CN105953476B - 用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器，包括发生器壳体，壳体上具有溶液出口、溶液出口、热水进口、热水出口以及蒸汽出口，壳体内安装有梯级圆盘发生管，梯级圆盘发生管包括蒸汽发生圆盘、热管和水管，水管与热水进口和热水出口相连通，热管穿设于水管上，蒸汽发生圆盘与热管固定连接，蒸汽发生圆盘与水管之间留有用于产生降膜的间隙。本发明可以增强低位热用于溶液发生过程性能，实现对低温热源的高效利用，进而提高吸收式制冷循环的热力性能。

Description

用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器

技术领域

本发明涉及一种用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器，具体是利用热管技术强化发生过程的传热传质效果的一种新型发生器。属太阳能吸收式制冷技术领域。

背景技术

太阳能制冷因其利用太阳能清洁可再生且较易获取的优势可以够缓解全球能源短缺和环境污染的问题，是一个极具发展前景的领域。其中太阳能吸收式制冷是目前太阳能制冷中比较成熟的制冷技术，加上它采用天然工质，对环境友好；利用低位太阳能驱动可以节约大量电耗的优势使其已得到广泛关注。

目前市场上销售的和厂家开发的吸收制冷机一般都体积庞大且价格昂贵，且其驱动热源温度要求比较高。而且现今使用的太阳能普通集热器产生的热水的温度不足以驱动吸收制冷机。这些因素也大大限制了其在家用空调领域的应用。要想使太阳能吸收制冷技术得到大规模推广，就要对现有的吸收式制冷机进行一些必要的改进，以减小体积和降低成本。

传统吸收式制冷机采用的沉浸式发生器因静液柱对传热效果的影响使其并不宜应用于热水型太阳能吸收式制冷。常用喷淋式发生器结构虽克服静液柱的影响，热质交换性能好，但是其喷淋量小，传热管很难达到完全均匀湿润，传热面积得不到充分利用，影响了传热效果。而介于喷淋式和沉浸式的降膜式发生器的降膜发生器结构虽然管外布液更均匀，可以在较小的液流量和温差下获得较高的热流密度及传热传质系数。然而根据实验研究垂直管降膜发生过程热水和溶液侧之间的传热温差较大，这样的结构也并不能有效利用低温热源。

热管就是利用蒸发制冷技术，通过热管将发热物体的热量迅速从热端传递到冷端，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。目前热管技术也被更多的用于太阳能制冷技术领域。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器。通过多级圆盘发生结构来提高发生器对低温热源的能量利用率，从而有利于发生器结构的小型化。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器，包括发生器壳体，所述壳体上具有溶液出口、溶液出口、热水进口、热水出口以及蒸汽出口，其特征在于：所述壳体内安装有梯级圆盘发生管，所述梯级圆盘发生管包括蒸汽发生圆盘、热管和水管，所述水管与热水进口和热水出口相连通，所述热管穿设于水管上，所述蒸汽发生圆盘与热管固定连接，所述蒸汽发生圆盘与水管之间留有用于产生降膜的间隙。

作为优选，所述热管沿水管的周向均布，包括穿入水管内的下弯段，以及位于水管尾部的水平段，所述蒸汽发生圆盘焊接于热管的水平段上。使用时，下弯段吸收水管内热水的热量，作为热管的热端，水平段通过蒸汽发生圆盘将热量传递给溶液，作为热管的冷端。热管下弯段折弯结构既可以防干烧，同时也保证了溶液侧的传热传质面积。

作为优选，所述热管是沿水管辐向布置的四根，可以将热量更加均匀地传递到蒸汽发生圆盘上，同时对称结构也为蒸汽发生圆盘提供了更加稳固的支撑。

作为优选，所述水管是竖直的不锈钢管。

作为优选，所述蒸汽发生圆盘的边缘具有外沿，所述外沿的一侧具有缺口，上下相邻蒸汽发生圆盘的缺口的朝向在水平方向上错开180°。圆盘边缘处一定高度的外沿让溶液能在蒸汽发生圆盘上均匀聚集，并引导溶液从蒸汽发生圆盘一侧的缺口流出。而相邻上下级的蒸汽发生圆盘缺口的朝向在水平方向相差180°可以使溶液在向下过程中多次折流，对蒸汽发生圆盘的工作面积进行最大限度的利用。另外，每一级蒸汽发生圆盘之间应留有适当的间隙以让发生的水蒸汽从间隙不断逸出。

本发明同时提出上述热管降膜发生器的工作方法，梯级圆盘发生管垂直固定于发生器壳体中，水管内自下而上流过热水完成热水循环，热管将热水的能量传递到蒸汽发生圆盘上，从顶部流下的溶液一部分经过蒸汽发生圆盘结构的缺口进入下一梯级的蒸汽发生圆盘不断吸热蒸发，另一部分经过与管外壁间的缝隙沿管壁流下完成降膜发生过程。

作为优选，所述梯级圆盘发生管的排数和每排发生管的个数根据实际发生量的大小确定，每一级蒸汽发生圆盘结构的大小根据溶液流量的大小确定。

作为优选，所述蒸汽发生圆盘、热管、水管均采用不锈钢材质，所述蒸汽发生圆盘和热管采用无缝焊接，热管与水管采用无缝焊接。

使用时，上述发明的圆盘发生管结构上下端连接热水通路，垂直固定于发生器壳体中，不锈钢管内自下而上流过热水，从顶部流下的待发生稀溶液一部分经过梯级蒸汽发生圆盘结构的缺口，一部分溶液经过与管外壁间的缝隙沿管壁流下完成降膜发生过程。

其核心部件梯级圆盘发生管主要由不锈钢管，热管，蒸汽发生圆盘结构组成。每一级梯级圆盘发生管的热管热端伸入不锈钢管内并用焊接方式与其固定，蒸汽发生圆放置在热管的冷端上并通过无缝焊接方式和不锈钢管和热管固定。将热管传热技术与降膜发生器结合，可以减小热源(如太阳能集热热水)与降膜溶液的传热温差，同时增大降膜溶液侧蒸汽发生面积，以克服传统太阳能吸收式制冷喷淋式发生器不能有效利用传热面积和立式降膜发生器热水侧和溶液侧传热温差较大的问题，同时发生管采用梯级圆盘发生结构，可有效增大发生面积和溶液滞留时间，提高溶液的传热传质效果，实现对低位热源的大温差利用(如实现热水进出口大温差)，并与溶液大浓度差的变化相匹配，减小溶液发生过程热质传递的不可逆损失，提高对低温热源的利用率。本发明可以增强低位热用于溶液发生过程性能，实现对低温热源的高效利用，进而提高吸收式制冷循环的热力性能。

有益效果：本发明通过多级圆盘发生结构来提高发生器对低温热源的能量利用率，具有以下显著的进步：

1、溶液侧与热水侧之间传热温差减小。因为热管更好的导热性能和优良的等温性，使得所以冷端温度与热端温度比较接近，热水侧向溶液侧的传热温差会更小，更有利于溶液的发生过程。

2、蒸汽圆盘发生结构设计既保证发生管管外降膜同时，也增大溶液与热源的接触面积和增加溶液的滞留时间，相比传统管外降膜式或者是喷淋式发生器结构，更有利于溶液的传热传质过程，有利于设备的小型化。

3、本发明的多级蒸汽发生盘结构可以使每一级溶液充分发生，使得层级之间溶液浓度变化更大，沿垂直方向溶液所需的发生温度不断升高，刚好与逆流形式热水的温度相匹配。同时也增加热水侧向溶液侧的换热量，从而有利于低位热源的大温差利用。

4、本发明也考虑到保证一般热管热端不发生干烧，所以采用的折形热管结构，可以防止热管干烧，同时也可保证溶液侧有效传热传质面积。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例热管降膜发生器的结构示意图；

图2图1中梯级圆盘发生管的结构示意图；

图3是图2的A-A视图；

图4是蒸汽发生圆盘的俯视图；

图5是图4的B-B视图；

图6是图5的左视图；

图7是梯级圆盘发生管的工作原理图；

图中：溶液出口1，发生器壳体2，蒸汽出口3，梯级圆盘发生管4，热水出口5，溶液进口6，热水进口7，蒸汽发生圆盘结构8，热管9，不锈钢管10。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，本发明主要包括溶液出口1，发生器壳体2，蒸汽出口3，梯级圆盘发生管4，热水出口5，溶液进口6，热水进口7等部分。梯级圆盘发生管4竖直安装在发生器壳体2中。根据实际所需发生量的多少可以改变梯级圆盘发生管4的管排数和每排发生管的个数。

本发明的核心构件为梯级圆盘发生管4，其结构如图2和图3所示。在不锈钢管10合适周向位置均匀打四个孔径略大于热管外径的圆孔，后将折形的热管9的热端伸入不锈钢管10内部，冷端则留在不锈钢管10外。将每级热管9热端顶部朝下焊接固定在不锈钢管10上，并保证管内外密封，热水侧不会向溶液侧发生泄漏。每一级圆盘发生结构均由有缺口的蒸汽发生圆盘8、四个折形热管9和不锈钢管10组成。上述蒸汽发生圆盘8，以及每一级的热管9、不锈钢管10均采用不锈钢材质以减少溶液的腐蚀作用。蒸汽发生圆盘8只在一侧留出一个溶液出口。且相邻上下级的蒸汽发生圆盘8缺口的朝向在水平方向相差180°。另外，每一级蒸汽发生圆盘8之间应留有适当的间隙以让发生的水蒸汽从间隙不断逸出。

蒸汽发生圆盘的结构如图4、图5和图6所示，蒸汽发生圆盘采用较薄的不锈钢板，蒸汽发生圆盘与热管采用无缝焊接的方式固定，这样有利于减少传热热阻。盘的边缘有一定高度的边沿，这是为了溶液能在蒸汽发生圆盘上的均匀聚集，并引导溶液从蒸汽发生圆盘出口流出。

本发明蒸汽发生圆盘的大小则根据溶液流量的大小进行设计。如果溶液流量小则而蒸汽发生圆盘过大，则会出现溶液不能均匀覆盖每一级蒸汽发生圆盘的表面，造成传热面积不能充分利用；如果流量过大而蒸汽发生圆盘8过小。则会出现溶液在蒸汽发生圆盘8表面形成较厚的液膜，从而不利于发生的传热传质过程的进行。将热管9做成折弯型结构的是为了防干烧，同时也可以保证溶液侧传热传质面积。

工作时，如图7所示，热水(图中实线箭头)从进口流入并自下而上流过不锈钢管，从热水出口流出完成热水循环。其中热管的热端吸收热水侧的热量将其传给管外侧的热管冷端，通过导热再将热量传递给的蒸汽发生圆盘。与此同时，一定温度的稀溶液从溶液进口自上而下流过每一级蒸汽发生圆盘受热不断产生水蒸汽(图中虚线箭头)，同时也有部分溶液沿着管外壁流到发生器底部完成降膜发生过程，发生完后浓溶液从溶液出口流出。发生过程产生的水蒸气则从蒸汽出口逸出进入冷凝器。

本发明的梯级蒸汽发生圆盘结构可以增大发生传热面积，增加溶液滞留时间，以致每一级溶液充分发生，溶液的浓度则会沿梯级发生结构有较大的变化。而溶液所需的发生温度也随浓度的增大会不断升高。逆流形式的热水温度分布形式刚好与溶液所在层级所需热水温度相匹配。另外，溶液浓度变化越大，发生量也会越大，所需热源的换热量也越大，从而有利于低位热源的大温差利用。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器，包括发生器壳体，所述壳体上具有溶液进口、溶液出口、热水进口、热水出口以及蒸汽出口，其特征在于：所述壳体内安装有梯级圆盘发生管，所述梯级圆盘发生管包括蒸汽发生圆盘、热管和水管，所述水管与热水进口和热水出口相连通，所述热管穿设于水管上，所述蒸汽发生圆盘与热管固定连接，所述蒸汽发生圆盘与水管之间留有用于产生降膜的间隙，所述蒸汽发生圆盘的边缘具有外沿，所述外沿的一侧具有缺口，上下相邻蒸汽发生圆盘的缺口的朝向在水平方向上错开180°，梯级圆盘发生管垂直固定于发生器壳体中，水管内自下而上流过热水完成热水循环，热管将热水的能量传递到蒸汽发生圆盘上；溶液从顶部流下，一部分经过蒸汽发生圆盘结构的缺口进入下一梯级的蒸汽发生圆盘并不断吸热蒸发，另一部分经过与管外壁间的缝隙沿管壁流下完成降膜发生过程。

2.根据权利要求1所述的用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器，其特征在于：所述热管沿水管的周向均布，包括穿入水管内的下弯段，以及位于水管外部的水平段，所述蒸汽发生圆盘焊接于热管的水平段上。

3.根据权利要求1所述的用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器，其特征在于：所述热管是沿水管辐向布置的四根。

4.根据权利要求1所述的用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器，其特征在于：所述水管是竖直的不锈钢管。

5.根据权利要求1所述的用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器，其特征在于：所述梯级圆盘发生管的排数和每排发生管的个数根据实际发生量的大小确定，每一级蒸汽发生圆盘结构的大小根据溶液流量的大小确定。

6.根据权利要求1所述的用于低位热驱动吸收式制冷的热管降膜发生器，其特征在于：所述蒸汽发生圆盘、热管和水管均采用不锈钢材质，所述蒸汽发生圆盘与热管采用无缝焊接，热管与水管采用无缝焊接。