CN1291201C - 渗漏检测和定位的吸收式制冷机系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一个可由一隔膜(35)保护而免受水蒸气影响的氢传感器(33)可指示氢浓度的升高，这代表吸收式制冷机中的渗漏。一个可由一隔膜(41)和一蒸气收集器(46)保护而免受水蒸气影响的氦检测器(43)可检测到来自于一喷洒器(40)的氦的出现，以定出渗漏的位置。可以这样来检验一除氢电池(47)，即，监测电池不工作之前和之后的氢浓度(随时间)变化。

Description

渗漏检测和定位的吸收式制冷机系统及方法
本申请为于2001年10月19日提交、申请号为01135815.7并题名为“吸收式制冷机的渗漏检测和定位以及除氢电池的检验”的分案申请。
技术领域
本发明涉及对吸收式制冷机中出现渗漏及渗漏的特定位置的检测以及除氢电池(hydrogen removing cell)的检验。
背景技术
业已发现，吸收式制冷机是非常理想的，因为它与环境的相容性很好，而且无需采用电力来驱动制冷过程，而是只要利用热能(在很多情况下可以是来自于其它过程的废热)即可，这对环境非常有益。所用的吸收式制冷机有各种尺寸，但通常是非常大的，例如直径为3-5米，长度为8-15米。有鉴于此，并且由于吸收式制冷机的工作压力小于大约6乇，因而很可能发生渗漏。大气空气(大约760乇)将通过渗漏进入制冷机。这些制冷机采用溴化锂水溶液。在制冷过程的一个阶段，溴化锂的浓度和温度非常高，极具腐蚀性。当空气通过渗漏而进入时，空气中的氧气会支持金属部件的腐蚀。另外，空气中大量的氮气会阻碍溴化锂溶液吸入水蒸气，从而大大降低制冷机的工作效率。当空气进入制冷机并加速金属部件的腐蚀时，溶解在LiBr水溶液中的金属离子会释放出氢气，H2会阻碍溴化锂溶液对水蒸气的吸收，从而降低制冷机的性能。因此，通常是利用热钯电池来脱氢。然而，没有办法从制冷机的外侧来确定热钯电池是否在工作。
在已有技术中，一般是通过观察制冷机性能是不是严重下降来检测是否出现渗漏。当由于渗漏而将制冷机关停时，对于大型建筑物(特别是医院)是一个很大的问题，因为这样就不能再控制建筑物的环境条件。过去已经采用的一个方法是，在制冷机的外侧到处都喷洒氟利昂(每次喷洒一个区域)，当喷洒到靠近渗漏处时，氟利昂会进入制冷机，可借助一穿过制冷机壁连接的氟利昂传感器来检测制冷机内是否出现氟利昂。然而，该方法并不非常有效。已有技术所采用的另一个方法是，用氟利昂将制冷机内侧加压到超过大气压力，并利用可在制冷机外表面上到处移动的便携式氟利昂检测器来检测是否有氟利昂被排出制冷机，从而识别渗漏的位置。该方法需要制冷机关停3或4天，代价很高。
在该方法中，要在制冷机中充填纯氮来代替空气，因为空气中的氧气会使金属内表面快速地氧化(腐蚀)。首先，大多数溴化锂和水蒸气被除去。接着，利用含有少量普通致冷剂(例如134A)的氮混合物将制冷机加压到大气压力以上。利用一可在制冷机的整个外表面上到处移动的致冷剂检测器来检测并定位渗漏处。接着，必须将氮/致冷剂混合物完全抽出制冷机，因为如果有氮或其它外来气体存在，即使是痕量的，并且即使是在极微小的压力(几毫乇)下，也会损害制冷机的性能。
在这种氟利昂检测方法的情况下，渗漏检测的灵敏度取决于检测器检测氟利昂的能力。由于已经不再能将氯-氟利昂排入大气，因而现在只能采用氟-氟利昂，如134A。在浓度较低的情况下，采用低成本的检测器不能检测到此类氟利昂，而氯-氟利昂却可以用成本相对较低的检测器检测到。采用质谱分析原理的昂贵的检测器可在低压情况下工作，但不能在有水蒸气的情况下工作。另外，采用低分子量的分子可以实现较高的渗漏灵敏度，这是因为分子通过一渗漏处的扩散速率是随着分子量的平方根来变化的。因此，在类似条件下，氦(He)的扩散通过渗漏处的速度比134A之类的氟利昂要快大约5倍。
发明内容
本发明的目的包括：提供一种可连续工作的、不须人介入的在线型吸收式制冷机的渗漏检测器。提供一种吸收式制冷机的渗漏检测器，该渗漏检测器可以在制冷机工作性能显著下降之前就检测到渗漏，以便采取补救措施，不会使制冷机发生故障或停机；提供一种可以在制冷机工作的同时进行吸收式制冷机的渗漏定位；提供一种无需使制冷机关停的吸收式制冷机渗漏定位；提供一种无需插入和/或除去与制冷机工作不相容的物质的吸收式制冷机的渗漏定位；提供一种非常便宜并且非常有效的吸收式制冷机的渗漏定位；提供一种非常快速、无需很多天数的吸收式制冷机的渗漏定位；提供一种可在检测和定位过程中促使制冷机连续工作的吸收式制冷机的渗漏检测和定位；以及提供一种对吸收式制冷机中的除氢电池进行检验的措施。
按照本发明，一种在线的、无人干预的吸收式制冷机包括一低成本的氢检测器，例如一钯-银固态传感器或一钯微悬臂(称为微型电气-机械系统，或MEMS)，该检测器可承受水蒸气。在本发明的一个形式中，氢检测器相对于水蒸气的灵敏度可以通过信号处理来加以弥补。在本发明的另一种形式中，可借助一隔膜来防止水蒸气到达传感器，所述隔膜可允许轻气体通过，但是能阻挡水蒸气通过。
按照本发明，可以这样来实现吸收式制冷机中的渗漏处的定位，即，在制冷机的所有必须的特定位置上喷洒氦，并借助一传统的但是被改进成可阻挡水蒸气通过的氦渗漏检测器来检测氦进入和通过制冷机的内腔，水蒸气可以由一允许轻气体通过但是不让水蒸气通过的隔膜和/或一水蒸气收集器(例如一冷凝器)来阻挡。
本发明提供了一种制冷机渗漏的早期检测手段，并且不需人干预。借助本发明，可以在制冷机不停机的情况下来进行渗漏定位，不必将制冷机放空以及用渗漏检测气体来重新加压，并且无需清除渗漏检测气体。本发明所能检测到的渗漏量远小于(例如小10-1000倍)利用喷洒氟利昂所检测到的渗漏量。另外，本发明是利用氦来作为检测进入物质，在大多数情况下，能在7-10秒内非常快速地检测到氦的出现，并且在回过头来精确地定位渗漏时相对比较方便。
按照本发明，可以监测氢浓度来确定除氢用热钯电池的效力。
本发明提出一种具有快速的渗漏定位功能的吸收式制冷系统，其特征在于包括：一吸收式制冷机，该制冷机具有一外表面，并含有一处于远低于大气压力的压力之下的水蒸气吸收流体；一氦喷洒器，用于对所述外表面喷洒氦；以及一氦检测器，该氦检测器流体连通于所述制冷机的内腔，以监测所述制冷机中的氦浓度的升高，从而指示所述氦喷洒器是否接近一渗漏处，所述流体连通包括以下至少一个：a)一隔膜，该隔膜可允许轻的气体通过，但是可阻挡液态水和水蒸气通过，b)一水蒸气收集器；其特征在于，所述氦检测器还具有一氢检测模式，除了在通过喷洒氦来定位渗漏时之外，都可以将氦检测器设定为氢检测模式。
所述流体连通包括所述隔膜和所述水蒸气收集器，所述水蒸气收集器位于所述隔膜下游。
所述氦检测器可有选择地从所述制冷机中除去。
本发明也提出一种用于定位吸收式制冷系统中的渗漏处的方法，所述吸收式制冷机具有金属部件及一外表面，并含有一处于远低于大气压力的压力之下的水蒸气吸收流体，其特征在于包括：a)采用一氦喷洒器对所述外表面喷洒氦；以及b)采用一氦检测器，该氦检测器流体连通于所述制冷机的内腔，以监测所述制冷机中的氦浓度的升高，从而指示所述氦喷洒器是否接近一渗漏处，所述流体连通系统包括以下至少一个：(a)一隔膜，该隔膜可允许轻的气体通过，但是可阻挡液态水和水蒸气通过，(b)一水蒸气收集器；其特征在于，还设置所述氦检测器具有一氢检测模式，除了在通过喷洒氦来定位渗漏时之外，都可以将氦检测器设定为氢检测模式。
所述步骤b)包括：将便携式氦检测器通过所述流体连通连接于所述制冷机。
本发明的其它目的、特征和优点将通过以下结合附图对具体实施例所作的详细描述而变得更加清楚。
附图说明
唯一的附图图1是利用本发明的一个吸收式制冷机的简化的、程式化的示意图。
具体实施方式
参见图1，一制冷机13包括一主过程腔室14，在该腔室中，来自管道15的冷却水喷洒到盘管16上，热的冷却剂从一入口管道17抽入盘管，而冷的冷却剂从一出口管道18送出，藉以使该制冷机所服务的环境得以冷却。由于腔室14中的压力非常低，例如为6乇，因而在水与盘管6接触时会变成水蒸气。在腔室14中包含水蒸气吸收流体，例如溴化锂水溶液，其中溴化锂的重量百分比是在60-70％之间，或水/氨混合物，或任何其它等效流体。水蒸气被吸入溴化锂溶液，并通过一出口管道21泵送进入一发生器22，在那里由一热源23加热。在加热时，发生器22中的溶液沸腾，使得水蒸气通过管道25进入一冷凝热交换器26，在那里，借助外来的冷却塔水使水蒸气冷却，所述冷却塔水从一管道28泵送进入热交换器26。冷凝热交换器26的出口就是前文中提到过的、喷洒在盘管16上的、管道15中的冷却过程水。当发生器22中沸腾产生水蒸气之后，留下来的高浓度的溴化锂溶液通过一管道30被泵送返回腔室14。刚才所述的设备和过程是简化的，但是大体代表了可采用本发明的一种传统的吸收式制冷机。
本发明可利用由于制冷机中的金属部件腐蚀而生成的氢。由于总是保持有低水平的腐蚀，因而在腔室内总是有某些浓度的氢。当空气渗漏进入制冷机时，氧气会加速腐蚀过程，从而导致释放出更多的氢。虽然空气中的氧会在腐蚀过程中消耗掉，但氮却不会被消耗，氮会阻碍这一过程。本发明是监测氢的浓度，并通过观察氢浓度何时开始升高来确定是否出现渗漏。在图1中，采用一氢传感器33来监测腔室14中的气氛，以确定氢浓度。当氢浓度开始升高时，可以在线路34上发出一警报信号，以向维护或其它有关人员表示已经发生了渗漏。如果需要，为了防止水进入氢传感器，可以沿入口管道36设置一个隔膜35。另一方面，在本发明的给定实施例中，如果氢传感器可以承受水蒸气，那么就不必采用隔膜35。
当知道已经发生渗漏时，用一氦喷洒器40将氦喷洒到制冷机的外表面的所需各区域上。由于制冷机中的内压力非常低，氦将通过任何渗漏处进入腔室14。采用氦所检测到的渗漏可比采用喷洒氟利昂所检测到的渗漏小10-1000倍。是否出现氦可借助一普通的便携式装置42来很方便地检测，该便携式装置包括氦或氦/氢渗漏检测器43。进入对渗漏检测器加以驱动的真空泵的水蒸气将导致渗漏检测器中的压力升高，从而使测谱(spectrometry)过程失效，并破坏仪器。按照本发明，可以防止水蒸气进入氦/氢渗漏检测器43。在第一种情况下，在渗漏检测器入口管道45中采用一个隔膜44，该隔膜可供氦气通过，但是绝对能阻挡大多数液态水和水蒸气。如果需要，可以在隔膜下游采用一蒸气收集器(trap)46，例如一减湿冷凝器，以在氦气沿入口管道45通过时除去剩余的少量水蒸气。在大多数设备中，在将氦喷洒到一渗漏处之后，可以在大约7-10秒内时间内检测到通过渗漏处的氦。这样就很容易回过头来确定渗漏的精确位置。
隔膜可以是Whatman6722-5001型。蒸气收集器可以是FTS系统的SSVT8型。氦检测器可以是Leybold Inficon UL200型。检测器还可以切换成用来检测氢。如果需要，可以(通过人工或自动地)有选择地切换该检测器，以检测制冷机中的氢含量，从而鉴别除氢热钯电池47(如果用的话)的效力。检测器43将会检测到由于渗漏或由于钯电池47出故障不能清除腔室14中的H2而导致的H2的升高。除氢钯电池是可以关断的。按照本发明，当电池“开”时，在检测器43处于H2模式时，监测H2浓度相对于时间的函数，随后再将电池47“关”一段时间，并再次监测H2浓度的变化相对于时间的函数，这样就可以确定电池47是否有效地工作。
H2传感器是一种低成本的传感器，可以在每个制冷机上都安装一个，但检测器43是一个相对较贵的系统，主要是用于渗漏定位。检测器43可以是一个便携系统，能根据需要可靠地从一个制冷机移动到另一个制冷机上。

Claims (6)

1.一种具有快速的渗漏定位功能的吸收式制冷系统，其特征在于包括：
一吸收式制冷机，该制冷机具有一外表面，并含有一处于远低于大气压力的压力之下的水蒸气吸收流体；
一氦喷洒器，用于对所述外表面喷洒氦；以及
一氦检测器，该氦检测器流体连通于所述制冷机的内腔，以监测所述制冷机中的氦浓度的升高，从而指示所述氦喷洒器是否接近一渗漏处，所述流体连通包括以下至少一个：a)一隔膜，该隔膜可允许轻的气体通过，但是可阻挡液态水和水蒸气通过，b)一水蒸气收集器；
其特征在于，所述氦检测器还具有一氢检测模式，除了在通过喷洒氦来定位渗漏时之外，都可以将氦检测器设定为氢检测模式。
2.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述流体连通包括所述隔膜和所述水蒸气收集器，所述水蒸气收集器位于所述隔膜下游。
3.如权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述氦检测器可有选择地从所述制冷机中除去。
4.一种用于定位吸收式制冷系统中的渗漏处的方法，所述吸收式制冷机具有金属部件及一外表面，并含有一处于远低于大气压力的压力之下的水蒸气吸收流体，其特征在于包括：
a)采用一氦喷洒器对所述外表面喷洒氦；以及
b)采用一氦检测器，该氦检测器流体连通于所述制冷机的内腔，以监测所述制冷机中的氦浓度的升高，从而指示所述氦喷洒器是否接近一渗漏处，所述流体连通系统包括以下至少一个：(a)一隔膜，该隔膜可允许轻的气体通过，但是可阻挡液态水和水蒸气通过，(b)一水蒸气收集器；
其特征在于，还设置所述氦检测器具有一氢检测模式，除了在通过喷洒氦来定位渗漏时之外，都可以将氦检测器设定为氢检测模式。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤b)包括：将便携式氦检测器通过所述流体连通连接于所述制冷机。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述流体连通包括所述隔膜和所述水蒸气收集器，并且设定所述水蒸气收集器位于所述隔膜下游。
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