专利名称：类分离热管型船用吸附制冰机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于船用吸附制冷系统，具体是一种类分离热管型船用吸附制冰机。属于吸附制冷领域。
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。
目前所研究的船用吸附制冷设备，主要采用水、氨以及甲醇为制冷剂，其中采用水、甲醇为制冷剂的系统一般采用物理吸附剂，相对于采用化学吸附剂—氨为工质对的系统而言，制冷量偏小。考虑到相容性，对于氨系统吸附床一般采用钢材料，由于海水与钢材料之间具有不相容性，所以目前采用氨为制冷剂的系统一般不能采用海水直接冷却，否则会存在严重的腐蚀问题。渔船用吸附制冷设备，目前所采用的吸附床形式多为单元管式与壳管式。
经文献检索发现，中国专利申请号99232616，名称为海洋渔船柴油机尾气制冰机，该专利采用氨为制冷剂，氯化钙为吸附剂。吸附床采用烟气直接加热，冷却采用冷水直接冷却。该吸附制冰机发生器为1.05m3左右，制冷量为12kW左右。该系统采用水冷则有两种方式可以选择，方式之一是采用冷海水直接冷却，这必然也会对吸附床产生腐蚀。方式之二是采用中间换热器淡水来冷却，这样吸附系统中需要增加一个冷水泵，这必然增加电量的消耗。另外吸附床采用水冷为对流换热方式，其传热效果较为有限。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种类分离热管型船用吸附制冰机，这样一来，以氨为制冷剂的船用吸附制冰机中可有效避免吸附床采用海水直接冷却时的腐蚀问题，另一方面类分离热管冷却方式中采用氨为冷却介质，可以省去冷却液体循环泵，同时由于氨的冷却过程采用相变蒸发过程，这可以提高吸附床的换热效果。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括烟气入口，温度计，回质阀，烟气阀门，第一吸附床，压力表，烟气出口，第二吸附床，热管上升段，热管下降段，第一电磁阀，第二电磁阀，第一、第二、第三、第四单向阀，冷海水进口，冷海水泵，海水阀，冷海水回路，第一氨罐，第二氨罐，冷凝器，片冰机，中间冷却器，冷海水出口，节流阀，第一接管，第二接管。其连接方式为温度计以及烟气阀门设置在烟气入口管路上，用来控制吸附床的加热与冷却过程。中间冷却器与第二氨罐通过管路焊接在一起，与第一、第二吸附床通过热管上升段以及热管下降段相连。第一、第二电磁阀设置在热管下降段上，用于控制吸附床的冷却过程。冷凝器与第一氨罐通过管路焊接在一起，冷凝器与第一、第二吸附床通过第二接管连接，第三、第四单向阀连接在第二接管上，用于控制两个吸附床的解吸过程。第一氨罐与片冰机通过管路相连，工作过程由节流阀控制。片冰机通过第一接管与第一、第二吸附床相连。第一、第二单向阀设置在第一接管上，用于控制吸附床的吸附过程。回质阀设置在冷凝器和片冰机与第一、第二吸附床的接管上，可在工作状态切换时进行回质。冷海水回路为串联方式，海水阀门以及冷海水泵设置在冷海水进口管路上，冷海水回路先与冷凝器相连通，再与中间冷却器连通，最后与冷海水出口连通。
第一、第二吸附床均选用固化混合吸附剂，氨为制冷剂。第一、第二吸附床结构相同，具体包括上管板，氨液出口，抽真空口，吸附剂，翅片，外壳，氨液进口，下管板，烟气管路，氨液管路、吸附/解吸口、筛管。其连接方式为上管板、下管板分别与烟气管路采用焊接的方式连接，氨液出口、抽真空口、氨液进口以及吸附/解吸口与外壳之间采用焊接。氨液进口与吸附床内部的氨液管路相连通。吸附剂的两侧设有翅片，翅片与氨液管路以及烟气管路采用涨接的方式连接，筛管采用弹簧管外包有筛网的方式制作，与翅片相连接，主要用于传质。
烟气入口为柴油机的废气出口，接入吸附床内的烟气管路，烟气出口从吸附床内烟气管路接出，烟气从烟气出口排入大气。压力表连接在吸附床外壁上，与吸附床的内腔相通。
吸附床在加热解吸时由烟气加热回路直接加热，在冷却吸附时，则通过类分离热管冷却吸附床回路由氨工质来冷却。氨液管路中氨液在吸附床所放出的热量下蒸发，带走吸附热，在中间冷却器中通过冷海水来冷却。两个吸附床之间设有回质阀，可以在工作状态切换时进行回质。吸附床解吸与吸附通过单向阀来实现，吸附所产生的冷量直接输入片冰机进行制冰。
冷凝器与中间冷却器均采用多管型叉流换热器，中间冷却器下部与第二氨罐相连，第二氨罐下部通过热管下降段与吸附床下部相连，吸附床上部与热管上升段相连，热管上升段再接入中间冷却器上部，电磁阀连接在热管下降段上，组成类分离热管型冷却系统。
冷凝器与中间冷却器管内为冷海水回路，管外为氨介质，中间冷却器不再采用传统型热管的冷却方式，这可以提高冷却效果。第一氨罐底部经过一节流阀连到片冰机，第一氨罐和片冰机组成复合式蒸发器。
本发明船用余热驱动吸附式制冰机的运行流程包括以下几个回路①烟气加热回路，由烟气阀门、温度计以及烟气管路组成。②类分离热管冷却吸附床回路，由氨管路(包括吸附床内氨液管路、热管上升段以及热管下降段)、电磁阀、中间冷却器、第二氨罐组成。③冷海水冷却回路，采用串联方式，冷海水先进入冷凝器，再进入中间冷却器，包括阀门以及冷海水泵等组成。④吸附回路，吸附床从蒸发器中吸附，从而产生制冷量，由第一、第二单向阀来控制。⑤解吸回路，吸附床中制冷剂解吸到冷凝器，由冷海水冷凝。由第三、第四单向阀控制。⑥回质回路，由回质阀来控制。⑦片冰机出冰系统，储液罐里的低温液态制冷剂依靠储液罐与制冰机中的压差进入到片冰机，片冰机为一不锈钢圆盘形连续转动的蒸发器，蒸发器的内部为制冷剂，外部采取水喷淋的方式制冰。吸附床的吸附作用使制冷剂在片冰机的蒸发器内部蒸发，蒸发作用使片冰机中的制冷剂温度降低产生冷量。当制冷剂的温度降低到一定程度后，片冰机蒸发器外部的喷淋水开始在蒸发器的表面结冰，所制成的冰由片冰机的削刀从蒸发器表面剥离下来，形成片状的冰，完成制冰过程。
柴油机中燃油燃烧所供给热量的25％-35％为废气所带走而损失掉，且排气温度一般在400℃左右。以6160A型船用柴油机为例(额定功率101kW，转速750r/min)，当其接入75kW负载运行时，实测其可回收余热量为34kW左右。吸附式制冰机的制冷系数COP按0.3计算，则制冷量输出为10kW。每小时大约可产冰60kg。吸附式制冰系统的管路切换由机械、电气装置自动完成。由于渔船在航行作业中只能作简单的检修，对制冷设备安全可靠性以及备件方面比陆用有更高的要求。因此整个系统的各个运行过程控制程序化，便于渔民的现场操作。
本发明的船用余热驱动的吸附式制冰机，在渔船航行和作业期间由于它直接利用柴油机尾气余热驱动，以海水为冷源冷却吸附床和冷凝器实现连续制冰，与由电能驱动传统的蒸气压缩制冷方式相比，节约了柴油的消耗，提高了能源的利用率；克服了吸收式制冷系统必须装备溶液泵或分馏装置，不太适合船体的颠簸运动状态等缺点；具有结构与控制简单、运动部件少、抗振性好、运行费用低、使用寿命长等诸多优点，是一种既节省能源、提高能源利用率，又利于环保的有效制冷方式。
图1为本发明系统结构示意2为本发明吸附床结构主视3为本发明吸附床结构截面图具体实施方式
如图1所示，本发明包括烟气入口1，温度计2，回质阀3，烟气阀门4，吸附床5、8，压力表6，烟气出口7，热管上升段9，热管下降段10，电磁阀11、12，单向阀13、14、15、16，冷海水进口17，冷海水泵18，海水阀19，冷海水回路20，氨罐21、24，冷凝器22，片冰机23，中间冷却器25，冷海水出口26，节流阀27，接管28、29。其连接方式为温度计2以及烟气阀门4设置在烟气入口1管路上，中间冷却器25与氨罐24通过管路焊接在一起，与吸附床5、8通过热管上升段9以及热管下降段10相连。电磁阀11、12设置在热管下降段10上，冷凝器22与氨罐21通过管路焊接在一起，冷凝器22与吸附床5、8通过接管29连接，单向阀15、16连接在接管29上，氨罐21与片冰机23通过管路相连，片冰机23通过接管28与吸附床5、吸附床8相连。单向阀13、14设置在接管28上，回质阀3设置在冷凝器22和片冰机23与吸附床5、8的接管上，冷海水回路20为串联方式，海水阀门19以及冷海水泵18设置在冷海水进口17管路上，冷海水回路20先与冷凝器22相连通，再与中间冷却器25连通，最后与冷海水出口26连通。烟气入口1、压力表6、以及烟气出口7分别与吸附床5、吸附床8相连。
冷凝器22与中间冷却器25均采用多管型叉流换热器。氨罐21底部经过一节流阀连到片冰机23，氨罐21和片冰机23组成复合式蒸发器。
如图2、图3所示，吸附床5与吸附床8均选用固化混合吸附剂，氨为制冷剂。
吸附床5与吸附床8结构相同，具体包括上管板30，氨液出口31，抽真空口32，吸附剂33，翅片34，外壳35，氨液进口36，下管板37，烟气管路38，氨液管路39、吸附/解吸口40、筛管41。其连接方式为上管板30、下管板37分别与烟气管路38采用焊接的方式连接，氨液出口31、抽真空口32、氨液进口36以及吸附/解吸口40与外壳35之间采用焊接。氨液进口36与吸附床内部的氨液管路39相连通。吸附剂33的两侧设有翅片34，翅片34与氨液管路39以及烟气管路38采用涨接的方式连接，筛管41采用弹簧管外包有筛网的方式制作，与翅片34相连接。
烟气入口1为柴油机的废气出口，接入吸附床5、8内的烟气管路38，烟气出口7从吸附床5、8内烟气管路接出，压力表6连接在吸附床外壳35上，与吸附床5、8的内腔相通。
冷凝器22与中间冷却器25均采用多管型叉流换热器，中间冷却器25下部与氨罐24相连，氨罐24下部通过热管下降段1与吸附床5，8下部相连，吸附床5，8上部与热管上升段9相连，热管上升段9再接入中间冷却器25上部，电磁阀11、12连接在热管下降段10上，组成类分离热管型冷却系统。
本发明采用类分离热管型冷却方式来冷却。在吸附床冷5、8却过程中，氨液通过氨罐23以及电磁阀11、12进入吸附床5、8内氨液管路39，然后在吸附床5、8内蒸发带走吸附热，通过热管上升段9进入到中间冷却器25，冷却成氨液后进入到氨罐24，再进入吸附床5、8构成循环。中间冷却器25则依靠冷海水来冷却。冷海水冷却采用串联的方式，先通过冷海水进口17以及冷海水泵18、海水阀19进入到冷凝器22，再通过冷海水回路20进入到中间冷却器25，通过冷海水出口26排入大海。
权利要求
1.一种类分离热管型船用吸附制冰机，包括烟气入口(1)，温度计(2)，烟气阀门(4)，吸附床(5)、(8)，压力表(6)，烟气出口(7)，单向阀(13)、(14)、(15)、(16)，冷凝器(22)，接管(28)、(29)，其特征在于还包括回质阀(3)，热管上升段(9)，热管下降段(10)，电磁阀(11)、(12)，冷海水进口(17)，冷海水泵(18)，海水阀(19)，冷海水回路(20)，氨罐(21)、(24)，片冰机(23)，中间冷却器(25)，冷海水出口(26)，节流阀(27)，其连接方式为温度计(2)以及烟气阀门(4)设置在烟气入口(1)管路上，中间冷却器(25)与氨罐(24)通过管路焊接在一起，与吸附床(5)、(8)通过热管上升段(9)以及热管下降段(10)相连，电磁阀(11)、(12)设置在热管下降段(10)上，冷凝器(22)与氨罐(21)通过管路焊接在一起，冷凝器(22)与吸附床(5)、(8)通过接管(29)连接，单向阀(15)、(16)连接在接管(29)上，氨罐(21)与片冰机(23)通过管路相连，片冰机(23)通过接管(28)与吸附床(5)、(8)相连，单向阀(13)、单向阀(14)设置在接管(28)上，回质阀(3)设置在冷凝器(22)和片冰机(23)与吸附床(5)、(8)的接管上，冷海水回路(20)为串联方式，海水阀门(19)以及冷海水泵(18)设置在冷海水进口(17)管路上，冷海水回路(20)先与冷凝器(22)相连通，再与中间冷却器(25)连通，最后与冷海水出口(26)连通，烟气入口(1)、压力表(6)、以及烟气出口(7)分别与吸附床(5)、吸附床(8)相连。
2.根据权利要求1所述的类分离热管型船用吸附制冰机，其特征是，冷凝器(22)与中间冷却器(25)均采用多管型叉流换热器，中间冷却器(25)下部与氨罐(24)相连，氨罐(24)下部通过热管下降段(1)与吸附床(5)，(8)下部相连，吸附床(5)，(8)上部与热管上升段(9)相连，热管上升段(9)再接入中间冷却器(25)上部，电磁阀(11)、(12)连接在热管下降段(10)上，组成类分离热管型冷却系统。
3.根据权利要求1所述的类分离热管型船用吸附制冰机，其特征是，氨罐(21)底部经过一节流阀连到片冰机(23)，氨罐(21)和片冰机(23)组成复合式蒸发器。
4.根据权利要求1所述的类分离热管型船用吸附制冰机，其特征是，吸附床(5)与吸附床(8)结构相同，具体包括上管板(30)，氨液出口(31)，抽真空口(32)，吸附剂(33)，翅片(34)，外壳(35)，氨液进口(36)，下管板(37)，烟气管路(38)，氨液管路(39)以及吸附/解吸口(40)，其连接方式为上管板(30)、下管板(37)分别与烟气管路(38)采用焊接的方式连接，氨液出口(31)、抽真空口(32)、氨液进口(36)以及吸附/解吸口(40)与外壳(35)之间采用焊接，氨液进口(36)与吸附床内部的氨液管路(39)相连通，吸附剂(33)的两侧设有翅片(34)，翅片(34)与氨液管路(39)以及烟气管路(38)采用涨接的方式连接，筛管(41)采用弹簧管外包有筛网的方式制作，与翅片(34)相连接。
5.根据权利要求1或4所述的类分离热管型船用吸附制冰机，其特征是，吸附床(5)与吸附床(8)均选用固化混合吸附剂，氨为制冷剂。
全文摘要
一种类分离热管型船用吸附制冰机。属于吸附制冷领域。本发明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。本发明采用混和吸附剂—氨工质对，吸附床采用氨为冷却介质来冷却，可避免吸附床采用海水直接冷却过程中的腐蚀问题，同时也可以简化结构，增强换热效果。
文档编号F25B27/02GK1544864SQ20031010892
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者王丽伟, 王如竹, 吴静怡 申请人:上海交通大学