CN105121978A - 共烧吸收系统发生器 - Google Patents

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Abstract

一种用于连续循环吸收加热和冷却系统中的共烧发生器可将热量从第一热交换器(如，火管热交换器)提供给一环形腔的内部，将热量从第二热交换器补充给所述环形腔的外部，所述第二热交换器含有被外部源加热的流体。一些实施例可使在太阳能加热的集热器中被加热的流体循环通过第二热交换器。其他实施例可按照特定路线将废气从燃烧发动机传送到第二热交换器中。所述第二热交换器可被设置有复数个散热片以增加用于在被加热的流体和所述环形腔之间进行热交换的表面面积。

Description

共烧吸收系统发生器
背景技术
火管用来通过让来自于燃烧器的热气体进行传热来加热穿过浸没在液体中的密封腔的流体。通过热传导将气体热量传递到火管壁中，然后通常将液体加热至其沸点，使其转变为气体。
一种公知类型的火管具有带散热片的圆柱形腔，散热片被固定到圆柱体的内表面上以增加内表面面积。火管被通过与圆柱体的外表面接触而被加热的流体包围。可燃烧产物(如，来自于天然气或丙烷)离开燃烧器头部，进入火管，最终热气体的一部分通过通道流到散热片外部，一部分通过通道在散热片之间流动。热气体从两侧加热散热片，也加热圆柱体。与圆柱体接触的散热片将其热量传递给圆柱体，圆柱体加热火管周围的流体。圆柱体内的芯塞迫使热气体在散热片附近流动，以达到更高的传热率。这在相对短、直径小的管中提供了较大的热输出。
火管可使用在连续循环吸收冷却系统中而用于达到蒸发水-氨溶液中的氨的目的。这样的氨基冷却系统通常用于空气调节和制冷。这些系统通常包括发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，火管是所使用的一种类型的发生器系统。该系统在适于让氨在操作温度下冷凝成液体的足够压力下填充有氨和水。
在这样的系统中，水-氨溶液被火管加热。这种加热产生氨气气泡和水蒸气，它们然后穿过精馏器。在精馏器中，产生用于发生器回流的冷凝物，同时，几乎纯的氨蒸汽能通过冷凝器，氨蒸汽在冷凝器中被冷却，冷凝成液氨。来自于冷凝器中的液氨流到过冷器中以进行热量回收，然后通过膨胀装置以降低压力。来自于膨胀装置的几乎纯的两相(但大部分为液态)氨进入蒸发器，在蒸发器中，来自于被冷却的传热流体(如，水或盐水)的传热引起氨蒸发。氨的蒸发引起所需的冷却或制冷。接着，氨气混合物流入吸收器中，在吸收器中氨气混合物接触流回到过冷器中、然后从发生器流入吸收器中的低浓度水-氨溶液。在吸收器中，氨从气体混合物中被吸出，进入低浓度水-氨溶液中，产生高浓度水-氨溶液，该高浓度水-氨溶液流到发生器系统中，从而完成操作循环。
发明内容
为了让发生器系统被共烧或增加附加的表面面积以提高效率，充注有流体且包围待被加热的火管的环形空间可被封在另外的圆柱形热交换器中，该另外的圆柱形热交换器从沸腾系统外部提供热量。火管的外表面从内部加热容纳流体的所述环形空间，同时，第二包围式圆柱形热交换器从外部加热所述环形空间。这种对环形空间进行双侧式加热的方式增强了由火管提供的热量，可增加整个系统的加热效率。并且，该系统可让两个不同的加热源用于加热所述发生器。
在此所述的外部热交换器的实施例可包括细长的圆柱形壳体，该圆柱形壳体具有流体进入端、流体排出端、具有内壁和外壁的环形腔、被固定在内部环形壁外表面上的第一散热组件。该第一散热组件可包括成环状布置的单排细长波状散热片或多排细长波状散热片，每个散热片具有被固定到内部环形壁的外表面上的底面，具有两个从底部散热表面朝上延伸的大致平坦的平侧。每排中的散热片可沿圆柱形壳体的轴线大致平行布置，一排或多于一排的散热片中的散热片可相对于相邻排的散热片中的散热片以一定角度偏置。
在一些实施例中，散热片的平坦的平侧大致平行，每排散热片中的散热片在散热片高度、长度和宽度方面分别大致相同。在其他实施例中，至少两排中的散热片的宽度和/或长度尺寸不同。第二散热片组件包括复数个细长的杆状散热片，它们沿圆柱形壳体的轴线大致平行布置，每个散热片具有被固定到壳体外表面上的底面，具有两个从底部散热表面向上延伸的大致平坦的平侧。在其他实施例中，这些散热片可成波状，具有平坦的或圆形顶部。在一些实施例中，这些散热片可以是U形。在下文中将描述这些和其他设计变化、以及用于外部热交换器设计的散热片的实施例。
附图说明
图1是使用火管发生器的连续循环吸收冷却系统的一个实施例的系统概况，火管发生器通过流体加热源热交换器(在此描述为太阳能集热器)提高效率。
图2是火管发生器系统外侧上的热交换器的一个实施例的竖向横截面图。
图3是火管发生器系统外侧上的热交换器的一个实施例的等轴竖向横截面图。
图4是火管发生器系统外侧上的热交换器的一个实施例的水平横截面图。
图5A示出了使用平坦顶部波状散热片的热交换器散热组件的一个实施例。
图5B示出了使用圆形顶部波状散热片的热交换器散热组件的另一实施例。
图5C示出了使用平坦杆型散热片的热交换器散热组件的另一实施例。
具体实施方式
一个实施例是发生器，其包括一种第二或补充的热交换器，该第二热交换器可被配置成将热量从外部补充给发生器流体。例如，该第二热交换器可包围或护封发生器流体，并容纳传热介质。通过将该第二热交换器联接到一种热源(如，太阳能板、发动机排气口或其他热源)上，降低了火管所需的能量输入量。在该实施例中，所述补充的热交换器同时起到提高发生器流体温度的主要加热器或第一加热器的作用。
在一个实施例中，所述补充的热交换器包围所述发生器，被配置成对着发生器外壁提供薄层传热液体或气体。一组散热片可被设置在所述补充的热交换器内部以更高效地将热量从传热介质带到所述发生器内部。在操作中，该传热介质可从一种热能源头(如太阳能加热器)运动到所述补充的热交换器的下端进入口中。这种运动可通过泵、鼓风机、或由传热介质产生的压力来实现。传热介质然后将包围所述发生器外部，朝上移动，经过所述补充的热交换器内的一组散热片，到达上端出口。传热介质能从上端出口循环回到热能源头，或者对于发动机废气而言，被排放到周围环境中。
应该理解为，传热介质在所述补充的热交换器中的运动是可控制的。因此，在一个实施例中，电控阀或变速泵可用来保证第二热交换器将热量补充到所述发生器中而不会将热量从发生器带走。例如，一种温度探针可确定来自于热能源头的传热介质的温度何时高于火管外部的温度。在这种情况下，一种电控泵可被结合而将所述传热介质泵送到所述补充的热交换器中以将热量补充给所述发生器。该控制系统从而可让该系统可调节，使得合适的热量从热能源头被补充到所述发生器中。在其他实施例中，任何类型的流体移动装置(如，鼓风机、泵或用于在传热介质上产生压力的其他工具)可用于将传热介质移动到所述补充的热交换器中。
在另一实施例中，所述补充的热交换器可用于通过使比发生器内的流体更冷的传热介质循环而从所述发生器去除掉热量。这将可让该系统将热量从所述发生器移动到该发生器外部的其他装置中。例如，该系统可被设计成通过将热量从所述发生器排出并使传热介质循环到这些目标位置上来加热某些相邻空间、装置或系统。
图1是连续循环吸收冷却系统100的一个实施例的系统概略图，该系统包括太阳能流体加热器140、温度传感器144、控制器142、泵146、精馏器155、冷凝器170、过冷器175、第一吸收器190、第二吸收器192、蒸发器180、溶液泵165和发生器105。发生器105包括内火管110。内火管110被充注有待被加热的流体的环形腔130包围。在这种连续循环吸收冷却系统100中，能量被提供给火管110以将环形腔130中的流体加热至足够的温度，以让该流体在系统压力下蒸发。
除了内火管110以外，发生器105还包括外部热交换器120，该外部热交换器也被配置为将热量释放到环形腔130中。该外部热交换器的操作方式是：使流体传热介质(如，传热介质)从流体排出歧管150流出，然后通过泵146将其泵送到太阳能集热器140中以被太阳加热。然后传热介质可流回到热交换器120中的流体进入歧管160中，该外部热交换器120起到包围环形腔130的护套的作用。当被太阳能加热的传热介质温度高于环形腔130中的流体温度时，被太阳能加热的传热介质可补充加热环形腔130，减少了操作火管110以保持环形腔130处于合适目标温度下所需的能量。当被太阳能加热的传热介质温度不高于环形腔130中的流体温度时，例如，在晚上或阴天时，可停止传热介质流经所述外部热交换器120以避免从环形腔130抽取能量。一个或多于一个的温度传感器144可与发生器105相结合使用，以监测所述发生器的温度并将其与传热介质的温度进行比较。一种控制器142可连接到所述泵146和温度传感器144上以控制流体经过系统100的流动。传热介质可通过流体排出歧管150离开太阳能热交换器120，并返回到太阳能集热器140中以被太阳加热。传热介质可以是二元醇，如，丙二醇或乙二醇。传热介质也可以是传热油、石蜡、硅树脂、萜烯、苯基、环烷或烷基流体或油。在其他实施例中，传热介质可以是以单相或两相存在的水。
另外，一种旁通阀143可被设置在所述太阳能集热器140的出口和泵146之间。旁通阀143可受控制器142控制以使传热介质在太阳能集热器140周围循环以及循环经过所述太阳能集热器，直到传热介质到达预先指定的目标温度为止。一旦传热介质已经达到预先指定的目标温度，控制器142可切换旁通阀143，使得传热介质然后移动到外部热交换器120中。
图2和3示出了如图1中所示的发生器105的一个实施例的截面图。如图2所示，发生器105包括火管110，该火管含有可燃烧产物以产生热量。火管110具有由导热材料制成的圆柱形外壳280，用于通过与火管110内的可燃烧产物进行热传递而加热系统230。复数个散热片270可被固定到外壳280的内部中，成环状地布置成排。散热片270促使通过圆柱形外壳280将热量从火管110内的可燃烧产物传递给待被加热的介质。当可燃烧产物移动经过火管110时，一种芯塞290迫使可燃烧产物穿过散热片270。
对所述圆柱形外壳280进行护封的环形腔130包围火管110。环形腔130容纳有待被发生器105加热的流体(未示出)。隔板202和矩形管204起到通过热回收进行分馏的作用。隔板202和矩形管204可沿圆柱形壳体280的长度以轴向螺旋的配置方式被固定，从而形成通道200，环形空间内的流体可通过所述通道200绕被加热的圆柱形外壳280流动。环形腔130还包括由导热材料制成的外壁210。
热交换器120可包围环形腔130，流体流经该环形腔。热交换器120中容纳传热介质(未示出)，从而能单独提供热量给环形腔130；或者除了火管110提供的热量以外，所述热交换器也提供热量给所述环形腔。热交换器120包括一种圆柱形外壳250、散热组件260、用于输入和输出传热介质的流体进入歧管160和流体排出歧管150。外壳250可以是金属制的，或由耐热材料制成以减少系统的热损失。如果是金属制的，则使用隔热材料(未示出)来减少系统的热损失。散热组件260被固定到外部环形壁210上并由导热材料(如钢)构成，以允许与环形腔130进行热传递。传热介质通过流体进入歧管160进入热交换器120，沿外部环形壁210移动，穿过散热组件260，通过流体排出歧管150离开热交换器。散热组件260显著增加了沿着环形空间的裸露外壁而用于将热量从传热介质传递给环形腔130的表面面积。
在一些实施例中，当传热介质进入热交换器120时，传热介质将热量补充给环形空间内的流体，从而减少了将环形空间内的流体加热至其目标温度所需的能量。在其他实施例中，热交换器120可用于吸收环形空间中的流体的热量。
图4示出了如图1中所示的发生器105的一个实施例的另一截面图。芯塞290、火管散热片270、火管外部壳体280、环形腔130、外部环形壁210、散热组件260和圆柱形外部热交换器壳体250相对于彼此同中心布置。热交换器120的散热组件260包括复数个散热片400，它们可包括单独的多个散热片或包括波纹状材料，所述复数个散热片环绕外部环形壁210成环状布置，沿圆柱形外部环形壁210的轴线大致平行布置，每个散热片400具有被固定到外部环形壁210上的底面410，两个平坦侧面从所述底面朝顶面420向上延伸。在某些实施例中，顶面420可被固定到外部热交换器壳体250上。在一些实施例中，底面410可通过与铜、镍或其他钎焊材料铜焊而被固定到外部环形壁210上。
传热介质通过流体进入歧管160进入热交换器120中，沿外部环形壁210在散热组件260的多个散热片400之间朝上流动，从所有暴露侧加热散热片400，也加热外部环形壁210。与外部环形壁210接触的散热片400将热量传递给外部环形壁210，如果火管110正在运行，那么这样将增加通过火管110加热环形腔130的效果。热交换器120可通过提供另外的用于传热的表面面积来增加传热给环形腔130中流体的传热效果或提高发生器105的效率。在热交换器120的一个实施例中，传热介质可以是被太阳能加热的液体或通过其他方式被加热至足够温度的液体。在热交换器120的另一实施例中，传热介质可以是废气，其可按照特定路线从源头(如，火管110的排气口)、从发生器的排气口或从提供能量给所述系统的其他装置被传送到流体进入歧管160中。应该意识到，废气可来自于燃烧发动机、燃气轮机、或任何其他类型的燃料燃烧发动机。
图5A示出了如图1中所示的发生器105的热交换器120的多个散热片的某实施例，该热交换器中，多个散热片550呈波状布置，其包括一系列大致平行的多个顶部580和多个槽部570，所述多个顶部和多个槽部由多个散热片侧部590连接。所述多个散热片侧部590相互大致平行，从底面大致垂直(法向)朝上延伸。但是，由于散热组件绕圆柱形外部环形壁210弯曲，因此，所述多个散热片侧部590相对于彼此可稍微形成一定角度。所述多个散热片侧部590还可相对于底面稍微成钝角或锐角。可根据散热片500的所需数量以及多个散热片550的所需间距来选择这样的角度。还应该理解为，散热片550的具体数量将取决于散热片550的宽度和圆柱形外部环形壁210的径向尺寸或周长。
槽部570可被固定到外部环形壁210上。槽部570的底面可大致平坦，但是也可成弓形或优选以一定半径弯曲(辐射状)以较佳地适配外部环形壁210的位于槽部570下方的圆柱形表面的半径或曲率。在一些实施例中，顶部580可接触或被固定到热交换器外壁508上，但是，在其他实施例中，散热片550可不接触热交换器外壁508。
图5B示出了如图1中所示的发生器系统230的热交换器120的散热片的另一实施例，在该热交换器中，散热器512由弯曲的波状板组成，其具有圆形顶部，圆形顶部的顶点510向下弯曲至最低点514。散热片的位于顶点510和最低点514之间的中间部分516可形成一定角度，或者中间部分516可相互大致平行。最低点514可被固定到外部环形壁210上。如图所示，顶点510和最低点514的半径大致类似，但是，在一些实施例中，顶点的半径可与最低点的半径不同。另外，在某些实施例中，最低点514可具有稍微成倒圆的部分以较佳适配外部环形壁210的位于最低点514下方的圆柱形表面的曲率。在一些实施例中，顶点510可接触或被固定到热交换器外壁508上，但是，在其他实施例中，散热片512可不接触热交换器外壁508。
图5C示出了如图1中所示的发生器105的热交换器120的散热片的另一实施例，在该热交换器中，多个散热片503包括一排成环状布置的平坦杆，它们绕外部环形壁210被固定。在该实施例中，多个散热片503沿纵向布置，沿圆柱形壳体的轴线大致平行。散热片503具有下表面501和上表面500。下表面501可被固定到外部环形壁210上。在一些实施例中，上表面500可接触或被固定到热交换器外壁508上，但是在其他实施例中，所述多个散热片503可不接触热交换器外壁508。在一个实施例中，所述多个散热片503可以是矩形杆，而在其他实施例中，所述多个散热片500可以使其他形状的杆，如正方形杆或圆形杆。全部散热片500可以宽度相同，或可使用宽度不同的散热片500。使用在散热组件260中的散热片500的具体数量将取决于散热片500的宽度、圆柱形外部环形壁210的径向尺寸或周长。
如图5A、5B和5C所示，散热组件包括复数个散热片，它们绕外部环形壁210成环状布置，沿圆柱形外部环形壁210的轴线大致平行布置。这些散热片可包括位于流体排出歧管160内的第一排504、间隙502、和局部延伸入流体排出歧管160中并沿热交换器外壁508的长度延伸的第二排506。该间隙502促进流体均匀流动，可以是多排之间的实际间距，或者可以是单排中的切口。第一排504的长度可以比第二排506短。第一排504和第二排506可包括高度相等的散热片，但是，由于第一排504位于流体排出歧管160内，因此第一排504的散热片可以高于第二排506的散热片。尽管未示出，但是，在一些实施例中，第二排506也可局部延伸入流体进入歧管150中。在某些实施例中，可存在另外的间隙、以及位于流体进入歧管150内的另外的排。该另外的间隙和另外的排的尺寸可以与所述间隙502和第一排504的相同，或者尺寸可以与所述间隙502和第一排504的不同。另外，该另外的间隙和排是可选择的，第二排可延伸至散热组件260的端部处。在其他可能的实施例中，所述间隙502和第一排504可以是可选择的，散热组件可仅包括第二排506。
在未示出的其他实施例中，散热组件的第二排可包括复数个散热片，它们绕外部环形壁成环状地布置成排。这些排可由尺寸相同或不同的间隙分隔开，或者该复数个排可相互邻接。所有排中的散热片的长度可相同，但是可在不同排中使用不同的散热片长度。但是，任何单排中的所有散热片的长度可大致相同。类似地，任何排中的散热片的宽度可以相同，但是可使用不同的散热片宽度。但是，在一些实施例中，排中的所有散热片具有大致相同的宽度。在其他实施例中，散热组件的所有排中的所有散热片具有大致相同的宽度。
相邻的散热片排中的散热片可沿外部环形壁的长度成一定角度地布置，或者相邻的散热片排中的散热片可相互以一定角度偏置。当然，如果相邻的散热片排中的散热片宽度不同，相邻排中的散热片的向上延伸的侧部将呈现出散热片侧部沿外部环形壁的长度从入口向出口偏置的结构。在一个实施例中，如果散热片宽度大致相同，散热片可不偏置地以一定角度布置，或者可以以一定角度偏置到散热片的一半宽度位置上。
在热交换器的其他实施例中，发生器可用于通过环形空间中的流体提供热量给热交换器。例如，来自于发生器的可燃烧产物的一些热量或全部热量可通过环形空间中的流体被传递给流经热交换器的流体。

Claims (28)

1.一种连续循环吸收加热和/或冷却系统，其包括：
闭式回路，该闭式回路包括冷凝器、吸收器和蒸发器；
发生器，该发生器包括：
一种火管热交换器，
环形空间，该环形空间被配置成容纳第一流体，所述环形空间具有内表面和外表面，所述内表面与火管热交换器进行热传递，和
一种补充的热交换器，该补充的热交换器与所述环形空间的外表面进行热传递，且被配置成容纳第二流体；和
加热装置，该加热装置被联接到所述补充的热交换器上并被配置成加热所述第二流体。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括一种流体移动装置，该流体移动装置被配置成使第二流体循环通过所述加热装置和所述补充的热交换器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加热装置包括一种太阳能集热器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二流体是传热流体。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述传热流体是油、二元醇、二元醇/水混合物、石蜡、硅树脂、萜烯、苯基、环烷、烷基传热介质、或以单相或两相存在的水。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二流体包括废气。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述废气来自于燃烧发动机、燃气轮机、或者任何其他类型的燃料燃烧发动机。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括温度传感器，该温度传感器被配置成在所述第二流体进入所述补充的热交换器之前确定所述第二流体的温度。
9.根据权利要求8所述的系统，还包括一种控制器，该控制器被配置成在所述第二流体的温度高于或等于一阈值温度时指示一种流体移动装置使所述第二流体循环通过所述补充的热交换器。
10.根据权利要求8所述的系统，还包括一种控制器，该控制器被配置成在所述第二流体的温度低于一阈值温度时指示一种流体移动装置使第二流体旁过所述补充的热交换器。
11.一种共烧发生器，其包括：
一种第一热交换器，
环形空间，该环形空间被配置成容纳流体，所述环形空间具有内表面和外表面，所述内表面与所述第一热交换器进行热传递，和
一种第二热交换器，该第二热交换器与所述环形空间的外表面进行热传递。
12.根据权利要求11所述的发生器，其中，所述第一热交换器是火管热交换器。
13.根据权利要求11所述的发生器，其中，所述环形空间包括隔板和矩形管，所述隔板和矩形管沿所述环形空间的长度被固定成轴向螺旋的配置。
14.根据权利要求11所述的发生器，其中，所述第二热交换器包括复数个散热片，所述复数个散热片绕所述外表面成环状布置并沿所述外表面的轴线大致平行地布置。
15.根据权利要求14所述的发生器，其中，所述复数个散热片由一系列大致平行的顶部和槽部布置成波状。
16.根据权利要求14所述的发生器，其中，所述复数个散热片包括弯曲的波状板，所述弯曲的波状板具有圆形顶部，该圆形顶部的顶点向下弯曲至一低点。
17.根据权利要求14所述的发生器，其中，所述复数个散热片包括一排成环状布置的平坦杆，它们绕所述外表面被固定。
18.根据权利要求14所述的发生器，其中，所述复数个散热片包括复数个成环状的排。
19.根据权利要求18所述的发生器，其中，所述成环状的排被间隙隔开。
20.根据权利要求11所述的发生器，还包括一种控制器，所述控制器被配置成在传热流体的温度高于所述环形空间的外表面的温度时使该传热流体循环通过所述第二热交换器。
21.根据权利要求11所述的发生器，还包括一种控制器，所述控制器被配置成在传热流体的温度低于所述环形空间的外表面的温度时，使该传热流体循环通过所述第二热交换器以从所述环形空间去除热量。
22.一种加热连续循环吸收加热和冷却系统中的第一液体的方法，该方法包括：
加热发生器中的第一液体，该发生器具有环形空间，所述环形空间包括内表面和外表面；
提供补充的热交换器，该补充的热交换器与所述发生器的外表面热连接；和
控制一种传热介质流到所述补充的热交换器中的流动以将热量补充给火管热交换器。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述传热介质是一种传热流体。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述传热流体是油、二元醇、二元醇/水混合物、石蜡、硅树脂、萜烯、苯基、环烷、烷基传热介质、或以单相或两相存在的水。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，控制所述传热介质的流动的步骤包括控制来自于太阳能集热器的传热流体的流动。
26.根据权利要求22所述的方法，其中，所述传热介质包括废气。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，控制所述传热介质的流动的步骤包括，控制燃气轮机或任何其他类型的燃料燃烧发动机的排气口的流动。
28.根据权利要求22所述的方法，还包括以下步骤：
检测流到所述补充的热交换器中的所述传热介质的温度；
比较该传热介质的温度和一阈值温度；
当该传热介质的温度高于或等于所述阈值温度时，使所述传热介质循环通过所述补充的热交换器；以及
当所述传热介质的温度低于所述阈值温度时，停止所述传热介质循环通过所述补充的热交换器。
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