双重气体和热液体吸收式冷冻器组件.pdf

吸收式冷冻器组件(20)包括低级发生器(42)，该低级发生器利用由高级发生器(26)工作产生的蒸气的热量以及另外的例如与原动机(22)相连的冷却剂流体等热流体的热量。低级发生器(42)的示例包括导管装置，用于引导两个热源的流通过低级发生器，使得两个源同时在低级发生器内与制冷剂溶液相互作用。一个公开的示例包括成一体的换向阀，该换向阀预装配和布置在吸收式冷冻器组件中。在一个示例中，一个公开的加热模式包括使用吸收器(60)和冷凝器(56)，用于加热在加热操作中使用的流体。

1、  一种吸收式冷冻器组件，包括：
高级发生器，该高级发生器设置成接收热气体，该高级发生器加热制冷剂溶液并由此产生制冷剂蒸气；以及
低级发生器，该低级发生器设置成接收热液体，并与该高级发生器流体连通，以便接收所产生的制冷剂蒸气，该低级发生器利用所接收的热液体和所接收的制冷剂蒸气中的至少一种或这两种来加热制冷剂溶液。

2、  根据权利要求1所述的组件，其中，该热气体包括来自能量源的排气，该热液体包括来自能量源的热的冷却剂。

3、  根据权利要求1所述的组件，其中，该低级发生器包括：
至少一个热液体流动导管，用于运送所接收的热液体通过该低级发生器；
至少一个蒸气流动导管，用于运送所接收的蒸气；以及
制冷剂溶液导管，用于运送该制冷剂溶液，使得该制冷剂溶液与该至少一个热液体流动导管和该至少一个蒸气流动导管成换热关系。

4、  根据权利要求3所述的组件，其中，该至少一个热液体流动导管包括多个第一管，该至少一个蒸气流动导管包括分开的多个第二管。

5、  根据权利要求4所述的组件，包括用于制冷剂溶液的单个流动通路，它与该热液体流动导管的管和该蒸气流动导管的管成换热关系。

6、  根据权利要求5所述的组件，其中，该单个流动通路中的至少一些制冷剂溶液同时与该热液体流动导管的管和该蒸气流动导管的管成换热关系。

7、  根据权利要求3所述的组件，其中，该至少一个热液体流动导管紧邻该至少一个蒸气流动导管。

8、  根据权利要求1所述的组件，包括：
控制面板；
冷凝器，该冷凝器与该低级发生器相联；
蒸发器，该蒸发器与该冷凝器相联；
吸收器，该吸收器与该蒸发器相联；
至少一个换热器，该换热器与至少一个发生器相联；以及
换向阀，该换向阀包含于该组件中并处于由该控制面板、冷凝器、蒸发器、吸收器和该至少一个换热器所确定的包装包迹中。

9、  根据权利要求8所述的组件，包括预装配组件，该预装配组件具有在该高级发生器和该换向阀之间建立流体连通的连接件以及在该控制面板和换向阀之间建立电导通的连接件。

10、  根据权利要求1所述的组件，包括：
吸收器；以及
在该高级发生器和吸收器之间的至少一个连接件，用于使得所形成的制冷剂蒸气或热的制冷剂溶液中的至少一个的至少一部分从该高级发生器直接与该吸收器连通。

11、  根据权利要求10所述的组件，包括阀，该阀与该至少一个连接件相联，用于选择性地控制所形成的制冷剂蒸气或热的制冷剂溶液中的至少一个与该吸收器的直接连通。

12、  根据权利要求11所述的组件，其中，该至少一个连接件包括：
第一连接件，用于使得所形成的制冷剂蒸气与该吸收器直接连通；以及
第二连接件，用于使得该热的制冷剂溶液与该吸收器直接连通。

13、  根据权利要求12所述的组件，包括：
第一阀，该第一阀与该第一连接件相联，用于控制通过该第一连接件的流动；以及
第二阀，该第二阀与该第二连接件相联，用于控制通过该第二连接件的流动。

14、  根据权利要求10所述的组件，包括：
冷凝器；以及
至少一个导管，用于运送流体至少部分通过该吸收器且至少部分通过该冷凝器，其中，该流体分别由该吸收器和冷凝器中的热量来加热。

15、  根据权利要求1所述的组件，包括：
冷凝器，该冷凝器与该低级发生器相联，该冷凝器在其内具有至少由提供给该低级发生器的热液体产生的热量；
吸收器，该吸收器选择性地从该高级发生器直接接收所形成的制冷剂蒸气或热的制冷剂溶液中的至少一个的至少一部分；以及
其中，该吸收器和冷凝器配合，以便加热至少一个其它流体。

16、  根据权利要求15所述的组件，包括：
至少一个导管，用于运送该至少一个其它流体，该至少一个其它流体至少部分地与该吸收器和冷凝器成换热关系。

17、  根据权利要求15所述的组件，其中，该吸收器中由所形成的制冷剂蒸气或热的制冷剂中的至少直接接收的一个所产生的热量以及该冷凝器中至少由提供给该低级发生器的冷却剂产生的热量进行配合，以便加热该至少一个其它流体。

18、  根据权利要求1所述的组件，包括：
第一换热器，该第一换热器从该高级发生器接收流体；
第二换热器，该第二换热器从该低级发生器接收流体，该流体离开该第二换热器流向该第一换热器；以及
导管，该导管将离开该第二换热器的至少一些流体运送至该低级发生器，该导管有排放装置，该排放装置选择性地从该高级发生器接收流体。

19、  权利要求18所述的组件，包括：
导管，该导管在该高级发生器和该排放装置之间。

20、  一种操作具有高级发生器和低级发生器的吸收式冷冻器组件的方法，包括：
利用第一热源加热该高级发生器中的制冷剂溶液；
利用第二热源加热该低级发生器中的制冷剂溶液；以及
利用该由高级发生器所产生的蒸气加热该低级发生器中的该制冷剂溶液。

21、  根据权利要求20所述的方法，包括：在该低级发生器中同时利用所形成的蒸气的热量和第二热源加热同一制冷剂。

22、  根据权利要求20所述的方法，其中，该第一热源包括来自能量源的排气，该第二热源包括来自该能量源的冷却剂。

23、  根据权利要求20所述的方法，其中：该组件有吸收器和冷凝器，该方法包括选择性地利用该吸收器和冷凝器加热至少一个其它流体，以便提供加热功能。

24、  根据权利要求23所述的方法，包括：选择性地将该热的制冷剂溶液或所形成的制冷剂蒸气中的至少一个的至少一部分直接提供给该吸收器，用于加热该至少一个其它流体。

25、  根据权利要求20所述的方法，其中，该吸收式冷冻器组件包括换向阀，该方法包括：
选择性地控制该换向阀，以便将该第一热源的一部分可变地导向该高级发生器，并将该第一热源的剩余部分导向大气。

26、  根据权利要求20所述的方法，包括：使得对该第一热源的使用优先于对该第二热源的使用。

27、  根据权利要求20所述的方法，包括：将该高级发生器设置成尽可能减小在该高级发生器中的任意低温度区域。

双重气体和热液体吸收式冷冻器组件
技术领域
本发明通常涉及吸收式冷冻器。
背景技术
吸收式冷冻器已经众所周知。一些吸收式冷冻器包含在热电联供(cogeneration heating plant，CHP)系统中，以便比如向建筑物提供致冷、加热(在一些情况下)和电力。对基本的吸收式冷冻器循环已经进行了各种改进，以试图使效率最高，并增加吸收式冷冻器组件可能的用途。
普通的单效冷冻器包括发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器和溶液换热器。很多装置使用溴化锂水溶液，其中，水组分认为是制冷剂，而溴化锂认为是吸收剂。其它装置使用氨水溶液，其中，氨认为是制冷剂，而水认为是吸收剂。
可以由直燃或联合燃烧的高等级废热来驱动的双效冷冻器通常包括高级发生器、低级发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器和两个溶液换热器。在双效冷冻器装置中，主热源提供给高级发生器，利用低级发生器从在高级发生器中产生的制冷剂中回收附加热量。已经对单效和双效冷冻器提出了各种变化形式。
在美国专利No.4589262中提出了一种方案，其中，高级发生器由发动机排气来驱动，低级发生器由与发动机相关的水套冷却水来驱动，且第二低级发生器从高级发生器排出的制冷剂蒸气中回收热量。尽管该装置利用发动机排气和水套冷却水作为热源，但是附加第二低级发生器增加了材料成本并可能在经过一定时间后出现的维护问题。
本领域技术人员一直试图进行改进。有利的是提供一种更高效的吸收式冷冻器装置，它最大程度地使用可用热源，而并不引入附加部件。本发明提供了这样的装置。
发明内容
一种吸收式冷冻器组件示例包括高级发生器，该高级发生器设置成接收热空气流。高级发生器加热制冷剂，并由此产生蒸气。低级发生器设置成接收相对高温的液体。低级发生器还与高级发生器流体连通，以便接收所产生的蒸气。低级发生器利用所接收的热液体和所接收的蒸气中的至少一种或这两种来加热制冷剂。
在一个示例中，低级发生器包括至少一个热液体流动导管，用于运送所接收的热液体通过低级发生器。低级发生器还包括至少一个蒸气流动导管，用于运送所接收的蒸气。制冷剂导管运送制冷剂，使得制冷剂与热液体流动导管和蒸气流动导管成换热关系。通过这样的装置，当使用溴化锂溶液时，溴化锂溶液和两个流动导管之间的该换热关系防止了不希望的溴化锂结晶。
一种控制具有高级发生器和低级发生器的吸收式冷冻器组件的示例方法包括向高级发生器提供热气体作为热源。由高级发生器工作产生的蒸气提供给低级发生器，作为低级发生器的热源。高温流体也供给低级发生器作为另一热源。
一个方法示例包括使得溴化锂溶液在低级发生器中以换热关系与低级发生器的两个热源相互作用，而不使它们分离。当它们与溴化锂溶液在低级发生器中相互作用时有效混合热源(而不是分离它们)将更好地防止不希望的溴化锂结晶。
一个示例包括以加热模式使用示例的吸收式冷冻器组件。一个示例包括高级发生器和吸收器之间的直接连接件，用于使热的制冷剂溶液选择性地从高级发生器通向吸收器。在吸收器中，该热的制冷剂溶液可以用于加热流体，该流体用于加热例如建筑物的一部分。在一个示例中，导管至少局部延伸穿过该组件的吸收器和相关冷凝器，使得该导管中的流体由吸收器和冷凝器中的热量来加热。
一个示例包括阀，用于选择性地控制由高级发生器产生的制冷剂蒸气是与低级发生器连通还是直接与吸收器连通。在加热模式中，制冷剂蒸气能够选择性地直接提供给吸收器，作为用于至少局部经过吸收器和至少局部经过冷凝器的流体的另一热源。
在一个实施例中，冷凝器中由低级发生器处理来自能量源的热的冷却剂流体而产生的热量提供了另一热源，用于加热在加热模式中使用的流体。
通过下面的详细说明，本领域技术人员将清楚本发明的各种特征和优点。详细说明的附图将简要介绍如下。
附图说明
图1示意性地说明根据本发明实施例得到的吸收式冷冻器组件的选定部分；
图2示意性地说明用于图1的实施例中的低级发生器的选定部分；
图3示意性地说明根据本发明一个实施例设计的吸收式冷冻器组件的示例实施例；以及
图4示意性地说明以加热模式操作图1的实施例的一个方法示例。
具体实施方式
图1示意性地说明了吸收式冷冻器组件20的选定部分。原动机22(例如发动机)作为能量源而工作。来自原动机22的排气流通过至少一个导管24而导向高级发生器26，该高级发生器26使用该排气作为热源。在一些实施例中，高级发生器也使用其它热源。为了说明起见，在该示例示例中，来自原动机22的排气是热气体。
所示示例包括换向阀28，该换向阀28用于选择性地控制排气是提供给高级发生器26还是如标号30示意示出那样排向大气。在本示例中，换向阀28有多个工作模式。它可以将全部排气流导向大气、高级发生器26、或者以连续变化的方式同时导向这两者。该连续变化的方法可以提供多个优点，例如在冷却需求负载之间的更平滑过渡。高级发生器26包括通向大气的通气孔36，该通气孔36以已知方式来工作。
制冷剂/吸收剂溶液在进口32处提供给高级发生器26。在一个示例中，该溶液包括溴化锂和水，其中，溴化锂用作吸收剂，而水用作制冷剂。另一示例布置包括氨水溶液，其中，水用作吸收剂，而氨用作制冷剂。该溶液在高级发生器26中被加热至这样的程度，即，水至少部分地作为蒸汽而与溴化锂分离。
更浓缩的、热的溴化锂溶液通过出口34流向换热器38。换热器38中的溴化锂溶液再通过进口40流入低级发生器42中。该示例的低级发生器示例使用两个热源来加热在进口40处接收的溶液。来自高级发生器26的蒸气制冷剂通过进口44流向低级发生器42。低级发生器42的另一热源是热液体。在所示示例中，该热液体包括从原动机22流出的流体，例如水套冷却水或其它冷却剂流体。
这种低级发生器装置的独特性在于它使用两个热源，而不是一个。低级发生器42示例与现有装置相比提高了吸收式冷冻器组件的性能系数，这部分是因为它利用了更多可用废热来操作冷冻器组件20。
当溶液在低级发生器42中被加热时，附加的制冷剂蒸气流过导管48，并且液体制冷剂如50、52和54所示从低级发生器42流向冷凝器56，然后流向蒸发器58，再流向吸收器60。来自低级发生器42的一些溶液通过出口62流向换热器64。该溶液通过进口66流向吸收器60。
泵68从吸收器60中吸出溶液，在该吸收器60中，例如溴化锂已经吸收了水，且通过由进口32向高级发生器26提供溶液而继续进行循环。
图1的示例装置包括在低级发生器42与原动机22的合适部分(例如散热器或冷却水套)之间的流体返回导管70。所示示例还包括三通换向阀72，用于选择性地控制冷却剂流体从原动机22向低级发生器42的流动。所示示例包括水加热器74，该水加热器74能够与低级发生器42并行地工作，从而利用一些来自原动机22的热的冷却剂，或者在一些情况下该水加热器74可以绕过低级发生器42而使用。来自热水加热器74的热水可以用于例如建筑物加热目的或热水供给。
对阀72的控制可以策略性地与对阀28的控制相协调，以便获得所需的性能并最大程度地利用可用热源。在一个示例中，对阀28的使用包括尽可能减少开/关循环，以便延长该阀的寿命。同时，通过使排气热量优先于冷却水热量，可以最大程度地利用排气废热，这是通过控制该阀28和72来实现的。减少阀循环是一个示例中的目的。该方法另外一个优点是增加了吸收式冷冻器的局部负载效率。在一个示例中，性能的局部负载系数大于1。
图1的示例的另一特征是溴化锂溶液被分设在换热器38和64中。所示示例包括至少一个导管80，该导管80允许一些流体离开换热器64流向低级发生器42。在该示例中，高级发生器26包括导管82，该导管82与排放装置84连接，该排放装置84与导管80相连。
当高级发生器26中的溴化锂溶液高度升至高于选定阈值时，在液体排放装置84中产生的吸力将通过导管82而从高级发生器26中除去过多的溶液。导管80允许该溶液流向低级发生器42。这种装置的一个优点是它为低级发生器42提供了独立的溶液供给。这保证低级发生器42总是接收到溴化锂溶液流，而不管高级发生器26中发生什么。
参见图2，低级发生器42的一个示例实施例包括至少一个冷却剂流动导管90，用于通过进口46从原动机22接收冷却剂流体。在该示例中，冷却剂流动导管包括多个管92，冷却剂通过该管92而在进口46和出口70之间流动。
多个导流板94以已知方式与分隔板96一起布置，用于引导溶液从进口40流向出口62。在一个示例中，导流板94布置成使得溶液以大致蛇形流方式从一个导流板上面流过，然后从下一个导流板的下面流过。分隔板96也帮助流动，如图2中箭头示意性所示。
图2的示例还包括至少一个制冷剂流动导管100，用于通过进口44从高级发生器26接收制冷剂(例如蒸汽)。在该示例中，该制冷剂流动导管包括多个管102。
图2中所示装置示例的一个独特方面是，从进口40流向出口62的溶液与冷却剂流动导管90和制冷剂流动导管100成换热关系。在该示例中，溶液(例如溴化锂溶液)与低级发生器42的两个热源相互作用。换句话说，溶液流过低级发生器42的壳侧，使得至少一些溶液同时与冷却剂流动导管90和制冷剂流动导管100成换热关系。
这样的装置具有的优点是尽可能减少溴化锂在低级发生器42中结晶的可能性。溴化锂的结晶至少部分地依赖于温度。当与通向低级发生器42的一个热源相关的温度产生可能导致结晶的状态时，与另一热源相关的温度将消除该可能性，并尽可能减少结晶的机率。对于吸收式冷冻器组件不中断的、令人满意的工作，防止结晶很重要。因此，所公开的通过低级发生器来处理溶液的示例技术优于只在低级发生器使用一个热源的现有装置。
图3表示了一个示例装置，它包括换向阀28作为预装配吸收式冷冻器组件的一部分。该示例装置与现有装置的区别在于吸收式冷冻器组件不需要现场安装和连接换向阀。通过使换向阀集成在预装配的组件中，图3的示例提供了多个优点。
一个优点是所需空间减少，因为换向阀在示例组件的主体110和控制面板112的“包迹”中。主体110支承或包括发生器26和42、冷凝器56、蒸发器58、吸收器60和换热器38和64等部件。另一优点是阀28与通向高级发生器26的进口适当连接，并适当以电线连接至控制面板112，这减少了在安装过程中的误差机率。
在所示示例中，高级发生器26策略性地相对于控制面板112定位，过渡导管114的尺寸设置成将换向阀28容纳于示例组件的包装包迹中。在该示例中，过渡导管114比现有设计更短，该过渡导管114与高级发生器26的布置组合，以便将换向阀28容纳于该组件的包装包迹中。
类似图3中所示示例的另一方面是高级发生器26设计成防止或消除可能产生冷凝和引起腐蚀的低温区域。换热器的尺寸和结构被平衡以避免腐蚀。这样的设计例如对于产生相对潮湿排气(例如超过10％的水)的化学当量往复发动机有利，该潮湿排气可能在低于大约60℃的温度下冷凝。
图4示意地说明了使用吸收式冷冻器组件的示例装置，该吸收式冷冻器组件具有在加热模式中用于低级发生器42的两个热源。在该示例中，离开高级发生器26的制冷剂蒸气通常在冷却模式中通过进口44流向低级发生器42。在加热模式中，打开控制器阀120，以便产生从高级发生器通向吸收器60的进口122的更低阻力流动通路。至少一些制冷剂蒸气在该示例加热模式中从高级发生器26直接流入吸收器60中。
当控制阀130打开以便使流体流绕过(否则该流体流将通过图1的示例中所示的出口34，以便将溶液运送至换热器38)时，吸收器60还直接从高级发生器26接收至少一些热的溶液(例如溴化锂)。在图4的示例中，当阀130打开时，导管134从高级发生器26运送热的溶液至吸收器60的进口136。吸收器中的进口122和136接收热的流体，该热的流体用于加热通过进口140流入与吸收器60相连或者至少局部在该吸收器60内的导管中的另一流体，例如水。换热部分142允许流体流过进口140，以便在吸收器中吸收热量。该流体再继续流向冷凝器56，在该冷凝器中，该流体在与冷凝器56相连或者至少局部在该冷凝器56内的换热器部分144中被进一步加热。
在图4的示例中，由于接收原动机冷却剂流体而存在于低级发生器42中的热量至少部分地保留在低级发生器42和冷凝器56中。这能够通过例如控制蒸汽流来控制，该蒸汽流由于在低级发生器42中加热制冷剂溶液而产生。来自该蒸汽的热量在换热器部分144中的流体通过出口146离开之前对其进行加热。
所示装置的独特性在于吸收器60和冷凝器56用于在加热模式中加热流体，例如水。其它装置已经利用与吸收式冷冻器相连的蒸发器来加热水，但是在本发明之前，没有人单独使用冷凝器或者如该示例中所示使用冷凝器与吸收器组合来在加热模式中获得热的流体。
所公开的示例还提供了多个优点。一个优点是与使用单效或双效冷冻器相比具有更高的效率和更高的性能系数。直接使用高等级废热(例如原动机排气)和低等级废热(例如原动机22的冷却剂流体)使得能够更好地利用大部分可用废热。在一个示例中，低级发生器42使得从高级发生器26回收热量的性能系数增加至大约1.25的值。如果没有所公开的示例，性能系数通常为大约0.7。
与图2中所示示例相关的一个优点是，与制冷剂溶液相互作用的两个热源的配合降低或尽可能减小了例如溴化锂结晶的可能性。
另一优点是减小了尺寸，并降低了与将换向阀装入高级发生器的供给装置中相关的安装成本。图3的示例实施例以节省成本、空间和人工的方式集成该换向阀。
与图4的示例相关的另一优点是附加加热功能，它在低级发生器42中利用来自原动机22的冷却剂流体的废热，并利用来自高级发生器26和吸收器60的热量来提供加热功能。
前述说明是示例性的，而不是进行实际上的限制。本领域技术人员在不脱离本发明的本质的情况下显然可以对所述示例进行变化和改变。本发明的法律保护范围只能够通过研究下面的权利要求来确定。