CN100587365C - 一种用于单效太阳能吸收式制冷系统的双室涡旋发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于单效太阳能吸收式制冷系统的双室涡旋发生器，属于制冷技术领域。双室涡旋发生器包括有低压发生室和高压发生室。流体被外界热源加热到一定温度后，通过与低压发生室相切的喷嘴进入到发生器中，产生旋流运动，有效降低发生器内溶液的蒸发压力和蒸发温度，提高热源的可利用温差，增加用于制冷循环的冷凝蒸气量。本发明的优点在于结构简单，无运动部件，造价低，同时且有高效性、节能性和环保性，可有效利用低温位能源(如太阳能、地热、潮汐能等)作为发生器的驱动热源。

Description

一种用于单效太阳能吸收式制冷系统的双室涡旋发生器
技术领域
本发明涉及一种用于单效太阳能吸收式制冷系统的双室涡旋发生器，属于制冷技术领域。
背景技术
吸收式制冷因其可利用低温位的热源，近年来在太阳能利用领域取得了突破性的进展。太阳能空调是以太阳能作为制冷能源的空调，利用太阳能制冷可以有两条途径，一是利用光伏技术产生电力，以电力推动常规的压缩式制冷机制冷；二是进行光-热转换，用热作为能源制冷。前者系统比较简单，但以目前光电转换的成本价格计算，其造价为后者的3-4倍；后者除了供冷之外，还可结合供热利用，因此目前的太阳能空调系统通常以第二种为主。
目前太阳能空调主要是吸收式制冷空调，吸收式制冷技术主要有溴化锂(LiBr)吸收式制冷和氨水(NH3-H2O)吸收式制冷二种。由于溴化锂和水的沸点相差1165℃，溶液沸腾时产生的蒸汽都是水的成分，而不会有溴化锂的成分，系统中不需要进行精馏就可得到纯冷剂蒸汽，因此在太阳能吸收式空调系统中，国际上一般都采用溴化锂吸收式制冷机。我国“九五”期间通过两个项目的示范，验证了太阳能空调是可以实施的，然而却忽略了一个重要的问题-建立太阳能空调系统的经济性和太阳能空调的运行经济性。当时工作主要基于采用现有太阳能热水器和吸收式制冷机，由于采用低温热水驱动，吸收式空调只能在单效工况下运行，使得实际制冷效率(COP)较双效COP低50％，即在太阳能不足或雨天的情况下，需要采用燃油等辅助能源，但其系统的COP也被限制在0.6～0.7以下。
太阳能吸收式制冷机发生器的现有技术中，溴化锂溶液通过径向入口进入到发生器中，高温燃气或热水通入加热盘管中，加热管外的溴化锂溶液，在一定的压力和温度下，产生冷凝蒸气。为提高发生器的传热性能，研究人员提出了采用涡流发生器、降膜发生器来强化发生器内的传热方式。此类发生器是通过在发生器内加入一定的翅片或采用螺旋槽管强化发生器中的传热。采用强化管强化发生器内流体的传热，不能有效地利用溴化锂溶液压力和温度的关系，提高溶液的可利用温差，降低驱动热源温度，发挥溴化锂吸收式制冷系统的利用低品位热源的优势。同时增加了发生器加工制造的复杂性和初期投资费用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于单效太阳能吸收式制冷机的双室涡旋发生器，本发生器利用流体的旋转运动，强化发生器中的传热，解决现有单效太阳能吸收式制冷系统制冷效率低的缺点，本发生器能有效利用太阳能等低温位热源来驱动。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。本发明包括有高压发生室、低压发生室、连接法兰、浓溶液出口、固定管和渐缩喷嘴。其中：高压发生室和低压发生室通过连接法兰连通。在高压发生室上设置有冷凝蒸气出口，在低压发生室的底部设置有浓溶液出口，渐缩喷嘴通过固定管沿与低压发生室壁面相切的方向与低压发生室相连通。低压发生室中产生的冷凝蒸气通过高低压发生室的连接口进入到高压发生室，通过冷凝蒸气出口流出，低压发生室中产生的溴化锂浓溶液通过浓溶液出口流出发生器。
本发明中的双室涡旋发生器由高压发生室和低压发生室组成，LiBr稀溶液通过与低压发生室相切的渐缩喷嘴进入到低压发生室后，产生旋转运动。利用能量的相互转化，降低低压发生室中的蒸发压力，从而降低LiBr溶液的蒸发温度，有效提高溶液的可利用温差。低压发生室中产生的冷凝蒸汽通过高低压发生室的连接口进入到高压发生室，恢复到冷凝压力，从高压发生器的二个径向冷凝蒸气出口流出。
本发明的优点：双室涡旋发生器的渐缩喷嘴采用切向入口的方式进入到低压发生室。利用流体的旋转运动，有效地降低发生器内溶液的蒸发压力和蒸发温度，提高热源的可利用温差，增加冷凝蒸气量，在高压发生室内进行冷凝压力的恢复。因此可利用太阳能、地热及废热能等低品位热源，保证了装置的环保性和节能性。同时双室涡旋发生器中无加热盘管，与外界不存在热量交换，整个发生器处于与外界绝热的状态。
附图说明
图1本发明中的涡旋发生器结构主视图
图2本发明中的涡旋发生器结构俯视图
图3本发明中渐缩喷嘴结构图
图4本发明中渐缩喷嘴7a段的主视图
图5本发明中渐缩喷嘴7a段的俯视图
图6本发明中渐缩喷嘴7b段的主视图
图7本发明中渐缩喷嘴7b段的俯视图
图8本发明中渐缩喷嘴7c段的主视图
图9本发明中渐缩喷嘴7c段的俯视图
图10本发明实施的制冷循环结构图
图中：1、高压发生室；2、低压发生室；3、冷凝蒸气出口管；4、连接法兰；5、固定管；6、浓溶液出口管；7、渐缩喷嘴；8、热交换器；9、双室涡旋发生器；10、冷凝器；11、节流阀；12、蒸发器；13、吸收器；14、溶液泵；15、冷却塔；16、冷冻水箱；17、太阳能集热器。
具体实施方式
下面结合图1～图10对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本实施例由高压发生室1、低压发生室2、渐缩喷嘴7、高低压室连接法兰4、浓溶液出口管6、冷凝蒸气出口管3和固定管5组成。其中低压发生室2由圆锥体和圆柱体组成。渐缩喷嘴7通过固定管5与低压发生室2相连接，渐缩喷嘴7与低压发生室2的壁面相切，以保证溶液切向进入到低压发生室中。高压发生室与低压发生室通过法兰4连接。
结合图3来说明渐缩喷嘴7的结构：
如图3所示，渐缩喷嘴7由三部分组成：分别为喷嘴小尺寸段7a、喷嘴渐缩段7b和喷嘴大尺寸段7c，三部分同轴安装，其结构分别如图4～9所示。固定管5为一圆筒形的结构，沿与低压发生室2的管壁切向固定，渐缩喷嘴7固定在固定管5的内部，使渐缩喷嘴7内的溶液沿切向进入低压发生室2。
本实施例的工作原理：被外界热源加热的溶液，通过渐缩喷嘴7后，进入到双室涡旋发生器的低压发生室2。溶液通过渐缩喷嘴7后，其速度增大，势能减小，流体高速进入到发生器中。由于采用切向入口，溶液进入发生器后，在发生器中产生强烈的旋转运动。根据旋流理论可知： Δ p c ∝ v i 2 , (其中vi表示溶液的入口速度，Δpc表示溶液进入到发生器内的压降。)当稀溶液以一定的速度和压力通过渐缩喷嘴时，速度vi增大，Δpc增大，进入到发生器中的溶液压力减小，即低压发生室的蒸发压力减小。根据溴化锂溶液蒸发温度与蒸发压力成正比的关系可知，低压发生室中的蒸发温度降低。当溶液被外界热源加热到一定的温度进入到低压发生室内时，随着低压发生室中蒸发温度的降低，涡旋发生器中溶液的可利用温差增大，产生的用于制冷循环的水蒸气量比传统发生器中水蒸气量增多。低压冷凝蒸气通过高低压发生室的连接口进入到高压发生室2，恢复到冷凝压力，从冷凝蒸气出口管3流出。被浓缩的溴化锂溶液则通过浓溶液出口6流出。
下面结合图10来说明本发明在单效太阳能吸收式制冷系统中的循环工作模式：
如图10所示，本系统包括有太阳能集热器17、热交换器8、本实施例中的双室涡旋发生器9、冷凝器10、蒸发器12、吸收器13、冷冻水箱16、冷却塔15、溶液泵14、节流阀11。太阳能集热器17热水出口17-1通过加压水泵与溶液热交换8的热端进口8-1连接，热交换器8的热端出口8-2与太阳能集热器17的进口17-2连接。热交换器8的冷端出口8-4与双室涡旋发生器9的入口9-1连接。发生器9的冷凝蒸气出口9-2与冷凝器10的入口端10-1连接。冷凝器10的制冷剂液体出口10-2通过节流阀11与蒸发器12的冷剂液体入口12-1连接。发生器9的浓溶液出口9-3与吸收器13的浓溶液入口13-1连接。吸收器13的稀溶液出口13-2与溶液泵14连接。溶液泵14的出口与热交换器8的入口8-3连接。冷却塔15用来为冷凝器和吸收器提供冷却水。冷冻水箱16用来为蒸发器提供冷冻水。
结合图10来说明本实施例的制冷工作循环流程。从吸收器13中出来的稀溶液13-2通过溶液泵14升压后，进入到溶液热交换器8的进口8-3，与太阳能集热器17中的热水换热后，通过双室涡旋发生器9的入口9-1进入到发生器中。在低压发生器中产生的冷凝蒸气进入到高压发生器进行压力恢复。恢复到冷凝压力的冷剂蒸气通过发生器出口9-2与冷凝器10的进口10-1进入到冷凝器中，被来自冷却塔15的冷却水冷却，从出口端10-2流入节流阀11中。冷剂水通过节流阀节流后通过蒸发器12的入口12-1进入到蒸发器，吸收来自冷冻水箱16的热量，变成冷剂蒸气，被从发生器9出口9-3出来进入到吸收器13的浓溶液吸收后，变成稀溶液，进入到溶液泵14中，完成吸收式制冷循环流程。
本发生器采用渐缩喷嘴作为溶液的入口，通过固定管保证喷嘴与低压发生室的壁面相切。其结构简单，无运动部件，造价低，同时且有高效性、节能性和环保性。

Claims (1)

1、单效太阳能吸收式制冷机双室涡旋发生器，其特征在于：包括有高压发生室(1)、低压发生室(2)、连接法兰(4)、浓溶液出口(6)、固定管(5)和渐缩喷嘴(7)；其中：高压发生室(1)和低压发生室(2)通过连接法兰(4)连通；在高压发生室(1)上设置有冷凝蒸气出口(3)，在低压发生室(2)的底部设置有浓溶液出口(6)，渐缩喷嘴(7)通过固定管(5)沿与低压发生室(2)壁面相切的方向与低压发生室(2)相连通；
所述的低压发生室(2)由圆柱体和圆锥体组成。
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小型无泵溴化锂吸收式制冷系统的实验研究. 谷雅秀，吴裕远，张林颖，柯欣，王艺.制冷学报，第27卷第5期. 2006 *

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