CN1182356C

CN1182356C - 吸收器

Info

Publication number: CN1182356C
Application number: CNB001074172A
Authority: CN
Inventors: 上原春男
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2004-12-29
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: DK1058069T3; TW430735B; EP1058069B1; EP1058069A1; US6435484B1; JP3091860B1; HK1032814A1; DE60011850D1; CN1275707A; JP2000346566A; DE60011850T2; KR20000077215A; KR100674151B1

Abstract

本发明涉及一种将气相的工作流体吸收到液相的工作流体中的吸收器，其具有被分隔壁分隔为至少三个以上区域的、大致呈箱形的机壳，在机壳内设置着多个大致呈筒形的湿筒部，分别与湿筒部一边的端部开口部连通的冷却用流体供给部，分别与湿筒部另一边的端部开口部连通的冷却用流体回收部。在面向机壳被分隔出的区域中两边分别存在其它区域的中间区域的上下侧分隔壁与贯穿各分隔壁的湿筒部的外周面之间形成有一定间隙。

Description

吸收器

本发明涉及一种将气相的工作流体吸收到液相的工作流体中的吸收器，特别涉及一种比较经济，而且可提高设备热效率的吸收器。

在温差发电，或蒸气动力等设备中，一般都是在工作流体与高温流体以及低温流体之间进行热传递，通过让工作流体进行压缩、蒸发、膨胀与冷凝的一系列循环，取出动力。另一方面，在冷冻机与热泵中，又让工作流体进行工作，在压缩、蒸发、膨胀与冷凝的一系列循环中，在工作流体与高温流体以及低温流体之间实现热量的吸收或放出。

在这种动力循环系统或冷冻(热泵)循环系统中，为了在高温流体与低温流体之间温差不大的情况下，提高热效率，历来都是采用氨之类的低沸点流体与水之类的高沸点流体的混合流体作为工作流体。

特别是，在采用这种混合流体的动力循环系统中，为了适应抑制冷凝器的热交换量、缩小冷凝器的传热面，同时减少低温流体的供给流量，降低成本的要求，一般采取的方法是在循环系统中装进吸收器，用该吸收器将从膨胀器(透平)出来的工作流体的蒸气吸收到从蒸发器出来之后一时分离的液相工作流体中，同时用低温流体或别的冷却用流体回收吸收时的冷凝潜热与吸收热，将未被吸收的残留工作流体蒸气送到冷凝器，从而减少到达冷凝器的热量。

图9所示的是装有这种吸收器的动力循环系统的一个实例。该图9是含吸收器的动力循环系统的概略说明图。

在上述图9中，现有的动力循环系统，具有让液相的工作流体与高温流体进行热交换、使一部分工作流体蒸发的蒸发器101，让从蒸发器101出来的工作流体的气相成份与液相成份分离的气液分离器102，用气液分离器102分离出来的液相工作流体对进入蒸发器101之前的工作流体进行预热的再生器103，使从再生器103出来的液相工作流体压力降低的减压阀104，让气液分离器102分离出来的气相工作流体流入、膨胀，取出动力的透平105，使从透平105出来的气相工作流体与从减压阀104出来的液相工作流体接触的吸收器106，使从吸收器106出来的工作流体中的气相工作流体冷凝的冷凝器107，贮留从冷凝器107出来的工作流体的储存罐108，以及给从储存罐108出来的工作流体加以一定压力，送向再生器103以及在其前面的蒸发器101的送出泵109。

现有的吸收器，在化工、食品加工等各种设备中，用来将气相工作流体吸收到液相工作流体中。

现有的动力循环系统具有上述的结构，通过利用吸收器106，将气相工作流体吸收到液相工作流体中来，可以提高循环系统的热效率，这可以通过计算得到证明，但是如何将该吸收器106实际应用于动力循环系统设备中依然是个课题。

本发明的目的是提供一种能让液相工作流体高效率地吸收气相工作流体，从而能使利用含动力循环系统等吸收工序在内的循环系统的设备，或整个机器成本降低，热效率提高的吸收器。

本发明的吸收器，是至少两种以上不同沸点的物质混合而成的工作流体分别在液相与气相状态下被供给、气相工作流体与液相工作流体接触并被其吸收的吸收器，其特征是具有内部至少被两个以上大致平行的分隔壁在上下方向分隔为至少三个以上区域的、大致呈箱形的机壳；由多个有大致平行、且相隔一定间隔相对向的两面、两端为开放状态的大致呈筒形的筒体构成的湿筒部，上述湿筒部的结构是在上述机壳内、设置有多个上述大致呈筒形的筒体的筒轴方向与上下方向一致、且面与面大致平行相对向排列的上述大致呈筒形的筒体，大致呈筒形的筒体的两端开口部分别位于机壳的最上部与最下部内；分别与上述多个湿筒部一边的端部开口部连通、从外部向各湿筒部内供给冷却用流体的冷却用流体供给部；以及分别与上述多个湿筒部另一边的端部开口部连通、从各湿筒部内回收冷却用流体、将其取出到外部的冷却用流体回收部；在面向上述机壳被分隔出的区域中两边分别存在其它区域的中间区域的上侧及下侧分隔壁与贯穿各分隔壁的上述湿筒部的外周面之间，形成有一定的间隙，冷却用流体分别在上述的多个湿筒部内连续流下，液相工作流体从外部供给到与上述机壳的中间区域上侧相邻的区域，液相工作流体沿着各湿筒部外周从上述上侧分隔壁与湿筒部之间的间隙中连续流下，液相工作流体通过上述下侧的分隔壁与湿筒部之间的间隙流入与上述中间区域下侧相邻的区域，被取出到外部，同时，气相工作流体从外部供给到上述机壳的中间区域，与沿各湿筒部外周流下的液相工作流体接触。

这样，在本发明中，由于在大致呈箱形的机壳内设置着多个大致呈筒形的湿筒部，冷却用流体在该湿筒部内部通过，同时液相工作流体沿湿筒部的外周面流下，在工作流体与冷却用流体通过湿筒部进行热交换的同时，气相工作流体供给到机壳内，气相工作流体与液相工作流体接触，被其吸收，因此，一部分气相工作流体变成液相工作流体，减少了流向冷凝器的蒸气量，同时在冷凝器中进行热交换的热量中有一部分可以作为使工作流体温度上升的部分得到回收，可以减少冷凝器的传热面积，使冷凝器密集化，减少在冷凝器中转移到冷却用流体、废弃到系统外的热量，提高循环系统的热效率。湿筒部的外周与分隔壁之间的间隙成为液相工作流体到机壳中间区域的入口与出口，让适量的工作流体从间隙中沿湿筒部的外周流下，这样，可以在可向冷却用流体进行热转移的状态下，最大限度地确保液相工作流体与气相工作流体的接触面积，优化吸收效率，同时使结构简单，制造方便，成本降低。

本发明的吸收器，如有必要，可以在上述的湿筒部的各面形成在工作流体侧与冷却用流体侧凹凸正好相反而共同构成的、在液相工作流体流下方向为连续凸条形或沟形、在与上述连续方向垂直相交的方向为相隔一定间距并立、横截面为大致波浪形的凹凸形状的凹凸花纹。

这样，在本发明中，由于在湿筒部上形成了在液相工作流体流下方向的连续凹凸花纹，液相工作流体可沿该凹凸花纹流下，因此，可以确保扩大传热面积，并且让液相工作流体顺畅地流下，切实地与湿筒部接触，提高热量从吸收了气相工作流体的液相工作流体通过湿筒部转移到冷却用流体的热转移效率，快速地进行热转移，防止进行了吸收的工作流体再蒸发，使工作流体的吸收更加高效率地进行。

本发明的吸收器，如有必要，可以让气相工作流体在上述机壳中间区域的供给口与中间区域下部连通，未吸收的残留气相工作流体的排出口与中间区域的上部连通。

这样，在本发明中，由于气相工作流体的供给口与排出口形成于机壳侧面，分别与中间区域的下部与中间区域的上部连通，气相工作流体流是向上的，因此，气相工作流体在中间区域自下而上移动，与流下的液相工作流体对流，气相工作流体向液相工作流体的热转移没有浪费，可以提高热效率，同时可让气相工作流体切实地与液相工作流体接触，提高吸收效率。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明的一种实施方式的吸收器设置状态的侧视图。

图2是本发明的一种实施方式的吸收器的纵截面图。

图3是本发明的一种实施方式的吸收器的主要部分截面图。

图4是本发明的一种实施方式的吸收器上部的部分切口立体图。

图5是本发明的一种实施方式的吸收器下部的部分切口立体图。

图6是本发明的一种实施方式的吸收器主要部分切口立体图。

图7是本发明的另一种实施方式的吸收器主要部分切口立体图。

图8是采用本发明的一种实施方式的吸收器的动力循环系统的概略说明图。

图9是含吸收器的动力循环系统的概略说明图。

下面，参照图1～图6，对本发明的一种实施方式的吸收器进行说明。本实施方式的吸收器是采用低沸点流体氨与高沸点流体水的混合物作为工作流体的动力循环系统的一个组成部分，构成动力循环系统的其它机器标注了与上述现有的机器一样的符号，不再做说明。图1是本实施方式的吸收器设置状态的侧视图，图2是本实施方式的吸收器的纵截面图，图3是本实施方式的吸收器的主要部分截面图，图4是本实施方式的吸收器上部的部分切口立体图，图5是本实施方式的吸收器下部的部分切口立体图，图6是本实施方式的吸收器主要部分切口立体图。

如上述各图所示，本实施方式的吸收器1具有金属制的矩形箱形体形成的、在该箱形体内部分别设置着四个平行的分隔壁2a、2b、2c、2d，其内部被各分隔壁分隔成上侧区域4、工作流体供给区域5、中间区域6、工作流体回收区域7以及下侧区域8五个区域的机壳2；由多个有平行、且相隔一定间隔相对向的两面、两端为开放状态的大致呈筒形的筒体构成的湿筒部3，上述湿筒部的结构是在上述机壳2内、设置有多个上述大致呈筒形的筒体的筒轴方向与上下方向一致、分别贯穿分隔壁2a、2b、2c、2d，且面与面大致平行相对向排列的上述大致呈筒形的筒体，大致呈筒形的筒体的两端开口部分别位于上侧区域4与下侧区域8；在面向上述机壳2的中间区域6的分隔壁2b、2c与贯穿各分隔壁的上述湿筒部3的外周面之间，形成有一定宽度的间隙9。还有，分别与上述多个湿筒部3的上端开口部连通的上侧区域4作为上述冷却用流体供给部，将冷却用流体10供给到各湿筒部3内，分别与上述多个湿筒部3的下端开口部连通的下侧区域8作为上述冷却用流体回收部，从各湿筒部3内回收冷却用流体10。

上述机壳2，在一定的侧面上部，分别形成从外部向构成冷却用流体供给部的上侧区域4供给冷却用流体10的冷却用流体入口4a，以及向工作流体供给区域5供给液相工作流体11的上部供给口5a，在一定的侧面下部，分别形成从构成冷却用流体回收部的下侧区域8排出冷却用流体10的冷却用流体出口8a，以及从工作流体回收区域7排出液相工作流体11的下部供给口7a。在面向中间区域6的机壳2的一个侧面下部，设置着供给气相工作流体12的中间供给口6a，在面向中间区域6、与上述的一个侧面相对向的另一个侧面的上部一定部位，设置着取出气相工作流体12用的中间排出口6b。

上述的湿筒部3是具有长宽比很大的矩形开口截面的金属制筒形体，在贯穿各分隔壁2a、2b、2c、2d的状态下，在机壳2内设置有许多个，其两端部的外周面无间隙地密切固定于分隔壁2a、2d上，与分隔壁2b、2c则不是密切接触的，而是存在有一定宽度的间隙9。由于湿筒部3与分隔壁2a、2b密切接触，因此上侧区域4与下侧区域8同其它区域之间是不连通的，冷却用流体10与工作流体11不会混合。此外，由于湿筒部3与分隔壁2b、2c之间存在间隙9，因此工作流体供给区域5与工作流体回收区域7同中间区域6之间是相互连通的。在该湿筒部3面向中间区域6的部分，形成有一定的凹凸花纹，目的是增加传热面积与提高强度。

该湿筒部3的凹凸花纹是在湿筒部3的外侧与内侧凹凸正好相反而共同形成的一定形状的凹凸花纹。该凹凸花纹在上下方向呈连续凸条形或沟形、且在与上下方向垂直相交的方向呈相隔一定间距并立的、横截面大致呈波浪形的凹凸形状，在以氨、水混合物为工作流体，海水为冷却用流体的条件下，由对工作流体的热转移率最好的0.5～1.5mm宽的沟形部3a(从工作流体侧看的形状)并立设置形成(参照图6)。由于该凹凸花纹在工作流体11与冷却用流体10的流动方向、即上下方向呈连续凸条形或沟形，因此可以对各流体进行控制，顺畅地在上下方向引导各流体。

下面，对具有上述结构的吸收器的吸收动作进行说明。

事先由气液分离器102分离出来的气相工作流体(低沸点流体浓度高的混合蒸气)12，在再生器103中进行热交换，使温度降低，再在减压阀104中减压至一定压力而形成的液相工作流体(低沸点流体浓度低的混合液)11，由一定压力，通过上部供给口5a供给到机壳2的工作流体供给区域5。

另外，冷却用流体10由一定压力，通过冷却用流体入口4a供给到机壳2的上侧区域4，在多个湿筒部3内部连续流下(参照图3、图4)。

工作流体供给区域5供给的液相工作流体11从分隔壁2b与湿筒部3之间的间隙9流出，并沿湿筒部3的外周连续流下(参照图3、图4)，并通过中间区域6。

另一方面，由气液分离器102分离出来、经过透平105的气相工作流体12，被从机壳2一个侧面的中间供给口6a连续供给到中间区域6，与沿湿筒部3的外周面流下的液相工作流体11相对向地向上移动，到达各湿筒部3附近，与流下的液相工作流体11接触。

在湿筒部3的外侧，与流下的液相工作流体11接触的气相工作流体12，通过液相工作流体11与湿筒部3向内侧的冷却用流体10放出吸收热与冷凝潜热，被吸收到液相工作流体11中(参照图3)。

这时，在湿筒部3内部流下的冷却用流体10，从液相工作流体11汲取了一定的热量，防止了因吸收而使温度上升导致吸收后的液相工作流体被再蒸发。

吸收了气相工作流体12的液相工作流体11，成为低沸点流体浓度高的状态，在湿筒部3的外周面上向下方流下，经过湿筒部3与分隔壁2c之间的间隙，流入工作流体回收区域7(参照图5)。到达工作流体回收区域7的液相工作流体11被从机壳2下部的下部排出口7a取出。被取出的液相工作流体(低沸点流体浓度高的混合液)11，被送到冷凝器107的工作流体出口侧，与冷凝液成为一体。另一方面，未被吸收的残留气相工作流体12，成为低沸点流体浓度更低的状态，被从机壳2的另一个侧面的中间排出口6b回收，流向冷凝器107。冷却用流体10在各湿筒部3内部从液相工作流体11汲取了热量之后，从各湿筒部3内部流入下侧区域8(参照图5)，从该下侧区域8通过冷却用流体出口8a排出。

这样，在本实施方式的吸收器中，由于在机壳2内设置了大致呈筒形的湿筒部3，冷却用流体10在该湿筒部3内部通过，同时液相工作流体11沿湿筒部3的外周面流下，工作流体11与冷却用流体10之间通过湿筒部3进行热交换，气相工作流体12被供给到机壳2内，气相工作流体12与流下的液相工作流体11接触，被其吸收，因此，可以减少流向冷凝器的气相工作流体的量，减少冷凝器的传热面积，使冷凝器密集化，同时减少在冷凝器中转移到冷却用流体、废弃到系统外的热量，提高循环系统的热效率。

由于在湿筒部3上形成了上下方向的连续凹凸花纹，因此，液相工作流体11可沿湿筒部3顺畅地流下，切实地与湿筒部3接触，因此，可以扩大传热面积，并且提高热量从液相工作流体11通过湿筒部3转移到冷却用流体10的热转移效率，快速地进行热转移，防止进行了吸收的工作流体再蒸发。还有，由于湿筒部3的外周与分隔壁2b之间的间隙9成为液相工作流体11到中间区域6的入口与出口，让适量的工作流体从间隙中沿湿筒部的外周流下，因此，可以在可向冷却用流体10进行热转移的状态下，最大限度地确保液相工作流体11与气相工作流体12的接触面积，优化吸收效率，同时使结构简单，制造方便，成本降低。

在上述实施方式的吸收器中，湿筒部3是由一枚金属制板状体连接形成的、正规矩形开口截面的筒形体构成的，但是也可以由两枚大致的板状体，相隔一定空间连接成一体、形成的矩形开口截面的大致筒形体构成。

多个的湿筒部3是平行地组装在一起的，由分隔壁2a、2d支承，但是也可以将湿筒部3相互隔开一定间隔，留出空间，用贴合、焊接等方法构成一体，恰当地设定湿筒部3的平行面的间隔及湿筒部3与湿筒部3之间的间隔，便可充分确保液相与气相的工作流体能相互接触的部分。

在上述实施方式的吸收器中，湿筒部3面向中间区域6的凹凸花纹，是沟形部3a并立设置、横截面大致呈波浪形、在液相工作流体11流下的外侧与冷却用流体10流下的内侧凹凸正好相反而共同形成的凹凸花纹，但是不限于此，也可以让冷却用流体10流下的内侧为没有构成沟形部3a的凹凸的平滑的形状，这样，在工作流体的热转移率处于最佳状态的情况下，即使在冷却用流体含杂质的情况下，这类杂质也不容易附着在湿筒部3里面，可确实地维持冷却用流体的热转移率。

在上述实施方式的吸收器中，湿筒部3面向中间区域6的凹凸花纹，是宽度对液相工作流体11的热转移率最好的沟形部3a并立设置、横截面大致呈波浪形的凹凸形状，但是，也可以如图7所示，改变沟形部的设置状态，由与构成混合流体的各流体的不同表面张力相对应的宽度较窄的沟形部3b与宽度较宽的沟形部3c组合成一体构成横截面为复合波浪形的凹凸形状，沟形部3b与沟形部3c交互配置或按一定数目分别设置，这样，可以对被混合的各流体均进行最佳的热转移。

另外，沟形部的宽度也不限于上述的情况，在所用的工作流体与冷却用流体的种类不同的情况下，可以根据各流体的种类而采用适当的宽度。特别是在工作流体的表面张力较大，或湿筒部3的凹凸花纹设置尺寸较长的情况下，扩大凹凸形状的间距，可以更好地提高热转移性能，凹凸的加工也比较容易。

在上述实施方式的吸收器中，在湿筒部3面向中间区域6的部分分别形成有一定的凹凸花纹，但是在湿筒部3两侧的工作流体11与冷却用流体10之间存在压力差的情况下，可以在湿筒部3平行的两面与相邻的两个湿筒部3的相对向的面上的多个部位，让一部分相对向的凹凸花纹中凸出部分与凸出部分接触，依靠接触部分的支承来防止因压力差而造成凹凸反向，确保湿筒部3内部与各湿筒部3之间的间隙符合规定的尺寸。

上述实施方式的吸收器，如图8所示，在上述动力循环系统(参照图9)中，在吸收器106与冷凝器107后面设置有辅助冷凝器110的循环系统中，用作吸收器106，但是也可以用作上述的辅助冷凝器110，将冷凝器107未冷凝的气相工作流体吸收到液相工作流体中，保证将液相工作流体送到储存罐108中。上述实施方式的吸收器，不限于用于上述动力循环系统，也可以应用于冷冻机或热泵，化工设备等各吸收工艺中。

如上所述，根据本发明，由于在大致呈箱形的机壳内设置着多个大致呈筒形的湿筒部，冷却用流体在该湿筒部内部通过，同时液相工作流体沿湿筒部的外周面流下，在工作流体与冷却用流体通过湿筒部进行热交换的同时，气相工作流体供给到机壳内，气相工作流体与液相工作流体接触，被其吸收，因此，一部分气相工作流体变成液相工作流体，减少了流向冷凝器的蒸气量，同时在冷凝器中进行热交换的热量中有一部分可以作为使工作流体温度上升的部分得到回收，可以减少冷凝器的传热面积，使冷凝器密集化，减少在冷凝器中转移到冷却用流体、废弃到系统外的热量，提高循环系统的热效率。湿筒部的外周与分隔壁之间的间隙成为液相工作流体到机壳中间区域的入口与出口，让适量的工作流体从间隙中沿湿筒部的外周流下，这样，可以在可向冷却用流体进行热转移的状态下，最大限度地确保液相工作流体与气相工作流体的接触面积，优化吸收效率，同时使结构简单，制造方便，成本降低。

根据本发明，由于在湿筒部上形成了在液相工作流体流下方向的连续凹凸花纹，液相工作流体可沿该凹凸花纹流下，因此，在确保扩大传热面积的同时，让液相工作流体顺畅地流下，从而可切实地与湿筒部接触，提高了热量从吸收了气相工作流体的液相工作流体通过湿筒部转移到冷却用流体的热移效率，可快速地进行热传递，防止吸收工作流体的再蒸发，进而提高工作流动体吸收的效率。

另外，根据本发明，由于气相工作流体的供给口形成于与排出口形成于机壳侧面，分别与中间区域的下部与中间区域的上部连通，气相工作流体流是向上的，因此，气相工作流体在中间区域自下而上移动，与流下的液相工作流体对流，气相工作流体向液相工作流体的热转移没有浪费，可以提高热效率，同时可让气相工作流体切实地与液相工作流体接触，提高吸收效率。

Claims

1.一种至少两种以上不同沸点的物质混合而成的工作流体分别在液相与气相状态下被供给、气相工作流体与液相工作流体接触并被其吸收的吸收器，其特征是，

具有内部至少被两个以上大致平行的分隔壁在上下方向分隔为至少三个以上区域的、大致呈箱形的机壳，

由多个有大致平行、且相隔一定间隔相对向的两面、两端为开放状态的大致呈筒形的筒体构成的湿筒部，上述湿筒部的结构是在上述机壳内、设置有多个上述大致呈筒形的筒体的筒轴方向与上下方向一致、且面与面大致平行相对向排列的上述大致呈筒形的筒体，大致呈筒形的筒体的两端开口部分别位于机壳的最上部与最下部内，

分别与上述多个湿筒部一边的端部开口部连通、从外部向各湿筒部内供给冷却用流体的冷却用流体供给部，

以及分别与上述多个湿筒部另一边的端部开口部连通、从各湿筒部内回收冷却用流体、将其取出到外部的冷却用流体回收部，

在面向上述机壳被分隔出的区域中两边分别存在其它区域的中间区域的上侧及下侧分隔壁与贯穿各分隔壁的上述湿筒部的外周面之间，形成有一定的间隙，

面向上述中间区域的机壳的一侧面上，设有供给气相工作流体用的供给口；与面向中间区域的上述一侧面相对的另一侧面上，设有取出气相工作流体用的排出口；

冷却用流体分别在上述的多个湿筒部内连续流下，液相工作流体从外部供给到与上述机壳的中间区域上侧相邻的区域，液相工作流体沿着各湿筒部外周从上述上侧分隔壁与湿筒部之间的间隙中连续流下，液相工作流体通过上述下侧的分隔壁与湿筒部之间的间隙流入与上述中间区域下侧相邻的区域，被取出到外部，同时，气相工作流体从外部供给到上述机壳的中间区域，与沿各湿筒部外周流下的液相工作流体接触。

2.根据权利要求1所述的吸收器，其特征是，上述的湿筒部的各面形成在工作流体侧与冷却用流体侧凹凸正好相反而共同构成的、在液相工作流体流下方向为连续凸条形或沟形、在与上述连续方向垂直相交的方向为相隔一定间距并立、横截面为大致波浪形的凹凸形状的凹凸花纹。

3.根据权利要求1或2所述的吸收器，其特征是，气相工作流体在上述机壳中间区域的供给口与中间区域下部连通，未吸收的残留气相工作流体的排出口与中间区域的上部连通。