CN108444146A - 一种基于溴化锂-水的船用空调系统及制冷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于溴化锂‑水的船用空调系统及制冷方法，通过将船舶主机余热转化为高温蒸汽，在溴化锂‑水换热循环系统中将热量进行交换，得到水蒸气(即冷剂蒸汽)，冷剂水蒸汽进入冷凝器后，被冷凝器内的冷却水放出汽化潜热，降温后凝结成为高压低温的液态冷剂水，让冷剂水先通过U型管节流降压后，进入蒸发器的水盘内，然后由蒸发器的喷淋装置均匀地喷淋在蒸发器管簇的外表面上，冷剂水汽化大量吸收蒸发器内冷媒水的热量让温度降低，达到降温制冷的效果，完成船舶空调系统的制冷任务。本发明能综合利用船舶上的废热，其能耗低，经济环保，整个装置振动部件少，安全静音效果好，并且其制造简单，操作、维修保养方便。

Description

一种基于溴化锂-水的船用空调系统及制冷方法
技术领域
本发明属于空调制冷技术领域，涉及一种船用空调制冷技术，特别地涉及一种基于溴化锂-水的船用空调系统及制冷方法。
背景技术
溴化锂吸收式制冷是利用废气锅炉收集船舶主机废热并转化为热能进行热量传递以达到制冷效果的技术。以溴化锂和水作为传热介质，热量经由蒸发器进行空调制冷。
现有的空调制冷系统一般由压缩机、冷凝器、制冷换热器、膨胀机或节流机构和一些辅助设备组成。该压缩式制冷系统以氟利昂为制冷剂，具有操作简便、价格低廉的优点，其不足之处在于：1)以氟利昂为制冷剂，可导致臭氧层破坏，给人类健康带来威胁；2)以氟利昂为制冷介质的传统压缩式制冷系统的利用率较低；3)传统压缩式制冷系统存在着耗能高、噪声大等问题，不利于环境保护；4)氟利昂与明火接触时会分解出有毒气体，对人体有害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于溴化锂-水的高效船用空调系统制冷方法和装置，通过将船舶主机余热转化为高温蒸汽，在溴化锂-水换热循环系统中将热量进行交换，得到水蒸气(即冷剂蒸汽)，冷剂水蒸汽进入冷凝器后，被冷凝器内的冷却水放出汽化潜热，降温后凝结成为高压低温的液态冷剂水，让冷剂水先通过U型管(节流阀)节流降压后，进入蒸发器的水盘内，然后由蒸发器的喷淋装置均匀地喷淋在蒸发器管簇的外表面上，冷剂水汽化大量吸收蒸发器内冷媒水的热量让温度降低，达到降温制冷的效果，完成船舶空调系统的制冷任务。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于溴化锂-水的船用空调系统，其特征在于：包括余热收集系统、发生器、冷凝器、蒸发器、热交换器、发生器泵、冷剂水循环泵和用冷终端系统，所述余热收集系用于收集船舶尾气高温废热，并通过传热介质加热发生器中的溴化锂溶液，蒸发出冷剂蒸汽，所述冷凝器设于发生器内液面上方，用于将冷剂蒸汽冷凝成液态冷剂水，冷凝器底部液态冷剂水出口端与蒸发器的液态冷剂水入口端相连，蒸发器的冷媒出入口分别与用冷终端系统出入口相连，构成用冷终端系统制冷循环回路，蒸发器的液态冷剂水出口端与冷剂水循环泵入口相连，冷剂水循环泵出口与设于蒸发器内的喷淋装置相连，构成冷剂水循回路；所述吸收器与蒸发器处于同一连通空间，吸收器底部稀溶液出口端通过发生器泵增压后与热交换器的冷溶液入口端相连，热交换器的冷溶液出口端与发生器底部稀溶液入口端相连，发生器中部浓溶液出口端与热交换器的热溶液入口端相连，热交换器的热溶液出口端与吸收器中部浓溶液入口端相连。
作为改进，所述吸收器内设有冷却装置，吸收器的中间浓度溶液出口与吸收器泵入口端相连，吸收器泵出口端与冷却装置相连，构成吸收剂循环冷却回路。
作为改进，所述冷凝器内和冷却装置均设有冷凝盘管，通过冷却水冷却。
作为改进，所述蒸发器和吸收器为处于同一密闭空间的一体结构。
作为改进，所述冷凝器底部液态冷剂水出口端与蒸发器的液态冷剂水入口端之间设有用于节流降压的节流阀机构，所述节流阀机构为U型管。
作为改进，所述余热收集系统收集船舶锅炉余热后产生蒸汽，并通过蒸汽盘管对发生器内溴化锂溶液进行加热。
一种基于溴化锂-水的船用空调系统制冷方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，余热收集系统吸收柴油机高温废热，并利用工质水为传热介质不断加热发生器中的溴化锂溶液，其中的溴化锂溶液中的水首先蒸发为冷剂蒸汽；
步骤二，冷剂水蒸汽进入冷凝器后，被冷凝器内的冷却水冷却，放出汽化潜热降温后凝结成为高压低温的液态冷剂水，冷剂水通过节流阀节流降压；
步骤三，经过降压之后的冷剂水进入蒸发器的水盘内，由蒸发器的喷淋装置均匀地喷淋在蒸发器管簇的外表面上，冷剂水大量吸收蒸发器内冷媒水的热量而汽化，让冷媒水温度降低，冷媒水通过用冷终端系统送往用冷终端，达到降温制冷的效果；
步骤四，发生器中溴化锂溶液水分蒸发后溶液变浓，浓溶液在重力及压差作用下经过热交换器放热后，进入吸收器与其中的稀溶液混合成中间浓度溶液，中间浓度溶液吸收了吸收器中由蒸发器里汽化产生的水蒸汽后为稀溶液，从吸收器出来的温度较低的溴化锂稀溶液由发生器泵送升压后，经热交换器升温，再送入发生器，完成整个循环；
作为改进，所述吸收器内设有冷却装置，作为吸收剂的中间浓度溶液通过增压装置增压后送往冷却装置冷却，冷却后又回流到吸收器内，完成对吸收剂的循环冷却。
本发明产生的有益效果是：
1)以热能为动力，不需耗用大量电能，而且对热能的要求不高，能利用各种低势热能和废气、废热，有利于热源的综合利用，因此运转费用低。
2)整个制冷装置除功率很小的屏蔽泵外，没有其他运动部件，振动小、噪声低，运行比较安静。
3)以溴化锂溶液为工质，制冷机又在真空状态下运行，无臭、无毒、无爆炸危险，安全可靠，被誉为无公害的制冷设备，有利于满足环境保护的要求。
4)制造简单，操作、维修保养方便。机组中除屏蔽泵、真空泵和真空阀门等附属设备外，几乎都是热交换设备，制造比较容易。由于机组性能稳定，对外界条件变化的适应性强，因而操作比较简单。
附图说明
图1是本发明船用空调系统工作原理图；
图2是本发明船用空调系统制冷循环的h-ξ图。
1-冷凝器，2-发生器，3-蒸发器，4-热交换器，5-发生器泵，6-冷剂水循环泵，7-吸收器泵，8-U型管，9-吸收器，10-喷淋装置一，11-喷淋装置二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实例中，提供一种基于溴化锂-水的船用空调系统，包括余热收集系统、发生器2、冷凝器1、蒸发器3、热交换器4、发生器泵5、冷剂水循环泵6和用冷终端系统，所述余热收集系用于收集船舶尾气高温废热(本实施例为柴油机尾气废热)，并通过传热介质加热发生器2中的溴化锂溶液，蒸发出冷剂蒸汽，所述冷凝器1设于发生器2内液面上方，用于将冷剂蒸汽冷凝成液态冷剂水，冷凝器1底部液态冷剂水出口端与蒸发器3的液态冷剂水入口端相连，蒸发器3的冷媒出入口分别与用冷终端系统出入口相连，冷媒水通过管道进入蒸发器3内后，被蒸发器3内液态冷剂水汽化潜热冷却，之后被冷却后的冷媒水通过出口管道送往用冷终端系统的各个用冷终端换线，构成用冷终端系统制冷循环回路，蒸发器3的液态冷剂水出口端与冷剂水循环泵6入口相连，冷剂水循环泵6出口与设于接水盘上方的喷淋装置一10相连，喷淋装置一10正对着蒸发器管簇喷淋，构成冷剂水循回路；所述吸收器9与蒸发器3处于同一连通空间，吸收器9底部稀溶液出口端通过发生器泵5增压后与热交换器4的冷溶液入口端相连，热交换器4的冷溶液出口端与发生器2底部稀溶液入口端相连，发生器2中部浓溶液出口端与热交换器4的热溶液入口端相连，热交换器4的热溶液出口端与吸收器9中部浓溶液入口端相连。
作为一种更优实施例，所述吸收器9内设有冷却装置，在本实施例中包括喷淋装置二11、冷却水盘管和吸收剂泵9，所述喷淋装置二11下方设有用于走循环冷却水的冷却水盘管，吸收器9的中间浓度溶液出口与吸收器泵7入口端相连，吸收器泵7出口端与喷淋装置二11相连，构成吸收剂循环冷却回路，不断的将作为吸收剂的中间浓度溶液喷淋到冷却水盘管上，对吸收器9内的中间浓度溶液进行循环冷却。
所述冷凝器1内也设有冷凝盘管，通过冷却水冷却，并且冷却装置和冷凝器1内的冷却水管道串级相连，冷却水从冷却装置的循环水入口流入，从冷却装置的循环水出口流出，之后进入冷凝器1的循环水入口流入，最后从入冷凝器1的循环水出口流出，返回循环冷却水系统，完成循环冷却。
所述蒸发器3和吸收器9为处于同一密闭空间的一体结构，便于吸收器9内的吸收剂吸收蒸发器3内蒸发汽化的冷剂水。
所述发生器2和冷凝器1为处于同一密闭空间的一体结构，便于冷凝器1冷凝发生器2内所蒸发的冷剂水蒸汽。
所述冷凝器1底部液态冷剂水出口端与蒸发器3的液态冷剂水入口端之间设有用于节流降压的节流阀机构，所述节流阀机构为U型管8。
所述余热收集系统收集船舶锅炉余热后产生蒸汽，并通过蒸汽盘管对发生器2内溴化锂溶液进行加热，蒸汽通入发生器2的蒸汽盘管内，返回冷凝水，通过蒸汽的相变热来加热发生器2中的溴化锂-水溶液。
一种基于溴化锂-水的船用空调系统制冷方法，包括以下步骤：
步骤一，余热收集系统吸收柴油机高温废热，并通过利用工质水为传热介质不断加热发生器2中的溴化锂溶液，其中的溴化锂溶液中的水首先蒸发为冷剂蒸汽；
步骤二，冷剂水蒸汽进入冷凝器1后，被冷凝器1内的冷却水冷却，放出汽化潜热降温后凝结成为高压低温的液态冷剂水，冷剂水通过节流阀节流降压；
步骤三，经过降压之后的冷剂水进入蒸发器3的水盘内，由蒸发器3的喷淋装置一10均匀地喷淋在蒸发器3管簇的外表面上，冷剂水汽化大量吸收蒸发器3内冷媒水的热量，让冷媒水温度降低，冷媒水通过用冷终端系统送往用冷终端，达到降温制冷的效果；
步骤四，发生器2中溴化锂溶液水分蒸发后溶液变浓，浓溶液在重力及压差作用下经过热交换器4放热后，进入吸收器9与其中的稀溶液混合成中间浓度溶液，中间浓度溶液吸收了吸收器9中由蒸发器3里汽化产生的水蒸汽后为稀溶液，从吸收器9出来的温度较低的溴化锂稀溶液由发生器泵5升压后，经热交换器4升温，再送入发生器2，完成整个循环；
所述吸收器9内设有冷却装置，作为吸收剂的中间浓度溶液通过增压装置增压后送往冷却装置冷却，冷却后又回流到吸收器9内，完成对吸收剂的循环冷却。
采用溴化锂和水为制冷介质，可以最大化地提高制冷效率，取得最佳的制冷效果，同时保证船舶制冷系统以氟利昂为制冷介质地基本制冷系统不进行大规模改造。
按上述技术方案，所述步骤一中，船用空调系统为溴化锂-水换热系统，溴化锂-水换热循环系统包括发生器2、冷凝器1、蒸发器3和吸收器9。工质水依次通过发生器2、冷凝器1、蒸发器3和吸收器9实现制冷过程。
按上述技术方案，所述步骤一中，溴化锂-水换热循环系统在进行换热时，来自废气锅炉中的热量首先将溴化锂溶液中的水温度升高至沸腾汽化蒸发产生冷剂蒸汽，冷剂水蒸汽进入冷凝器1后，被冷凝器1内的冷却水冷凝，放出汽化潜热降温后凝结成为高压低温的液态冷剂水。
按上述技术方案，所述步骤一中，溴化锂-水换热循环系统在进行换热时，冷剂水通过U型管8(节流阀)节流降压后，进入蒸发器3的水盘内，然后由蒸发器3的喷淋装置均匀地喷淋在蒸发器3管簇的外表面上，冷剂水汽化大量吸收蒸发器3内冷媒水的热量让温度降低达到降温制冷的效果。
按上述技术方案，所述步骤四中，溴化锂-水换热循环系统在进行换热时，发生器2中的溴化锂浓溶液进入吸收器9与其中的稀溶液混合成中间浓度溶液，中间浓度溶液吸收了吸收器9中由蒸发器3里汽化产生的水蒸汽后为稀溶液。溴化锂稀溶液经升压后，经热交换器4升温后由发生器泵5送入发生器2，完成整个循环。
按上述技术方案，溴化锂-水换热循环系统是利用消耗热能来使热量从低温热源向高温热源转移，不是消耗电能或机械功。
按上述技术方案，溴化锂-水换热循环系统的制冷介质是溴化锂和工质水。
按上述技术方案，温度调节器主控芯片为STC89C51单片机。
本发明实施例中，发生器泵5、冷剂水循环泵6、吸收器泵7和吸收器泵7均采用屏蔽泵。

Claims (8)

1.一种基于溴化锂-水的船用空调系统，其特征在于：包括余热收集系统、发生器、冷凝器、蒸发器、热交换器、发生器泵、冷剂水循环泵和用冷终端系统，所述余热收集系用于收集船舶尾气高温废热，并通过传热介质加热发生器中的溴化锂溶液，蒸发出冷剂蒸汽，所述冷凝器设于发生器内液面上方，用于将冷剂蒸汽冷凝成液态冷剂水，冷凝器底部液态冷剂水出口端与蒸发器的液态冷剂水入口端相连，蒸发器的冷媒出入口分别与用冷终端系统出入口相连，构成用冷终端系统制冷循环回路，蒸发器的液态冷剂水出口端与冷剂水循环泵入口相连，冷剂水循环泵出口与设于蒸发器内的喷淋装置相连，构成冷剂水循回路；所述吸收器与蒸发器处于同一连通空间，吸收器底部稀溶液出口端通过发生器泵增压后与热交换器的冷溶液入口端相连，热交换器的冷溶液出口端与发生器底部稀溶液入口端相连，发生器中部浓溶液出口端与热交换器的热溶液入口端相连，热交换器的热溶液出口端与吸收器中部浓溶液入口端相连。
2.如权利要求1所述的基于溴化锂-水的船用空调系统，其特征在于：所述吸收器内设有冷却装置，吸收器的中间浓度溶液出口与吸收器泵入口端相连，吸收器泵出口端与冷却装置相连，构成吸收剂循环冷却回路。
3.如权利要求2所述的基于溴化锂-水的船用空调系统，其特征在于：所述冷凝器内和冷却装置均设有冷凝盘管，通过冷却水冷却。
4.如权利要求1所述的基于溴化锂-水的船用空调系统，其特征在于：所述蒸发器和吸收器为处于同一密闭空间的一体结构。
5.如权利要求1所述的基于溴化锂-水的船用空调系统，其特征在于：所述冷凝器底部液态冷剂水出口端与蒸发器的液态冷剂水入口端之间设有用于节流降压的节流阀机构，所述节流阀机构为U型管。
6.如权利要求1所述的基于溴化锂-水的船用空调系统，其特征在于：所述余热收集系统收集船舶锅炉余热后产生蒸汽，并通过蒸汽盘管对发生器内溴化锂溶液进行加热。
7.一种基于溴化锂-水的船用空调系统制冷方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，余热收集系统吸收柴油机高温废热，并利用工质水为传热介质不断加热发生器中的溴化锂溶液，其中的溴化锂溶液中的水首先蒸发为冷剂蒸汽；
步骤二，冷剂水蒸汽进入冷凝器后，被冷凝器内的冷却水冷却，放出汽化潜热降温后凝结成为高压低温的液态冷剂水，冷剂水通过节流阀节流降压；
步骤三，经过降压之后的冷剂水进入蒸发器的水盘内，由蒸发器的喷淋装置均匀地喷淋在蒸发器管簇的外表面上，冷剂水大量吸收蒸发器内冷媒水的热量而汽化，让冷媒水温度降低，冷媒水通过用冷终端系统送往用冷终端，达到降温制冷的效果；
步骤四，发生器中溴化锂溶液水分蒸发后溶液变浓，浓溶液在重力及压差作用下经过热交换器放热后，进入吸收器与其中的稀溶液混合成中间浓度溶液，中间浓度溶液吸收了吸收器中由蒸发器里汽化产生的水蒸汽后为稀溶液，从吸收器出来的温度较低的溴化锂稀溶液由发生器泵升压后，经热交换器升温，再送入发生器，完成整个循环。
8.如权利要求7所述一种基于溴化锂-水的船用空调系统制冷方法，其特征在于：所述吸收器内设有冷却装置，作为吸收剂的中间浓度溶液通过增压装置增压后送往冷却装置冷却，冷却后又回流到吸收器内，完成对吸收剂的循环冷却。
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