CN1262803C - 吸收式制冷加热装置 - Google Patents
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Abstract
一种吸收式制冷加热装置，其被诸如燃气轮机等外界装置排出的高温废气驱动。吸收式制冷加热装置包含废气路径，其用于将用作热源的高温废气引入高温发生器中，再引入废热回收发生器中。高温发生器和废热回收发生器中分别包括用于使高温废气从中流过的竖直导热管组，气液分离室设在竖直导热管组上方，以覆盖竖直导热管组的开口部分，溶液供应室设在竖直导热管组下方，以覆盖竖直导热管组的开口部分。
Description
技术领域
本发明涉及吸收式制冷加热装置和用在该吸收式制冷加热装置中的发生器，尤其涉及这样一种吸收式制冷加热装置，其被废气驱动，能够有效地利用从诸如燃气轮机等外界装置排出的高温废气，以提高废气的利用效率，并且涉及一种用在所述吸收式制冷加热装置中的发生器。
背景技术
现已知有一种热电联产系统，其利用诸如燃气轮机等外界装置排出的高温废气实施制冷操作、加热操作和热水供应操作。在装有小功率燃气轮机的热电联产系统中，通过回收高温废气中的热量而实施热水供应操作、制冷操作和加热操作的例子越来越多。例如，在装有20至100kW微型燃气轮机的热电联产系统中，可以从微型燃气轮机排出的具有大约200至300℃的废气中回收热量，以实现热水供应操作、制冷操作和加热操作。在这种情况下，从燃气轮机中排出的高温废气被供应到废气锅炉中，用以通过产生热水而实现热水供应操作和加热操作，或者通过产生热水而利用吸收式制冷器实现制冷操作，该吸收式制冷器将产生的热水用作热源。
然而，在利用这种热水的热电联产系统中，设备的结构是复杂的，吸收式制冷器的热效率低，而且操作特性方面的问题很多。
发明内容
本发明是考虑到现有技术中的上述缺点而研制的，因此本发明的第一个目的是提供一种吸收式制冷加热装置，其被废气驱动，能够通过简单的设备结构而有效地利用高温废气，并且具有较高的热效率。
本发明的第二个目的是提供一种用在所述吸收式制冷加热装置中的发生器，其能够通过一个简单的装置结构而使所需储存的溶液量减小，能够通过紧凑的结构防止局部过热且具有高可靠性，而且能够利用简单的装置结构导致用作热源的废气与吸收溶液以逆流的形式流动，从而有效地利用热源废气。
为了达到第一个目的，根据本发明第一个方面，提供了一种吸收式制冷加热装置，其包括：吸收器；低温发生器；废热回收发生器；高温发生器；冷凝器；蒸发器；溶液路径和制冷剂路径，它们用于将吸收器、低温发生器、废热回收发生器、高温发生器、冷凝器和蒸发器连接起来；以及废气路径，其用于将用作热源的高温废气引入高温发生器中，再引入废热回收发生器中，废气路径沿废气的流动方向基本上是笔直的；其中，高温发生器和废热回收发生器分别包括用于使高温废气从中流过的竖直导热管组，气液分离室设在竖直导热管组上方，以覆盖竖直导热管组的开口部分，溶液供应室设在竖直导热管组下方，以覆盖竖直导热管组的开口部分，高温废气被引到高温发生器的竖直导热管组上，再被引到废热回收发生器的竖直导热管组上。
废气路径可以由竖直导热管组的上侧管板和下侧管板以及两个侧板构成，并且具有矩形横断面，以实现理想的简单结构。
此外，用于从废气路径中的废气中回收热量的热交换器可以在高温发生器和废热回收发生器之间设在废气路径中，和/或沿废气的流动方向设在废热回收发生器下游。这样，将要引入高温发生器中的溶液可以被预热，从而更有效地利用废气。用于从废气中回收热量的热交换器可以包括设在矩形横断面废气路径中的水平导热管组。
另外，下导管可以在高温发生器和废热回收发生器中设在气液分离室与溶液供应室之间，以使溶液流畅地循环。
为了达到第二个目的，根据本发明第二个方面，提供了一种用在吸收式制冷加热装置中的发生器，其包括：上侧管板；下侧管板；竖直导热管组，其设在上侧管板与下侧管板之间，竖直导热管组包括用于使吸收溶液从中流过的多个导热管，而且一种用作热源的气体流经导热管的外侧；以及多个下导管，它们设在上侧管板与下侧管板之间，用于使吸收溶液从中向下流动。
通过设置下导管，溶液可以在气液分离室与溶液供应室之间流畅地循环，从而提高热传导率并且防止局部过热。此外，下导管可以利用与竖直导热管组相同的方式设置，即可以设在竖直导热管组中并且位于管板之间，从而使得装置的结构紧凑，并且提高装置的可靠性。
在下导管设在导热管组中的情况下，下导管可以与废气之间绝热，或者可以包含双管结构，以使下导管部分不直接接触废气。
溶液储存部分主要由竖直导热管组、溶液供应室和气液分离室的内部构成，因此可以显著减小。
为了达到第二个目的，根据本发明第三个方面，提供了一种用在吸收式制冷加热装置中的发生器，其包括：上侧管板；下侧管板；竖直导热管组，其设在上侧管板与下侧管板之间，竖直导热管组包括用于使吸收溶液从中流过的多个导热管，而且一种用作热源的气体流经导热管的外侧；气液分离室，其设在上侧管板上方，以覆盖竖直导热管组的开口部分；溶液供应室，其设在下侧管板下方，以覆盖竖直导热管组的开口部分；至少一个隔板，其设在气液分离室和溶液供应室的每个中，用于将竖直导热管组沿气体的流动方向分隔为多个区段；吸收溶液入口，其用于向气液分离室和溶液供应室之一供应吸收溶液，吸收溶液入口设在气体的排出侧；以及吸收溶液出口，其用于从气液分离室排出吸收溶液，吸收溶液出口设在气体的进入侧。
通过由隔板形成的区段结构与下导管之间的组合，溶液可以流畅地上下循环，而且溶液的总体流动可以调节。此外，溶液和废气以逆流的形式流动，从而增大了热传导所需的温差，从而可以有效地利用废气。
为了达到第二个目的，根据本发明第四个方面，提供了一种用在吸收式制冷加热装置中的发生器，其包括：上侧管板；下侧管板；竖直导热管组，其设在上侧管板与下侧管板之间，竖直导热管组包括用于使吸收溶液从中流过的多个导热管，而且以中用作热源的气体流经导热管的外侧；其中，上侧管板包括整体式元件，而且上侧室设在上侧管板上方，以覆盖上侧管板；下侧管板包括整体式元件，而且下侧室设在下侧管板下方，以覆盖下侧管板；竖直导热管组的两侧覆盖着平板，所述平板连接着上侧室和下侧室；上侧管板、下侧管板和平板构成了用于使气体从中流过的气体路径。
根据本发明，由于两侧没有设置液体冷却壁，而且溶液储存部分主要由竖直导热管组、溶液供应室和气液分离室的内部构成，因此需要储存的溶液量可以显著减小。在根据本发明第四个方面的发生器中，可以设置连接着上侧室和下侧室的下导管。此外，可以设置用于调节吸收溶液流动的隔板，以使气体和溶液以逆流的形式流动。
附图说明
通过下面接合附图所作的详细描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点可以清楚地展现出来，附图中仅以示例的方式显示了本发明的优选实施例。
图1A是本发明第一个方面的一个实施例中的吸收式制冷加热装置的示意性线路图；
图1B是图1A的改型实施例中的吸收式制冷加热装置的示意性线路图；
图2A是本发明第一个方面的另一个实施例中的吸收式制冷加热装置的示意性线路图；
图2B是图2A的改型实施例中的吸收式制冷加热装置的示意性线路图；
图3A和3B是本发明第一个方面的一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的放大图，其中图3A是沿着废气流动方向所作的剖视图，图3B是沿着垂直于废气流动方向的方向所作的剖视图；
图4A、4B和4C是本发明第一个方面的另一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的放大图，其中图4A是沿着废气流动方向所作的剖视图，图4B是沿着垂直于废气流动方向的方向所作的剖视图，图4C是沿着图4A中的剖线IV-IV所作的剖视图；
图5是图1A中所示吸收式制冷加热装置的吸收制冷循环图；
图6是图2A中所示吸收式制冷加热装置的吸收制冷循环图；
图7A、7B和7C是本发明第二个方面的一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的放大图，其中图7A是沿着废气流动方向所作的剖视图，图7B是沿着垂直于废气流动方向的方向所作的剖视图，图7C是沿着图7A中的剖线VII-VII所作的剖视图；
图8A和8B是本发明第二个方面的另一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的放大图，其中图8A是下导管总体结构的剖视图，图8B是沿着图8A中的剖线VIII-VIII所作的剖视图；
图9A、9B和9C是本发明第三个方面的一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的放大图，其中图9A是沿着废气流动方向所作的剖视图，图9B是沿着垂直于废气流动方向的方向所作的剖视图，图9C是沿着图9A中的剖线IX-IX所作的剖视图；
图10是本发明第三个方面的另一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的示意图；
图11是本发明第三个方面的又一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的示意图；
图12是本发明第三个方面的又一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的示意图；
图13A、13B和13C是本发明第四个方面的一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的放大图，其中图13A是沿着废气流动方向所作的剖视图，图13B是沿着垂直于废气流动方向的方向所作的剖视图，图13C是沿着图13A中的剖线XIII-XIII所作的剖视图；
图14A和14B是本发明第四个方面的另一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的放大图，其中图14A是沿着废气流动方向所作的剖视图，图14B是沿着垂直于废气流动方向的方向所作的剖视图；
图15是装有本发明第二至第四个方面实施例中的发生器的吸收式制冷加热装置的示意性线路图。
具体实施方式
下面参照附图描述根据本发明实施例的吸收式制冷加热装置和用在所述吸收式制冷加热装置中的发生器。
在使用高温废气的吸收式制冷加热装置中，为了增加用作发生器热源的废气热量并且提高热效率，根据本发明，一个高温发生器和一个废热回收发生器串联设在两级中，每个发生器中分别设有一个竖直导热管组，以构成一个用于使废气流经的废气路径。
接下来根据图1A和2A详细描述本发明第一个方面的实施例中的吸收式制冷加热装置。
作为吸收式制冷加热装置中的工作介质，水通常用作制冷剂，无机盐的水溶液例如溴化锂水溶液通常用作吸收溶液。在下面的各个实施例中，使用的是相同的工作介质。
在图1A和2A所示的吸收式制冷加热装置中，设有一个吸收器A、一个低温发生器GL、一个高温发生器GH、一个废热回收发生器GR、一个冷凝器C、一个蒸发器E、一个低温热交换器XL、一个高温热交换器XH以及废热回收热交换器XA和XB。此外，在吸收式制冷加热装置中，还设有一个溶液泵SP和一个制冷剂泵RP。
在图1A和2A中，附图标记1和2表示制冷剂蒸气通道，附图标记3和4表示冷却水通道，附图标记5表示高温废气，附图标记6表示冷热水通道。此外，附图标记7表示高浓度溶液喷管，附图标记8表示低温发生器GL的溶液喷管，附图标记9表示制冷剂液体喷管。另外，附图标记11至16表示溶液通道，附图标记18至21表示制冷剂通道。附图标记23表示竖直导热管，附图标记24表示气液分离室，附图标记25表示溶液供应室。
如图1A和2A所示，在本发明中，吸收器A、蒸发器E、低温发生器GL和冷凝器C容纳在单一的矩形外壳内。吸收器A布置在外壳的下部，蒸发器E布置在外壳上部，并且位于吸收器A的斜上方方向上。冷凝器C布置在吸收器A上方，低温发生器GL布置在冷凝器C上方。包含有吸收器A和蒸发器E的低压侧通过一个倾斜延伸的间壁48而与包含有低温发生器GL和冷凝器C的高压侧分隔，通道1设在间壁48上方，用以使制冷剂蒸气从低温发生器GL流向冷凝器C，通道2设在间壁48下方，用以使制冷剂蒸气从蒸发器E流向吸收器A。
此外，将高温废气5用作热源的高温发生器GH和废热回收发生器GR以及溶液热交换器XH和XL离散地设在外壳之外。容纳在外壳中的吸收器A和低温发生器GL以及高温发生器GH和废热回收发生器GR通过溶液通道11至16和制冷剂通道20和21而彼此相连。由竖直导热管23构成的用于使高温废气5环绕着它们流过的竖直导热管组分别设在高温发生器GH和废热回收发生器GR中。气液分离室24设在竖直导热管组上方，溶液供应室25设在竖直导热管组下方。
接下来详细描述图1A中所示的吸收式制冷加热装置。图1A中示出了一种分流式装置的实例，其中来自吸收器A的低浓度溶液流经低温热交换器XL的被加热侧，再从通道11中分流，其中一部分溶液被引入高温发生器GH中，剩下的溶液被引入低温发生器GL中。
在图1A中的吸收式制冷加热装置进行制冷操作时，吸收了制冷剂的低浓度溶液被溶液泵SP从吸收器A开始通过通道11供应到低温热交换器XL的被加热侧，再流经低温热交换器XL并在分流点10处分流。之后，一部分低浓度溶液流经高温热交换器XH的被加热侧，并且通过通道11引入高温发生器GH中。在高温发生器GH中，低浓度溶液被外部燃气轮机或类似物排出的用作热源的废气5加热，并因此而浓缩。之后，浓缩了的高浓度溶液将流经通道12并被引入高温热交换器XH中。在高温HX中进行了热交换后，高浓度溶液将与流经从废热回收发生器GR延伸出来的通道14的溶液汇合。
另一方面，在分流点10处分流的剩余溶液将流经通道16并被引入低温发生器GL中。引入到低温发生器GL中的这种低浓度溶液将被从高温发生器GH供应的制冷剂蒸气加热，并且在低温发生器GL中浓缩，再通过通道13而引入废热回收发生器GR中。之后，在废热回收发生器GR中，溶液被曾经用作高温发生器GH热源的高温废气加热并浓缩。浓缩的溶液流经通道14，并且与从高温发生器GH供应出来并且流经通道12的高浓度溶液汇合。组合溶液流经低温热交换器XL的加热侧，并通过通道15而引入吸收器A中。另一方面，产生于废热回收发生器GR中的制冷剂蒸气将流经通道21，再被引入低温发生器GL的导热管组中。
在低温发生器GL中喷洒的吸收溶液是低浓度溶液，因而低温发生器GL中的吸收溶液的浓度较低，所以，从高温发生器GH供应的制冷剂蒸气的冷凝温度可以降低，而且使用高温废气的高温发生器GH的热效率可以提高。
产生于高温发生器GH中的制冷剂蒸气将流经通道20，再被用作低温发生器GL的热源并被冷凝，然后再被引入冷凝器C中。在冷凝器C中，通过通道1而从低温发生器GL供应的制冷剂蒸气将被冷却水冷却并被冷凝，然后，冷凝的制冷剂与前述冷凝液一起通过通道18供应到蒸发器E中。在蒸发器E中，制冷剂被制冷剂泵RP带动着循环通过通道19并被蒸发，以使负载侧的冷水被吸取蒸发热并因此而被冷却，冷却了的冷水将被用于空气冷却。蒸发了的制冷剂被吸收器A中的高浓度溶液吸收，从而变成低浓度溶液，低浓度溶液被溶液泵SP带动着循环。
图1B中示出了图1A的一种改型实施例。在图1B所示的实施例中，高温废气和溶液在高温发生器GH和废热回收发生器GR中以并流的形式流动。然而，在图1A所示的实施例中，高温废气和溶液在高温发生器GH和废热回收发生器GR中以逆流的形式流动，因此同图1B所示的实施例相比，高温废气中的热量的利用效率可以进一步提高。
在图1B中的吸收式制冷加热装置进行制冷操作时，吸收了制冷剂的低浓度溶液被溶液泵SP从吸收器A开始通过通道11供应到低温热交换器XL的被加热侧、高温热交换器XH的被加热侧，直至高温发生器GH。在高温发生器GH中，低浓度溶液被用作热源的高温废气5加热，以产生制冷剂并被浓缩，高浓度溶液将流经通道12而到达高温热交换器XH中并在此进行热交换，然后再通过通道16而被引入低温发生器GL中。引入低温发生器GL中的溶液被从高温发生器GH供应的制冷剂蒸气加热，并且在低温发生器GL中浓缩，再通过通道13引入废热回收发生器GR中。之后，在废热回收发生器GR中，溶液被曾经用作高温发生器GH热源的高温废气加热并浓缩。浓缩的溶液流经通道14和低温热交换器XL的加热侧，再通过通道15而被引入吸收器A中。另一方面，产生于废热回收发生器GR中的制冷剂蒸气将流经通道21，再被引入低温发生器GL的导热管组中。
产生于高温发生器GH中的制冷剂蒸气将流经制冷剂通道20，并且用作低温发生器GL的热源，再被引入冷凝器C中并被冷却水冷却。在冷凝器C中，经通道1而从低温发生器GL供应的制冷剂蒸气将被冷却水冷却并冷凝。接下来，冷凝了的制冷剂通过通道18供应到蒸发器E中。在蒸发器E中，制冷剂被制冷剂泵RP带动着循环通过通道19并被蒸发，以使负载侧的冷水被吸取蒸发热并因此而被冷却，冷却了的冷水被用于空气冷却。蒸发了的制冷剂被吸收器A中的高浓度溶液吸收，以形成低浓度溶液，低浓度溶液被溶液泵SP带动着循环。
在图2A所示的实施例中，用于对将要被引入高温发生器GH中的溶液进行加热的废热回收热交换器XA在高温发生器GH下游设在高温废气流路中，用于对将要被引入高温热交换器XH中的溶液进行加热的废热回收热交换器XB在废热回收发生器GR下游设在高温废气流路中。通过这种结构，同图1A中所示的实施例相比，高温废气5中含有的热量的利用效率可以进一步提高。
废热回收热交换器XA和XB中优选包括水平导热管，从而使得，即使产生了蒸气，所产生的蒸气也容易从中排出。废热回收热交换器XA和XB中的一个可以省略掉。
图2B中示出了图2A的改型实施例。在图2B所示的实施例中，高温废气和溶液在高温发生器GH和废热回收发生器GR中以并流的形式流动。然而，在图2A所示的实施例中，高温废气和溶液在高温发生器GH和废热回收发生器GR中以逆流的形式流动，因此同图2B所示的实施例相比，高温废气中的热量的利用效率可以进一步提高。
用在本发明的竖直导热管组和水平导热管组中的导热管可以根据废气的温度级别而从光管、低翅片管、中翅片管和高翅片管中选择。如果废气是从燃气轮机或类似物中排出的，在很多情况下要使用翅片管。
图3A和3B以及图4A至4C中示出了可以用在图1A和1B以及图2A和2B所示吸收式制冷加热装置中的高温发生器和废热回收发生器。图3A是沿着废气流动方向所作的剖视图，图3B是沿着垂直于废气流动方向的方向所作的剖视图。如图3A和3B所示，分离器27设在气液分离室24中，翅片26在竖直导热管的整个高度上设在每个竖直导热管23上。此外，用于将竖直导热管23上方的气液分离室24中的液体引入竖直导热管23下方的溶液供应室25中的多个下导管28布置在各个发生器的纵向多个位置上。在图3A和3B中所示的每个发生器中，竖直导热管23的管板设在发生器的上下部分中，用于形成废气路径的平板设在发生器的侧部。具体地讲，矩形横断面的废气路径由上侧管板34、下侧管板35以及包含平板的左右侧部形成。竖直导热管23具有连接着上侧管板34的上端和连接着下侧管板35的下端。气液分离室24形成在上侧管板34的上方，以覆盖竖直导热管23的开口，溶液供应室25形成在下侧管板35的下方，以覆盖竖直导热管23的开口。同包含双层壁且有溶液在壁间流动的液体冷却壁结构相比，包含平板的发生器侧部的结构较为简单。在直燃式发生器的情况下，会产生高温废气，因此采用液体冷却壁较为理想。然而，如果废气的温度为大约300至400℃或以下，则发生器的侧部可以包括一个简单的平板和绝热材料。管板和平板可以分开设置在高温发生器GH和废热回收发生器GR中，或者可以整体设置在高温发生器GH和废热回收发生器GR中。
图4A、4B和4C中示出了高温发生器和废热回收发生器的另一个实施例。图4A、4B和4C中的实施例与图3A和3B中所示的实施例的不同之处在于，一个溶液热交换器XA在高温发生器GH与废热回收发生器GR之间水平设置在废气路径中，一个溶液热交换器XB在废热回收发生器GR下游水平设置在废气路径中。
图4A是沿着废气流动方向所作的剖视图，图4B是沿着垂直于废气流动方向的方向所作的剖视图，图4C是沿着剖线IV-IV所作的剖视图。图4A、4B和4C所示实施例中的那些与图3A和3B所示实施例中相同或相应的部件以相同的附图标记表示。在图4A、4B和4C中，发生器侧部分别包括一个液体冷却壁，热交换器XA和XB分别包括一个具有水平翅片管29的溶液热交换器。
图5和6是吸收式制冷加热装置的吸收制冷循环图。在图5和6中，横轴代表溶液温度，纵轴代表制冷剂温度(制冷剂蒸气的饱和温度)。在图5至和6中，循环过程显示在杜林图中。图5中示出了图1A中所示吸收式制冷加热装置的吸收制冷循环图。图6中示出了图2A中所示吸收式制冷加热装置的吸收制冷循环图。
在图5所示的实施例中，溶液从吸收器A开始供应到低温热交换器XL的被加热侧，再流经低温热交换器XL并在分流点10处分流。在分流点10分流的一部分溶液被引入低温发生器GL中。在分流点10分流的其余溶液将流经高温热交换器XH的被加热侧，并被引入高温发生器GH中。在高温发生器GH中，溶液被高温废气加热，以将溶液浓缩并且产生制冷剂蒸气①。产生的制冷剂蒸气①被引入低温发生器GL的加热侧，以加热侧部中的需要被低温发生器GL加热的溶液，从而使溶液变成冷凝液体并被引入冷凝器C中。从高温发生器GH排出的溶液被供应到高温热交换器XH的加热侧，以向低浓度溶液提供热量，因此会导致溶液温度降低。引入低温发生器GL中的溶液被从高温发生GH供应的制冷剂蒸气①加热，从而被浓缩并且产生制冷剂蒸气②。高浓度溶液被引入废热回收发生器GR中，在此，高浓度溶液被流经了高温发生器GH的废气加热。这样，在高温GR中，高浓度溶液被浓缩并且产生制冷剂蒸气②。浓缩后的高浓度热液与从高温热交换器XH排出的高浓度溶液汇合，组合后的高浓度溶液被引入低温热交换器XL的加热侧，以向低浓度溶液提供热量。这样，组合后的高浓度溶液会降低温度，然后再返回吸收器A中。在吸收器A中，高浓度溶液将吸收从蒸发器E供应的制冷剂蒸气③，以变成低浓度溶液。
在图6所示的实施例中，在溶液流经了低温热交换器XL的被加热侧后，溶液会被废热回收热交换器XB升温。此外，在溶液流经了高温热交换器XH的被加热侧后，溶液会被废热回收热交换器XA升温。图6所示实施例中的其他操作与图5所示实施例相同。
溶液的流动并不局限于图1A和2A中所示的实施例。来自吸收器的低浓度溶液可以并流引入高温发生器和废热回收发生器中。此外，引入低温发生器中的溶液可以是前述的低浓度溶液，也可以是在高温发生器中浓缩了的高浓度溶液。图1A和1B以及图2A和2B中所示的结构可以采用各式各样的吸收制冷循环流动方式。
根据本发明，由于具有前述结构并且将高温废气用作热源的高温发生器和废热回收发生器是串联布置的，因此可以构造出通过简单结构而有效地利用高温废气的发生器。这样，通过使用这种发生器，可以构造出由废气驱动的具有高热交换效率的吸收式制冷加热装置。
接下来参照图7A、7B和7C以及图8A和8B描述本发明第二个方面的实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器。
根据本发明，一个竖直导热管组设在一个上侧管板与一个下侧管板之间，多个竖直下导管设在上侧管板与下侧管板之间。具体地讲，绝热材料缠绕在竖直导热管组的外表面上，以将导热管组的功能转变成下导管的功能。或者，可以将一根插管插入竖直导热管中，插管内部用作下导管。在这种情况下，希望设置一个隔板，以确保形成一个溶液路径，从而使得产生在下导管外侧的蒸气不会干扰将要引入下导管中的溶液。此外，一个具有半圆柱体形状的分离器可以设在插管的上部，以将上升的气液两相流与下降的溶液彼此分开。
图7A、7B和7C是本发明的一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的放大图，其中图7A是沿着废气流动方向所作的剖视图，图7B是沿着垂直于废气流动方向的方向所作的剖视图，图7C是沿着图7A中的剖线VII-VII所作的剖视图。
在图7A、7B和7C中，附图标记31表示发生器，附图标记32表示竖直导热管，附图标记33表示下导管，附图标记34表示上侧管板，附图标记35表示下侧管板。此外，附图标记36表示溶液供应室，附图标记37表示气液分离室，附图标记38表示吸收溶液(低浓度溶液)，附图标记39表示吸收溶液(高浓度溶液)。另外，附图标记40表示制冷剂蒸气，附图标记41表示废气(气态流体)，附图标记42表示绝热材料。
在图7A、7B和7C所示的发生器31中，由竖直导热管32构成的竖直导热管组以及下导管33设在上侧管板34与下侧管板35之间，气液分离室37设在竖直导热管组上方，以覆盖竖直导热管组的开口部分，溶液供应室36设在竖直导热管组下方，以覆盖竖直导热管组的开口部分。发生器的侧部包括平板，用于形成一个用于使废气41从中流过的废气路径。吸收溶液38流经竖直导热管32，用作热源的气态流体(废气)41在竖直导热管32外侧流动。
通过这种结构，同侧部包括液体冷却壁(溶液流经其间的双层壁)的传统发生器相比，本发明的发生器的结构简单。在直燃式发生器的情况下，会产生高温废气，因此采用液体冷却壁较为理想。然而，如果废气的温度为大约300至400℃或以下，则可以采用一个简单的平板。
接下来描述图7A、7B和7C中所示发生器的操作。竖直导热管32中的吸收溶液38被管外的废气41加热并且沸腾，以形成气液两相流，然后被喷入气液分离室37中。气液混合物被分离成制冷剂蒸气40和吸收溶液。吸收溶液38从溶液供应室36供应到竖直导热管32下部。气液分离室37中的一部分吸收溶液将流经下导管33，从而返回溶液供应室36中并且作为吸收溶液38循环流动。
下导管33设在竖直导热管32中，因此下导管33可被用作热源的气态流体(废气)41加热。然而，下导管33中的溶液可以通过下导管33外侧的绝热材料而尽可能地防止被加热，因此溶液将处在液相状态或者变成含有少量蒸气的状态。下导管33中的吸收溶液38的表观密度大于竖直导热管32中的两相状态溶液，因此会形成降流。也就是说，由于下导管33中的溶液的表观密度大于竖直导热管32中的溶液，因此溶液降流形成在下导管中，而溶液升流形成在竖直导热管中。本发明也可以应用在侧部包括液体冷却壁(溶液流经其间的双层壁)的传统发生器中。例如，下导管可以设在竖直导热管组中。
图8A和8B是本发明的另一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的放大图，其中图8A是其正向剖视图，图8B是沿着图8A中的剖线VIII-VIII所作的剖视图。
在图8A和8B中，附图标记43表示双管中的间隙，附图标记44表示内管，附图标记45表示分离器，附图标记46表示隔板。图8A和8B所示实施例中的其他结构与图7A、7B和7C所示实施例中的相同。在图8A和8B中，由双管的内管44构成的下导管33设在竖直导热管32中。双管的间隙43中的吸收溶液38被用作热源且流经双管外侧的气态流体(废气)41加热，以产生蒸气。内管44中的吸收溶液38被双管的间隙43中的吸收溶液38加热，因此内管44中的吸收溶液的加热程度低于被用作热源的气态流体41直接加热的吸收溶液。这样，在本例中同样可以获得与图7A至7C中相同的绝热效果，而且吸收溶液在由内管44构成的下导管33中形成降流。
在竖直导热管带有翅片的情况下，双管的外管被构造得没有翅片，从而加大传导的热量差，以增大表观密度差值。
由于蒸气产生在间隙43中，因此可以设置一个蒸气释放位置，这个蒸气释放位置和液体在双管上部的流入位置是彼此分开的。具体地讲，内管上的一个切掉一半的部分用作分离器45，而位于间隙中的隔板46用作连接通道，以将液体引入内管中。
具有上述构造的本发明可以应用在不带液体冷却壁的发生器中。此外，在本发明中，未将下导管设在发生器外壁的外侧，因此可以使发生器的结构简化。这样，可以构造出这样的用在吸收式制冷加热装置中的发生器，其能够减小所需储存的吸收溶液量，并且具有高效率。
接下来参照图9A、9B和9C至图12描述本发明第三个方面的实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器。
根据本发明，在具有竖直导热管组的发生器中，吸收溶液流经竖直导热管，而用作热源的气态流体在竖直导热管的外侧流动，一个气液分离室设在竖直导热管组上方，以覆盖竖直导热管组的开口部分，至少一个隔板设在气液分离室中，以将竖直导热管组分隔为沿气态流体的流动方向安置的多个区段，溶液供应室设在竖直导热管组下方，以覆盖竖直导热管组的开口部分，至少一个隔板设在溶液供应室中，以将竖直导热管组分隔为沿气态流体的流动方向安置的多个区段。此外，一个溶液入口设在位于气态流体出口侧的上部区段或下部区段处，一个溶液出口设在设在位于气态流体入口侧的上部区段处。
在根据本发明的发生器中，溶液入口和出口的位置关系是这样设置的，即溶液总体上相对于气态流体以逆流的形式流动，溶液的流动被隔板调节，而且溶液总体上不会沿流动方向与气态流体发生混合。
图9A、9B和9C是本发明的一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的放大图，其中图9A是沿着废气流动方向所作的剖视图，图9B是沿着垂直于废气流动方向的方向所作的剖视图，图9C是沿着图9A中的剖线IX-IX所作的剖视图。
图10至12是本发明的其他实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的示意图。
在图9A、9B和9C至图12中，附图标记51表示发生器，附图标记52表示竖直导热管，附图标记53表示下导管，附图标记54表示上侧管板，附图标记55表示下侧管板。此外，附图标记56表示上侧隔板，附图标记57表示下侧隔板，附图标记58表示吸收溶液(低浓度溶液)，附图标记59表示吸收溶液(高浓度溶液)。另外，附图标记60表示制冷剂蒸气，附图标记61表示用作热源的废气(气态流体)，附图标记62表示气液分离室，附图标记63表示溶液供应室。
在图9A、9B和9C所示的发生器中，由竖直导热管52构成的竖直导热管组设在上侧管板54与下侧管板55之间，气液分离室62设在竖直导热管组上方，以覆盖竖直导热管组的开口部分，溶液供应室63设在竖直导热管组下方，以覆盖竖直导热管组的开口部分。隔板56和57是这样设置的，即将竖直导热管组分隔为沿废气流动方向安置的多个区段。也就是说，多个隔板57设置得将溶液供应室63分隔为沿废气流动方向安置的多个小室。每个隔板57分别从下侧管板55延伸到溶液供应室63的底壁上，以将溶液供应室63分隔为多个小室。这样，在图9A至9C所示的实施例中，溶液供应室63被分隔为五个小室。此外，多个隔板56设在气液分离室62中。每个隔板56分别从上侧管板54开始延伸并且具有一定的高度，以使气液分离室62在隔板56上端的上方未被分隔，而是在隔板56上端的下方被分隔。这样，在图9A至9C所示的实施例中，五个用于储存溶液的空间在上侧管板54上方形成在气液分离室62中。上侧隔板56和下侧隔板57彼此以成对或配对的方式形成。
通过上述结构，竖直导热管组被上侧隔板56和下侧隔板57功能性地分隔为五个区段，以使溶液能够在分别由竖直导热管52构成的各个区段中单独流动。吸收溶液58流经竖直导热管52，用作热源的气态流体61在竖直导热管52外侧流动。
接下来描述在图9A、9B和9C所示发生器的操作。竖直导热管52中的吸收溶液58被管外的废气61加热并且沸腾，以形成气液两相流，然后被喷入气液分离室62中。气液混合物被分离成制冷剂蒸气60和吸收溶液。吸收溶液58从溶液供应室63供应到竖直导热管52下部。气液分离室62中的一部分吸收溶液将流经下导管53，从而返回溶液供应室63中并且作为吸收溶液循环流动。剩下的溶液溢流通过气液分离室62中的隔板56并且流入后续区段中。
在后续区段中，溶液通过下导管53而从气液分离室62供应到溶液供应室63中。另一方面，溶液升流产生在竖直导热管52中，溶液在上侧室与下侧室之间循环，一部分溶液溢流到后续区段中。
具体地讲，供应到溶液供应室63的位于图9A中右侧端的第一小室(第一区段)中的吸收溶液将流入竖直导热管组的位于图9A中右侧端的第一区段中。气液分离室62的位于图9A中右侧端的第一空间(第一区段)中的一部分吸收溶液将流经下导管53，从而返回溶液供应室63的第一小室中并且作为吸收溶液循环流动。剩下的溶液将溢流通过位于图9A中右侧端的隔板56，并且流入第二空间(第二区段)中。
接下来，溶液通过下导管53而从气液分离室62的第二空间供应到溶液供应室63中的第二小室(第二区段)。另一方面，溶液升流产生在第二区段的竖直导热管52中，溶液在第二空间(第二区段)与第二小室(第二区段)之间循环，一部分溶液溢流到第三空间(第三区段)中。随后的区段中将形成相同的溶液流。
在图9A、9B和9C所示的实施例中，竖直导热管组被分隔成五个区段。然而，即使竖直导热管组被分隔成五个以上的区段，也能够形成相同的溶液流。
溢流通过了气液分离室62的先前空间(先前区段)中的隔板56的溶液将进入最后空间(最后区段)中，而且溶液通过下导管53而从气液分离室62的最后空间供应到溶液供应室63的最后小室(最后区段)中。另一方面，溶液升流产生在竖直导热管52中，溶液在上侧室与下侧室之间循环，一部分溶液变成高浓度溶液并从发生器51的出口排出。
吸收溶液58的浓度从入口区段向着出口区端逐渐增加，而与此同时吸收溶液58的沸腾温度逐渐降低，吸收溶液58就这样流向出口区段。吸收溶液58与用作热源的气态流体以逆流的形式流动。
在图9A、9B和9C所示的实施例中，废气用作热源。尽管在图中未示出，但本发明也可以应用在设有平焰燃烧器的情况下。此外，本发明还可以应用在装有柱焰燃烧器的发生器中的竖直导热管组中。
在图9A、9B和9C所示的实施例中，下导管设在竖直导热管组中。然而，如图10至12所示，下导管也可以设在外壳的外侧。
根据本发明的吸收式制冷加热装置可以应用在装有与之相连的发生器的单效吸收式制冷加热装置、双效吸收式制冷加热装置或单双效吸收式制冷加热装置中。
溶液供应室中的隔板可以设置得将相邻区段分隔开。然而，也可以在隔板上开设一个孔，以使溶液在相邻的两个区段之间流动。
在前述实施例中，气液分离室中的隔板采用了溢流结构。然而，也可以在隔板的下部开设一个切口，以使一部分溶液从中流过。
图10是本发明的另一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的示意图。在图9A、9B和9C所示的实施例中，溶液将溢流通过气液分离室62中的隔板56，并且流入后续区段中。然而，如图10所示，溶液可以通过下导管53供应到后续区段中。也就是说，气液分离室62的第一区段中的溶液可以供应到溶液供应室63的第二区段中。
图11是本发明的另一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的示意图。在图11所示的实施例中，吸收溶液58(低浓度溶液)供应到发生器的溶液供应室63的小室中，竖直导热管中的吸收溶液58被管外的废气61加热并且沸腾，以形成气液两相流，然后被喷入气液分离室62中。气液混合物被分离成制冷剂蒸气60和吸收溶液。
气液分离室62的空间(区段)中的吸收溶液通过下导管53而供应到溶液供应室63中的后续小室(后续区段)中。此外，全部溶液可以通过下导管53供应到后续区段中，或者可以溢流通过气液分离室62中的隔板56而供应到后续区段中。接下来的区段中也是同样的情形。
溶液供应室63的第二区段中的一部分溶液通过竖直导热管52向上流入气液分离室62的第一区段中，剩下的溶液通过竖直导热管52向上流入气液分离室62的第二区段中。
溶液总体上从第一区段流向第二区段。然而，一部分溶液从第二区段返回第一区段中，并且上下循环。
气液分离室62的第二区段中的吸收溶液通过下导管53供应到溶液供应室63的第三区段中。
溶液供应室63的第三区段中的一部分溶液通过竖直导热管52向上流入气液分离室62的第二区段中，剩下的溶液通过竖直导热管52向上流入气液分离室62的第三区段中。
气液分离室62的第三区段中的一部分溶液通过下导管53返回溶液供应室63中，剩下的溶液从发生器51中排出。
图12是本发明的又一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的示意图。在图12所示的实施例中，吸收溶液58(低浓度溶液)供应到发生器的溶液供应室63中，竖直导热管中的吸收溶液58被管外的废气61加热并且沸腾，以形成气液两相流，大部分溶液以相同的次序喷入气液分离室62中，剩下的溶液被喷入气液分离室62的后续区段中。气液混合物被分离成制冷剂蒸气60和吸收溶液。
气液分离室62中的溶液通过下导管53而以相同的次序供应到溶液供应室63的区段中，一部分溶液在循环的同时流入气液分离室62的后续区段中。溶液与来自溶液供应室63的第二区段中的蒸气一起通过竖直导热管52供应到气液分离室62的第三区段中，一部分溶液通过下导管53供应到溶液供应室63的第三区段中并且循环流动，剩下的溶液从发生器中排出。
根据具有上述结构的本发明，用作热源的气态流体与吸收溶液流总体上以逆流的形式流动，气态流体与吸收溶液很难在流动方向上发生混合，因此可以有效地利用热源。
接下来参照图13A、13B和13C以及图14A和14B描述本发明的实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器。
本发明应用在被300至400℃或以下温度的废气驱动的吸收式制冷加热装置中。在这种吸收式制冷加热装置中，需要储存的溶液量极小。因此，竖直导热管的管板设在发生器的上下部分中，用于形成废气路径的平板设在发生器的侧部。
此外，为了确保溶液的上下循环并增大导热管组中的热传导，上侧室和下侧室通过可以由下导管连接起来。此外，由于废气的温度较低，因此可以在上侧室和下侧室分别设置一个用于调节溶液流动的隔板，以使废气与溶液总体上以逆流的形式流动。
图13A、13B和13C是本发明第四个方面的一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的放大图，其中图13A是沿着废气流动方向所作的剖视图，图13B是沿着垂直于废气流动方向的方向所作的剖视图，图13C是沿着图13A中的剖线XIII-XIII所作的剖视图。
图14A和14B是本发明第四个方面的另一个实施例中的用在吸收式制冷加热装置中的发生器的放大图，其中图14A是沿着废气流动方向所作的剖视图，图14B是沿着垂直于废气流动方向的方向所作的剖视图。
在图13A、13B和13C以及图14A和14B中，附图标记71表示发生器，附图标记72表示上侧管板，附图标记73表示下侧管板，附图标记74表示竖直导热管，附图标记75表示上侧室(气液分离室)，附图标记76表示下侧室(溶液供应室)。此外，附图标记77表示连接着上侧室和下侧室的平板，附图标记78表示吸收溶液(低浓度溶液)，附图标记79表示吸收溶液(高浓度溶液)，附图标记80表示制冷剂蒸气，附图标记81表示废气(热源)。另外，附图标记82表示下导管，附图标记83表示绝热材料，附图标记84表示上侧室的隔板，附图标记85表示下侧室的隔板。
在图13A、13B和13C所示的发生器中，由竖直导热管74构成的竖直导热管组设在上侧管板72与下侧管板73之间，上侧室(气液分离室)75设在竖直导热管组上方，以覆盖竖直导热管组的开口部分，下侧室(溶液供应室)76设在竖直导热管组下方，以覆盖竖直导热管组的开口部分。此外，上侧室75和下侧室76通过平板77而彼此连接着，上下侧管板72和73以及平板77形成了一个围绕着竖直导热管组的废气路径。
吸收溶液78流经竖直导热管74，用作热源的气态流体(废气)81在竖直导热管74的外侧流动。此外，下导管82设在竖直导热管组的一部分中。
接下来描述在图13A、13B和13C所示发生器的操作。竖直导热管74中的吸收溶液78被管外的废气81加热并且沸腾，以形成气液两相流，然后被喷入上侧室(气液分离室)75中。气液混合物被分离成制冷剂蒸气80和吸收溶液。吸收溶液从溶液供应室76供应到竖直导热管74下部。气液分离室75中的一部分吸收溶液将流经下导管82，从而返回溶液供应室76中并且作为吸收溶液循环流动。
下导管82设在竖直导热管74中，因此下导管82可被用作热源的气态流体81加热。然而，下导管82中的溶液可以通过下导管82外侧的绝热材料83而尽可能地防止被加热，因此溶液将处在液相状态或者变成含有少量蒸气的状态。下导管82中的吸收溶液78的表观密度大于竖直导热管74中的两相状态溶液，因此会形成降流。也就是说，由于下导管82中的溶液的表观密度大于竖直导热管74中的溶液，因此溶液降流形成在下导管82中，而溶液升流形成在竖直导热管74中。
在图13A、13B和13C所示的实施例中，竖直导热管呈格状布置或棋盘状布置。
此外，竖直导热管显示为光管。然而，一部分竖直导热管或全部竖直导热管可以包括翅片管。
在图13A、13B和13C所示的实施例中，下导管82设在竖直导热管组中。然而，如图14A和14B所示，下导管82可以设在外壳的外侧。
此外，如图14A和14B所示，隔板84和85分别设在上侧室75和下侧室76中。如果吸收溶液78和废气81总体上如箭头所示以逆流的形式流动，则可以有效地实现热传导。另外，废气与溶液之间的平均温差可以较大，而且传导的热量可以增加。
根据本发明，可以获得以下优点：
同侧部包括液体冷却壁(溶液流经其间的双层壁)的传统发生器相比，需要储存的溶液量可以非常小，发生器的结构可以简化，发生器容易制造，而且气密性的检测容易实施。
此外，在很多情况下，废气大致具有10至200mmAq的低压，施加在侧壁上的压差为传统真空容器的0.1至2％。因此，用于构成侧壁的板的强度可以非常小。
根据本发明第二至第四个方面的发生器可以应用在单效吸收式制冷加热装置或双效吸收式制冷加热装置中，也可以应用在图1所示的单双效吸收式制冷加热装置中。
接下来参照图15描述装有本发明第二至第四个方面实施例中的发生器的双效吸收式制冷加热装置。图15是本发明的一个实施例中的吸收式制冷加热装置的示意性线路图。在图15所示的吸收式制冷加热装置中，设有一个吸收器A、一个低温发生器GL、一个高温发生器GH、一个冷凝器C、一个蒸发器E、一个低温热交换器XL、一个高温热交换器XH。此外，在吸收式制冷加热装置中，还设有一个溶液泵SP和一个制冷剂泵RP。
在图15中，附图标记1和2表示制冷剂蒸气通道，附图标记3和4表示冷却水通道，附图标记5表示高温废气，附图标记6表示冷热水通道。此外，附图标记7、8和9表示喷管，附图标记10表示分流点，附图标记11至16表示溶液通道，附图标记18至20表示制冷剂通道。
接下来描述图15所示吸收式制冷加热装置的操作。
在冷水生成操作时，吸收了制冷剂的溶液被溶液泵SP从吸收器A开始通过通道11供应到低温热交换器XL的被加热侧，再流经低温热交换器XL并在分流点10处分流。在分流点10分流的一部分溶液将流经通道16并被引入低温发生器GL中。剩下的溶液将流经高温热交换器XH的被加热侧，并通过通道11而被引入高温发生器GH中。在高温发生器GH中，溶液被外部燃气轮机或类似物排出的用作热源的高温废气5加热，以产生制冷剂蒸气并因此而被浓缩。之后，浓缩溶液将流经通道12并被引入高温热交换器XH中。在经历了高温热交换器XH中的热交换后，溶液将与流经通道13的溶液汇合，组合后的溶液被引入低温热交换器XL的加热侧。
通过通道16引入低温发生器GL中的溶液从喷管8喷射到竖直导热管组上，从而被产生于高温发生器GH中的制冷剂蒸气加热并浓缩。至后，浓缩溶液与流经通道13的溶液汇合。组合后的溶液将流经低温热交换器XL的加热侧和通道15，再被引入吸收器A中。
另一方面，产生于低温发生GL中的制冷剂蒸气被引入冷凝器C中。在冷凝器C中，制冷剂蒸气与流经冷却水循环通道4的冷却水发生热交换，从而被冷凝。
产生于高温发生器GH中并且用作低温发生器GL热源后的制冷剂蒸气将变成冷凝液体并且进入冷凝器C中，再与前述在冷凝器C中冷凝的制冷剂液体一起被引入蒸发器E中。
在蒸发器E中，制冷剂液体从冷水中吸取热量而实现制冷作用，并且变成制冷剂蒸气。高浓度溶液流经低温热交换器XL的加热侧并且返回吸收器A中，然后再喷射在导热表面上，所述导热表面被冷却水冷却。之后，喷射的高浓度溶液吸收从蒸发器E供应的制冷剂蒸气，从而变成低浓度溶液。
尽管这里详细显示和描述了本发明的一些特定实施例，但应当理解，在不脱离权利要求书中的范围的前提下，可以作出各种改变和修改。
Claims (5)
1.一种吸收式制冷加热装置，包括：
吸收器；
低温发生器；
废热回收发生器；
高温发生器；
冷凝器；
蒸发器；
溶液路径和制冷剂路径，它们用于将上述吸收器、上述低温发生器、上述废热回收发生器、上述高温发生器、上述冷凝器和上述蒸发器连接起来；以及
废气路径，其用于将用作热源的高温废气引入上述高温发生器中，再引入上述废热回收发生器中，上述废气路径沿上述废气的流动方向基本上是笔直的；
其中，上述高温发生器和上述废热回收发生器分别包括用于使上述高温废气从中流过的竖直导热管组，气液分离室设在上述竖直导热管组上方，以覆盖上述竖直导热管组的开口部分，溶液供应室设在上述竖直导热管组下方，以覆盖上述竖直导热管组的开口部分，上述高温废气被引到上述高温发生器的上述竖直导热管组上，再被引到上述废热回收发生器的上述竖直导热管组上。
2.根据权利要求1所述的吸收式制冷加热装置，其特征在于，上述废气路径具有矩形横断面。
3.根据权利要求1所述的吸收式制冷加热装置，还包括至少一个下列元件：
设在上述高温发生器和上述废热回收发生器之间的热交换器，用于从上述废气路径中的上述废气中回收热量；
设在上述废热回收发生器下游的热交换器，用于从上述废气路径中的上述废气中回收热量。
4.根据权利要求3所述的吸收式制冷加热装置，其特征在于，上述至少一个用于从上述废气中回收热量的热交换器包括设在具有上述矩形横断面的上述废气路径中的水平导热管组。
5.根据权利要求1所述的吸收式制冷加热装置，还包括分别在上述高温发生器和上述废热回收发生器中位于上述气液分离室与上述溶液供应室之间的下导管。
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