阅读说明：本技术 扩散吸收式制冷设备及制冷方法 (Diffusion absorption type refrigeration equipment and refrigeration method ) 是由 南贤植 尹德铉 李成燮 李将石 郑清愚 强容泰 郑韩率 于 2019-01-08 设计创作，主要内容包括：根据本发明的扩散吸收式制冷设备包括：发生器；气泡泵；气液分离器；冷凝器；气体分支管；蒸发器；吸收器；气热交换器；储罐；以及溶液热交换器,其中具有低全球变暖潜能值(GWP)的反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R-1234ze(E))和2,3,3,3-四氟丙烯(R-1234yf)中的单种材料或其预定比率的混合物用作制冷剂。根据本发明,稳定性高并且能够实现低GWP。(The diffusion absorption refrigeration apparatus according to the present invention comprises: a generator; a bubble pump; a gas-liquid separator; a condenser; a gas branch pipe; an evaporator; an absorber; a gas heat exchanger; a storage tank; and a solution heat exchanger in which a single material of trans-1, 3,3, 3-tetrafluoropropene (R-1234ze (E)) and 2,3,3, 3-tetrafluoropropene (R-1234yf) having a low Global Warming Potential (GWP) or a mixture of predetermined ratios thereof is used as a refrigerant. According to the present invention, stability is high and low GWP can be achieved.)

扩散吸收式制冷设备及制冷方法

技术领域

本发明涉及一种扩散吸收式制冷设备以及制冷方法。

本发明涉及一种可以使用全球变暖潜能值(GWP)低的制冷剂的扩散吸收式制冷设备及制冷方法。

背景技术

因为扩散吸收式制冷(DAR)系统使用的是气泡泵而不是压缩机，所以该系统不具有由机械驱动引起的噪音和振动，因此已用于要求特别安静的酒店房间或办公室。

扩散吸收式制冷系统不需要单独的压力控制设备，并且因为内部压力维持恒定，所以具有很高的耐用性和可靠性。此外，扩散吸收式制冷系统的优点在于，由于这些特性，与其他系统相比，该系统具有较低的维护成本和较低的初始投资成本。另外，因为使用了采用自然对流制冷方法的吸收器和冷凝器，而不使用机械驱动单元，所以扩散吸收式制冷系统的结构简单。

在《International Journal of Refrigeration》(国际制冷杂志)的2005年6月的第4期第28卷第515页至525页的“Numerical investigation of a diffusion absorptionrefrigeration cycle(扩散吸收式制冷循环的数值研究)”中介绍了扩散吸收式制冷系统。

在现有技术中，扩散吸收式制冷系统具有以下问题。

首先，因为采用自然对流制冷方法，所以扩散吸收式制冷系统的问题在于，与采用强制对流方法的其他冰箱相比，制冷能力受到限制。

例如，因为需要高的发生器温度和压力，所以现有的氨(NH₃)和水扩散吸收式制冷需要单独的预处理设备。此外，尽管氨气是环境友好的，但是氨气具有毒性和***性，因此在泄漏时是危险的，出于这个原因，氨气受到高压气体安全管理法的管制，因此，存在难以将氨气用于一般家庭用途的问题。

作为另一个例子，水/溴化锂系统是高腐蚀性的，并且不能获得0℃以下的低温，因此不可能将水/溴化锂系统应用于冷冻/冷却系统。此外，因为水/溴化锂系统是在真空状态下驱动的，所以在设备损坏的情况下难以维护该系统，使得难以将水/溴化锂系统应用于一般家庭用途。

发明内容

技术问题

本发明提出了一种制冷剂作为用于扩散吸收式制冷设备的循环的介质，该制冷剂增强了扩散吸收式制冷设备的安全性等，并且还能够用于家庭用途。

本发明提出一种制冷剂作为要用于能够实现低GWP的扩散吸收式制冷设备的循环的介质。

本发明提出了制冷剂、吸收剂和辅助气体的组合，其改善了扩散吸收式制冷设备的低冷冻性能系数并且能够用于商业目的。

技术方案

本发明具有高稳定性，并且通过使用具有低全球变暖潜能值(GWP)的反式1,3,3,3-四氟丙烯(R-1234ze(E))和2,3,3,3-四氟丙烯(R-1234yf)中的单种材料或它们的预定比率的混合物作为扩散吸收式制冷设备中的制冷剂可以实现低全球变暖潜能值(GWP)，所述扩散吸收式制冷设备包括：发生器；气泡泵；气液分离器；冷凝器；气体分支管；蒸发器；吸收器；气热交换器；储罐；以及溶液热交换器。

为了获得足够的冷冻性能系数，使用烷基乙酰胺和甲酰胺中的单种材料或者它们的预定比率的混合物作为吸收剂，并且更优选使用直链烷基乙酰胺作为烷基乙酰胺，并且再优选地，烷基乙酰胺用作DMAC，并且甲酰胺用作DMF。此外，使用包括氦气和氩气的惰性气体中的单种材料或它们的预定比率的混合物作为辅助气体。

为了在具有不同背景温度的各种条件下操作扩散吸收式制冷设备，表示制冷剂与吸收剂的比率的制冷剂-吸收剂重量比可以为30wt％至60wt％，辅助气体的充填压力可以为2.0巴至8.0巴，优选地，制冷剂-吸收剂重量比可以为30wt％至55wt％，辅助气体的充填压力可以为3.0巴至7.0巴，并且更优选制冷剂-吸收剂重量比可以为35wt％至50wt％，并且辅助气体的充填压力可以设置为3.5巴至6.0巴。

为了确保稳定性、GWP和冷冻性能，当单独使用2,3,3,3-四氟丙烯时，表示制冷剂和吸收剂之比的制冷剂-吸收剂重量比可以为35wt％至45wt％，并且辅助气体的充填压力可以设置为5.0巴至8.0巴。

为了获得高稳定性和低GWP，公开了一种扩散吸收式制冷方法，该方法包括：冷凝制冷剂气体，该制冷剂气体是具有GWP的反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R-1234ze(E))和2,3,3,3-四氟丙烯(R-1234yf)中的单种材料或它们的预定比率的混合物；将从所述冷凝器排出的液体制冷剂输送至蒸发器的入口，并且将从吸收器排出的制冷剂输送至所述蒸发器的所述入口，所述制冷剂与辅助气体混合；在所述蒸发器的所述入口处使所述液体制冷剂与所述辅助气体和所述制冷剂的混合物汇合；在汇合的混合物穿过所述蒸发器的同时进行冷却；使穿过气热交换器的所述液体制冷剂与所述辅助气体的混合物与未冷凝的制冷剂气体汇合并进行热交换，并且将汇合的混合物输送至溶液罐；将浓溶液从所述溶液罐输送至气泡泵；并且将所述浓溶液分成包括所述制冷剂气体的制冷剂气泡和其中低浓度的制冷剂溶解在吸收剂中的稀溶液，并且将所述制冷剂气体引导至所述冷凝器。

本发明的扩散吸收式制冷系统包括：气泡泵，所述气泡泵用于使用通过施加热而包括呈气态的制冷剂气体的制冷剂气泡一起向上推动稀溶液，在该稀溶液中低浓度的制冷剂溶解于吸收剂中；气液分离器，所述气液分离器用于从所述制冷剂气体中分离液体；冷凝器，所述冷凝器用于冷凝所述制冷剂气体；气体分支管，所述气体分支管用于将穿过所述冷凝器后未冷凝的制冷剂气体分支出来；蒸发器，所述蒸发器用于使借助所述冷凝器冷凝的液体制冷剂蒸发；吸收器，所述吸收器用于使用从所述蒸发器蒸发的所述制冷剂将所述稀溶液再生成浓溶液；气热交换器，所述气热交换器用于使从所述蒸发器蒸发的制冷剂与已经穿过所述吸收器的制冷剂-辅助气体混合物进行热交换；以及储罐，所述储罐储存所述液体制冷剂和辅助气体，并用于向所述气泡泵供应所述液体制冷剂，其中，所述制冷剂是具有低GWP的反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R-1234ze(E))和2,3,3,3-四氟丙烯(R-1234yf)中的单种材料，或是它们的预定比率的混合物，所述吸收剂是烷基乙酰胺和甲酰胺中的单种材料，或它们的预定比率的混合物，并且所述辅助气体是包括氦气和氩气的惰性气体中的单种材料，或者它们的预定比率的混合物。借助该系统，可降低全球变暖效应，可获得高稳定性，并且可获得充分的冷冻性能。

本发明的有益效果

根据本发明，提出了一种使用安全制冷剂的扩散吸收式制冷设备，并且该扩散吸收式制冷设备可以应用于一般家庭用途。

根据本发明，通过提出使用具有低GWP的制冷剂的扩散吸收式制冷设备，能够满足规定。

根据本发明，通过提出制冷剂、吸收剂和辅助气体的组合和比率，能够将扩散吸收式制冷设备应用于实际工业，该扩散吸收式制冷设备也可以在实际上各种制冷设备(尤其是，区别于工业用途的一般家庭用途的制冷设备)的水平上应用。

附图说明

图1是根据实施方式的扩散吸收式制冷设备的构造图。

图2是详细示出每种操作介质的视图。

图3是示出在各个压力下使用反式-1,3,3,3-四氟丙烯作为制冷剂，DMAC作为吸收剂，并且氦气作为辅助气体的扩散吸收式制冷设备的辅助气体的蒸发器的最低温度的图表。

图4是示出在各个压力下使用2,3,3,3-四氟丙烯作为制冷剂，DMAC作为吸收剂，并且氦气作为辅助气体的扩散吸收式制冷设备的辅助气体的蒸发器的最低温度的图表。

图5和图6是基于气氛是冬天的假设，通过将大气温度设定为18℃并变更辅助气体的压力(纵轴)以及制冷剂-吸收剂重量比(横轴)来总结蒸发器的温度的表，图5是示出测量值的图，并且图6是示出测量值的温度被着色展示并且优选被推荐的区域的图。

图7和图8是基于气氛是夏天的假设，通过将大气温度设定为28℃并变更辅助气体的压力(纵轴)以及制冷剂-吸收剂重量比(横轴)来总结蒸发器的温度的表，图7是示出测量值的图，并且图8是示出测量值的温度被着色展示并且优选被推荐的区域的图。

图9是示出在使用2,3,3,3-四氟丙烯，DMAC作为吸收剂并且氦气作为辅助气体的扩散吸收式制冷设备中变更辅助气体的压力和制冷剂-吸收剂重量比(制冷剂的重量/(制冷剂的重量+吸收剂的重量))的情况下，进行了多个实验的结果的蒸发器和蒸发器的温度的图。

图10是示出各制冷剂和吸收剂的吸收率的图。

图11是示出各制冷剂的饱和压力的图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本发明的具体实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，理解本发明的精神可以通过构成要素的增加、改变、删除、增加等容易地提出包括在同一发明思想范围内的其他实施方式，但是这些实施方式也可落入本发明的发明思想的范围内。

图1是根据实施方式的扩散吸收式制冷设备的构造图，并且图2是更具体示出每种操作介质的视图。

参照图1和图2，根据实施方式的扩散吸收式制冷设备包括：发生器200，用于产生包括制冷剂气体的制冷剂气泡；气泡泵300，用于通过使用制冷剂气泡来一起向上推动稀溶液；气液分离器400，用于从制冷剂气体分离液体；冷凝器600，用于冷凝制冷剂气体；气体分支管500，用于在穿过冷凝器后将未冷凝的制冷剂气体分支出来；蒸发器700，用于蒸发借助冷凝器冷凝的液体制冷剂；气热交换器800，用于使蒸发的制冷剂与已经穿过吸收器900的制冷剂-辅助气体混合物进行热交换；吸收器900，用于再生稀溶液；储罐110，其中储存有液体制冷剂和辅助气体；以及溶液热交换器100，用于使高温下的稀溶液和低温下的浓溶液进行热交换。

可以根据冷冻循环的形状和规模预先确定容纳在根据实施方式的扩散吸收式制冷设备内的吸收剂和制冷剂的总量。

例如，在制冷设备的稳定状态下，从气泡泵300的上端排出稀溶液，然后应确保由于位压头差而足以使稀溶液流动到吸收器900的上端的量。

通常，在扩散吸收式制冷设备中，根据制冷设备的尺寸和形式，将足以确保位压头的预定量的吸收剂和制冷剂的混合物引入到扩散吸收式制冷设备中。此后，将通过填充辅助气体并设定内部压力的方法操作扩散吸收式制冷设备。因此，制冷剂-吸收剂的量是预先确定的，并且制冷剂-吸收剂的比率以及辅助气体的充填压力可以是设计因素。

下文中，将顺序地描述根据实施方式的扩散吸收式制冷设备中的顺序描述的介质(即制冷剂、吸收剂和辅助气体)的状态的循环过程。同时，通过一起检查各种介质的状态可以更清楚地理解制冷设备的操作。

将描述图2中的每个箭头的含义。

未冷凝的制冷剂是在冷凝器中未冷凝的制冷剂，并且是指旁经蒸发器而不进入蒸发器的介质。

液体制冷剂是指液态的制冷剂，其流入蒸发器中。

制冷剂-辅助混合物是指制冷剂的循环过程，在此，氦气可以作为辅助气体的示例。

浓溶液是指制冷剂/吸收剂的混合物中包括大量制冷剂的溶液。

稀溶液是指制冷剂/吸收剂的混合物中包括少量制冷剂的溶液。

通过对图1中的各个点赋予数字/字母，可以更清楚地理解每种介质的移动过程。

浓溶液从与储罐110的底部连通的溶液热交换器100输送到发生器200(从6到7a的路径)。由施加到发生器200的热产生制冷剂气泡，结果，输送的浓溶液上升(从1a到1c的路径)。制冷剂气泡内包括制冷剂气体，并且在这种情况下，随着制冷剂的蒸发，浓稀变成稀溶液。当制冷剂气泡由于浮力而使得能够上升时，溶液一起被向上推动并从气泡泵300的端部排出(1c处的点)。气泡泵成为用于使根据实施方式的扩散吸收式制冷设备的所有介质移动的驱动力。

当稀溶液和制冷剂气泡从气泡泵300的端部(更具体地说是从内管的端部)排出时，稀溶液由于重力而流入外管(1e处的点)中，并且制冷剂气体输送到气液分离器400(从1d到2的路径)。

流入气泡泵300的外管中的稀溶液与溶液热交换器100中的低温浓溶液进行热交换。稀溶液在从7b到8的路径中进行热交换，而浓溶液在从6至7a的路径中进行热交换。与浓溶液完全进行热交换的稀溶液输送到吸收器900的上端(从8到9b的路径)。

同时，在气液分离器400中，从加热的制冷剂气体中除去多余的水分(从1d到2的路径)，并且这些多余的水分在穿过冷凝器600时冷凝(从2到3的路径)。

从冷凝器600排出的制冷剂(3处的点)输送到蒸发器700，并且未冷凝的制冷剂气体经由气体分支管500(从3a到6的路径)输送到储罐110。

同时，从冷凝器600排出的液体制冷剂输送到蒸发器的入口(从4a到4c的路径)，并且从吸收器900排出的制冷剂-辅助混合物输送到蒸发器的入口(从4b到4c)。在蒸发器700的入口(4c处的点)处，液体制冷剂和制冷剂-辅助气体混合物汇合并流入蒸发器中。

在液体制冷剂和制冷剂-辅助气体混合物穿过蒸发器700的同时进行制冷，从而能够向期望的位置提供冷却空气。之后，从蒸发器700蒸发的制冷剂和辅助气体的混合物可以从气热交换器800与已经穿过吸收器的制冷剂-辅助混合物进行热交换(蒸发的制冷剂和辅助气体的混合物遵循从5d到5b的路径，并且已经穿过吸收器的制冷剂-辅助气体混合物遵循从5a到5c的路径)。

从气热交换器排出的液体制冷剂和辅助气体混合物(5b处的点)与从气体分支管500排出的未冷凝的制冷剂(3a处的点)彼此汇合，并输送至储罐110。

同时，在吸收器900的上端，供应从溶液热交换器100排出的稀溶液，并形成制冷剂-辅助气体混合物的逆流(稀溶液遵循从9b到10的路径，并且制冷剂-辅助气体混合物遵循10至9a的路径)。流入吸收器900中的介质形成相反方向的流(即逆流)，从而提高吸收性能。

当稀溶液穿过吸收器900时，在稀溶液和制冷剂-辅助气体混合物之间发生制冷剂的递送，使得稀溶液可以再生为浓溶液。

根据实施方式的扩散吸收式制冷设备可以使用具有低GWP的反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R-1234ze(E))和2,3,3,3-四氟丙烯(R-1234yf)中的单种材料或它们的预定比率的混合物作为制冷剂。

根据实施方式的扩散吸收式制冷设备可以使用烷基乙酰胺和甲酰胺中的单种材料或者它们的合适比率的混合物作为吸收剂。烷基乙酰胺可以使用直链烷基乙酰胺，直链烷基乙酰胺可以使用二甲基乙酰胺(DMAC)，并且甲酰胺可以使用二甲基甲酰胺(DMF)。

根据实施方式的扩散吸收式制冷设备可以使用由氦气和氩气例示的惰性气体中的单种材料或它们的合适比率的混合物作为辅助气体。

图3是示出在各个压力下使用反式-1,3,3,3-四氟丙烯作为制冷剂，DMAC作为吸收剂，并且氦气作为辅助气体的扩散吸收式制冷设备的辅助气体的蒸发器的最低温度的图表。

在这种情况下，制冷剂-吸收剂重量比(制冷剂的重量/(制冷剂的重量+吸收剂的重量))为40wt％。

图4是示出在各个压力下使用2,3,3,3-四氟丙烯作为制冷剂，DMAC作为吸收剂，并且氦气作为辅助气体的扩散吸收式制冷设备的辅助气体的蒸发器的最低温度的图表。

在这种情况下，制冷剂-吸收剂重量比(制冷剂的重量/(制冷剂的重量+吸收剂的重量))为35wt％。

如已经描述的，在扩散吸收式制冷设备中，辅助气体的充填压力可以是设计因素。

参照图3和图4，当辅助气体的充填压力为作为较低值的2巴以下时，从发生器210产生的制冷剂气体的平衡温度低，并且由于冷凝压力降低，冷凝器中的冷凝温度低。因此，当在外部空气温度恒定的条件下冷凝温度低时，与外部空气的温度差减小，使得冷凝器中的冷凝能力变差，并且因为出于该原因，制冷剂的循环不顺畅，所以可以证实该系统未正常运行。

当辅助气体的充填压力为作为过高值的8巴以上时，会发生与上述相反的现象，从而可以证实系统未正常运行。

如已经描述的，在扩散吸收式制冷设备中，制冷剂-吸收剂的比率可以是设计因素。

在相同的加热器容量下，制冷剂-吸收剂的比率影响制冷剂气泡的产生量、浓溶液和稀溶液之间的浓度差以及吸收剂的温度，因此成为扩散吸收式制冷设备的主要变量。

例如，当制冷剂-吸收剂的比率(也称为充填浓度)低时，在给予相同热量的情况下，驱动扩散吸收式制冷设备的循环所需的制冷剂量不足。具体地，驱动循环所需的浓溶液和稀溶液的浓度梯度不足，从而可能无法驱动基本循环。

在此背景下，发明人在使用2,3,3,3-四氟丙烯，DMAC作为吸收剂，氦气作为辅助气体的扩散吸收式制冷设备中变更辅助气体的压力以及制冷剂-吸收剂重量比(制冷剂的重量/(制冷剂的重量+吸收剂的重量))的情况下进行了多个实验。用图5至图8描述其结果。

图5和图6是基于气氛是冬天的假设，通过将大气温度设定为18℃并变更辅助气体的压力(纵轴)以及制冷剂-吸收剂重量比(横轴)来总结蒸发器的温度的表，图5是示出测量值的图，并且图6是示出测量值的温度被着色展示并且优选被推荐的区域的图。

图7和图8是基于气氛是夏天的假设，通过将大气温度设定为28℃并变更辅助气体的压力(纵轴)以及制冷剂-吸收剂重量比(横轴)来总结蒸发器的温度的表，图7是示出测量值的图，并且图8是示出测量值的温度被着色展示并且优选被推荐的区域的图。

图9是示出在使用2,3,3,3-四氟丙烯，DMAC作为吸收剂并且氦气作为辅助气体的扩散吸收式制冷设备中变更辅助气体的压力和制冷剂-吸收剂重量比(制冷剂的重量/(制冷剂的重量+吸收剂的重量))的情况下，进行了多个实验的结果的蒸发器和蒸发器的温度的图。

在图5至图9中，标记“X”表示该循环未正常进行，而标记“-”显示未进行该循环，这是因为由于可预测性而无需进行实验。

参照图5至图9，能够证实的是，在扩散吸收式制冷设备中，不仅制冷剂-吸收剂重量比，而且辅助气体的压力对于循环的顺畅驱动也是必不可少的。

将具体描述这些事项。

当制冷剂-吸收剂重量比低时，制冷剂的产生量减少，使得制冷系统不能被顺畅地驱动，并且当辅助气体的充填压力低时，制冷剂由于冷凝压力的降低而不能顺畅地循环，使得冷冻系统无法被正常驱动。

随着制冷剂-吸收剂重量比减小并且辅助气体的充填压力增大，蒸发器的温度降低。当制冷剂-吸收剂重量比低并且辅助气体的充填压力低时，系统不能被顺畅地驱动。

相反，当制冷剂-吸收剂重量比太高时，即使辅助气体的充填压力太高，系统也不能被顺畅地驱动。此外，当辅助气体的充填压力高时，发生器的温度可能会升高，从而影响制冷剂的临界温度并导致装置损坏。

在上述背景下，如图6和图8中所示，优选地，在扩散吸收式制冷设备中，制冷剂-吸收剂重量比为30wt％至65wt％，并且辅助气体的充填压力为2.0巴至8.0巴。

优选地，在扩散吸收式制冷设备中，优选的是制冷剂-吸收剂重量比为30wt％至55wt％，并且辅助气体的充填压力为3.0巴至7.0巴。在这种情况下，扩散吸收式制冷设备可以应用于不需要大制冷能力的酒窖。

更优选地，在扩散吸收式制冷设备中，优选的是制冷剂-吸收剂重量比为35wt％至50wt％，并且辅助气体的充填压力为3.5巴至6.0巴。在这种情况下，扩散吸收式制冷设备可以应用于需要大制冷能力的普通家用冰箱。

同时，如图9中所示，当单独使用2,3,3,3-四氟丙烯作为制冷剂时，在扩散吸收式制冷设备中，优选的是制冷剂-吸收剂重量比为35wt％至45wt％，并且辅助气体的充填压力为5.0巴至8.0巴。

图10是示出各种制冷剂和吸收剂的吸收率的图。

参照图10，作为实施例，示出了在使用反式-1,3,3,3-四氟丙烯和1-氯-3,3,3-三氟丙烯作为制冷剂，DMAC、DMF、丙二醇、三甘醇和二甘醇用作吸收剂的情况下的吸收率。

如图10所示，在1-氯-3,3,3-三氟丙烯(R1233zd)的情况下，在所有有机溶剂中均显现出低吸收率，推测这是由于以下事实导致的结果：制冷剂在室温下的饱和压力低，结果因为制冷剂和溶剂之间的分压差不高，所以饱和吸收量低(如图11中建议的)。

例如，在25℃下，1-氯-3,3,3-三氟丙烯的饱和压力为129.6kPa，在25℃下反式-1,3,3,3-四氟丙烯的饱和压力为500kPa。

同时，能够证实的是，通过使用反式-1,3,3,3-四氟丙烯制冷剂和酰胺类吸收剂获得的混合溶液的组合显现出最大为55wt％或更高的制冷剂吸收量，并且醇油在反式-1,3,3,3-四氟丙烯和1-氯-3,3,3-三氟丙烯的情况下不论其类型如何均显现出低吸收率，并且不能用于扩散吸收式制冷设备。

工业实用性

根据本发明，已证实具有低GWP的制冷剂对于扩散吸收式制冷设备具有潜力，并且能够有助于扩散吸收式制冷设备的市场扩展。

本发明提供的扩散吸收式制冷设备可以特别应用于需要噪音低的环境，从而提高客户的满意度和开放度。