CN1247298A - 溴化锂吸收式制冷工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明为一种溴化锂吸收式制冷工艺及设备。它是将连续输入的制冷剂经节流阀后进行蒸发制冷,由吸收液对蒸汽进行吸收,吸收液呈稀释状态,蒸发时多余的制冷剂回流;稀释状态的吸收液进经过冷法传质分离生成浓缩的吸收液和水蒸汽,水蒸汽散发,浓缩吸收液返回进行下一次吸收。本发明所公开的设备是在此工艺过程的基础上将吸收和蒸发制冷的机构安装在了真空箱体内,并采用了涡流传质分离的装置,从而能够降低能耗、有利于环境保护、节约水资源、减少设备、降低成本。

Description

溴化锂吸收式制冷工艺及设备

本发明为一种溴化锂制冷吸收式工艺及设备。

现有的溴化锂制冷设备的工艺过程如图1所示，在该过程中，各工序都是在真空状态下封闭循环完成的，这样会耗费大量的能量，另外，该过程为封闭循环过程，制冷剂是通过发生器进行再生，这不仅需要一些附加设备，还需要额外的能量进行支持。

本发明的目的在于：公开一种能够降低能耗、有利于环境保护、节约水资源、减少设备的溴化锂制冷工艺及利用这种工艺制成的一种溴化锂制冷设备。

本发明将上述的封闭循环工艺过程改进为了开放的形式，它是将连续输入的制冷剂经节流阀后进行蒸发制冷，由吸收液对蒸汽进行吸收，吸收液呈稀释状态，蒸发时多余的制冷剂回流；稀释状态的吸收液进经过冷法传质分离生成浓缩的吸收液和水蒸汽，水蒸汽散发，浓缩吸收液返回进行下一次吸收。

本发明利用水作为制冷剂，由于水的价格低廉，因而在利用它进行制冷蒸发后不必将其回收通过发生器价格昂贵的冷凝后再次利用，只需将其释放即可，这便大大减少了设备和其使用的能量，使制冷成本大大降低。而且，由于去除了发生器，因而好不必进行燃烧加热等工序，从而消除了大气污染。上述过程中经蒸发后多余的制冷剂可以与继续输入的水合流进行下一次蒸发，也可以输出后释放或做其它处理。

在上述过程的基础上，蒸发制冷和吸收液吸收要在真空状态下进行，其它过程则可在非真空状态下进行，这便能在减少费用方面更进一步。为降低成本，上述的非真空状态一般为大气环境。

本发明所说的冷法传质分离可通过生石灰等吸水物质对吸收液进行吸水而实现，也可以将吸收液喷淋后进行旋风分离，比如蜗流分离的方法。

为防止工作时缺水情况的发生，在制冷剂进入真空箱体前应对制冷剂水进行一定量的存储。

另外，为保证进入真空箱体内的水的纯净，还应对制冷剂进行净化处理，减少对设备的腐蚀等。

利用上述工艺原理设计的一种制冷设备为以下形式：

它包括与真空泵连接的真空箱体，真空箱体外有带有节流阀的进水管，进水管通过泵接真空箱体中的水喷淋系，水喷淋系的位置与真空箱体中的换热管位置对应，水喷淋系及换热管的下方接水盘，并有一排水管与接水盘连接；吸收液位于真空箱体下部，并有一吸收液出液管通过泵与真空箱体外的带有喷头和螺旋导板的涡流传质分离器连接，涡流传质分离器上的吸收液回流管接于真空箱体中吸收液上方的浓吸收液喷淋系。

使用本发明公开的设备时通过节流阀将制冷剂水连续输入，并进入真空箱体中，由水喷淋系对真空箱体内的换热管进行蒸发制冷，多余的水由接水盘经排水管排出真空箱体。而蒸发形成的水蒸汽由吸收液吸收，形成的稀吸收液送至传质分离装置经涡流分离得到水蒸汽和浓吸收液。浓吸收液返回真空箱体并由浓吸收液喷淋系喷淋，在此过程中完成吸收，形成吸收液的循环。经排水管排出真空箱体的水可释放，但最好再次利用，如将其送至节流阀的前或后形成制冷剂水的小循环。与现有技术相同，各部分之间的连接如进水管、排水管、吸收液出液管、浓吸收液回流管上均需使用泵，鉴于本发明中只有蒸发制冷机构和吸收机构在真空箱体内，因而位于真空箱体外并负责连接设备各个部分的泵要采用具有将真空与大气隔离的泵，如蠕动泵(peristaltic pumps)。另外，在真空箱体内的吸收机构和蒸发制冷机构的位置可采用纵向排列形式，也可采用横向排列形式，还可为现有技术中的其它形式。

本发明的涡流传质分离器包括外壳，外壳内腔的上部有与进液管连接的一组喷头，吸收液回流管接于外壳的下底处，外壳内壁上带有螺旋板；排汽管由外壳的上部穿出。

为进一步分离剩余雾汽中的吸收液，还可在排汽管的下端口加装螺旋叶片，并使排汽管的内壁带有螺旋筋，从而利用螺旋叶片增加雾汽的旋转，并由螺旋筋将雾汽中的水蒸汽和吸收液作分离处理。

本发明的传质分离器还可直接用作冷却塔。

在上述各结构形式下，本发明的吸收机构也做了改进，以增加吸收面积、延长吸收时间。其方法为在浓吸收液喷淋系与吸收液之间增加由螺旋导板构成的螺旋导流层。落在螺旋导流层上的吸收液在螺旋导流层上形成液膜，能够增大吸收面积。同时，由于螺旋导流层还加长了吸收液的行程增加了吸收液在真空箱体内的时间。另外，螺旋导流层还增强了对吸收液的推动力。

为进一步加强上述效果，真空箱体内可根据需要设计一个、两个或更多的螺旋导流层，并使每个螺旋导流层的上方均带有浓吸收液喷淋机构，构成螺旋导流层的螺旋导板上带有孔。这样，上层螺旋导流层上的一部分吸收液由螺旋导流板上的孔落下，并由其上方的浓吸收液喷淋系推动。相邻两个螺旋导流层的螺旋方向可以相同，也可以相反。当其方向相反时，吸收液按“Z”形的路程运动，因而行程和吸收时间较长。另外，相邻的两个螺旋导流层的倾斜角度可以相同，也可以相反。当其倾斜角度相反时，也有能增长吸收液的行程和吸收时间。

当相邻的两个螺旋导流层倾斜方向相反时，位于下方的螺旋导流层其最高点横向应突出于上方螺旋导流层的最低点，从而使流经上层螺旋导流层表面的吸收液还能落在下层螺旋导流层上。

上述螺旋导流层的倾斜角度一般在7.5-30度。其中最佳角度为17度。

进入本发明的水可以通过冷剂供应器和冷剂器进行一定净化和储存。其中，净化可采取过滤、微孔陶瓷、活性炭等方法。以下结合实施例首先对本发明的工艺过程做进一步说明。

图1为现有的溴化锂制冷设备的工艺流程图；

图2为实施例一的工艺流程图；

图3为实施例二的工艺流程图；

图4为实施例三的工艺流程图；

图5为实施例四的工艺流程图；

图6为实施例五的工艺流程图；

上述各图中虚线内为真空环境。

实施例一：

如图2所示，本实施例是使大气环境中的制冷剂水连续输入真空环境中，再通过真空环境中的节流阀进入蒸发制冷过程，对换热管进行吸热，制冷剂水被蒸发的部分变为水蒸汽，多余的水回流真空环境下的节流阀的前端，与继续输入真空环境中的水合流以进行下一次蒸发。经蒸发形成的水蒸汽被位于真空环境中的吸收液——溴化锂溶液所吸收，形成稀溴化锂溶液。稀溴化锂溶液进入传质分离过程，在该过程中，它首先由喷头喷淋成雾状，再以旋风分离得到水蒸汽和浓溴化锂溶液。浓溴化锂溶液返回溴化锂存储容器以进行下一次吸收，而水蒸汽释放至真空状态之外。在本实施例中，节流、蒸发、吸收、传质分离均是在真空状态下完成的。实施例二：

如图3所示，本实施例是将大气环境中的制冷剂水连续输入至真空环境中，再通过真空环境中的节流阀进入蒸发制冷过程，对换热管进行吸热，制冷剂水一部分被蒸发形成水蒸汽，多余的水回流至真空环境中的节流阀的前端，与继续输入真空环境中的水合流以进行下一次蒸发。以蒸发形成的水蒸汽被位于真空环境中的吸收液——溴化锂溶液所吸收，形成溴化锂稀溶液。溴化锂稀溶液进入大气环境中的传质分离过程。在该过程中，溴化锂稀溶液首先被喷淋成雾状，再由涡流分离形成水蒸汽和溴化锂浓溶液。水蒸汽散发至大气中，而溴化锂浓溶液返回真空状态的吸收过程，进行下一次吸收。实施例三：

如图4所示，本实施例是将大气环境中的制冷剂水连续输入真空环境中，并通过其中的节流阀进入一存储装置内，由此制冷剂水进入蒸发过程，多余的水回流至存储装置中。蒸发形成的水蒸汽由吸收液吸收形成吸收液的稀溶液，这些稀溶液进入传质分离程序。在传质分离过程中，吸收液被喷淋成雾状，并经旋风分离形成浓吸收液和水蒸汽。浓吸收液返回吸收过程，水蒸汽被释放至真空环境之外。

在本实施例中制冷剂的节流和储存过程位置可以互换。实施例四：

如图5所示，在本实施例中将大气环境中的制冷剂水连续输入节流阀，并经节流阀进入制冷剂存储装置，之后，制冷剂进入真空环境对换热管制冷，一部分水蒸发形成水蒸汽，多余的水返回大气环境进入制冷剂存储装置中，与继续输入的制冷剂混合。在真空环境中蒸发形成的水蒸汽被真空环境中的吸收液吸收形成吸收液的稀溶液，这些吸收液稀溶液进入真空环境中的传质分离过程。在此过程中，吸收液的稀溶液被喷淋成雾状，再经涡流分离形成吸收液的浓溶液和水蒸汽。吸收液浓溶液返回吸收过程进行下一次吸收，水蒸汽释放至大气环境中。

在本实施例中制冷剂的节流和存储过程可以互换。实施例五：

如图6所示，在本实施例中将大气环境中的制冷剂水连续输入节流阀，并经节流阀进入制冷剂存储装置。这后，制冷剂进入真空环境中对换热管蒸发制冷，一部分水蒸发形成水蒸汽，多余的水返回大气环境中进入制冷剂存储装置，与继续输入的制冷剂混合。在真空环境中蒸发形成的水蒸汽被真空环境中的吸收液吸收形成吸收液的稀溶液，这些吸收液的稀溶液进入大气环境中的传质分离过程。在此过程中，吸收液的稀溶液被喷淋民雾状，再经涡流分离形成吸收液的浓溶液和水蒸汽。吸收液的浓溶液返回吸收过程进行下一次吸收，水蒸汽释放至大气中。

在本实施例中制冷剂的节流和存储过程可以互换。

另外，在上述各实施例中，最好在进入真空环境之前，甚至在进入存储或节流之前对制冷剂进入净化，以减少水中的杂质对设备的腐蚀或减轻结垢等现象。

下面结合实施例对利用本发明工艺过程设计的制冷设备进行说明。

图7本发明设备实施例一的结构示意图；

图8为实施例一中传质分离器的剖视图；

图9为实施例二的结构示意图；

图10为实施例二中传质分离器的剖视图；

图11为实施例三、四的真空箱体部分的结构示意图；

图12为实施例五、六的真空箱体部分的结构示意图；

图13为实施例七、八真空箱体部分的结构示意图；

其中，1-真空泵，2-吸收液(溴化锂溶液)，3-吸收液出液管，4-冷剂器，5-冷剂供应器，6-排水管，7-浓吸收液喷淋系，8-浓吸收液回流管，9-接水盘，10-传质分离器，11-水喷淋系，12-进水管，13-换热管，14-真空箱体，15-排汽管，16-稀吸收液喷淋系，17-稀吸收液进液管，18-螺旋叶片，19-螺旋板，20-外壳，21-出液管，22-螺旋导流层。

实施例六：

如图7、图8所示，本实施例包括由真空泵1抽为真空状态的真空箱体14，在真空箱体14的上部安装有换热管13，换热管13的周围为与真空箱体14上的进水管12连接的水喷淋系11。在换热管13和水喷淋系11的下方是接水盘9，其上带有通于真空箱体14之外的排水管6，接水盘9周围与真空箱体14之间留有间隙。在接水盘9的下方是与浓吸收液回流管8连接的浓吸收液喷淋系7。吸收液2位于真空箱体14的底部。接于真空箱体14下部与吸收液2相通的吸收液出液管3通过泵接传质分离器10的稀吸收液进液管17。本实施例的传质分离器10有一外壳20，其上部有与稀吸收液进液管17连接的稀吸收液喷淋系16，在稀吸收液喷淋系16下方的外壳20的内壁上有螺旋板19，出液管21位于外壳20的下底处。在外壳20内有一排汽管15由外壳20的上盖穿出。本实施例的进水管12真空箱体14外的部分带有节流阀的泵。实施例七：

如图9、图10所示，本实施例由进行净化处理的冷剂供应器5、起存储作用的冷剂器4、由真空泵1抽为真空的真空箱体14、位于真空箱体14内的蒸发制冷及吸收机构、位于真空箱体14外的传质分离器10组成。其中，冷剂供应器5的进水管上带有节流阀，其出水管也冷剂器4连接，冷剂器4的出水管通过泵接真空箱体14的进水管12。位于真空箱体14内腔上部的水喷淋系11与进水管12连接。在真空箱体14内腔的上部安装有换热管13，水喷淋系11位于换热管13的周围。带有回水管6的接水盘9位于水喷淋系11和换热管13的下方，并与真空箱体14之间有一定间隙。排水管6穿出真空箱体14后通过泵接冷剂器4。接水盘9下方是浓吸收液喷淋系7，吸收液位于真空箱体14的下底处，并有吸收液出液管3通过泵接传质分离器的稀吸收液进液管17。本实施例的传质分离器10包括其外壳20，稀吸收液进液管17由外壳20的上部进入并与稀吸收液喷淋系16连接。稀吸收液喷淋系16下方的外壳20内壁上有螺旋板19，外壳20的下底有出液管21接浓吸收液回流管8，并通过浓吸收液回流管8接真空箱体14内的浓吸收液喷淋系7。传质分离器10的外壳20内有排汽管15通于外壳20的下部，其下管口处带有螺旋叶片18，其内壁上带有螺旋筋，其上端穿出外壳20。实施例八：

本实施例由进水管上带有节流阀的连接冷剂供应器5、冷剂器4、安装有蒸发制冷机构和吸收机构的真空箱体14、分别与真空箱体14连接的传质分离器10和真空泵1组成。其中，冷剂供应器5、冷剂器4、传质分离器10、真空箱体14及真空箱体14内的吸收机构与蒸发制冷机构的连接方式与实施例二相同，这里不再赘述。在本实施例中吸收机构的浓吸收液喷淋系7与吸收液2之间有一螺旋导流层22。螺旋导流层22由一个螺旋导板组成，其角度大于360度。另外，本实施例的传质分离器10与实施例一相同，在此也不再重复。实施例九：

本实施例由冷剂供应器5、冷剂器4、安装有蒸发制冷机构和吸收机构的真空箱体14以及传质分离器10、真空泵1组成。与实施例四相同，本实施例的吸收机构中的相同位置上也有一螺旋导流层22，但它由四个旋转方向相同的螺旋导板组成。而其传质分离器10包括其外壳20，稀吸收液进液管17由外壳20的上部进入并与稀吸收液喷淋系16连接。稀吸收液喷淋系16下方的外壳20内壁上有螺旋板19，外壳20的下底有出液管21接浓吸收液回流管8，并通过浓吸收液回流管8接真空箱体14内的浓吸收液喷淋系7。传质分离器10的外壳20内有排汽管15通于外壳20的下部，其下管口处带有螺旋叶片18，其内壁上带有螺旋筋，其上端穿出外壳20。其它部分与实施例三相同，不再赘述。

以下各实施例与实施例三相同，仅其吸收机构的结构形式有异，以下省去对其它部分的描述，仅对吸收机构加以说明。实施例十：

本实施例的吸收机构包括三个螺旋导流层22，每个螺旋导流层22由八个螺旋导板组成，螺旋导板为多孔板，其覆盖面大于360度。三个螺旋导流层22的倾斜角度及旋转方向相同。在每个螺旋导流层22的上方有一组浓吸收液喷淋系7分别与安装在真空箱体14上的浓吸收液的回流管8连接。吸收液2位于螺旋导流层22的下方。实施例十一：

本实施例的吸收机构中有三个螺旋导流层，每个螺旋导流层22由八个螺旋导板组成，螺旋导板为多孔板，其覆盖面大于360度。三个螺旋导流层22的倾斜角度相同，但其旋转方向相反。在每个螺旋导流层22的上方有一组浓吸收液喷淋系7分别与安装在真空箱体14上的浓吸收液回流管8连接。吸收液2位于螺旋导流层22的下方。实施例十二：

本实施例的吸收机构中有三个螺旋导流层，每个螺旋导流层22由八个螺旋导板组成，螺旋导板为多孔板，其覆盖面大于360度。三个螺旋导流层22的倾斜角度相反，但其旋转方向相同。位于下方的螺旋导流层其最高点在横向上突出于位于上部的螺旋导流层的最低点。在每个螺旋导流层22的上方有一组浓吸收液喷淋系7分别与安装在真空箱体14上的浓吸收液的回流管8连接。吸收液2位于螺旋导流层22的下方。实施例十三：

本实施例的吸收机构中有三个螺旋导流层，每个螺旋导流层22由八个螺旋导板组成，螺旋导板为多孔板，其覆盖面大于360度。三个螺旋导流层22的倾斜角度相反，且其旋转方向相反。位于下方的螺旋导流层其最高点在横向上突出于位于上部的螺旋导流层的最低点。在每个螺旋导流层22的上方有一组浓吸收液喷淋系7分别与安装在真空箱体14上的浓吸收液的回流管8连接。吸收液2位于螺旋导流层22的下方。

在上述描述设备的实施例中，吸收机构与蒸发机构的位置可为现有制冷设备的其它形式，如并排的形式等。

本发明上述设备的具体数据举例如下：供冷量   10⁴Kcal/h 10    30    50   100   150   300冷冻水温度  ℃      进水温度13        进水温度8喷淋系喷速度M/S         5溴化锂溶液填充量T   0.3   0.9   1.5   3    4.5    9制冷剂水补充量T/h   0.24  0.72  1.2   2.4  3.6    7.2排气蒸汽量T/h       0.24  0.72  1.2   2.4  3.6    7.2换热管工作时真空         绝对压力值7.21mmHg水蒸汽排出速度M/S            10-15设备净重T           0.5   1.2   2.0   4.0  6.0    12.0在上述举例中，溴化锂溶液的浓度为40％。传质分离器的数据举例如下：供冷量   10Kcal/h  0.3    1     5     10    30    50   100  150  300水(冷媒)                   用于一般的冷却系统中溴化锂溶液(冷媒)用于开放式溴化锂吸收制冷机，浓度40％，按国标水蒸汽排量最大值T/H 0.01  0.06  0.12  0.24  0.72  1.2  2.4  3.6  7.2水补充量  T/h       0.01  0.06  0.12  0.24  0.72  1.2  2.4  3.6  7.2水循环量M³/h       0.12  0.36  1.8   3.6   10.8  18   36   54   108喷嘴前压差ΔP                    0.4-0.6MPa冷媒进出口温度℃ t进＝35-45，t出＝25-30，Δt＝10-15环境温度     ℃              +10排汽速度    M/S           V＝10-15机器重量    T     0.05  0.1  0.12  0.15  0.20  0.30  0.80  1.00  2.00

综上所述，本发明有以下特点：

1、打破封闭式溴化锂吸收制冷循环，建立开放型溴化锂吸收式制冷循环，把制冷循环中的制冷剂发生、冷凝、冷却和溶液的浓缩合并到一个工序中，使其在开放的常压状态下完成。以开放的循环代替了封闭的制冷循环。

2、采用制冷剂的补充——释放的工艺路线代替了制冷剂的再生重复使用的工艺路线。去除了对制冷剂进行再生的供热系统，简化了工艺过程，省去了外界热能的供应保证系统。

3、采用传质分离换热系统，以贯流技术中的成熟技术手段提高传质换热的速率和功效。把制冷工艺循环中的冷剂从溶液中分离、溶液浓缩、吸收溶液的冷却集中到一个传质分离器中完成。从而大大简化了工艺环节，缩短了工艺路线。更为重要的是，本发明中的传质分离器取缔了封闭式循环中另外提供的冷却塔系统。

4、本发明的工艺路线是可以是在大气环境下到真空、再到大气状态下完成的，其制造成本和使用成本都较低。

Claims (12)

1、一种溴化锂吸收式制冷工艺，其特征是：它是将连续输入的制冷剂经节流阀后进行蒸发制冷，由吸收液对蒸汽进行吸收，吸收液呈稀释状态，蒸发时多余的制冷剂回流；稀释状态的吸收液进经过冷法传质分离生成浓缩的吸收液和水蒸汽，水蒸汽散发，浓缩吸收液返回进行下一次吸收。

2、根据权利要求1所述的溴化锂吸收式制冷工艺，其特征是：上述过程中蒸发制冷和吸收液吸收是在真空状态下进行的，其它过程在非真空状态下进行。

3、根据权利要求1或2所述的溴化锂吸收式制冷工艺，其特征是：所说的冷法传质分离为将溴化锂稀溶液喷淋后进行旋风分离。

4、根据权利要求3所述的溴化锂吸收式制冷工艺，其特征是：所说的旋风分离为蜗流分离。

5、根据权利要求1或2所述的溴化锂吸收式制冷工艺，其特征是：节流后的制冷剂经存储过程进入蒸发制冷阶段。

6、根据权利要求1或2所述的溴化锂吸收式制冷工艺，其特征是：连续输入的制冷剂经净化后进入蒸发制冷阶段。

7、一种溴化锂吸收式制冷设备，包括与真空泵(1)连接的真空箱体(14)，其特征是：真空箱体(14)外有带有节流阀的进水管(12)，进水管(12)通过泵接真空箱体(14)中的水喷淋系(11)，水喷淋系(11)的位置与真空箱体(14)中的换热管(13)位置对应，水喷淋系(11)及换热管(13)的下方有接水盘(9)，并有一排水管(6)与接水盘(9)连接；吸收液(2)位于真空箱体(14)下部，并有一吸收液出液管(3)通过泵与真空箱体(14)外的带有喷头和螺旋导板的涡流传质分离器(10)连接，涡流传质分离器(10)上的浓吸收液回流管(8)接于真空箱体(14)中的浓吸收液喷淋系(7)。

8、根据权利要求7所述的溴化锂吸收式制冷设备，其特征是：所说的涡流传质分离器(10)包括外壳(20)，外壳(20)内腔的上部有与稀吸收液进液管(17)连接的稀吸收液喷淋系(17)，浓吸收液回流管(8)接于外壳(20)的下底处，外壳(20)内壁上带有螺旋板(19)；排汽管(15)由外壳(20)的上部穿出。

9、根据权利要求8所述的溴化锂吸收式制冷设备，其特征是：排汽管(15)的下端口带有螺旋叶片(18)，排汽管(15)内壁带有螺旋筋。

10、根据权利要求7或8或9所述的溴化锂吸收式制冷设备，其特征是：在浓吸收液喷淋系(7)与吸收液(2)之间有由螺旋导板构成的螺旋导流层(22)。

11、根据权利要求10所述的溴化锂吸收式制冷设备，其特征是：真空箱体(14)内有至少两个螺旋导流层，每个螺旋导流层的上方均带有浓吸收液喷淋系，构成螺旋导流层(22)的螺旋导板上带有孔。

12、根据权利要求11所述的溴化锂吸收式制冷设备，其特征是：当相邻的两个螺旋导流层(22)倾斜方向相反时，位于下方的螺旋导流层其最高点横向突出于上方螺旋导流层的最低点。

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