本发明涉及自行复叠吸收式制冷循环，具体涉及一种无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统及工艺。
背景技术：
1、广泛存在的350℃以下的低品位余热和废热没有得到有效利用是造成能耗较高的主要原因之一。中低品位热能存在形式广泛，主要包括工业废热、海洋热能、地热能和太阳热能等，现阶段这些低品位热能通常被直接废弃。对于这些低品位热能的有效回收利用可以显著提高能源利用效率，大幅降低环境的热污染。
2、与常规的吸收式制冷循环相比，在相同的热源驱动温度和冷却温度下，自行复叠吸收式制冷循环可以实现更低的供冷温度且温度调节范围更广，因而应用场景和对低品位热源的适用性得到显著提高。
3、自行复叠吸收式制冷循环主要由吸收器、工质泵、换热器、发生器、冷凝蒸发器、气液分离器、蒸发器组成。吸收器中产生的制冷剂组分较多的循环溶液，经工质泵加压后被输送到发生器加热，溶液中低沸点制冷剂组分吸热发生为高温高压气态形式，之后进入冷凝器冷凝后变为气液两相状态，随后在气液分离器中气液相态组分分离，其中气相组分在冷凝蒸发器中吸收液相组分节流降温后的冷量供给并冷凝、节流，得到更低的温度，从而在进入蒸发器后得到更低的制冷温度。两股制冷剂组分均变为气态后汇合输送到吸收器实现吸收过程，完成一个循环。
4、工质泵是自行复叠吸收式制冷循环中的重要部件，将吸收器中压力较低的循环溶液提升至发生器的压力状态，完成溶液从吸收器到发生器的输送。由于低品位热能存在热负荷及供热温度不稳定的特点，导致工质泵容易出现偏离额定工况运行的情况，从而造成工质泵的效率急剧下降；同时，由于工质泵为电能驱动运动部件，运行过程中会消耗大量电能，以及较高的维护成本造成系统的经济性较差。
5、为了克服自行复叠吸收式制冷循环中工质泵高电耗和运维成本高的问题，公告号为cn101776349b的专利说明书公开了一种连续型太阳能无泵自复叠吸收式制冷系统，该系统通过将高温高压制冷剂蒸气引入到吸收器中对循环溶液进行加压，然而溶液加压输送后滞留在吸收器中的高温高压制冷剂蒸气一方面会造成冷却介质的增多和低品位热量的浪费，另一方面造成吸收器和蒸发器的压力升高、供冷温度升高。因此，针对现有的无泵自行复叠吸收式制冷循环的低品位热能利用率低、供冷温度升高的问题，需要开发新型的无泵自行复叠吸收式制冷循环系统。
技术实现思路
1、针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统及工艺。
2、本发明通过两个储液罐和吸收器的合理布置实现吸收器输出溶液在储液罐的无泵升压，避免了吸收器压力升高造成制冷温度升高的问题，并通过在两个储液罐间构建高效的换热耦合，回收滞留高温高压混合制冷剂蒸气的热量，提高系统整体的低品位热能利用效率，大幅改善无泵自行复叠吸收式制冷循环的性能表现，同时本发明系统具有无噪声、无振动、零电耗、供冷温区宽的特点，因此可以为低品位热能提供一种高效的回收方式。
3、一种无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，包括从高到低依次设置的吸收器、储液装置和发生器；所述储液装置包括第一储液罐和第二储液罐；
4、吸收器底部浓溶液出口分别通过第一截止阀和第二截止阀与第一储液罐和第二储液罐连接；
5、发生器的混合制冷剂出口分别通过第三截止阀和第四截止阀与第一储液罐和第二储液罐的顶部连接；
6、第一储液罐和第二储液罐分别带有第一回热器和第二回热器；第一储液罐底部浓溶液出口依次通过第五截止阀、第二回热器和换热器连接发生器的入口；第二储液罐底部浓溶液出口依次通过第六截止阀、第一回热器和换热器连接发生器的入口；
7、发生器的稀溶液出口依次通过换热器和第一节流阀连接吸收器；
8、发生器的混合制冷剂出口还通过冷凝器连接气液分离器；气液分离器的液相出口依次通过第三节流阀和冷凝蒸发器连接吸收器，气相出口依次通过冷凝蒸发器、第二节流阀和蒸发器连接吸收器；
9、所述浓溶液和所述稀溶液均包括所述混合制冷剂和吸收剂，且所述浓溶液中所述混合制冷剂的摩尔占比高于所述稀溶液中所述混合制冷剂的摩尔占比。
10、所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，第一储液罐和第二储液罐可位于同一高度。
11、所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，第一回热器和第二回热器可均位于第一储液罐和第二储液罐的外侧。
12、所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，第一回热器和第二回热器可分别与第一储液罐和第二储液罐位于同一高度。
13、所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，发生器的热源可采用低品位热能，其来源可包括工业废热、海洋热能、地热能、太阳能等中的至少一种，或其他形式的低品位热能。
14、所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，发生器的热源温度可为90～350℃。
15、所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，第一节流阀、第二节流阀、第三节流阀可分别独立为毛细管、手动节流阀或自动节流阀。
16、所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，冷凝器的内部结构可为浮头式、固定管板式、u形管板式、板式、套管式或管壳式等。
17、所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，换热器、冷凝蒸发器可以是套管式换热器或板式换热器。
18、所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，吸收器可以是喷淋式、填料式、降膜式，也可以是其它形式的吸收器。
19、所述混合制冷剂为非共沸混合制冷剂，其中的制冷剂可选自氢氟烷烃、烷烃、烯烃和氢氟烯烃。示例的，所述混合制冷剂的组成可包括乙烯(r1150)和其它制冷剂组分。进一步的，所述其它制冷剂组分可包括甲烷(r50)、2,3,3,3-四氟丙烯(r1234yf)、1,3,3,3-四氟丙烯(r1234ze)、1-氯-3,3,3-三氟丙烯(r1233zd)、1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯(r1336mzz)、1-氯-2-,3,3,4-四氟丙烯(r1224yd)、三氟甲烷(r23)、1,1,1,2-四氟乙烷(r134a)中的至少一种。所述混合制冷剂也可由其他沸点相接近的纯质制冷剂混合组成。
20、所述吸收剂可包括n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺、三乙二醇二甲醚、α-吡咯烷酮中的至少一种。
21、以所述混合制冷剂和所述吸收剂中所有组分的总摩尔量为100％计，所述吸收剂的摩尔分数可为75％～98％，三氟甲烷的摩尔分数可为0％～3.98％(进一步可为0.20％～3.98％)，1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔分数可为0％～12.45％(进一步可为1.03％～12.45％)，乙烯的摩尔分数可为0.52％～9.18％，甲烷的摩尔分数可为0～0.95％(进一步可为0.001％～0.95％)，2,3,3,3-四氟丙烯的摩尔分数可为0～12.85％，1,3,3,3-四氟丙烯的摩尔分数可为0～12.75％，1-氯-3,3,3-三氟丙烯的摩尔分数可为0～12.35％，1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的摩尔分数可为0～12.45％，1-氯-2-,3,3,4-四氟丙烯的摩尔分数可为0～12.45％。
22、一种无泵的自行复叠吸收式制冷循环工艺，可采用所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统。
23、所述无泵的自行复叠吸收式制冷循环工艺包括可来回切换的工作模式i和工作模式ii；
24、所述工作模式i和工作模式ii均包括：发生器受热，混合制冷剂自发生器的混合制冷剂出口溢出，经冷凝器降温后进入气液分离器分离为液相制冷剂和气相制冷剂；液相制冷剂经第三节流阀节流后进入冷凝蒸发器蒸发预冷气相制冷剂，然后进入吸收器被稀溶液吸收；气相制冷剂经冷凝蒸发器被预冷后依次经第二节流阀节流和蒸发器蒸发后进入吸收器被稀溶液吸收；稀溶液在发生器受热产生的强压力势能作用下自发生器的稀溶液出口依次经换热器被预冷和第一节流阀节流后进入吸收器用于吸收液相制冷剂和气相制冷剂形成浓溶液；
25、所述工作模式i还包括：当第一储液罐充满浓溶液时，只开启第三截止阀，发生器受热产生的部分高温高压混合制冷剂蒸气进入第一储液罐，对第一储液罐内的浓溶液进行加压直到第一储液罐中浓溶液的压力势能与重力势能之和大于发生器顶部浓溶液所具有的压力势能与重力势能之和后，开启第五截止阀，第一储液罐内的浓溶液在压力势能和重力势能的共同作用下流入第二回热器冷却第二储液罐，接着经换热器冷却稀溶液后流入发生器；待第一储液罐内的浓溶液全部流入发生器后，关闭第三截止阀和第五截止阀；第二储液罐温度降低至第二储液罐中混合制冷剂与第二回热器中浓溶液的第一温差小于第一储液罐中顶部高温高压混合制冷剂蒸气与第一储液罐底部流出的浓溶液的第二温差的20％后，打开第二截止阀，吸收器内的浓溶液由于重力作用流入第二储液罐直至第二储液罐充满浓溶液，然后关闭第二截止阀；
26、所述工作模式ii还包括：当第二储液罐充满浓溶液时，只开启第四截止阀，发生器受热产生的部分高温高压混合制冷剂蒸气进入第二储液罐，对第二储液罐内的浓溶液进行加压直到第二储液罐中浓溶液的压力势能与重力势能之和大于发生器顶部浓溶液所具有的压力势能与重力势能之和后，开启第六截止阀，第二储液罐内的浓溶液在压力势能和重力势能的共同作用下流入第一回热器冷却第一储液罐，接着经换热器冷却稀溶液后流入发生器；待第二储液罐内的浓溶液全部流入发生器后，关闭第四截止阀和第六截止阀；第一储液罐温度降低至第一储液罐中混合制冷剂与第一回热器中浓溶液的第三温差小于第二储液罐中顶部高温高压混合制冷剂蒸气与第二储液罐底部流出的浓溶液的第四温差的20％后，打开第一截止阀，吸收器内的浓溶液由于重力作用流入第一储液罐直至第一储液罐充满浓溶液，然后关闭第一截止阀。
27、本发明中，浓溶液在储液装置中流入发生器前，需要经过加压过程和热回收过程。加压时，储液罐接受来自发生器的高温高压混合制冷剂蒸气进行加压，直至储液罐的压力满足发生器进液的压力要求。浓溶液开始输送时，先流经回热装置回收另一储液罐内残余的高温高压制冷剂蒸汽的热量(此过程回收的大部分为潜热)，随后在重力作用下经换热器流入发生器。
28、本发明可以低品位热能作为驱动能源，通过将储液装置、回热装置(包括两个回热器)和阀切换装置(包括各截止阀)合理布置于自行复叠吸收式制冷系统中，实现了无泵运行的自行复叠吸收式制冷循环。本发明工艺流程实现了无泵的自行复叠吸收式制冷循环，循环耗电量几乎为零，具备深度供冷能力。同时，本发明系统对非稳定低品位热源具备良好的适用性，克服了工质泵在非稳定低品位热能工作易偏离额定工况运行造成效率低下的问题，因而扩大了对低品位热能的应用范围，提高能源的总利用率，减少了温室气体的排放，有着可持续、节能和环保的优势。
29、本发明与现有技术相比，有益效果有：
30、1、高性能系数(cop)。本发明针对自行复叠吸收式制冷循环中重要部件溶液泵的耗电量大的问题，通过在原系统中添加储液装置、回热装置和阀切换装置并进行合理的空间布置，实现了系统的无泵运行，实现零耗电量平稳运行。同时，针对现有无泵技术造成的低品位热能浪费问题，本发明通过在储液装置间构建浓溶液与高温制冷剂蒸汽的换热耦合，实现了高温制冷剂蒸汽中热量的高效回收，显著提高了低品位热能的综合利用效率。综合以上两点，相比传统的自行复叠或无泵自行复叠吸收式制冷循环系统，本发明所提出的无泵自行复叠吸收式制冷循环系统具有更高的性能系数。
31、2、深度供冷温度。本发明在结构上采用了自行复叠吸收式制冷循环，可以由氢氟烃制冷剂、烷烃制冷剂、烯烃制冷剂及氢氟烯烃制冷剂等中的任意几种制冷剂组合而成的多元混合工质作为非共沸制冷剂，以n,n-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、三乙二醇二甲醚、吡咯烷酮等为吸收剂，同时相比现有的无泵运行技术，本发明提出的由储液装置、回热装置和阀切换装置组成的无泵升压模块不会造成吸收器和蒸发器的压力升高，因此节流后能够提供深度供冷温度。在具体实施例中，以dmf作为吸收剂，以r23、r134a、r50和r1150作为非共沸混合制冷剂，当浓溶液中dmf的摩尔分数为94％，r23的摩尔分数为0.6％，r134a的摩尔分数为3.21％，r50的摩尔分数为0.01％，r1150的摩尔分数为2.18％时，在发生器发生温度286℃、冷凝器冷凝温度15℃，在aspen plus中建立系统流程，计算结果表明该系统可实现-76℃的供冷温度，远低于典型氨水吸收式制冷系统能提供的约-30℃制冷温度。
32、3、本发明所提出的无泵自行复叠吸收式制冷循环系统无需配置溶液泵，因此系统溶液泄露的可能性显著降低。同时，由于没有运动部件，系统无噪声、无振动运行，运行稳定性升高、维护成本降低。
1.一种无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，其特征在于，包括从高到低依次设置的吸收器(1)、储液装置和发生器(11)；所述储液装置包括第一储液罐(6)和第二储液罐(7)；
2.根据权利要求1所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，其特征在于，第一储液罐(6)和第二储液罐(7)位于同一高度。
3.根据权利要求1或2所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，其特征在于，第一回热器(19)和第二回热器(20)均位于第一储液罐(6)和第二储液罐(7)的外侧，且分别与第一储液罐(6)和第二储液罐(7)位于同一高度。
4.根据权利要求1所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，其特征在于，发生器(11)的热源采用低品位热能，其来源可包括工业废热、海洋热能、地热能、太阳能中的至少一种，或其他形式的低品位热能。
5.根据权利要求1或4所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，其特征在于，发生器(11)的热源温度为90～350℃。
6.根据权利要求1所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，其特征在于，所述混合制冷剂为非共沸混合制冷剂，其中的制冷剂选自氢氟烷烃、烷烃、烯烃和氢氟烯烃；所述混合制冷剂的组成包括乙烯和其它制冷剂组分；所述其它制冷剂组分包括甲烷、2,3,3,3-四氟丙烯、1,3,3,3-四氟丙烯、1-氯-3,3,3-三氟丙烯、1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯、1-氯-2-,3,3,4-四氟丙烯、三氟甲烷、1,1,1,2-四氟乙烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，其特征在于，所述吸收剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、三乙二醇二甲醚、α-吡咯烷酮中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统，其特征在于，以所述混合制冷剂和所述吸收剂中所有组分的总摩尔量为100％计，所述吸收剂的摩尔分数为75％～98％，三氟甲烷的摩尔分数为0％～3.98％，1,1,1,2-四氟乙烷的摩尔分数为0％～12.45％，乙烯的摩尔分数为0.52％～9.18％，甲烷的摩尔分数为0～0.95％，2,3,3,3-四氟丙烯的摩尔分数为0～12.85％，1,3,3,3-四氟丙烯的摩尔分数为0～12.75％，1-氯-3,3,3-三氟丙烯的摩尔分数为0～12.35％，1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯的摩尔分数为0～12.45％，1-氯-2-,3,3,4-四氟丙烯的摩尔分数为0～12.45％。
9.一种无泵的自行复叠吸收式制冷循环工艺，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的无泵的自行复叠吸收式制冷循环系统；
