CN1055421A - 降膜吸收式热泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有液膜均匀分布和强化传热 与传质结构的降膜吸收式热泵装置，可以形成制冷、 制热和升温方式工作的设备。本装置采用在管群上 部设置齿隙液膜分布结构以及在管外设置液膜干扰 环等方法，改善了以往此类装置布膜的均匀性和稳定 性，促进了系统的循环中的传热和传质过程，有效地 提高了单位设备的功率。

Description

本发明涉及一种以制冷、制热和升温为操作目的立式降膜吸收式热泵装置。

已有的立式降膜吸收式热泵，一般为管内降膜结构，如日本昭63-131962特许公开的热泵系统，在四个竖直独立的工作单元（发生器，冷凝器、蒸发器和吸收器）中，采用了管内降膜结构。但是由于管内降膜的传质、传热空间受到限制，所以直接影响系统的效率。另外对系统中发生器一类处于内外压差较大工况下的设备（如管外为具有较高压力的工作蒸汽，管内为负压下的工质），如果采用管内布液，传热管端与管板之间的密封不易维持。

采用管外降膜结构，可以有效地提高系统的传质、传热机能，但是存在如下技术问题：一是由于热泵系统中溶液流量较小，且含有金属氧化物等渣滓及传热管的水平和垂直加工与装配精度难以保证等原因，在垂直竖立的传热管群外表面布液往往不均匀、不稳定;二是目前应用的传热管的传热效率强化技术，一般是对管子进行直接机械加工或在管体上附加其它部件，这对于该类热泵系统中诸多的传热管将过于复杂。不仅增加了制造成本，而且造成机械加工、设备装配以及运行维修上的困难。所以，目前在热泵系统中管外布液结构还不多见。

本发明的目的是在降膜吸收式热泵装置中，改善垂直传热管群外表面的液体分布和用于强化传质、传热的结构，使管外形成稳定、均匀、易于实现的液膜。从而提供了一种具有结构简单和高效传质、传热机能的竖直管外降膜吸收式热泵系统。

本发明的要点是：

a.在发生器，蒸发器和吸收器中位于垂直传热管群上部的布液室由上、下两块管板隔成。降膜传热管群上端垂直固定于上管板上，并在管口与板孔之间形成良好的密封。在传热管群垂直通过的下管板上，每根传热管的周围均布着的布液孔为齿状间隙，这些齿状间隙的大小和数目根据传热管外的液膜的流量和液流物理性质及传热管外径等条件设计，单个齿隙截面积一般为3-9mm²，齿形可为矩形或圆缺等，最佳齿形为三角形;

b.为了避免溶液中含有的金属氧化物等固体渣滓随溶液的输送带入布液室，在布液室前设置一渣滓沉降过滤器。同时布液室的内壁采用耐腐蚀的金属材料或采用耐腐蚀的处理层等，以防止布液室因腐蚀性的溶液腐蚀产生固体脱落，堵塞布液孔;

c.布液室与布液室下部的气相空间用连通管连通，以均衡布液室与下部空间的压力，从而保证布液室中液体仅因重力作用沿齿隙顺利流至传热管表面;

d.布液室中的液体保持一定流量。流量的控制条件是使布液室的液面维持在上下管板底平面之间距离的一半左右，使得液体流量控制可有较大的弹性操作范围;

e.在布液室下部的传热管外表面，由上而下，先密后疏，不等间距地设置液膜干扰环，使液体沿管外表面下流时，不断得到重新均匀分布和促进传质、传热的扰动。干扰环是具有紧箍功能的金属环，能稳定地固定在管上的一定位置。

下面结合附图的实施例对本发明作详细公开。

附图1是本发明以制冷方式操作时的构成及流程流程示意图。

附图2a是本发明布液室局部和降膜干扰结构。

附图2b是齿隙布液孔局部剖面图。

附图3是本发明以升温方式操作时的简化流程示意图。

如图1所示：本发明由竖直排列的发生器28，冷凝器5，蒸发器24和吸收器26四个工作单元组成。在四个工作单元中均设有上封头4，垂直竖立的传热管群6及下封头8。在发生器，蒸发器和吸收器的传热管群上部均设有相似结构的布液室32。四个工作单元以其工作条件相关的两个单元为一组，组合成相通的整体部件。本实施例中，发生器与冷凝器，蒸发器和吸收器分别组成整体部件，中间用栅板7隔开，以便于冷剂蒸汽的流动输送，缩小整体结构尺寸。

布液室及液膜干扰结构如图2a、2b所示。布液室由上、下两块管板隔成。传热管群上端被垂直固定在上管板3上，固定方法可以是胀接，也可以是焊接，均要求必须在管口与板孔之间达到较好的密封。在布液室的下管板29上，每个传热管通过的管板孔形成具有一定齿数和齿形的齿状板孔，以使传热管通过这些板孔时，在每个管四周留下均布的齿隙状布液孔31。齿隙布液孔的个数可以根据流量，管径，溶液清净程度等因素通过计算确定，本实施例为6个，单个齿隙面积为3-9mm²。齿隙孔的齿形以三角形最佳（也可为矩形或圆缺等）。因为三角形齿隙易于加工，相对同样的开孔面积，不仅具有较大的渣滓流通截面，而且能使液体流经齿隙时传热管外壁具有较大的周边润湿率。齿隙孔之间有一定距离，使传热管与管板接触紧密，有利于固定。

由于采用上述齿隙布液孔，必须避免布液孔的堵塞，如图1所示，本发明在布液室前设置一沉降过滤器27，防止溶液中渣滓带入布液室。布液室的内壁具有耐腐蚀能力，采用不锈钢材料或设防腐涂层，以免腐蚀性工质将金属腐蚀后产生固体脱落。

为了平衡布液室与布液室下部的传热管群在气相空间的压力，不使布液室压力过高影响形成液膜，用连通管30固定在布液室下管板上。另外，为得到适宜的液膜厚度，送入布液室的溶液应保持一定流量，该流量的控制条件是：室内液面（将布液孔板考虑在内）一般在上、下管板底平面之间距离的一半左右，使得到的液体流量控制可有一定的弹性操作范围。

布液室以下部分的传热管外表面装有若干液膜干扰环33，（见图2a）为使由布液室流下的液体尽快均布，最上边的干扰环离布液室下管板底部较近，往下依次拉大一定距离，由上至下，由密到疏，不等距离地设置干扰环。干扰环是具有紧箍功能的金属环。

本发明上述结构可用于制冷，制热和升温操作过程，并可实现多级或多效的流程。

制冷操作过程（如图1所示）：稀溶液例如：LiBI/水溶液流经沉降过滤器27除去溶液中的固体渣滓，送入发生器28的布液室32，通过下管板29上的齿隙布液孔31流至传热管6的表面。作为装置热源的载热体例如工作蒸汽经由管1，送入传热管内部时，对管外的液膜进行加热，自身凝结成水由发生器底部管11处排出。发生器中产生的冷剂蒸汽通过栅板7进入冷凝器5，被冷却水冷凝。冷却水经管10排出。冷剂液9经节流阀14减压送往蒸发器24。以与发生器中的过程相似的方式，冷剂液接受进入蒸发器的冷媒水21释放的热量而被蒸发，降温后的冷媒水由管25送出。冷剂蒸汽通过栅板进入吸收器26降落至蒸发器底部的冷剂液22与来自节流阀的冷剂液15混合后送入蒸发器循环泵23，以维持一定的循环量。降温后的冷媒水则由管24送出。以与发生器中的过程相似的方式，浓溶液在吸收器中吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽。冷却水20用于移出吸收过程产生的热量，升温后的冷却水经管2流至冷凝器再次利用。吸收器底部的稀溶液的一部分19经由吸收器循环泵18作循环用;另一部分17通过16先送至中间换热器13与来自发生器的浓溶液12换热，再送至发生器。

本发明以制热为操作目的时的流程与图1大体相似。

主要区别是：图1的制冷循环的目的是以消耗工作蒸汽（也可用较高温度的热水1）为代价，制取低温度的冷媒水（如图1中的物流25）。而制热循环中通过将温度不高的冷水送入蒸发器与吸收器，实现向外输出热温水（如图1中的物流10）的目的。

本发明以升温方式操作时的流程如图3所示：在该循环中，中等温度（如90℃左右）的热物流34送进发生器28和蒸发器24，降温后分别经管36和37排出。该物流向系统提供的“驱动”热源，其中的一部分作为消耗被冷却水20从冷凝器5移出。另一部分则作为效益将送入吸收器26的物流38的温度（通常与热物流34相近）升温成具有较高温度的物流39。

本发明还可以实现多级或多效的流程，以适应不同的环境工况的要求，完成不同温位之间的热能转换目的。

本发明的效果：由于在垂直传热管群上部设置了以齿隙布液结构等为主要特征的布液室，并在管外设置了干扰环，从而形成了结构简单，布膜均匀、稳定的新的立式管外降膜吸收式热泵系统，使得系统在制冷、制热或升温操作过程中的效率提高，成本下降，更易于加工制做。

Claims (5)

1、一种以制冷、制热和升温为操作目的的降膜吸收式热泵，由竖直排列的发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器组成，在发生器、蒸发器和吸收器中均设有上封头，布液室、降膜传热管群和下封头，其特征在于：

A、位于垂直传热管群上部的布液室由上、下两块管板隔成，传热管上端垂直固定于上管板上，并在管口与板孔之间形成密封，在垂直传热管群通过的下管板上，每根传热管四周均布着的布液孔是具有一定齿数和齿形的齿状间隙，

B、布液室前设置一沉降过滤器，布液室内壁为防腐金腐材料或内壁设有防腐层，

C、布液室与布液室下部的气相空间接有连通管，

D、布液室中液体流量的控制条件是：使液面高度维持在上、下管板底平面之间距离的一半。

E、在布液室以下的传热管外表面，由上而下，先密后疏，不等距离地设置液膜干扰环。

2、根据权利要求1所述的热泵装置，其特征在于，齿隙布液孔的单个齿隙截面积为3-9mm²，齿形为三角形、矩形或圆缺等，以三角形为最佳。

3、根据权利要求1所述的热泵装置，其特征在于，布液室壁可以采用不锈钢材料制造。

4、根据权利要求1所述的热泵装置，其特征在于，传热管外表面的液膜干扰环为具有紧箍功能的金属环。

5、权利要求1所述的降膜吸收式热泵装置，其特征在于，该装置可以形成以制冷、制热或升温为目的的流程，以及多级或多效的流程。

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