CN1300542C - 余热驱动的复合交变热管发生器 - Google Patents

Abstract

一种余热驱动的复合交变热管发生器。用于船用吸附制冰领域。烟气加热管路位于烟气加热式蒸汽锅炉下部，烟气加热管路外部空间构成蒸汽发生器，蒸汽再生器/热管加热段通过热管电磁阀与热管下降段相连，接入吸附床的内部，热管电磁阀连接在热管下降段与蒸汽再生器/热管加热段之间，热管下降段与热管工质段相连通，吸附单元管位于吸附床内部，氨气管路焊接在吸附单元管上，与氨气传质管路相通，氨气吸附/解吸口为氨气管路在吸附床外部出口，吸附剂填充在吸附单元管内，海水冷凝器位于吸附单元管上，海水管路与海水冷凝器的两端相连，海水进出口通过海水管路与海水冷凝器相连，海水阀门连接海水管路，按压储气室下部接入蒸汽发生器的底部。

Description

余热驱动的复合交变热管发生器

技术领域

本发明涉及的是一种用于船用制冰领域的复合交变热管发生器，具体是一种余热驱动的复合交变热管发生器。

背景技术

目前，我国沿海中小型渔船大都以冰藏保鲜为主，机械制冷保鲜为辅。因此，渔船制冷机是当前中、小型渔船迫切需要装备的设备，开发研制还是集中在蒸气压缩式制冷方式。与此同时，渔船上的柴油机约有30％的热量从尾气排入大气而浪费。若能利用这部分余热来驱动吸附式制冷系统，即可不增加柴油机任何油耗，仅回收其尾气余热实现制冰，满足渔民的需求。

船用吸附制冷设备主要采用水、氨以及甲醇为制冷剂，其中采用水、甲醇为制冷剂的系统一般采用物理吸附剂，相对与采用化学吸附剂—氨为工质对的系统而言，制冷量偏小。而对于氨系统，由于氨与铜材料，海水与钢材料之间具有不相容性，所以目前采用氨为制冷剂的系统一般不能采用海水直接冷却，否则会存在严重的腐蚀问题。渔船用吸附制冷设备，目前所采用的吸附床形式多为单元管式与壳管式。

经文献检索发现，专利申请号：200310108923.0，名称为：复合交变热管吸附床，该专利采用氨为制冷剂，氯化钙为吸附剂。改吸附床的加热与冷却形式采用复合交变热管，但由于其吸附床的加热部分采用烟气直接对热管进行加热，在吸附床冷却时，烟气阀门关闭，吸附床的热管加热段是处于冷热交变状态，这样烟气会在吸附床的热管加热段管路上凝结，形成酸蚀。另一方面该系统在冷却状态下，控制热管加热段的阀门关闭，这样由于吸附床部分的热管与热管加热段的热管分别属于两个不同的密闭空间，同时两部分的温度也存在一定的差异，所以热管加热段的压力要高于吸附床内热管内部的压力，这样不利于系统的安全运行。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种余热驱动的复合交变热管发生器，使其解决现有复合交变热管吸附床中热管加热段的烟气腐蚀问题，同时提高系统运行的可靠性。

本发明是以下技术方案实现的，本发明包括：烟气加热式蒸汽锅炉，烟气加热管路，蒸汽发生器，蒸汽再生器/热管加热段，热管电磁阀，热管下降段，热管工质段，氨气吸附/解吸口，氨气传质管路，氨气管路，吸附床，吸附单元管，吸附剂，海水冷凝器，热管冷凝段，海水管路，海水阀门，海水进口，海水出口，控压储气室。其连接方式为：烟气加热管路位于烟气加热式蒸汽锅炉的下部，管内部通烟气，烟气加热管路外部空间构成蒸汽发生器，采用水为介质，蒸汽再生器/热管加热段下部通过热管电磁阀与热管下降段相连，然后接入烟气加热管路的上部空间，再由烟气加热蒸汽锅炉的顶部接出，最后通过吸附床的外壁再接入吸附床中部的内部空间。热管电磁阀连接在吸附床下部的热管下降段与蒸汽再生器/热管加热段之间，热管下降段连接在吸附床的底部，与吸附床内部的热管工质段相连通，吸附单元管位于吸附床内部的下部空间，采用钢管，氨气传质管路位于吸附单元管的中部，采用筛管，氨气管路焊接在吸附单元管的顶部与底部中心位置，与吸附单元管内部的氨气传质管路相通，氨气吸附/解吸口为氨气管路在吸附床外部的出口。吸附剂填充在吸附单元管之内，位于氨气传质管路的外部空间。海水冷凝器位于吸附床内部吸附单元管的上部空间。海水管路与海水冷凝器的两端相连接，海水进口与海水出口分别通过海水管路与海水冷凝器相连接，海水阀门连接在海水进口处的海水管路上。吸附床中吸附单元管的外部以及海水冷凝器的下部空间构成热管工质段，吸附床中海水冷凝器外部以及吸附单元管上部的空间构成热管冷凝段。控压储气室下部接入蒸汽发生器的底部空间，其中采用水为液体介质，水的上部采用氮气来控压。

海水冷凝器管内为海水，管外为热管的工作介质，即水蒸气。水蒸汽在热管工质段中吸附单元管的外壁蒸发，带走吸附热，然后在海水冷凝器的表面冷凝。海水冷凝器由于与吸附单元管内部的氨气空间为通过氨气管路密闭成两个不同的空间，所以可以采用铜材，这样即可以防止海水腐蚀，也不会存在氨气对铜材料的腐蚀问题。吸附单元管的加热采用蒸汽再生器/热管加热段所产生的蒸汽来加热，蒸汽再生器/热管加热段则通过蒸汽发生器的蒸汽来加热，这样可以避免烟气对热管加热段直接加热过程中所产生的腐蚀问题。由于采用了这种新型的加热方式，烟气加热式蒸汽锅炉在吸附单元管冷却过程中，烟气可以不切换，只关闭吸附床下部的热管电磁阀，这样蒸汽再生器/热管加热段内部的有限的气体蒸发不会对吸附单元管的冷却造成很大的影响。而且由于蒸汽再生器/热管加热段与吸附床内部的热管工质段相连通，所以热管电磁阀两端的压力平衡，这有利于系统工作的可靠性。

该发生器的工作主要包括两个过程，一为加热解吸过程。在加热解吸过程中，在烟气管路的烟气加热作用下，蒸汽发生器中的蒸汽蒸发，此时吸附床的海水阀门关闭，热管电磁阀开启，在蒸汽发生器中的蒸汽加热作用下，蒸汽再生器/热管加热段中的水介质蒸发，在热管工质段中吸附单元管的外壁冷凝，为吸附单元管提供热量并使吸附单元管的温度上升，当单元管中吸附剂的温度上升到可以解吸的温度后，吸附剂中的制冷剂从吸附剂中解吸出来，完成解吸过程。吸附床的另一个工作过程为冷却吸附过程。在冷却吸附过程中，热管电磁阀关闭，海水阀门开启，热管工质段的水介质在吸附单元管的外壁蒸发，带走吸附单元管内部吸附剂的吸附热，海水冷凝器在海水的冷却作用下对水蒸汽进行冷却，水蒸汽凝结成水后重新流回热管工质段，重复以上过程对吸附单元管内部的吸附剂进行冷却，当吸附剂的温度降到吸附温度后，制冷剂开始被吸附到吸附剂中，完成吸附过程。

该发生器的特点还在于可以利用一个蒸汽发生器完成多床系统的设计，此时可以将两床或多床发生器的蒸汽再生器均安装在同一个烟气加热式蒸汽锅炉的上部空间，根据不同的工作过程来切换热管电磁阀与海水阀门，实现加热解吸与冷却吸附过程。

对于两床发生器连续制冷系统，包括零部件为两个吸附床，两个蒸汽再生器/热管加热段，两个热管下降段，两个海水冷凝器，两个热管电磁阀，两个海水阀门，一个烟气加热蒸汽锅炉，一个海水入口，一个海水出口。两个蒸汽再生器/热管加热段安装在烟气加热蒸汽锅炉的上部，海水冷凝器分别安装在两个吸附床内部上部空间，热管电磁阀安装在吸附床的热管下降段与蒸汽再生器/热管加热段之间，热管下降段安装在吸附床的下部，两个海水阀门安装在海水入口的两侧，海水出口为海水冷凝器的海水出口。

两个吸附床系统可以实现连续制冷。在一个吸附床加热解吸时，其热管电磁阀打开，海水阀门关闭，吸附床在蒸汽再生器/热管加热段的加热作用下完成加热解吸；此时另外一个吸附床的热管电磁阀关闭，海水阀门开启，吸附床在海水冷凝器的冷却作用下完成冷却吸附过程。

本发明回收余热、冷却均采用热管，相对于以往的传统型吸附床所采用的换热器，简化了结构，同时由于采用相变传热，所以也强化了传热性能。这种结构的吸附床由于可以采用海水直接冷却，所以相对于传统型的以氨为制冷剂的吸附床，省去了淡水中间换热器以及中间换热器中所采用的冷媒泵，一方面简化了系统结构，另一方面也节省了电量的消耗。相对于已有的复合交变热管吸附床，这种发生器一方面采用了蒸汽发生器来对蒸汽再生器/热管加热段进行加热，这样一方面避免了烟气直接加热过程中的腐蚀问题，同时也保证了蒸汽再生器/热管加热段与吸附床内部热管工质段与热管冷凝段的压力平衡，有利于系统工作的可靠性。相对于已有的复合交变热管吸附床，这种设计方式的优点还在于可以利用一个蒸汽发生器对多个吸附床进行加热，完成多床发生器的加热解吸过程。

附图说明

图1本发明结构示意图

图2为本发明双床应用结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：烟气加热式蒸汽锅炉1，烟气加热管路2，蒸汽发生器3，蒸汽再生器/热管加热段4，热管电磁阀5，热管下降段6，热管工质段7，氨气吸附/解吸口8，氨气传质管路9，氨气管路10，吸附床11，吸附单元管12，吸附剂13，海水冷凝器14，热管冷凝段15，海水管路16，海水阀门17，海水进口18，海水出口19，控压储气室20。其连接方式为：烟气加热管路2位于烟气加热式蒸汽锅炉1的下部，管内部通烟气，烟气加热管路2外部空间构成蒸汽发生器3，采用水为介质，蒸汽再生器/热管加热段4下部通过热管电磁阀5与热管下降段6相连，然后接入烟气加热式蒸汽锅炉1内烟气加热管路2的上部空间，再由烟气加热蒸汽锅炉1的顶部接出，最后通过吸附床11的外壁再接入吸附床11中部的内部空间。热管电磁阀5连接在吸附床下部的热管下降段6与蒸汽再生器/热管加热段4之间，热管下降段6连接在吸附床11的底部，与吸附床11内部的热管工质段7相连通，吸附单元管12位于吸附床11内部的下部空间，采用钢管，氨气传质管路9位于吸附单元管12的中部，采用筛管，氨气管路10焊接在吸附单元管12的顶部与底部中心位置，与吸附单元管12内部的氨气传质管路9相通，氨气吸附/解吸口8为氨气管路10在吸附床11外部的出口。吸附剂13填充在吸附单元管12之内，位于氨气传质管路的外部空间。海水冷凝器14位于吸附床11内部吸附单元管12的上部空间。海水管路16与海水冷凝器14的两端相连接，海水进口18与海水出口19分别通过海水管路16与海水冷凝器14相连接，海水阀门17连接在海水进口18处的海水管路16上。吸附床11中吸附单元管12的外部以及海水冷凝器14的下部空间构成热管工质段7，吸附床11中海水冷凝器14外部以及吸附单元管12上部的空间构成热管冷凝段15。控压储气室20下部接入蒸汽发生器3的底部空间，其中采用水为液体介质，水的上部采用氮气来控压。

采用一个蒸汽发生器3完成多床系统的设计，将两床或多床发生器的蒸汽再生器4均设置在同一个烟气加热式蒸汽锅炉1的上部空间。

如图2所示，为双床复合交变热管发生器，包括：烟气加热蒸汽锅炉1，第一蒸汽再生器/热管加热段2，第一热管电磁阀3，第一吸附床4，第一海水冷凝器5，第一海水阀门6，海水进口7，海水出口8，第二海水阀门9，第二海水冷凝器10，第二吸附床11，第二热管电磁阀12，第二蒸汽再生器/热管加热段13，两个蒸汽再生器/热管加热段2、13设置在烟气加热蒸汽锅炉1内部的上部空间，第一海水冷凝器5设置在第一吸附床4内部的上部空间，第一热管电磁阀3设置在第一吸附床4下部管路与第一蒸汽再生器/热管加热段2之间，第一吸附床4与第二吸附床11分别设置在烟气加热蒸汽锅炉1外部的上部两侧空间，与烟气加热蒸汽锅炉1分别通过两个蒸汽再生器/热管加热段2、13相连接，海水进口7与海水出口8分别通过管路与两个海水冷凝器5、10相连接，第一海水阀门6设置在海水进口7与第一海水冷凝器5之间的管路上，第二海水冷凝器10设置在第二吸附床11内部的上部空间，第二热管电磁阀12设置在第二吸附床11下部与第二蒸汽再生器/热管加热段13之间，海水进口7与海水出口8分别通过管路与第一海水冷凝器5相连接，第二海水阀门9设置在海水进口7与第二海水冷凝器10之间的管路上。

Claims (4)

1、一种余热驱动的复合交变热管发生器，包括：烟气加热式蒸汽锅炉(1)，烟气加热管路(2)，热管电磁阀(5)，热管下降段(6)，热管工质段(7)，氨气吸附/解吸口(8)，氨气管路(10)，吸附床(11)，吸附剂(13)，海水冷凝器(14)，热管冷凝段(15)，海水管路(16)，海水阀门(17)，海水进口(18)，海水出口(19)，其特征在于还包括：蒸汽发生器(3)，蒸汽再生器/热管加热段(4)，氨气传质管路(9)，吸附单元管(12)，控压储气室(20)，烟气加热管路(2)位于烟气加热式蒸汽锅炉(1)的下部，烟气加热管路(2)外部空间构成蒸汽发生器(3)，蒸汽再生器/热管加热段(4)下部通过热管电磁阀(5)与热管下降段(6)相连，然后接入烟气加热式蒸汽锅炉(1)内烟气加热管路(2)的上部空间，再由烟气加热蒸汽锅炉(1)的顶部接出，最后通过吸附床(11)的外壁再接入吸附床(11)中部的内部空间，热管电磁阀(5)连接在热管下降段(6)与蒸汽再生器/热管加热段(4)之间，热管下降段(6)连接在吸附床(11)的底部，与热管工质段(7)相连通，吸附单元管(12)位于吸附床(11)内部的下部空间，氨气传质管路(9)位于吸附单元管(12)的中部，氨气管路(10)焊接在吸附单元管(12)的顶部与底部中心位置，与氨气传质管路(9)相通，氨气吸附/解吸口(8)为氨气管路(10)在吸附床(11)外部的出口，吸附剂(13)填充在吸附单元管(12)之内，位于氨气传质管路(9)的外部空间，海水冷凝器(14)位于吸附单元管(12)的上部空间，海水管路(16)与海水冷凝器(14)的两端相连接，海水进口(18)与海水出口(19)分别通过海水管路(16)与海水冷凝器(14)相连接，海水阀门(17)连接在海水进口(18)处的海水管路(16)上，吸附单元管(12)的外部以及海水冷凝器(14)的下部空间构成热管工质段(7)，吸附床(11)中海水冷凝器(14)外部以及吸附单元管(12)上部的空间构成热管冷凝段(15)，控压储气室(20)下部接入蒸汽发生器(3)的底部空间。

2、根据权利要求1所述的余热驱动的复合交变热管发生器，其特征是，蒸汽发生器(3)采用水为介质，吸附单元管(12)采用钢管，氨气传质管路(9)采用筛管。

3、根据权利要求1所述的余热驱动的复合交变热管发生器，其特征是，热管下降段(6)设置在吸附床(11)的下部，热管工质段(7)、吸附单元管(12)设置在吸附床(11)内部，氨气传质管路(9)在吸附单元管(12)内部。

4、一种双床或多床复合交变热管发生器，其特征在于，采用一个蒸汽发生器完成多床系统的设计，将双床或多床复合交变热管发生器的蒸汽再生器均设置在同一个烟气加热式蒸汽锅炉的上部空间；

所述的双床复合交变热管发生器，包括：烟气加热蒸汽锅炉(1)，第一蒸汽再生器/热管加热段(2)，第一热管电磁阀(3)，第一吸附床(4)，第一海水冷凝器(5)，第一海水阀门(6)，海水进口(7)，海水出口(8)，第二海水阀门(9)，第二海水冷凝器(10)，第二吸附床(11)，第二热管电磁阀(12)，第二蒸汽再生器/热管加热段(13)，两个蒸汽再生器/热管加热段(2、13)设置在烟气加热蒸汽锅炉(1)内部的上部空间，第一海水冷凝器(5)设置在第一吸附床(4)内部的上部空间，第一热管电磁阀(3)设置在第一吸附床(4)下部管路与第一蒸汽再生器/热管加热段(2)之间，第一吸附床(4)与第二吸附床(11)分别设置在烟气加热蒸汽锅炉(1)外部的上部两侧空间，与烟气加热蒸汽锅炉(1)分别通过两个蒸汽再生器/热管加热段(2、13)相连接，海水进口(7)与海水出口(8)分别通过管路与两个海水冷凝器(5、10)相连接，第一海水阀门(6)设置在海水进口(7)与第一海水冷凝器(5)之间的管路上，第二海水冷凝器(10)设置在第二吸附床(11)内部的上部空间，第二热管电磁阀(12)设置在第二二吸附床(11)下部与第二蒸汽再生器/热管加热段(13)之间，海水进口(7)与海水出口(8)分别通过管路与第一海水冷凝器(5)相连接，第二海水阀门(9)设置在海水进口(7)与第二海水冷凝器(10)之间的管路上。