CN212692165U - 船用氨水吸收式冷冻*** - Google Patents
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Abstract
一种船用氨水吸收式冷冻***，应用于余热制冷技术领域，包括热源端：由尾气发生器、分离器和回热器组成；用冷端：由冷凝吸收器、海水换热器、过冷器、蒸发器、溶液泵、循环泵、制冷剂节流阀和溶液节流阀组成。热源端和用冷端由氨气、稀氨水溶液和浓氨水溶液管路相连。本发明采用浓氨水溶液多重侧线回收精馏热；采用溶液强制流动的相变取热技术和间接释热技术实现***稳定热输入；采用预***液循环实现冷凝与吸收过程产生热量在海水换热器中集中排放；采用镍基钎焊不锈钢毛细管束作为内部换热器。氨水吸收冷冻***在船舶应用时，能够实现氨水吸收式冷冻***热输入的稳定、***热效率的提高和***体积的减小，并能耐海水腐蚀和抗船舶摇摆。
Description
技术领域
本实用新型涉及余热制冷技术领域，尤其是一种应用于船舶的氨水吸收式冷冻***。
背景技术
传统中小型渔船带冰出海作业，增加了船舶的载重，从而增加了油耗。而且，敷冰保鲜使得下层渔货温度较高，可能造成渔货保鲜不善成为养殖饲料，给渔民造成损失。另外，渔船带冰作业时间有限，不利于海产品品质的保持。虽然在海上有出售冰块的船舶，但是其限制了渔船捕捞的自由灵活性，使得捕捞作业的海域受限。而且出售冰块的商人具有定价权，渔民需要高价购入冰块，使得捕捞的总成本也有所增加。在船上使用电压缩式的制冰***会大大增加船舶的耗电量，意味着耗油量同样大为增加，初投资的成本也是值得考虑的。渔船发动机排放的尾气温度可达400℃甚至更高，具有较高的余热量和品位，然而发动机尾气的热量通常都是直接排放至环境，没有得到有效利用。
氨水吸收式制冷***可以用发动机尾气余热驱动进行冷冻应用，能够做到节能减排，天然制冷剂的使用也不会对臭氧层造成破坏，也不会加剧温室效应，是渔船制冷保鲜的很好的选择。然而船舶上的氨水吸收制冷***不同于陆上，需要克服以下几个关键问题：
第一，COP不能过低。在相同制冷功率下，COP过低将会大大增加***的散热量，冷却水泵的耗电量增加，溶液泵耗电量也增大，***节省的电能不再明显。
第二，吸收和发生过程需要抗船舶摇摆。通常氨水吸收制冷***中的降膜吸收器和精馏塔都是靠重力作用进行气体的吸收和解吸过程。然而海上颠簸摇摆对吸收过程和精馏塔过程影响很大，由于具有自由液面，会导致吸收器和精馏塔内气体与液体的分布不均，降低了***的性能，严重的情况下，***制冷量不足，性能急剧恶化。
第三，换热器紧凑耐腐蚀。由于船上可利用空间小，***需要紧凑化，高度和体积都有限制。而传统氨水吸收***的最大缺点之一就是体积大，尤其是精馏塔，因此需要考虑新的精馏过程，并且使用紧凑型换热器。而且由于***由海水冷却，需要海水换热器耐海水腐蚀。
第四，热源适应能力强。除了吸收器和气体提纯过程需要稳定可靠，发生过程也需要稳定可靠。由于船舶发动机的排烟量和排烟温度都随着发动机功率大小的变化而变化，而发动机的功率随着航行、加速等情况功率会急剧变化，这就会急剧影响氨水吸收***的输入热量，从而引起***的不稳定。因此，需要采用可靠的发生过程方式。
经过对现有技术的搜索发现，中国专利公开号为：CN 101033898 A，专利名称为：一种船舶发动机排气余热驱动的船用氨水吸收制冷机，该发明利用船舶发动机排气余热加热充满氨水溶液的发生器，氨气与稀溶液进入气液分离罐，分离后的含水蒸汽通过分凝器部分提纯后在冷凝器内冷凝，氨液在套管蒸发器内蒸发产生冷量，冷氨气和未蒸发氨液在过冷器换热后，进入满液鼓泡吸收器，气泡被来自分离器并经过溶液热交换器冷却的稀氨水溶液吸收，浓氨水溶液由溶液泵泵入满液发生器。该专利全部浓氨水溶液由发动机尾气加热，在尾气流量和温度随发动机功率增大急剧升高时，会导致热输入不稳定，发生的氨水蒸汽含水量增大，即使是干式蒸发也不能实现低蒸发温度；同时***回热简单、吸收器和冷凝器都需要海水冷却，存在***效率低、不耐海水腐蚀的缺点。
专利公开号：CN 101915478 A，专利名称为：船舶废气驱动的氨水吸收式制冷机，该发明包括发生器、回热流程组件、冷却流程组件、过冷器和蒸发器。该专利简化了精馏装置，吸收器利用管道内汽液的渠道流特性，使得氨气和氨水在并联的细管内流动，从而使得吸收过程不受船舶颠簸摇晃的影响，发生器利用细管内沸腾发生，发生器内没有焊接点。该专利浓溶液经发动机废气换热器加热进入回热流程组件，存在尾气流量和温度随发动机功率增大急剧升高时，会导致热输入不稳定，精馏负荷增大，氨气无法提纯，影响***运行。且吸收段盘管无法充分利用空间，不利于机组的小型化，同时冷却组件完全和海水接触，耐海水腐蚀困难。
专利公开号：CN 102980322 A，专利名称为：风冷氨吸收式柴油机排气多功能制冷***，该发明将冷凝器和吸收器实现风冷，避免海水冷却腐蚀，然而存在回热简单、风冷***热效率低、没有消除吸收自由液面和***热输入随发动机功率变化不稳定的缺点。
专利公开号：CN101865560A，该发明名称为：一种渔船尾气制冷机组，该发明循环与单级循环***一致，存在自由液面无法抗船舶摇摆、海水冷却腐蚀、体积大和热输入不稳定的问题。
专利公开号：CN 1766462 A，发明名称为：一种利用尾气余热的氨水吸收式制冷装置，该发明采用提馏器和回热器一体化结构，回收精馏热和吸收热，实现***性能的提高，吸收方式为管内降膜吸收，发生方式为满液式发生。该发明存在吸收具有自由液面无法抗船舶摇摆、耐腐蚀困难和热输入不稳定的问题。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种船舶发动机尾气驱动的氨水吸收式冷冻***。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船用氨水吸收式冷冻***，包括热源端和用冷端，所述的热源端包括尾气换热器、分离器和溶液换热器，所述的用冷端包括海水换热器、冷凝吸收器、蒸发器、制冷剂节流阀、过冷器和溶液节流阀，热源端和用冷端由氨气、稀氨水溶液和浓氨水溶液管路相连，所述的尾气换热器与分离器相连，分离器与溶液换热器相连，溶液换热器通过稀氨水管道与海水换热器相连，海水换热器与冷凝吸收器相连，冷凝吸收器通过氨气管路与分离器相连，冷凝吸收器与过冷器相连，冷凝吸收器与循环泵相连，循环泵与海水换热器相连，循环泵与溶液泵相连，溶液泵通过浓氨水管路与分离器相连，过冷器与蒸发器相连。
进一步，所述的尾气换热器包括设于换热器本体顶部的尾气进口管、设于换热器本体底部的尾气出口管以及置于换热器本体内部的尾气换热管束，所述的尾气换热管束的顶部设置氨水出口管，底部设置氨水进口管；分离器内从顶部至底部依次布置精馏管束、辅助精馏管束、布液器和提馏管束，分离器的顶部设置氨气出口管，精馏管束顶部接入精馏管束进口管，底部接出精馏管束出口管，精馏管束出口管与辅助精馏管束的顶部连接，辅助精馏管束的底部接出辅助精馏管束出口管，布液器穿出分离器外壁与溶液换热器连接，提馏管束底部接入提馏管束进口管，提馏管束顶部接出分离器内部，分离器底部接出分离器稀溶液出口管；所述的溶液换热器分别在顶部接入稀溶液进口管，在底部接出稀溶液出口管，溶液换热器内设置换热管束，换热管束的顶部接出浓溶液出口管，换热管束的底部接入浓溶液进口管；
进一步，所述的海水换热器设置溶液进口管、溶液出口管、冷却水入口管、冷却水出口管；所述的冷凝吸收器内设置冷凝吸收管束，冷凝吸收管束顶部接入冷凝吸收管束进口管，冷凝吸收管束底部接出冷凝吸收管束出口管，冷凝吸收器底部接入氨气进口管，接出冷凝吸收器溶液出口管，冷凝吸收管束上部设置冷凝布液器，冷凝布液器与溶液出口管相连；所述的过冷器包括置于内部的过冷换热管束、从过冷器底部接入的过冷器氨气进口管、从过冷器顶部接出的过冷器氨气出口管，过冷换热管束顶部接入换热管束进口管，底部接出过冷器管束出口管；所述的蒸发器内置蒸发管束，蒸发器设置载冷剂进口管和载冷剂出口管，蒸发管束顶部接出蒸发器管束出口管，底部接入蒸发器管束进口管。
进一步，所述的尾气换热器和分离器的连接管路为，氨水出口管与提馏管束进口管连接，氨水进口管与辅助精馏管束出口管连接。
进一步，所述的溶液换热器与海水换热器的连接管路是，稀溶液出口管通过溶液节流阀与溶液进口管连接。
进一步，所述的海水换热器和冷凝吸收器的连接管路是，溶液进口管通过循环泵与冷凝吸收器溶液出口管连接，溶液出口管与冷凝布液器连接。
进一步，所述的冷凝吸收器和分离器的连接管路是，氨气出口管与冷凝吸收管束进口管连接。
本实用新型的船用氨水吸收式冷冻***，其有益效果是：(1)***热输入稳定：通过泵驱动溶液在尾气换热器中气化后进入提馏管束内冷凝，间接释热给降膜溶液，以固定流量从而固定潜热的方式实现稳定的***热输入。(2)尾气换热器出来的氨水气体进入管束内冷凝释热，保证提馏过程气体的均匀分布，避免气体短路。(3)采用镍基钎焊不锈钢毛细管束换热器，强化传热传质，提高单位体积换热量。(4)冷凝热和吸收热由循环溶液在海水冷却器中由海水移除，整个***只有这个换热器与海水接触，抗海水腐蚀。(5)复合鼓泡吸收和约束液膜的降膜吸收，避免船舶摇摆颠簸对吸收性能的影响。(6)溶液发生、氨气冷凝和液氨蒸发均在管内进行，无自由液面保证传热传质，抗船舶摇摆颠簸。(7)采用多重精馏热回收，降低***热输入，提高***性能。(8)***可分为热源端和用冷端，热源端靠近船舶发动机放置，用冷端靠近冷冻需求侧放置，避免冷量传输损失。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图；
图中1.尾气进口管、2.尾气出口管、3.尾气换热管束、4.尾气换热器、5.氨水出口管、6.氨水进口管、7.辅助精馏管束、8.精馏管束、9.氨气出口管、10.精馏管束进口管、11.精馏管束出口管、12.辅助精馏管束出口管、13.布液器、14.分离器稀溶液出口管、15.分离器、16.提馏管束进口管、17.溶液换热器、18.稀溶液进口管、19.浓溶液进口管、20.浓溶液出口管、21.稀溶液出口管、22.提馏管束、23.海水换热器、24.溶液出口管、25.冷却水入口管、26.冷却水出口管、27.溶液进口管、28.溶液泵、29.循环泵、30.冷凝吸收器溶液出口管、31.冷凝吸收器、32.氨气进口管、33.冷凝吸收管束出口管、34.冷凝吸收管束、35.冷凝吸收管束进口管、36.冷凝布液器、37.载冷剂进口管、38.载冷剂出口管、39.蒸发器、40.蒸发管束、41.蒸发器管束出口管、42.蒸发器管束进口管、43.制冷剂节流阀、44.过冷器管束出口管、45.过冷器氨气进口管46.过冷换热管束、47.过冷器、48.换热管束进口管49.过冷器氨气出口管、50.溶液节流阀、51.换热管束。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1所示的一种船用氨水吸收式冷冻***，包括热源端和用冷端，所述的热源端包括尾气换热器4、分离器15和溶液换热器17，所述的用冷端包括海水换热器23、冷凝吸收器31、蒸发器39和过冷器47，所述的尾气换热器4与分离器15相连，分离器15与溶液换热器17相连，溶液换热器17与海水换热器23相连，海水换热器23与冷凝吸收器31相连，冷凝吸收器31与分离器15相连，冷凝吸收器31与过冷器47相连，过冷器47与蒸发器39相连；
所述的尾气换热器4包括设于换热器本体上部的尾气进口管1、设于换热器本体下部的尾气出口管2以及置于换热器本体内部的尾气换热管束3，所述的尾气换热管束3的顶部设置氨水出口管5，底部设置氨水进口管6；分离器15内从上至下依次布置有精馏管束8、辅助精馏管束7、布液器13和提馏管束22，分离器15的顶部设置氨气出口管9，精馏管束8顶部接入精馏管束进口管10，底部接出精馏管束出口管11，精馏管束出口管11通过三通与辅助精馏管束7的顶部连接，辅助精馏管束7的底部接出辅助精馏管束出口管12，所述的布液器13穿出分离器15外壁与溶液换热器17连接，提馏管束22底部接入提馏管束进口管16，分离器15底部接出分离器稀溶液出口管14，所述的提馏管束22设置在分离器15液位以上，分离器15液位保持在149mm以上；所述的溶液换热器17分别在顶部接入稀溶液进口管18，在底部接出稀溶液出口管21，溶液换热器17内设置换热管束51，换热管束51的顶部接出浓溶液出口管20，换热管束51的底部接入浓溶液进口管19；
所述的海水换热器23设置溶液进口管27、溶液出口管24、冷却水入口管25、冷却水出口管26，其中冷却水上进下出，溶液下进上出，所述的海水换热器23采用板式换热器；所述的冷凝吸收器31内设置冷凝吸收管束34，冷凝吸收管束34高于冷凝吸收器31的液位，冷凝吸收管束34顶部接入冷凝吸收管束进口管35，冷凝吸收管束34底部接出冷凝吸收管束出口管33，冷凝吸收器31底部接入氨气进口管32，接出冷凝吸收器溶液出口管30，氨气进口管32位置高于冷凝吸收器溶液出口管30，且方向相反布置，冷凝吸收管束34上部设置冷凝布液器36，冷凝布液器36与溶液出口管24相连；所述的过冷器47包括置于内部的过冷换热管束46、从过冷器47底部接入的过冷器氨气进口管45、从过冷器47顶部接出的过冷器氨气出口管49，过冷换热管束46顶部接入换热管束进口管48，底部接出过冷器管束出口管44；所述的蒸发器39内置蒸发管束40，蒸发器39上设置载冷剂进口管37和载冷剂出口管38，蒸发管束40顶部接出蒸发器管束出口管41，底部接入蒸发器管束进口管42。
尾气换热器4和分离器15的连接管路为，氨水出口管5与提馏管束进口管16连接，氨水进口管6与辅助精馏管束出口管12连接。
分离器15和溶液换热器17的连接管路是，分离器稀溶液出口管14与稀溶液进口管18连接，布液器13与浓溶液出口管20连接，精馏管束出口管11与浓溶液进口管19连接。
溶液换热器17与海水换热器23的连接管路是，稀溶液出口管21通过溶液节流阀50与溶液进口管27连接。
海水换热器23和冷凝吸收器31的连接管路是，溶液进口管27通过循环泵29与冷凝吸收器溶液出口管30连接，溶液出口管24与冷凝布液器36连接。
冷凝吸收器31和分离器15的连接管路是，氨气出口管9与冷凝吸收管束进口管35连接。
冷凝吸收器31和过冷器47的连接管路是，冷凝吸收管束出口管33与换热管束进口管48连接，过冷器氨气出口管49与氨气进口管32连接。
过冷器47和蒸发器39的连接管路是，蒸发器管束出口管41与过冷器氨气进口管45连接，蒸发器管束进口管42通过制冷剂节流阀43与过冷器管束出口管44连接。
本实用新型具体工作步骤如下：
液氨在蒸发器39蒸发为氨气，进入过冷器47预冷冷凝液氨后进入冷凝吸收器31，先进行鼓泡吸收，然后氨气上升在冷凝吸收管束34表面被降膜吸收，吸收溶液由循环泵29泵送经海水换热器23冷却后，进入冷凝布液器36循环喷淋，分离器15出来的纯氨气进入冷凝吸收管束34内冷凝，冷凝热连同吸收热都由循环溶液带走。溶液泵28泵送浓溶液至分离器15中的精馏管束8，回收精馏热后在管束出口分流，一部分经溶液换热器17与分离器15而来的高温稀溶液换热后由布液器13在分离器中加料，另一部分进入辅助精馏管束7继续回收精馏热，然后进入尾气换热器4中由尾气加热，气化后进入分离器15中的提馏管束22向上流动冷凝，同时释热给管束表面降落的液膜，最终在管束出口以气液两相进入分离器15中，管束表面液膜受热产生蒸汽，蒸汽向分离器15上部流动，经精馏在氨气出口管9处获得纯氨气，纯氨气进入冷凝吸收管束34内冷凝，整个***循环完成。发动机尾气由尾气换热器尾气进口管1进，由尾气出口管2出；冷却海水由海水换热器23的冷却水入口管25进，由冷却水出口管26出；载冷剂在蒸发器39的载冷剂进口管37进，在载冷剂出口管38出。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种船用氨水吸收式冷冻***，其特征是：包括热源端和用冷端，所述的热源端包括尾气换热器(4)、分离器(15)和溶液换热器(17)，所述的用冷端包括海水换热器(23)、冷凝吸收器(31)、蒸发器(39)、制冷剂节流阀(43)、过冷器(47)和溶液节流阀(50)，热源端和用冷端由氨气、稀氨水溶液和浓氨水溶液管路相连，所述的尾气换热器(4)与分离器(15)相连，分离器(15)与溶液换热器(17)相连，溶液换热器(17)通过稀氨水管道与海水换热器(23)相连，海水换热器(23)与冷凝吸收器(31)相连，冷凝吸收器(31)通过氨气管路与分离器(15)相连，冷凝吸收器(31)与过冷器(47)相连，冷凝吸收器(31)与循环泵(29)相连，循环泵(29)与海水换热器(23)相连，循环泵(29)与溶液泵(28)相连，溶液泵(28)通过浓氨水管路与分离器(15)相连，过冷器(47)与蒸发器(39)相连。
2.根据权利要求1所述的船用氨水吸收式冷冻***，其特征是：所述的尾气换热器(4)包括设于换热器本体顶部的尾气进口管(1)、设于换热器本体底部的尾气出口管(2)以及置于换热器本体内部的尾气换热管束(3)；分离器(15)内从顶部至底部依次布置精馏管束(8)、辅助精馏管束(7)、布液器(13)和提馏管束(22)，分离器(15)的顶部设置氨气出口管(9)，精馏管束(8)顶部接入精馏管束进口管(10)，底部接出精馏管束出口管(11)，精馏管束出口管(11)与辅助精馏管束(7)的顶部连接，辅助精馏管束(7)的底部接出辅助精馏管束出口管(12)，布液器(13)穿出分离器(15)外壁与溶液换热器(17)连接，提馏管束(22)底部接入提馏管束进口管(16)，提馏管束(22)顶部接出分离器(15)内部，分离器(15)底部接出分离器稀溶液出口管(14)；所述的溶液换热器(17)分别在顶部接入稀溶液进口管(18)，在底部接出稀溶液出口管(21)，溶液换热器(17)内设置换热管束(51)，换热管束(51)的顶部接出浓溶液出口管(20)，换热管束(51)的底部接入浓溶液进口管(19)。
3.根据权利要求1所述的船用氨水吸收式冷冻***，其特征是：所述的海水换热器(23)设置溶液进口管(27)、溶液出口管(24)、冷却水入口管(25)、冷却水出口管(26)；所述的冷凝吸收器(31)内设置冷凝吸收管束(34)，冷凝吸收管束(34)顶部接入冷凝吸收管束进口管(35)，冷凝吸收管束(34)底部接出冷凝吸收管束出口管(33)，冷凝吸收器(31)底部接入氨气进口管(32)，接出冷凝吸收器溶液出口管(30)，冷凝吸收管束(34)上部设置冷凝布液器(36)，冷凝布液器(36)与溶液出口管(24)相连；所述的过冷器(47)包括置于内部的过冷换热管束(46)、从过冷器(47)底部接入的过冷器氨气进口管(45)、从过冷器(47)顶部接出的过冷器氨气出口管(49)，过冷换热管束(46)顶部接入换热管束进口管(48)，底部接出过冷器管束出口管(44)；所述的蒸发器(39)内置蒸发管束(40)，蒸发器(39)设置载冷剂进口管(37)和载冷剂出口管(38)，蒸发管束(40)顶部接出蒸发器管束出口管(41)，底部接入蒸发器管束进口管(42)。
4.根据权利要求1所述的船用氨水吸收式冷冻***，其特征是：所述的尾气换热器(4)和分离器(15)的连接管路为，氨水出口管(5)与提馏管束进口管(16)连接，氨水进口管(6)与辅助精馏管束出口管(12)连接。
5.根据权利要求1所述的船用氨水吸收式冷冻***，其特征是：所述的溶液换热器(17)与海水换热器(23)的连接管路是，稀溶液出口管(21)通过溶液节流阀(50)连接于溶液进口管(27)和循环泵(29)的出口之间。
6.根据权利要求1所述的船用氨水吸收式冷冻***，其特征是：所述的海水换热器(23)和冷凝吸收器(31)的连接管路是，溶液进口管(27)通过循环泵(29)与冷凝吸收器溶液出口管(30)连接，溶液出口管(24)与冷凝布液器(36)连接。
7.根据权利要求1所述的船用氨水吸收式冷冻***，其特征是：所述的冷凝吸收器(31)和分离器(15)的连接管路是，氨气出口管(9)与冷凝吸收管束进口管(35)连接。
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