷凝蒸發(fā)器的低壓通道入口相連接,冷凝蒸發(fā)器的高壓通道出口與回?zé)崞鞯母邏和ǖ廊肟谙噙B接,冷凝蒸發(fā)器的低壓通道出口與氣體吸收裝置制冷劑第二入口相連接;第一氣液分離器的制冷劑溶液出口與溶液熱交換器的稀溶液入口相連接,溶液熱交換器的稀溶液出口與氣體吸收裝置的溶液入口相連接,氣體吸收裝置的溶液出口與貯液器入口相連接,貯液器的溶液出口與溶液熱交換器的濃溶液入口相連接,溶液熱交換器的濃溶液出口與熱能驅(qū)動器入口相連接;回?zé)崞鞯母邏和ǖ莱隹谂c蒸發(fā)器制冷劑入口相連接,蒸發(fā)器制冷劑出口與回?zé)崞鞯牡蛪和ǖ廊肟谙噙B接,回?zé)崞鞯牡蛪和ǖ莱隹谂c氣體熱交換器的第一通道入口相連接,氣體熱交換器的第一通道出口與氣體吸收裝置制冷劑第一入口相連接;貯液器的氣體出口與氣體熱交換器的第二通道入口相連接,氣體熱交換器的第二通道出口分為個支路,第一支路與第一流量控制閥的入口相連接,第一流量控制閥的出口與冷凝蒸發(fā)器的低壓通道入口相連接,第二支路與第二流量控制閥的入口相連接,第二流量控制閥的出口與蒸發(fā)器制冷劑入口相連接;所述的氣體吸收裝置包括第一吸收器和第二吸收器,第一吸收器和第二吸收器既可并聯(lián)亦可串聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超低溫冷凍裝置,其特征在于所述氣體吸收裝置并聯(lián)時,第一吸收器氣體入口作為氣體吸收裝置制冷劑第一入口,第二吸收器氣體入口作為氣體吸收裝置制冷劑第二入口,第一吸收器和第二吸收器的溶液入口合并作為氣體吸收裝置的溶液入口,第一吸收器和第二吸收器的溶液出口合并作為氣體吸收裝置的溶液出口 ;氣體吸收裝置串聯(lián)時,第一吸收器氣體入口作為氣體吸收裝置制冷劑第一入口,第二吸收器氣體入口作為氣體吸收裝置制冷劑第二入口,第一吸收器的溶液作為氣體吸收裝置的溶液入口,第一吸收器的溶液出口與第二吸收器的溶液入口相連接,第二吸收器的溶液出口作為氣體吸收裝置的溶液出口。
專利摘要本實(shí)用新型公布了一種低品位熱驅(qū)動高效無運(yùn)動部件超低溫冷凍裝置?,F(xiàn)有技術(shù)不能很好的解決溴化鋰溶液的腐蝕性、氨水的毒性、易爆性,特別是制冷溫度不低的問題。本實(shí)用新型裝置具體包括熱能驅(qū)動器、提升管、第一氣液分離器、冷凝器、第二氣液分離器、冷凝蒸發(fā)器、回?zé)崞鳌⒌谝涣髁靠刂崎y、第二流量控制閥、蒸發(fā)器、氣體熱交換器、氣體吸收裝置、貯液器和溶液熱交換器,其中制冷劑回路、溶液回路和平衡氣體回路補(bǔ)足現(xiàn)有技術(shù)。本實(shí)用新型采用70℃~80℃低品位熱,如余熱、廢熱、地?zé)帷⑻柲艿闰?qū)動,就可以達(dá)到-30℃~-160℃范圍的深度制冷,且無運(yùn)動部件,性能可靠,運(yùn)行穩(wěn)定,無噪聲,無振動,適用于既有熱源又需要深度冷凍的場合。
文檔編號F25B15/02GK202350376SQ201120407479
公開日2012年7月25日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者何一堅, 唐黎明, 曹晶晶, 朱祖文, 松鵬, 陳光明 申請人:浙江大學(xué)