CN107677002B - 低品位热驱动吸收式化学反应制冷热泵循环装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低品位热驱动吸收式化学反应制冷热泵循环装置及方法，该装置包括工质循环回路、选择性吸收剂循环回路、工作液体循环回路。高压气态制冷工质氨气和二氧化碳进入化学反应冷却器，被工作液体吸收并生成氨基甲酸铵放热，生成物溶于工作液体，混合溶液经回热器、节流装置进入化学反应蒸发器，氨基甲酸铵分解生成氨气和二氧化碳并蒸发出来，吸收热量，氨气和二氧化碳进入第一、第二吸收器分别被选择性吸收，并在第一、第二发生器中分别生成高压气态制冷工质。本发明利用可逆化学反应实现制冷/制热，相比于相变制冷/制热拥有更高的性能系数，能够实现在较大的压缩比下提升混合气体压力，并且能够比较方便地调节气态制冷工质的流量比例。

Description

低品位热驱动吸收式化学反应制冷热泵循环装置及方法

技术领域

本发明属于空调设备技术领域，具体涉及一种低品位热驱动吸收式化学反应制冷热泵循环装置及方法。

背景技术

目前人工制冷的方法，总的可分为物理方法和化学方法两大类，而绝大多数制冷方法都属于物理方法。其中，利用物质相变的吸热效应制冷应用比较广泛，然而受制冷剂热力性质的影响，相变制冷的单位质量制冷量、性能系数并不高。因此，考虑采用化学方法实现制冷。

氨基甲酸铵是合成尿素的中间产物，白色固体，不稳定，加热易发生分解反应。氨基甲酸铵形成二氧化碳和氨的分解反应是高度吸热的，化学反应热为2010KJ/KG。氨基甲酸铵的分解与温度和压力密切相关，可以通过将压力降低到对应于设定温度的饱和压力以下或者将温度提高到对应于设定压力的饱和温度以上实现。二氧化碳与氨气可以在不同温度条件下进行化学反应，可以在室温、一个大气压、无水蒸气参与的情况下，生成氨基甲酸铵(NH₂COONH₄)，合成反应过程放热。因此，可以利用二氧化碳和氨气的可逆化学反应实现制冷或制热。由于氨基甲酸铵合成、分解与温度、压力密切相关，在制冷或制热的工况下，循环的压缩比较大，根据合成反应和分解反应所需要的平衡压力得到其压缩比较大，可能达18以上，需要一种装置来实现工质在较大的压缩比下的升压过程。

在压缩比较大的情况下，若采用单级蒸汽压缩式制冷技术，会使实际压缩过程大大偏离等熵压缩过程，引起压缩机排气温度升高，效率降低，功耗增大，甚至造成系统内制冷剂和润滑油分解，运行条件恶化，危害压缩机的正常工作。因此考虑采用吸收式制冷技术。吸收式制冷/制热技术是一种热能驱动的制冷/制热技术，与压缩式制冷/制热不同的是利用吸收剂对制冷剂的吸收过程和发生过程来实现将低压蒸汽变为高压蒸汽，可以实现在较大压缩比条件下的压力提升过程。同时吸收式制冷/热泵机组利用热能为动力，只需要消耗很少的机械能，可以利用品位较低的热能，如余热、废热、太阳能等。

中国专利申请201480031214.3公开了一种包括双重制冷剂和液体工作流体的吸收制冷系统，其以氨气和二氧化碳为制冷工质，该系统的局限性在于：第一，该系统利用氨气和二氧化碳的相变过程实现制冷，与本发明的制冷方式不同，并且由于受到气体制冷剂的限制(二氧化碳临界温度过低)，在自然冷却条件下通常很难在冷凝器中实现二氧化碳的冷凝过程；第二，吸收器中，在吸收温度和吸收压力条件下，氨气和二氧化碳很难发生化学反应；第三，该专利提供的吸收制冷系统仅包含一个吸收器，用于同时吸收氨气和二氧化碳，但是由于受到吸收剂的限制，在一个吸收器中很难同时物理溶解吸收酸性和碱性气体，并且该专利提供的吸收制冷系统难以调控氨气和二氧化碳的气体质量流量比以满足系统化学反应要求，会造成多余的气体制冷剂被提升压力，导致能量的损耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种低品位热驱动吸收式化学反应制冷热泵循环装置，该装置利用可逆化学反应实现制冷/制热，相比于液体汽化相变制冷/制热，拥有更高的性能系数，能够实现在较大的压缩比下分别将气态制冷工质氨气和二氧化碳提升压力，并且能够比较方便地调节满足化学反应的两种气态制冷工质的流量比例。

本发明的另一个目的是提供一种利用所述循环装置制冷/制热的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低品位热驱动吸收式化学反应制冷热泵循环装置，包括化学反应冷却器1、节流装置、化学反应蒸发器4、回热器7、第一吸收器8、第一热交换器11、第一发生器12、第二吸收器14、第二热交换器17、第二发生器18；

第一发生器12的气体出口和第二发生器18的气体出口分别与化学反应冷却器1的气体进口连接，化学反应冷却器1的液体进口连接至回热器7的低温侧出口，回热器7的低温侧进口与化学反应蒸发器4的液体出口连接；化学反应冷却器1的液体出口与回热器7的高温侧进口连接，回热器7的高温侧出口与节流装置的进口连接，节流装置的出口与化学反应蒸发器4的液体进口连接；

化学反应蒸发器4的气体出口连接至第一吸收器8的气体进口，第一吸收器8的气体出口与第二吸收器14的气体进口连接；第一吸收器8的液体进口与第一热交换器11的高温侧液体出口连接，第一热交换器11的高温侧液体进口与第一发生器12的液体出口连接，第一发生器12的液体进口与第一热交换器11的低温侧液体出口连接，第一热交换器11的低温侧液体进口与第一吸收器8的液体出口连接；

第二吸收器14的液体进口与第二热交换器17的高温侧液体出口连接，第二热交换器17的高温侧液体进口与第二发生器18的液体出口连接，第二发生器18的液体进口与第二热交换器17的低温侧液体出口连接，第二热交换器17的低温侧液体进口与第二吸收器14的液体出口连接。

进一步地，第一气态制冷工质为氨气，第二气态制冷工质为二氧化碳，第一吸收器中为选择性吸收碱性气体的吸收剂，第二吸收器中为选择性吸收酸性气体的吸收剂；或者，第一气态制冷工质为二氧化碳，第二气态制冷工质为氨气，第一吸收器中为选择性吸收酸性气体的吸收剂，第二吸收器中为选择性吸收碱性气体的吸收剂；工作液体为有机醇。

更进一步地，所述的有机醇为丙二醇或乙二醇中的一种或两者的混合物。

更进一步地，所述的选择性吸收碱性气体的吸收剂为LiSCN、NaSCN或LiNO₃；所述的选择性吸收酸性气体的吸收剂为有机胺或离子液体。

进一步地，所述化学反应冷却器1、第一吸收器8、第二吸收器14中分别设有化学反应冷却器1冷却水或热媒水管道、第一吸收器8冷却水或热媒水管道、第二吸收器14冷却水或热媒水管道，第一发生器12和第二发生器18中分别装有第一发生器12热源和第二发生器18热源，化学反应蒸发器4底部连接有冷冻水或低温热源管道。

进一步地，所述的节流装置为U型管、毛细管或节流阀，优选为U型管。

利用本发明循环装置制冷制热的方法，包括以下步骤：

步骤1：第一、第二发生器分别输出高压状态下的第一、第二气态制冷工质，第一、第二气态制冷工质进入化学反应冷却器被工作液体吸收并反应，反应生成物溶于工作液体形成混合溶液，被冷却水冷却或加热热媒水；

步骤2：混合溶液经过节流装置进入化学反应蒸发器，在低温低压下反应生成物分解吸热，生成第一、第二气态制冷工质，并从工作液体中蒸发出来，对冷媒水降温或吸收低温热源的热量；

步骤3：化学反应蒸发器的工作液体经过回热器将化学反应冷却器出来的液体过冷，然后送入化学反应冷却器；

步骤4：第一、第二气态制冷工质进入第一吸收器，第一气态制冷工质被吸收剂选择性吸收，释放的热量进入冷却水或热媒水，然后溶液被送入第一发生器，加热产生高压状态下的第一气态制冷工质；第二气态制冷工质进入第二吸收器，被吸收剂吸收，释放的热量进入冷却水或热媒水，溶液被送入第二发生器，加热产生高压状态下的第二气态制冷工质，重复以上步骤形成循环。

进一步地，通过调节第一、第二吸收器的大小、结构或运行参数调节第一、第二气态制冷工质的流量比。

进一步地，第一气态制冷工质为氨气，第二气态制冷工质为二氧化碳，第一吸收器中为选择性吸收碱性气体的吸收剂，第二吸收器中为选择性吸收酸性气体的吸收剂；或者，第一气态制冷工质为二氧化碳，第二气态制冷工质为氨气，第一吸收器中为选择性吸收酸性气体的吸收剂，第二吸收器中为选择性吸收碱性气体的吸收剂；工作液体为有机醇。

进一步地，所述的有机醇为丙二醇或乙二醇中的一种或两种的混合物，优选为丙二醇。

更进一步地，所述的选择性吸收碱性气体的吸收剂为LiSCN、NaSCN或LiNO₃；所述的选择性吸收酸性气体的吸收剂为有机胺或离子液体。

有益效果：

(1)本发明利用可逆化学反应的化学反应热和液体汽化热来实现制冷/制热，相比于液体汽化相变制冷/制热，制冷量或制热量较大，由于化学反应热比相变潜热大得多，因此拥有更高的性能系数。

(2)本发明包含第一、第二吸收器，采用两种不同的选择性吸收剂吸收混合气体，再分别加热，相比于仅包含一个吸收器同时吸收混合气体，优点在于：①可以在压缩比较大的情况下，提升混合气体的压力。在一个吸收器中，受吸收剂的限制，两种混合气体很难同时提升两种气体压力，完成同样压力比的提升；②能够比较方便地调节满足化学反应的两种气体的流量比例，避免多余气态制冷工质的压力提升，造成能量的损耗。两种气体质量流量比需要满足装置化学反应要求，必须要两种吸收器来调节适应。

(3)本发明提供了利用可逆化学反应的化学反应热和液体汽化热来实现制冷/制热的具体工作循环模式，包括制冷工质循环、选择性吸收剂循环、工作液体循环，能够实现能源的高效利用。

(4)本发明通过设置回热器将冷却器出来的溶液过冷，回收冷量的同时提高循环的制冷量和制冷系数。

(5)本发明以热能为驱动方式，可以利用废热、余热、地热能、太阳能等低品位热源，提高装置的性能系数，产生冷量或热量满足用户的能源需求。装置负压运行，安全可靠，同时对环境无破坏作用。

附图说明

图1为低品位热驱动吸收式化学反应制冷/制热循环装置示意图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

本发明低品位热驱动吸收式化学反应制冷热泵循环装置包括工质循环回路、选择性吸收剂循环回路、工作液体循环回路。

如图1所示，本发明提供的循环装置包括化学反应冷却器1、节流装置、化学反应蒸发器4、回热器7、第一吸收器8、第一热交换器11、第一发生器12、第二吸收器14、第二热交换器17、第二发生器18；

第一发生器12的气体出口和第二发生器18的气体出口分别与化学反应冷却器1的气体进口连接，化学反应冷却器1的液体进口连接至回热器7的低温侧出口，回热器7的低温侧进口与化学反应蒸发器4的液体出口连接；化学反应冷却器1的液体出口与回热器7的高温侧进口连接，回热器7的高温侧出口与节流装置的进口连接，节流装置的出口与化学反应蒸发器4的液体进口连接；

化学反应蒸发器4的气体出口连接至第一吸收器8的气体进口，第一吸收器8的气体出口与第二吸收器14的气体进口连接；第一吸收器8的液体进口与第一热交换器11的高温侧液体出口连接，第一热交换器11的高温侧液体进口与第一发生器12的液体出口连接，第一发生器12的液体进口与第一热交换器11的低温侧液体出口连接，第一热交换器11的低温侧液体进口与第一吸收器8的液体出口连接；

第二吸收器14的液体进口与第二热交换器17的高温侧液体出口连接，第二热交换器17的高温侧液体进口与第二发生器18的液体出口连接，第二发生器18的液体进口与第二热交换器17的低温侧液体出口连接，第二热交换器17的低温侧液体进口与第二吸收器14的液体出口连接。

本发明所述的第一气态制冷工质为氨气，第二气态制冷工质为二氧化碳，第一吸收器中为选择性吸收碱性气体的吸收剂，第二吸收器中为选择性吸收酸性气体的吸收剂；或者，第一气态制冷工质为二氧化碳，第二气态制冷工质为氨气，第一吸收器中为选择性吸收酸性气体的吸收剂，第二吸收器中为选择性吸收碱性气体的吸收剂；工作液体为有机醇。

本发明主要是利用氨基甲酸铵的分解过程吸收大量的热量进行制冷，包含化学反应热和汽化热，在热泵模式下利用氨基甲酸铵的合成反应过程放热和吸收器中放出的吸收热实现制热，相比于传统的吸附制冷/制热，由于化学反应热比相变潜热大得多，因此拥有更高的性能系数。同时分别采用由发生器、吸收器和热交换器组成的两个溶液回路在压缩比较大的情况下分别对气态制冷工质提升压力，能够有效地利用余热资源，提高装置的性能系数。

氨气和二氧化碳之间的可逆化学反应：

在一个实施方式中，第一气态制冷工质为氨气，第二气态制冷工质为二氧化碳，相应的，第一吸收器中的吸收剂为选择性吸收碱性气体的溶剂，第二吸收器中的吸收剂为选择性吸收酸性气体的溶剂。氨气和二氧化碳进入第一吸收器，氨气被第一吸收器中的选择性吸收碱性气体的吸收剂吸收，然后溶液被送入第一发生器，加热产生高压状态下的氨气；二氧化碳进入第二吸收器，被第二吸收器中的吸收酸性气体的吸收剂吸收，溶液被送入第二发生器，加热产生高压状态下的二氧化碳。

在另一个实施方式中，第一气态制冷工质为二氧化碳，第二气态制冷工质为氨气，相应的，第一吸收器中的吸收剂为选择性吸收酸性气体的溶剂，第二吸收器中的吸收剂为选择性吸收碱性气体的溶剂。氨气和二氧化碳进入第一吸收器，二氧化碳被第一吸收器中的选择性吸收酸性气体的吸收剂吸收，然后溶液被送入第一发生器，加热产生高压状态下的二氧化碳；氨气进入第二吸收器，被第二吸收器中的吸收碱性气体的吸收剂吸收，溶液被送入第二发生器，加热产生高压状态下的氨气。

本发明设置第一、第二吸收器是为了利用两种不同的选择性吸收剂，在一个吸收器中受吸收剂的限制，很难用一种吸收剂物理溶解吸收酸性和碱性气体且不发生化学反应。在两个吸收器中分别吸收低温低压的第一、第二气态制冷工质，在两个发生器中分别输出高压的第一、第二气态制冷工质，实现在较大的压缩比下分别将第一、第二气态制冷工质提升压力。并且本发明能够通过调节第一、第二吸收器的大小、结构或运行参数比较方便地调节满足化学反应的两种气体的流量比例。

本发明设置回热器7，化学反应蒸发器4出来的工作液体经过回热器7将化学反应冷却器1出来的溶液过冷。本发明通过设置回热器7回收冷量的同时提高循环的制冷量和制冷系数，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明的精神、范围和内容中。相关技术人员明显能在不脱离本发明的内容、精神和范围内对本发明所述的回热器进行改动或适当变更组合，来实现本发明的技术。

本发明所述化学反应冷却器1、第一吸收器8、第二吸收器14中分别设有化学反应冷却器冷却水或热媒水管道2、第一吸收器冷却水或热媒水管道9、第二吸收器冷却水或热媒水管道15，第一发生器12和第二发生器18中分别装有第一发生器热源13和第二发生器热源19，化学反应蒸发器4底部连接有冷冻水或低温热源管道5，这是本领域技术人员所熟知的。

本发明所述的节流装置包括但不限于U型管、毛细管或节流阀。由于本发明节流降压的绝对值比较小，因此，所述的节流装置优选为U型管，简单、成本低，能够满足要求。本发明通过设置节流装置用于节流降压，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明的精神、范围和内容中。相关技术人员明显能在不脱离本发明的内容、精神和范围内对本发明所述的节流装置进行改动或适当变更组合，来实现本发明的技术。

本发明还包括溶液泵6、第一发生泵10、第二发生泵16，分别设置于化学反应冷却器1和化学反应蒸发器4之间、第一吸收器8和第一发生器12之间、第二吸收器14和第二发生器18之间，用于输送溶液，这是本领域技术人员所熟知的。

本发明的利用所述循环装置制冷制热的方法，包括以下步骤：

步骤1：第一、第二发生器分别输出高压状态下的第一、第二气态制冷工质，第一、第二气态制冷工质进入化学反应冷却器被工作液体吸收并反应，反应生成物溶于工作液体形成混合溶液，被冷却水冷却或加热热媒水；

步骤2：混合溶液经过节流装置进入化学反应蒸发器，在低温低压下反应生成物分解吸热，生成第一、第二气态制冷工质，并从工作液体中蒸发出来，对冷媒水降温或吸收低温热源的热量；

步骤3：化学反应蒸发器的工作液体经过回热器将化学反应冷却器出来的液体过冷，然后送入化学反应冷却器；

步骤4：第一、第二气态制冷工质进入第一吸收器，第一气态制冷工质被吸收剂选择性吸收，释放的热量进入冷却水或热媒水，然后溶液被送入第一发生器，加热产生高压状态下的第一气态制冷工质；第二气态制冷工质进入第二吸收器，被吸收剂吸收，释放的热量进入冷却水或热媒水，溶液被送入第二发生器，加热产生高压状态下的第二气态制冷工质，重复以上步骤形成循环。

本发明可以通过调节第一、第二吸收器的大小、结构或运行参数调节第一、第二气态制冷工质的流量比。根据两种气体制冷剂的质量流量比，通过在设计吸收器时，分别设计两个吸收器的大小，换热管道的管径、管材、管子表面结构、管束排列、管间距以及布液器的结构、高度等；在运行时，分别调节两个吸收器的运行参数，如浓溶液的喷淋密度，冷却水流量、进口温度以及溶液循环量等，来分别调节两种气态制冷工质的质量流量，使两种气态制冷工质的流量比满足可逆化学反应的要求，避免多余气态制冷工质的压力提升，造成能量的损耗。对单一气体制冷剂的流量调节可以参考单效溴化锂吸收式制冷机的能量调节方式。单效溴化锂吸收式制冷机在变工况运行时，通过对冷却水进口温度、流量以及溶液循环量等运行参数的调节，调节制冷剂的流量，改变装置的制冷量，使单效溴化锂吸收式制冷机获得最佳制冷效果。

本发明所述的第一气态制冷工质为氨气，第二气态制冷工质为二氧化碳，第一吸收器中为选择性吸收碱性气体的吸收剂，第二吸收器中为选择性吸收酸性气体的吸收剂；或者，第一气态制冷工质为二氧化碳，第二气态制冷工质为氨气，第一吸收器中为选择性吸收酸性气体的吸收剂，第二吸收器中为选择性吸收碱性气体的吸收剂；工作液体为有机醇。

本发明所述的选择性吸收碱性气体的吸收剂为本领域技术人员常规使用的吸收剂，可以是适合于吸收碱性气体而不能吸收酸性气体的各种试剂中的任意一种。适合的选择性吸收碱性气体的吸收剂的实例包括相当广泛的试剂，本发明通过选择性吸收碱性气体的吸收剂确保在两个吸收器中分别吸收低温低压的氨气和二氧化碳，在两个发生器中分别输出高温高压的氨气和二氧化碳。在某些实施方式中，本发明所述的选择性吸收碱性气体的吸收剂为LiSCN、NaSCN或LiNO₃。

本发明所述的选择性吸收酸性气体的吸收剂为本领域技术人员常规使用的吸收剂，可以是适合于吸收酸性气体而不能吸收碱性气体的各种试剂中的任意一种。适合的选择性吸收酸性气体的吸收剂的实例包括相当广泛的试剂，本发明通过选择性吸收酸性气体的吸收剂确保在两个吸收器中分别吸收低温低压的氨气和二氧化碳，在两个发生器中分别输出高温高压的氨气和二氧化碳。本发明所述的选择性吸收酸性气体的吸收剂包括但不限于有机胺吸收剂、离子液体。所述的有机胺吸收剂包括但不限于单乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)中的一种或几种。所述的离子液体包括但不限于[apbim]BF4、[bmim][PF6]、[bmim][BF4]中的一种或几种。

本发明所述的工作液体可以是适合于溶解反应生产物、提高热流密度并且提高化学反应速率的各种试剂中的任意一种。适合的工作液体的实例包括相当广泛的试剂，该试剂具有溶解反应生产物，提高热流密度并且提高化学反应速率的功能。本发明所述的工作液体包括但不限于有机醇。在某些实施方式中，所述的有机醇为丙二醇或乙二醇中的一种或两种的混合物；在优选地实施方式中，有机醇为丙二醇。

本发明可以利用可逆化学反应实现制冷循环，在化学反应蒸发器中氨基甲酸铵在低温低压下分解，生成氨气和二氧化碳，吸收大量的热量(包含化学反应热和汽化热)进行制冷。

本发明可以利用可逆化学反应实现热泵循环，在化学反应冷却器中制冷工质氨气和二氧化碳在高温高压下反应，生成氨基甲酸铵，释放的热量进入热媒水，输出热量；在化学反应蒸发器中氨基甲酸铵分解，吸收传热管中低温热源的热量；在第一吸收器和第二吸收器中选择性吸收剂分别吸收制冷工质氨气和二氧化碳，释放的热量进入热媒水，输出热量；在第一发生器和第二发生器中，驱动热源加热溶液分别生成氨气和二氧化碳。

实施例1

本实施例采用的第一气态制冷工质为氨气，第二气态制冷工质为二氧化碳，工作液体为丙二醇，第一吸收器中的吸收剂为LiNO₃，第二吸收器中的吸收剂为离子液体[bmim][PF6]。

如图1所示，本实施例的循环装置包括化学反应冷却器1、化学反应冷却器冷却水或热媒水管道2、U型管3、化学反应蒸发器4、冷冻水或低温热源管道5、溶液泵6、回热器7、第一吸收器8、第一吸收器冷却水或热媒水管道9、第一发生泵10、第一热交换器11、第一发生器12、第一发生器热源13、第二吸收器14、第二吸收器冷却水或热媒水管道15、第二发生泵16、第二热交换器17、第二发生器18、第二发生器热源19；

第一发生器12的气体出口和第二发生器18的气体出口分别与化学反应冷却器1的气体进口连接，化学反应冷却器1的液体进口连接至回热器7的低温侧出口，回热器7的低温侧进口与溶液泵6的出口相连，溶液泵6的进口与化学反应蒸发器4的液体出口连接；化学反应冷却器1的液体出口与回热器7的高温侧进口相连接，回热器7的高温侧出口与U型管3的进口相连接，U型管3的出口与化学反应蒸发器4的液体进口连接；

化学反应蒸发器4的气体出口连接至第一吸收器8的气体进口，第一吸收器8的气体出口与第二吸收器14的气体进口连接；第一吸收器8的液体进口与第一热交换器11的高温侧液体出口相连接，第一热交换器11的高温侧液体进口与第一发生器12的液体出口相连接，第一发生器12的液体进口与第一热交换器11的低温侧液体出口连接，第一热交换器11的低温侧液体进口与第一发生泵10的出口连接，第一发生泵10的进口与第一吸收器8的液体出口连接；

第二吸收器14的液体进口与第二热交换器17的高温侧液体出口相连，第二热交换器17的高温侧液体进口与第二发生器18的液体出口相连接，第二发生器18的液体进口与与第二热交换器17的低温侧液体出口连接，第二热交换器17的低温侧液体进口与第二发生泵16的出口连接，第二发生泵16的进口与第二吸收器14的液体出口连接；

所述化学反应冷却器1、第一吸收器8、第二吸收器14中分别设有化学反应冷却器冷却水或热媒水管道2、第一吸收器冷却水或热媒水管道9、第二吸收器冷却水或热媒水管道15，第一发生器12和第二发生器18中分别装有第一发生器热源13和第二发生器热源19，化学反应蒸发器4底部连接有冷冻水或低温热源管道5。

本实施例的制冷/制热方法，包括以下步骤：

步骤1：第一发生器12、第二发生器18在热源的驱动下分别输出高压状态下的制冷工质氨气和二氧化碳，氨气和二氧化碳进入化学反应冷却器1被丙二醇吸收并发生反应生成氨基甲酸铵，氨基甲酸铵溶于丙二醇形成混合溶液，放出热量，被冷却水冷却或加热热媒水(实现制热)；

步骤2：混合溶液经过节流装置U型管3进入化学反应蒸发器4，在低温低压下氨基甲酸铵分解吸热，生成氨气和二氧化碳，并从丙二醇中蒸发出来，吸收热量，对冷媒水降温(实现制冷)或吸收低温热源的热量；

步骤3：化学反应蒸发器4中的丙二醇通过溶液泵6，经过回热器7将化学反应冷却器1出来的液体过冷，然后送入化学反应冷却器1；

步骤4：氨气和二氧化碳进入第一吸收器8，氨气被吸收剂选择性吸收，释放的热量进入冷却水或热媒水，然后溶液被第一发生泵10送入第一发生器12，驱动热源对第一发生器12中的溶液加热产生高压状态下的氨气；未被选择性吸收的二氧化碳进入第二吸收器14，被吸收剂吸收，释放的热量进入冷却水或热媒水，吸收器中的溶液被第二发生泵16送入第二发生器18，驱动热源对第二发生器18中溶液加热产生高压状态下的二氧化碳，重复以上步骤形成循环。

与仅包含一个吸收器的吸收式制冷系统相比，本发明通过设置两个吸收器分别吸收氨气和二氧化碳，调节满足化学反应的两种气体的流量比例。否则会由于吸收条件的变化导致吸收气体体积流量失衡，如果对该失衡流量比例的气体制冷剂进行提升压力，最终会有大量的某种气体不能参与反应，不能发挥制冷和制热作用。例如，在100℃的低品位热源的驱动下，蒸发温度为10℃，冷却温度为40℃时，氨气和二氧化碳吸收体积流量约为1∶1，其中约50％氨气无法参与反应，因此采用选择性吸收装置后能够节省能耗约50％。

Claims (9)

1.一种低品位热驱动吸收式化学反应制冷热泵循环装置，其特征在于，包括化学反应冷却器（1）、节流装置、化学反应蒸发器（4）、回热器（7）、第一吸收器（8）、第一热交换器（11）、第一发生器（12）、第二吸收器（14）、第二热交换器（17）、第二发生器（18）；

第一发生器（12）的气体出口和第二发生器（18）的气体出口分别与化学反应冷却器（1）的气体进口连接，化学反应冷却器（1）的液体进口连接至回热器（7）的低温侧出口，回热器（7）的低温侧进口与化学反应蒸发器（4）的液体出口连接；化学反应冷却器（1）的液体出口与回热器（7）的高温侧进口连接，回热器（7）的高温侧出口与节流装置的进口连接，节流装置的出口与化学反应蒸发器（4）的液体进口连接；

化学反应蒸发器（4）的气体出口连接至第一吸收器（8）的气体进口，第一吸收器（8）的气体出口与第二吸收器（14）的气体进口连接；第一吸收器（8）的液体进口与第一热交换器（11）的高温侧液体出口连接，第一热交换器（11）的高温侧液体进口与第一发生器（12）的液体出口连接，第一发生器（12）的液体进口与第一热交换器（11）的低温侧液体出口连接，第一热交换器（11）的低温侧液体进口与第一吸收器（8）的液体出口连接；

第二吸收器（14）的液体进口与第二热交换器（17）的高温侧液体出口连接，第二热交换器（17）的高温侧液体进口与第二发生器（18）的液体出口连接，第二发生器（18）的液体进口与第二热交换器（17）的低温侧液体出口连接，第二热交换器（17）的低温侧液体进口与第二吸收器（14）的液体出口连接；

第一气态制冷工质为氨气，第二气态制冷工质为二氧化碳，第一吸收器中为选择性吸收碱性气体的吸收剂，第二吸收器中为选择性吸收酸性气体的吸收剂；或者，

第一气态制冷工质为二氧化碳，第二气态制冷工质为氨气，第一吸收器中为选择性吸收酸性气体的吸收剂，第二吸收器中为选择性吸收碱性气体的吸收剂。

2.根据权利要求1所述的循环装置，其特征在于：工作液体为有机醇。

3.根据权利要求1所述的循环装置，其特征在于，所述化学反应冷却器（1）、第一吸收器（8）、第二吸收器（14）中分别设有化学反应冷却器（1）冷却水或热媒水管道、第一吸收器（8）冷却水或热媒水管道、第二吸收器（14）冷却水或热媒水管道，第一发生器（12）和第二发生器（18）中分别装有第一发生器（12）热源和第二发生器（18）热源，化学反应蒸发器（4）底部连接有冷冻水或低温热源管道。

4.根据权利要求1所述的循环装置，其特征在于，所述的节流装置为U型管、毛细管或节流阀。

5.利用权利要求1~4任意一项所述的循环装置制冷制热的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：第一、第二发生器分别输出高压状态下的第一、第二气态制冷工质，第一、第二气态制冷工质进入化学反应冷却器被工作液体吸收并反应，反应生成物溶于工作液体形成混合溶液，被冷却水冷却或加热热媒水；

步骤2：混合溶液经过节流装置进入化学反应蒸发器，在低温低压下反应生成物分解吸热，生成第一、第二气态制冷工质，并从工作液体中蒸发出来，对冷冻水降温或吸收低温热源的热量；

步骤3：化学反应蒸发器的工作液体经过回热器将化学反应冷却器出来的液体过冷，然后送入化学反应冷却器；

步骤4：第一、第二气态制冷工质进入第一吸收器，第一气态制冷工质被吸收剂选择性吸收，释放的热量进入冷却水或热媒水，然后溶液被送入第一发生器，加热产生高压状态下的第一气态制冷工质；第二气态制冷工质进入第二吸收器，被吸收剂吸收，释放的热量进入冷却水或热媒水，溶液被送入第二发生器，加热产生高压状态下的第二气态制冷工质，重复以上步骤形成循环。

6.根据权利要求5所述的制冷制热的方法，其特征在于，通过调节第一、第二吸收器的大小、结构或运行参数调节第一、第二气态制冷工质的流量比。

7.根据权利要求5所述的制冷制热的方法，其特征在于，

第一气态制冷工质为氨气，第二气态制冷工质为二氧化碳，第一吸收器中为选择性吸收碱性气体的吸收剂，第二吸收器中为选择性吸收酸性气体的吸收剂；或者，

第一气态制冷工质为二氧化碳，第二气态制冷工质为氨气，第一吸收器中为选择性吸收酸性气体的吸收剂，第二吸收器中为选择性吸收碱性气体的吸收剂；

工作液体为有机醇。

8.根据权利要求7所述的制冷制热的方法，其特征在于，所述的有机醇为丙二醇或乙二醇中的一种或两者的混合物。

9.根据权利要求7所述的制冷制热的方法，其特征在于，所述的选择性吸收碱性气体的吸收剂为LiSCN、NaSCN或LiNO₃；所述的选择性吸收酸性气体的吸收剂为有机胺或离子液体。

Images