一種採用超聲波和結構熱管綜合強化的吸收式制冷機和製冷方法與流程
2023-05-23 15:59:21 2
本發明涉及一種吸收式制冷機，具體地說就是一種採用超聲波和結構熱管綜合強化的吸收式制冷機和製冷方法。
背景技術：
近年來，以清潔能源作為驅動的吸收式制冷機越來越受到廣泛的關注，因為相比傳統壓縮式空調，吸收式制冷機可以用低品位的熱水或其他工業餘熱能源驅動，且採用溴化鋰水溶液作為製冷工質，具有節約能源和保護環境的優勢。
目前吸收式制冷機的主要問題是其發生器的冷劑水蒸發能力比較差，且其他器件如冷凝器的冷劑水吸收能力也稍微不足，使得整個制冷機組的換熱效率比較低下，嚴重影響了機組的製冷能力。
在機組中發生器冷凝器一般位於同一高壓腔體內，發生器冷劑水蒸發後由冷凝器直接吸收，如果能加速溴化鋰水溶液的傳熱傳質過程，同時提高冷劑水的蒸發冷凝速率，將對機組的整體製冷效率有著明顯的改善；同樣的，機組低壓腔體內的蒸發器和吸收器如果能同時提高熱管表面溴化鋰水溶液的傳熱傳質過程，也是對機組的性能提升很有幫助的。
技術實現要素：
本發明的首要目的在於克服現有吸收式制冷機存在的上述缺陷，提供一種採用超聲波和結構熱管綜合強化的吸收式制冷機和製冷方法，有效提高機組工作過程中的冷劑水的蒸發冷凝速率，強化製冷效果。
為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種採用超聲波和結構熱管綜合強化的吸收式制冷機，包括冷凝器、發生器、蒸發器、吸收器、高壓腔體、低壓腔體；冷凝器和發生器位於高壓腔體，蒸發器和吸收器位於低壓腔體；冷凝器、發生器、蒸發器、吸收器均安裝有熱管；還包括緊貼高壓腔體安裝的超聲換能器；熱管為具有內外溝槽表面結構的結構熱管。高壓腔體可以為圓筒形或者方形或其他形狀；低壓腔體可以為圓筒形或者方形或其他形狀。
作為一種優選，超聲換能器安裝在高壓腔體的外壁上。
作為一種優選，超聲換能器安裝在高壓腔體的底部和/或側壁。
作為一種優選，超聲換能器的安裝方式為高粘膠粘合、螺絲安裝或磁鐵吸附。
作為一種優選，超聲換能器的數量為一個以上；超聲換能器的超聲發生頻率為20kHz以上，超聲換能器的超聲發生功率為100w以上。
作為一種優選，結構熱管的內溝槽形狀為三角形、U形、矩形或螺紋狀。
作為一種優選，結構熱管的外溝槽形狀為三角形、波浪形、U形、矩形、螺紋狀或翅片狀。
作為一種優選，一種採用超聲波和結構熱管綜合強化的吸收式制冷機還包括冷卻塔，該冷卻塔為溼式冷卻塔，可以是開放點滴式、塔式、鼓風式、抽風式或其他。
作為一種優選，採用的工作介質為溴化鋰溶液，質量濃度為40％～60％。
一種採用超聲波和結構熱管綜合強化的吸收式製冷方法，採用一種採用超聲波和結構熱管綜合強化的吸收式制冷機，高壓腔體利用超聲波和結構熱管束綜合強化發生冷凝效果，低壓腔體利用結構熱管束強化蒸發吸收效果。
本發明的原理是：在現有的吸收式製冷劑的基礎上進行改進，用結構熱管替代普通熱管，並對高壓腔體安裝含有超聲換能器的超聲發生裝置，兩者疊加使用後，大大提高了吸收式制冷機的換熱效率，且兩者使用的綜合強化傳熱傳質效果超過這兩者各單獨使用的增強率之和。
總的說來，本發明具有如下優點：
(1)高壓腔體和低壓腔體內採用由結構熱管組成的結構熱管束作為吸收式制冷機的工作熱管，結構熱管的內外溝槽結構不僅增大了換熱接觸面積，同時也具有毛細力作用，可以使熱管表面的液體迅速擴散，均勻的分布熱管表面並使其換熱液層變薄，有效提高蒸發吸收效果，從而提高了吸收式制冷機的換熱效率。
(2)高壓腔體進一步安裝有含有超聲換能器的超聲發生裝置，其超聲可以在高壓腔體內的汽液界面產生霧化效應，有效的降低了溴化鋰水溶液在該汽液界面的粘度，使得傳質層的液膜厚度下降，減少了傳質阻力，從而加速了冷劑水的蒸發冷凝進程。
(3)超聲的空化作用和聲流作用還可以進一步強化結構熱管表面的對流傳熱過程，以及增強了換熱表面的沸騰傳熱效果，提高冷劑水從溴化鋰溶液分離的效率並降低吸收式機組的熱源溫度要求。
(4)上述超聲強化傳熱效應對具有表面結構特徵的熱管作用更明顯，結合兩者使用的綜合強化傳熱傳質效果超過這兩者各單獨使用的增強率之和，因此超聲換能器和結構熱管的結合使用並非簡單的疊加。
(5)本發明簡便易行，效果明顯，可市場化推廣。
附圖說明
圖1是一種採用超聲波和結構熱管綜合強化的吸收式制冷機的示意圖。
圖2是超聲換能器的安裝示意圖，顯示均勻分布。
圖3是結構熱管的剖視圖。
其中，1是超聲發生裝置，2是結構熱管，3是高壓腔體，4是低壓腔體，5是冷卻塔，6是冷凝器，7是發生器，8是蒸發器，9是吸收器，10是熱源，11是製冷器，12是熱交換器，13是超聲換能器，14是內溝槽，15是外溝槽。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的說明。
如圖1所示，一種採用超聲波和結構熱管綜合強化的吸收式制冷機，包括冷凝器、發生器、蒸發器、吸收器、高壓腔體、低壓腔體、冷卻塔、超聲發生裝置、工作介質和連接管路等。
冷凝器和發生器位於高壓腔體，蒸發器和吸收器位於低壓腔體。冷凝器、發生器、蒸發器、吸收器均安裝有結構熱管。超聲發生裝置的超聲換能器通過螺絲連接的方式緊貼高壓腔體的底部安裝。
一種採用超聲波和結構熱管綜合強化的吸收式制冷機的連接結構為現有的，具體為：冷卻塔通過不鏽鋼管道依次與吸收器熱管、蒸發器熱管形成閉環連接；熱源通過不鏽鋼管道與發生器熱管形成閉環連接；製冷器通過不鏽鋼管道也與蒸發器熱管形成閉環連接；熱交換器分別連接高壓腔體與低壓腔體，用以有效交換濃溶液與稀溶液的熱量。結構熱管在冷凝器、發生器、蒸發器、吸收器內的安裝方式也是現有的。
高壓腔體採用方形；超聲換能器安裝於高壓腔體的外側；高壓腔體內的發生器和冷凝器所用熱管束為由結構熱管組成的熱管束。低壓腔體也採用方形；低壓腔體內的蒸發器和吸收器所用熱管束為由結構熱管組成的熱管束。冷卻塔採用鼓風溼式冷卻塔。工作介質採用溴化鋰溶液，質量濃度為50％。
如圖2所示，超聲換能器安裝在高壓腔體的下方，其數量為5個，超聲發生頻率為21kHz，超聲發生總功率為3000w，安裝方式採用螺絲安裝。
高壓腔體內的發生器和冷凝器所用熱管束具有內外溝槽表面結構，如圖3所示，內溝槽形狀(單條內溝槽的截面形狀)為U形，外溝槽形狀為翅片狀。結構熱管的內外溝槽結構不僅增大了換熱接觸面積，同時也具有毛細力作用，可以使結構熱管表面的液體迅速擴散，均勻的分布在結構熱管表面並使其換熱液層變薄，有效提高發生冷凝效果。
低壓腔體內的蒸發器和吸收器所用熱管束具有內外溝槽表面結構，內溝槽形狀(單條內溝槽的截面形狀)同樣為U形，外溝槽形狀同樣為翅片狀。結構熱管的內外溝槽結構不僅增大了換熱接觸面積，同時也具有毛細力作用，可以使結構熱管表面的液體迅速擴散，均勻的分布在結構熱管表面並使其換熱液層變薄，有效提高發生冷凝效果。
一種採用超聲波和結構熱管綜合強化的吸收式製冷方法，採用一種採用超聲波和結構熱管綜合強化的吸收式制冷機，高壓腔體利用超聲波和結構熱管束綜合強化發生冷凝效果，低壓腔體利用結構熱管束強化蒸發吸收效果。
使用圖1所示的吸收式制冷機，在將普通熱管替換為結構熱管後，相比不採用超聲換能器和結構熱管的情況，換熱效率可提升8～12％；在加入超聲換能器，但採用普通熱管的情況下，相比不採用超聲換能器和結構熱管的情況，換熱效率可提升5～10％；在將普通熱管替換為結構熱管，同時加入超聲換能器工作後，換熱效率可提升至15～30％。
除了本實施例提及的方式外，超聲換能器可設置五組，分別通過高粘膠粘合的方式安裝在底部和四個側壁外；結構熱管的內溝槽形狀可為三角形、矩形、螺紋狀或其他現有加大傳熱面積的內溝槽的形狀；結構熱管的外溝槽形狀為三角形、波浪形、U形、矩形、螺紋狀或其他現有加大傳熱面積的外溝槽的形狀。這些變換方式均在本發明的保護範圍內。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。