CN115289872A - 一种四元高效换热器及其吸收式制冰系统和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于吸收式制冷及热泵领域，特别涉及一种四元高效换热器及其吸收式制冰系统和应用，换热器包括筒体及筒体两端的管头，筒体壳程流动第一元流体，筒体与管头两端之间分别设有第一管板和第二管板，第一管板和第二管板之间设有用于第二元流体流动换热的第一换热管束。本发明换热器内供四元流体进行换热，将冷却塔和蒸发冷中的循环水、用于制冰用的新鲜水对换热回送后的乙二醇进行复温加热，既可以提高换热回送后的乙二醇温度，减少其脱冰时间，提高制冰的生产效率，又可以降低系统中冷却塔、蒸发冷及蒸发器的负荷，节省冷却塔与蒸发冷风机用电量，能提高机组内部能量的利用率，降低机组的能耗，提高机组的COP。

Description

一种四元高效换热器及其吸收式制冰系统和应用

技术领域

本发明属于吸收式制冷及热泵领域，特别涉及一种四元高效换热器及其吸收式制冰系统和应用。

背景技术

在氨吸收式制冷机组中，当蒸发器中的载冷剂为水时，即可以实现制冰。蒸发器中制冰的格腔称为冰模，当冰块成型后已与冰模贴合成一体，需要将冰块表面微热融化，才能将其与冰模分离。此过程称为脱冰。目前的脱冰工艺是用乙二醇泵从乙二醇缓冲罐中抽取乙二醇送入蒸发器冰模中，用常温的乙二醇对冰块表面进行微热，换热后的乙二醇再回送至乙二醇缓冲罐中。此脱冰工艺在实际运行中，因换热回送后的乙二醇温度较低，当再次送入蒸发器冰模中，对冰块的微热作用减弱，会拉长整体的脱冰时间，影响制冰的生产效率。

现有的吸收式制冷机组，如附图1-2所示，系统的循环水需用冷却塔与大气进行换热降温，蒸发冷中的循环水也需要与大气进行换热降温。用于制冰用的新鲜水，在其送入蒸发器之前未进行预冷，增加蒸发器的负荷，降低制冰效率。而在脱冰过程中，位于便于脱冰乙二醇需要加热。若将以上分别设置一台换热器将其与乙二醇进行换热，共需三台设备，设备的投资较大且增大了机组的占地面积。

基于上述内容，提出一种四元高效换热器及其吸收式制冰系统和应用。

发明内容

为了解决蒸发器的负荷过大，制冰效率低的问题，提供一种四元高效换热器及其吸收式制冰系统和应用。

通过以下制备工艺来实现上述目的：

本发明提供一种四元高效换热器，所述换热器内供四元流体进行换热，所述换热器包括筒体及筒体两端的管头，所述筒体壳程流动第一元流体，所述筒体与管头两端之间分别设有第一管板和第二管板，所述第一管板和第二管板之间设有用于第二元流体流动换热的第一换热管束；

所述筒体内部第一换热管束的外围分别设有用于第三元流体流动换热的第二换热管束和用于第四元流体流动换热的第三换热管束；

所述第二换热管束和第三换热管束的进出口分别设置在筒体两侧端上下的短节内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述四元高效换热器为立式换热器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒体两端的管头外壁上分别设有液体进口和液体出口。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒体内部设有若干组折流板，相邻折流板缺口相互错开，折流板的间距为螺旋绕管节距的一半。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒体外壁设有进口管和出口管，所述进口管设于第一组折流板的上方，所述出口板设于末组折流板的下方。

作为上述技术方案的进一步改进，所述短节包括焊接在筒体外壁的壳体及位于壳体外壁的管道，所述壳体内部通过第三管板分隔，第三管板一侧区域与管道连通，另一侧区域与第二换热管束或第三换热管束连通。

作为上述技术方案的进一步改进，位于第一管板和第二管板之间的第一换热管束为直管，所述直管的布管区域截面为圆形，所述第二换热管束和第三换热管束位于直管布管区域与筒体内壁之间的环形区域，所述第二换热管束和第三换热管束均为螺旋绕管式换热管。

本发明还提供了一种包括吸收式制冷组件和制冰脱冰组件，还包括上述所述的四元高效换热器，将四元高效换热中的其中两元流体进出口分别接入吸收式制冷组件中冷却塔的循环水进出口和蒸发冷的循环水进出口，将四元高效换热中的其中另两元流体进出口分别接入制冰脱冰组件中的制冰用新鲜水、脱冰用乙二醇。

作为上述技术方案的进一步改进，所述吸收式制冷组件包括吸收器、预冷器、冷却塔、发生器、蒸发冷和蒸发器，所述冷却塔的循环水进出口连接四元高效换热器的第二换热管束流体进出口，所述蒸发冷的循环水进出口连接四元高效换热器的第三换热管束流体进出口；

所述制冰脱冰组件包括新鲜水缓冲罐、水泵、乙二醇缓冲罐、乙二醇泵，所述新鲜水缓冲罐的新鲜水出口通过水泵分别连接蒸发器的新鲜水进口和四元高效换热器的第一换热管束进口，所述四元高效换热器的第一换热管束出口连接新鲜水缓冲罐的新鲜水进口，所述乙二醇缓冲罐的乙二醇出口通过乙二醇泵连接蒸发器的乙二醇进口，所述蒸发器的乙二醇出口连接四元高效换热器的筒体壳程的进口管，所述四元高效换热器的筒体壳程的出口管连接乙二醇缓冲罐的乙二醇进口。

本发明还提供了一种吸收式制冰工艺，利用上述所述的吸收式制冰系统，包括以下步骤：

（1）在吸收式制冷组件中建立制冷剂循环：连通吸收器、预冷器、冷却塔、发生器、蒸发冷和蒸发器的制冷剂流程，使得蒸发器供冷，以对进入到蒸发器中的新鲜水进行制冰；

（2）在制冰脱冰组件中建立新鲜水循环和乙二醇循环：新鲜水缓冲罐中的新鲜水一部分泵入蒸发器中进行制冰，一部分泵入四元高效换热器中再循环至新鲜水缓冲罐；乙二醇缓冲罐中的乙二醇通过乙二醇泵进入蒸发器中，用于给制好的冰脱模，然后进入四元高效换热器中循环至乙二醇缓冲罐；

其中，四元高效换热中的其中两元流体进出口分别接入吸收式制冷组件中冷却塔的循环水进出口和蒸发冷的循环水进出口，利用冷却塔和蒸发冷中的循环水、制冰用的新鲜水对换热回送后的乙二醇进行复温加热，同时利用换热回送后的乙二醇对冷却塔和蒸发冷中的循环水、制冰用的新鲜水进行预冷。

本发明的有益效果在于：

（1）将三台换热器集成为一台，极大地减少设备的投资。通过将螺旋绕管支撑在折流板上，一方面省去了传统螺旋绕管换热器内部的芯筒支撑件，优化了壳程流体的流道，提高了壳程传热效果。另一方面将传统固定管板换热器中壳程流体在折流板缺口处平行于直管换热管流动转化为垂直绕管换热管的流动，即将平行流转化为垂直流。优化了壳程流体流动方式，亦提高了的壳程传热效果。另外，四元高效换热器为纯逆流换热器，传热效能高。

（2）将冷却塔和蒸发冷中的循环水、用于制冰用的新鲜水用于对换热回送后的乙二醇进行复温加热，既可以提高换热回送后的乙二醇温度，减少其脱冰时间，提高制冰的生产效率，又可以降低系统中冷却塔、蒸发冷及蒸发器的负荷，节省冷却塔与蒸发冷风机用电量。以上能提高机组内部能量的利用率，降低机组的能耗，提高机组的COP。

附图说明

图1是现有吸收式制冰系统流程示意图；

图2是现有脱冰工艺流程图；

图3是本发明四元高效换热器的整体结构示意图；

图4是本发明中的制冰工艺流程图。

图示：1、筒体；2、第一换热管束；3、第二换热管束；4、第三换热管束；5、折流板。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请做出一些非本质的改进和调整。

如图3所示，本实施例的四元高效换热器是在固定管板换热器的基础上进行设计改进的，第一管板A1、第二管板A2之间布置直管换热管，是为第一换热管束2，且第一换热管束2布置在第一管板A1、第二管板A2的中心圆形区域。第一管板A1、第二管板A2边缘环形区域布置两组螺旋绕管式换热管，是为第二换热管束3和第三换热管束4，两组螺旋缠绕换热管分别汇集在侧面的第三管板B1、B2与C1、C2上，每组短节均焊接在筒体1上，并在短节上引出各自的管道，构成双通道型螺旋管换热器。

筒体壳程流动第一元流体，第一换热管束用于第二元流体流动换热，第二换热管束用于第三元流体流动换热，第三换热管束用于第四元流体流动换热。

壳程筒体1内设置折流板5，相邻折流板5缺口相互错开且折流板5的间距为螺旋绕管节距的一半，折流板5一方面起支撑直管管束、螺旋绕管束的作用，另一方面起加大壳程介质流动湍动程度的作用，提高壳程侧传热系数。

如图4所示，为本实施例所示的吸收式制冰系统，将如图1所示的吸收式制冷组件和如图2所示的制冰脱冰组件，以及图3所示四元高效换热器整合到一起，将四元高效换热中的其中两元流体进出口分别接入吸收式制冷组件中冷却塔的循环水进出口和蒸发冷的循环水进出口，将四元高效换热中的其中另两元流体进出口分别接入制冰脱冰组件中的制冰用新鲜水、脱冰用乙二醇。

在本实施例中四元高效换热器的筒体壳程走乙二醇，第一换热管束管程走制冰用的新鲜水，第二换热管束3和第三换热管束4的管程分别走冷却塔和蒸发冷内的循化水，壳、管程介质完全逆流操作。

如图4所示，吸收式制冷组件包括吸收器、预冷器、冷却塔、发生器、蒸发冷和蒸发器，发生器的制冷剂出口经过蒸发冷、GVX换热器到达蒸发器制冷剂进口，蒸发冷的循环水进出口连接四元高效换热器的第二换热管束3，蒸发器的制冷剂出口经过GVX换热器到达吸收器的制冷剂进口，发生器的工质溶液出口经过GAX换热器到达预冷器后再经过调节阀到达吸收器的工质溶液进口，吸收器的工质溶液出口经过溶液泵和GAX换热器返回至发生器的工质溶液进口，循环水经过冷却塔引入，经过循环水泵泵水吸收器中，再由吸收器的循环水出口经过预冷器返回至冷却塔排出，冷却塔的循环水接入四元高效换热器的第三换热管束4。

如图4所示，制冰脱冰组件包括新鲜水缓冲罐、水泵、乙二醇缓冲罐、乙二醇泵，新鲜水缓冲罐的新鲜水出口通过水泵分别连接蒸发器的新鲜水进口和四元高效换热器的第一换热管束2进口，四元高效换热器的第一换热管束2出口连接新鲜水缓冲罐的新鲜水进口，乙二醇缓冲罐的乙二醇出口通过乙二醇泵连接蒸发器的乙二醇进口，蒸发器的乙二醇出口连接四元高效换热器的筒体壳程的进口管，四元高效换热器的筒体壳程的出口管连接乙二醇缓冲罐的乙二醇进口。

本实施例所述的吸收式制冰工艺，包括以下步骤：

（1）在吸收式制冷组件中建立制冷剂循环：连通吸收器、预冷器、冷却塔、发生器、蒸发冷和蒸发器的制冷剂流程，发生器内雾化的工质溶液与高温高压的制冷剂直接接触进行传热传质，工质溶液中的气态制冷剂混合水蒸气被蒸发出发生器，然后进入蒸发冷中，蒸发冷中冷凝后的液态制冷剂进入蒸发器与新鲜水进行换热，液态制冷剂蒸发形成气态制冷剂进入吸收器，和发生器进入吸收器的工质溶液混合后进入发生器，从而建立制冷剂循环，以对进入到蒸发器中的新鲜水进行制冰；

（2）在制冰脱冰组件中建立新鲜水循环和乙二醇循环：新鲜水缓冲罐中的新鲜水一部分泵入蒸发器中进行制冰，一部分泵入四元高效换热器中再循环至新鲜水缓冲罐；乙二醇缓冲罐中的乙二醇通过乙二醇泵进入蒸发器中，用于给制好的冰脱模，然后进入四元高效换热器中循环至乙二醇缓冲罐；

其中，四元高效换热中的其中两元流体进出口分别接入吸收式制冷组件中冷却塔的循环水进出口和蒸发冷的循环水进出口，利用冷却塔和蒸发冷中的循环水、制冰用的新鲜水对换热回送后的乙二醇进行复温加热，同时利用换热回送后的乙二醇对冷却塔和蒸发冷中的循环水、制冰用的新鲜水进行预冷。

在目前的脱冰工艺中设置一台四元高效换热器，将换热回送后的乙二醇引入四元高效换热器中的壳程，将冷却塔和蒸发冷中的循环水、用于制冰用的新鲜水引入四元高效换热器中的管程。用冷却塔和蒸发冷中的循环水、用于制冰用的新鲜水用于对换热回送后的乙二醇进行复温加热，换热后的介质各自回送至原系统中。

将冷却塔和蒸发冷中的循环水、用于制冰用的新鲜水用于对换热回送后的乙二醇进行复温加热，既可以提高换热回送后的乙二醇的温度，减少其脱冰时间，提高制冰的生产效率，又可以降低系统中冷却塔、蒸发冷及蒸发器的负荷，节省冷却塔与蒸发冷风机用电量。以上能提高机组内部能量的利用率，降低机组的能耗，提高机组的COP。

四元高效换热器将三台换热器集成为一台，极大地减少设备的投资。通过将螺旋绕管支撑在折流板上，一方面省去传统螺旋绕管换热器内部的芯筒支撑件，优化壳程流体的流道，提高壳程传热效果。另一方面将传统固定管板换热器中壳程流体在折流板缺口处平行于直管换热管流动转化为垂直绕管换热管的流动，即将平行流转化为垂直流。优化壳程流体流动方式，亦提高了的壳程传热效果，另外，四元高效换热器为纯逆流换热器，传热效能高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种四元高效换热器，其特征在于，所述换热器内供四元流体进行换热，所述换热器包括筒体及筒体两端的管头，所述筒体壳程流动第一元流体，所述筒体与管头两端之间分别设有第一管板和第二管板，所述第一管板和第二管板之间设有用于第二元流体流动换热的第一换热管束；

所述筒体内部第一换热管束的外围分别设有用于第三元流体流动换热的第二换热管束和用于第四元流体流动换热的第三换热管束；

所述第二换热管束和第三换热管束的进出口分别设置在筒体两侧端上下的短节内。

2.根据权利要求1所述的四元高效换热器，其特征在于，所述四元高效换热器为立式换热器。

3.根据权利要求1所述的四元高效换热器，其特征在于，所述筒体两端的管头外壁上分别设有液体进口和液体出口。

4.根据权利要求1所述的四元高效换热器，其特征在于，所述筒体内部设有若干组折流板，相邻折流板缺口相互错开，折流板的间距为螺旋绕管节距的一半。

5.根据权利要求3所述的四元高效换热器，其特征在于，所述筒体外壁设有进口管和出口管，所述进口管设于第一组折流板的上方，所述出口板设于末组折流板的下方。

6.根据权利要求1所述的四元高效换热器，其特征在于，所述短节包括焊接在筒体外壁的壳体及位于壳体外壁的管道，所述壳体内部通过第三管板分隔，第三管板一侧区域与管道连通，另一侧区域与第二换热管束或第三换热管束连通。

7.根据权利要求1所述的四元高效换热器，其特征在于，位于第一管板和第二管板之间的第一换热管束为直管，所述直管的布管区域截面为圆形，所述第二换热管束和第三换热管束位于直管布管区域与筒体内壁之间的环形区域，所述第二换热管束和第三换热管束均为螺旋绕管式换热管。

8.一种吸收式制冰系统，包括吸收式制冷组件和制冰脱冰组件，其特征在于，还包括权利要求1-7任一所述的四元高效换热器，将四元高效换热中的其中两元流体进出口分别接入吸收式制冷组件中冷却塔的循环水进出口和蒸发冷的循环水进出口，将四元高效换热中的其中另两元流体进出口分别接入制冰脱冰组件中的制冰用新鲜水、脱冰用乙二醇。

9.根据权利要求8所述的吸收式制冰系统，其特征在于，所述吸收式制冷组件包括吸收器、预冷器、冷却塔、发生器、蒸发冷和蒸发器，所述冷却塔的循环水进出口连接四元高效换热器的第二换热管束流体进出口，所述蒸发冷的循环水进出口连接四元高效换热器的第三换热管束流体进出口；

所述制冰脱冰组件包括新鲜水缓冲罐、水泵、乙二醇缓冲罐、乙二醇泵，所述新鲜水缓冲罐的新鲜水出口通过水泵分别连接蒸发器的新鲜水进口和四元高效换热器的第一换热管束进口，所述四元高效换热器的第一换热管束出口连接新鲜水缓冲罐的新鲜水进口，所述乙二醇缓冲罐的乙二醇出口通过乙二醇泵连接蒸发器的乙二醇进口，所述蒸发器的乙二醇出口连接四元高效换热器的筒体壳程的进口管，所述四元高效换热器的筒体壳程的出口管连接乙二醇缓冲罐的乙二醇进口。

10.一种吸收式制冰工艺，其特征在于，利用权利要求9所述的吸收式制冰系统，包括以下步骤：

在吸收式制冷组件中建立制冷剂循环：连通吸收器、预冷器、冷却塔、发生器、蒸发冷和蒸发器的制冷剂流程，使得蒸发器供冷，以对进入到蒸发器中的新鲜水进行制冰；

在制冰脱冰组件中建立新鲜水循环和乙二醇循环：新鲜水缓冲罐中的新鲜水一部分泵入蒸发器中进行制冰，一部分泵入四元高效换热器中再循环至新鲜水缓冲罐；乙二醇缓冲罐中的乙二醇通过乙二醇泵进入蒸发器中，用于给制好的冰脱模，然后进入四元高效换热器中循环至乙二醇缓冲罐；

其中，四元高效换热中的其中两元流体进出口分别接入吸收式制冷组件中冷却塔的循环水进出口和蒸发冷的循环水进出口，利用冷却塔和蒸发冷中的循环水、制冰用的新鲜水对换热回送后的乙二醇进行复温加热，同时利用换热回送后的乙二醇对冷却塔和蒸发冷中的循环水、制冰用的新鲜水进行预冷。

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