[发明专利]使用中等浓度溶液的蒸气发生器-吸收器热交换热传导设备和方法及其在吸收式热泵中的应用

说明书

本申请是申请日为1993年6月15日的申请序列号为08/076，759的申请部分继续申请，而申请序列号为08/076,759的申请是申请日为1991年11月18日的申请序列号为07/793,644、现为美国专利No.5,271,235的部分继续申请。

本发明是在由能源部批准的合同86X-17497C下进行的政府资助项目。政府对本发明有一定权利。发明背景发明领域

本发明涉及制冷和热泵装置，特别涉及蒸气发生器一吸收器热交换(“GAX”)型吸收式制冷循环。本发明特别适用于燃气、空气对空气、吸收式热泵中。相当技术的说明

吸收式制冷循环出现在十九世纪中叶，主要用于制冷装置中，这种循环用制冷剂/吸收剂混合物进行工作，制冷剂蒸气在吸收器中被吸收入液态吸收剂中而产生热量，然后在蒸气发生器中加热制冷剂/吸收剂混合物而馏出制冷剂蒸气。该循环此外还包括一产生热量的冷凝器和一吸热的蒸发器。由吸收器中的吸收所产生的热量和来自冷凝器的热量一起被排到冷却剂-通常为冷却水。

早期的这些“单级”吸收循环装置虽然热效率很低，但在电动机出现前常比压缩装置更受欢迎，因为它们消耗的热能成本低，且它们需要的机械能比压缩装置少得多。但随着燃气和电能的相对成本的改变以及电动压缩装置的不断改进，这些单级吸收式装置在大多数应用场合已被废弃，不过，即使在当今，这些效率较低的单级装置还使用在低压溴化锂商用空调装置以及旅游车和旅馆的制冷装置中。

Altenkirch在1913年设计出了一种改进的吸收循环。这种循环把在吸收器中产生的一部分热量传给循环到蒸气发生器的制冷剂/吸收剂流体并把从蒸气发生器流到吸收器的吸收剂中的一部分热量传到蒸气发生器，从而比早期的单级循环效率高。热量的这一传导减少了蒸气发生器从制冷剂/吸收剂混合物中蒸发出制冷剂所需的热量输入。该装置称做吸收器热交换(AHE)装置。

AHE循环在本世纪60年代初用来制造其效率足以符合空调器的性能价格比要求的吸收式装置，从1965年开始AHE循环用在家用气冷式空调中。但即使在这些AHE装置中，吸收器中吸收过程产生的热量的损耗还是很大。AHE循环还在空气对空气燃气热泵中试用，它虽然有利于加热，但从未商品化。随着能量成本的提高，AHE空调失去了其成本优热，今天只有有限市场。

Altenkirch在1913年还设计了另一种可从吸收剂回收大部分吸收热量的吸收式循环。这一称为蒸气发生器-吸收器热交换(GAX)循环的循环使用了又一个热交换装置，从而把吸收器中由吸收过程产生的高温热量通过一交换流体传到蒸气发生器，GAX循环比AHE装置可从吸收剂中回收更大量的热，从而可使用更高的蒸气发生器温度并从而获得更高的热效率。若使用某种燃料。这类GAX装置的热效率可比高炉、锅炉等高得多。

但是，现有GAX循环装置的缺点是需要有使用独立传热流体的独立传热回路。这一传热回路必须气密、需要一膨胀室、需要一可改变流量的气密泵并需要—装置来控制传热体的流量，以便与在特定室外温度下的加热无冷却循环中所要传导的GAX热量匹配。此外，在传热回路中使用不同于工作流体的流体存在着传热回路与吸收器或蒸气发生器之间发生并交叉掺和(污染)的危险。这些现有GAX装置一般使用始终处于液相的传热流体，因此只能使用传热流体的显热。

住宅和小型商用楼加热和冷却装置中迄今都使用以标准冷凝器-蒸发器循环工作的电热泵。但是，尽管电热泵在诸如美国南方各州那样气候较温暖的地区可有效地满足住宅和小型商用楼的加热和冷却要求。但这些电热泵在气温低于约30°F以下的气候地区若无辅助加热设备，其加热能力是不够用的。此外，这些电热泵一般使用对环境有害的含氢氯氟烃(HCFCS)或含氯氟烃(CFC′S)之类的制冷剂。

因此，需要有一种适用于住宅或小型商用楼的热泵的蒸气发生器-吸收器热交换设备和方法，它无需使用高成本、易发生故障的独立传热回路即可高效地把吸收器中由吸收过程产生的大部分热量传到蒸气发生器。

本发明提出了一种能满足该要求的蒸气发生器-吸收器热交换设备和方法，它可把一种对环境无害的流体既用作工作流体，又用作热交换流体；它高效地回收吸收器中由吸收过程产生的大部分热量；它无需要复杂的控制系统；由于其工作流体在气液两相之间转换，因此它可有利地使用工作流体的潜热和显热把吸收剂中的热量传到蒸气发生器；并且由于尺寸小、成本低、效率高，因此它可满足各种气候条件下的住宅和商用楼的加热和冷却要求，并且在0°F以下的温度也能提供足够的热量。