CN102353174A

CN102353174A - 微细颗粒强化氨水吸收式制***液循环的方法

Info

Publication number: CN102353174A
Application number: CN2011102690807A
Authority: CN
Inventors: 杜垲; 李彦军; 杨柳; 蔡星辰
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2012-02-15

Abstract

一种微细颗粒强化氨水吸收式制***液循环的方法，其特征是在氨水吸收式制***液循环回路的作为冷却剂的氨水中加入纳米级细微颗粒，来提高氨水吸收式制冷循环***性能系数；加入的细微颗粒只参与溶液循环过程，而不参与制冷剂循环过程；所述细微颗粒包括活性炭粉或金属氧化物颗粒。本发明在氨水吸收式制冷***溶液循环回路中加入某种细微颗粒后，可以增强***发生器和吸收器中的传热传质效率，提高***整体性能，减少设备尺寸，给氨水吸收式制冷机小型高效化的研究与运用注入活力。

Description

微细颗粒强化氨水吸收式制***液循环的方法

技术领域

本发明涉及一种采用在吸收式溶液循环过程中加入细微颗粒和分散剂的氨水吸收式制冷循环，在***溶液循环中，利用某些细微颗粒在浓溶液发生过程和在稀溶液吸收过程中的扰动，增强传热传质的特性，强化***发生器和吸收器传热传质效率，减小设备体积，对于氨水吸收式制冷设备的小型高效化应用具有重要意义。

背景技术

近年来，由于能源危机及世界环境问题的日益严重，自然工质制冷剂重新受到人们的重视。氨作为一种重要的自然工质制冷剂，在制冷***中的应用越来越广泛，同时吸收式制冷***具有可利用低品位余热资源(如低压蒸汽、热水以及其它如太阳能、废热、废气等)、***运行平稳可靠、噪声小等优点，在制冷空调***中具有较好的应用前景。但是氨水吸收式制冷***的设备多、体积大，钢材消耗量大，制冷循环的性能系数较低，应用受到了一定的限制。因此提高***的吸收和发生的传热传质的效率，减少设备尺寸，是其研究和应用的关键问题所在。

发明内容

技术问题：为了提高氨水吸收式制冷***的传热传质效率，减小吸收器和发生器等装置的设备体积，本发明根据固体颗粒增强气液传质的机理，提出了在氨水吸收式制冷***的溶液循环回路中加入某种细微颗粒及分散剂方法，使氨水溶液循环回路中的发生过程与吸收过程的溶液构成液固两相，细微固体颗粒增强了发生与吸收过程的内部扰动，强化了发生过程与吸收过程的热质传递，减少设备体积。

技术方案：本发明在氨水吸收式制***液循环回路***中加入活性炭细微颗粒，使的氨水吸收式制冷循环***性能系数有所提高。

一种微细颗粒强化氨水吸收式制***液循环的方法，在氨水吸收式制***液循环回路的作为冷却剂的氨水中加入纳米级细微颗粒，来提高氨水吸收式制冷循环***性能系数；加入的细微颗粒只参与溶液循环过程，而不参与制冷剂循环过程；所述细微颗粒包括活性炭粉或金属氧化物颗粒。

所述金属氧化物颗粒是Al₂O₃颗粒、Fe₂O₃颗粒或ZnFe₂O₄颗粒。

氨水中还加入分散剂辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚OP-10或十二烷基苯磺酸钠SDBS，分散剂的种类与加入的纳米级细微颗粒种类对应，具体如下：

活性炭粉对应OP-10；金属氧化物颗粒对应SDBS。

所述细微颗粒的粒径20nm～30nm；细微颗粒的添加量质量分数为0.1％～0.25％，即每100克氨水中的微细纳米颗粒质量。

对于加入所述细微颗粒和相应分散剂的氨水，先采用磁力搅拌仪进行剪切搅拌，再利用超声水浴强空化作用，使细微颗粒稳定分散。

应用本方法的循环***包括吸收器、溶液泵、精馏塔、发生器、蒸发器、冷凝器、节流阀，加入细微颗粒使氨水溶液循环回路中的发生过程与吸收过程的溶液构成液固两相混合物。

本方法可以应用在单级、双级等其他循环形式的氨水吸收式制冷循环中。以单级氨水吸收式制冷循环为例，加入细微颗粒的氨水稀溶液在吸收器中由于细微颗粒的作用，强化吸收来自蒸发器蒸发的制冷剂氨气，形成带有细微颗粒的浓溶液。该混合浓溶液经过溶液泵、溶液交换器进入发生器，在发生器由于细微颗粒的作用强化沸腾发生，得到的制冷剂氨气进入精馏塔精馏，精馏后的氨气进入制冷***冷凝器冷凝。同时发生器后含有细微颗粒的稀溶液氨水经过膨胀阀降压后进入吸收器。

研究表明，随着颗粒粒径减小，在吸收器中气液吸收增强作用显著增加。为了将细微颗粒稳定分散于氨水中，选用无毒性、无腐蚀性和不易挥发的表面活性剂辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚OP-10或十二烷基苯磺酸钠SDBS作为分散剂，具体配置方法为：以当氨水浓度为10％时为例，

1、0.25％活性炭(粒径20nm)+0.8％OP-10，超声时间为2小时。

2、0.2％Al₂O₃(粒径20nm)+0.2SDBS，超声时间为30分钟。

3、0.1％ZnFe₂O₄(粒径30nm)+1.5％SDBS，超声时间为30分钟。

4、0.2％Fe₂O₃(粒径30nm)+1.5％SDBS，超声时间为30分钟。

对于加入所述细微颗粒和相应分散剂的氨水(例如氨水质量浓度10％)，先采用磁力搅拌仪(可选功率90W)进行剪切搅拌，再利用超声水浴(可选频率45kHz)强空化作用，使细微颗粒稳定分散。

本发明在氨水吸收式制***液循环回路中加入细微颗粒和活性剂，在***溶液循环回路中，利用某些细微颗粒在浓溶液发生过程中和在稀溶液吸收过程中的扰动，增强传热传质的特性，强化***发生器和吸收器传热传质效率，减小设备体积，对于氨水吸收式制冷设备的小型高效化应用具有重要意义。

本技术方案利用细微颗粒在浓氨水溶液降膜发生过程中和稀氨水溶液在降膜吸收或鼓泡吸收过程中的无规则的扰动，以及纳米颗粒和表面活性剂对溶液物性的影响(强化导热系数、减小表面张力等)来强化浓氨水溶液在降膜发生过程和稀氨水溶液在降膜吸收或鼓泡吸收过程的传热传质效率，从而提高氨水吸收式制冷***整体效率。采用低浓度纳米颗粒重量份数和表面活性剂，以便纳米颗粒的稳定分散而且不至于增加流体的粘度。

有益效果：本发明的有益效果是通过加入细微颗粒，可以加强吸收器和发生器的传热传质效率，减小换热设备体积。实验表明以上配置方法配置的的活性炭粉，以及金属氧化物细微颗粒流体不仅能稳定分散，而且均能提高氨水降膜吸收速率，提高效率为30％-70％之间。光吸收器就能减少尺寸达到30％以上。在降膜发生器过程中，由于纳米流体传热传质速率的强化，同样能强化发生效果。研究表明，某些细微颗粒的吸附作用甚至可以强化精馏效果，提高的***的COP。因此本发明对氨水吸收式制冷***的应用具有重要意义。

附图说明

图1是本发明加入细微颗粒的氨水吸收式制冷***示意图。

其中：吸收器1，溶液泵2，溶液热交换器3，精馏塔4，发生器5，第一节流阀6，第一节流阀8，冷凝器7，蒸发器9。

吸收器溶液输入端1a，吸收器溶液输出端1b，吸收器冷却水进口1c，吸收器冷却水进口1d，吸收器制冷剂气体输入端1e，溶液泵输入端2a，溶液泵输出端2b，溶液热交换器浓溶液输入端3a，溶液热交换器浓溶液输出端3b，溶液热交换器稀溶液输入端3c，溶液热交换器浓溶液输出端3d，精馏塔溶液输入端4a，精馏塔制冷剂输出端4b，发生器溶液输出端5a，发生器加热介质输入端5b，发生器加热介质输出端5c，第一节流阀6输入端6a，第一节流阀6输出端6b，冷凝器制冷剂输入端7a，冷凝器制冷剂输出端7b，冷凝器冷却水输入端7c，冷凝器冷却水输出端7d，第二节流阀8输入端8a，第二节流阀8输出端8b，蒸发器制冷剂输入端9a，蒸发器制冷剂输出端9b，蒸发器载冷剂输入端9c，蒸发器载冷剂输出端9d。

具体实施方式

本发明是一种采用在吸收式溶液循环回路中加入细微颗粒的氨水吸收式制冷循环***。加入细微颗粒的氨水稀溶液在吸收器中由于细微颗粒的作用，强化吸收蒸发器蒸发的制冷剂氨气，形成带有细微颗粒的浓溶液，吸收放出的热量由冷却水带走；含有细微颗粒的混合浓溶液经过溶液泵升压，溶液交换器换热最后进入发生器；浓溶液在发生器中由于细微颗粒的作用强化沸腾发生，含有水蒸气的制冷剂氨气进入精馏塔精馏，得到高纯浓度氨气；该高纯浓度氨气进入冷凝器中，冷凝放出的热量由冷却水带走；液氨经过节流阀降压最后进入蒸发器蒸发，吸收载冷剂的热量，使载冷剂温度降低；在溶液循环回路中，发生器底部留下的含有细微颗粒的氨水稀溶液经过溶液热交换器，再经节流阀降压后进入吸收器。

本例应用的装置如图1所示，细微颗粒只在溶液循环回路中随溶液流动，而不参与制冷剂循环过程。溶液循环回路为：吸收器1的浓溶液输出端1b通过溶液管路与溶液升压泵2的输入端2a相连，溶液升压泵2的输出端2b与溶液热交换器3的浓溶液输入端3a相连，溶液热交换器3的浓溶液输出端3b与精馏塔4的溶液输入端4a相连，发生器5和精馏塔4是一个整体的两个部分，发生器4的稀溶液输出端5a和溶液热交换器3的稀溶液输入端3c相连，溶液热交换器3的稀溶液输出端3d与第一节流阀6的输入端6a相连，第一节流阀6的输出端6b与吸收器1的溶液输入端1a相连。

制冷循环与普通单极氨水吸收制冷没有变化，具体为：精馏塔制冷剂输出端4b与冷凝器7的制冷剂输入端7a相连，冷凝器7的制冷剂输出端7b和第二节流阀8的输入端8a相连，第二节流阀8的输出端8b与蒸发器9的制冷剂输入端9a相连，蒸发器9的制冷剂输出端9b与吸收器1的制冷剂输入端1e相连。

本例中，为了将细微颗粒稳定分散于氨水中，选用无毒性、无腐蚀性和不易挥发的表面活性剂辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚OP-10或十二烷基苯磺酸钠SDBS作为分散剂，具体配置方法为：当氨水质量浓度为10％时，选用下述任一方案：

1)0.25％活性炭(粒径20nm)+0.8％OP-10，超声时间为2小时。

2)0.2％Al₂O₃(粒径20nm)+0.2SDBS，超声时间为30分钟。

3)0.1％ZnFe₂O₄(粒径30nm)+1.5％SDBS，超声时间为30分钟。

4)0.2％Fe₂O₃(粒径30nm)+1.5％SDBS，超声时间为30分钟。

上述4条中，百分比是指氨水的质量浓度，就方案1)来说：即100克10％氨水中含有0.25克微细纳米颗粒和0.8克分散剂。

本例中，氨水质量浓度为10％，对于其它浓度的氨水，同样适用本方法，再次不一一加以限制。

Claims

1.一种微细颗粒强化氨水吸收式制***液循环的方法，其特征是在氨水吸收式制***液循环回路的作为冷却剂的氨水中加入纳米级细微颗粒，来提高氨水吸收式制冷循环***性能系数；加入的细微颗粒只参与溶液循环过程，而不参与制冷剂循环过程；所述细微颗粒包括活性炭粉或金属氧化物颗粒。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述金属氧化物颗粒是Al₂O₃颗粒、Fe₂O₃颗粒或ZnFe₂O₄颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是氨水中还加入分散剂辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚OP-10或十二烷基苯磺酸钠SDBS，分散剂的种类与加入的纳米级细微颗粒种类对应，具体如下：

活性炭粉对应OP-10；金属氧化物颗粒对应SDBS。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述细微颗粒的粒径20nm～30nm；细微颗粒的添加量质量分数为0.1％～0.25％，即每100克氨水中的微细纳米颗粒质量。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征是对于加入所述细微颗粒和相应分散剂的氨水，先采用磁力搅拌仪进行剪切搅拌，再利用超声水浴强空化作用，使细微颗粒稳定分散。