本发明涉及一种吸收循环式热泵,特别是涉及一种离心型吸收循环式热泵。 吸收循环式热泵包括下列元件:蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器,有时还装有溶液热交换器,它们装有流体工质。流体工质由挥发成份和吸收剂组成。
在吸收循环式热泵中,一个高温热源,即所谓“高品位热”和一个低温热源,即所谓“低品位热”,将热量传给热泵,热泵将这两个热源输入热量的总和以某一中间温度传出(成散出)。
普通的吸收循环式热泵工作时,富含挥发成份的工质(为简便起见,以下简称“R工质”)于一定压力下在发生器中由高温热源加热,挥发成份开始变为蒸汽。这样,工质中的挥发成份就会减少或短缺(以下简称为“L工质”)。
在现有的热泵中,从发生器中挥发的挥发成份在冷凝器中冷凝,在同样压力下伴随着热量的放出和挥发成份的液化。液化后的挥发成份经过一膨胀阀,使压力降低,然后进入蒸发器。在蒸发器中,上述液体从一低温热源吸收热量(这一低温热源通常为环境温度的空气或水)并蒸发,蒸发后挥发成份的蒸汽流向吸收器。在吸收器中,L工质吸收这些蒸汽并重新形成R工质,同时放出热量,然后R工质被输送到蒸汽发生器中,这样一个循环即告完成。
这里我们特别说明一下,为方便起见,下文中挥发成份的物理状态我们称为“VVC”(当挥发成份处于蒸发状态或气态时)和“LVC”(当挥发成份处于液态时)。
现有热泵存在各种问题,本发明目的在于寻求各种解决这些问题方法,详见下述。
例如,其中的一个难题就是在挥发成份流经蒸发器热交换表面时如何避免出现干点-无液点。如我们的申请号为119776B的欧州专利所述的热泵,挥发成份在冷凝器冷凝后送入蒸发器,但来自冷凝器的冷凝后的挥发成份相对较少(大约2gm/S),这样小的流量来铺满相对比较大的(转动的)蒸发器热交换表面是不易做到的。
如果用水作为挥发成份还会带来另一个问题,Smith和Carey在1984年9月在英国布里斯托尔开的热泵国际会议上曾提出在吸收循环式热泵中用水作为工质的挥发成份可以获得很高的理论特性,例如,温差可达70℃(即低温热源温度至输送温度)。但是,采用水为挥发成份的工质的吸收循环式热泵,在低温及所产生地低压下工作(如蒸发器在0℃左右),就必须以最低的压力损失将大量的蒸汽由蒸发器送到吸收器。
普通的吸收循环式热泵,在蒸发器和吸收器之间供蒸汽流动的管子即长又细,因此对流量较大的蒸汽产生不能接受的节流作用,这种节流作用使蒸发器难于经济地工作,尤其是在低温,如0℃左右,蒸汽压力和密度较低热负荷较大时。
本文结合参考的我们的欧州专利说明书No0.119、776B(US-4,553,408)中公开了一种离心结构的吸收循环式热泵。其中,图3、4和5所示的实施例,蒸发器和吸收器组成为一个装置,该装置包括若干个圆盘(图中的14、15、16和17)和若干个这种装置,此外,从发生器来的VVC流经一排冷凝器的圆盘(31)并在其表面冷凝。但制造这样有多个或/和一组圆盘的吸收循环式热泵比较复杂,而且成本很高。
另一个需要改进的地方是热泵各部分之间的输送问题,如热泵蒸发器/吸收器一侧的低压区和蒸气发生器/冷凝器一侧的高压区之间的挥发成份和/或吸收剂的输送问题。关于这一点,EP-A-119776介绍了一种太阳一行星齿轮泵,但其结构复杂,因而增加了生产成本。
其它需要改进的地方还有,用于蒸气发生器的热源及所产生的热量利用方法,热泵的紧凑性、热泵中流体流量的控制,简化冷凝器、吸收器和外部热交换流体-如家庭供热系统水之间的热交换的排列方式。
本发明的第一个目的是提供一种吸收循环式热泵,它包括一个旋转组件、该旋转组件包括蒸汽发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器,它们相互连接形成流体循环流动通路,用于输送挥发流体成份和吸收剂液体,还有一个供接收来自冷凝器的冷凝后的含挥发成份流体使用的储液池,还包括将所述工质自储液池导向蒸发器热交换表面的装置,使挥发成份沿径向自内向外流过热交换面,储液池接收来自蒸发器热交换表面、而尚未蒸发的挥发流体,因此,自储液池输送到所述热交换表面的挥发成分的一部分通过冷凝器再循环回储液池。
所以,本发明所涉及的热泵,在工作中能够保证蒸发器热交换表面全被湿润。因为除向表面供给来自冷凝器冷凝后的挥发成分之外,还增加供给了自储液池直接引入的挥发成分,所以流过交换器表面的挥发成分的量会大大超过仅依靠吸收器/蒸汽发生器/冷凝器回路循环的工质量。实际上,供给挥发器的挥发成份中只有一小部分被挥发掉,其余未蒸发的大部分则流回储液池,再循环回到蒸发器。
本发明的更多的目的和特点将在权利要求和下面的描述中加以阐述。
在本发明的最佳实施例中,旋转组件包括下列工质依次流过其中的几个部件:
部件A:蒸汽发生器,可充填R工质并能在第一温度下吸热,使R工质中的一部分挥发成分蒸发;
部件B:冷凝器,可分开充填来自部件A的VVC和热接收流体,以使VVC冷凝为LVC;
部件C:蒸发器,可充填来自部件B的LVC,并能在第二温度下吸热,使LVC蒸发;
部件D:吸收器,可充填(ⅰ)来自部件C的VVC和来自部件A吸收的L工质和(ⅱ)带走吸收热量的热接收流体。
部件A、B、D中至少一个或最好是B和D件包括一个基本为圆板或盘形元件,该元件绕其横轴旋转,实质上就是绕CO轴旋转,穿过这种形状的元件的壁厚,热量从沿该元件第一。表面上流动的第一流体传给沿该元件第二表面流动的第二流体。
蒸发器可包括:
a)若干个基本与轴平行设置的管子;
b)每根管子的内表面可充填LVC,外表面可在第二温度下吸收热量,以便至少使管子内表面上的部分LVC产生蒸发。
显而易见,上述第一温度(蒸汽发生器中)高于第二温度(蒸发器中)。
上述第一温度吸收的热量最好取自热燃气,如自取矿物燃料的燃烧,即所谓高品位热;但我们也不排除取自适当温度的液体的可能性,如,取自地热水。
部件C中使用的第二温度的热量最好取自环境温度下的气体,特别是空气(即低品位热),但我们也不排除取自某种液体,如河水,湖水或空调系统用的液流的可能性,凡是把热泵用于空调系统,其低品位热为液体时,最好把液体和LVC送给靠近轴的蒸发器。
本发明热泵所用的热接收流体最好顺序流过部件D和B,但也不排除分别供给部件B、D热接收流体的可能性,尽管这不是最好的。
通常,本发明的热泵是用来提高热吸收流体的温度,使其作为热源,如作为集中供热系统的热源。本发明的热泵亦可作为空调系统的一部分。
凡是把本发明的热泵用于供热的地方,则热接收流体最好是液体,尤其是水。一般地,上述流体用于集中供热系统,如家庭集中供热系统。但我们也不排除热接收流体采用气体的可能性。
本发明热泵中的挥发成分为流体,在适当条件下可以气相成液相状态存在,例如,0℃时,蒸汽压力约为4.5mm汞柱。
挥发成份最好为小分子量的氢氧化合物,如甲醇,特别是水。但我们也不排除本发明的热泵中采用一般吸收式热泵所用的挥发成份的可能性。
例如,现在常用的挥发成份为烃的氟氯衍生物,如124#制冷剂,即一氯四氟乙烷(monochloroterafluoroethane)
挥发成份与适当的吸收剂混合使用,吸收剂最好是热稳定性优良的化合物或混合物,并能几乎没有障碍地承受根据需要重复使用的整个温度循环-至少能循环使用不低于热泵的使用寿命。需要说明的是四甘醇二甲醚(tetraglyme)作为吸收剂比较合适,即2、5、8、11、14-五氧杂环十五烷(pentaoxapentadecane)。当挥发成份为水时,吸收剂最好使用无机质,如,包括:LiBr,氢氧化钠或浓硫酸。吸收剂最好用我们的欧州专利公开说明书No 0,268,427A中介绍的吸收剂,本文将结合参考该说明书公开的内容。
在我们的欧州专利说明书No:0,208,427A中,公开了吸收循环式热泵,其R工质包括氢氧化铯,氢氧化钾、氢氧化钠的混合物和一定比例的水组成,这种充填热泵的混合物允许用于温带气候的冬季供热。
但是,我们也不排除代替水的吸收剂可以是适当的含一种或多种适合的有极族的非挥发有机质。
上述优先选用的由水和吸收剂组成的工质有一个可接受的较低的冷凝点与低的蒸气压力,例如在65℃时,蒸气压力小于3mm汞柱。
最好使用固定式燃烧器燃烧矿物燃料,以便至少使产生的大部分热量直接从燃烧器板上辐射到蒸汽发生器圆板或盘某一面上。但我们不排除通过其它方式燃烧矿物燃料提供高品位热的可能性。例如几乎全部热焓都可以通过烟气对流传给发生器。
烟气中多余的热量可以(a)通过合适的方式传至发生器,例如,通过发生器周缘上的烟气的高剪切流动,和/或(b)通过装在交换器的合适的翅片传到下文所述的溶液热交换器,和/或(c)传到适当设置在旋转件外壁上的、靠近聚集在蒸发器中的LVC未蒸发的区域的环形翅片上。当烟气离开发生器时,限制烟气流动通道的宽度,就能产生上述的烟气高剪切流动。热交换器上的翅片的这种构造,可使热量在低于蒸汽发生器温度下进入热循环,从而提高热泵的热力特性。这种环状翅片可以使烟气中的水的水蒸汽冷却,从中回收蒸发潜热。
此外,装上翅片的范围应设计成和风扇一样起作用,以便从燃烧区抽出烟气,这样设计有助于取消单独的风扇或烟道。这样安排的另一优点是减少了需从低品位热源吸取的热量。因而可使(ⅰ)蒸发器管子的数量和/或大小和/或长度(及散热片的数量)和(ⅱ)需要流过散热片的低品位热的流体量(从而带来的能量消耗)减少。
组件c的管子最好为非圆形,如椭圆形横截面,管子的长轴线最好沿径向方向布置,不难理解,为了保持旋转件的平衡,管子最好对称于轴线布置,一般需要10~30根管子,例如选用25根。
采用椭圆形状还带来另一个优点,就是给提供低品位热的流体一个大的面积,而不需过分限制该流体在管间的流动通道。此外,它为LVC在高剪切薄层状态下的流动提供了一个较大的面积,与圆形管路相比,管子表面特别是在内表面经过适当的方式的糙化处理,如喷砂后,其湿润性能显著提高。
可以用适当的方式将LVC充填入这些管路。例如,LVC可以从置于这些管子之中的一个椭圆形管子的许多孔中喷射到位于径向区域的管子内表面上。一小部分LVC可发生瞬时汽化,余下部分在离心力作用下在内表面上形成薄膜层。液体充入管路的流量一般比在那蒸发掉的及每根管子内表面不断保持湿润所用的流量要大。薄膜层的小部分从上述管路内表面蒸发,而大部一般流向蒸发器圆板的周边。
上述未蒸发的部分沿径向向外流动,在靠近蒸发器边缘处被收集起来,通过适当的方式,如使用槽、汲管和贮液槽流回椭圆管。
靠近蒸发器边缘的LVC(刚从冷凝器中出来的和/或准备再循环的)通过一个固定的汲管把液流径向向内喷射,并由随蒸发器一起旋转的分配器汇集起来,分配器使液流旋转并使其向上述椭圆形蒸发器管路内部喷射。这种方法有助于(a)取消分配系统中的上述管道中的小孔(b)形成较好的射流谱,促进瞬时汽化。这种分配系统制造较上述方案简单。
本发明的进一步目的是要提供一种将液体分配若干个相互平行并绕同一轴线转动的贮液槽的分配器,其特征在于:
(a)分配器可绕这些贮液槽转动;
(b)分配器在旋转轴的横截平面上备有多个开口,每一个开口都汇合于离开分配器周边的顶点并跟踪从前缘到轴线的连线。和
(c)每一个开口的顶点是一个使液流与贮液槽连接的小孔。
蒸发器的各导管最好装有横向布置的多个翅片,以邦助热量自低温热源传到管子的内表面,装上翅片后,这些管子起到象风扇叶轮一样的作用。这样,当它们随转动件转动时,会促进低温热源流体流动,加速LVC自蒸发器的蒸发。
而且,我们惊异地发现当温度以适当的速度降至大约-5℃,LVC仍可自蒸发器蒸发。
尤其当热接收流体依次流过吸收器和冷凝器时,热接收流体导入及流出热泵最好在同一轴线上。热接收流体进入及排出热泵最好在同一端,例如,通过外壳和芯结构的管道。这样做的好处是:
(ⅰ)将热接收流体送入及排出热泵的管道出入口可布置在一端;
(ⅱ)流体和外界之间只需一次密封;
(ⅲ)装在部件c和D之间的固定泵上的轴的直径可选得较小,以减少(a)安装其上的轴承和密封件的尺寸及(b)通到发生器的管路前可能造成R工质泄漏的面积。
(ⅳ)可使用较小的轴和轴承来支撑蒸发器外的转动件,因为热吸收流体不必通过位于蒸发器外面的轴的中心部分。
冷凝器和/或吸收器的邻近部位常有一个小孔或管子,以使热接收流体的进、出管路之间流体流通。这样的孔或管允许空气通过,如,排气,而有助于防止例如在冷凝器/吸收器上产生气塞。
本发明更为具体的目的是提供一种离心吸收循环式热泵,它至少包括下列部件:
(A)装在旋转轴上并绕其转动的蒸汽发生器,它至少应包括一个圆板或圆盘,其上第一面接收矿物燃料燃烧产生的高品位热,第二面上流过R工质,这样,至少一部分挥发成份从R工质中汽化,L工质则从第二面的某一个区域或靠近其边缘的地方排出;
(B)装在上述旋转轴上并绕其转动的冷凝器,包括一个圆板,在蒸汽发生器中产生的VVC流过其第一个面并冷凝,而通过其第二面流动的是热吸收液体,吸收VVC冷却时产生的液化热;
(C)装在上述旋转轴上并绕其转动的蒸发器,自冷凝器来的LVC流过蒸发器,从低品位热源传来的热量使其自蒸发器蒸发;
(D)装在上述旋转轴上并绕其转动的吸收器至少包括一个圆板,来自蒸发器的VVC和来自蒸汽发生器的L工质一起流过该圆板的第一个面,通过第二个面流动的是热接收流体以便在它们流至冷凝器之前,将吸收的热量传递出去;
(E)溶液热交换器,R工质与L工质在其中进行热交换;
上述的热传递在每一个部件A、B和D中,通过其中的圆板壁厚自第一面传至第二面。
其特征在于:
(a)蒸发器包括若干个管子,这些管子悬挂并随圆板或圆盘一一起旋转,使它们自部件D伸出,
(b)基本平行于转动轴并靠近圆板或圆盘的边缘,
(c)可用LVC充填,允许其以薄层形式流过其内表面。
(d)可以与流过其外表面的低品位的热接触,以便至少使一部分LVC从其内表面蒸发。
但我们也不排除下面的可能性:即蒸汽发生器和/或蒸发器可包括基本是平面的圆板,发生器和蒸发器最好都制成圆板形,使其能承受使用中作用在其上的压应力。至少是发生器或蒸发器,最好是发生器是内凹形,以减少机器的整个长度,使之更加紧凑。
冷凝器和吸收器被布置成这样的结构:要使对流体表面的热吸收流体所进行的热传递更容易。例如,它们可以包括通过增加热传递面积和促进层流来提高热传递的结构。这种结构中特别要提到的一个例子是Expamet结构。肋状金属或金属网固定到冷凝器或吸收器圆板第二表面上,或与其相接触,很明显,提供的这种结构有助于生产高强度构件,使它能够承受旋转热吸收介质的静压力所产生的力。
在发生器小直径端的旋转部件一般是截头圆锥状。
转动部件的截头圆锥形状的选择是出于以下考虑:
ⅰ)它促进蒸汽发生器中的L工质经过热交换器流进一个槽中(它从这里被充入吸收器),这一流动过程是由于发生器周边和上述槽之间的静压差所造成的,这一压差在离心力的作用下被放大了许多倍(大约50-60倍)。这样,再加上部件A/B和部件C/D间的压差,至少基本足够把所有的L工质送回槽中,而不需增大发生器圆周附近液体压头。
ⅱ)增大了LVC离开冷凝器和L工质流出发生器的管口间的距离。它增加了可以使热量自热的发生器散失热泵其它较冷的区域的任何通道的长度,这样,减少了热损失,提高了循环效率。
ⅲ)同样增加管路间任何通道的距离和长度-热量可沿着它们从槽传给在吸收器区的R工质和L工质以及蒸发器中的LVC,进一步减少了影响效率的因素。
ⅳ)易于控制吸收器相应的槽中的R工质的液面高度。例如,在上述槽33的则壁上开溢流孔,使R工质在离心加速度作用下流入布置适当的储液池,并慢慢流过其它一些孔进入另一个槽中。
本发明的热泵最好配置适当的控制机构,例如微处理机,用来控制转动部件短时的逆向旋转,如断开前控制反转几转,这种逆向转动使L工质和R工质混合,使工质恢复到适于低温下贮存的液态。
本发明的热泵的转动件旋转时,转子端缘的速度大约为5-20米/秒,例如12米/秒。
上述的EP-O,119,776B专利中公开了一种溶液热交换器,在其中完成R工质和L工质之间的热传递。该热交换器由一系列圆板组成,例如由适当模压加工的间隔为1毫米的许多圆板组成。我们已经发现热交换器最好是一个或多个装在转动件靠外部区域的许多环形件,但我们也不排除上述的热交换可以用多个安装在转动件上的单个的热交换器来完成,但这不是最佳的。
溶液热交换器最好由薄金属片制成,例如由不锈钢片制成。用金属薄片制成至少与转动件同轴的圆柱件并装上导管,以使R工质和L工质基本上以层流状态流动,通过逆流式热交换器的交错层及小间距布置的圆盘。
溶液热交换器最好采用多层结构的制造形式。每一层包括(ⅰ)两侧开有流体进出孔的平板,(ⅱ)有相应开口的柜架和(ⅲ)如前所述的热传递构件。例如,Expamet等。层与层之间可通过适当的方法,如真空钎焊,扩散焊或普通焊接连成一个结实、坚固无泄漏的整体。柜架最好只设计成所需的一种形式,可交替使用任何一面。这样,就提供了一种对两种流体简单实用的岐管装置。
本发明的再一个目的是提供了一种溶液热交换器,它采用同轴多层结构,每一层的构成如下:
(a)两侧带有流体出入孔的平板;
(b)有适当开口的框架;
(c)热传递元件,例如Expamet,肋状金属或金属网。
(d)分别充入冷、热液体的装置;
(e)排出分离的液体的装置。
现有的吸收循环式热泵的热交换器中,由于在热泵发生器/冷凝器和蒸发器/吸收器各部分之间存在压差,迫使R工质在其中流动常常是困难的。
当(1)上述由水和碱金属化合物组成的工质和(2)蒸发器中的低品位热在大约为0℃及冷凝器中的LVC约为60℃左右时,我们意外地发现R工质通过热交换器从吸收器至发生器的泵送过程中受所谓旋转动力学的作用。例如将静止的汲管浸入转动的环形R工质储液池。例如,位置和方向适当的汲管的作用方式象“毕托”泵一样,在重力或磁力作用下(最好有整体防溅板),迫使R工质进入热交换器,同时克服了发生器和蒸发器间的压力差。这些汲管置于密封壳体中,并最好用重力或磁力的方式固定。
显然,为使发生器和吸收器表面对R工质和L工质的可湿润性有所提高,这些表面最好经过适当的处理,如喷砂或金属喷射。这种处理还有其它的优点,即增加了表面积又改进了热传递性。
不难理解,为至少减少吸收器和蒸发器之间的有害液溅,在吸收器和蒸发器之间设置防溅装置,如导流片,但它不能不对低压蒸汽的流动产生阻碍作用(例如图4中的50)。
热泵最好采用一种U形管膨胀阀结构,在LVC从冷凝器到蒸发器的流动中起节流作用。它一般是一种没有任何阻力的供液体流过的普通管子,管子通过一个液阻来维持压力差,U形管最好布置在转动部件的边缘附近,U形管的壁沿径向布置。
转动件壁的内表面上设有一系列环状布置的槽。可充入相应液体的单个槽,彼此间最好是绝热的。
本发明热泵的各部件在适当位置上设有充入和排出流体的装置。如,固定式汲管用来控制热泵中液体流动。因此,浸入部件D周缘附近的转动件器壁上的槽内R工质中的汲管可以用来控制R工质在系统中的流动。第二个汲管如图2中34a装在邻近上述汲管的位置,但沿径向稍向内一些,它用来将多余的R工质排入储液池,限制作用在泵上的多余阻力。部分浸埋在相应槽中的第二汲管(如图220中的21)将几乎全部L工质汇入槽中,并通过一个位于与那个圆盘基本相切的固定管分散到吸收器面上。
而且,我们发现如将汲管反向安装到上述泵上,在机器逆向运动时会产生另一种流动状态。这种反向运动,例如在停机前使R工质、L工质及LVC快速地重新混合。
本发明热泵旋转轴的驱动装置通常采用电动机,可以选用调速电机,以减少电能消耗。
本发明的热泵的转动件轴向长度一般在20-80厘米之间,例如,可以是35厘米。其直径一般采用10-100厘米之间,例如,约50厘米。
下面参照相应的附图,对本发明作进一步的说明。
图1是本发明吸收循环式热泵组成部分排列方式,及流体流通方向的简化示意图;
图2是本发明的热泵的剖视示意图;
图3是本发明热泵蒸发器以不同比例绘制的部分液体分配器的局部剖视图;(a)沿旋转轴的横截面作的剖视图;(b)沿与旋转轴平行的平面所作的剖视图;
图4是本发明热泵的最佳实施例;
图5、6和7是适用于图2和图4实施例的,沿轴向(从图4的右边向左看)从与转动部件相对的侧面看的泵的装配图;
参见图1。一种含水工质绕密闭式系统循环,该系统由蒸发器EV、吸收器AB、溶液热交换器X、蒸汽发生器GE和冷凝器CO沿S轴依次排列,并随其旋转。在蒸发器EV中,水(挥发成份)通过与周围空气(或同某些可能的周围环境热源,如水或大地)热交换而蒸发,蒸汽通过线路1到达吸收器AB,在那里它们被吸收到贫水混合物和碱性金属氢氧化物中L工质,与此同时,释放分解产生的热量,热通过热传递被吸收到被加热的、介质蒸汽中。有代表性地,主要热介质,例如水或空气沿路线2流动。
富水混合物和碱金属氢氧化物(R工质)从吸收器AB排出,(典型的工质包含大约67%W/W的氢氧化铯,10%W/W的氢氧化钾和大约23%W/W的水)。通过路线3通到溶液热交换器X中,在那里,在流径路线4到达蒸汽发生器GE之前,从上述的L工质中吸收热量。加热发生器GE,例如用辐射热或直接用燃气火焰或间接用热气加热,从R工质中放出蒸汽(VVC),最后得到的L工质沿路线5,溶液热交换器X回到吸收器AB。
发生器GE产生的蒸汽由路线6输送到冷凝器CO,在这里,蒸汽将热传给待加热的沿路线7流动的介质,并冷凝成液体。该液体通过路线8最后返回到蒸发器EV。
显而易见,输入到热泵的总热量等于蒸发器EV从周围流体得到的低品位热和供给蒸汽发生器GE的高品位热的总和。热输出量是在一段温度范围内,即在蒸发器和发生器温度之间的在吸收器AB和冷凝器CO中被加热介质所吸收的热量。
图1中的路线9是把周围的空气输入到蒸发器中的路线。从适宜的利用对流加热的燃烧器出来的热气经路线10被输送给蒸汽发生器。待加热的介质流过路线2,经路线7,在吸收器中吸热,然后进入冷凝器。
本发明的热泵的实施例示意地示于图2,它包括图1所示的依次安装S轴上的各组成部分,并随轴一起旋转。为了便于理解,热泵转子的各组成部分:即分别由符号GE、CO、X、AB和EV来表示的,蒸汽发生器、冷凝器、溶液热交换器、吸收器和蒸发器及其完成的功能已结合图1作了介绍。
经管道11输入的燃气在燃烧器12内同空气一起燃烧,空气经外壳61上的空气口60吸入,燃烧器配有辐射板,燃烧器放出的燃烧能量近似等于辐射热和燃烧生成物中所含热量的总和。热能从固定板13发出,射到发生器14转动的凹形板上,从燃烧器12出来的热烟气流过生发器14的外表面,然后经环形缝隙15排出,在它流动的过程中将绝大部分热传给溶液热交换器16,在缝隙15的区域,主要是靠强制对流将热传给发生器板14。
R工质经管道17注入圆盘14的里面,并从其上吸收热量,当工质在14的表面径向向外流动时,产生VVC,L工质经口18排出。L工质在导管19内从口18经溶液热交换器16经至槽20,该溶液热交换器位于旋转组件的流向外侧,其结构如上文所述,离开槽20,工质L被固定管道21汲取并注入到吸收器靠近其轴线的圆盘表面22上。
在圆盘14内表面产生的VVC在冷凝器圆盘表面23上冷凝。LVC通过表面23径向向外流动并聚集在槽24中,从槽24流入起节流阀的作用的U形管25,从那里进入槽26,离开槽26被固定管道27汲取并送入旋转集流环28,从集流环28流过管道29,从那里径向向里雾化(见箭头30),通过小孔进入椭圆形管31中,管31从圆盘36上悬掉下来,并装有横向散热片32。LVC的一部分从管子31的内表面蒸发形成VVC,还没汽化的挥发成份从管道31溢出进入槽26,并从此经过27、28和29再循环到管道31。
吸入周围空气,例如,通过护罩62大约以1m3/Sec的速度入空气,空气向散热片32和蒸发器的管子31供热,然后径向向外排出。
在蒸发器形成的VVC流向吸收器表面,在这里被L工质吸收并形成R工质。R工质径向向外流向通道33,在这里它被固定导管34汲取,经导管35流过溶液热交换器16至导管17,从而完成这一循环。
固定溢流管34a与槽33联接,以便控制槽33内的液位。管子34a部分侵入液体中并把过多的液体送至邻近的槽76。槽33和76用一个或多个小孔互相连接,其将富水吸收剂泄回到槽33。同样,汲管42与槽26相连以控制其中的液位,汲管42部分侵入液体中,例如将槽26内过多的液体导入槽20。
各汲管21、27、34、34a、42都备有与旋转组件旋转方向相对的入口,即朝向液体的运动方向,并用反转力矩限制它们转动,反转力矩装置可以是磁性的,也可以是重锤式的(图2中未示出)。重锤自由地安装在S轴上,以便当旋转组件转动时,重锤基本保持固定不动。
包括蒸汽发生器、冷凝器、吸收器和蒸发器的旋转组件由驱动装置驱动(未示出)。该驱动装置安装在发生器一端的空心轴S上。吸收器轴端装在合适的轴承内。水、热接收流体、从蒸发器的末端通过轴S径向向外通过吸收器和圆盘22相接触,径向向里经冷凝器与圆盘23接触,从邻近它的发生器末端的轴那里排出。可以看出,吸收器圆盘22和冷凝器圆盘23结合成为一个容腔70,该容腔形成一个为冷凝器和吸收器所共有的热交换器,因此不再需要单独的热交换器。隔板72把容腔70沿径向向圆周延伸的两个区域分开,这两个区域包括吸收器圆盘22和隔板72之间的间隙和冷凝器圆盘23和隔板72之间的间隙,这两个区域在隔板72的圆周边相通。
参见图3(a和b)。图3表示把LVC引入管道31的改进机构。固定汲管27适用于把LVC气流径向排入安装蒸发器上并随其一起旋转的分配器中的各通道47。即当这些通道通过LVC气流时,依次排入每个通道。由于通道47径向逐渐缩小而迫使LVC气流逐渐收缩,又因为分配器46与喷嘴相对运动,迫使气流通过孔48。孔48的尺寸和排列布置要使得从孔排出的气流扩散,并以径向向内的运动分量和轴向指虻脑硕至恐头较蚺缟洌员慊臼蟮脊?1的整个径向内表面。液体在离心力作用下,覆在管壁上,湿润导管31内表面的剩余部分。防溅挡板49防止从通道47重新排出的LVC进入机器的吸收器部分,并引导它返回槽26。
参见图4。图4是本发明热泵最佳实施例的示意图。该泵包括图1、图2中的依次安装在S轴上并随其一同旋转的各个部件。
为便于理解,热行功能已在相关的热泵旋转部件的那些部分,
即已经结合图2阐述过其功能的那些部分,用同样的数字表示。例如,盆形发生器圆盘以14表示。经管道11输送的燃气在燃烧器12内燃烧,燃烧器安装在辐射板13上。辐射热和燃烧生成物从辐射板13射到发生器14的内凹圆盘上。从燃烧器12出来的热烟气流过发生器14的外表面,然后经过环形缝隙15排出,烟气流过时,将大部分热量传给溶液热交换器16和散热片45,加工成一定形状的壳体61将热烟气体引向轴向方向,以便穿过热交换器16。
R工质经导管17注入圆盘14的内表面,R工质在那里吸热,以便当R工质沿径向向外流过盘14的表面时,产生VVC,L工质经口18排出。L工质从口18通过溶液热交换器16流入导管19而后进入通道20。局部侵没的固定管21从通道20汲取L工质,经管21a注入邻近轴线的吸收器圆盘的表面22。
在盘14内表面产生的VVC在冷凝器圆盘的表面23上冷凝。LVC径向向外流过表面23聚集在槽24里,从槽24又流入U型节流阀25,然后进入槽26。固定管从槽26、27汲取LVC,并经图3a、3b所示分配器注入导管31。
汲管27工作时完全侵没在槽26的液面之下,槽的液位由靠近汲管27局部侵没的第二导管42加以控制,其进口沿径向方向位于导管27进口的里面。导管42输送过剩的LVC并将其沿轴向管射入吸收器的区域,例如,射向图示的吸收器圆盘22或进入槽33。这种布置有助于系统起动加注,在各种工况下达到最佳工作密度。
在蒸发器中形成的VVC流到吸收器表面,被吸入到L工质中并生成R工质。R工质径向向外流至槽33,在那里被固定管34汲取,经管35流过溶液热交换器16的径向外侧到达导管17,从而完成这一循环。
各汲管21、27、34、42安装在装置80的旁边或里面,80可绕轴转动地安装在轴的较细的部分上,装置80以摆锤方式沿径向延伸,包括有一定轴向间隔的支杆84、86,隔板50伸入二杆之间。尽管本文是以管子进行描述的,但汲管21、27、34和42至少部分包括装置80上的钻孔。装置80构成偏心设置的重锤用来提供反作用扭矩,以便旋转组件正常转动时,它保持固定不动,从而保持汲管固定不动。
在图4所示的实施例中,蒸汽发生器器壁14和蒸发器36构成普通截头锥形壳体的一部分,发生器器壁14设置在直径小的一端,截头锥形结构能使各个周边储液池,即槽18、24、33、20和26相对轴S的轴线容易装在不同的径向距离上。发生器和蒸发器的器壁14和36两个都是凹凸形、器壁14向里凸、器壁36向外凸,这种布置易使总体结构轴向尺寸更为紧凑。例如,驱动装置D与S轴在某一位置连接,在这一位置驱动装置至少部分处于蒸发器导管所包围的区域内。
旋转组件由驱动装置D驱动,该装置安装在轴S的蒸发器一侧,轴的另一端安装在轴承51中。轴S包括:(a)蒸发器外面的实心圆柱件;(b)位于蒸发器和吸收器之间的直径较小的圆柱体82,
支撑各汲管的装置80安装其上,(c)从蒸汽发生器的外侧引至吸收器或冷凝器的同轴进、出口管88、90。水,这种热接收流体流动路线为:(a)从发生器端面通过进口管88,(b)径向向外通过隔板72和吸收器圆盘22之间的环形间隙;(c)沿径向向里通过隔板72和冷凝器圆盘23之间的环形间隙,(d)经管道90过燃烧器,通过适当的密封装置从旋转件中排出。
隔板50置于吸收器和蒸发器中间,以减少在它们之间LVC产生不希望的飞溅。
参见图5、6和7,它们比较详细地展示了一种形式的泵吸装置,相同的零件,使用图4使用的同样的数字。例如,管道27将LVC从池26中输入分配器46(未示出),其进口浸没在储液池26内的液面100之下。在热泵正常工作并将过剩的LVC送入吸收器区域时,溢流管42局部浸没。管道34工作时浸没在槽33中,即在液面102之下经钻孔105、管道35(未示出)、溶液热交换器16和管道17,输送富水吸收剂到蒸器发生器。管道21工作时部分地侵没在槽20里(液面用数字104表示),槽20接收来自蒸汽发生器的L工质。管道21经钻孔108和出口21a(图7中未示出)将L工质送至吸收器圆盘22上。各个管子备有防溅挡板106。槽33装有另一固定导管(未示出)形成该装置的一部分,它局部浸没地工作通过把液体,例如输送到安装在装置80上的一个储液池(未示出)来限制槽33内的液位102。
到现在为止,所描述的各个管道都具有伸向同一圆周方向的入口,即在泵正常工作时,即沿与旋转组件旋转方向相反的方向排列。除这些管道外,有些管道的进口沿圆周伸出的方向与其相反,因此在热泵正常工作时,它们不起作用。然而,当需要切断热泵时,如前文所述由微处理机反向控制热泵自动驱动。在这种情况下,通常不起作用的管道开始起作用,重新分配并混合流体。例如,使工作流体恢复到在一定温度下易于贮存的液体状态,否则LVC可能凝结。例如,反向运行时,管110经出口112输送流体,(开始断开时,主要是LVC)进入吸收器的区域,与氢氧化物吸收剂混合。同样,在反向工作时,管道114把液体送入槽23,经出口116进入蒸汽发生器的区域。
参照下面的实施例,对本发明做进一步的说明。
如图4所示的热泵,使用水作挥发成分时的性能如下:
R工质有下列成分:
%W/W
CSOH 28、8
KOH 27、6
NaOH 19、2
H2O 24、4
在这种热泵中,高品位热是靠甲烷与空气燃烧提供;低品位热(周围的空气)为5℃。热接收流体水开始在55℃左右进入,顺序流过蒸发器和冷凝器后,在65℃左右排出。可以计算出:
输入发生器(来自高品位热)的热量为6000瓦。
输入蒸发器(来自低品位热)的热量为4000瓦。
在冷凝器被水吸收的热量为4600瓦。
在吸收器被水吸收的热量为5400瓦。
热力系数= (4600+5400)/6000 =1.67
机器特性系数(预计)=1.42
假定整个燃烧器和烟气热回收率是85%。
虽然本发明是按照吸收循环式热泵进行描述的,显而易见,其中的某些方面很容易用于其它形式的回转式流体输送装置。