CN113175763B - 一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于节能领域的一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元；其中冷凝器位于发生器的上方，冷凝器和发生器通过设置于中央的圆筒型蒸汽通道相连，蒸发器位于吸收器的上方，蒸发器和吸收器通过设置于内部的圆筒型蒸汽通道相连；圆筒型蒸汽通道外安装有辅助筒孔板挡板，至少一层螺旋换热管组布置于辅助筒孔板挡板外，螺旋换热管组的出入口管路与吸收式换热单元的外壳固接；上端或下端均匀开有小孔的布液管安装于螺旋换热管组的正上方。本发明焊缝数量大幅降低，同时避免了蚊香型盘管每层盘管间的焊接环节，提高了真空气密性。盘管的设计存在多个自由度，可通过组数、层数、头数变化满足管内流量及管外布液密度的设计值。

Description

一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元

技术领域

本发明属于节能技术领域，具体为一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元。

背景技术

溴化锂吸收机被广泛应用于供暖系统以及各类工业过程当中，小型化、紧凑化、降低成本、简化结构是目前本领域设备研发优化的主要发展方向，这就需要对机组的结构进行改进，满足小型化、易于加工、减少换热管真空密封线长度的需求。目前各个厂家主流的吸收机结构主要为直管型，即采用长、直换热管，在两端设置管板，通过胀管技术或焊接技术对各换热管进行真空密封，使其管内侧为高压，管外侧为负压。也有部分小型化机组采用了蚊香盘管型结构，如专利CN201410432395.2等。两类结构的主要弊端在于存在较多换热管的真空密封环节，即使对于小型化的机组，仍然需要大量的焊接或胀管工作，难以加工、成本较高，并且难以维持较高的真空气密性，这是目前吸收机小型化的主要结构工艺难题。

已有部分小型化溴化锂吸收机还采用螺旋型换热管，如专利CN201382633Y、CN201520768946.2、CN200920096002.X所披露的技术，但在实际机组设计中存在一定的问题：其一是机组设计中管内水流流速、管外布液密度、换热管总面积、机组空间尺寸相互制约，这就需要换热管排布可提供足够的自由度，而现有螺旋型换热管的排布相比传统直管型换热管自由度较低，设计受限；其二是受现有螺旋管弯管技术制约，螺旋管直径不能太小，一般需要在150mm以上，这使得螺旋管中间有较大的空间无法有效利用，使机组紧凑度不足；

为此，本申请提出一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元，采用螺旋型换热管，大大减少了换热管的真空密封线长度，采用多头及多层型式，提高了管内水侧流速及管外溶液侧布液密度设计的灵活性，满足不同工况的需求。本申请同时提出了适用于螺旋盘管型吸收式换热单元的全新挡液方式及结构，不仅加工简单，还巧妙利用螺旋盘管圈内空间提供挡液及蒸汽通道，提高了机组的紧凑度及空间利用率。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元，其特征在于，所述吸收式换热单元包括：冷凝器、发生器、蒸发器和吸收器四个换热单元腔体，其中冷凝器位于发生器的上方，冷凝器和发生器通过设置于中央的圆筒型蒸汽通道相连，蒸发器位于吸收器的上方，蒸发器和吸收器通过设置于内部的圆筒型蒸汽通道相连；圆筒型蒸汽通道外安装有辅助筒孔板挡板，至少一层螺旋换热管组布置于辅助筒孔板挡板外，螺旋换热管组的出入口与外部的热水或冷水管路相连，螺旋换热管组的出入口管路与吸收式换热单元的外壳固接；发生器、蒸发器和吸收器中的辅助筒孔板挡板的外侧还安装有布液管，上端或下端均匀开有小孔的布液管安装于螺旋换热管组的正上方，且层数与螺旋换热管组的层数对应，布液管的入口连接至吸收式换热单元的外部；

圆筒型蒸汽通道由一块完整的筒型孔板挡液板隔出，筒型孔板挡液板的两侧端面面对面焊接，筒型孔板挡液板上下端封闭；冷凝器和蒸发器的下端面和筒型孔板挡液板焊接，发生器和吸收器的上端面和筒型孔板挡液板焊接；筒型孔板挡液板上开有上部小孔和下部小孔，辅助筒孔板挡板的两侧端面面对面焊接，辅助筒孔板挡板上下端封闭；辅助筒孔板挡板上开有辅助挡板小孔，各辅助筒孔板挡板与相邻的筒型孔板挡液板隔出中空圆柱形的辅助挡液腔体；辅助挡液腔体的下端和其外侧的换热单元腔体的下端之间通过一根U形连通管相连，圆筒型蒸汽通道的下端和其外侧辅助挡液腔体的下端之间也通过一根U形连通管相连。

所述筒型孔板挡液板上下端封闭的方式为：直接与腔体固接或者与圆板固接，其中直接与腔体固接的方式为：筒型孔板挡液板的上端面与冷凝器或蒸发器的上端面固接，筒型孔板挡液板的下端面与发生器或吸收器的下端面固接；与圆板固接的方式为：上端面和下端面均与一块圆板的外周焊接。

辅助筒孔板挡板上下端封闭的方式与筒型孔板挡液板上下端封闭的方式匹配，当筒型孔板挡液板采用直接与腔体固接的方式时，辅助筒孔板挡板的齐平端部也与腔体固接；当筒型孔板挡液板采用与圆板固接的方式时，辅助筒孔板挡板的齐平端部通过圆环与筒型孔板挡液板进行封闭，圆环的外周与辅助筒孔板挡板的齐平端部焊接，圆环的内周与筒型孔板挡液板的上端或下端焊接。

所述辅助筒孔板挡板上不开孔的部分在水平方向上遮挡住辅助筒孔板挡板内侧的上部小孔或下部小孔。

所述布液管的上端或下端均匀开有小孔。

所述上部小孔和下部小孔的设置方式为间隔区域设置：将筒型孔板挡液板从左到右平均分为2f个条状区域，其中1≤f≤20，每个奇数或偶数条状区域的上部和下部的同一水平范围内，均匀设有多个上部小孔或多个下部小孔。

辅助筒孔板挡板上的辅助挡板小孔与相邻的所述上部小孔或下部小孔交错布置。

所述螺旋换热管组的径向层数最多为n，其中n≤10，各层的间距为2mm～20mm。

所述每层螺旋换热管组中螺旋换热管的线数为w条，其中1≤w≤5，每层中的各条螺旋换热管均以相同螺纹升角在上下方向(轴向)交错设置，各层螺旋换热管组中垂直方向上相邻管体之间设有3mm-6mm垂直距离的空隙。

本发明的有益效果在于：

1.减少换热管焊缝数量，降低加工难度，提高真空气密性：

相比常规直管或蚊香型盘管数百个换热管焊缝，采用螺旋管焊缝数量大幅降低，同时避免了蚊香型盘管每层盘管间的焊接环节，降低加工工序及难度，提高了真空气密性。

2.提高管内水侧流速及管外溶液侧布液密度设计灵活性：

采用多组、多层、多头螺旋盘管，使盘管设计存在多个自由度，可通过组数、层数、头数变化满足管内流量及管外布液密度的设计值。

3.降低挡液装置加工难度及成本，提高空间利用率：

提出圆筒形、双层孔板挡液装置，有效利用了螺旋管内部圆形区域作为挡液及蒸汽通道的空间，有效提高了空间紧凑都；同时，采用孔板这一便于加工的部件通过特定的打孔方式及内外孔板对应关系实现挡液，降低了挡液装置的加工难度及成本。

附图说明

图1为本发明一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元实施例1的结构示意图；

图2为图1在A-A剖面的剖面图；

图3为本发明实施例1中略去了螺旋换热管组5的结构示意图；

图4为本发明实施例2的结构示意图。

其中：

1-发生器；2-冷凝器；3-吸收器；4-蒸发器；5-螺旋换热管；6-布液管；7-圆筒型蒸汽通道；8-筒型孔板挡液板；9-辅助挡液腔体；11-辅助筒孔板挡板；13-辅助挡板小孔；15-上部小孔；16-下部小孔；17-U形连通管；181-第一螺旋管水侧进口；182-第二螺旋管水侧进口；183-第三螺旋管水侧进口；184-第四螺旋管水侧进口；191-第一螺旋管水侧出口；192-第二螺旋管水侧出口；193-第三螺旋管水侧出口；194-第四螺旋管水侧出口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1和图2所示的本发明实施例1，吸收式换热单元包括：冷凝器2、发生器1、蒸发器4和吸收器3四个换热单元腔体，其中冷凝器2位于发生器1的上方，冷凝器2和发生器1通过设置于中央的圆筒型蒸汽通道7相连，蒸发器4位于吸收器3的上方，蒸发器4和吸收器3也通过设置于内部的圆筒型蒸汽通道7相连；圆筒型蒸汽通道7外安装有辅助筒孔板挡板11，至少一层螺旋换热管组5布置于辅助筒孔板挡板11外，螺旋换热管组5的出入口与外部的热水或冷水管路相连，螺旋换热管组5的出入口管路与吸收式换热单元的外壳固接；发生器1、蒸发器4和吸收器3中的辅助筒孔板挡板11的外侧还安装有布液管6，上端或下端均匀开有小孔的布液管6安装于螺旋换热管组5的正上方，且层数与螺旋换热管组5的层数对应，布液管6的入口连接至吸收式换热单元的外部；

螺旋换热管组5的径向(轴心往径向外侧)层数最多为n，其中n≤10，各层的间距为2mm～20mm；每层螺旋换热管组5中螺旋换热管的线数为w条，其中1≤w≤5，每层中的各条螺旋换热管均以相同螺纹升角在上下方向(轴向)交错设置，各层螺旋换热管组5中上下方向上相邻管体之间设有3mm-6mm垂直距离的空隙。

圆筒型蒸汽通道7由一块完整的筒型孔板挡液板8隔出，筒型孔板挡液板8的两侧端面面对面焊接，筒型孔板挡液板8上下端封闭；冷凝器2和蒸发器4的下端面和筒型孔板挡液板8的外周焊接，发生器1和吸收器3的上端面和筒型孔板挡液板8的外周焊接；筒型孔板挡液板8上开有上部小孔15和下部小孔16，上部小孔15和下部小孔16之间需保证最小200mm高的垂直距离；布置在吸收式换热单元内的圆筒型蒸汽通道7共m个，其中2≤m≤10；

在本实施例中，吸收式换热单元外壳的横剖面呈矩形，冷凝器2、发生器1、蒸发器4和吸收器3截面相同且由上至下依次设置；冷凝器2和发生器1通过一个位于正中的圆筒型蒸汽通道7相连，蒸发器4和吸收器3通过一个位于正中的圆筒型蒸汽通道7相连；

在本实施例中，螺旋换热管组5的径向层数为2，各层的间距为5mm，螺旋换热管组5中螺旋换热管的线数为2条，各层螺旋换热管组5中垂直方向上相邻管体之间设有4mm垂直距离的空隙。

辅助筒孔板挡板11的两侧端面面对面焊接，辅助筒孔板挡板11上下端封闭；辅助筒孔板挡板11上开有辅助挡板小孔13，辅助筒孔板挡板11上不开孔的部分需保证在水平方向上遮挡住设置在辅助筒孔板挡板11内侧的上部小孔15或下部小孔16，各辅助筒孔板挡板11与相邻的筒型孔板挡液板8隔出中空圆柱形的辅助挡液腔体9；辅助挡液腔体9的下端和其外侧的换热单元腔体的下端之间通过的U形连通管17相连，圆筒型蒸汽通道7的下端和其外侧辅助挡液腔体9的下端之间也通过U形连通管17相连。

辅助挡板小孔13与相邻的上部小孔15或下部小孔16交错布置；其中上部小孔15和下部小孔16均为均匀布置在筒型孔板挡液板8上矩形区域内的小孔。上部小孔15和下部小孔16的设置方式为间隔区域设置：将整个板宽分成等宽的若干条状区域，在以两条水平线为上下界的范围内，小孔间隔设置于条状区域中。具体的，将筒型孔板挡液板8从左到右平均分为2f个条状区域，其中1≤f≤20，每个奇数条状区域的上部和下部的同一水平范围内，均包括均匀设置的多个上部小孔15或多个下部小孔16；容易理解的，在保证各区域的上部小孔15或下部小孔16之间需间隔设置的前提下，上部小孔15和下部小孔16可以分别位于偶数和奇数区域内；辅助筒孔板挡板11也将整个板宽分成与内侧筒型孔板挡液板8等份的若干条状区域，在设有上部小孔15或下部小孔16的条状区域外侧所对应的辅助筒孔板挡板11的条状区域上，不设有与其对应的辅助挡板小孔13，辅助挡板小孔13与所对应的上部小孔15或下部小孔16在水平方向上和在竖直方向上均错开；辅助挡板小孔13的尺寸和均匀分布的方式与所对应的上部小孔15或下部小孔16相同。

在本实施例中，筒型孔板挡液板8上下端封闭的方式为：直接与腔体固接或者与圆板固接，其中直接与腔体固接的方式为：筒型孔板挡液板8的上端面与冷凝器2或蒸发器4的上端面固接，筒型孔板挡液板8的下端面与发生器1或吸收器3的下端面固接；与圆板固接的方式为：上端面和下端面均与一块圆板的外周焊接；由于辅助筒孔板挡板11安装于圆筒型蒸汽通道7的外侧，因此辅助筒孔板挡板11的一端安装于腔体的端面上。具体的，安装端面取决于辅助筒孔板挡板11所处的腔体，而辅助筒孔板挡板11的另一端在水平面上需与筒型孔板挡液板8的端面齐平(称为齐平端部)，从而辅助筒孔板挡板11上下端封闭的方式与筒型孔板挡液板8上下端封闭的方式匹配，当筒型孔板挡液板8采用直接与腔体固接的方式时，辅助筒孔板挡板11的齐平端部也与腔体固接，当筒型孔板挡液板8采用与圆板固接的方式时，辅助筒孔板挡板11的齐平端部通过圆环与筒型孔板挡液板8进行封闭，圆环的外周与辅助筒孔板挡板11的齐平端部焊接，圆环的内周与筒型孔板挡液板8的上端或下端焊接。

在本实施例中，所有的固接形式均为焊接，由于使用了改进的蒸汽通道(圆筒型蒸汽通道7)和换热管(螺旋换热管组5)，从而大幅减少了焊缝的总长度，提高了真空气密性。

工作时，

在发生器1中，布液管6的内部通入来自吸收器3的的溴化锂稀溶液，随后下方的液孔流出均匀分布到下方的到螺旋换热管组5的外表面进行充分传热后，跌落至发生器1底部进行收集并排出；同时，发生器1中的螺旋换热管组5由第一螺旋管水侧进口181通入的高温热水分为n×w股，与布液管6滴出的溴化锂溶液交换放热后由第一螺旋管水侧出口191排出；发生器1内的真空气体在经过螺旋换热管组5时携带溴化锂液滴，携带着溴化锂液滴真空气体顺序经过发生器1内的辅助挡板小孔13、下部小孔16、上部小孔15和冷凝器2内的辅助挡板小孔13除去液滴后，流入上方的冷凝器2。

在冷凝器2中，由第二螺旋管水侧进口182通入的中温冷水分为n×w股进入各螺旋换热管组5中，与冷凝器2中的低压气体换热后，由第二螺旋管水侧出口192排出；

吸收器3中布液管6的内部通入来自发生器1的溴化锂浓溶液，随后下方的液孔流出均匀分布到下方的到螺旋换热管组5的外表面进行充分传热后，跌落至吸收器3底部进行收集并排出；同时，吸收器3中的螺旋换热管组5由第三螺旋管水侧进口183通入的下部小孔16中温冷水分为n×w股，与布液管6滴出的溴化锂溶液交换放热后由第三螺旋管水侧出口193排出；吸收器3中螺旋换热管组5产生的溴化锂液滴在真空状态下会随机往四周发散，液滴经过筒型孔板挡液板8和辅助筒孔板挡板11时被逐级遮挡从而不会进入蒸发器4中。

蒸发器4中布液管6的内部通入来自蒸发器4底部的冷剂水，随后下方的液孔流出均匀分布到下方的到螺旋换热管组5的外表面进行充分传热后，跌落至蒸发器4底部进行收集并输回顶部的布液管6中；同时，蒸发器4中的螺旋换热管组5由第四螺旋管水侧进口184通入的低温热水分为n×w股，与布液管6滴出的冷剂水交换放热后由第四螺旋管水侧出口194排出；蒸发器4内的真空气体会携带着冷剂水液滴由蒸发器4流入吸收器3中，此时携带着冷剂水液滴的真空气体顺序经过蒸发器4内的辅助挡板小孔13、上部小孔15除去液滴；被除去的冷剂水由蒸发器4内辅助挡液腔体9下端的U型连通管17回到蒸发器4。

在本实施例中，辅助挡板小孔13、下部小孔16和上部小孔15的直径及孔口的数量由蒸汽的流量以及圆筒型蒸汽通道7的组数m、各处的缝隙等因素综合决定，但必须控制蒸汽的过孔流速在20m/s以下，以达到降低蒸汽通过挡液装置流动阻力并降低带液几率的作用，具体的，辅助挡板小孔13、下部小孔16和上部小孔15的孔径为3-10mm。

如图3和图4所示的本发明实施例2，未描述部分与实施例1相同；

在本实施例中，吸收式换热单元外壳的横剖面呈梯形，且四个内角均有倒角；冷凝器2、发生器1、蒸发器4和吸收器3截面相同且由上至下依次设置；冷凝器2和发生器1通过五个位于正中的圆筒型蒸汽通道7相连，蒸发器4和吸收器3通过五个位于正中的圆筒型蒸汽通道7相连，多个圆筒型蒸汽通道7在均匀设置在冷凝器2和发生器1之间，以及蒸发器4和吸收器3之间，具体的设置方式为：分为两行，位于梯形长边侧的一行有均有三个圆筒型蒸汽通道7，位于梯形短边侧的一行有均有两个圆筒型蒸汽通道7，以保证各上下腔体之间空气的均匀交换；

在本实施例中，螺旋换热管组5的径向层数为2，各层的间距为5mm，螺旋换热管组5中螺旋换热管的线数为1条，各层螺旋换热管组5中垂直方向上相邻管体之间设有5mm垂直距离的空隙。

Claims (9)

1.一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元，其特征在于，所述吸收式换热单元包括：冷凝器（2）、发生器（1）、蒸发器（4）和吸收器（3）四个换热单元腔体，其中冷凝器（2）位于发生器（1）的上方，冷凝器（2）和发生器（1）通过设置于中央的圆筒型蒸汽通道（7）相连，蒸发器（4）位于吸收器（3）的上方，蒸发器（4）和吸收器（3）通过设置于内部的圆筒型蒸汽通道（7）相连；圆筒型蒸汽通道（7）外安装有辅助筒孔板挡板（11），至少一层螺旋换热管组（5）布置于辅助筒孔板挡板（11）外，螺旋换热管组（5）的出入口与外部的热水或冷水管路相连，螺旋换热管组（5）的出入口管路与吸收式换热单元的外壳固接；发生器（1）、蒸发器（4）和吸收器（3）中的辅助筒孔板挡板（11）的外侧还安装有布液管（6），布液管（6）安装于螺旋换热管组（5）的正上方，且层数与螺旋换热管组（5）的层数对应，布液管（6）的入口连接至吸收式换热单元的外部；

圆筒型蒸汽通道（7）由一块完整的筒型孔板挡液板（8）隔出，筒型孔板挡液板（8）的两侧端面面对面焊接，筒型孔板挡液板（8）上下端封闭；冷凝器（2）和蒸发器（4）的下端面和筒型孔板挡液板（8）焊接，发生器（1）和吸收器（3）的上端面和筒型孔板挡液板（8）焊接；筒型孔板挡液板（8）上开有上部小孔（15）和下部小孔（16），辅助筒孔板挡板（11）的两侧端面面对面焊接，辅助筒孔板挡板（11）上下端封闭；辅助筒孔板挡板（11）上开有辅助挡板小孔（13），各辅助筒孔板挡板（11）与相邻的筒型孔板挡液板（8）隔出中空圆柱形的辅助挡液腔体（9）；辅助挡液腔体（9）的下端和其外侧的换热单元腔体的下端之间通过一根U形连通管相连，圆筒型蒸汽通道（7）的下端和其外侧辅助挡液腔体（9）的下端之间也通过一根U形连通管相连。

2.根据权利要求1所述的一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元，其特征在于，所述筒型孔板挡液板（8）上下端封闭的方式为：直接与腔体固接或者与圆板固接，其中直接与腔体固接的方式为：筒型孔板挡液板（8）的上端面与冷凝器（2）或蒸发器（4）的上端面固接，筒型孔板挡液板（8）的下端面与发生器（1）或吸收器（3）的下端面固接；与圆板固接的方式为：上端面和下端面均与一块圆板的外周焊接。

3.根据权利要求2所述的一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元，其特征在于，辅助筒孔板挡板（11）上下端封闭的方式与筒型孔板挡液板（8）上下端封闭的方式匹配，当筒型孔板挡液板（8）采用直接与腔体固接的方式时，辅助筒孔板挡板（11）的齐平端部也与腔体固接；当筒型孔板挡液板（8）采用与圆板固接的方式时，辅助筒孔板挡板（11）的齐平端部通过圆环与筒型孔板挡液板（8）进行封闭，圆环的外周与辅助筒孔板挡板（11）的齐平端部焊接，圆环的内周与筒型孔板挡液板（8）的上端或下端焊接。

4.根据权利要求1所述的一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元，其特征在于，所述辅助筒孔板挡板（11）上不开孔的部分在水平方向上遮挡住辅助筒孔板挡板（11）内侧的上部小孔（15）或下部小孔（16）。

5.根据权利要求1所述的一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元，其特征在于，所述布液管（6）的上端或下端均匀开有小孔。

6.根据权利要求1所述的一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元，其特征在于，所述上部小孔（15）和下部小孔（16）的设置方式为间隔区域设置：将筒型孔板挡液板（8）从左到右平均分为2f个条状区域，其中1≤f≤20，每个奇数或偶数条状区域的上部和下部的同一水平范围内，均匀设有多个上部小孔（15）和多个下部小孔（16）。

7.根据权利要求6所述的一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元，其特征在于，辅助筒孔板挡板（11）上的辅助挡板小孔（13）与相邻的所述上部小孔（15）或下部小孔（16）交错布置。

8.根据权利要求1所述的一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元，其特征在于，所述螺旋换热管组（5）的径向层数最多为n，其中n≤10，各层的间距为2mm~20mm。

9.根据权利要求1或8之一所述的一种多层多头螺旋管型吸收式换热单元，其特征在于，所述每层螺旋换热管组（5）中螺旋换热管的线数为w条，其中1≤w≤5，每层中的各条螺旋换热管均以相同螺纹升角在上下方向交错设置，各层螺旋换热管组（5）中垂直方向上相邻管体之间设有3mm-6mm垂直距离的空隙。

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