CN1140745C - 吸收式制冷中弦月形通道溶液提升与蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

吸收式制冷中弦月形通道溶液提升与蒸汽发生器，包括由内管与外管组成的弦月形狭缝通道套管，该套管置于加热筒之中。稀溶液由套管底部进入弦月形狭缝通道，由其上部的浓溶液及高压水蒸汽收集腔排出浓溶液。该发生器具有很强的溶液提升与蒸汽发生功能，可利用低品位热源及太阳能，自动地将溶液从低处提升到高处，实现自循环。配有该部件的吸收式制冷系统具有高效、节能、安全、无噪音、无污染等显著优点。

Description

吸收式制冷中弦月形通道溶液提升与蒸汽发生器

一、技术领域

本发明涉及一种蒸汽发生器，特别涉及一种吸收式制冷中弦月形通道溶液提升与蒸汽发生器，属于工程热物理与能源利用学科领域。

二、背景技术

半个多世纪前就诞生的溴化锂吸收式制冷机，由于其热力系数低，当时并没有引起社会的足够重视。但从20世纪60年代末开始，世界能源出现危机，特别是进入80年代，科学家发现曾经给人类带来福音的氟里昂制冷工质，对人类赖以生存的大气臭氧层已经造成了非常严重的破坏，并正呈上升趋势，这时人们对于可利用低品位废气作为热源的溴化锂吸收式制冷机才开始倾注巨大的关注。

溴化锂吸收式制冷机的突出优点是：制冷工质对人体无毒副作用，对大气无污染，运动部件少，运转平稳，安全，无噪音，而且可利用普通低压蒸汽(1.2bar以上)或75℃以上的低品位废热水以及太阳能作为热源。这对于有大量废气、废热水可利用的石油化工、冶金、发电和轻工业等领域的热源综合利用，以及开辟利用新的清洁能源都是非常有利的。

吸收式制冷机须靠屏蔽式溶液泵完成制冷循环，因而体积庞大，不适宜家庭小冷量场合使用。因此，要实现吸收式制冷机的小型化，必须取消屏蔽式溶液泵，实现无泵自循环。

国际上，美国、日本作了长期较深入的研究，已研制出小型太阳能无泵溴化锂吸收式空调系统，已有一定数量投入运行，但其热力系数受加热介质温度的影响很大，温度过高或过低都会引起热力系数明显地降低。

迄今，我国对小型无泵溴化锂吸收式制冷机的研制工作曾作了一定努力，但尚未获得成功，关键在于尚未找到一种通过热虹吸作用提升溶液能力很强，且发生蒸汽能力也很强的创新性结构。

三、发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，利用弦月形狭缝通道结构具有很强的热虹吸能力的特性，提出一种溶液提升与蒸汽发生兼一身的发生器。它包括一加热筒44及置于加热筒44中的由一内管35与外管36组成的套管，内管35的外壁与外管36的内壁之间形成弦月形狭缝通道，其下端与稀溶液槽38相连通，上端与浓溶液及高压水蒸汽收集腔32相连通，加热筒44底部侧面设有一加热水进口管31，加热水进口管31下部设有旁通管45与内管35的底部相连通，加热筒44的顶部设有旁通管42与内管35相连通。本发明的内管35与外管36为偏心相套、相切，形成极限偏心弦月形通道。稀溶液由套管底部进入弦月形狭缝通道，由其上部的浓溶液及高压水蒸汽收集腔32排出浓溶液。这种发生器具有很强的溶液提升与蒸汽发生功能，可利用低品位热源及太阳能，自动地将溶液从低处提升到高处，实现自循环，该发生器结构简单，加工方便，不仅溶液提升量及提升高度大，而且发生的蒸汽量多而快，完全满足无泵小型溴化锂吸收式制冷机自循环的要求，配有该发生器的吸收式制冷系统具有高效、节能、安全、无噪音、无污染等显著优点。

四、附图说明

图1是本发明在溴化锂吸收式制冷空调系统中的总体结构示意图。

图2是本发明的纵剖面结构示意图。

图3是本发明第一个实施例的横截面结构示意图。

图4是本发明第二个实施例的结构示意图，其中4(a)是主视图，4(b)是俯视图。

图5是本发明第三个实施例的结构示意图，其中5(a)是主视图，5(b)是俯视图。

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细说明。

参见图1，本发明的弦月形通道溶液提升与蒸汽发生器1位于吸收式制冷系统的中心部分，其上部设有一环形冷凝器2。冷凝器2下端设有冷却水进水管22，上端设有冷却水出水管19，下方设有一U形节流管20。U形节流管20，其中之一端与冷凝液集液槽2-1连通，另一端与位于冷凝器2下方的环形蒸发器5相连通，其下端引出管与溶液浓度调节室21相连通。环形冷凝器2与不凝气体储存室3紧邻。环形吸收器4位于发生器1的上部，与环形蒸发器5紧邻，其上端通过连接管与处于热交换器17中心部分的浓溶液室15相连通，其下端通过连接管与浓稀溶液控制阀9相连通。环形蒸发器5的上下端通过连接管与空调机7相连通。

浓稀溶液控制阀9的下端设有两条连接管，一条与冷却水进水管22相连通，另一条与热交换器17中的浓溶液室15相连通，其侧面设有连接管与溶液排汽包16相连通。溶液排汽包16通过另一连接管与不凝气体储存室3相连通，其下端设有的连接管与热交换器17中的稀溶液室14相连通。

热交换器17由三室组成：上部为压力平衡室13，下部为溴化锂稀溶液储存室14，溴化锂浓溶液储存室15位于稀溶液储存室14之中。

蒸汽发生器1上部的环形蒸发器5及环形吸收器4同在气体冷媒及稀溶液收集腔10之中。气体冷媒及稀溶液收集腔10底部设有输送管11与热交换器17中的稀溶液室14相连通。蒸汽发生器1底部侧面设有加热水进口管31，其顶部侧面设有加热水出口管18。

参见图1，本发明在溴化锂吸收式制冷空调系统中，包括弦月形通道溶液提升与蒸汽发生器1，来自热交换器17的稀溶液将在该发生器中被加热水加热蒸发，产生高压水蒸汽，高压水蒸汽将进入冷凝器2中冷凝。该发生器在发生高压水蒸汽的同时，将使稀溶液变成为浓溶液，并将此浓溶液提升到发生器的上部。冷凝器2由冷却水冷却，22和19分别为冷却水进、出水管。冷凝后的液体进入U形节流管20节流成为液体冷媒水，然后进入蒸发器5在蒸发盘管外蒸发制冷。其产生的冷量由空调制冷水带走，送入空调机7中，8和6分别为空调制冷水进、出口管。液体冷媒水在蒸发盘管外蒸发成为气体冷媒(低压水蒸汽)，在气体冷媒及稀溶液收集腔10中被吸收器4盘管外喷淋的溴化锂浓溶液吸收，成为溴化锂稀溶液，汇集在收集腔10的底部，经溴化锂稀溶液输送管11流入热交换器17中的溴化锂稀溶液储存室14，吸收器4在吸收气体冷媒(低压水蒸汽)时所产生的热量由冷却水带走。

参见图1，23为加热水(可以是低品位废热蒸汽、废热水、太阳能热水或其他燃气加热水等)，24为冷却水，25为空调制冷水，26为溴化锂稀溶液，27为溴化锂浓溶液，28为气体冷媒(低压水蒸汽)，29为液体冷媒水，30为高温高压水蒸汽。

参见图2，本发明包括一内管35与外管36组成的套管，该内管35的外壁与外管36的内壁之间形成弦月形狭缝通道，其下端与稀溶液槽38相连通，上端与浓溶液及高压水蒸汽收集腔32相连通。浓溶液及高压水蒸汽收集腔32的上部设有蒸汽百叶挡板40，下部设有浓溶液槽27-1。蒸汽百叶挡板40的下方设有溶液挡板33及压力平衡管43。压力平衡管43穿过浓溶液及高压水蒸汽收集腔32的斜侧板，与热交换器17上部的压力平衡室13相连通。

内管35与外管36组成的弦月形狭缝套管置于加热筒44之中。加热筒底部侧面设有一加热水进口管31与之相连通，其顶部设有旁通管42与内管35相连通。加热水进口管31下部设有旁通管45与内管35的底部相连通。

稀溶液槽38位于发生器1的底部，通过连接管37与热交换器17中的稀溶液室14相连通。

参见图2，本发明的内管35与外管36为偏心相套、相切，形成极限偏心弦月形通道。来自热交换器17的溴化锂稀溶液26，通过溴化锂稀溶液连接管37进入溴化锂稀溶液槽38，流入弦月形通道内，在加热筒44与外管36之间的加热水23及内管35内的加热水23的同时加热下，通道内的溴化锂稀溶液剧烈沸腾蒸发，产生大量的水蒸气沿通道上升。与此同时，溴化锂稀溶液依靠弦月形通道很强的热虹吸作用，被自动地从通道的底部提升到通道的上部，一起进入浓溶液及高压水蒸汽收集腔32。受到挡板33的阻挡后，大量的溴化锂浓溶液液滴便落入浓溶液及高压水蒸汽收集腔32的底部，而气液混合物在浓溶液及高压水蒸汽收集腔32中继续上升，又受到浓溶液及高压水蒸汽收集腔32顶部蒸汽百叶挡板40的阻挡，高压水蒸气与溴化锂浓溶液进一步得到分离。落入浓溶液及高压水蒸汽收集腔32底部的溴化锂浓溶液27-1经溴化锂浓溶液出口34流入图1中的热交换器17。

在浓溶液及高压水蒸汽收集腔32特设置一压力平衡管43，与图1热交换器17中的压力平衡室13相连通，以自动调节压力平衡室中的压力，保证吸收式制冷系统中的溶液自循环连续不断地进行。

图2中，31为加热水进口管，39为加热水出口管，42为加热水旁通出口管，45为加热水旁通进口管。

参见图3，本发明的第一个实施例，内管35的外圆与外管36的内圆直接接触相内切，形成极限偏心弦月形通道。图中，23是加热水，26是稀溶液，44是加热筒。

参见图4(a)和4(b)，本发明的第二个实施例与图3的不同之处是，内管35与外管36为偏心相套不直接接触，在内管35的上端与下端分别与一上定位管47和下定位管49相切，内、外管通过第三根小圆管48及上、下定位管构成固定连接，形成带多个尖角的偏心圆环形通道。图中，31是加热水进口，38是稀溶液槽，39是加热水出口，42是加热水出口旁通管，44是加热筒，46是加热筒密封盖，50是加热水进口。

参见图5，本发明的第三个实施例与图4的不同之处是，内管35与外管36为偏心相套不直接接触，在内管35的外圆上焊有若干直径不等的小圆柱51，小圆柱51的直径为1～100mm、长度为1～1000mm。小圆柱51分别与内管35、外管36相切，形成带若干尖角的偏心弦月形通道。每段小圆柱51之间的间隔为1～100mm，这些间隔互相连通，构成偏心圆环补液通道52。

由于采用了内管35的外圆与外管36的内圆直接接触相内切，形成极限偏心弦月形狭缝通道结构形式，只需很小的过热度就可使气泡产生，沸腾气泡在弦月形狭缝中被挤压成扁平气泡，具有传热系数高，传热温差小的显著特点。加上通道截面的弦月形尖角成了天然的气泡核心，在弦月形通道内、外加热水的加热下，使沸腾气泡很容易产生，加剧了弦月形通道内流体的沸腾。这样，在弦月形通道内、外的流体形成了很大的密度差，产生很强的热虹吸驱动力，使弦月形通道内的流体(溴化锂溶液)在这种热虹吸驱动力的作用下，自动地从低处提升到位于高处的浓溶液及高压水蒸汽收集腔32，从而实现小型溴化锂吸收式制冷系统无泵自循环的目标。

当吸收式制冷中溴化锂溶液的浓度较稀时，溶液提升与蒸汽发生器可采用本发明的第一个实施例，即极限偏心弦月形通道结构形式。

当吸收式制冷中溴化锂溶液的浓度较浓时，溶液提升与蒸汽发生器可采用本发明的第二个实施例，即偏心弦月形通道结构形式。这样，可使弦月形通道的尖角度有所缓和，避免溴化锂溶液的浓度较浓时在尖角处易出现结晶，堵塞管道，影响制冷系统的正常运行。

根据吸收式制冷中溴化锂溶液的浓度的不同，溶液提升与蒸汽发生器可采用本发明的第一个实施例，或第二个实施例，或第三个实施例。

本发明不仅可应用于溴化锂吸收式制冷系统和氨吸收式制冷系统中，还可应用于所有的石油化工、工业锅炉、核电站等部门的蒸汽发生装置。

Claims (6)

1、吸收式制冷中弦月形通道溶液提升及蒸汽发生器，包括一加热筒(44)及置于加热筒(44)中的由一内管(35)与外管(36)组成的套管，本发明的特征在于，内管(35)的外壁与外管(36)的内壁之间形成弦月形狭缝通道，其下端与稀溶液槽(38)相连通，上端与浓溶液及高压水蒸汽收集腔(32)相连通；浓溶液及高压水蒸汽收集腔(32)的上部设有蒸汽百叶挡板(40)，下部设有浓溶液槽(27-1)；蒸汽百叶挡板(40)的下方设有溶液挡板(33)及压力平衡管(43)，平衡管(43)穿过浓溶液及高压水蒸汽收集腔(32)的斜侧板，与热交换器(17)上部的压力平衡室(13)相连通；加热筒(44)底部侧面设有一加热水进口管(31)，加热水进口管(31)下部设有旁通管(45)与内管(35)的底部相连通；加热筒(44)的顶部设有旁通管(42)与内管(35)相连通。

2、根据权利要求1、2所述的蒸汽发生器，其特征在于，内管(35)的外圆与外管(36)的内圆直接接触相内切，形成极限偏心弦月形通道。

3、根据权利要求1、2所述的蒸汽发生器，其特征在于，内管(35)与外管(36)为偏心相套，套管的上端与下端分别与一上定位管(47)及下定位管(49)相切，内管(35)、外管(36)通过第三根小圆管(48)及上定位管(47)、下定位管(49)构成固定连接，形成偏心弦月形通道。

4、根据权利要求1、2所述的蒸汽发生器，其特征在于，内管(35)与外管(36)为偏心相套，在内管外圆上焊有若干直径不等的小圆柱(51)，小圆柱(51)的长度为1～1000mm，分别与内管(35)、外管(36)相切构成固定连接，形成偏心弦月形通道，每段小圆柱之间的间隔为1～100mm，这些间隔互相连通，形成偏心环形补液通道(52)。

5、根据权利要求1、2所述的蒸汽发生器，其特征在于，内管(35)的外径为1～298mm，外管(36)的内径为2～300mm。

6、根据权利要求1、2所述的蒸汽发生器，其特征在于，内管(35)与外管(36)所形成的弦月形通道结构，其长度与加热筒(44)相等，为100～3000mm。

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