吸收式制冷装置及过冷水制冰系统的制作方法

1.本发明涉及工业余热利用与制冰技术领域，尤其涉及吸收式制冷装置及过冷水制冰系统。


背景技术：

2.我国电力生产以燃煤为主，通过热电联产在一定程度上解决了冬季余热利用的问题，而夏季低品位余热利用技术还有待发展，吸收式制冷是潜在选项之一。目前比较成熟的吸收式制冷方式有氨水吸收式制冷和溴化锂吸收式制冷，其中氨水吸收式制冷由于需要设置精馏装置，且氨气存在安全隐患，因此其发展受到了限制。溴化锂吸收式制冷得益于其更高的制冷效率和安全性得到了更广泛的应用。
3.传统溴化锂吸收式制冷技术受限于水的冰点，制冷温度不能低于0℃，只能用于制取冷水。通常燃煤电厂距离需要集中供冷的居住区和商业区较远，若以冷水方式进行远距离输送，由于漏热，当冷水输送至用户区域会由于水温上升过高而无法供冷。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.本发明要解决的技术问题是现有的基于吸收式制冷装置制冷温度不能低于0℃的问题。
6.(二)技术方案
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种吸收式制冷装置，包括工质对循环组件、冷凝器、防结冰溶液循环组件和防结冰溶液回流组件，所述防结冰溶液循环组件包括依次连通形成循环闭合回路的混合器、第一节流阀和缓冲罐，所述缓冲罐用于放置防结冰溶液，所述工质对循环组件、所述冷凝器与所述混合器依次连通，以使冷凝后形成的纯水与所述防结冰溶液混合形成混合溶液，所述缓冲罐、所述防结冰溶液回流组件和所述工质对循环组件依次连通。
8.其中，所述缓冲罐的第一出液口与所述混合器的第二进液口连通的管路上设有第一溶液泵。
9.其中，所述防结冰溶液回流组件包括过冷却器和气液分离器，所述缓冲罐、所述过冷却器的冷流通道与所述气液分离器依次连通形成循环闭合回路，且所述气液分离器还与所述工质对循环组件连通，以使进入所述气液分离器的气液混合物中的水蒸气进入所述工质对循环组件，液体进入所述缓冲罐。
10.其中，所述气液分离器的出液口与所述缓冲罐的第二进液口连通的管路上设有回流泵。
11.其中，所述工质对循环组件包括依次连通形成循环闭合回路的吸收器、换热器的冷流通道、发生器和所述换热器的热流通道，所述吸收器用于放置工质对稀溶液，所述吸收器与所述气液分离器连通，所述发生器与所述冷凝器连通，以使所述工质对稀溶液蒸发形
成的水蒸气进入冷凝器，蒸发形成的工质对浓溶液回到所述吸收器与所述气液分离器送入的水蒸气混合。
12.其中，所述吸收器的出液口与所述换热器冷流通道的进液口连通的管路上设有第二溶液泵；所述换热器的热流通道的出液口与所述吸收器的进液口连通的管路上设有第二节流阀。
13.本发明还提供了一种过冷水制冰系统，包括过冷水制冰装置和如上所述的吸收式制冷装置，所述过冷水制冰装置与所述过冷却器的热流通道连通，以与所述吸收式制冷装置并联。
14.其中，所述过冷水制冰装置包括过冷却解除器、储冰器和融冰组件，所述储冰器、所述融冰组件、所述过冷却器的热流通道和所述过冷却解除器依次连通形成循环闭合回路。
15.其中，所述融冰组件包括融冰加热器和回热器，所述储冰器、所述回热器的冷流通道、所述融冰加热器、所述回热器的热流通道、所述过冷却器的热流通道和所述过冷却解除器依次连通形成循环闭合回路。
16.其中，所述储冰器的出液口与所述回热器的冷流通道的进液口连通的管路上沿液体流动的方向依次设有水泵、过滤器、流量计和流量调节阀。
17.(三)有益效果
18.本发明的上述技术方案具有如下优点：
19.本发明实施例的吸收式制冷装置，由工质对循环组件、冷凝器、防结冰溶液循环组件和防结冰溶液回流组件通过管路顺次连接形成闭合回路，其中，防结冰溶液循环组件由混合器、第一节流阀和缓冲罐通过管路顺次连接形成闭合回路。工质对循环组件对其内部的工质对稀溶液进行换热升温，从而将工质对稀溶液蒸发出水蒸气，水蒸气进入冷凝器中与外界冷源换热后冷凝为液态纯水，纯水进入混合器中与缓冲罐中排出的防结冰溶液混合，混合后形成的混合溶液经第一节流阀进入缓冲罐中，缓冲罐中的一部分溶液再次输送至混合器中，剩下的混合溶液输送至防结冰溶液回流组件中，至此，防结冰溶液循环结束。防结冰溶液回流组件将进入的混合溶液再次处理，对外界提供热交换的冷量的同时，将气化后形成的水蒸气送回工质对循环组件，并将剩余的防结冰溶液送回缓冲罐。
20.本发明实施例以水系工质对为工作介质，因为纯水节流至0℃甚至更低温度，会凝结出冰晶，导致第一节流阀发生堵塞即冰堵现象，进而引发制冷装置运行故障，为防止纯水结冰，引入防结冰溶液，缓冲罐中存储的是防结冰溶液，其冰点低于0℃，通过混合器在冷凝器排出的纯水中混入防结冰溶液后获取低于0℃的冰点，防止混合溶液在第一节流阀和防结冰溶液回流组件中出现结冰和堵塞现象，解决了传统基于水系工质对的吸收式制冷装置的制冷温度不能低于0℃的问题，同时工质对循环组件可利用电厂废热等工业余热进行水蒸气制取，从而实现利用电厂废热等工业余热作为热源进行工业制冷的效果，解决工业余热在夏季高温时期的应用问题。本发明不仅适用于溴化锂吸收式制冷装置，还适用于各种基于水系工质对的吸收式制冷装置。
21.除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
22.图1是本发明实施例过冷水制冰系统的结构示意图。
23.图中：
24.1：工质对循环组件；11：吸收器；12：换热器；13：发生器；14：第二溶液泵；15：第二节流阀；
25.2：冷凝器；
26.3：防结冰溶液循环组件；31：混合器；32：第一节流阀；33：缓冲罐；34：第一溶液泵；
27.4：防结冰溶液回流组件；41：过冷却器；42：气液分离器；43：回流泵；
28.5：吸收式制冷装置；
29.6：过冷水制冰装置；
30.7：过冷却解除器；
31.8：储冰器；81：水泵；82：过滤器；83：流量计；84：流量调节阀；
32.9：融冰组件；91：融冰加热器；92：回热器。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
36.如图1所示，本发明实施例提供的吸收式制冷装置，包括工质对循环组件1、冷凝器2、防结冰溶液循环组件3和防结冰溶液回流组件4，防结冰溶液循环组件3包括依次连通形成循环闭合回路的混合器31、第一节流阀32和缓冲罐33，缓冲罐33用于放置防结冰溶液，工质对循环组件1、冷凝器2与混合器31依次连通，以使冷凝后形成的纯水与防结冰溶液混合形成混合溶液，缓冲罐33、防结冰溶液回流组件4和工质对循环组件1依次连通。
37.本发明实施例的吸收式制冷装置，由工质对循环组件1、冷凝器2、防结冰溶液循环组件3和防结冰溶液回流组件4通过管路顺次连接形成闭合回路，其中，防结冰溶液循环组件3由混合器31、第一节流阀32和缓冲罐33通过管路顺次连接形成闭合回路。工质对循环组件1对其内部的工质对稀溶液进行换热升温，从而将工质对稀溶液蒸发出水蒸气，水蒸气进入冷凝器2中与外界冷源换热后冷凝为液态纯水，纯水进入混合器31中与缓冲罐33中排出的防结冰溶液混合，混合后形成的混合溶液经第一节流阀32进入缓冲罐33中，缓冲罐33中的一部分溶液再次输送至混合器31中，剩下的混合溶液输送至防结冰溶液回流组件4中，至此，防结冰溶液循环结束。防结冰溶液回流组件4将进入的混合溶液再次处理，对外界提供
热交换的冷量的同时，将气化后形成的水蒸气送回工质对循环组件1，并将剩余的防结冰溶液送回缓冲罐33。
38.本发明实施例以水系工质对为工作介质，因为纯水节流至0℃甚至更低温度，会凝结出冰晶，导致第一节流阀32发生堵塞即冰堵现象，进而引发制冷装置运行故障，为防止纯水结冰，引入防结冰溶液，缓冲罐33中存储的是防结冰溶液，其冰点低于0℃，通过混合器31在冷凝器2排出的纯水中混入防结冰溶液后获取低于0℃的冰点，防止混合溶液在第一节流阀32和防结冰溶液回流组件4中出现结冰和堵塞现象，解决了传统基于水系工质对的吸收式制冷装置的制冷温度不能低于0℃的问题，同时工质对循环组件1可利用电厂废热等工业余热进行水蒸气制取，从而实现利用电厂废热等工业余热作为热源进行工业制冷的效果，解决工业余热在夏季高温时期的应用问题。本发明不仅适用于溴化锂吸收式制冷装置，还适用于各种基于水系工质对的吸收式制冷装置。
39.本实施例中，防结冰溶液中的溶质为易溶于水且难挥发的盐类，可选对象包括由li

、na

、k

、nh
4
、ca
2
等阳离子与cl-、no
3-、so
42-、po
43-等阴离子组成的易溶盐，亦包括多种不同的单一盐组成的混合盐。工质对为水系工质对，在吸收式制冷循环中由高沸点的吸收剂和低沸点的制冷剂混合组成。
40.其中，缓冲罐33的第一出液口与混合器31的第二进液口连通的管路上设有第一溶液泵34。本实施例中，混合器31的第一进液口与冷凝器2的出液口连通，冷凝器2内水蒸气冷凝形成的纯水进入混合器31，混合器31的出液口与缓冲罐33的第一进液口通过管路连通，且该管路上设有第一节流阀32，缓冲罐33的第一出液口与混合器31的第二进液口通过管路连通，且该管路上设置第一溶液泵34，第一溶液泵34将缓冲罐33内的防结冰溶液泵入混合器31中，与混合器31内的纯水混合形成冰点低于0℃的混合溶液，由于混合溶液的冰点已低于0℃，因此在经过节流阀压力降低的过程中已不会结冰，有效防止节流阀的堵塞。
41.其中，防结冰溶液回流组件4包括过冷却器41和气液分离器42，缓冲罐33、过冷却器41的冷流通道与气液分离器42依次连通形成循环闭合回路，且气液分离器42还与工质对循环组件1连通，以使进入气液分离器42的气液混合物中的水蒸气进入工质对循环组件1，液体进入缓冲罐33。本实施例中，防结冰溶液回流组件4由过冷却器41和气液分离器42通过管路顺次连接形成闭合回路，其中防结冰溶液循环组件3与防结冰溶液回流组件4共用缓冲罐33。由缓冲罐33中流出的冰点低于0℃的混合溶液进入过冷却器41的冷流通道中，与过冷却器41的热流通道中的水进行热交换，冷流通道中的混合溶液加热蒸发形成水蒸气和防结冰溶液的气液混合物，而后进入气液分离器42中，气液分离器42将其中液相即防结冰溶液返回至缓冲罐33中，完成防结冰溶液回流循环，气相即水蒸气送入工质对循环组件1中，完成吸收式制冷循环。
42.一旦防结冰溶液进入工质对循环组件1中，由于工质对循环组件1只能将生成的水蒸气送入冷凝器2中，防结冰溶液中的溶质将留在工质对循环单元中，进而导致缓冲罐33中防结冰溶液浓度越来越低，最终引发系统运行故障，因此，本发明设置防结冰溶液回流单元，与外界进行热交换后经气液分离器42分离得到的水蒸气进入工质对循环组件1，而分离后的防结冰溶液返回至缓冲罐33中，以防止溶液缓冲罐33中的溶质进入工质对循环组件1而导致缓冲罐33中溶液浓度变化。
43.其中，气液分离器42的出液口与缓冲罐33的第二进液口连通的管路上设有回流泵
43。本实施例中，缓冲罐33的第二出液口与过冷却器41的冷流通道的进液口连通，过冷却器41的冷流通道的出液口与气液分离器42的进液口连通，缓冲罐33内的混合溶液经过过冷却器41与外界进行热交换，形成水蒸气和防结冰溶液进入气液分离器42，气液分离器42的出气口与工质对循环组件1连通，气液分离器42的出液口与缓冲罐33的第二进液口通过管路连通，该管路上设有回流泵43。回流泵43将气液分离器42内分离出的防结冰溶液泵入缓冲罐33内。
44.其中，工质对循环组件1包括依次连通形成循环闭合回路的吸收器11、换热器12的冷流通道、发生器13和换热器12的热流通道，吸收器11用于放置工质对稀溶液，吸收器11与气液分离器42连通，发生器13与冷凝器2连通，以使工质对稀溶液蒸发形成的水蒸气进入冷凝器2，蒸发形成的工质对浓溶液回到吸收器11与气液分离器42送入的水蒸气混合。本实施例中，工质对循环组件1由吸收器11、换热器12和发生器13通过管路顺次连接形成闭合回路，吸收器11中的工质对稀溶液进入换热器12的冷流通道中，经换热升温后进入发生器13，在外界热源的作用下工质对稀溶液蒸发出的水蒸气进入冷凝器2，而蒸发后得到的工质对浓溶液再进入换热器12的热流通道中与冷流通道中的工质对稀溶液进行换热降温，再返回到吸收器11中，至此工质对的循环结束。保证工质对循环组件1中工质对的浓度一定，从而保证装置循环工作稳定。
45.本实施例中，吸收式制冷装置中的工质对中的制冷剂为水，吸收剂为具有吸水性的盐类或碱类，可以是单质盐或碱，也可以是多种盐或碱的混合物。
46.其中，吸收器11的出液口与换热器12冷流通道的进液口连通的管路上设有第二溶液泵14；换热器12的热流通道的出液口与吸收器11的进液口连通的管路上设有第二节流阀15。本实施例中，吸收器11的出液口与换热器12的冷流通道的进液口通过管路连通，且该管路上设有第二溶液泵14，第二溶液泵14将吸收器11内的工质对稀溶液泵入换热器12的冷流通道中，换热器12的冷流通道的出液口与发生器13的进液口连通，发生器13的出液口与换热器12的热流通道的进液口连通，发生器13的出气口与冷凝器2的进气口连通，发生器13内水蒸气进入冷凝器2，剩余的工质对浓溶液进入换热器12的热流通道，换热器12的热流通道的出液口与吸收器11的进液口通过管路连通，该管路上设有第二节流阀15，工质对浓溶液在换热器12的热流通道中换热降温后，经过第二节流阀15降压后流回吸收器11。气液分离器42的出气口与吸收器11的进气口连通，气液分离器42分离出的水蒸气进入吸收器11。
47.本发明还提供了一种过冷水制冰系统，包括过冷水制冰装置6和如上的吸收式制冷装置5，过冷水制冰装置6与过冷却器41的热流通道连通，以与吸收式制冷装置5并联。
48.本发明实施例的过冷水制冰系统，包括吸收式制冷装置5和过冷水制冰装置6，二者通过共用过冷却器41相互作用。吸收式制冷组件获取的低温饱和气液混合溶液进入过冷却器41作为过冷水制冰装置6的冷源。过冷水制冰装置6中，略高于0℃(如0.2℃)的水在过冷却器41的热流通道内与过冷却器41的冷流通道内的混合溶液进行换热降温后，被冷流流道中的混合溶液降温至0℃以下形成过冷水，此状态为过冷状态，为亚稳态，虽然低于冰点，但仍为液态水，过冷水流出过冷却器41后经过解除过冷状态形成流态化的冰水混合物，完成过冷水制冰过程。本发明在吸收式制冷装置5的基础上引入过冷水制冰装置6，实现利用电厂废热等工业余热制取流态冰，解决工业余热在夏季高温时期的应用问题，在获取高制冷效率的同时可实现制取流态冰，冰水混合成冰浆状态替代冷水进行输送，由于冰水相变
潜热大，输送过程可维持冰水在0℃，而不会出现水温明显上升的情况，易于输送。
49.其中，过冷水制冰装置6包括过冷却解除器7、储冰器8和融冰组件9，储冰器8、融冰组件9、过冷却器41的热流通道和过冷却解除器7依次连通形成循环闭合回路。本实施例中，过冷水制冰装置6由过冷却解除器7、储冰器8和融冰组件9通过管路顺次连接形成闭合回路，其中融冰组件9通过过冷却器41的热流通道与过冷却解除器7连通。启动制冰时，储冰器8中存储的是水，水经过融冰组件9后进入过冷却器41的热流通道与过冷却器41的冷流通道内的混合溶液进行热交换，降温至0℃以下形成过冷水，此状态为过冷状态，为亚稳态，虽然低于冰点，但仍为液态，过冷水流出过冷却器41后经过冷却解除器7解除过冷状态形成流态化的冰水混合物，而后返回至储冰器8中。由于冰和水的密度差形成分层，位于储冰器8下部的水相部分经过融冰组件9后进入过冷却器41，重复上述过程，冰相部分则留在储冰器8内逐渐积蓄。
50.其中，融冰组件9包括融冰加热器91和回热器92，储冰器8、回热器92的冷流通道、融冰加热器91、回热器92的热流通道、过冷却器41的热流通道和过冷却解除器7依次连通形成循环闭合回路。本实施例中，融冰组件9由回热器92和融冰加热器91通过管路连接而成。在融冰过程中，储冰器8排出的水中可能还含有少量的冰晶，首先进入回热器92的冷流通道换热升温，再经过融冰加热器91中进一步升温，通过升温将少量的冰晶融化消除，消除冰晶后的水再进入回热器92的热流通道与冷流通道中的水进行热交换降温至0℃附近，而后进入过冷却器41中。
51.融冰加热器91中含有供热热源，供热热源可以为电加热，或吸收器11提供的热量，或冷凝器2提供的热量或其它废热。回热器92的设置可节约融冰加热器91的能耗，并降低融冰后进入过冷却器41热流体通道的水的温度，进而节约制冷能耗，提升系统整体制冰效率。
52.其中，储冰器8的出液口与回热器92的冷流通道的进液口连通的管路上沿液体流动的方向依次设有水泵81、过滤器82、流量计83和流量调节阀84。本实施例中，位于储冰器8下部的0℃附近的水相部分经水泵81引出，依次经过过滤器82、流量计83、流量调节阀84和融冰组件9后进入过冷却器41，其中过滤器82能够过滤掉水中含有的少量冰晶，流量计83可监测水流量以调整过冷却器41中水温，流量调节阀84调节水流量。
53.本实施例中，储冰器8的出液口与回热器92的冷流通道的进液口通过管路连通，该管路上沿液体流动方向依次设有水泵81、过滤器82、流量计83和流量调节阀84，回热器92的冷流通道的出液口与融冰加热器91的进液口连通，融冰加热器91的出液口与回热器92的热流通道的进液口连通，回热器92的热流通道的出液口与过冷却器41的热流通道的进液口连通，过冷却器41的热流通道的出液口与过冷却解除器7的进液口连通，过冷却解除器7的出液口与储冰器8的进液口连通。
54.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。