CN106196704A - 一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机和制冷方法 - Google Patents

一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机和制冷方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，包括冷凝器、发生器、蒸发器、吸收器、高压腔体、低压腔体；冷凝器和发生器位于高压腔体，蒸发器和吸收器位于低压腔体；冷凝器、发生器、蒸发器、吸收器均安装有热管；还包括紧贴高压腔体安装的超声换能器；热管为具有内外沟槽表面结构的结构热管。还涉及一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷方法，高压腔体利用超声波和结构热管束综合强化发生冷凝效果，低压腔体利用结构热管束强化蒸发吸收效果。本发明简便易行，效果明显，可市场化推广，强化传热传质效果，属于吸收式制冷机技术领域。

Description

一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机和制冷 方法
技术领域
本发明涉及一种吸收式制冷机，具体地说就是一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机和制冷方法。
背景技术
近年来，以清洁能源作为驱动的吸收式制冷机越来越受到广泛的关注，因为相比传统压缩式空调，吸收式制冷机可以用低品位的热水或其他工业余热能源驱动，且采用溴化锂水溶液作为制冷工质，具有节约能源和保护环境的优势。
目前吸收式制冷机的主要问题是其发生器的冷剂水蒸发能力比较差，且其他器件如冷凝器的冷剂水吸收能力也稍微不足，使得整个制冷机组的换热效率比较低下，严重影响了机组的制冷能力。
在机组中发生器冷凝器一般位于同一高压腔体内，发生器冷剂水蒸发后由冷凝器直接吸收，如果能加速溴化锂水溶液的传热传质过程，同时提高冷剂水的蒸发冷凝速率，将对机组的整体制冷效率有着明显的改善；同样的，机组低压腔体内的蒸发器和吸收器如果能同时提高热管表面溴化锂水溶液的传热传质过程，也是对机组的性能提升很有帮助的。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有吸收式制冷机存在的上述缺陷，提供一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机和制冷方法，有效提高机组工作过程中的冷剂水的蒸发冷凝速率，强化制冷效果。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，包括冷凝器、发生器、蒸发器、吸收器、高压腔体、低压腔体；冷凝器和发生器位于高压腔体，蒸发器和吸收器位于低压腔体；冷凝器、发生器、蒸发器、吸收器均安装有热管；还包括紧贴高压腔体安装的超声换能器；热管为具有内外沟槽表面结构的结构热管。高压腔体可以为圆筒形或者方形或其他形状；低压腔体可以为圆筒形或者方形或其他形状。
作为一种优选，超声换能器安装在高压腔体的外壁上。
作为一种优选，超声换能器安装在高压腔体的底部和/或侧壁。
作为一种优选，超声换能器的安装方式为高粘胶粘合、螺丝安装或磁铁吸附。
作为一种优选，超声换能器的数量为一个以上；超声换能器的超声发生频率为20kHz以上，超声换能器的超声发生功率为100w以上。
作为一种优选，结构热管的内沟槽形状为三角形、U形、矩形或螺纹状。
作为一种优选，结构热管的外沟槽形状为三角形、波浪形、U形、矩形、螺纹状或翅片状。
作为一种优选，一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机还包括冷却塔，该冷却塔为湿式冷却塔，可以是开放点滴式、塔式、鼓风式、抽风式或其他。
作为一种优选，采用的工作介质为溴化锂溶液，质量浓度为40％～60％。
一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷方法，采用一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，高压腔体利用超声波和结构热管束综合强化发生冷凝效果，低压腔体利用结构热管束强化蒸发吸收效果。
本发明的原理是：在现有的吸收式制冷剂的基础上进行改进，用结构热管替代普通热管，并对高压腔体安装含有超声换能器的超声发生装置，两者叠加使用后，大大提高了吸收式制冷机的换热效率，且两者使用的综合强化传热传质效果超过这两者各单独使用的增强率之和。
总的说来，本发明具有如下优点：
(1)高压腔体和低压腔体内采用由结构热管组成的结构热管束作为吸收式制冷机的工作热管，结构热管的内外沟槽结构不仅增大了换热接触面积，同时也具有毛细力作用，可以使热管表面的液体迅速扩散，均匀的分布热管表面并使其换热液层变薄，有效提高蒸发吸收效果，从而提高了吸收式制冷机的换热效率。
(2)高压腔体进一步安装有含有超声换能器的超声发生装置，其超声可以在高压腔体内的汽液界面产生雾化效应，有效的降低了溴化锂水溶液在该汽液界面的粘度，使得传质层的液膜厚度下降，减少了传质阻力，从而加速了冷剂水的蒸发冷凝进程。
(3)超声的空化作用和声流作用还可以进一步强化结构热管表面的对流传热过程，以及增强了换热表面的沸腾传热效果，提高冷剂水从溴化锂溶液分离的效率并降低吸收式机组的热源温度要求。
(4)上述超声强化传热效应对具有表面结构特征的热管作用更明显，结合两者使用的综合强化传热传质效果超过这两者各单独使用的增强率之和，因此超声换能器和结构热管的结合使用并非简单的叠加。
(5)本发明简便易行，效果明显，可市场化推广。
附图说明
图1是一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机的示意图。
图2是超声换能器的安装示意图，显示均匀分布。
图3是结构热管的剖视图。
其中，1是超声发生装置，2是结构热管，3是高压腔体，4是低压腔体，5是冷却塔，6是冷凝器，7是发生器，8是蒸发器，9是吸收器，10是热源，11是制冷器，12是热交换器，13是超声换能器，14是内沟槽，15是外沟槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，包括冷凝器、发生器、蒸发器、吸收器、高压腔体、低压腔体、冷却塔、超声发生装置、工作介质和连接管路等。
冷凝器和发生器位于高压腔体，蒸发器和吸收器位于低压腔体。冷凝器、发生器、蒸发器、吸收器均安装有结构热管。超声发生装置的超声换能器通过螺丝连接的方式紧贴高压腔体的底部安装。
一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机的连接结构为现有的，具体为：冷却塔通过不锈钢管道依次与吸收器热管、蒸发器热管形成闭环连接；热源通过不锈钢管道与发生器热管形成闭环连接；制冷器通过不锈钢管道也与蒸发器热管形成闭环连接；热交换器分别连接高压腔体与低压腔体，用以有效交换浓溶液与稀溶液的热量。结构热管在冷凝器、发生器、蒸发器、吸收器内的安装方式也是现有的。
高压腔体采用方形；超声换能器安装于高压腔体的外侧；高压腔体内的发生器和冷凝器所用热管束为由结构热管组成的热管束。低压腔体也采用方形；低压腔体内的蒸发器和吸收器所用热管束为由结构热管组成的热管束。冷却塔采用鼓风湿式冷却塔。工作介质采用溴化锂溶液，质量浓度为50％。
如图2所示，超声换能器安装在高压腔体的下方，其数量为5个，超声发生频率为21kHz，超声发生总功率为3000w，安装方式采用螺丝安装。
高压腔体内的发生器和冷凝器所用热管束具有内外沟槽表面结构，如图3所示，内沟槽形状(单条内沟槽的截面形状)为U形，外沟槽形状为翅片状。结构热管的内外沟槽结构不仅增大了换热接触面积，同时也具有毛细力作用，可以使结构热管表面的液体迅速扩散，均匀的分布在结构热管表面并使其换热液层变薄，有效提高发生冷凝效果。
低压腔体内的蒸发器和吸收器所用热管束具有内外沟槽表面结构，内沟槽形状(单条内沟槽的截面形状)同样为U形，外沟槽形状同样为翅片状。结构热管的内外沟槽结构不仅增大了换热接触面积，同时也具有毛细力作用，可以使结构热管表面的液体迅速扩散，均匀的分布在结构热管表面并使其换热液层变薄，有效提高发生冷凝效果。
一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷方法，采用一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，高压腔体利用超声波和结构热管束综合强化发生冷凝效果，低压腔体利用结构热管束强化蒸发吸收效果。
使用图1所示的吸收式制冷机，在将普通热管替换为结构热管后，相比不采用超声换能器和结构热管的情况，换热效率可提升8～12％；在加入超声换能器，但采用普通热管的情况下，相比不采用超声换能器和结构热管的情况，换热效率可提升5～10％；在将普通热管替换为结构热管，同时加入超声换能器工作后，换热效率可提升至15～30％。
除了本实施例提及的方式外，超声换能器可设置五组，分别通过高粘胶粘合的方式安装在底部和四个侧壁外；结构热管的内沟槽形状可为三角形、矩形、螺纹状或其他现有加大传热面积的内沟槽的形状；结构热管的外沟槽形状为三角形、波浪形、U形、矩形、螺纹状或其他现有加大传热面积的外沟槽的形状。这些变换方式均在本发明的保护范围内。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，包括冷凝器、发生器、蒸发器、吸收器、高压腔体、低压腔体；冷凝器和发生器位于高压腔体，蒸发器和吸收器位于低压腔体；冷凝器、发生器、蒸发器、吸收器均安装有热管，其特征在于：还包括紧贴高压腔体安装的超声换能器；热管为具有内外沟槽表面结构的结构热管。
2.按照权利要求1所述的一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，其特征在于：所述超声换能器安装在高压腔体的外壁上。
3.按照权利要求2所述的一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，其特征在于：所述超声换能器安装在高压腔体的底部和/或侧壁。
4.按照权利要求1所述的一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，其特征在于：所述超声换能器的安装方式为高粘胶粘合、螺丝安装或磁铁吸附。
5.按照权利要求1所述的一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，其特征在于：所述超声换能器的数量为一个以上；超声换能器的超声发生频率为20kHz以上，超声换能器的超声发生功率为100w以上。
6.按照权利要求1所述的一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，其特征在于：所述结构热管的内沟槽形状为三角形、U形、矩形或螺纹状。
7.按照权利要求1所述的一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，其特征在于：所述结构热管的外沟槽形状为三角形、波浪形、U形、矩形、螺纹状或翅片状。
8.按照权利要求1所述的一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，其特征在于：还包括冷却塔，该冷却塔为湿式冷却塔。
9.按照权利要求1所述的一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，其特征在于：采用的工作介质为溴化锂溶液，质量浓度为40％～60％。
10.一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷方法，采用权利要求1至9中任一项所述的一种采用超声波和结构热管综合强化的吸收式制冷机，其特征在于：高压腔体利用超声波和结构热管束综合强化发生冷凝效果，低压腔体利用结构热管束强化蒸发吸收效果。
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