CN210242071U - 一种防止蒸汽穿透的隔压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于制冷机或热泵系统领域的一种防止蒸汽穿透的隔压装置；其中U型管进口段、U型管冷却段和U型管出口段顺序相连，U型管进口段与高压腔体液态冷剂水出口相连，U型管出口段与低压腔体液态冷剂水入口相连，通过对U型管冷却段内的流体进行冷却换热，从而防止隔压装置出现蒸汽穿透。本实用新型中将U型管内的工质温度降至闪蒸温度以下，即保证管内不出现蒸汽穿透现象，从而可以大幅提高现有各类吸收机的制冷COP。

Description

一种防止蒸汽穿透的隔压装置

技术领域

本实用新型属于制冷机或热泵系统技术领域，具体为一种防止蒸汽穿透的隔压装置。

背景技术

溴化锂吸收式热泵或吸收式制冷机被广泛应用于供暖系统以及各类工业过程当中，机组运行的稳定性以及良好性能是机组设计研发的关键。机组运行在真空环境下，机组内部存在多个腔体，工质(如溴化锂溶液、冷剂水)将在多个腔体之间流动，腔体间一般通过U型管作为流动隔压装置连接，U型管既可提供工质流动通道，又可起到稳定隔绝两个腔体压力的作用。当高压腔体中的工质流向低压腔体，将在流动隔压装置内出现剧烈闪蒸，形成激烈的气液两相流动，造成管内流体平均密度大幅降低，这使得隔压装置(U型管)实际隔压能力比设计值降低60％以上，当U型管两端腔体压差较高时，U型管液位消失，通过液封隔绝两腔体压力作用消失，两个腔体的蒸汽出现穿透。尤其是当冷凝器到蒸发器的冷凝U型管出现蒸汽穿透后，将使得机组制冷量降低，COP大幅降低；因此应采用流程结构优化避免这一问题。

申请人发现，隔压用U型管蒸汽穿透的原因是内部工质流动出现两相流动(相变)的过程，这种真空下出现的自发的闪蒸相变产生气液两相流动过程在吸收式热泵或吸收式制冷机领域首次被发现，在传统两相流动研究领域也很少见，因此现有研究及实用新型中并无可以防止U型管隔压装置蒸汽穿透的装置；当管内出现两相流动时，现有所有机组根本没有高度条件设计那么高的U型管来所需要的维持压力差；具体来说需要约6～8m高的U型管才能维持压差；但是这超过了所有溴化锂吸收式热泵或吸收式制冷机的高度。

针对这一问题，我们提出一种全新的用于防止蒸汽穿透的隔压装置；在溴化锂吸收式热泵或吸收式制冷机机组的流程中寻找合适的冷源，在不影响机组性能的前提下以各种不同的换热方式对通过隔压装置(U型管)的流体进行冷却降温，从而避免两相流动及蒸汽穿透问题；在维持隔压装置(U型管)隔压方式的同时，仅通过的微小改变就可解决吸收机普遍存在的蒸汽穿透问题，从而可以大幅提高现有各类吸收机的制冷COP。

实用新型内容

针对背景技术中存在的问题，本实用新型提供了一种防止蒸汽穿透的隔压装置，其特征在于，包括：U型管进口段、U型管出口段和U型管冷却段，其中U型管进口段、U型管冷却段和U型管出口段顺序相连，U型管进口段与高压腔体液态冷剂水出口相连，U型管出口段与低压腔体液态冷剂水入口相连，通过对U型管冷却段内的流体进行冷却换热，从而防止隔压装置出现蒸汽穿透。

所述对U型管冷却段内的流体进行冷却换热是将隔压U型管冷却段内流体的温度降至U型管出口段出口压力对应饱和温度以下，确保U型管冷却段和出口段内的流体以纯液态流动。

所述对U型管冷却段内的流体进行冷却换热的实现方式为：由一股低温流体冷却换热或由机组内部直接换热。

所述由一股低温流体冷却换热为：在U型管冷却段外加装换热器与低温流体进行换热，其中换热器的热侧为U型管冷却段，接入换热器冷侧的换热器冷侧管道内的低温流体为机组内冷水剂罐的低温冷剂水、机组的冷却水或者其它可利用的冷源。

所述机组为多级溴化锂吸收式热泵或制冷机，各级U型管进口段和U型管出口段分别与本级冷凝器和本级蒸发器相连；同时采用低一级冷剂水罐的冷剂水作为本级换热器的冷侧流体，且最低一级冷剂水罐的冷剂水同时作为本级换热器的冷侧流体。

所述由机组内部直接换热为：在U型管冷却段和U型管进口段相连的位置以及U型管冷却段和U型管出口段相连的位置分别加装一根横管，加装过横管的U型管冷却段浸没入机组内低温冷剂水罐的冷剂水中；减小了U型管冷却段的流动阻力。

所述机组为多级溴化锂吸收式热泵或制冷机，各级U型管进口段和U型管出口段分别与本级冷凝器和本级蒸发器相连；同时各级U型管冷却段通过横管接入低一级的冷剂水罐中，使用低一级冷剂水罐中的冷剂水对本级U型管冷却段内的流体进行换热，且最低一级冷剂水罐的冷剂水同时作为本级U型管冷却段的冷侧流体。

所述机组为多段溴化锂吸收式热泵或制冷机，U型管进口段和U型管出口段分别与最后一段冷凝器的液态冷剂水出口和第一段蒸发器的液态冷剂水入口相连。

所述机组为第二类吸收式热泵，U型管进口段与蒸发器液态冷剂水出口相连，U型管出口段与冷凝器液态冷剂水入口相连。

本实用新型的有益效果在于：

1.只要将U型管内的工质温度降至闪蒸温度以下，就可保证管内不出现蒸汽穿透现象。

2.通过的微小改变就可解决吸收机普遍存在的蒸汽穿透问题，从而可以大幅提高现有各类吸收机的制冷COP。

附图说明

图1为本实用新型一种防止蒸汽穿透的隔压装置实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1未开启换热器，产生气液两相流导致蒸汽穿透时的立面图；

图3为本实用新型实施例1开启换热器后，流体冷却形成纯液态流动的立面图；

图4为本实用新型实施例2的结构示意图；

图5为本实用新型实施例3的结构示意图；

图6为本实用新型实施例4的结构示意图；

图7为本实用新型实施例5的结构示意图；

图8为本实用新型实施例6的结构示意图；

图9为本实用新型实施例7的结构示意图；

图10为本实用新型实施例8的结构示意图。

其中：1-U型管进口段，2-U型管出口段，3-换热器，4-冷凝器；5-蒸发器，6-换热器冷侧管道，7-冷水剂罐，8-横管，9-U型管冷却段，10-发生器，11-吸收器，12-溶液罐；4001-第一段冷凝器，4002-第二段冷凝器，4020-第二十段冷凝器，4101-第一级冷凝器，4102-第二级冷凝器，4119-第十九级冷凝器，4120-第二十级冷凝器；5001-第一段蒸发器，5002-第二段蒸发器，5020-第二十段蒸发器，5101-第一级蒸发器，5102-第二级蒸发器，5119-第十九级蒸发器，5120-第二十级蒸发器；7101-第一级蒸发器，7102-第二级蒸发器，7119-第十九级蒸发器，7120-第二十级蒸发器；10001-第一段发生器，10002-第二段发生器，10020-第二十段发生器，10101-第一级发生器，10102-第二级发生器，10119-第十九级发生器，10120-第二十级发生器；11001-第一段吸收器，11002-第二段吸收器，11020-第二十段吸收器，11101-第一级吸收器，11102-第二级吸收器，11119-第十九级，11120-第二十级吸收器；12101-第一级溶液罐，12102-第二级溶液罐，12119-第十九级溶液罐，12120-第二十级溶液罐。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型提出一种防止蒸汽穿透的隔压装置，可作为溴化锂吸收式热泵或制冷机组中存在液体从高压腔体流向低压腔体过程的任意两个腔体之间的隔压装置。如冷凝器与蒸发器之间的隔压装置、发生器与吸收器之间的隔压装置等。下面以溴化锂吸收式热泵或制冷机组中冷凝器与蒸发器之间的隔压装置为例说明本实用新型的装置原理及效果。

如图1～图3所示的本实用新型实施例1，包括：U型管进口段1、U型管出口段2和U型管冷却段9，其中U型管进口段1、U型管冷却段9和U型管出口段2顺序相连，U型管进口段1与高压腔体的冷凝器4液态冷剂水出口相连，U型管出口段2与低压腔体的蒸发器5液态冷剂水入口相连；发生器10与吸收器11通过溶液管路相连，冷凝器4与蒸发器通过冷剂水管路相连，发生器10与冷凝器4通过挡液板间隔并连通，吸收器11与蒸发器5通过挡液板间隔并连通；溶液罐12和冷剂水罐7置于机组的最底部。

如图3所示，工作时通过对U型管冷却段9内的流体进行换热，实现对隔压装置U型管冷却段9内流体的冷却降温，U型管出口段2出口压力对应一个蒸汽的饱和温度，只需将U型管冷却段9内流体的温度降至该饱和温度或更低，则可确保U型管冷却段9和出口段2内的流体以纯液态流动，流体密度为现有隔压装置形成两相流后流体密度的3～4倍，使得整个隔压装置(U型管)内的隔压能力提高3～4倍，从而避免隔压装置(U型管)出现蒸汽穿透。例如，当U型管出口段2出口压力对应蒸汽饱和温度为30℃，则只要将U型管内流体温度降至30℃或以下，则可保证管内为纯液态流动。

对U型管冷却段9内的流体进行冷却换热有两种实现方式，即由一股低温流体通过外置换热器冷却换热或由机组内部直接浸没冷却换热；

在实施例1中，对U型管冷却段9内的流体进行换热是由一股低温流体通过外置换热器冷却换热实现的，具体的，在U型管冷却段9外加装换热器3与低温流体进行换热，其中换热器3的热侧为U型管冷却段9，接入换热器3冷侧的换热器冷侧管道6内的低温流体为机组内冷水剂罐7的低温冷剂水、机组的冷却水或者其它可利用的冷源；

在实施例1中，隔压装置所连接的冷凝器4和蒸发器5为一单段、单级溴化锂吸收式热泵或制冷机机组中的冷凝器和蒸发器。通过对隔压装置U型管冷却段9内流体冷却降温来实现流体过冷，消除管内两相流动，提高隔压装置(U型管)的隔压能力，从而防止蒸汽穿透的隔压装置；在效果测试中，有效避免蒸汽穿透问题。

如图4所示实施例2，未描述部分与实施例1相同；

在实施例2中，隔压装置所连接的冷凝器4和蒸发器5为一多段溴化锂吸收式热泵或制冷机机组(如中国专利号ZL201410432395.2中公开的机组)中的冷凝器和蒸发器，即机组中的发生器10和冷凝器4均被分成m段(2≤m≤20)，分别为第一段发生器10001、第二段发生器10002...第二十段发生器10020，与第一段冷凝器4001、第二段冷凝器4002...第二十段冷凝器4020；机组中的吸收器11、蒸发器5均被分成n段(2≤n≤20)，分别为第一段吸收器11001、第二段吸收器11002...第二十段吸收器11020，与第一段蒸发器5001、第二段蒸发器5002...第二十段蒸发器5020；且最后一段的冷凝器(第二十段冷凝器4020)与第一段蒸发器(第一段蒸发器5001)之间使用隔压装置(U型管)进行隔压；

U型管进口段1和U型管出口段2分别与最后一段冷凝器的液态冷剂水出口和第一段蒸发器的液态冷剂水入口相连；

具体的，当m和n等于20时，U型管进口段1与第二十段冷凝器4020的液态冷剂水出口相连，U型管出口段2与第一段蒸发器5001的液态冷剂水入口相连。

如图5所示实施例3，未描述部分与实施例1相同；

在实施例3中，隔压装置所连接的冷凝器4和蒸发器5为一多级溴化锂吸收式热泵或制冷机机组中每个吸收式循环各自的冷凝器和蒸发器。该机组由p级(2≤p≤20)溴化锂吸收机串联形成，每一级包括独立的发生器10、吸收器11、溶液罐12、冷凝器4、蒸发器5、冷剂水罐7；且每一级内的冷凝器和蒸发器都使用隔压装置(U型管)进行隔压；根据蒸发器5的压力由高到低分为第1级、第2级...第p级；

各级U型管进口段1和U型管出口段2分别与本级冷凝器和本级蒸发器相连；同时采用低一级冷剂水罐的冷剂水作为本级换热器3的冷侧流体，且最低一级冷剂水罐的冷剂水同时作为本级换热器3的冷侧流体。

具体的，当p等于20时，包括20级的换热器3、20级的冷凝器4、20级的蒸发器5、20级的冷剂水罐7、20级的发生器10(分别为第一级发生器10101、第二级发生器10102...第二十级发生器10120)、20级的吸收器11(分别为第一级吸收器11101、第二级吸收器11102...第二十级吸收器11120)和20级的溶液罐12(分别为第一级溶液罐12101、第二级溶液罐12102...第二十级溶液罐12120)；20个U型管进口段1分别连接第1级的第一级冷凝器4101、第2级的第二级冷凝器4102...第19(p-1)级的第十九级冷凝器和第20(p)级的第二十级冷凝器4120的液态冷剂水出口，20个U型管出口段2分别连接第1级的第一级蒸发器5101、第2级的第二级蒸发器5102...第19级的第十九级蒸发器和第20级的第二十级蒸发器5120的液态冷剂水入口；同时采用第2级的第二级冷剂水罐7002的冷剂水通入第1级的U型管管路换热器3，采用第3级的第三级冷剂水罐的冷剂水通入第2级的U型管管路换热器3...采用第19级的第十九级冷剂水罐的冷剂水通入第18级的U型管管路换热器3，采用第20级的第二十级冷剂水罐7020的冷剂水通入第19级的U型管管路换热器3，还采用第二十级冷剂水罐7020的冷剂水通入第20级的U型管管路换热器3。

如图6所示实施例4，未描述部分与实施例1相同；

在实施例4中，隔压装置所连接的冷凝器4和蒸发器5为一第二类吸收式热泵机组的冷凝器和蒸发器，其中U型管进口段1与蒸发器5液态冷剂水出口相连，U型管出口段2与冷凝器4液态冷剂水入口相连。

如图7所示的实施例5，未描述部分与实施例1相同；

在实施例5中，对U型管冷却段9内的流体进行换热是由机组内部直接浸没冷却换热实现的，具体的，在U型管冷却段9和U型管进口段1相连的位置以及U型管冷却段9和U型管出口段2相连的位置分别加装一根横管8，加装过横管8的U型管冷却段9浸没入机组内低温冷剂水罐7的冷剂水中；该实施例通过对隔压装置(U型管)管路本身的改动省却了换热器3，减小了U型管冷却段9的流动阻力。

在实施例5中，隔压装置所连接的冷凝器4和蒸发器5为同一单段单级溴化锂吸收式热泵或吸收式制冷机中的冷凝器和蒸发器。

如图8所示的实施例6，未描述部分与实施例5相同；

在实施例6中，隔压装置所连接的冷凝器4和蒸发器5为一多段溴化锂吸收式热泵或制冷机机组中的冷凝器和蒸发器，即机组中的发生器10、冷凝器4均被分成m段(2≤m≤20)，分别为第一段发生器10001、第二段发生器10002...第二十段发生器10020，与第一段冷凝器4001、第二段冷凝器4002...第二十段冷凝器4020；机组中的吸收器11、蒸发器5均被分成n段(2≤n≤20)，分别为第一段吸收器11001、第二段吸收器11002...第二十段吸收器11020，与第一段蒸发器5001、第二段蒸发器5002...第二十段蒸发器5020；且最后一段的冷凝器(第二十段冷凝器4020)与第一段蒸发器(第一段蒸发器5001)之间使用隔压装置(U型管)进行隔压。

U型管进口段1和U型管出口段2分别与最后一段冷凝器的液态冷剂水出口和第一段蒸发器的液态冷剂水入口相连；

具体的，当m和n等于20时，U型管进口段1与第二十段冷凝器4020的液态冷剂水出口相连，U型管出口段2与第一段蒸发器5001的液态冷剂水入口相连。

如图9所示的实施例7，未描述部分与实施例5相同；

在实施例7中，隔压装置所连接的冷凝器4和蒸发器5为多级溴化锂吸收式热泵或制冷机机组中每个吸收式循环各自的冷凝器和蒸发器；该机组由p级(2≤p≤20)溴化锂吸收机串联形成，每一级包括独立的发生器10、吸收器11、溶液罐12、冷凝器4、蒸发器5、冷剂水罐7；且每一级内的冷凝器和蒸发器都使用隔压装置(U型管)进行隔压；根据蒸发器5的压力由高到低分为第1级、第2级...第p级。

各级U型管进口段1和U型管出口段2分别与本级冷凝器和本级蒸发器相连；同时各级U型管冷却段9通过横管接入低一级的冷剂水罐中，使用低一级冷剂水罐中的冷剂水对本级U型管冷却段9内的流体进行换热，且最低一级冷剂水罐的冷剂水同时作为本级U型管冷却段9的冷侧流体。

具体的，当p等于20时，包括20级的换热器3、20级的冷凝器4、20级的蒸发器5、20级的冷剂水罐7、20级的发生器10(分别为第一级发生器10101、第二级发生器10102...第十九级发生器10119和第二十级发生器10120)、20级的吸收器11(分别为第一级吸收器11101、第二级吸收器11102...第十九级发生器11119和第二十级吸收器11120)和20级的溶液罐12(分别为第一级溶液罐12101、第二级溶液罐12102...第十九级溶液罐12119和第二十级溶液罐12120)；20个U型管进口段1分别连接第1级的第一冷凝器4101、第2级的第二冷凝器4102...第20(p)级的第二十级冷凝器4120的液态冷剂水出口，20个U型管出口段2分别连接第1级的第一级蒸发器5101、第2级的第二级蒸发器5102...第20级的第二十级蒸发器5120的液态冷剂水入口；

在每一级U型管冷却段9和U型管进口段1相连的位置以及和U型管出口段2相连的位置分别加装一根横管8，第1级的两根横管8浸入第2级的第二级冷剂水罐7102、第2级的两根横管8浸入第3级的第三级冷剂水罐7103...第19级的两根横管8浸入第20级冷剂水罐7120，且第20级的两根横管8同时也浸入第20级的冷剂水罐7120。

如图10所示的实施例8，未描述部分与实施例5相同；

在实施例8中，隔压装置所连接的冷凝器4和蒸发器5为一第二类吸收式热泵机组的冷凝器和蒸发器，其中U型管进口段1与蒸发器5液态冷剂水出口相连，U型管出口段2与冷凝器液态4冷剂水入口相连。

Claims (8)

1.一种防止蒸汽穿透的隔压装置，其特征在于，包括：U型管进口段、U型管出口段和U型管冷却段，其中U型管进口段、U型管冷却段和U型管出口段顺序相连，U型管进口段与高压腔体液态冷剂水出口相连，U型管出口段与低压腔体液态冷剂水入口相连，对U型管冷却段内的流体进行冷却换热。

2.根据权利要求1所述的一种防止蒸汽穿透的隔压装置，其特征在于，所述对U型管冷却段内的流体进行冷却换热的实现方式为：由一股低温流体冷却换热或由机组内部直接换热。

3.根据权利要求2所述的一种防止蒸汽穿透的隔压装置，其特征在于，所述由一股低温流体冷却换热为：在U型管冷却段外加装换热器与低温流体进行换热，其中换热器的热侧为U型管冷却段，接入换热器冷侧的换热器冷侧管道内的低温流体为机组内冷水剂罐的低温冷剂水或机组的冷却水。

4.根据权利要求3所述的一种防止蒸汽穿透的隔压装置，其特征在于，所述机组为多级溴化锂吸收式热泵或制冷机，各级U型管进口段和U型管出口段分别与本级冷凝器和本级蒸发器相连；同时采用低一级冷剂水罐的冷剂水作为本级换热器的冷侧流体，且最低一级冷剂水罐的冷剂水同时作为本级换热器的冷侧流体。

5.根据权利要求2所述的一种防止蒸汽穿透的隔压装置，其特征在于，所述由机组内部直接换热为：在U型管冷却段和U型管进口段相连的位置以及U型管冷却段和U型管出口段相连的位置分别加装一根横管，加装过横管的U型管冷却段浸没入机组内低温冷剂水罐的冷剂水中。

6.根据权利要求5所述的一种防止蒸汽穿透的隔压装置，其特征在于，所述机组为多级溴化锂吸收式热泵或制冷机，各级U型管进口段和U型管出口段分别与本级冷凝器和本级蒸发器相连；同时各级U型管冷却段通过横管接入低一级的冷剂水罐中，使用低一级冷剂水罐中的冷剂水对本级U型管冷却段内的流体进行换热，且最低一级冷剂水罐的冷剂水同时作为本级U型管冷却段的冷侧流体。

7.根据权利要求3或5之一所述的一种防止蒸汽穿透的隔压装置，其特征在于，所述机组为多段溴化锂吸收式热泵或制冷机，U型管进口段和U型管出口段分别与最后一段冷凝器的液态冷剂水出口和第一段蒸发器的液态冷剂水入口相连。

8.根据权利要求3或5之一所述的一种防止蒸汽穿透的隔压装置，其特征在于，所述机组为第二类吸收式热泵，U型管进口段与蒸发器液态冷剂水出口相连，U型管出口段与冷凝器液态冷剂水入口相连。

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