專利名稱：降膜吸收式熱泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以制冷、制熱和升溫為操作目的立式降膜吸收式熱泵裝置。
已有的立式降膜吸收式熱泵，一般為管內(nèi)降膜結(jié)構(gòu)，如日本昭63-131962特許公開的熱泵系統(tǒng)，在四個(gè)豎直獨(dú)立的工作單元(發(fā)生器，冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器)中，采用了管內(nèi)降膜結(jié)構(gòu)。但是由于管內(nèi)降膜的傳質(zhì)、傳熱空間受到限制，所以直接影響系統(tǒng)的效率。另外對系統(tǒng)中發(fā)生器一類處于內(nèi)外壓差較大工況下的設(shè)備(如管外為具有較高壓力的工作蒸汽，管內(nèi)為負(fù)壓下的工質(zhì))，如果采用管內(nèi)布液，傳熱管端與管板之間的密封不易維持。
采用管外降膜結(jié)構(gòu)，可以有效地提高系統(tǒng)的傳質(zhì)、傳熱機(jī)能，但是存在如下技術(shù)問題一是由于熱泵系統(tǒng)中溶液流量較小，且含有金屬氧化物等渣滓及傳熱管的水平和垂直加工與裝配精度難以保證等原因，在垂直豎立的傳熱管群外表面布液往往不均勻、不穩(wěn)定;二是目前應(yīng)用的傳熱管的傳熱效率強(qiáng)化技術(shù)，一般是對管子進(jìn)行直接機(jī)械加工或在管體上附加其它部件，這對于該類熱泵系統(tǒng)中諸多的傳熱管將過于復(fù)雜。不僅增加了制造成本，而且造成機(jī)械加工、設(shè)備裝配以及運(yùn)行維修上的困難。所以，目前在熱泵系統(tǒng)中管外布液結(jié)構(gòu)還不多見。
本發(fā)明的目的是在降膜吸收式熱泵裝置中，改善垂直傳熱管群外表面的液體分布和用于強(qiáng)化傳質(zhì)、傳熱的結(jié)構(gòu)，使管外形成穩(wěn)定、均勻、易于實(shí)現(xiàn)的液膜。從而提供了一種具有結(jié)構(gòu)簡單和高效傳質(zhì)、傳熱機(jī)能的豎直管外降膜吸收式熱泵系統(tǒng)。
本發(fā)明的要點(diǎn)是a.在發(fā)生器，蒸發(fā)器和吸收器中位于垂直傳熱管群上部的布液室由上、下兩塊管板隔成。降膜傳熱管群上端垂直固定于上管板上，并在管口與板孔之間形成良好的密封。在傳熱管群垂直通過的下管板上，每根傳熱管的周圍均布著的布液孔為齒狀間隙，這些齒狀間隙的大小和數(shù)目根據(jù)傳熱管外的液膜的流量和液流物理性質(zhì)及傳熱管外徑等條件設(shè)計(jì)，單個(gè)齒隙截面積一般為3-9mm2，齒形可為矩形或圓缺等，最佳齒形為三角形;
b.為了避免溶液中含有的金屬氧化物等固體渣滓隨溶液的輸送帶入布液室，在布液室前設(shè)置一渣滓沉降過濾器。同時(shí)布液室的內(nèi)壁采用耐腐蝕的金屬材料或采用耐腐蝕的處理層等，以防止布液室因腐蝕性的溶液腐蝕產(chǎn)生固體脫落，堵塞布液孔;
c.布液室與布液室下部的氣相空間用連通管連通，以均衡布液室與下部空間的壓力，從而保證布液室中液體僅因重力作用沿齒隙順利流至傳熱管表面;
d.布液室中的液體保持一定流量。流量的控制條件是使布液室的液面維持在上下管板底平面之間距離的一半左右，使得液體流量控制可有較大的彈性操作范圍;
e.在布液室下部的傳熱管外表面，由上而下，先密后疏，不等間距地設(shè)置液膜干擾環(huán)，使液體沿管外表面下流時(shí)，不斷得到重新均勻分布和促進(jìn)傳質(zhì)、傳熱的擾動(dòng)。干擾環(huán)是具有緊箍功能的金屬環(huán)，能穩(wěn)定地固定在管上的一定位置。
下面結(jié)合附圖的實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)公開。
附

圖1是本發(fā)明以制冷方式操作時(shí)的構(gòu)成及流程流程示意圖。
附圖2a是本發(fā)明布液室局部和降膜干擾結(jié)構(gòu)。
附圖2b是齒隙布液孔局部剖面圖。
附圖3是本發(fā)明以升溫方式操作時(shí)的簡化流程示意圖。
如圖1所示本發(fā)明由豎直排列的發(fā)生器28，冷凝器5，蒸發(fā)器24和吸收器26四個(gè)工作單元組成。在四個(gè)工作單元中均設(shè)有上封頭4，垂直豎立的傳熱管群6及下封頭8。在發(fā)生器，蒸發(fā)器和吸收器的傳熱管群上部均設(shè)有相似結(jié)構(gòu)的布液室32。四個(gè)工作單元以其工作條件相關(guān)的兩個(gè)單元為一組，組合成相通的整體部件。本實(shí)施例中，發(fā)生器與冷凝器，蒸發(fā)器和吸收器分別組成整體部件，中間用柵板7隔開，以便于冷劑蒸汽的流動(dòng)輸送，縮小整體結(jié)構(gòu)尺寸。
布液室及液膜干擾結(jié)構(gòu)如圖2a、2b所示。布液室由上、下兩塊管板隔成。傳熱管群上端被垂直固定在上管板3上，固定方法可以是脹接，也可以是焊接，均要求必須在管口與板孔之間達(dá)到較好的密封。在布液室的下管板29上，每個(gè)傳熱管通過的管板孔形成具有一定齒數(shù)和齒形的齒狀板孔，以使傳熱管通過這些板孔時(shí)，在每個(gè)管四周留下均布的齒隙狀布液孔31。齒隙布液孔的個(gè)數(shù)可以根據(jù)流量，管徑，溶液清凈程度等因素通過計(jì)算確定，本實(shí)施例為6個(gè)，單個(gè)齒隙面積為3-9mm2。齒隙孔的齒形以三角形最佳(也可為矩形或圓缺等)。因?yàn)槿切锡X隙易于加工，相對同樣的開孔面積，不僅具有較大的渣滓流通截面，而且能使液體流經(jīng)齒隙時(shí)傳熱管外壁具有較大的周邊潤濕率。齒隙孔之間有一定距離，使傳熱管與管板接觸緊密，有利于固定。
由于采用上述齒隙布液孔，必須避免布液孔的堵塞，如圖1所示，本發(fā)明在布液室前設(shè)置一沉降過濾器27，防止溶液中渣滓?guī)氩家菏摇２家菏业膬?nèi)壁具有耐腐蝕能力，采用不銹鋼材料或設(shè)防腐涂層，以免腐蝕性工質(zhì)將金屬腐蝕后產(chǎn)生固體脫落。
為了平衡布液室與布液室下部的傳熱管群在氣相空間的壓力，不使布液室壓力過高影響形成液膜，用連通管30固定在布液室下管板上。另外，為得到適宜的液膜厚度，送入布液室的溶液應(yīng)保持一定流量，該流量的控制條件是室內(nèi)液面(將布液孔板考慮在內(nèi))一般在上、下管板底平面之間距離的一半左右，使得到的液體流量控制可有一定的彈性操作范圍。
布液室以下部分的傳熱管外表面裝有若干液膜干擾環(huán)33，(見圖2a)為使由布液室流下的液體盡快均布，最上邊的干擾環(huán)離布液室下管板底部較近，往下依次拉大一定距離，由上至下，由密到疏，不等距離地設(shè)置干擾環(huán)。干擾環(huán)是具有緊箍功能的金屬環(huán)。
本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)可用于制冷，制熱和升溫操作過程，并可實(shí)現(xiàn)多級(jí)或多效的流程。
制冷操作過程(如圖1所示)稀溶液例如LiBI/水溶液流經(jīng)沉降過濾器27除去溶液中的固體渣滓，送入發(fā)生器28的布液室32，通過下管板29上的齒隙布液孔31流至傳熱管6的表面。作為裝置熱源的載熱體例如工作蒸汽經(jīng)由管1，送入傳熱管內(nèi)部時(shí)，對管外的液膜進(jìn)行加熱，自身凝結(jié)成水由發(fā)生器底部管11處排出。發(fā)生器中產(chǎn)生的冷劑蒸汽通過柵板7進(jìn)入冷凝器5，被冷卻水冷凝。冷卻水經(jīng)管10排出。冷劑液9經(jīng)節(jié)流閥14減壓送往蒸發(fā)器24。以與發(fā)生器中的過程相似的方式，冷劑液接受進(jìn)入蒸發(fā)器的冷媒水21釋放的熱量而被蒸發(fā)，降溫后的冷媒水由管25送出。冷劑蒸汽通過柵板進(jìn)入吸收器26降落至蒸發(fā)器底部的冷劑液22與來自節(jié)流閥的冷劑液15混合后送入蒸發(fā)器循環(huán)泵23，以維持一定的循環(huán)量。降溫后的冷媒水則由管24送出。以與發(fā)生器中的過程相似的方式，濃溶液在吸收器中吸收來自蒸發(fā)器的冷劑蒸汽。冷卻水20用于移出吸收過程產(chǎn)生的熱量，升溫后的冷卻水經(jīng)管2流至冷凝器再次利用。吸收器底部的稀溶液的一部分19經(jīng)由吸收器循環(huán)泵18作循環(huán)用;另一部分17通過16先送至中間換熱器13與來自發(fā)生器的濃溶液12換熱，再送至發(fā)生器。
本發(fā)明以制熱為操作目的時(shí)的流程與圖1大體相似。
主要區(qū)別是圖1的制冷循環(huán)的目的是以消耗工作蒸汽(也可用較高溫度的熱水1)為代價(jià)，制取低溫度的冷媒水(如圖1中的物流25)。而制熱循環(huán)中通過將溫度不高的冷水送入蒸發(fā)器與吸收器，實(shí)現(xiàn)向外輸出熱溫水(如圖1中的物流10)的目的。
本發(fā)明以升溫方式操作時(shí)的流程如圖3所示在該循環(huán)中，中等溫度(如90℃左右)的熱物流34送進(jìn)發(fā)生器28和蒸發(fā)器24，降溫后分別經(jīng)管36和37排出。該物流向系統(tǒng)提供的“驅(qū)動(dòng)”熱源，其中的一部分作為消耗被冷卻水20從冷凝器5移出。另一部分則作為效益將送入吸收器26的物流38的溫度(通常與熱物流34相近)升溫成具有較高溫度的物流39。
本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)或多效的流程，以適應(yīng)不同的環(huán)境工況的要求，完成不同溫位之間的熱能轉(zhuǎn)換目的。
本發(fā)明的效果由于在垂直傳熱管群上部設(shè)置了以齒隙布液結(jié)構(gòu)等為主要特征的布液室，并在管外設(shè)置了干擾環(huán)，從而形成了結(jié)構(gòu)簡單，布膜均勻、穩(wěn)定的新的立式管外降膜吸收式熱泵系統(tǒng)，使得系統(tǒng)在制冷、制熱或升溫操作過程中的效率提高，成本下降，更易于加工制做。
權(quán)利要求
1.一種以制冷、制熱和升溫為操作目的的降膜吸收式熱泵，由豎直排列的發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器組成，在發(fā)生器、蒸發(fā)器和吸收器中均設(shè)有上封頭，布液室、降膜傳熱管群和下封頭，其特征在于A、位于垂直傳熱管群上部的布液室由上、下兩塊管板隔成，傳熱管上端垂直固定于上管板上，并在管口與板孔之間形成密封，在垂直傳熱管群通過的下管板上，每根傳熱管四周均布著的布液孔是具有一定齒數(shù)和齒形的齒狀間隙，B、布液室前設(shè)置一沉降過濾器，布液室內(nèi)壁為防腐金腐材料或內(nèi)壁設(shè)有防腐層，C、布液室與布液室下部的氣相空間接有連通管，D、布液室中液體流量的控制條件是使液面高度維持在上、下管板底平面之間距離的一半。E、在布液室以下的傳熱管外表面，由上而下，先密后疏，不等距離地設(shè)置液膜干擾環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵裝置，其特征在于，齒隙布液孔的單個(gè)齒隙截面積為3-9mm2，齒形為三角形、矩形或圓缺等，以三角形為最佳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵裝置，其特征在于，布液室壁可以采用不銹鋼材料制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱泵裝置，其特征在于，傳熱管外表面的液膜干擾環(huán)為具有緊箍功能的金屬環(huán)。
5.權(quán)利要求1所述的降膜吸收式熱泵裝置，其特征在于，該裝置可以形成以制冷、制熱或升溫為目的的流程，以及多級(jí)或多效的流程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有液膜均勻分布和強(qiáng)化傳熱與傳質(zhì)結(jié)構(gòu)的降膜吸收式熱泵裝置，可以形成制冷、制熱和升溫方式工作的設(shè)備。本裝置采用在管群上部設(shè)置齒隙液膜分布結(jié)構(gòu)以及在管外設(shè)置液膜干擾環(huán)等方法，改善了以往此類裝置布膜的均勻性和穩(wěn)定性，促進(jìn)了系統(tǒng)的循環(huán)中的傳熱和傳質(zhì)過程，有效地提高了單位設(shè)備的功率。
文檔編號(hào)F25B30/04GK1055421SQ9110321
公開日1991年10月16日 申請日期1991年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月25日
發(fā)明者陳耀東, 鄭丹星 申請人:北京化工學(xué)院