CN117450685B - 一种节能型高效吸收器及多级冷却系统和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能型高效吸收器及多级冷却系统和工艺，涉及吸收式制冷/热泵技术领域，吸收器包括筒体、管板和封头、换热管以及喷淋管，位于换热管流出端的封头呈锥形，封头的大径端连接管板，且小径端依次设有直筒管、变径管和喷嘴，直筒管、变径管和喷嘴整体的外部设有进液室，进液室与筒体底部之间设有引液管，进液室的一端设有相互连通的混合室，混合室的一端依次设有缩径管、缓冲管和扩压管。将冷凝器中高压液态制冷剂分一路进入吸收器中，取代循环水，其在吸收器管内吸热产生流动沸腾，发生相变，其传热的效率将极大提高，而且其作为机组自产的液态制冷剂，温度稳定，受夏季高温影响极小。以此增加多级冷却系统多级冷却的稳定性。

Description

一种节能型高效吸收器及多级冷却系统和工艺

技术领域

本发明涉及吸收式制冷/热泵技术领域，具体涉及一种节能型高效吸收器及多级冷却系统和工艺。

背景技术

如图1所示，吸收式制冷机组是利用低品位余热驱动热力工质，通过工质（如氨气）的相变进行制冷。主要设备包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液泵等。利用低品位余热在发生器中加热，由溶液泵从吸收器输送来的具有一定浓度的富含制冷剂的混合溶液(简称富液)，使富溶液中的大部分低沸点的制冷剂解吸出来，成为高压气态制冷剂进入冷凝器中,被循环水冷却成高压液态制冷剂，高压液态制冷剂经过膨胀阀减压成低压液态制冷剂，低压液态的制冷剂进入蒸发器中，吸收需要冷却的介质（载冷剂）的热量而汽化成低压气态制冷剂，低压气态制冷剂进入吸收器中。在发生器中经发生过程剩余的高压贫液经减压阀减压成低压贫液，进入吸收器中，与从蒸发器出来的低压气态制冷剂相混合吸收，恢复到原来的浓度，成为常温富液，常温富液经溶液泵升压后送入发生器中继续循环工作。循环水先用于吸收器溶液的降温，再用于冷凝器的降温。

以上制冷工艺中热源可以为低品位余热，也可以为生产过程中需要冷却或冷凝的介质，如精馏系统中的塔顶气等。当需要冷凝的介质冷凝成饱和液体，需要通过泵输送到下一工段时，饱和液体进入泵中，极易造成泵的汽蚀。常规的做法是加大外部热源冷凝器与泵之间的高度差，将有效汽蚀余量加大，这样会增加了工艺管路的成本。

吸收器作为吸收式制冷机组的核心设备，其吸收效率直接影响着吸收式制冷机组的制冷性能。吸收过程本质主要是传热与传质耦合的过程，传热性能的好坏直接影响着传质。如图2所示，目前的吸收器结构主要是：壳体内布置着管束，循环水在管内通过。在管束上方有一层喷淋装置，贫液由顶部进入喷淋装置内，由喷淋装置喷出雾化状，喷洒在管束外壁上，形成薄膜并逐排流下。使所有管子表面外都为液膜所包围。气态制冷剂进入壳体后，与管壁外的液膜接触为后者所吸收，产生的混合热可及时经由管壁传给循环水。即吸收过程产生的热量通过循环水带走，循环水作为吸收器的冷源，其吸收热量属于显热温升，没有相变，效率有限。尤其是在夏季，循环水温度较高，进入吸收器与吸收液的传热温差较小，所带走的热量非常有限。因而制约着吸收器的传质过程，直接影响吸收器的吸收效率。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种节能型高效吸收器及多级冷却系统和工艺。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明提供一种节能型高效吸收器，包括筒体、位于筒体两端的管板和封头、位于筒体内部且连通两端封头的换热管以及位于筒体内部顶端的喷淋管，其中，所述换热管用于流动高压气态制冷剂，所述喷淋管用于喷淋低压贫液，所述筒体上设有低压气态制冷剂进口，位于所述换热管流出端的封头呈锥形，所述封头的大径端连接管板，且小径端依次设有直筒管、变径管和喷嘴，所述直筒管、变径管和喷嘴整体的外部设有进液室，所述进液室与筒体底部之间设有引液管，用于从筒体向进液室引入含制冷剂的富液，所述进液室的一端设有相互连通的混合室，所述混合室内部设有锥形盘管，用于流动循环水，所述混合室的一端依次设有缩径管、缓冲管和扩压管。

作为本发明的进一步优化方案，所述锥形盘管靠近喷嘴的一端为大径端，且大径端设置循环水出口，所述锥形盘管的另一端为小径端，且小径端设置循环水进口。

作为本发明的进一步优化方案，所述变径管与喷嘴焊接，直筒管与进液室焊接。

本发明提供一种上述节能型高效吸收器的运行方法，包括以下步骤：

高压液态制冷剂从左侧封头进入换热管内，在管内吸收管外的低压贫液和低压气态制冷剂吸收过程产生的热量，产生流动沸腾，发生相变，产生高压气态制冷剂通过右侧锥形状的封头通过直筒管和变径管压缩后进入喷嘴，作为引射源，在混合室中引射来自筒体中的吸收后含一定浓度制冷剂的富液；其中，所述富液通过引液管和进液室进入到混合室中；

高压气态制冷剂和所述富液在混合室中混合吸收，与锥形盘管内的循环水逆流操作，吸收产生的热量由锥形盘管内的循环水带走，在混合室中吸收产生的富液，依次通过缩径管、缓冲管和扩压管，获得中压富液，中压富液通过溶液泵送入发生器中。

本发明提供一种多级冷却系统，包括发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，所述吸收器为上述节能型高效吸收器；

所述吸收器的扩压管通过溶液泵连接发生器的富液进口，所述发生器的贫液出口通过减压阀连接所述吸收器的喷淋管，所述冷凝器的高压液态制冷剂出口分别连接蒸发器的液态制冷剂进口以及所述吸收器的一端封头，所述蒸发器的低压气态制冷剂出口连接所述吸收器的低压气态制冷剂进口。

作为本发明的进一步优化方案，所述混合室内部的锥形盘管的循环水出口连接冷凝器的循环水进口。

作为本发明的进一步优化方案，所述发生器的热源出口连接蒸发器的热源进口。

本发明提供一种多级冷却工艺，利用上述多级冷却系统实现，包括以下步骤：

将待冷却的介质先进入发生器中，驱动多级冷却系统，待冷却的介质被冷却或冷凝，完成一级冷却；

待冷却的介质从发生器流出后再进入蒸发器中，利用蒸发器中的低压液态的制冷剂吸收其热量汽化成低压态气态制冷剂，自身再次被冷却，完成二级冷却；

其中，发生器受热驱动后，高压气态制冷剂进入冷凝器中被冷凝为高压液态制冷剂，高压液态制冷剂分一路进入吸收器中，作为吸收器的冷源，取代循环水，用于保证多级冷却系统的稳定性。

本发明的原理：在吸收式制冷工艺中，如果将待冷却介质使其处于过冷状态，这样进入泵中，就可以避免泵的汽蚀。但待冷却介质使其处于过冷状态，需要的冷量较大，对冷源的温度要求较高。常规的循环水作为冷源，很难满足工艺要求。如果待冷却介质作为以上制冷工艺中热源，使其热量在发生器中被利用驱动制冷机组，自身冷凝成饱和液体。再将冷凝下来的饱和液体进入蒸发器中，让蒸发器中的低压液态制冷剂吸收其热量，使其成为过冷态。这样，待冷却介质即在制冷机组内被多级冷却。一级冷却在发生器中被冷凝成饱和液体，一级冷却产生的热量用于驱动制冷机组产生的冷量，产生的冷量用于其在蒸发器被二次冷却，使其处于过冷态。

将冷凝器中冷凝下来的高压液态制冷剂分一路进入吸收器中，作为吸收器的冷源。由其取代循环水，其在吸收器管内吸热产生流动沸腾，发生相变。其传热的效率将极大提高。而且其作为机组自产的液态制冷剂，温度稳定，受夏季高温影响极小。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的节能型高效吸收器，由于从冷凝器中进入吸收器内高压液态制冷剂，吸热相变成高压气态制冷剂，其压力较高。因此，通过本申请所述的吸收器，将吸收换热后产生的高压气态制冷剂作为引射源，引射吸收器内含制冷剂一定浓度的富液，二次引射后产生的富液，其压力将高于其原先流出吸收器时的压力。同时在引射器设置盘管，将吸收产生的热量由循环水带走。因为吸收分压较高，二次吸收产生的吸收液温度较高，故对循环水温度的要求不高，夏季工况也能满足工艺要求。可降低后续溶液泵对其提压，送往发生器的负荷，节省溶液泵所需的电能，降低机组的能耗，提高COP。

本发明提供的多级冷却系统，将待冷却的介质（热源）先进入发生器中，利用其热量加热热力工质，驱动制冷机组。自身被冷却或冷凝，完成一级冷却。待冷却的介质从发生器流出后再将其进入蒸发器中，利用蒸发器中的低压液态的制冷剂吸收其热量汽化成低压态气态制冷剂，继续完成制冷循环。待冷却的介质在蒸发器中被吸收热量后，自身再次被冷却，完成二级冷却。能够实现能量自身的跃迁和高效利用，多级冷却相比一级冷却，能够减少设备之间的传热温差，减小设备的温差应力，使设备的结构更趋于常规化，提高设备运行的安全性和稳定性。

对于冷却介质为饱和蒸气，在发生器中完成一级冷却，被冷凝成饱和液体。在蒸发器中被二级冷却，再次被冷却成过冷态。能够减小后续泵输送时的汽蚀余量，避免泵发生汽蚀。

附图说明

图1是现有技术中吸收式制冷机组流程示意图；

图2是现有技术中吸收器的结构简易示意图；

图3是本发明中的节能型高效吸收器的结构简易示意图；

图4是图3的第一个局部截取示意图；

图5是图3的第二个局部截取示意图；

图6是本发明中多级冷却系统流程示意图。

图中：1、直筒管；2、变径管；3、进液室；4、引液管；5、喷嘴；6、混合室；7、锥形盘管；8、缩径管；9、缓冲管；10、扩压管。

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作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

本实施例中的节能型高效吸收器，如图3-5所示，包括筒体、位于筒体两端的管板和封头、位于筒体内部且连通两端封头的换热管以及位于筒体内部顶端的喷淋管，其中，换热管用于流动高压气态制冷剂，喷淋管用于喷淋低压贫液，筒体上设有低压气态制冷剂进口。

本发明在上述传统吸收器的结构基础上进行改进，具体为：位于换热管流出端的封头呈锥形，封头的大径端连接管板，且小径端依次设有直筒管1、变径管2和喷嘴5，直筒管1、变径管2和喷嘴5整体的外部设有进液室3，变径管2与喷嘴5焊接，直筒管1与进液室3焊接；

进液室3与筒体底部之间设有引液管4，用于从筒体向进液室3引入含制冷剂的富液；

进液室3的一端设有相互连通的混合室6，混合室6内部设有锥形盘管7，用于流动循环水，锥形盘管7靠近喷嘴5的一端为大径端，且大径端设置循环水出口，锥形盘管7的另一端为小径端，且小径端设置循环水进口，混合室6的一端依次设有缩径管8、缓冲管9和扩压管10。

该节能型高效吸收器的运行方法，包括以下步骤：

高压液态制冷剂从左侧封头进入换热管内，在管内吸收管外的低压贫液和低压气态制冷剂吸收过程产生的热量，产生流动沸腾，发生相变，产生高压气态制冷剂通过右侧锥形状的封头通过直筒管1和变径管2压缩后进入喷嘴5，作为引射源，在混合室6中引射来自筒体中的吸收后含一定浓度制冷剂的富液；其中，富液通过引液管4和进液室3进入到混合室6中；

高压气态制冷剂和富液在混合室6中混合吸收，与锥形盘管7内的循环水逆流操作，吸收产生的热量由锥形盘管7内的循环水带走，在混合室6中吸收产生的富液，依次通过缩径管8、缓冲管9和扩压管10，获得中压富液，中压富液通过溶液泵送入发生器中。

实施例2

本实施例提供一种多级冷却系统，如图6所示，包括发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，吸收器为上述节能型高效吸收器；

发生器的高压气态制冷剂出口连接冷凝器的高压气态制冷剂进口，冷凝器的高压液态制冷剂出口分为两股，一股通过膨胀阀连接蒸发器的液态制冷剂进口，另一股连接至吸收器的一端封头，吸收器的扩压管10通过溶液泵连接发生器的富液进口，发生器的贫液出口通过减压阀连接吸收器的喷淋管，冷凝器的高压液态制冷剂出口分别连接蒸发器的液态制冷剂进口以及吸收器的一端封头，蒸发器的低压气态制冷剂出口连接吸收器的低压气态制冷剂进口。

混合室6内部的锥形盘管7的循环水出口连接冷凝器的循环水进口，循环水进入所述节能型高效吸收器后，再流入冷凝器中，从冷凝器中流出。

发生器的热源出口连接蒸发器的热源进口，待冷却介质（低品位热源）进入发生器后，再进入蒸发器中，从蒸发器中流出。

一种多级冷却工艺，利用上述多级冷却系统实现，包括以下步骤：

将待冷却的介质（热源）先进入发生器中，利用其热量加热热力工质，驱动制冷机组，自身被冷却或冷凝，完成一级冷却。待冷却的介质从发生器流出后再将其进入蒸发器中，利用蒸发器中的低压液态的制冷剂吸收其热量汽化成低压态气态制冷剂，继续完成制冷循环。

待冷却的介质从发生器流出后再进入蒸发器中，利用蒸发器中的来自冷凝器且经过膨胀阀的低压液态制冷剂吸收其热量汽化成低压态气态制冷剂，自身再次被冷却，完成二级冷却，能够实现能量自身的跃迁和高效利用。

其中，发生器受热驱动后，高压气态制冷剂进入冷凝器中被冷凝为高压液态制冷剂，高压液态制冷剂分一路进入吸收器中，作为吸收器的冷源，由其取代循环水，其在吸收器管内吸热产生流动沸腾，发生相变，其传热的效率将极大提高，而且其作为机组自产的液态制冷剂，温度稳定，受夏季高温影响极小，用于保证多级冷却系统的稳定性。

多级冷却相比一级冷却，能够减少设备之间的传热温差，减小设备的温差应力，使设备的结构更趋于常规化，提高设备运行的安全性和稳定性。

对于冷却介质为饱和蒸气，在发生器中完成一级冷却，被冷凝成饱和液体。在蒸发器中被二级冷却，再次被冷却成过冷态。能够减小后续泵输送时的汽蚀余量，避免泵发生汽蚀。

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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种节能型高效吸收器，包括筒体、位于筒体两端的管板和封头、位于筒体内部且连通两端封头的换热管以及位于筒体内部顶端的喷淋管，其中，所述换热管用于流动高压气态制冷剂，所述喷淋管用于喷淋低压贫液，所述筒体上设有低压气态制冷剂进口，其特征在于，位于所述换热管流出端的封头呈锥形，所述封头的大径端连接管板，且小径端依次设有直筒管、变径管和喷嘴，所述直筒管、变径管和喷嘴整体的外部设有进液室，所述进液室与筒体底部之间设有引液管，用于从筒体向进液室引入含制冷剂的富液，所述进液室的一端设有相互连通的混合室，所述混合室内部设有锥形盘管，用于流动循环水，所述混合室的一端依次设有缩径管、缓冲管和扩压管；其中，来自吸收式制冷机组中冷凝器的高压液态制冷剂通过一侧封头流入所述换热管中，作为吸收器的冷源，吸收换热管外的低压贫液和低压气态制冷剂吸收过程产生的热量以产生流动沸腾发生相变，生成高压气态制冷剂经过另一侧封头再经过直筒管和变径管压缩后进入喷嘴，作为引射源，在混合室中引射来自筒体的含制冷剂的富液。

2.根据权利要求1所述的一种节能型高效吸收器，其特征在于，所述锥形盘管靠近喷嘴的一端为大径端，且大径端设置循环水出口，所述锥形盘管的另一端为小径端，且小径端设置循环水进口。

3.根据权利要求1所述的一种节能型高效吸收器，其特征在于，所述变径管与喷嘴焊接，直筒管与进液室焊接。

4.一种权利要求1-3任一所述节能型高效吸收器的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

高压液态制冷剂从左侧封头进入换热管内，在管内吸收管外的低压贫液和低压气态制冷剂吸收过程产生的热量，产生流动沸腾，发生相变，产生高压气态制冷剂通过右侧锥形状的封头通过直筒管和变径管压缩后进入喷嘴，作为引射源，在混合室中引射来自筒体中的吸收后含一定浓度制冷剂的富液；其中，所述富液通过引液管和进液室进入到混合室中；

高压气态制冷剂和所述富液在混合室中混合吸收，与锥形盘管内的循环水逆流操作，吸收产生的热量由锥形盘管内的循环水带走，在混合室中吸收产生的富液，依次通过缩径管、缓冲管和扩压管，获得中压富液，中压富液通过溶液泵送入发生器中。

5.一种多级冷却系统，包括发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，其特征在于，所述吸收器为权利要求1-3任一所述的节能型高效吸收器；

所述吸收器的扩压管通过溶液泵连接发生器的富液进口，所述发生器的贫液出口通过减压阀连接所述吸收器的喷淋管，所述冷凝器的高压液态制冷剂出口分别连接蒸发器的液态制冷剂进口以及所述吸收器的一端封头，所述蒸发器的低压气态制冷剂出口连接所述吸收器的低压气态制冷剂进口。

6.根据权利要求5所述的一种多级冷却系统，其特征在于，所述混合室内部的锥形盘管的循环水出口连接冷凝器的循环水进口。

7.根据权利要求6所述的一种多级冷却系统，其特征在于，所述发生器的热源出口连接蒸发器的热源进口。

8.一种多级冷却工艺，其特征在于，利用权利要求7所述的多级冷却系统实现，包括以下步骤：

将待冷却的介质先进入发生器中，驱动多级冷却系统，待冷却的介质被冷却或冷凝，完成一级冷却；

待冷却的介质从发生器流出后再进入蒸发器中，利用蒸发器中的低压液态的制冷剂吸收其热量汽化成低压态气态制冷剂，自身再次被冷却，完成二级冷却；

其中，发生器受热驱动后，高压气态制冷剂进入冷凝器中被冷凝为高压液态制冷剂，高压液态制冷剂分一路进入吸收器中，作为吸收器的冷源，取代循环水，用于保证多级冷却系统的稳定性。