CN1651838A - 一种无泵吸收制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷、太阳能及其它废热利用领域，更准确地是一种无泵吸收制冷机，包括有热虹吸泵、冷凝器(9)、蒸发器(12)、吸收器(14)、储液罐(16)，热虹吸泵通过制冷剂气体出口管(6)连接冷凝器(9)的入口端，冷凝器(9)的出口端连接至蒸发器(12)，冷凝器(9)出口端分为两根小管，一根直接向下，连接到蒸发器的前端，另一根先向上然后再弯头向下。具有热利用率高，单位体积设备的制冷量高等优点。

Description

一种无泵吸收制冷机

技术领域

本发明涉及制冷、太阳能及其它废热利用领域，更准确地是一种无泵吸收制冷机。

背景技术

制冷机械是目前常用的一种机械，无论是工业还是民用，均需要大量该类机械。目前常用的制冷机械是压缩制冷机，但压缩制冷需要消耗电能，且制冷剂中有可能产生温室效应气体及破坏大气臭氧层的气体。另一方面随着生产的发展及人民生活水平的提高，空调制冷及其它各种制冷所消耗的电力越来越多，由此造成了电力紧张、能源短缺及环境污染等一系列问题。人们对清洁能源及可再生能源的使用越来越重视，迫切希望开发各种无需消耗电力，无温室效应气体及破坏大气臭氧层气体的制冷方法和制冷机械。

扩散吸收制冷系统是一种利用太阳能及其它废热就能获得冷量的一种环保型制冷方法，它无压缩机，不产生温室效应气体，也不破坏大气臭氧层，因此得到广泛重视。但目前仍然存在热利用率较低、关键的部件热虹吸泵系统性能不佳、提升管高度过高、单位体积设备的制冷量偏小等问题，以上问题严重制约了扩散制冷系统的商业化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热利用率高，单位体积设备的制冷量高的环保扩散吸收制冷设备。

本发明的有益效果是通过下列方案实现的：

本发明包括有热虹吸泵、冷凝器、蒸发器、吸收器、储液罐，热虹吸泵通过制冷剂气体出口管连接冷凝器的入口端，冷凝器的出口端连接至蒸发器，冷凝器出口端分为两根小管，一根直接向下，连接到蒸发器的前端，另一根先向上然后再弯头向下，内为未被冷凝的制冷剂气体和不能冷凝的扩散气体，该管子与蒸发器的气体出口相连，再继续向下，在压差作用下进入溶液储罐并一同连接至储液罐的入口端；储液罐设有两侧出口，第一侧出口与浓溶液进口管的入口相连，第二侧出口与吸收器管入口端相连；吸收器管的出口端有一小管从蒸发器的后端进入至前端，小管内主要是未被吸收的扩散气体，吸收器管的另一出口端与稀溶液出口管相连，浓溶液进口管和稀溶液出口管的出口端分别连接至热虹吸泵。在吸收器管中，稀溶液沿管路一路向下流动，而来自蒸发器和冷凝器的混合气体且从吸收器管路的下端一路向上，两者逆相流动接触，制冷剂气体基本被吸收，稀溶液也就变成了浓溶液，进入储液罐。

这样，在蒸发器前端由于扩散气体的分压作用，使得尽罐冷凝器的总压和蒸发器的总压基本相等，但冷凝的制冷剂还是被不断地蒸发，达到制冷的目的。

上述热虹吸泵为变环隙三重套管式热虹吸泵，是以无缝内管为基础，由内管、分隔管及外管组成，其中，分隔管下端与内管焊接，上端开口，并在下端与浓溶液进口管相连；外管焊接于分隔管的外侧，上端接制冷剂气体出口管，下端接稀溶液出口管。

为了进一步改善热虹吸泵中提升管的性能，使提升管环隙横截面产生径向不对称，由于径向不对称，使其在环型通道的短轴方向的最大速度和在长轴方向的最大速度不相等，此速度差所引成的推力可将流体由短轴方向推向长轴方向，由此产生的二次流可减少层流低层的厚度，强化传热效果，促进溶液蒸发沸腾，进而提高提升管的提升性能变环隙三重套管式热虹吸泵的内管为椭圆形。

为了强化热虹吸泵外界热源的传热效果，内管的内侧设有翅片，厚度从中心内至外由薄渐厚，这样一方面可以较少金属用量，另一方面保证翅片单位横截面上的热通量保持基本相等，有利于热量的传递。

为了增强热虹吸泵内管外侧的沸腾传热效果，内管外侧采用了多孔表面处理，该多孔表面是通过无切屑机械加工技术加工而成，采用多孔管的结构，一方面可以增加传热面积，并使流体在流过多孔的粗糙表面时产生各种二次流，另一个更重要的原因是由于多孔表面的毛细管作用，可降低沸腾发生温度。

为了提高热虹吸泵热利用率，将浓溶液进口管和稀溶液出口管做成套管式换热器，使整个热虹吸泵的热利用率进一步提高。

上述冷凝器采用机械加工的高翅片管直接加工而成，相对与常规的光管外扦套翅片而言，一方面减少加工工序，同时由于光管上直接加工而成的翅片和管子本身是一体的无接触热阻，提高传热效果，可减少冷凝器所需管子的长度。

上述吸收器采用强化吸收管，内具有月牙三维凸体，按一定倾斜度弯管而成，安装在液体储罐和蒸发器之间。强化吸收管是利用不同无缝管，通过无切屑机械加工而成。管内利用排列的月牙三维体，使流体流过时产生复杂的分流、混合、边界层分离流等各种二次流，促进传热传质进程；管外利用翅片增加传热系数及传热面积，整个吸收器利用这种强化传质管加工而成；整个吸收器所需的管子长度和光滑管相比可较少40％左右。

上述冷剂气体出口管焊接有蒸馏管，蒸馏管的另一端连接冷凝器。

为了便于灌装及抽真空，储液罐上设有真空罐装阀，用于系统检漏、抽真空、灌装制冷介质包括扩散气体，它将复杂的阀门管路系统安排在设备之外，使设备易于密封，消除了设备管路上的阀门。

上述真空罐装阀是由阀门基体、阀杆、密封体、弹簧、弹簧调节螺栓、密封垫圈组成，阀门基体为一内部中空的管体，中部有一挡板，挡板上设有第一组入气孔，阀杆位于阀门基体内，两者接触部分为密封体的外周面，起机械密封作用；密封垫圈套在阀杆上，随阀杆一起移动；弹簧位于密封体的底部，另一端与弹簧调节螺栓连接，调节螺栓用于调节弹簧的张力，可根据灌装系统的压力加以调整，调整后，将调节螺栓和阀门基体焊死固定，以免调节螺栓在系统运行中由于各种原因引起的震动而松脱，从而影响系统的密封性能。当灌装完成后，弹簧张力将阀杆上顶，密封垫圈也随之上移与阀门基体部分紧密接触，起到双重密封作用。阀门基体对应于密封体底部的位置上设有第二组入气孔。阀门基体的充气口外边沿上设有螺纹。

该阀的加工较为简单，首先选择和系统工作介质及安装该阀门的容器相容的材料，利用铸造加工阀门基体、阀杆及弹簧螺栓的母体，然后再通过各种机械加工的方法，使其达到精度要求；也可以不通过铸造，直接利用材料，通过机械加工的方法，得到符合精度要求的阀门基体、阀杆及弹簧螺栓。加工完上述零件后，先将密封垫圈套在阀杆上，然后将阀杆从阀门基体的后部向上推，再将弹簧从阀门基体后部装上，然后，将调节螺栓装上，并调节到一定张力后将其和阀门基体焊死，最后焊接在储液罐上。

本发明中所涉及的所有无缝管可以是钢管、铜管或铝管。

本设备制造时，先利用各种大小不等的无缝管，按前面提及的要求，利用无切屑机械加工方法，加工成多孔管、高翅片管及强化吸收管；然后，利用常规的机械加工方法加工好储液罐、热虹吸泵、吸收器、冷凝器及蒸发器；最后将前面加工的各种零件和管件利用焊接的方法加以连接。整体设备加工完成后，通过真空灌装阀进行试压及检漏，试压检漏合格后，就可以灌装工作介质，灌装完成后，设备就可以投入使用。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、采用变环隙三重套管式热虹吸泵，解决了吸收扩散制冷中关键部件热虹吸泵加工复杂、热利用率低、提升管高度过高等问题，为这种可利用各种低品位热能(太阳能、烟道废气及其它各种余热)进行制冷的新颖环保制冷方法进入商业实际应用提供技术支持；

2、采用真空灌装阀进行设备的抽真空及灌装，避免了在设备管路上安装其它阀门，简化了设备的加工，提高了系统的密封性能，消除了可能存在的泄露点，方便进行二次灌装，延长了设备的使用寿命。

3、用强化吸收管，促进传热传质进程；管外利用翅片增加传热系数及传热面积，使整个吸收器的传热传质性能提高，从而使整个吸收器所需的管子长度和光滑管相比可较少40％左右，为减小本发明的设备体积，提高单位体积设备的制冷量提供了条件。

4、用高翅片管直接加工本发明中的冷凝器，提高传热效果，减少冷凝器所需管子的长度。

5、由于采用了多种强化传热及传质技术，并在热虹吸泵方面改变了结构，采用了内部供热形式，减少了热量损失，提高了整个设备的热量利用，为本设备的商业推广应用提供了基础。

说明书附图

图1为本发明的结构示意图；

图2为强化吸收管的剖视图；

图3为强化吸收管内月牙三维凸体的示意图；

图4真空罐装阀的剖视图。

图中：1-内管；2-分隔管；3-外管；4-稀溶液出口管；5-浓溶液进口管；6-制冷剂气体出口管；7-稀溶液出口接管；8-加热通道翅片；9-冷凝器；10-小管；11-小管；12-蒸发器；13-小管；14-吸收器；15-管道；16-储液罐；17-真空罐装阀；18-加热流体入口；19-加热流体出口；20-阀门基体；21-阀杆；22-密封体；23-弹簧；24-弹簧调节螺栓；25-密封垫圈；26-灌装气体第一组入口孔；27-灌装气体第二组入口孔。

具体实施方式

本发明的无泵吸收制冷机，如图1所示，包括热虹吸泵、冷凝器9、蒸发器12、吸收器14、储液罐16，热虹吸泵通过制冷剂气体出口管6连接冷凝器9的入口端，冷凝器9的出口端连接至蒸发器12，冷凝器9出口端分为两根小管，一根连接到蒸发器12的前端，另一根与蒸发器12的气体出口相连并一同连接至储液罐16的入口端，所述储液罐16设有两侧出口，第一侧出口与浓溶液进口管5的入口相连，第二侧出口与吸收器14入口端相连，吸收器14的出口端有一小管13进入至蒸发器12前端，吸收器14上端的侧向与稀溶液出口管4相连，浓溶液进口管5和稀溶液出口管4的出口端分别连接至热虹吸泵。

浓溶液进口管5和稀溶液出口管4做成套管式换热器。冷凝器9为高翅片管直接加工而成。吸收器14采用强化吸收管，如图2、3所示，内具有月牙三维凸体，倾斜弯管而成，安装在储液罐16和蒸发器12之间。冷剂气体出口管6焊接有蒸馏管，蒸馏管的另一端连接冷凝器9。储液罐16上设有真空罐装阀，17。

热虹吸泵为变环隙三重套管式热虹吸泵，如图4所示，由内管1、分隔管2及外管3组成，其中，分隔管2下端与内管1焊接，上端开口，并在下端与浓溶液进口管5相连；外管3焊接于分隔管2的外测，上端接制冷剂气体出口管6，下端接稀溶液出口管4。内管1为椭圆形，内侧设有翅片，外侧采用了多孔表面处理，厚度从中心内至外由薄渐厚。

真空罐装阀17是由阀门基体20、阀杆21、密封体22、弹簧23、弹簧调节螺栓24、密封垫圈25组成，阀门基体20为一内部中空的管体，中部有一挡板，挡板上设有第一组入气孔26，阀杆位于阀门基体20内，两者接触部分为密封体22的外周面，密封垫圈25套在阀杆上，弹簧23位于密封体22的底部，另一端与弹簧调节螺栓24连接，阀门基体20对应于密封体22底部的位置上设有第二组入气孔27。阀门基体20的充气口外边沿上设有螺纹。

当系统需要灌装气体或液体时，用带内罗纹的管道，套上阀门基体20上的外螺纹，旋转一定圈数，使阀杆21向下移动，在既保证第二组进气孔27仍被密封体22所密封，而所套管道和阀门基体20达到足够的密封程度时，将外套管道中的气体抽去，管道另一端所装的阀门关死，然后，继续旋转外套管道，使密封体22不断下降，当第二进气孔27完全打开时，可在管道另一端接上灌装液体或气体罐，打开连接阀门，开始灌装。灌装结束后，先关闭连接阀门，将辅助管道和其它所有的连接除去，然后，辅助管道从阀门基体20上旋下，在旋的过程中，密封体22首先会将第二组进气孔27关闭密封，最后将第一组进气孔26关闭密封，系统罐装完毕。

本发明设备工作时，首先启动加热热源，热流体由热虹吸泵下端的加热流体入口18进入，上端的加热流体出口19流出，热流体通过内管1内壁将热量传给在内管1和分隔管2之间环形提升通道中的浓溶液，浓溶液在此环形通道内被加热，浓溶液中的易挥发组分蒸发，产生沸腾，同时带动浓溶液向上提升，在不断的提升过程中，溶液的浓度不断下降，气液之间不断分离，同时也不断中热流体中获取热量，当提升高度超过分隔管2的高度时，稀溶液便落入分隔管2和外管3之间的环形通道，该通道为稀溶液下降通道，稀溶液在重力及压差作用下，一边下降，一边进一步进行气液分离；在提升通道及稀溶液下降通道产生的气体通过气体出口管6，其实也起到蒸馏管作用，进入冷凝器9，制冷气体在冷凝气中被冷凝成液体，冷凝器末端有两根小管，一根10直接向下，另一根11先向上，然后再弯头向下。直接向下的小管10内为已被冷凝成液体的制冷剂，该小管下降一端距离后，横向转弯，并进入蒸发器12的前端；而另一根11先向上，然后再弯头向下，管内为未被冷凝的制冷剂气体和不能冷凝的扩散气体(一般为氢气或氦气，不能冷凝是指在吸收制冷过程中所处的压力和温度而言，而不是绝对不能冷凝)，该小管11和从蒸发器12出来的混合气体(含有制冷剂气体和扩散气体)出口连接，通过管道15再继续向下，在压差作用下进入溶液储罐16；蒸发器12前端除了有冷凝液体进入外，在其后端有一根小管13进入蒸发器12，并和蒸发器12结构平行，直到前端，该小管13是从吸收器14出口而来，主要是未被吸收的扩散气体。这样，在蒸发器12前端由于扩散气体的分压作用，使得尽管冷凝器9的总压和蒸发器12的总压基本相等，但冷凝的制冷剂还是被不断地蒸发，达到制冷的目的。通过小管13进入储液罐16的混合气体，进入吸收器14的下端，并沿吸收器管一路向上，而吸收器14同时上端的侧向由来自热虹吸泵的稀溶液出口管7连接，稀溶液沿吸收器14管路一路向下流动，两者逆相流动接触，制冷剂气体基本被吸收，稀溶液也就变成了浓溶液，进入储液罐16。而混合气体中的制冷剂气体基本被吸收，剩下扩散气体通过小管13进入蒸发器12，这样扩散气体就完成了一个循环。储液罐16上的浓溶液，在重力及压差作用下，通过浓溶液进口管5，进入内管1和分隔管2之间环形提升通道中的浓溶液，在此加热沸腾蒸发，也完成了一个循环，整个制冷过程就是不断的循环过程。

Claims (10)

1、一种无泵吸收制冷机，包括热虹吸泵、冷凝器(9)、蒸发器(12)、吸收器(14)、储液罐(16)，热虹吸泵通过制冷剂气体出口管(6)连接冷凝器(9)的入口端，冷凝器(9)的出口端连接至蒸发器(12)，其特征在于冷凝器(9)出口端分为两根小管，一根连接到蒸发器(12)的前端，另一根与蒸发器(12)的气体出口相连并一同连接至储液罐(16)的入口端，所述储液罐(16)设有两侧出口，第一侧出口与浓溶液进口管(5)的入口相连，第二侧出口与吸收器(14)入口端相连，吸收器(14)的出口端有一小管(13)进入至蒸发器(12)前端，吸收器(14)上端的侧向与稀溶液出口管(4)相连，浓溶液进口管(5)和稀溶液出口管(4)的出口端分别连接至热虹吸泵。

2、根据权利要求1所述的一种无泵吸收制冷机，其特征在于所述热虹吸泵为变环隙三重套管式热虹吸泵，由内管(1)、分隔管(2)及外管(3)组成，其中，分隔管(2)下端与内管(1)焊接，上端开口，并在下端与浓溶液进口管(5)相连；外管(3)焊接于分隔管(2)的外测，上端接制冷剂气体出口管(6)，下端接稀溶液出口管(4)。

3、根据权利要求2所述的一种无泵吸收制冷机，其特征在于所述变环隙三重套管式热虹吸泵的内管(1)为椭圆形，内侧设有翅片，外侧采用了多孔表面处理，厚度从中心内至外由薄渐厚。

4、根据权利要求1所述的一种无泵吸收制冷机，其特征在于所述浓溶液进口管(5)和稀溶液出口管(4)做成套管式换热器。

5、根据权利要求1所述的一种无泵吸收制冷机，其特征在于所述冷凝器(9)为高翅片管直接加工而成。

6、根据权利要求1所述的一种无泵吸收制冷机，其特征在于所述吸收器(14)采用强化吸收管，内具有月牙三维凸体，倾斜弯管而成，安装在储液罐(16)和蒸发器(12)之间。

7、据权利要求1所述的一种无泵吸收制冷机，其特征在于所述冷剂气体出口管(6)焊接有蒸馏管，蒸馏管的另一端连接冷凝器(9)。

8、据权利要求1所述的一种无泵吸收制冷机，其特征在于所述储液罐(16)上设有真空罐装阀(17)。

9、据权利要求8所述的一种无泵吸收制冷机，其特征在于所述真空罐装阀(17)是由阀门基体、阀杆、密封体、弹簧、弹簧调节螺栓、密封垫圈组成，阀门基体为一内部中空的管体，中部有一挡板，挡板上设有第一组入气孔，阀杆位于阀门基体内，两者接触部分为密封体的外周面，密封垫圈套在阀杆上，弹簧位于密封体的底部，另一端与弹簧调节螺栓连接，阀门基体对应于密封体底部的位置上设有第二组入气孔。

10、据权利要求9所述的一种无泵吸收制冷机，其特征在于所述阀门基体的充气口外边沿上设有螺纹。

Images