CN202938546U - 船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置 - Google Patents

Abstract

一种船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置，它是在尾气换热器和吸收式制冷机主机之间接有水冷式换热器，尾气换热器顶部的第1蒸汽出口通过输汽管与水冷式换热器顶部的第1蒸汽入口连接，其底部第2蒸汽出口通过送汽管与制冷主机的第2蒸汽入口连接，制冷主机冷凝水出口通过回流管与尾气换热器下部回流入口连接，水冷式换热器上、下部分别设有冷却水出口和冷却水入口，冷却水入口通过水管与冷却水泵连接。本装置采用水冷型冷却方式控制制冷主机内蒸汽温度，以实现对吸收式制冷机热源的控制，提高了整个制冷控制系统的稳定性、可靠性和有效性，使之获得最佳的工作效率。

Description

船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置

技术领域

本实用新型涉及尾气余热吸收式制冷机热源控制技术领域，特别涉及一种船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置。

背景技术

吸收式制冷是一种以热能为动力的制冷方式。对于发动机尾气余热的利用通常是将发动机排出的高温烟气换热转化为蒸汽的热能进而推动制冷机工作系统的吸收制冷循环。为确保制冷机正常工作，作为热源的蒸汽的温度必须稳定保持在适当的范围。首先，蒸汽温度必须达到吸收制冷循环的最低工作温度，在通常的利用尾气余热的场合，该温度值视不同的工况条件约为100～120℃，一般发动机尾气余热都可以达到。但吸收式制冷机要稳定正常工作且达到最佳的制冷效率，蒸汽温度应保持在170～180℃之间的范围内（同样按制冷机的不同工况条件）。由于发动机的运转即尾气余热的热量具有不稳定性，当热量过大时，必须将过多的热量排走，蒸汽温度才不会过高，才能保证制冷机正常工作。因此，必须对所利用的发动机尾气的余热进行控制。

对发动机尾气余热的利用，目前采用的方式是使尾气通过尾气换热器将水加热成高温蒸汽。所述尾气换热器为圆筒形管壳式结构，其内部的换热管簇与圆筒管壳的中轴线平行并等距以圆环形排布，尾气换热器其底部为尾气入口，顶部为尾气出口，在尾气换热器上部、下部分别设有蒸汽出口、冷凝水回流入口，所述蒸汽出口和冷凝水回流入口均与尾气换热器的壳程连通。工作时，尾气走管程，水-蒸汽走壳程，尾器由尾气入口通入尾气换热器，通过换热管，从尾气出口排走。

为对所利用的发动机尾气的余热进行控制，通常较简单和直接的方式是在尾气通道设置带有控制系统的三通阀。制冷机工作时，三通阀打开，让尾气直接通入尾气换热器；当尾气热量过多使蒸汽温度高于设定温度时，制冷机的蒸汽温度控制器发出信号，三通阀动作，将尾气从旁通管排走，不使尾气进入换热器；当设备需要热量（蒸汽温度低于设定温度）时，温度控制器控制三通阀再动作，将尾气引入换热器。如此通过三通阀的动作，实现对所利用的尾气余热进行控制。但是，这种方式的明显缺陷是：三通阀一直处于高温尾气（高达400～600℃）的环境下，阀门板常常处于高温状态而容易变形，电动执行机构在高温环境下也容易损坏而无法正常使用，此时就必须停机检修或更换相关部件，这种现象比较严重时，制冷机连续工作十天八天就要进行维护处理，造成设备停工、材料的大量耗用和运行成本的增高。而更严重的问题是：由于阀门板变形和电动部件损坏，造成系统控制失效、执行机构动作失灵，导致设备故障甚至发生事故。特别当带有涡轮增压的发动机中冷有异常时，使尾气温度大幅上升（这种情况并非少见），三通阀不能立即关闭（或完全关闭）换热器的尾气进口并将发动机尾气从旁通管排走，此时，大量的高温烟气涌入换热管，热量迅速积聚，使蒸汽温度突然升高，压力增大，直至蒸汽安全阀启动排汽减压；或过高温蒸汽加热氨-水溶液，氨气压力升高，直至氨-水循环系统安全阀启动喷氨。这种事故的发生严重影响了制冷机设备的正常工作和安全生产。

此外，三通阀和旁通管的安装占用非常大的空间，这对在船上（特别是中小型渔船）的使用环境更是很不适合。而且，使用三通阀开关将尾气旁通或引入换热器来控制提供制冷机的热量，从响应速度和准确性上不容易做到使提供制冷机的蒸汽控制在最佳的工作温度。而这一问题的解决正是要求体积小、重量轻、制冷效率高的船用制冷机所非常需要的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置，该装置采用水冷型的冷却方式控制蒸汽的温度，以实现对吸收式制冷机热源的控制，使船用吸收式制冷机能连续正常工作并获得最佳的工作效率。

本实用新型所提出的技术解决方案是这样的：一种船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置，包括尾气换热器1和吸收式制冷机主机8，该尾气换热器1上部设有第1蒸汽出口3，其下部设有冷凝水回流入口12，吸收式制冷机主机8设有第2蒸汽入口9和冷凝水出口10，其特征在于：还设有水冷式换热器2，设在水冷式换热器2顶部的第1蒸汽入口5通过输汽管4与所述第1蒸汽出口3贯通连接，设在水冷式换热器2底部的第2蒸汽出口6通过送汽管7与所述第2蒸汽入口9贯通连接，所述冷凝水出口10通过回流管11与冷凝水回流入口12贯通连接，位于水冷式换热器2下部的冷却水入口15通过水管与冷却水泵连接，水冷式换热器2上部设有冷却水出口16，冷却水泵工作电源与吸收式制冷机主机8的蒸汽温度控制器电气连接。

所述尾气换热器1为圆筒形管壳式结构，其内部的换热管簇与圆筒管壳的中轴线平行并等距以圆环形排布，尾气换热器1底部设有尾气入口13，尾气换热器1顶部设有尾气出口14，尾气换热器1上部、下部分别设有第1蒸汽出口3、冷凝水回流入口12，第1蒸汽出口3和冷凝水回流入口12均与尾气换热器1的壳程连通。

所述水冷式换热器2为圆筒形管壳式结构，其内部的换热管簇与圆筒管壳的中轴线平行并等距以圆环形排布，水冷式换热器2的第1蒸汽入口5和第2蒸汽出口6均与水冷式换热器2的管程连通，所述冷却水入口15和冷却水出口16均与水冷式换热器2的壳程连通。

所述尾气换热器1和水冷式换热器2采用直立式安装，所述水冷式换热器2的第2蒸汽出口6高于吸收式制冷机主机8的第2蒸汽入口9，吸收式制冷机主机8的冷凝水出口10高于尾气换热器1壳体的顶部。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

（1）本实用新型船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置，将常规采用的对尾气通道的尾气流量进行控制变换为对吸收式制冷机主机内蒸汽温度进行控制，通过控制制冷机主机的热源使蒸汽温度的控制机构避开高温烟气的恶劣环境，提高了整个制冷控制系统的稳定性、可靠性和有效性。

（2）去除了尾气管道的三通阀、旁通管等，因而大量节省了耐高温金属材料和降低了成本；同时又显著减少了为安装这些设备而占用的空间，这对于重量、体积和安装要求都倍受制约的船用设备是一重大进步。

（3）采用水冷冷却方式，可直接用海水冷却，就地取材，节省运行成本。

（4）本装置可利用船体结构的多层性，便于尾气换热器和水冷式换热器都采用竖式安装，使本装置的有关部分处于不同的水平高度，令水-汽回路的冷凝水可依靠重力回流，从而实现水-汽闭路循环而不会发生传热介质的损失，提高了热能的利用率和运行的可靠性，并有助于制冷循环、制冷效率的提升。同时也降低了设备的安装要求。

本实用新型还可适用于类似船用的其他环境下工作的利用发动机尾气余热的吸收式制冷设备，配套适用的制冷终端，可应用于制冰、冷冻、空调、工艺冷却等领域。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的一种船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置的结构示意图。

图中标记说明如下：

1，尾气换热器；  2，水冷式换热器；  3，第1蒸汽出口；  4，输汽管；

5，第1蒸汽入口； 6，第2蒸汽出口； 7，送汽管； 8，吸收式制冷机主机；

9，第2蒸汽入口； 10，冷凝水出口； 11，回流管； 12，冷凝水回流入口；

13，尾气入口；   14，尾气出口；    15，冷却水入口；   16，冷却水出口。

具体实施方式

通过下面实施例对本实用新型作进一步详细阐述。

参见图1所示，一种船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置由尾气换热器1和水冷式换热器2组成。尾气换热器1上部设有第1蒸汽出口3，其下部设有冷凝水回流入口12；水冷式换热器2的顶部设有第1蒸汽入口5，其底部设有第2蒸汽出口6；吸收式制冷机主机8设有第2蒸汽入口9和冷凝水出口10。所述尾气换热器1的第1蒸汽出口3通过输汽管4与所述水冷式换热器2的第1蒸汽入口5贯通连接，水冷式换热器2的第2蒸汽出口6通过送汽管7与吸收式制冷机主机8的第2蒸汽入口9贯通连接，吸收式制冷机主机8上的冷凝水出口10通过回流管11与尾气换热器1的冷凝水回流入口12贯通连接，如此构成了闭合的水-汽循环回路。水冷式换热器2的下部设有冷却水入口15，上部设有冷却水出口16，该冷却水入口15通过水管与冷却水泵连接，冷却水泵工作电源与吸收式制冷机主机8的蒸汽温度控制器（图中未示出）电气连接。

尾气换热器1为圆筒形管壳式结构，其内部的换热管簇与圆筒管壳的中轴线平行并等距以圆环形排布，有利于增大换热面积和水蒸汽受热均匀。尾气换热器1底部设有尾气入口13，尾气换热器1顶部设有尾气出口14，尾气换热器1上部的第1蒸汽出口3和下部的冷凝水回流入口12均与尾气换热器1的壳程连通。

水冷式换热器2亦为圆筒形管壳式结构，其内部的换热管簇与圆筒管壳的中轴线平行并等距以圆环形排布，有利于冷却水对蒸汽均匀冷却。水冷式换热器2的第1蒸汽入口5和第2蒸汽出口6均与水冷式换热器2的管程连通，冷却水入口15和冷却水出口16均与水冷式换热器2的壳程连通。

尾气换热器1和水冷式换热器2采用直立式安装，水冷式换热器2的第2蒸汽出口6高于吸收式制冷机主机8的第2蒸汽入口9，吸收式制冷机主机8的冷凝水出口10高于尾气换热器1壳体的顶部，确保冷凝水可依靠自身重力回流到尾气换热器1壳程的底部。

装置运行前，须将尾气换热器1的壳程抽真空后注入产生蒸汽的冷水再连接系统，以达到水-汽的闭路循环；冷却水入口15和冷却水出口16应分别与海水泵和排水管连接好。

装置工作时，发动机尾气从尾气入口13进入尾气换热器1，尾气走管程，通过换热管后从尾气出口14排出。尾气换热器1壳体内的水被加热后产生的蒸汽走壳程，从第1蒸汽出口3通过输汽管4进入第1蒸汽入口5，蒸汽在水冷式换热器2内走管程，再经第2蒸汽出口6通过送汽管7进入第2蒸汽入口9，蒸汽经吸收式制冷主机8换热后产生的冷凝水从冷凝水出口10经冷凝水回流管11进入冷凝水回流入口12，回到尾气换热器1壳体的底部。当从尾气入口13进入尾气换热器1的发动机尾气的热量使尾气换热器1产生的蒸汽温度过高时，吸收式制冷主机8的蒸汽温度控制器发出信号，海水泵启动，向冷却水入口15注水，水冷式换热器2工作，冷却水走壳程，将多余的蒸汽热量带走，使蒸汽温度降低至要求值（或降低至吸收制冷循环的最低工作温度以下，使制冷机停止工作）。当蒸汽温度达到要求的数值时，蒸汽温度控制器再次发出信号，海水泵停机，停止向水冷式换热器2注入冷却水。在此过程中，蒸汽在水冷式换热器2被冷却产生的冷凝水随蒸汽从第2蒸汽出口6进入第2蒸汽入口9，再由冷凝水出口10流出，由于重力的作用，经冷凝水回流管11进入冷凝水回流入口12返回尾气换热器1的底部重新被加热。

Claims (3)

1.一种船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置，包括尾气换热器（1）和吸收式制冷机主机（8），该尾气换热器（1）上部设有第1蒸汽出口（3），其下部设有冷凝水回流入口（12），吸收式制冷机主机（8）设有第2蒸汽入口（9）和冷凝水出口（10），其特征在于：还设有水冷式换热器（2），设在水冷式换热器（2）顶部的第1蒸汽入口（5）通过输汽管（4）与所述第1蒸汽出口（3）贯通连接，设在水冷式换热器（2）底部的第2蒸汽出口（6）通过送汽管（7）与所述第2蒸汽入口（9）贯通连接，所述冷凝水出口（10）通过回流管（11）与冷凝水回流入口（12）贯通连接，位于水冷式换热器（2）下部的冷却水入口（15）通过水管与冷却水泵连接，水冷式换热器（2）上部设有冷却水出口（16），冷却水泵工作电源与吸收式制冷机主机（8）的蒸汽温度控制器电气连接。

2.根据权利要求1所述的船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置，其特征在于：所述水冷式换热器（2）为圆筒形管壳式结构，其内部的换热管簇与圆筒管壳的中轴线平行并等距以圆环形排布，水冷式换热器（2）的第1蒸汽入口（5）和第2蒸汽出口（6）均与水冷式换热器（2）的管程连通，所述冷却水入口（15）和冷却水出口（16）均与水冷式换热器（2）的壳程连通。

3.根据权利要求1所述的船用尾气余热吸收式制冷机用的热源控制装置，其特征在于：所述尾气换热器（1）和水冷式换热器（2）采用直立式安装，所述水冷式换热器（2）的第2蒸汽出口（6）高于吸收式制冷机主机（8）的第2蒸汽入口（9），吸收式制冷机主机（8）的冷凝水出口（10）高于尾气换热器（1）壳体的顶部。

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