CN101135507A - 一种氨水吸收式制冷机 - Google Patents

Abstract

一种氨水吸收式制冷机，涉及一种利用柴油机尾气对渔船渔产品制冷保鲜的氨水吸收式制冷机。本发明的发生器由壳体和翅片管束组成，翅片管束的下集管为进口，上集管为出口分别与精馏塔上的对应管口相连接；精馏塔内的中部设有波纹丝网填料层，填料层上方设有回流氨液的喷淋管，精馏塔顶部的氨气出口管与冷凝器相连；冷凝器内的集液盘通过液囊用U型管与精馏塔喷淋管连接；冷凝器底部的氨液出口经过冷器、膨胀阀与蒸发器连接；蒸发器氨气出口经过冷器与吸收器连接；吸收器底部的浓溶液出口经溶液泵、吸收器上管束、溶液热交换器与精馏塔连接。本发明目的是降低捕鱼成本与能源消耗，延长海产品在海上的保鲜时间。

Description

一种氨水吸收式制冷机

技术领域

本发明涉及一种氨水吸收式制冷机，尤其是一种利用柴油机尾气对渔船渔产品制冷保鲜的氨水吸收式制冷机。

背景技术

随着我国渔业的大力发展，对海产品的保鲜提出了更高的要求。目前进行捕鱼作业的船只大多采用100马力以上的柴油机，柴油机的尾气热量约占燃料总能量的25％～40％，其废气温度一般在400℃左右，即使是废气涡轮增压器，尾气温度也大于300℃，温度较高，易于利用。我国渔船数量多达20多万条，大多采取带冰出海对渔产品进行保鲜，但带冰出海有其不可避免的缺点：成本高、冰的损耗大、海产品的保鲜时间较短。

目前关于利用柴油机的尾气制冷技术方面的研究多为固体吸附式制冷。固体吸附式制冷由于解吸和吸附过程均需要一定的时间，不能够实现连续制冷，通常需要两台吸附床并联交替工作，由于吸附剂为固体，内部传热只能采用传导方式，换热能力较差，系统的COP值不高，同时增加了系统的成本。吸收式制冷可分为氨水吸收式与溴化锂吸收式两种，制取0℃以下的冷量只能采用前者。氨水吸收式制冷机虽然是最早实现的人工制冷方式，可实现连续制冷，但通常被认为是体积庞大、效率偏低的方式，因而需要在紧凑性和效率方面有所创新。

发明内容

本发明目的是提高制冷机循环效率，优化换热器结构，降低捕鱼成本与能源消耗，延长海产品在海上的保鲜时间。

本发明采用如下技术方案：包括发生器、精馏塔、冷凝器、过冷器、膨胀阀、蒸发器、吸收器、溶液热交换器、溶液泵、节流阀；发生器上分别设置尾气进口和尾气出口，发生器通过下集管进口管、上集管出口管与精馏塔连接；精馏塔通过氨气出口管、氨液喷淋管与冷凝器连接；冷凝器通过冷凝器氨液出口管与过冷器连接，过冷器采用通道间距不同的螺旋板式换热器，过冷器通过过冷器氨液出口管、过冷器氨气进口管与蒸发器连接，过冷器通过过冷器氨气出口管与吸收器连接，过冷器氨液出口管上设置膨胀阀；吸收器通过吸收器管束、稀溶液喷淋分布管与溶液热交换器连接；溶液热交换器通过热交换器氨气出口管、稀溶液出口管与精馏塔连接，溶液热交换器通过浓溶液出口管与上集管出口管连接，热交换器稀溶液出口管通过节流阀与吸收器的稀溶液喷淋分布管连接。

本发明的发生器包括壳体、发生器管束，壳体由尾气进口、主段、尾气出口组成，尾气进口通过扩张喇叭口与壳体连接，尾气出口通过收缩喇叭口、转向器与壳体连接，所述转向器的轴向与尾气进口的轴向垂直；发生器管束呈螺旋翅片管形，发生器管束错列布置在主段内，所述发生器管束包括下集管进口管、上集管出口管和若干组翅片管排；上述每组翅片管排包括中间下集管、中间上集管与连接在中间下集管、中间上集管之间的若干根翅片管；中间下集管与中间上集管平行设置，中间下集管和中间上集管侧壁上的对应位置分别设置若干个通孔，所述通孔的直径与翅片管的外径相同，通孔的数目与翅片管的根数相同；上述中间下集管一端封闭，另一端与进口下集管连接，上述中间上集管一端封闭，另一端与出口上集管连接；下集管进口管的侧壁上设有与中间下集管外径相同的孔，上集管出口管的侧壁上也设有与中间上集管外径相同的孔，所述孔的数目与翅片管排的组数相同；下集管进口管一端封闭，另一端为发生器氨水溶液进口；上集管出口管一端封闭，另一端为发生器氨气出口。

本发明在发生器的壳体上设有可拆卸窗口。

本发明的冷凝器包括壳体、传热管束、集液盘，壳体由筒体段、左封头和右封头组成；筒体段通过第一法兰与左封头连接，筒体段通过第二法兰与右封头连接；上述集液盘与右封头之间设置管板，管板与右封头内壁之间连接分隔板；右封头上设置冷却水进口和冷却水出口，筒体段上设置有支腿，壳体的顶部设有氨气进口管，壳体的底部设有底部液囊，底部液囊上设有氨液出口管；传热管束分为上传热管束、下传热管束；上传热管束与下传热管束之间设置集液盘，壳体上设置有侧面液囊，侧面液囊与集液盘连接，侧面液囊上设有回流氨液出口。

本发明的吸收器采用卧式管壳式结构，包括壳体，壳体上部设有氨气进口，壳体底部设有液囊；液囊上设有低压浓溶液出口；壳体上设置两个管板，两个管板分别连接在下传热管束的两端，管板上连接进口母管，进口母管上连接2～6根喷淋分布管，每根喷淋分布管上设置通孔；还包括浓溶液冷却吸收段组件，包括上传热管束、上管束进口腔室、上管束出口腔室和上管束折返腔室，上传热管束的两端分别连接一个管板，在其中的一个管板上左右布置上管束进口腔室和上管束出口腔室，在另一个管板上布置上管束折返腔室，上管束进口腔室上布置浓溶液进口管，上管束出口腔室上布置浓溶液出口管，上述喷淋分布管、上传热管束和下传热管束的各层管子之间设有丝网波纹填料层。

过冷器采用通道间距不同的螺旋板式换热器。溶液热交换器采用螺旋板式换热器。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)由于柴油机尾气温度较高，有条件采用效率较高的GAX循环，该氨水吸收式制冷机的效率很高，其性能系数COP可达0.5以上。而在同样条件下，现有吸附式方案的性能系数COP只有0.2左右。这意味着可以克服吸附式方案不能完全靠尾气制冷而仍需带冰的缺陷。

(2)由翅片管和集管组成翅片管束发生器方案结构简单，效率较高；管内直接通入氨水溶液，使之在翅片管束发生器与精馏塔中构成自然对流循环。比通过中间介质或热管来传递热量的方案效率提高且成本降低。

(3)本发明采用在冷凝器中设置集液盘的外回流方式供应精馏所需氨液，减少了换热器的数目，省去1台回流冷凝器(是需要定期清洗的海水换热器)，因而简化了系统流程和操作；而且由于集液盘位置较高，可利用重力供液，省去1台氨液泵；由于集液盘收集的凝结液量所占的比例是固定的，可自动保证合适的回流比，不必再用其它调节方式。

(4)本方案的吸收器内融入了GAX循环所需的溶液冷却吸收器的传热面(上管束)。吸收器与冷凝器一样采用管壳式换热器是为了方便对海水侧传热表面(管内)作定期清洗。

(5)本发明的过冷器和溶液热交换器都采用螺旋板式换热器，不仅结构紧凑，而且解决了其它小型换热器难以实现的逆流传热问题；溶液热交换器包含了GAX循环溶液加热发生器所需的传热面，在螺旋板式换热器的中心半圆腔室内正好可实现汽液分离，氨气和氨溶液分别从上下半圆端盖上的接管流出。

(6)本发明的蒸发器采用直接蒸发式，简化了系统，降低成本和运行费用，并可提高效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明发生器的结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图4是图2的剖视图。

图5是本发明冷凝器的结构示意图。

图6是图5的A-A剖视图。

图7是本发明吸收器的结构示意图。

图8是图7的左视图；

图9是图7的右视图。

具体实施方式

如图1所示，包括发生器1、精馏塔2、冷凝器3、过冷器4、膨胀阀5、蒸发器6、吸收器7、溶液热交换器8、溶液泵9、节流阀10；发生器1上分别设置尾气进口111和尾气出口116，发生器1通过下集管进口管121、上集管出口管122与精馏塔2连接；精馏塔2通过氨气出口管21、氨液喷淋管22与冷凝器3连接；冷凝器3通过冷凝器氨液出口管31与过冷器4连接，过冷器4采用通道间距不同的螺旋板式换热器，过冷器4通过过冷器氨液出口管41、过冷器氨气进口管42与蒸发器6连接，过冷器4通过过冷器氨气出口管43与吸收器7连接，过冷器氨液出口管41上设置膨胀阀5；吸收器7通过吸收器管束71、稀溶液喷淋分布管73与溶液热交换器8连接；溶液热交换器8通过热交换器氨气出口管81、稀溶液出口管83与精馏塔2连接，溶液热交换器8通过浓溶液出口管82与上集管出口管122连接，热交换器稀溶液出口管83通过节流阀10与吸收器7的稀溶液喷淋分布管73连接。

本发明的发生器1包括壳体11、发生器管束12，壳体11由尾气进口111、主段113、尾气出口116组成，尾气进口111通过扩张喇叭口112与壳体11连接，尾气出口116通过收缩喇叭口115、转向器114与壳体11连接，所述转向器114的轴向与尾气进口111的轴向垂直；发生器管束12呈螺旋翅片管形，发生器管束12错列布置在主段113内，所述发生器管束12包括下集管进口管121、上集管出口管123和若干组翅片管排122；上述每组翅片管排122包括中间下集管1221、中间上集管1223与连接在中间下集管1221、中间上集管1223之间的若干根翅片管1222；中间下集管1221与中间上集管1223平行设置，中间下集管1221和中间上集管1223侧壁上的对应位置分别设置若干个通孔，所述通孔的直径与翅片管1222的外径相同，通孔的数目与翅片管1222的根数相同；上述中间下集管1221一端封闭，另一端与进口下集管121连接，上述中间上集管1223一端封闭，另一端与出口上集管123连接；下集管进口管121的侧壁上设有与中间下集管1221外径相同的孔，上集管出口管123的侧壁上也设有与中间上集管1223外径相同的孔，所述孔的数目与翅片管排122的组数相同；下集管进口管121一端封闭，另一端为发生器氨水溶液进口1211；上集管出口管123一端封闭，另一端为发生器氨气出口1231。

本发明在发生器1的壳体11上设有可拆卸窗口1131。

本发明的冷凝器3包括壳体34、传热管束32、集液盘33，壳体34由筒体段311、左封头312和右封头313组成；筒体段311通过第一法兰314与左封头312连接，筒体段311通过第二法兰315与右封头313连接；上述集液盘33与右封头313之间设置管板3112，管板3112与右封头313内壁之间连接分隔板3131；右封头313上设置冷却水进口3132和冷却水出口3133，筒体段311上设置有支腿3115，壳体34的顶部设有氨气进口管3116，壳体31的底部设有底部液囊3114，底部液囊3114上设有氨液出口管31；传热管束32分为上传热管束3321、下传热管束322；上传热管束321与下传热管束322之间设置集液盘33，壳体34上设置有侧面液囊3113，侧面液囊3113与集液盘33连接，侧面液囊3113上设有回流氨液出口31131。

本发明的吸收器7采用卧式管壳式结构，包括壳体72，壳体72上部设有氨气进口721，壳体72底部设有液囊722；液囊722上设有低压浓溶液出口7221；壳体72上设置两个管板7222，两个管板7222分别连接在下传热管束742的两端，管板7222上连接进口母管7223，进口母管7223上连接2～6根喷淋分布管73，每根喷淋分布管73上设置通孔；还包括浓溶液冷却吸收段组件74，包括上传热管束741、上管束进口腔室743、上管束出口腔室744和上管束折返腔室745，上传热管束741的两端分别连接一个管板7222，在其中的一个管板上左右布置上管束进口腔室743和上管束出口腔室744，在另一个管板上布置上管束折返腔室745，上管束进口腔室743上布置浓溶液进口管7421，上管束出口腔室744上布置浓溶液出口管75，上述喷淋分布管73、上传热管束741和下传热管束742的各层管子之间设有丝网波纹填料层76。

本发明的过冷器4采用通道间距不同的螺旋板式换热器。

本发明的溶液热交换器8采用螺旋板式换热器。

该制冷机的工作流程如下：从冷凝器3经过冷器4和膨胀阀5供给蒸发器6的氨液在蒸发器6中吸收低温热量完成制冷过程后蒸发成氨气，经过冷器4升温后进入吸收器7，被喷淋在上传热管束741上的稀溶液降膜吸收，在吸收器7内的上传热管束741属于溶液冷却吸收器，释放的汽化潜热用于对浓溶液的加热，吸收器下传热管束742内通冷却水(海水)，吸取吸收过程释放的其余的汽化潜热热量。吸收器7底部液囊收集的浓溶液经溶液泵9升压后，依次进入吸收器的上传热管束741、溶液热交换器8加热升温，由于在溶液热交换器8另一侧通道内的稀溶液温度较高，在逆流换热中可使浓溶液部分汽化，因此浓溶液进入溶液热交换器8的后半程经历发生过程，此溶液热交换器8成为包含了溶液加热发生器的换热器。在螺旋板式换热器的中心半圆腔室内正好可实现汽液分离，富氨气和氨溶液分别从上下半圆端盖上的接管流出。富氨气引入精馏塔2内，而氨水溶液则流至与发生器管束12的下集管进口121相连的精馏塔2的底部溶液出口；发生器1与精馏塔2的下部空间形成自然对流循环的条件，柴油机尾气经尾气进口111引入，通过发生器管束12时释放热量并经尾气出口116引出；发生器管束12内的浓溶液吸收热量后产生的富氨气进入精馏塔2后，向上穿过丝网波纹填料，与从冷凝器3来的经喷淋管分布在填料上靠重力向下流动的氨液之间产生逆流热质交换，实现精馏。氨气从精馏塔2顶部出口管21流入冷凝器3，释放汽化潜热给冷却水后，部分氨液经集液盘33、侧面液囊3113和U型管进入精馏塔2，其余氨液可再次循环制冷，冷却水可以是海水或其它溶液；精馏塔2下部设有稀溶液出口，稀溶液经溶液热交换器8降温和节流阀10减压后进入吸收器7的稀溶液喷淋分布管73，溶液也完成循环。

Claims (7)

1.一种氨水吸收式制冷机，其特征在于包括发生器(1)、精馏塔(2)、冷凝器(3)、过冷器(4)、膨胀阀(5)、蒸发器(6)、吸收器(7)、溶液热交换器(8)、溶液泵(9)、节流阀(10)；发生器(1)上分别设置尾气进口(111)和尾气出口(116)，发生器(1)通过下集管进口管(121)、上集管出口管(122)与精馏塔(2)连接；精馏塔(2)通过氨气出口管(21)、氨液喷淋管(22)与冷凝器(3)连接；冷凝器(3)通过冷凝器氨液出口管(31)与过冷器(4)连接，过冷器(4)采用通道间距不同的螺旋板式换热器，过冷器(4)通过过冷器氨液出口管(41)、过冷器氨气进口管(42)与蒸发器(6)连接，过冷器(4)通过过冷器氨气出口管(43)与吸收器(7)连接，过冷器氨液出口管(41)上设置膨胀阀(5)；吸收器(7)通过吸收器管束(71)、稀溶液喷淋分布管(73)与溶液热交换器(8)连接；溶液热交换器(8)通过热交换器氨气出口管(81)、稀溶液出口管(83)与精馏塔(2)连接，溶液热交换器(8)通过浓溶液出口管(82)与上集管出口管(122)连接，热交换器稀溶液出口管(83)通过节流阀(10)与吸收器(7)的稀溶液喷淋分布管(73)连接。

2.根据权利要求1所述的一种氨水吸收式制冷机，其特征在于上述发生器(1)包括壳体(11)、发生器管束(12)，壳体(11)由尾气进口(111)、主段(113)、尾气出口(116)组成，尾气进口(111)通过扩张喇叭口(112)与壳体(11)连接，尾气出口(116)通过收缩喇叭口(115)、转向器(114)与壳体(11)连接，所述转向器(114)的轴向与尾气进口(111)的轴向垂直；发生器管束(12)呈螺旋翅片管形，发生器管束(12)错列布置在主段(113)内，所述发生器管束(12)包括下集管进口管(121)、上集管出口管(123)和若干组翅片管排(122)；上述每组翅片管排(122)包括中间下集管(1221)、中间上集管(1223)与连接在中间下集管(1221)、中间上集管(1223)之间的若干根翅片管(1222)；中间下集管(1221)与中间上集管(1223)平行设置，中间下集管(1221)和中间上集管(1223)侧壁上的对应位置分别设置若干个通孔，所述通孔的直径与翅片管(1222)的外径相同，通孔的数目与翅片管(1222)的根数相同；上述中间下集管(1221)一端封闭，另一端与进口下集管(121)连接，上述中间上集管(1223)一端封闭，另一端与出口上集管(123)连接；下集管进口管(121)的侧壁上设有与中间下集管(1221)外径相同的孔，上集管出口管(123)的侧壁上也设有与中间上集管(1223)外径相同的孔，所述孔的数目与翅片管排(122)的组数相同；下集管进口管(121)一端封闭，另一端为发生器氨水溶液进(1211)；上集管出口管(123)一端封闭，另一端为发生器氨气出(1231)。

3.组据权利要求2所述的一种氨水吸收式制冷机，其特征在于壳体(11)上设有可拆卸窗口(1131)。

4.根据权利要求1所述的一种氨水吸收式制冷机，其特征在于上述冷凝器(3)包括壳体(34)、传热管束(32)、集液盘(33)，壳体(34)由筒体段(311)、左封头(312)和右封头(313)组成；筒体段(311)通过第一法兰(314)与左封头(312)连接，筒体段(311)通过第二法兰(315)与右封头(313)连接；上述集液盘(33)与右封头(313)之间设置管板(3112)，管板(3112)与右封头(313)内壁之间连接分隔板(3131)；右封头(313)上设置冷却水进(3132)和冷却水出(3133)，筒体段(311)上设置有支腿(3115)，壳体(34)的顶部设有氨气进口管(3116)，壳体(31)的底部设有底部液囊(3114)，底部液囊(3114)上设有氨液出口管(31)；传热管束(32)分为上传热管束(3321)、下传热管束(322)；上传热管束(321)与下传热管束(322)之间设置集液盘(33)，壳体(34)上设置有侧面液囊(3113)，侧面液囊(3113)与集液盘(33)连接，侧面液囊(3113)上设有回流氨液出(31131)。

5.根据权利要求1所述的一种氨水吸收式制冷机，其特征在于上述吸收器(7)采用卧式管壳式结构，包括壳体(72)，壳体(72)上部设有氨气进口(721)，壳体(72)底部设有液囊(722)；液囊(722)上设有低压浓溶液出口(7221)；壳体(72)上设置两个管板(7222)，两个管板(7222)分别连接在下传热管束(742)的两端，管板(7222)上连接进口母管(7223)，进口母管(7223)上连接2～6根喷淋分布管(73)，每根喷淋分布管(73)上设置通孔；还包括浓溶液冷却吸收段组件(74)，包括上传热管束(741)、上管束进口腔室(743)、上管束出口腔室(744)和上管束折返腔室(745)，上传热管束(741)的两端分别连接一个管板(7222)，在其中的一个管板上左右布置上管束进口腔室(743)和上管束出口腔室(744)，在另一个管板上布置上管束折返腔室(745)，上管束进口腔室(743)上布置浓溶液进口管(7421)，上管束出口腔室(744)上布置浓溶液出口管(75)，上述喷淋分布管(73)、上传热管束(741)和下传热管束(742)的各层管子之间设有丝网波纹填料层(76)。

6.根据权利要求1所述的一种氨水吸收式制冷机，其特征在于过冷器(4)采用通道间距不同的螺旋板式换热器。

7.根据权利要求1所述的一种氨水吸收式制冷机，其特征在于溶液热交换器(8)采用螺旋板式换热器。

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