CN101266088A - 利用柴油机余热驱动的溴化锂吸收式制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用柴油机余热驱动的溴化锂吸收式制冷装置，该装置有别于现有技术之处主要在于：所述高压发生器与低压发生器的冷剂蒸汽发生器之间的溶液管路设置一高温蒸汽加压段，用于提高高温冷剂蒸汽从高压发生器向冷剂蒸汽发生器输送的速度，所述低压发生器的顶部蒸汽出口管处设置与冷凝器相连通的低压冷剂蒸汽加压段，用于促进低温蒸气从低压发生器向冷凝器的流动速度；另外本发明的冷剂蒸汽发生器和冷却液蒸汽发生器密闭于同一个容器中，由此明显减小了整个制冷装置的体积。本发明的溴化锂吸收式制冷装置具有加快制冷循环的过程，增加了制冷效率，同时降低了整个制冷装置体积的优点。

Description

利用柴油机余热驱动的溴化锂吸收式制冷装置
技术领域
本发明涉及柴油发电机组中柴油机余热利用装置，尤其涉及一种利用柴油机余热驱动的溴化锂吸收式制冷装置。
背景技术
柴油发电机组作为用电高峰期动力需求的补充和缺电无电地区的主要动力源，随着经济发展，得到了越来越广泛的使用。特别是大中型发电机组，生产量及保有量均增长迅速。进口及国产量每年均以20％的速度增长。柴油发电机组利用柴油机燃烧柴油产生的动力驱动发电机发电，因此柴油燃烧产生的热量转化为电力的效率比较低。对柴油机而言，柴油机本身的热效率只有33％左右，即柴油燃烧产生的热量只有33％转化为柴油机曲轴的动力输出，其他66％左右的热量被排气系统和冷却系统带走，排入大气中。而发电机的输出效率只有不到80％。因此从柴油燃烧产生化学能到输出电力，其能源利用率不超过26％。柴油发电机组向大气中排放的废热占总消耗能量的74％以上，除去发电机放热和柴油机机体等的散热量，其中可再利用的有60％左右，即柴油机排气系统和冷却系统放出的热量。如果这两部分热量能加以利用，那么柴油化学能的利用率可达到85以上，远超过日本60％的能源平均利用率。这两部分热能品位低，不足以转化为值得利用的机械能。可高效率利用的唯一途径是用来驱动吸收式空调系统，其利用效率可达到100～120％，即1kW的热能可转化为1～1.2kW的冷能。国内柴油发电耗油量占柴油消耗总量的20％左右，达到2千万吨，其全部的化学能(热能)为8.82×1014kJ。但其中有65％通过排气和冷却水被散到大气中，也就是说用来发电的2千万吨柴油中，只有7百万吨用来驱动发电机，另1千3百万吨以废热的方式散到大气中。如用来驱动吸收式制冷装置，可产生5.29×1014kW的冷能，相当于1.47×1011度电力驱动蒸汽压缩式制冷空调产生的冷能。
吸收式制冷技术采用热量驱动，对热源的要求不高，是余热利用的最佳选择。吸收式制冷技术一般采用溴化锂水溶液作为制冷剂，包括四个主要的部件，即高压发生器、冷凝器、蒸发器以及吸收器。其工作原理是：用热源的热量加热高压发生器中的溴化锂水溶液，生成高温水蒸气和浓溶液；高温水蒸气进入冷凝器被冷凝成液态水；冷凝水进入低压发生器，吸收外界的热量变成低温水蒸气，即完成制冷；低温水蒸气进入吸收器中被浓的溴化锂水溶液吸收，变成稀溶液，再流回高压发生器，进行下一个循环。
其制冷系数最高为1.2左右，远低于电驱动氟利昂制冷的制冷系数2.3。对电力供应充足的地区，使用矿物燃料产生的热量直接制冷显然经济性不高，使吸收式制冷技术自发明以来一直没能取得广泛使用。同时，由于该技术的装置各部分体积过于庞大，如低压发生器和冷凝器都是分别设置，需要占用不少空间，不仅其制造成本和安装成本都非常高，而且限制了该技术在某些场合的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提高利用柴油机余热驱动的溴化锂吸收式制冷装置的制冷效率，并减小该装置的体积，从而减低该装置的成本。
本发明采用如下技术方案：设计一种利用柴油机余热驱动的溴化锂吸收式制冷装置，包括：重力热管换热器、高压发生器、包括冷剂蒸汽发生器和冷却液蒸汽发生器的低压发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器、高温溶液换热器和低温溶液换热器，上述各器件通过上述各器件通过冷却液控制系统构成制冷剂的可控闭合循环系统；其特征在于：
在所述高压发生器与所述低压发生器的冷剂蒸汽发生器之间的溶液管路设置一高温蒸汽加压段，用于提高高温冷剂蒸汽从高压发生器向冷剂蒸汽发生器输送的压力。
所述高温蒸汽加压段为一低压风机，该低压风机的进风为与所述高压发生器的高温管道出口相连接的进口过渡段，其出风口为与所述冷剂蒸汽发生器进口端相连接的出口过渡段。
所述低压风机采用轴流式风机、离心风机或混流式风机，所述进口过渡段为喇叭状的光滑曲面，该光滑曲面使所述高温管道出口和低压风机呈圆滑过渡连接；所述出口过渡段为喇叭状的光滑曲面，该光滑曲面使所述冷剂蒸汽发生器进口端和低压风机呈圆滑过渡连接。
所述高压发生器的顶部呈人字型，在其顶部中心位置安装有铅垂方向的冷剂蒸汽出口管，该冷剂蒸汽出口管与水平方向的高温蒸汽管道相连通，高温蒸汽管道出口与所述高温蒸汽加压段的进口连通。
所述低压发生器具有“人”字形的低压发生器顶部，该低压发生器顶部的最高点安装有蒸汽出口管，在该蒸汽出口管处设置有与所述冷凝器相连通的低压冷剂蒸汽加压段。该低压冷剂蒸汽加压段将大大促进低温蒸气从低压发生器向冷凝器的流动速度，进一步加快制冷的循环过程，从而提高制冷效率。
所述低压冷剂蒸汽加压段为低压风机，该低压风机采用轴流风机、离心风机或混流风机，其出风口呈与所述冷凝器相连通的喇叭口形状。
所述冷剂蒸汽发生器和冷却液蒸汽发生器密闭于同一个容器中。所述冷凝器和低压发生器呈上、下的组合设置，除了通过所述低压冷剂蒸汽加压段相互连通外，其余之处为隔热密封安装。这种结构将明显减小了整个制冷装置的体积，也减少了生产和安装成本。
所述冷却液控制系统包括：常闭的冷却液蒸汽发生器进口电磁阀和冷却液蒸汽发生器出口电磁阀、常开的散热器进口电磁阀、冷却液回水管、节温器、水泵、节温器大循环出口、节温器小循环出口；所述冷却液蒸汽发生器进口电磁阀的一端与发动机冷却液出水管连通，另一端与低压发生器的冷却液蒸汽发生器的进口连通；所述冷却液蒸汽发生器出口电磁阀的一端与发动机冷却液回水管连通，另一端与低压发生器的冷却液蒸汽发生器的出口连通；所述散热器进口电磁阀的一端与水箱进口相连通，另一端与发动机冷却液出水管连通。
和现有技术相比，本发明的优点是，加快了利用柴油机余热驱动的溴化锂吸收式制冷装置的制冷循环的过程，增加了制冷效率，同时降低了整个制冷装置的体积。
附图说明
图1为本发明利用柴油机余热驱动的溴化锂吸收式制冷装置的总体结构示意图；
图2是图1中的高压发生器和高温蒸汽加压段的结构示意图；
图3是高温蒸汽加压段结构的局部放大图；
图4是高温蒸汽加压段的结构示意图；
图5是图4中高温蒸汽加压段结构的局部放大图；
图6是本发明的柴油机余热驱动的溴化锂吸收式制冷装置中冷却液控制系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明利用柴油机余热驱动的溴化锂吸收式制冷装置包括：重力热管换热器1、高压发生器16、包括冷剂蒸汽发生器2和冷却液蒸汽发生器3的低压发生器14、冷凝器5、吸收器7、蒸发器6、高温溶液换热器9和低温溶液换热器10，上述各器件通过冷却液控制系统构成制冷剂的可控闭合循环系统。
所述重力热管换热器1由蒸发段4和冷凝段17组成，蒸发段4吸收柴油机尾气热量并传递到冷凝段17。冷凝段17同时作为制冷装置的高压发生器16，与溶液泵11出口联通，出口21经过高温溶液换热器9后回到吸收器7中，溴化锂水溶液被热管换热器1的冷凝段17加热并产生高温蒸汽，使溶液被浓缩；高温蒸汽通过高温冷剂蒸汽加压段23加压后进入低压发生器14的冷剂蒸汽发生器2，加热溶液后冷却变成冷剂水，通过冷剂水泵8喷淋在冷凝器5上。
尾气通过尾气控制系统74进入重力热管换热器1，带来热量，使得高压发生器16中的溴化锂水溶液蒸发，形成高温蒸汽，该高温蒸汽通过高温冷剂蒸汽加压段23加压，进入制冷机的低压发生器14中的冷剂蒸汽发生器2的管束中，由溶液泵11从吸收器7中泵来的稀溶液喷淋在发生器2管束的外壁面，被加热后，其中的水变成蒸汽；冷剂蒸汽发生器2外壁面加热溶液产生的水蒸气进入制冷机的冷凝器5，同时在冷剂蒸汽发生器2的管束内的来自高压发生器16的蒸汽因加热该冷剂蒸汽发生器2管束外的溶液而变成冷剂水，并由冷剂泵8泵入冷凝器5；冷剂蒸汽发生器2产生的冷剂蒸汽和其管束内的冷剂水在冷凝器5中，将热量排放到大气中而变成低温冷剂水；低温冷剂水从冷凝器5中出来后通过节流装置变成低温冷剂蒸汽与冷剂水的两相物后，进入蒸发器6中；在蒸发器6中低温冷剂蒸汽和低温冷剂水吸收外界热量后，变成高温冷剂蒸汽，进入到吸收器7中，由溴化锂吸收后变成稀溶液，完成循环。
冷却液控制系统的结构示意图如图6所示，所述冷却液控制系统包括：常闭的冷却液蒸汽发生器进口电磁阀5 0和冷却液蒸汽发生器出口电磁阀53、常开的散热器进口电磁阀52、冷却液回水管51、节温器71、水泵72、节温器大循环出口73、节温器小循环出口74；所述冷却液蒸汽发生器进口电磁阀50的一端与发动机冷却液出水管75连通，另一端与低压发生器14的冷却液蒸汽发生器3的进口连通；所述冷却液蒸汽发生器出口电磁阀53的一端与发动机冷却液回水管连通，另一端与低压发生器14的冷却液蒸汽发生器3的出口连通；所述散热器进口电磁阀5 2的一端与水箱进口相连通，另一端与发动机冷却液出水管75连通。冷却液控制系统的工作过程如下：
先打开冷却液蒸汽发生器进口电磁阀50、冷却液蒸汽发生器出口电磁阀53，然后关闭散热器进口电磁阀52，冷却液经节温器以及冷却液蒸汽发生器进口电磁阀50，进入低压发生器14的冷却液蒸汽发生器3的管束19中，在管内流动，并经冷却液蒸汽发生器出口电磁阀53进入水泵中。冷却液温度一般在85～95摄氏度范围内；由溶液泵11从吸收器7中泵来的稀溶液喷淋在冷却液蒸汽发生器3管束的外壁面，被加热后，其中的水变成蒸汽；冷却液蒸汽发生器3外壁面加热溶液产生的水蒸气与冷剂蒸汽发生器2产生的水蒸气混合后进入冷凝器5；管束内的冷却液加热溴化锂水溶液后被冷却，经冷却液蒸汽发生器出口电磁阀53进入水泵，重新回到发动机水套中，完成循环。
制冷是在蒸发器6中进行的，低温冷剂水蒸汽吸收外界热量，使外界温度降低，这个外界可以是水，也可以是空气。
如图2以及3所示，所述高压发生器16的容器上部呈人字形，在其中部最高处焊接有铅垂方向的冷剂蒸汽出口管29，与冷剂蒸汽出口管29联通的是水平安装的高温蒸汽管道30，所述高温蒸汽管道30的出口22与高温冷剂蒸汽加压段23的进口24连接。
高温冷剂蒸汽加压段23包括：进口过渡段24、低压风机31、出口过渡段25，所述进口过渡段24为光滑曲线，所述出口过渡段25为光滑曲线，分别与风机进出口圆滑过渡；所述低压风机31可以是轴流式，也可以是离心式或混流式。加压段23出口段25与冷剂蒸汽发生器2的进口26联通。
如图4以及5所示，本发明所述柴油机余热驱动溴化锂吸收式制冷装置中的低压发生器14包括：冷剂蒸汽发生器2、冷却液热量提取暨冷却液蒸汽发生器3、低压冷剂蒸汽加压段39。所述低压发生器14具有一个“人”字形结构的低压发生器顶部40，所述低压发生器顶部40最高点具有开口，该开口具有低压冷剂蒸汽加压段39，所述低压冷剂蒸汽加压段39和所述冷凝器5相连接。所述低压发生器14在下，所述冷凝器5在上，组合设置，除了通过所述低压冷剂蒸汽加压段39相互连接外，所述低压发生器14和冷凝器5相互为隔热密封安装。所述低压冷剂蒸汽加压段39包括，低压风机47，以及和所述冷凝器5相连接的喇叭口形状的出口端48(图5)。
所述冷剂蒸汽发生器2为管式换热结构，加热管外的溴化锂水溶液后变为冷剂水，由冷剂泵喷入冷凝器5中。所述冷却液蒸汽发生器3为管式换热结构，从柴油机冷却液出水管75中出来的高温冷却液经冷却液控制系统45的冷却液蒸发器3进口电磁阀50进入管束19中，加热管外的溴化锂水溶液后经冷却液控制系统45的电磁阀53进入柴油机水泵。所述冷剂蒸汽发生器2与冷却液蒸汽发生器3位于同一个容器即低压发生器14中。所述低压发生器14的顶部40为人字形结构，其最高点开口并与低压冷剂蒸汽加压段39的进口49相连。所述低压冷剂蒸汽加压段39由低压风机47、出口段48组成。低压风机47可以是轴流式、离心式或混流式，出口段48为喇叭口形，接入所述冷凝器5中。

Claims (10)

1. 一种利用柴油机余热驱动的溴化锂吸收式制冷装置，包括：重力热管换热器(1)、高压发生器(16)、包括冷剂蒸汽发生器(2)和冷却液蒸汽发生器(3)的低压发生器(14)、冷凝器(5)、吸收器(7)、蒸发器(6)、高温溶液换热器(9)和低温溶液换热器(10)，上述各器件通过冷却液控制系统构成制冷剂的可控闭合循环系统；其特征在于：
在所述高压发生器(16)与所述低压发生器(14)的冷剂蒸汽发生器(2)之间的溶液管路设置一高温蒸汽加压段(23)，用于提高高温冷剂蒸汽从高压发生器(16)向冷剂蒸汽发生器(2)输送的压力。
2. 根据权利要求1所述的溴化锂吸收式制冷装置，其特征在于，所述高温蒸汽加压段(23)为一低压风机(31)，该低压风机(31)的进风为与所述高压发生器(16)的高温管道出口(22)相连接的进口过渡段(24)，其出风口为与所述冷剂蒸汽发生器进口端(26)相连接的出口过渡段(25)。
3. 根据权利要求2所述的溴化锂吸收式制冷装置，其特征在于：所述低压风机(31)采用轴流式风机，所述进口过渡段(24)为喇叭状的光滑曲面，该光滑曲面使所述高温管道出口(22)和低压风机(31)呈圆滑过渡连接；所述出口过渡段(25)为喇叭状的光滑曲面，该光滑曲面使所述冷剂蒸汽发生器进口端(26)和低压风机(31)呈圆滑过渡连接。
4. 根据权利要求1或2所述的溴化锂吸收式制冷装置，其特征在于：所述高压发生器(16)的顶部呈人字型，在其顶部中心位置安装有铅垂方向的冷剂蒸汽出口管(29)，该冷剂蒸汽出口管(29)与水平方向的高温蒸汽管道相连通，高温蒸汽管道出口(22)与所述高温蒸汽加压段(23)的进口连通。
5. 根据权利要求2所述的溴化锂吸收式制冷装置，其特征在于，所述低压风机(31)采用离心风机或混流式风机。
6. 根据权利要求1所述的溴化锂吸收式制冷装置，其特征在于：所述冷剂蒸汽发生器(2)和冷却液蒸汽发生器(3)密闭于同一个容器中构成所述低压发生器(14)；该低压发生器(14)具有“人”字形的低压发生器顶部(40)，该低压发生器顶部(40)的最高点安装有蒸汽出口管，在该蒸汽出口管处设置有与所述冷凝器(5)相连通的低压冷剂蒸汽加压段(39)。
7. 根据权利要求6所述的溴化锂吸收式制冷装置，其特征在于，所述低压冷剂蒸汽加压段(39)为低压风机(47)，该低压风机(47)的出风口(48)呈与所述冷凝器(5)相连通的喇叭口形状。
8. 根据权利要求7所述的溴化锂吸收式制冷装置，其特征在于：所述低压风机(47)采用轴流风机、离心风机或混流风机。
9. 根据权利要求6所述的溴化锂吸收式制冷装置，其特征在于：所述冷凝器(5)和低压发生器(14)呈上、下的组合设置，除了通过所述低压冷剂蒸汽加压段(39)相互连通外，其余之处为隔热密封安装。
10. 根据权利要求1、2、6或7所述的溴化锂吸收式制冷装置，其特征在于：所述冷却液控制系统包括：常闭的冷却液蒸汽发生器进口电磁阀(50)和冷却液蒸汽发生器出口电磁阀(53)、常开的散热器进口电磁阀(52)、冷却液回水管(51)、节温器(71)、水泵(72)、节温器大循环出口(73)、节温器小循环出口(74)；所述冷却液蒸汽发生器进口电磁阀(50)的一端与发动机冷却液出水管(75)连通，另一端与低压发生器(14)的冷却液蒸汽发生器(3)的进口连通；所述冷却液蒸汽发生器出口电磁阀(53)的一端与发动机冷却液回水管连通，另一端与低压发生器(14)的冷却液蒸汽发生器(3)的出口连通；所述散热器进口电磁阀(52)的一端与水箱进口相连通，另一端与发动机冷却液出水管(75)连通。
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