CN112539570B - 提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，包括壳体，其内设有若干降膜管，降膜管外部形成吸收液与氨气逆向流动的通路，降膜管内部形成冷却水通路，且冷却水与吸收液逆向流动；各降膜管外壁上沿吸收液流动方向间隔设有多组超声波雾化器，超声波雾化器产生高频震荡，将流经降膜管外壁的溶液雾化成为细小液滴并扩散到各降膜管与壳体形成的腔体中将氨气吸收；各降膜管外壁上沿吸收液流动方向设置至少一组超声波振荡器。本发明显著提高吸收器吸收效果，获得更高浓度的吸收终了溶液，减小吸收器所需要的降膜管面积，降低吸收制冷系统的循环倍率，从而提高系统的整体性能。

Description

提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器

技术领域

本发明涉及降膜吸收器技术领域，特别涉及一种提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器。

背景技术

在能源危机日益严重，环境污染受到广泛关注的今天，氨水吸收式制冷机有了新的发展契机，其应用前景相当广阔。尽管现今吸收式制冷机的发展和应用取得了良好的经济和社会效益，但从运行能耗和投资成本来看，其系统性能亟待改善提高。吸收器是影响吸收式制冷系统性能的关键部件，其通过不断的吸收来自蒸发器的低温低压蒸气，保持一定的蒸发压力，从而保证吸收式制冷系统稳定工作。在吸收式制冷系统中，吸收器换热面积约占整体换热面积三分之一，吸收器传热传质效率改善对于提高制冷系统性能系数和缩小系统体积至关重要。

降膜吸收是指吸收溶液在重力作用下沿壁面下降形成薄膜并与易溶性气体接触而进行充分吸收的一种吸收方式。具有气膜与液膜间互不贯透，设备压降小，传热传质效率高、冷却效果好，吸收温度低等优点。为了使得在一定体积的吸收器中尽可能吸收多的氨气，可以通过增大吸收器内溶液循环喷淋量强化吸收，或者增加吸收器中降膜管长度来增大传质面积提升吸收氨气量。

吸收器中由于传质阻力存在，溶液难以达到饱和状态，也就是说通常吸收器出口溶液难以到达吸收压力与溶液温度对应的饱和氨水溶液浓度；为了使吸收器出口溶液浓度尽量接近吸收压力与溶液温度对应的饱和溶液浓度，需要通过传质强化措施来增强降膜管中传质效果。一方面可以通过对降膜管的形状和结构上进行改变或特殊处理强化扰动，达到强化传热和传质的效果。另一方面可以是通过加入纳米颗粒等外加介质改变吸收液的物理性质而对降膜吸收过程进行强化。以上改进方式都具有局限性：降膜管结构和形状改变增大加工难度；纳米颗粒的团聚特性使得工程应用受到制约。因此需要开发一种增强传质效果、提升氨气吸收能力的吸收器。

发明内容

本发明提供一种提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，用超声波震荡和雾化协同方案增强传质效果，扩大传质面积，较好解决在传统降膜吸收器中吸收器出口溶液浓度与吸收器温度和压力下对应饱和溶液浓度差较大的问题，使得氨气吸收能力得到提升，从而提高氨水吸收制冷或热泵系统的整体性能。

本发明采用的技术方案如下：

一种提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，包括壳体，所述壳体内设有若干降膜管，所述降膜管外部形成吸收液与氨气逆向流动的通路，所述降膜管内部形成冷却水通路，且冷却水与吸收液逆向流动；各降膜管外壁上沿吸收液流动方向间隔设有多组超声波雾化器，所述超声波雾化器产生高频震荡，将流经降膜管外壁的溶液雾化成为细小液滴并扩散到各降膜管与壳体形成的腔体中将氨气吸收；各降膜管外壁上沿吸收液流动方向设置至少一组超声波振荡器。

超声波雾化器外围设有与降膜管连接的挡板，所述挡板与所述降膜管外壁之间形成容纳所述超声波雾化器、顶部开口的杯形空间，所述挡板的外壁面呈酒杯状弧线形，使得吸收液顺挡板外壁面成膜状流到挡板下部的降膜管上，继续沿降膜管向下流。

所述挡板呈环状结构，套设在所述降膜管的外壁上，由卡箍固定。

所述超声波雾化器呈环状结构，套设在所述降膜管的外壁上，由卡箍固定。

所述超声波振荡器呈环状结构，由卡箍固定在所述降膜管沿长度方向正中心处。

所述壳体侧面顶部设有稀溶液入口，底部设有浓溶液出口，所述壳体侧面位于所述浓溶液出口上部设有氨气入口。

所述壳体内位于所述稀溶液入口下部设有布液板，所述布液板上设有多个供各降膜管穿过的通孔，所述通孔的内壁与所述降膜管外壁之间形成供吸收液的液膜流过的缝隙。

所述壳体底部设有收集吸收氨气后的浓溶液的集液槽，所述集液槽与所述浓溶液出口连通。

所述壳体底面设有冷却水入口、顶面对应设有冷却水出口；壳体底部设有与所述冷却水入口对应的冷却水分布槽，其出口端与各降膜管的底部入口连通，壳体顶部设有与所述冷却水出口对应的集水槽，其入口端与各降膜管的顶部出口连通。

所述超声波雾化器沿吸收液流动方向等间距设置，所述降膜管在所述壳体内均匀分布。

本发明的有益效果如下：

1.本发明中的超声波雾化器中超声频率的存在可以促进表面更新效应产生局部涡流来引起界面湍动，表面液体单元通过获得能量克服重力或者表面力的势垒形成雾滴，即产生稀溶液雾化效应扩散到吸收器腔体中，可显著增加稀溶液与氨气的接触面积，在吸收器中工作溶液同时进行降膜管上降膜吸收和吸收器腔体中雾化吸收。

2.本发明中的超声波振荡器一方面使得管壁外溶液膜表面发生扰动，产生形变从而增加气液接触面积，增强气液界面扰动，强化气液界面传质特性。另一方面超声波通过引导溶液膜内部产生高频震动，大大强化局部的流体湍动，提高液体内传质。同时降膜管液体表面和液体内部扰动强化，也强化降膜液体内部传热，从而增强降膜管内冷却水对溶液冷却效果，使得相同吸收器腔体压力下，腔体内压力与截面处溶液对应溶液饱和压力差值增大，溶液界面处对氨气的吸收的推动力增加，进一步强化吸收效果。

3.本发明设计的酒杯型挡板的曲线弧度经过流体力学设计，使得溢流的液体顺酒杯型挡板的外壁面成膜状流道挡板下部的降膜管上，顺降膜管下流，从而使得下流液体在吸收氨气的同时，得到降膜管内冷却水的有效冷却，带走吸收过程中产生的热量。

4.本发明提出超声波雾化器与超声波震荡器都经过特殊加工成环状，可以方便套在降膜管外侧，并通过用简易卡箍固定支撑挡板进行固定。环状雾化与震荡器可以与降膜管有机结合，使超声波高频震荡最小损耗低转化为对溶液雾化效果与对液膜内震荡效果，同时超声波高频震荡也能穿透管壁对降膜管内的冷却水产生扰动效应。这种安装方式可以最大程度利用超声波振荡效应提升传热传质系数，增强吸收器吸收能力。

综上，本发明显著提高吸收器吸收效果，获得更高浓度的吸收终了溶液，减小吸收器所需要的降膜管面积，降低吸收制冷系统的循环倍率，从而提高系统的整体性能。克服了吸收式制冷系统中吸收设备庞大、吸收效率低下等问题，使氨水吸收制冷系统尽量小型化，紧凑化、高效化。

附图说明

图1为本发明的剖视图(只对中间一根降膜管的结构进行示意)。

图2为图1中A-A截面剖视图。

图3为本发明单个降膜管上超声波雾化器及超声波振荡器的安装结构示意图。

图4为图3中A1-A1截面的剖视图。

图5为图3中A2-A2截面的剖视图。

图中：1、冷却水出口；2、布液板；3、冷却水入口；4、冷却水分布槽；5、浓溶液出口；6、降膜管；7、氨气入口；8、超声波振荡器；9、壳体；10、超声波雾化器；11、稀溶液入口；12、集水槽；13、挡板；14、卡箍；15、螺栓。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本实施例的提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，包括壳体9，壳体9内设有若干降膜管6，降膜管6外部形成吸收液与氨气逆向流动的通路，降膜管6内部形成冷却水通路，且冷却水与吸收液逆向流动；

各降膜管6外壁上沿吸收液流动方向间隔设有多组超声波雾化器10；

超声波雾化器10产生高频震荡，将流经降膜管6外壁的溶液雾化成为细小液滴并扩散到各降膜管6与壳体9形成的腔体中将氨气吸收。

作为一种实施方式，各降膜管6外壁上沿吸收液流动方向设置至少一组超声波振荡器8。

如图1和图3所示，作为一种实施方式，超声波振荡器8呈环状结构，由卡箍14固定在降膜管6上。

如图3-图5所示，超声波雾化器10外围设有与降膜管6连接的挡板13，挡板13与降膜管6外壁之间形成容纳超声波雾化器10、顶部开口的杯形空间，挡板13的外壁面呈酒杯状弧线形，使得吸收液顺挡板13外壁面成膜状流到挡板13下部的降膜管6上，继续沿降膜管6向下流。

作为一种实施方式，超声波雾化器10呈环状结构，套设在降膜管6的外壁上，由卡箍14固定；挡板13呈环状结构，套设在降膜管6的外壁上，由卡箍14固定。

如图1所示，壳体9侧面顶部设有稀溶液入口11，底部设有浓溶液出口5，壳体9侧面位于浓溶液出口5上部设有氨气入口7。

壳体9内位于稀溶液入口11下部设有布液板2，布液板2上设有多个供各降膜管6穿过的通孔，通孔的内壁与降膜管6外壁之间形成供吸收液的液膜流过的缝隙。

壳体9底部设有收集吸收氨气后的浓溶液的集液槽(图中未示出)，集液槽与浓溶液出口5连通。

壳体9底面设有冷却水入口3、顶面对应设有冷却水出口1；壳体9底部设有与冷却水入口3对应的冷却水分布槽4，其出口端与各降膜管6的底部入口连通，壳体9顶部设有与冷却水出口1对应的集水槽12，其入口端与各降膜管6的顶部出口连通。

作为一种实施方式，超声波雾化器10沿吸收液流动方向等间距设置。超声波雾化器10安装在各降膜管6管壁外侧，自布液板2以下每隔一定距离30cm左右等距间隔安装，超声波雾化器10利用电子高频震荡，其振荡频率为1.7MHz-2.4MHz，超声波雾化器10利用高频震荡，将流经降膜管6外壁的溶液雾化为液滴并扩散到吸收器的腔体中，与氨气接触对氨气吸收，吸收氨气后溶液浓度提高的液滴在重力的作用下降到吸收器底部溶液集液槽中。

作为一种实施方式，超声波雾化器10采用电路和超声波发生部件一体的高性能投入式结构的超声波雾化振子，超声波雾化振子以环状形式环绕降膜管6管壁一圈，通过控制导线将其与电源输入端连接。超声雾化作用可使溶液生成溶液雾滴。工作时溶液同时进行降膜吸收和雾化吸收两种氨吸收过程。超声波雾化过程可以显著提高气液接触面积以及接触时间，进而提高传热传质效率。

挡板13安装在超声波雾化器外，其外壁面弧度平缓，具体曲线弧度经过流体力学设计，使得从杯形空间内溢流的液体顺挡板13的外壁面成膜状流到挡板13下部的降膜管6上，顺降膜管6下流，从而使得下流液体在吸收氨气的同时，得到降膜管内冷却水的有效冷却，带走吸收过程中产生的热量。

作为一种实施方式，在挡板1的边缘加工出毛边，使液膜在毛细力作用下能够贴紧壁面以保证未能被雾化的溶液能继续沿着降膜管6管壁形成液膜流下。

作为一种实施方式，超声波振荡器8安装在各个降膜管6外壁长度方向正中心处，其振荡频率为几十到几百KHz。

作为一种实施方式，超声波振荡器8为全不锈钢结构，适用于氨吸收式制冷系统；超声波振荡器8加工成环状，通过卡箍14固定在降膜管6管壁上。超声输出频率可根据工作情况进行调整。

超声波振荡器8是利用超声波的高频声波产生振荡，在自身震动时带动溶液膜内部产生高频震动，使溶液内部产生强烈扰动，形成空化效应，在此过程中其周围会产生强烈的湍动效应和微扰效应，提高管内外传热系数和管外气液传质系数，降低氨吸收过程的传质传热阻力，可以有效提高吸收器出口溶液浓度。

作为一种实施方式，如图2所示，降膜管6在壳体9内均匀分布。

超声波是一种机械波，超声雾化作用主要发生在汽液相界面，本实施例中的超声波雾化器10可显著增加稀溶液与氨气的接触面积，在吸收器中吸收液同时进行降膜管6上降膜吸收和吸收器腔体中雾化吸收。

本实施例中的超声波振荡器8一方面使得降膜管6外壁溶液膜表面发生扰动，产生形变从而增加气液接触面积，增强气液界面扰动，强化气液界面传质特性；另一方面超声波通过引导溶液膜内部产生高频震动，大大强化局部的流体湍动，进一步提高液体内传质。

本实施例的超声波雾化器10与超声波振荡器8都经过特殊加工，加工成环状，可以方便套在降膜管6外侧，并通过用简易卡箍14固定支撑挡板进行固定。如图4和图5所示，卡箍14接口处通过螺栓15、垫片和螺母等紧固件连接。

作为一种实施方式，环状的超声波雾化器10与超声波振荡器8可以与降膜管6有机结合，可同时安装，对吸收过程进行强化。使超声波高频震荡最小损耗低转化为对溶液雾化效果与对液膜内震荡效果，同时超声波高频震荡也能穿透管壁对降膜管内的冷却水产生扰动效应。这种安装方式可以最大程度利用超声波振荡效应提升传热传质系数，增强吸收器吸收能力。

本实施例的提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器的工作过程如下：

氨气的吸收液自稀溶液入口11流入溶液的布液板2，氨气由氨气入口7流入壳体，冷却水由冷却水入口3流入壳体4经过冷却水分布槽4分配均匀流入各降膜管6内；如图1所示，通过布液板2与降膜管6之间的缝隙形成液膜顺降膜管6流动，吸收壳体9内的氨气并被降膜管6内冷却水冷却，溶液成膜状流入酒杯型挡板13与降膜管6形成的空间内，在其中安装的超声波雾化器10产生高频震荡，将流经降膜管6管壁的溶液雾化成为细小液滴，并扩散到壳体9内壁与各降膜管6外壁之间形成的腔体中，与来自蒸发器的氨气入口7的氨气吸收，吸收氨气浓度增加后的溶液液滴在重力的作用下落到壳体2底部浓溶液的集液槽中，未能雾化的溶液填满挡板13与降膜管6外壁形成的杯形空间，从其顶部开口处溢出，在沿挡板13继续形成液膜流到挡板14下的降膜管6上并继续沿降膜管6流下，液膜经过降膜管外壁安装的超声波振荡器8时，通过超声波的震荡作用在降膜管6外侧溶液液膜内部产生高频振动，对溶液进行扰动，减小溶液液膜与氨气之间的传质阻力，增强吸收效果；最后，空间中的雾化的液滴和流经降膜管的溶液在吸收氨气，浓度升高后进入吸收器底部溶液集液槽收集形成吸收终了的浓氨水溶液，通过浓溶液出口5流出吸收器壳体9。待吸收气体由氨气入口7进入吸收器工作空间，冷却水由下部冷却水入口3流入冷却水分布槽4，在压力作用下沿降膜管6内部自下而上流动，带走吸收过程释放的热量，并由集水槽12收集后经过冷却水出口1排出。

本实施例的基于超声波振荡和超声波雾化协同作用提升氨水降膜式吸收器，能够大大强化吸收过程的传质，一方面通过超声波对溶液的雾化效应，增大氨气与稀溶液的气液传质面积和气液接触时间，从而提高传热传质性能；另一方面通过特定频率的超声波振荡提高降膜管内冷却水测对流换热系数和降膜吸收溶液中以及溶液与气接触界面的传质系数，降低氨吸收过程的传质传热阻力，可以有效提高吸收器出口溶液浓度，最终增大氨水吸收制冷系统的稀溶液与浓溶液浓度差，增大放气范围，提高氨水吸收制冷系统性能。

Claims (9)

1.一种提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，其特征在于，包括壳体(9)，所述壳体(9)内设有若干降膜管(6)，所述降膜管(6)外部形成吸收液与氨气逆向流动的通路，所述降膜管(6)内部形成冷却水通路，且冷却水与吸收液逆向流动；各降膜管(6)外壁上沿吸收液流动方向间隔设有多组超声波雾化器(10)，所述超声波雾化器(10)产生高频震荡，将流经降膜管(6)外壁的溶液雾化成为细小液滴并扩散到各降膜管(6)与壳体(9)形成的腔体中将氨气吸收；各降膜管(6)外壁上沿吸收液流动方向设置至少一组超声波振荡器(8)；

超声波雾化器(10)外围设有与降膜管(6)连接的挡板(13)，所述挡板(13)与所述降膜管(6)外壁之间形成容纳所述超声波雾化器(10)、顶部开口的杯形空间，所述挡板(13)的外壁面呈酒杯状弧线形，使得吸收液顺挡板(13)外壁面成膜状流到挡板(13)下部的降膜管(6)上，继续沿降膜管(6)向下流。

2.根据权利要求1所述的提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，其特征在于，所述挡板(13)呈环状结构，套设在所述降膜管(6)的外壁上，由卡箍(14)固定。

3.根据权利要求1所述的提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，其特征在于，所述超声波雾化器(10)呈环状结构，套设在所述降膜管(6)的外壁上，由卡箍(14)固定。

4.根据权利要求1所述的提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，其特征在于，所述超声波振荡器(8)呈环状结构，由卡箍(14)固定在所述降膜管(6)沿长度方向正中心处。

5.根据权利要求1所述的提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，其特征在于，所述壳体(9)侧面顶部设有稀溶液入口(11)，底部设有浓溶液出口(5)，所述壳体(9)侧面位于所述浓溶液出口(5)上部设有氨气入口(7)。

6.根据权利要求5所述的提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，其特征在于，所述壳体(9)内位于所述稀溶液入口(11)下部设有布液板(2)，所述布液板(2)上设有多个供各降膜管(6)穿过的通孔，所述通孔的内壁与所述降膜管(6)外壁之间形成供吸收液的液膜流过的缝隙。

7.根据权利要求5所述的提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，其特征在于，所述壳体(9)底部设有收集吸收氨气后的浓溶液的集液槽，所述集液槽与所述浓溶液出口(5)连通。

8.根据权利要求1所述的提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，其特征在于，所述壳体(9)底面设有冷却水入口(3)、顶面对应设有冷却水出口(1)；壳体(9)底部设有与所述冷却水入口(3)对应的冷却水分布槽(4)，其出口端与各降膜管(6)的底部入口连通，壳体(9)顶部设有与所述冷却水出口(1)对应的集水槽(12)，其入口端与各降膜管(6)的顶部出口连通。

9.根据权利要求1所述的提升氨水降膜式吸收性能的氨水吸收制冷机用吸收器，其特征在于，所述超声波雾化器(10)沿吸收液流动方向等间距设置，所述降膜管(6)在所述壳体(9)内均匀分布。

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