CN105378395B - 空冷吸收式机器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空冷吸收式机器的设计。所述机器具有中空设计，通过该中空设计，空气通过强制对流能在内部循环流通，所述机器具有平行六面体形状。空气通过侧面抽吸流进并且经由机器上表面流出，通风机位于该上表面处。所述机器包括用于热量和质量传输的具有改进设计的降膜式热交换器。

Description

空冷吸收式机器
技术领域
本发明涉及一种使用水作为冷却剂和使用溴化锂水溶液的空冷吸收式制冷机设计，该制冷机在空调应用中使用并且其能源为热水。
背景技术
目前有大量的技术用于从热源中产生冷气；例如，吸收式制冷、吸附式制冷、喷射式制冷、冷气通过干燥剂、兰金循环、斯特林循环等。这些技术对减少电能的需求以及取代传统蒸汽压缩系统特别有吸引力。这意味着可能得到来自能量的显著节省，因为从经济的角度来说，假设热能源具有低价格；例如，太阳能或来自工业过程中的剩余热。
吸收式制冷是从热源中产生冷气的几种存在技术中的一种，并且是应用最广泛中的一种。吸收式制冷机从19世纪就已经出现，并且在整个20世纪，多个中/大容量(高于100kW)机器的厂商已经在市场上取得自己的优势。所有这些机器使用水(冷却剂)/溴化锂水溶液(吸收剂)、或氨(冷却剂)/氨水(吸收剂)作为工作流体。对于空调应用来说，这些机器使用水作为冷却剂是足够的，而对于制冷应用来说，这些机器则使用氨作为冷却剂。
在那段时间，Yazaki公司一直是个特例。例如参见专利US4014183，“Absorptionrefrigerator of natural circulation type”，其使用在7至50kW范围的低功率模型。所有这些机器使用水和溴化锂作为工作流体。
在21世纪的头十年，低功率吸收式机器拥有强劲的发展，尤其是使用水/溴化锂水溶液的那些机器。见专利DE102007062343“Cold production method for water lithiumbromide absorption refrigerant plant,involves receiving water vapor by mixingabsorber,and supplying lithium bromide solution into cooling part viadesorber”以及WO2009004008“Absorption refrigerating machine”。
有水/溴化锂水溶液工作在开式循环中，作为另外一个特性，该开式循环具有储存热能的能力。作为一个说明性专利，参考WO2009102271，“Absorption machine having abuilt-in energy storage tank working according to the matrix method”。
上述所有商业机器都是通过水冷却的，他们使用水作为冷却剂以及使用溴化锂水溶液作为吸收剂，并且对于它们的运行来说需要冷却塔。
对于低功率机器来说，配有冷却塔是有吸引力的，因为这会使系统更便宜。到目前为止，使用水/溴化锂水溶液的空冷吸收式机器已经取得一些发展，这些没有一个在商业上已经是可行的。我们要提到专利JP63065257“Air-cooling type absorption waterchiller and heater”、JP2251067“Absorption type air-cooled heat pump coolingand heating device”、JP3091664“Air-cooled absorption type heating and coolingequipment”、JP3105177“Air-cooled absorption type water cooling and heatingmachine”、JP10281581“Air-cooling absorption freezer and cold/warm waterheater”、EP0317048“Air-cooled absorption type water cooling and heatinggenerating apparatus”、EP0216629“Air-cooled absorption type water cooling/heating apparatus”、US4563882“Air-cooled absorption refrigeration system”、US4691528“Air-cooled absorption type water cooling/heating apparatus”、US4748830“Air-cooled absorption heating and cooling system”、US4748830“Air-cooled absorption heating and cooling system”、US4791790“Air-cooledabsorption-type water cooling and heating apparatus”、US4872319“Air-cooledabsorption type cooling/heating water generating apparatus”、US4841744“Double-effect air-cooled absorption refrigerating machine”、US5027616“Air-cooledabsorption type cooling and heating apparatus”以及ES2159250B1“Máquina deabsorción de dobleefectoenfriadaporaire y alimentadapor el calor de los gasesde escape de motorestérmicos”。在所有这些发展中，除了最后一种情况(专利ES2159250B1)外，循环结构是使用双重效应中的一种，使用气体作为能源，所以在这些情况中，发生器或吸收器适用于此类特性。专利US6109060，标题为“Air-cooled absorptiontype refrigerating apparatus”，涉及一种具有不同部件结构的空冷吸收式机器。
至于部件，吸收式制冷机由热交换器阵列、泵浦以及阀组成。在使用水/溴化锂水溶液的机器情况中，一种相当普通的热交换器类型是降膜式(film descending type)，由于这并不会涉及在主流体或冷却剂(水/溴化锂水溶液)侧面上大的压力损失。这是一个重要的特性，因为这些机器在低于大气压的压力下工作。在专利JP3091664、JP3105177、JP63065257、JP9014787、JP10030860、JP10281581、JP10300268、US4655053中，引用了垂直膜吸收器。有另一种吸收器结构，称为液滴中的绝热吸收，其出现在专利ES2161119中，“Absorbedor de gotasiguales de flujosparalelos”，这种结构也适合在低于大气压的条件下工作。在专利JP10300273和JP10300274中，“Evaporator unit for air-coolingabsorption type freezing device”，描述了降膜式蒸发器。
另一种适合用于使用水/溴化锂水溶液的机器的交换器类型为满液式，其可以用在蒸发器和/发生器中。还有一种部件，溶液交换器，其为液体对液体交换器，该溶液交换器可以是板式、壳式以及管式交换器。
发明目的
本发明的目的是改进直接通过空气冷却的吸收式制冷机设计，该吸收式制冷机使用热水作为能源、使用单效应结构工作。
本发明具体涉及其部件-吸收器、发生器、溶液交换器、冷凝器、蒸发器、溶液泵、溶液储槽以及冷却剂储槽-的空间设置、热交换器的某些设计细节以及其分配器的设计，其对于实现需要它的降膜式热交换器：吸收器以及发生器的良好润湿来说是必不可少的。
发明内容
作为本发明主题的吸收式制冷机提出一种单效循环结构。基本的单效吸收循环由一个吸收器、一个发生器、一个溶液交换器、一个蒸发器、一个冷凝器、一个泵以及两个膨胀阀组成(见图1)。
本发明所涉及的吸收式制冷机的特征在于具有平行六面体形状(parallelepipedshape)(见图2)，所有部件全位于该平行六面体内部。设置所述部件使得该吸收式制冷机为中空的，以在其内部允许空气流通。一风扇位于该机器的上部内，该风扇以强制对流的方式驱使空气通过翅片管交换器，这些翅片管交换器位于平行六面体的两横向侧，使得空气被吸入内部通过该翅片式交换器，向上流经中空部分并且通过机器顶部的风扇流出。这些翅片式交换器为吸收器和冷凝器，吸收器和冷凝器分别可分成两个部分并且正好位于两边，建立平行安装。风扇位于平行六面体上侧，正好在发生器上方，而发生器位于溶液交换器和吸收器上方。溶液交换器将处于这样的高度，即其顶部和吸收器的上部持平。所有的部件都以中空箱体的形状设置，箱体内部允许空气以强制对流的方式自由流通，空气被吸入冷凝器和吸收器内部，通过机器顶部的风扇流出。溶液和冷却剂(coolant)储槽位于平行六面体底部，而不阻碍空气通道。
发生器位于机器上部内、风扇下方以及一个或多个吸收器和溶液交换器上方，以促进从发生器至吸收器的回流。
吸收器位于发生器下方，相对于泵足够高。
为了促进从发生器至吸收器的回流，溶液交换器位于发生器下方并且在吸收器上部内。
蒸发器位于底部。
吸收器为翅片管交换器(见图3)。在其内部，主流体-溴化锂水溶液-以垂直降液膜(descending liquid film)的形状循环吸收水蒸气。在该工艺中，同时实现热量和质量转移，如在引用中所述：Grossman,G.“Simultaneous heat and mass transfer in filmabsorption under laminar flow”。在管外部，使交换器冷却的空气循环流通。为了确保足够的液体膜流动，一降膜形成器安装在管的上部内。提出两种选择：i)具有螺纹孔和插槽的圆柱体，该圆柱体接合管；i)基于传送所述溶液通过一非常窄的环形导管的薄膜形成器(见图4)。
冷凝器为翅片管交换器。在其内部，主流体-冷凝水-循环流通。在管外部，冷却交换器的空气循环流通(见图5)。
发生器为水平盘管交换器，其中主流体(溴化锂水溶液)在管外部循环流通，第二流体(热水)在管内部循环流通。安装金属网以促进水平盘管的湿润。两螺纹杆位于一根管和下一根之间，以确保在发生器盘管上以下降膜形状的液体的良好分布。发生器管相对于水平方向的角度小于0.5°，使得它们不借由组成其中一个拐角的斜链接而构成螺旋盘管。液体分配器由具有测量孔的管组成，该管在第一个管上合理地分配溴化锂水溶液(见图6)。
蒸发器为满液式。这种类型的蒸发器避免需要冷却剂泵。该蒸发器由翅片管束组成(见图6)。
蒸发器和吸收器之间的通道、以及发生器和冷凝器之间的通道足以使压力损失最小化并且实现该机器的适当运行。
在任何情况下都不通过焊接完成不同金属部件连接的结合，而是通过聚合、弹性或刚性接头实现。
溶液和冷却剂槽具有充足的容量以使他们运行在正确的工作浓度范围内，并且具有充足的容量以热化学储存能量。溶液槽被分成两个部分，并且位于泵上方以确保泵启动。但是冷却剂槽只有一个，并且也位于泵上方。它用于调整浓度级以及预测去结晶工艺。
其它细节和特性将在下面的描述中示出，其中本发明的不同实例仅通过非限制性实例以及相关附图示出。
下面是借助数字在附图中识别本发明不同部件的列表：(1)发生器、(2)冷凝器、(3)蒸发器、(4)吸收器、(5)溶液交换器、(6)溶液储槽、(7)冷却剂储槽、(8)膨胀阀、(9)泵、(10)液体导管、(11)气体导管、(12)风扇、(13)液体分配器、(14)液体膜形成器、(15)再分配杆、(16)金属网罩、(17)翅片管。
附图说明
图1描绘了基本的吸收循环。
图2为该机器的第一优选实施例的基本原理图，其中可以看到吸收器(5)和冷凝器(2)为平行的。
图3显示了空冷吸收器(4)的示意图，其中在左边的视图中，吸收器(4)显示为具有液体膜形成器(14)，以及在右边的视图中，可以看到整个吸收器(4)。
图4显示了环形液体膜形成器(14)示意图，其中在左边的视图中，可以看到位于吸收器上部内的详细的形成器(14)，以及在右边的视图中，可以薄膜形成器(14)本身。
图5为空冷冷凝器(2)的示意图。
图6为顶部具有分配器(13)的盘管发生器(1)的示意图。可以看到突出显示盘管拐角的结构细节。右边为发生器(1)管的截面，具有再分配杆(15)位于管间。
图7为满液式蒸发器(3)示意图，该蒸发器由翅片管束组成。
图8为该机器的第二优选实施例的基本原理图，其中可以看到吸收器(5)和冷凝器(2)为平行的。
图9为该机器的第三优选实施例的基本原理图，其中可以看到吸收器(5)和冷凝器(2)为平行的，后者与垂直方向形成一角度。
图10为该机器的第四优选实施例的基本原理图，其中可以看到吸收器(5)和冷凝器(2)为串联的，后者与垂直方向形成一角度。
具体实施方式
本发明优选的实施例使用平行六面体形状布局，不同的部件(见图2)位于该平行六面体内：发生器(1)、冷凝器(2)、蒸发器(3)、吸收器(4)、溶液交换器(5)、溶液储槽(6)、冷却剂储槽(7)、膨胀阀(8)、泵(9)、液体导管(10)、气体导管(11)、风扇(12)。虽然基本的吸收循环由以下组成：一个发生器(1)、一个冷凝器(2)、一个蒸发器(3)、一个吸收器(4)、一个溶液交换器(5)、两个膨胀阀(8)以及一个溶液泵(9)，该溶液泵可以是机械泵或热力泵(见图1)，但是在优选的实施例中，冷凝器(2)、蒸发器(3)以及吸收器(4)分别被分成两个相等的部分。空冷交换器，即吸收器(4)和冷凝器(5)，位于平行六面体的相对的垂直侧，其中该平行六面体的长度会更大些。吸收器(4)位于冷凝器上方。溶液泵(9)位于平行六面体的底部，并处于两蒸发器(3)的中间。此优选实施例的优点在于其确保了在冷凝器和吸收器吸入新鲜空气，由于它们的平行设置，使得具有最大的正面面积、最小的空气流压力损失。
另一优选的实施例为串联的冷凝器(2)和吸收器(4)阵列设置(见图8)，在本情形中为两个阵列。除了适用于空冷部件新设置的液体(10)和气体(11)导管，剩余主要部件-发生器(1)、蒸发器(3)、溶液交换器(5)、溶液储槽(6)、冷却剂储槽(7)、膨胀阀(8)、泵(9)、风扇(12)-将保持和上述优选形式相同。这种设置的主要优点在于其占据更小的正面面积。
作为可替代的优选实施例，布置有并联的冷凝器(2)和吸收器(4)阵列，但冷凝器(2)与垂直方向成某个角度(见图9)。除了适用于空冷部件新设置的液体(10)和气体(11)导管，剩余主要部件-发生器(1)、蒸发器(3)、溶液交换器(5)、溶液储槽(6)、冷却剂储槽(7)、膨胀阀(8)、泵(9)、风扇(12)-将保持和上述优选形式相同。这种设置的主要优点在于其有助于空气流的吸入，降低在风扇上的压力损失，结合了第一优选实施例的优点，即最大化了正面面积。
作为优选实施例的一种替代方式为串联的冷凝器(2)和吸收器(4)阵列设置，但吸收器(4)和冷凝器(2)与垂直方向成某个角度(见图10)。除了适用于空冷部件新设置的液体(10)和气体(11)导管，剩余主要部件-发生器(1)、蒸发器(3)、溶液交换器(5)、溶液储槽(6)、冷却剂储槽(7)、膨胀阀(8)、泵(9)、风扇(12)-将保持和上述优选形式相同。这种设置的主要优点在于其有助于空气流的吸入，结合了第二优选实施例的优点，即占据更小的正面面积。

Claims (14)

1.一种空冷吸收式机器，所述机器使用水作为冷却剂，使用溴化锂水溶液作为吸收剂，以及使用流体提供主要能量，所述机器具有垂直发展的中空结构，包括：
至少一个发生器(1)；
至少一个冷凝器(2)；
至少一个蒸发器(3)；
至少一个吸收器(4)；
至少一个溶液热交换器(5)；
至少一个溶液储槽(6)以及至少一个冷却剂储槽(7)；
至少一个机械的或热力的溶液泵(9)；以及
至少一个风扇(12)；
其中所述中空结构容纳吸收器(4)和冷凝器(2)；以及其中：
-所述风扇(12)位于所述机器顶部，位于中空结构上侧，并且以强制对流循环的方式驱使空气通过所述中空结构;
-所述至少一个发生器(1)位于所述机器的上部内、所述吸收器(4)上方；
-所述吸收器(4)位于所述发生器(1)下方并且位于所述溶液泵(9)上方；
-所述蒸发器(3)位于所述机器的底部；
其特征在于，所述机器呈现为以热水为能源的单效循环结构，以及在于：
-所述吸收器(4)为空冷翅片管阵列，其中所述溴化锂水溶液通过安装在管的上部内的降膜形成器以垂直降液膜的形状循环吸收水蒸气，以及
-所述蒸发器(3)为满液式。
2.根据权利要求1所述的空冷吸收式机器，其中，所述中空结构具有平行六面体形状，促进以强制对流的方式进行空气流通。
3.根据权利要求1所述的空冷吸收式机器，其中，所述发生器(1)由水平盘管组成，所述水平盘管与提供主要能量的载热流体交换能量。
4.根据权利要求1所述的空冷吸收式机器，其中，所述冷凝器(2)由空冷翅片管阵列组成。
5.根据权利要求1所述的空冷吸收式机器，其中，所述蒸发器(3)由浸入式翅片管束组成。
6.根据权利要求1所述的空冷吸收式机器，其中，不同金属的所述机器的部件连接的结合通过聚合、弹性或刚性接头实现。
7.根据权利要求3所述的空冷吸收式机器，其中，所述盘管式发生器(1)具有在所述水平盘管和一金属网罩(16)之间的再分配螺纹杆(15)，以促进表面湿润。
8.根据权利要求7所述的空冷吸收式机器，其中，所述发生器(1)的管相对于水平方向至多成0.5°的角度。
9.根据权利要求1所述的空冷吸收式机器，其中，所述翅片管包括在其上部内的降液膜(14)形成器所述降液膜(14)形成器有两种类型：
i)具有螺纹孔和插槽的圆柱体，所述圆柱体接合所述管；或者
ii)具有基于传送所述溶液通过一非常窄的环形导管的薄膜形成器。
10.根据权利要求1所述的空冷吸收式机器，其中：
-所述溶液泵(9)位于所述机器底部，以及
-所述溶液储槽(6)和所述冷却剂储槽(7)位于所述溶液泵(9)上方。
11.根据权利要求1所述的空冷吸收式机器，其中，所述蒸发器(3)和吸收器(4)分别被分成两相等的部分，并且所述吸收器(4)和冷凝器(2)位于平行六面体形状的中空结构的相对垂直侧。
12.根据权利要求1所述的空冷吸收式机器，其中，所述冷凝器(2)和吸收器(4)阵列以平行布局，但是其中冷凝器(2)与垂直方向成某个角度。
13.根据权利要求1所述的空冷吸收式机器，其中，所述冷凝器(2)和吸收器阵列以串联布局，但是其中吸收器(4)和冷凝器(2)与垂直方向成某个角度。
14.根据权利要求1所述的空冷吸收式机器，其中所述吸收器(4)顶部与溶液交换器(5)的上部持平。
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