用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器，包括發生器殼體，殼體上具有溶液出口、溶液出口、熱水進口、熱水出口以及蒸汽出口，殼體內安裝有梯級圓盤發生管，梯級圓盤發生管包括蒸汽發生圓盤、熱管和水管，水管與熱水進口和熱水出口相連通，熱管穿設于水管上，蒸汽發生圓盤與熱管固定連接，蒸汽發生圓盤與水管之間留有用于產生降膜的間隙。本發明可以增強低位熱用于溶液發生過程性能，實現對低溫熱源的高效利用，進而提高吸收式制冷循環的熱力性能。
【專利說明】
用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器，具體是利用熱管技術強化發生過程的傳熱傳質效果的一種新型發生器。屬太陽能吸收式制冷技術領域。
【背景技術】
[0002]太陽能制冷因其利用太陽能清潔可再生且較易獲取的優勢可以夠緩解全球能源短缺和環境污染的問題，是一個極具發展前景的領域。其中太陽能吸收式制冷是目前太陽能制冷中比較成熟的制冷技術，加上它采用天然工質，對環境友好;利用低位太陽能驅動可以節約大量電耗的優勢使其已得到廣泛關注。
[0003]目前市場上銷售的和廠家開發的吸收制冷機一般都體積龐大且價格昂貴，且其驅動熱源溫度要求比較高。而且現今使用的太陽能普通集熱器產生的熱水的溫度不足以驅動吸收制冷機。這些因素也大大限制了其在家用空調領域的應用。要想使太陽能吸收制冷技術得到大規模推廣，就要對現有的吸收式制冷機進行一些必要的改進，以減小體積和降低成本。
[0004]傳統吸收式制冷機采用的沉浸式發生器因靜液柱對傳熱效果的影響使其并不宜應用于熱水型太陽能吸收式制冷。常用噴淋式發生器結構雖克服靜液柱的影響，熱質交換性能好，但是其噴淋量小，傳熱管很難達到完全均勻濕潤，傳熱面積得不到充分利用，影響了傳熱效果。而介于噴淋式和沉浸式的降膜式發生器的降膜發生器結構雖然管外布液更均勻，可以在較小的液流量和溫差下獲得較高的熱流密度及傳熱傳質系數。然而根據實驗研究垂直管降膜發生過程熱水和溶液側之間的傳熱溫差較大，這樣的結構也并不能有效利用低溫熱源。
[0005]熱管就是利用蒸發制冷技術，通過熱管將發熱物體的熱量迅速從熱端傳遞到冷端，其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。目前熱管技術也被更多的用于太陽能制冷技術領域。
【發明內容】
[0006]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器。通過多級圓盤發生結構來提高發生器對低溫熱源的能量利用率，從而有利于發生器結構的小型化。
[0007]技術方案:為解決上述技術問題，本發明提供的用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器，包括發生器殼體，所述殼體上具有溶液出口、溶液出口、熱水進口、熱水出口以及蒸汽出口，其特征在于:所述殼體內安裝有梯級圓盤發生管，所述梯級圓盤發生管包括蒸汽發生圓盤、熱管和水管，所述水管與熱水進口和熱水出口相連通，所述熱管穿設于水管上，所述蒸汽發生圓盤與熱管固定連接，所述蒸汽發生圓盤與水管之間留有用于產生降膜的間隙。
[0008]作為優選，所述熱管沿水管的周向均布，包括穿入水管內的下彎段，以及位于水管尾部的水平段，所述蒸汽發生圓盤焊接于熱管的水平段上。使用時，下彎段吸收水管內熱水的熱量，作為熱管的熱端，水平段通過蒸汽發生圓盤將熱量傳遞給溶液，作為熱管的冷端。熱管下彎段折彎結構既可以防干燒，同時也保證了溶液側的傳熱傳質面積。
[0009]作為優選，所述熱管是沿水管輻向布置的四根，可以將熱量更加均勻地傳遞到蒸汽發生圓盤上，同時對稱結構也為蒸汽發生圓盤提供了更加穩固的支撐。
[0010]作為優選，所述水管是豎直的不銹鋼管。
[0011]作為優選，所述蒸汽發生圓盤的邊緣具有外沿，所述外沿的一側具有缺口，上下相鄰蒸汽發生圓盤的缺口的朝向在水平方向上錯開180°。圓盤邊緣處一定高度的外沿讓溶液能在蒸汽發生圓盤上均勻聚集，并引導溶液從蒸汽發生圓盤一側的缺口流出。而相鄰上下級的蒸汽發生圓盤缺口的朝向在水平方向相差180°可以使溶液在向下過程中多次折流，對蒸汽發生圓盤的工作面積進行最大限度的利用。另外，每一級蒸汽發生圓盤之間應留有適當的間隙以讓發生的水蒸汽從間隙不斷逸出。
[0012]本發明同時提出上述熱管降膜發生器的工作方法，梯級圓盤發生管垂直固定于發生器殼體中，水管內自下而上流過熱水完成熱水循環，熱管將熱水的能量傳遞到蒸汽發生圓盤上，從頂部流下的溶液一部分經過蒸汽發生圓盤結構的缺口進入下一梯級的蒸汽發生圓盤不斷吸熱蒸發，另一部分經過與管外壁間的縫隙沿管壁流下完成降膜發生過程。
[0013]作為優選，所述梯級圓盤發生管的排數和每排發生管的個數根據實際發生量的大小確定，每一級蒸汽發生圓盤結構的大小根據溶液流量的大小確定。
[0014]作為優選，所述蒸汽發生圓盤、熱管、水管均采用不銹鋼材質，所述蒸汽發生圓盤和熱管采用無縫焊接，熱管與水管采用無縫焊接。
[0015]使用時，上述發明的圓盤發生管結構上下端連接熱水通路，垂直固定于發生器殼體中，不銹鋼管內自下而上流過熱水，從頂部流下的待發生稀溶液一部分經過梯級蒸汽發生圓盤結構的缺口，一部分溶液經過與管外壁間的縫隙沿管壁流下完成降膜發生過程。
[0016]其核心部件梯級圓盤發生管主要由不銹鋼管，熱管，蒸汽發生圓盤結構組成。每一級梯級圓盤發生管的熱管熱端伸入不銹鋼管內并用焊接方式與其固定，蒸汽發生圓放置在熱管的冷端上并通過無縫焊接方式和不銹鋼管和熱管固定。將熱管傳熱技術與降膜發生器結合，可以減小熱源(如太陽能集熱熱水)與降膜溶液的傳熱溫差，同時增大降膜溶液側蒸汽發生面積，以克服傳統太陽能吸收式制冷噴淋式發生器不能有效利用傳熱面積和立式降膜發生器熱水側和溶液側傳熱溫差較大的問題，同時發生管采用梯級圓盤發生結構，可有效增大發生面積和溶液滯留時間，提高溶液的傳熱傳質效果，實現對低位熱源的大溫差利用(如實現熱水進出口大溫差)，并與溶液大濃度差的變化相匹配，減小溶液發生過程熱質傳遞的不可逆損失，提高對低溫熱源的利用率。本發明可以增強低位熱用于溶液發生過程性能，實現對低溫熱源的高效利用，進而提高吸收式制冷循環的熱力性能。
[0017]有益效果:本發明通過多級圓盤發生結構來提高發生器對低溫熱源的能量利用率，具有以下顯著的進步:
[0018]1、溶液側與熱水側之間傳熱溫差減小。因為熱管更好的導熱性能和優良的等溫性，使得所以冷端溫度與熱端溫度比較接近，熱水側向溶液側的傳熱溫差會更小，更有利于溶液的發生過程。
[0019]2、蒸汽圓盤發生結構設計既保證發生管管外降膜同時，也增大溶液與熱源的接觸面積和增加溶液的滯留時間，相比傳統管外降膜式或者是噴淋式發生器結構，更有利于溶液的傳熱傳質過程，有利于設備的小型化。
[0020]3、本發明的多級蒸汽發生盤結構可以使每一級溶液充分發生，使得層級之間溶液濃度變化更大，沿垂直方向溶液所需的發生溫度不斷升高，剛好與逆流形式熱水的溫度相匹配。同時也增加熱水側向溶液側的換熱量，從而有利于低位熱源的大溫差利用。
[0021]4、本發明也考慮到保證一般熱管熱端不發生干燒，所以采用的折形熱管結構，可以防止熱管干燒，同時也可保證溶液側有效傳熱傳質面積。
[0022]除了上面所述的本發明解決的技術問題、構成技術方案的技術特征以及由這些技術方案的技術特征所帶來的優點外，本發明的用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器所能解決的其他技術問題、技術方案中包含的其他技術特征以及這些技術特征帶來的優點，將結合附圖做出進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明實施例熱管降膜發生器的結構示意圖；
[0024]圖2圖1中梯級圓盤發生管的結構示意圖；
[0025]圖3是圖2的A-A視圖；
[0026]圖4是蒸汽發生圓盤的俯視圖；
[0027 ] 圖5是圖4的B-B視圖；
[0028]圖6是圖5的左視圖；
[0029]圖7是梯級圓盤發生管的工作原理圖；
[0030]圖中:溶液出口I，發生器殼體2，蒸汽出口 3，梯級圓盤發生管4，熱水出口 5，溶液進口 6，熱水進口 7，蒸汽發生圓盤結構8，熱管9，不銹鋼管10。
【具體實施方式】
[0031 ] 實施例:
[0032]如圖1所示，本發明主要包括溶液出口I，發生器殼體2，蒸汽出口 3，梯級圓盤發生管4，熱水出口 5，溶液進口 6，熱水進口 7等部分。梯級圓盤發生管4豎直安裝在發生器殼體2中。根據實際所需發生量的多少可以改變梯級圓盤發生管4的管排數和每排發生管的個數。
[0033]本發明的核心構件為梯級圓盤發生管4，其結構如圖2和圖3所示。在不銹鋼管10合適周向位置均勻打四個孔徑略大于熱管外徑的圓孔，后將折形的熱管9的熱端伸入不銹鋼管10內部，冷端則留在不銹鋼管10外。將每級熱管9熱端頂部朝下焊接固定在不銹鋼管10上，并保證管內外密封，熱水側不會向溶液側發生泄漏。每一級圓盤發生結構均由有缺口的蒸汽發生圓盤8、四個折形熱管9和不銹鋼管10組成。上述蒸汽發生圓盤8，以及每一級的熱管9、不銹鋼管10均采用不銹鋼材質以減少溶液的腐蝕作用。蒸汽發生圓盤8只在一側留出一個溶液出口。且相鄰上下級的蒸汽發生圓盤8缺口的朝向在水平方向相差180°。另外，每一級蒸汽發生圓盤8之間應留有適當的間隙以讓發生的水蒸汽從間隙不斷逸出。
[0034]蒸汽發生圓盤的結構如圖4、圖5和圖6所示，蒸汽發生圓盤采用較薄的不銹鋼板，蒸汽發生圓盤與熱管采用無縫焊接的方式固定，這樣有利于減少傳熱熱阻。盤的邊緣有一定高度的邊沿，這是為了溶液能在蒸汽發生圓盤上的均勻聚集，并引導溶液從蒸汽發生圓盤出口流出。
[0035]本發明蒸汽發生圓盤的大小則根據溶液流量的大小進行設計。如果溶液流量小則而蒸汽發生圓盤過大，則會出現溶液不能均勻覆蓋每一級蒸汽發生圓盤的表面，造成傳熱面積不能充分利用；如果流量過大而蒸汽發生圓盤8過小。則會出現溶液在蒸汽發生圓盤8表面形成較厚的液膜，從而不利于發生的傳熱傳質過程的進行。將熱管9做成折彎型結構的是為了防干燒，同時也可以保證溶液側傳熱傳質面積。
[0036]工作時，如圖7所示，熱水(圖中實線箭頭)從進口流入并自下而上流過不銹鋼管，從熱水出口流出完成熱水循環。其中熱管的熱端吸收熱水側的熱量將其傳給管外側的熱管冷端，通過導熱再將熱量傳遞給的蒸汽發生圓盤。與此同時，一定溫度的稀溶液從溶液進口自上而下流過每一級蒸汽發生圓盤受熱不斷產生水蒸汽(圖中虛線箭頭)，同時也有部分溶液沿著管外壁流到發生器底部完成降膜發生過程，發生完后濃溶液從溶液出口流出。發生過程產生的水蒸氣則從蒸汽出口逸出進入冷凝器。
[0037]本發明的梯級蒸汽發生圓盤結構可以增大發生傳熱面積，增加溶液滯留時間，以致每一級溶液充分發生，溶液的濃度則會沿梯級發生結構有較大的變化。而溶液所需的發生溫度也隨濃度的增大會不斷升高。逆流形式的熱水溫度分布形式剛好與溶液所在層級所需熱水溫度相匹配。另外，溶液濃度變化越大，發生量也會越大，所需熱源的換熱量也越大，從而有利于低位熱源的大溫差利用。
[0038]以上結合附圖對本發明的實施方式做出詳細說明，但本發明不局限于所描述的實施方式。對本領域的普通技術人員而言，在本發明的原理和技術思想的范圍內，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器，包括發生器殼體，所述殼體上具有溶液出口、溶液出口、熱水進口、熱水出口以及蒸汽出口，其特征在于:所述殼體內安裝有梯級圓盤發生管，所述梯級圓盤發生管包括蒸汽發生圓盤、熱管和水管，所述水管與熱水進口和熱水出口相連通，所述熱管穿設于水管上，所述蒸汽發生圓盤與熱管固定連接，所述蒸汽發生圓盤與水管之間留有用于產生降膜的間隙。2.根據權利要求1所述的用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器，其特征在于:所述熱管沿水管的周向均布，包括穿入水管內的下彎段，以及位于水管尾部的水平段，所述蒸汽發生圓盤焊接于熱管的水平段上。3.根據權利要求1所述的用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器，其特征在于:所述熱管是沿水管輻向布置的四根。4.根據權利要求1所述的用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器，其特征在于:所述水管是豎直的不銹鋼管。5.根據權利要求1所述的用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器，其特征在于:所述蒸汽發生圓盤的邊緣具有外沿，所述外沿的一側具有缺口，上下相鄰蒸汽發生圓盤的缺口的朝向在水平方向上錯開180°。6.根據權利要求1所述的用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器的工作方法，其特征在于:梯級圓盤發生管垂直固定于發生器殼體中，水管內自下而上流過熱水完成熱水循環，熱管將熱水的能量傳遞到蒸汽發生圓盤上;溶液從頂部流下，一部分經過蒸汽發生圓盤結構的缺口進入下一梯級的蒸汽發生圓盤并不斷吸熱蒸發，另一部分經過與管外壁間的縫隙沿管壁流下完成降膜發生過程。7.根據權利要求6所述的用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器的工作方法，其特征在于:所述梯級圓盤發生管的排數和每排發生管的個數根據實際發生量的大小確定，每一級蒸汽發生圓盤結構的大小根據溶液流量的大小確定。8.根據權利要求6所述的用于低位熱驅動吸收式制冷的熱管降膜發生器的工作方法，其特征在于:所述蒸汽發生圓盤、熱管和水管均采用不銹鋼材質，所述蒸汽發生圓盤與熱管采用無縫焊接，熱管與水管采用無縫焊接。
【文檔編號】F25B33/00GK105953476SQ201610345791
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】殷勇高, 梁之琦, 徐孟飛
【申請人】東南大學