双蒸发复合式固体吸附发生器.pdf

本发明是利用余热作能源的一种双蒸发复合式固体吸附发生器，它是由烟气加热器、蒸汽再生器、吸附床、海水冷凝器依次连接而成，并配有压力控制罐，其平衡道连接烟气加热器，配有热力驱动泵，连接烟气加热器提供热动力，热力驱动泵的输入端接吸附床，输出端接冷凝器；吸附床中还设有凝液腔通过凝液管与蒸汽再生器连接；蒸汽再生器上设有蒸汽出口连通海水冷凝器内腔；本发明节能抗振，结构紧凑，运行可靠，效率高，功率大，特别适合应用于渔船尾气余热制冷系统。

1.  一种双蒸发复合式固体吸附发生器，包括有吸热段、吸附段和冷凝段，其特征是：吸热段是由烟气加热器和蒸汽再生器组成，并配有压力控制罐，吸附段具有吸附床，冷凝段具有海水冷凝器，并配有热力驱动泵；各组件的连接关系是：蒸汽再生器与烟气加热器连接，吸附床与蒸汽再生器连接，海水冷凝器与吸附床连接；压力控制罐其平衡管连接烟气加热器；热力驱动泵连接烟气加热器提供热动力，其输入端接吸付床，其输出端接海水冷凝器；吸附床中设有凝液腔通过凝液管与蒸汽再生器连接；蒸汽再生器上还设有蒸汽出口通过蒸汽管通入海水冷凝器腔内。

2.  根据权利要求1所述的双蒸发复合式固体吸附发生器，其特征是：所述烟气加热器具有壳体，壳体左、右两端为进、出烟口，壳体中段为烟气加热腔，烟气加热腔内垂直密布有若干翅片管，壳体烟气加热腔的下管板上方设置有一层中管板形成储水仓，翅片管的下部侧壁上开有水孔连通储水仓，翅片管的上端口为敞口，露出壳体上管板，下端口封闭，储水仓侧壁上开有加压孔与压力控制罐连接。

3.  根据权利要求1所述的双蒸发复合式固体吸附发生器，其特征是：所述的蒸汽再生器具有封闭的壳体，壳体中垂直密布有若干传热管，传热管上、下两端均穿出壳体的上、下管板；且在壳体上开有凝液进口和蒸汽出口，壳体的上、下管板外壁设计有蒸汽仓，所有传热管的上、下端口与蒸汽仓连通。

4.  根据权利要求1所述的双蒸发复合式固体吸附发生器，其特征是：所述的吸附床分为内蒸发式吸附床和外蒸发式吸附床两种结构；a.内蒸发式吸附床具有封闭式壳体，在壳体中垂直密布有若干内蒸发式翅片管，内蒸发式翅片管上、下端穿装在壳体的上、下管板中，其上端口为敞口，下端口设有封板，其下部侧壁上开有通孔连通凝液腔，凝液腔是由壳体的下管板和设置在其上方的中管板夹置形成；壳体的下管板上还开有凝液孔与凝液管连接；壳体的一端设置有氨气进、出口，连通壳体的内腔即吸附腔；b.外蒸发式吸附床具有封闭式壳体，在壳体中垂直密布有若干外蒸发式翅片管，该外蒸发式翅片管上、下端穿装在壳体的上、下管板上，其上端口为敞口，下端口设有螺塞；壳体内腔为凝液腔，壳体的下管板上开有凝液孔与凝液管连接；壳体的上管板外壁设计有吸附腔，所有外吸附式翅片管的上端口与吸附腔连通，吸附腔外装有氨气进、出口。

5.  根据权利要求1所述的双蒸发复合式固体吸附发生器，其特征是：所述的海水冷凝器，具有一半开式筒体，两端焊装有冷凝管板，中间横置有密布的冷凝管，两端冷凝管板外分别设计有进出水箱和回水管，进出水箱外装有进、出水口，冷凝管伸出两端冷凝管板分别连通进出水箱和回水箱；在筒体上还设有蒸汽进口和热力驱动泵管接口。

6.  根据权利要求1所述的双蒸发复合式固体吸附发生器，其特征是：所述的热力驱动泵包括有一加热管，加热管外壁设计罩壳形成加热腔，加热管的一端为进液口，另一端为出液口，罩壳上方设计有蒸汽进口，下方设计有凝液口。

7.  根据权利要求2所述的双蒸发复合式固体吸附发生器，其特征是：所述的翅片管是由光管和套在光管外的翅片组成。

8.  根据权利要求3所述的双蒸发复合式固体吸附发生器，其特征是：所述传热管具有带槽的强化管，在管壁外套有金属丝网毛细层，并套上夹紧簧将毛细层与强化管连成一体。

9.  根据权利要求4所述的双蒸发复合式固体吸附发生器，其特征是：所述的内蒸发式翅片管，具有光管、光管内壁贴置有金属丝网毛细层，并采用支撑簧将毛细层与光管贴紧，在光管外壁上则套有多层纵向翅片，翅片外圈再套上一层采用金属丝网制作的传质网，光管的下端采用螺塞封闭，光管下部的侧壁上还开有通孔。

10.  根据权利要求4所述的双蒸发复合式固体吸附发生器，其特征是：所述的外蒸发式翅片管，具有光管，光管内装有多层纵向或环向翅片，翅片内孔中放入采用金属丝网制作的传质网，并采用支撑簧将传质网与翅片内孔壁贴紧；在光管的外壁则套上一层采用金属丝网制作的毛细层，再采用夹紧簧将毛细层与光管连成一体；光管的下端口采用管塞封闭。

双蒸发复合式固体吸附发生器
(一)技术领域：本发明涉及机械工程类的制冷设备，特别是一种利用余热作能源的双蒸发复合式固体吸附发生器。
(二)背景技术：在炎热的天气里，渔船出海捕捞的鱼类需要长时间的冰冻保鲜。由于渔船海上航行船体振动剧烈，无法采用成熟的压缩式制冷技术，其制冷以及压缩机无法适应渔船的颠簸环境。目前中小型渔船全部都是带冰出海作业，十分不方便，而且冰块保鲜时间有限。
一种吸附式制冷技术已提出多年，但在理论和应用方面还不十分成熟，尽管在学术杂志上有大量相关成果报导，但主要仍停留在理论研究上，特别是如何解决冷、热频繁交替及海水带来的强腐蚀问题，使吸附式制冷产品，始终未能进入成熟的开发期。
由本申请人提出的一种“热管吸附式制冷发生器”于2002年9月18日向国家知识产权局申请了专利(申请号为02139061.4)，该技术方案是将理论进行了实践，并取得了成功，但在样机试验中发现，该方案仍然存在以下问题：其耗材多，工艺较为繁杂，制造成本高，显热损耗大，且低温传热性能不理想，功率小。
(三)发明内容：本发明的目的就是要解决现有渔船必须带冰出海的问题，提供一种抗振性能好，能适应中小渔船颠簸环境，且制造成本低，体积小，效率高，功率大，利用渔船发动和尾气热能工作的一种双蒸发复合式固体吸附发生器。
本发明是将高效的相变换热原理应用于发生器内，实现吸热-放热-放热-吸热的复合热量交换循环。设计出在同一受热表面，冷凝吸热，蒸发放热，即双蒸发表面的闭路循环系统。
本发明包括有吸热段、吸附段和冷凝段，其具体设计方案特征是：吸热段是由烟气加热器和蒸汽再生器组成，并配有压力控制罐，吸附段具有吸附床，冷凝段具有海水冷凝器，并配有热力驱动泵；各组件的连接关系是：蒸汽再生器与烟气加热器连接，吸附床与蒸汽再生器连接，海水冷凝器与吸附床连接；压力控制罐其平衡管连接烟气加热器；热力驱动泵连接烟气加热器提供热动力，其输入端接吸付床，其输出端接海水冷凝器；吸附床中设有凝液腔通过凝液管与蒸汽再生器连接；蒸汽再生器上还设有蒸汽出口通过蒸汽管通入海水冷凝器腔内。
本发明中所述的烟气加热器具有壳体，壳体左、右两端为进、出烟口，壳体中段为烟气加热腔，烟气加热腔内垂直密布有若干翅片管，壳体烟气加热腔的下管板上方设置有一层中管板形成储水仓，翅片管的下部侧壁上开有水孔连通储水仓，翅片管的上端口为敞口，露出壳体上管板，下端口封闭，储水仓侧壁上开有加压孔与压力控制罐连接。
本发明中所述的蒸汽再生器具有封闭的壳体，壳体中垂直密布有若干传热管，传热管上、下两端均穿出壳体的上、下管板；且在壳体上开有凝液进口和蒸汽出口。壳体的上、下管板外壁设计有蒸汽腔，所有传热管的上、下端口与蒸汽腔连通。
本发明中所述的吸附床分为内蒸发式吸附床和外蒸发式吸附床两种结构；a.内蒸发式吸附床具有封闭式壳体，在壳体中垂直密布有若干内蒸发式翅片管，内蒸发式翅片管上、下端穿装在壳体的上、下管板中，其上端口为敞口，下端口设有螺塞，其下部侧壁上开有通孔连通凝液腔，凝液腔是由壳体的下管板和设置在其上方的中管板夹置形成；壳体的下管板上还开有凝液孔与凝液管连接；壳体地一端设置有氨气进、出口，连通壳体的内腔即吸附腔；b.外蒸发式吸附床具有封闭式壳体，在壳体中垂直密布有若干外蒸发式翅片管，该外蒸发式翅片管上、下端穿装在壳体的上、下管板上，其上端口为敞口，下端口设有管塞；壳体内腔为凝液腔，壳体的下管板上开有凝液孔与凝液管连接；壳体的上管板外壁设计有吸附腔，所有外吸附式翅片管的上端口与吸附腔连通，吸附腔外装有氨气进、出口。
本发明中所述的海水冷凝器，具有一半开式筒体，两端焊装有冷凝管板，中间横置有密布的冷凝管，两端冷凝管板外分别设计有进出水箱和回水管，进出水箱外装有进、出水口，冷凝管伸出两端冷凝管板分别连通进出水箱和回水箱；在筒体上还设有蒸汽进口和热力驱动泵管接口。
本发明中所述的热力驱动泵包括有一加热管，加热管外壁设计罩壳形成加热腔，加热管的一端为进液口，另一端为出液口，罩壳上方设计有蒸汽进口，下方设计有凝液口。
本发明中烟气加热器中所采用的翅片管是由光管和套在光管外的翅片组成。
本发明蒸汽再生器中所采用的传热管具有带槽的强化管，在管壁外套有金属丝网毛细层，并套上夹紧簧将毛细层与强化管连成一体。
本发明内蒸发式吸附床中所采用的内蒸发式翅片管，具有光管、光管内壁贴置有金属丝网毛细层，并采用支撑簧将毛细层与光管贴紧，在光管外壁上则套有多层纵向翅片，翅片外圈再套上一层采用金属丝网制作的传质网，光管的下端采用螺塞封闭，光管下部的侧壁上还开有通孔。
本发明蒸发式吸附床中所采用的外蒸发式翅片管，具有光管，光管内装有多层纵向或环向翅片，翅片内孔中放入采用金属丝网制作的传质网，并采用支撑簧将传质网与翅片内孔壁贴紧；在光管的外壁则套上一层采用金属丝网制作的毛细层，再采用夹紧簧将毛细层与光管连成一体；光管的下端口采用管塞封闭。
本发明的主要工作原理是：
加热时：吸热段与吸附段工作。烟气进入烟气加热器，间接加热蒸汽再生器中间传热工质，使该工质蒸发，在吸附段冷凝放热，从而加热吸附段吸附工质对。
冷却时：冷凝段与吸附段工作。海水进入海水冷凝器，使中间传热工质冷凝，凝液通过自流及热力驱动泵，在吸附段蒸发吸热。从而冷却吸附段吸附工质对。
本发明中：采用烟气不切换方式，减少了设备的热损耗，实现热量的高效回收。采用了蒸汽再生器，实现蒸汽不切换，减少了阀门组件，提高设备运行可靠性。采用毛细层吸热蒸发表面，实现高效传热。系统中的烟气、氨气、海水采用不同传热传质通道，可分别采用不同材料，解决各介质对材料的综合腐蚀问题。
本发明结构紧凑，制作成本低，热效率高，功率大，节能抗振，运行可靠，特别适合于中、小渔船上安装使用，也可用于有余热(如柴油机尾气、锅炉废气、地热等)的其它地方使用。
(四)附图说明：
图1是本发明的总体结构的主视图；
图2是本发明的总体结构的侧视图；
图3是本发明热力驱动泵的结构示意图；
图4是本发明烟气加气器的主视图；
图5是本发明烟气加热器的俯视图；
图6是本发明烟气加热器的左视图；
图7是本发明翅片管的结构示意图；
图8是本发明蒸汽再生器的主视图；
图9是本发明蒸汽再生器的俯视图；
图10是本发明蒸汽再生器的左视图；
图11是本发明传热管的结构示意图；
图12是本发明内蒸发式吸附床的主视图；
图13是本发明内蒸发式吸附床的俯视图；
图14是本发明内蒸发式吸附床的左视图；
图15是本发明中内吸附式翅片管的结构示意图；
图16是本发明外蒸发式吸附床的主视图；
图17是本发明外蒸发式吸附床的俯视图；
图18是本发明外蒸发式吸附床的左视图；
图19是本发明中外吸附式翅片管的结构示意图；
图20是本发明中海水冷凝器的主视图；
图21是本发明中海水冷凝器的左视图。
图中：1-海水冷凝器，2-压力控制罐，3-蒸汽管，4-吸附床，5-蒸汽再生器，6-烟气加热器，7-热力驱动泵，8-凝液管，9-烟气出口，10-上管板，11-翅片管，12-壳体，13-烟气进口，14-中管板，15-储水仓，16-下管板，17-加压口，18-蒸汽口，19-光管，20-翅片，21-水孔，22-封板，23-左封头，24-蒸气仓，25-蒸汽出口，26-凝液进口，27-上管板，28-右封头，29-下管板，30-后封头，31-传热管，32-前封头，33-强化管，34-毛细层，35-夹紧簧，36-壳体，37-凝液管，38-氨出口，39-氨进口，40-内蒸发式翅片管，41-支撑板，42-上管板，43-中管板，44-下管板，45-光管，46-支撑簧，47-毛细层，48-翅片，49-传质网，50-螺塞，51-通孔，52-壳体，53-凝液管，54-氨气出口，55-氨气进口，56-上管板，57-吸附腔，58-外蒸发式翅片管，59-下管板，60-支撑簧，61-传质网，62-光管，63-毛细层，64-夹紧簧，65-管塞，66-翅片，67-进出水箱，68-冷凝管板，69-蒸汽进口，70-隔板，71-冷凝管，72-筒体，73-回水箱，74-出水口，75-热力驱动泵接口，76-进水口，77-平衡管，78-加热管，79-罩壳，80-加热腔，81-蒸汽进口，82-凝液出口。
(五)具体实施方式：
参见图1，图2，本发明是由三台发生器并连而成，以增大制冷功率，满足渔船大制冰量的需要。
本发明发生器是由烟气加热器6，蒸汽再生器5，吸附床4，压力控制罐2，海水冷凝器1，热力驱动泵7六大部件组成。其中三台发生器的烟气加热器6，蒸汽再生器5制成一体。其它部件各自独立制作再组装一体。各部件的具体结构如下：
烟气加热器6的结构参见图4、5、6，采用钢板制成长方形密封壳体12，壳体的左、右两端设计为进、出烟口13和9，壳体中段为烟气加热腔，腔内垂直密布有275根翅片管11。该翅片管11结构参见图7，是由光管19和套在光管外壁上的多层翅片20组成，其上口为敞口，下端采用封板22封闭，其下部侧壁上开有水孔21。壳体下管板16的上方设置有一层中管板14形成储水仓15，翅片管上的水孔21与储水仓15连通。翅片管11的上端口露出壳体上管板；组装时通向蒸汽再生器5的下蒸汽仓24；在储水仓15的侧壁上(也即壳体侧壁)开有加压孔17，组装时与压力控制罐2的平衡道77连接。
蒸汽再生器5的结构参见图8、9、10，采用钢板制成长方形密封壳体，该壳体由上、下管板27、29，左、右封头23、28、前后封头32、31焊接而成。在壳体中分三个区垂直密布有1422根传热管31，传热管31的上、下两端均穿出壳体的上、下管板27和29并连通上、下蒸汽仓24，且在壳体的前封头32上开有3个蒸汽出口25和3个凝液进口26(分三个区布置)。上述传热管31的结构参见图11，它具有强化管33(即在光管上开制有纵向及环向槽道)，管外壁套有毛细层34(采用200目的金属丝网制成)，并采用夹紧簧35将毛细层34与强化管33夹成一体。
吸附床4分为内蒸发式吸附床和外蒸发式吸附床两种结构。
内蒸发式吸附床结构参见图12、13、14，采用钢板焊制成封闭的壳体36，在壳体中垂直密布有180根内蒸发式翅片管40。该翅片管的具体结构参见图15，它具有光管45，光管内壁贴置有一层毛细层47(采用250目的金属丝网制成)，放入支撑簧46将毛细层47与光管45内壁贴紧；光管的外壁上套有多层纵向或环向翅片48，翅片48外圈再套上一层传质网49(采用100目金属丝网制成)，光管的下端采用螺塞50封闭，光管的下部侧壁上还开有通孔51。内蒸发式翅片管40在壳体中，其上、下两端穿装在壳体的上、下管板42和44上，其上端口敞口向上。在壳体的下管板44的上方一定高度上设置有中管板43形成凝液腔，内蒸发式翅片管40上的通孔51与凝液腔连通。壳体36的内腔为吸附腔，壳体的左端设计氨气进、出口39、38，与吸附腔连通。壳体的下管板44上还开有三个凝液孔与凝液管37连接。壳体上侧外壁上设计支撑板41以安装压力控制罐2。
外蒸发式吸附床结构参见图16、17、18，采用钢板焊制成封闭的壳体52，在壳体中垂直密布有180根外蒸发式翅片管58。该翅片管的具体结构参见图19，它具有光管62，光管内装入多层纵向或环向翅片66，翅片66的内孔中放入采用100目金属丝网制做的传质网61，并采用支撑簧60将传质网61与翅片内孔壁贴紧；在光管62的外壁套上一层毛细层63(采用200目金属丝网制成)，再采用夹紧簧64将毛细层63与光管62连成一体；光管62的下端口采用管塞65封闭。壳体52的内腔为凝液腔，在壳体52的上管板外壁焊装一罩壳形成吸附腔57；壳体52的左端装有氨气进、出口55和54，与吸附腔57连通。外蒸发式翅片管58的上、下端穿装在壳体的上、下管板56、59上，其上端口与吸附腔57连通。壳体52的内腔为凝液腔，其下管板59上开有三个凝液孔与凝液管53连接。
海水冷凝器1的结构，参见图20、21。采用钢板弯制成半圆开式筒体72，两端焊装有冷凝管68，中间横穿有70根冷凝管71，为保证冷凝管71的定位，不变形，管中段采用了两隔板70定位。左冷凝管板68的外端设计有进出水箱67，(中间有隔板分进、出水腔)，右冷凝管板68的外端设计有回水箱73。所有冷凝管71的右端均与回水箱75连通，冷凝管71的一半数与进出水箱67的进水腔连通，另一半数与进出水箱67的出水腔连通，进出水箱67外装有进、出水口76和74。在筒体72上还设计有两个蒸汽进口69和一个热力驱动泵接口75。
热力驱动泵7的结构参见图3，采用金属管作加热管78，其外焊装有罩壳79形成加热腔80，罩壳79的上部开有蒸汽进口81，下部开有凝液出口82。
总装：参见图1、2，将蒸汽再生器5安装于烟气加热器6上；将内(或外)蒸发式吸附床4分别安装在蒸汽再生器5的三个区，再将三台海水冷凝器1分别装在内(或外)蒸发式吸附床4上。在内(或外)蒸发式吸附床4上采用支撑板41装上压力控制罐2(直接采用钢板卷筒封焊端盖而成，并设有外加压口)，其上装压力平衡管通77至烟气加热器6的加压口17。采用自制的热力驱动泵7连接烟气加热器的蒸汽口18提供热动力，泵的输入端接至内蒸发式吸附床4的凝液腔。泵的输出端接海水冷凝器1的热力驱动泵接口75。吸附床4上的凝液腔通过凝液管37与蒸汽再生器5上的凝液进口26连通。蒸汽再生器5上的蒸汽出口25通过蒸汽管3与海水冷凝器1上的蒸汽进口69连通。即组成了本发明的发生器。
使用中，本发明烟气加热器5的进口13与渔船发动机的尾气管连接，海水冷凝器1上的进、出水口76、74与水循环系统连接，吸附床4上的氨气进、出口39、38则外接制冷机即可。