泵液式复合交变分离热管型船用复合吸附制冰机

摘要

一种属于吸附制冷技术领域的泵液式复合交变分离热管型船用复合吸附制冰机，包括：泵液锅炉、锅炉泵液阀门、垂直泵液管、锅炉液路连接管、锅炉液路阀门、热管加热下降段、废热回收锅炉、热管加热蒸汽阀门、热管加热上升段、片冰机、吸附床、氨液管路、截流阀、氨接管、不锈钢冷凝器/储液器、吸附管路、吸附阀门、解吸管路、解吸阀门、冷却器、热管冷却上升段、充液管、海水回路、充液阀门、冷却器下椭圆封头、吸附床泵液阀门、水平泵液管、热管冷却液路阀门、热管冷却下降段、热管加热液路阀门、压力平衡管路。本发明解决以氨为制冷剂的船用复合交变热管型吸附制冰机中冷却器的海水腐蚀、吸附床的烟气腐蚀以及氨为热管介质时的安全问题。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种属于制冷技术领域的吸附制冰机，具体地说，是一种泵液式复合交变分离热管型船用复合吸附制冰机。

背景技术

目前，我国沿海中小型渔船大都以冰藏保鲜为主，机械制冷保鲜为辅。因此，渔船制冷机是当前中、小型渔船迫切需要装备的设备，开发研制还是集中在蒸气压缩式制冷方式。与此同时，渔船上的柴油机约有30％的热量从尾气排入大气而浪费。若能利用这部分余热来驱动吸附式制冷系统，即可不增加柴油机任何油耗，仅回收其尾气余热实现制冰，满足渔民的需求。热管型复合交变吸附制冰机是将热管结构与吸附系统结合起来。典型结构是发生器由废热回收器、吸附床以及冷却器组成，废热回收器位于吸附床的下方，作为热管的蒸发段。吸附床位于废热回收器的上方以及冷却器的下方，在吸附床的加热阶段作为热管的冷凝段，在吸附床的冷却阶段则作为热管的蒸发段，冷却器位于吸附床的上方，为热管的冷凝段。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号：1544864，公开日为2004年11月10日，发明名称为：类分离热管型船用吸附制冰机，该专利自述为：吸附床采用烟气管路直接加热，中间冷却器与第二氨罐焊接，与吸附床通过热管上升段以及热管下降段相连，电磁阀设置在热管下降段上，冷凝器与第一氨罐焊接，冷凝器与吸附床连接，单向阀连接在接管上，第一氨罐与片冰机相连，片冰机与吸附床相连，回质阀设置在冷凝器和片冰机与吸附床的接管上，冷海水回路为串联方式，海水阀门、冷海水泵设在冷海水进口管路上，冷海水回路先与冷凝器相连通，再与中间冷却器、冷海水出口连通。其不足之处是：吸附床采用烟气直接加热，这样在冷却交变的环境下，吸附床内的传热管极易腐蚀。同时热管在冷却过程中采用氨为工质，由于吸附床在冷却初期处于高温状态，一方面存在着安全隐患问题，另一方面与海水换热时，考虑到氨对铜材料的海水腐蚀问题，冷却器仍然需要采用钢材料，而此时如果采用冷海水直接冷却，冷却器则会出现冷海水腐蚀问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种泵液式复合交变分离热管型船用复合吸附制冰机，使其解决以氨为制冷剂的船用复合交变热管型吸附制冰机中盐析腐蚀、烟气腐蚀以及安全问题，实现船用复合交变热管吸附制冰机的实用化。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：泵液锅炉、锅炉泵液阀门、垂直泵液管、锅炉液路连接管、锅炉液路阀门、热管加热下降段、废热回收锅炉、热管加热蒸汽阀门、热管加热上升段、片冰机、片冰机入口、片冰机出口、吸附床、氨液管路、截流阀、氨接管、不锈钢冷凝器/储液器、吸附管路、吸附阀门、解吸管路、解吸阀门、冷海水出口、冷却器、热管冷却上升段、充液漏斗、充液管、海水回路、充液阀门、冷却器下椭圆封头、铜盘管、冷海水泵、冷海水入口、热管冷却蒸汽阀门、吸附床泵液阀门、水平泵液管、热管冷却液路阀门、热管冷却下降段、吸附床回液管、热管加热液路阀门、压力平衡管路，其连接方式为：泵液锅炉上部通过压力平衡管路与废热回收锅炉上部相连通，锅炉泵液阀门、锅炉液路阀门焊接在锅炉液路连通管上，泵液锅炉下部通过锅炉液路连通管与废热回收锅炉相连通，热管加热下降段下部以及垂直泵液管下部与锅炉液路连通管上部相连通，同时热管加热下降段下部位于锅炉泵液阀门以及锅炉液路阀门之间，热管加热下降段上部与吸附床回液管焊接在一起，同时热管加热下降段上部位于两个热管加热液路阀门之间，吸附床回液管两端分别与吸附床相连通，垂直泵液管下部与锅炉液路连通管上部相连通，同时垂直泵液管下部位于锅炉泵液阀门以及热管加热下降段下部之间；垂直泵液管上部与水平泵液管的下部相连通，同时垂直泵液管上部位于两个吸附床泵液阀门之间，水平泵液管的上部与充液管相连通，充液阀门焊接在充液管上，充液漏斗焊接在充液管的顶部，水平泵液管的左右分别通过吸附床泵液阀门与热管冷却下降段相连接，热管冷却下降段上部与冷却器下椭圆封头相连接，下部通过热管冷却液路阀门与吸附床的热管液路接管相连通，废热回收锅炉上部与热管加热上升段下部相连接，热管加热蒸汽阀门焊接在热管加热上升段中部，热管加热上升段上部与吸附床相连接，吸附床上部与热管冷却上升段焊接在一起，热管冷却汽路阀门焊接在热管冷却上升段上，位于吸附床的上部，热管冷却上升段焊接在冷却器下椭圆封头上，并伸入到冷却器的顶部位置，吸附床与氨接管相连接，氨接管分别与吸附管路和解吸管路焊接在一起，吸附阀门焊接在吸附管路上，解吸阀门焊接在解吸管路上，吸附管路与片冰机的片冰机出口相连接，解吸管路与不锈钢冷凝器/储液器相连接，不锈钢冷凝器/储液器下部与氨液管路上部连接，截流阀设在氨液管路中部，氨液管路下部与片冰机的片冰机入口相连接，冷海水入口与冷海水泵相连接，冷海水泵接入到铜盘管，铜盘管与海水回路相连接，海水回路接入到不锈钢冷凝器/储液器，海水回路与冷海水出口相连。

所述的吸附床包括吸附/解吸口、吸附床内热管回路、热管上升段/回液管、上部汽室、热管冷却上升段接管、上椭圆封头、上盖板、翅片管、吸附床筒体、固化复合吸附剂、中盖板、液室、下盖板、下部汽室、下椭圆封头、热管液路接管、热管加热上升段接管，其连接方式为：上椭圆封头与上盖板焊接在一起，上椭圆封头与上盖板之间的空间构成上部汽室，热管冷却上升段接管通过上椭圆封头与上部汽室相连通，热管上升段/回液管顶部焊接在上盖板上，热管上升段/回液管下部与中盖板相焊接，热管上升段/回液管底部与下盖板相焊接，下盖板与下椭圆封头焊接在一起。上盖板、中盖板以及下盖板与吸附床筒体相焊接，中盖板与下盖板之间的空间构成液室，热管液路接管通过下盖板与液室相连通，翅片管上部焊接在上盖板上，翅片管下部焊接在中盖板上，下盖板与下椭圆封头之间的空间构成下部汽室，热管加热上升段接管通过下椭圆封头与下部汽室相连通，吸附/解吸口为吸附床筒体上的一个通孔，吸附床内热管回路为翅片管的内管，固化复合吸附剂压入到翅片管的翅片之中。

所述的热管上升段/回液管为吸附床内置式的12根钢管。

所述的热管冷却上升段为冷却器内置式的一根钢管。

本发明的运行流程包括以下几个回路：

①热管充液回路，通过充液漏斗、充液管、充液阀门、垂直泵液管、锅炉液路阀门、锅炉泵液阀门、锅炉液路连接管将工质充入到加热锅炉以及泵液锅炉。②吸附床热管加热回路，由废热回收锅炉、热管加热上升段、热管加热蒸汽阀门、吸附床热管加热上升段接管、吸附床下部汽室、热管上升段/回液管、吸附床内热管回路、吸附床回液管、热管加热液路阀门、热管加热下降段、锅炉液路阀门组成。③泵液回路，由泵液锅炉、锅炉泵液阀门、垂直泵液管、水平泵液管、吸附床泵液阀门、吸附床内热管回路、热管蒸发段/回液管组成。④吸附床热管冷却回路，由吸附床内热管回路、吸附床上部汽室、热管冷却上升段、热管冷却蒸汽阀门、冷却器、热管冷却下降段、热管冷却液路阀门组成。⑤冷海水冷却回路，采用串联方式，冷海水先进入冷海水泵，再进入冷却器的铜盘管，再通过冷却水回路，进入到冷凝器，最后通过冷海水出口流出。⑥吸附回路，吸附床通过吸附阀门、吸附管路、氨接管从片冰机中吸附，从而产生制冷量。⑦解吸回路，吸附床通过解吸阀门、解吸管路、氨接管将制冷剂解吸到不锈钢冷凝器/储液器，由冷海水冷凝。⑧回质回路，吸附床通过两个解吸阀门、解吸管路以及冷凝器，实现回质。⑨泵液锅炉压力平衡回路，通过压力平衡管路将废热回收锅炉以及泵液锅炉相连通，实现废热回收锅炉以及泵液锅炉的压力平衡，从而实现泵液锅炉与冷却器以及吸附床之间的压力差，实现泵液。

吸附床在加热解吸时通过废热回收锅炉、热管加热蒸汽阀门、吸附床内热管回路、热管加热液路阀门锅炉液路阀门所组成的分离热管结构来加热，在冷却时则通过吸附床内热管回路、热管冷却蒸汽阀门、热管冷却液路阀门、冷却器所组成的分离热管结构来冷却。为了实现吸附床在冷却过程中热管回路内为满液式蒸发，采用泵液锅炉、泵管、锅炉泵液阀门、吸附床泵液阀门来实现泵液过程，采用吸附床内部的热管蒸发段/回液管来将所泵入的过剩液体回流，实现吸附床内翅片管中的满液式蒸发。泵液锅炉的压力通过压力控制管路来实现。冷却器的冷却由冷海水的冷却来实现。吸附床通过吸附阀门所产生的冷量在片冰机中实现制冰过程，吸附床解吸出来的制冷剂则通过解吸阀门进入到不锈钢冷凝器/储液器，氨液再通过截流阀进入到片冰机。两个吸附床之间通过解吸阀门进行回质。热管内可以采用丙酮、水等为工质，热管充液过程通过充液漏斗、充液阀门、锅炉液路阀门、锅炉泵液阀门来实现。冷海水回路采用冷却器与冷凝器串连方式，由于不锈钢冷凝器/储液器的替换较为容易，所以不锈钢冷凝器/冷却器采用冷海水直接冷却。

吸附床内采用固化复合吸附剂，复合吸附剂先粘入到翅片管中，然后再通过一定时间的烘干以及冷却过程实现固化。

吸附床在加热过程中，热管内工质(可以采用水与丙酮)在废热回收锅炉中蒸发，通过热管加热上升段、热管加热蒸汽阀门、吸附床热管加热上升段接管、吸附床下部汽室、热管上升段/回液管进入到吸附床内热管回路，冷凝放热后，热管内工质通过吸附床回液管、热管加热液路阀门、热管加热下降段、锅炉液路阀门流回锅炉。

吸附床冷却之前，采用泵液回路来实现吸附床内热管回路的满液式蒸发。泵液过程中，由于泵液锅炉上部通过压力平衡管路与废热回收锅炉相连通，而废热回收锅炉一直处于高温状态，压力较高，与吸附床以及冷却器存在较大的压力差，所以可以实现泵液锅炉与吸附床之间的泵液。泵液过程为：打开热管冷却蒸汽阀门、热管冷却液路阀门，使吸附床处于冷却低压状态，然后打开锅炉泵液阀门、吸附床泵液阀门，泵液锅炉中的液体在压差下泵入到吸附床内热管回路，泵液结束打开热管加热蒸汽阀门，关闭锅炉泵液阀门以及吸附床泵液阀门，吸附床以及冷却器中过多的液体工质通过吸附床内上部汽室的热管上升段/回液管流回锅炉，实现吸附床内热管回路的满液式蒸发。

吸附床的冷却过程采用复合交变分离热管理论。吸附床内热管回路内的工质蒸发吸热，通过吸附床的上部汽室、热管冷却上升段、热管冷却蒸汽阀门进入到冷却器，并在铜盘管外部冷凝，然后液体通过热管冷却下降段、热管冷却液路阀门流回到吸附床内热管回路。

热管上升段/回液管为吸附床内置式，一方面可以减少加热过程中的功率损失，另一方面可以巧妙地控制吸附床冷却过程中的液位，实现满液式蒸发。

热管冷却上升段为冷却器内置式，将热管冷却上升段的弯头数量减少为零，大大减小了热管冷却上升段的阻力，可以有效地提高冷却效果。

本发明的有益效果是：本发明利用加热以及冷却双重复合交变分离热管结构，利用相变过程实现换热，可以大大地提高换热效率，有效地解决了的以往热管型吸附制冰机的盐析腐蚀、烟气腐蚀以及安全隐患问题，并利用泵液回路巧妙地实现了吸附床内热管回路在冷却吸附过程中的满液式蒸发，有效地提高了冷却吸附过程的换热效率，驱动部件少，整个系统中只有一个驱动部件，即冷海水泵。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明中吸附床的结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：泵液锅炉1、锅炉泵液阀门2、垂直泵液管3、锅炉液路连接管4、锅炉液路阀门5、热管加热下降段6、废热回收锅炉7、热管加热蒸汽阀门8、热管加热上升段9、片冰机10、片冰机入口11、片冰机出口12、吸附床13、氨液管路14、截流阀15、氨接管16、不锈钢冷凝器/储液器17、吸附管路18、吸附阀门19、解吸管路20、解吸阀门21、冷海水出口22、冷却器23、热管冷却上升段24、充液漏斗25、充液管26、海水回路27、充液阀门28、冷却器下椭圆封头29、铜盘管30、冷海水泵31、冷海水入口32、热管冷却蒸汽阀门33、吸附床泵液阀门34、水平泵液管35、热管冷却液路阀门36、热管冷却下降段37、吸附床回液管38、热管加热液路阀门39、压力平衡管路40，其连接方式为：泵液锅炉1上部通过压力平衡管路40与废热回收锅炉7上部相连通，锅炉泵液阀门2、锅炉液路阀门5焊接在锅炉液路连通管4上，泵液锅炉1下部通过锅炉液路连通管4与废热回收锅炉7相连通，热管加热下降段6下部以及垂直泵液管3下部与锅炉液路连通管4上部相连通，同时热管加热下降段6下部位于锅炉泵液阀门2以及锅炉液路阀门5之间，热管加热下降段6上部与吸附床回液管38焊接在一起，同时热管加热下降段6上部位于两个热管加热液路阀门39之间，吸附床回液管38两端分别与吸附床13相连通，垂直泵液管3下部与锅炉液路连通管4上部相连通，同时垂直泵液管3下部位于锅炉泵液阀门2以及热管加热下降段6下部之间；垂直泵液管3上部与水平泵液管35的下部相连通，同时垂直泵液管3上部位于两个吸附床泵液阀门34之间，水平泵液管35的上部与充液管26相连通，充液阀门28焊接在充液管26上，充液漏斗25焊接在充液管26的顶部，水平泵液管35的左右分别通过吸附床泵液阀门34与热管冷却下降段37相连接，热管冷却下降段37上部与冷却器下椭圆封头29相连接，下部通过热管冷却液路阀门36与吸附床13相连通，废热回收锅炉7上部与热管加热上升段9下部相连接，热管加热蒸汽阀门8焊接在热管加热上升段9中部，热管加热上升段9上部与吸附床13的热管加热上升段接管57相连接，吸附床13上部与热管冷却上升段9焊接在一起，热管冷却汽路阀门33焊接在热管冷却上升段24上，位于吸附床13的上部，热管冷却上升段24焊接在冷却器下椭圆封头29上，并伸入到冷却器23的顶部位置，吸附床13与氨接管16相连接，氨接管16分别与吸附管路18和解吸管路20焊接在一起，吸附阀门19焊接在吸附管路18上，解吸阀门21焊接在解吸管路20上，吸附管路18与片冰机10的片冰机出口12相连接，解吸管路20与不锈钢冷凝器/储液器17相连接，不锈钢冷凝器/储液器17下部与氨液管路14上部连接，截流阀15设在氨液管路14中部，氨液管路14下部与片冰机10的片冰机入口11相连接，冷海水入口32与冷海水泵31相连接，然后冷海水泵31接入到铜盘管30，铜盘管30与海水回路27相连接，海水回路27接入到不锈钢冷凝器/储液器17，海水回路27与冷海水出口22相连。

如图2所示，所述的吸附床13包括吸附/解吸口41、吸附床内热管回路42、热管上升段/回液管43、上部汽室44、热管冷却上升段接管45、上椭圆封头46、上盖板47、翅片管48、吸附床筒体49、固化复合吸附剂50、中盖板51、液室52、下盖板53、下部汽室54、下椭圆封头55、热管液路接管56、热管加热上升段接管57，其连接方式为：上椭圆封头46与上盖板47焊接在一起，上椭圆封头46与上盖板47之间的空间构成上部汽室44，热管冷却上升段接管45通过上椭圆封头46与上部汽室44相连通，热管上升段/回液管43顶部焊接在上盖板47上，热管上升段/回液管43下部与中盖板51相焊接，热管上升段/回液管43底部与下盖板53相焊接，下盖板53与下椭圆封头55焊接在一起。上盖板47、中盖板51以及下盖板53与吸附床筒体49相焊接，中盖板51与下盖板53之间的空间构成液室52，热管液路接管56通过下盖板53与液室52相连通，翅片管48上部焊接在上盖板47上，翅片管48下部焊接在中盖板51上，下盖板53与下椭圆封头55之间的空间构成下部汽室54，热管加热上升段接管57通过下椭圆封头55与下部汽室54相连通，吸附/解吸口41为吸附床筒体49上的一个通孔，吸附床内热管回路42为翅片管48的内管，固化复合吸附剂50压入到翅片管48的翅片之中。

所述的热管上升段/回液管43为吸附床内置式的12根钢管。

所述的热管冷却上升段24为冷却器内置式的一根钢管。