一种管外降膜热管式吸收换热装置
阅读：444发布：2020-05-13
专利汇可以提供一种管外降膜热管式吸收换热装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种管外降膜 热管 式吸收换热装置，包括吸收换热器壳体、吸收溶液箱、热管组件，热管组件为若干根热管，吸收换热器壳体的气侧进口和气侧出口分别设置在吸收换热器壳体相对的两壁，吸收溶液箱安装在吸收换热器壳体外部，每根热管通过吸收溶液箱插入吸收换热器壳体内，使每根热管分为内、中、外三段，内段位于吸收换热器壳体内，中段位于吸收溶液箱内，外段位于吸收换热器壳体和吸收溶液箱外，且热管与吸收换热器壳体的气侧进口和气侧出口的连线不平行；热管的内段外表面包覆润湿层，润湿层的一部分位于吸收溶液箱内，位于吸收溶液箱内的润湿层表面包覆多孔渗透层，形成润湿层的材料为润湿材料，形成多孔渗透层的材料为多孔渗透材料。，下面是一种管外降膜热管式吸收换热装置专利的具体信息内容。
1.一种管外降膜热管式吸收换热装置，其特征是，包括吸收换热器壳体、吸收溶液箱、热管组件、布液部件，所述热管组件为若干根热管，吸收换热器壳体的气侧进口和气侧出口分别设置在吸收换热器壳体相对的两壁，所述吸收溶液箱安装在吸收换热器壳体外部，每根热管通过吸收溶液箱插入吸收换热器壳体内，使每根热管分为内、中、外三段，内段位于吸收换热器壳体内，中段位于吸收溶液箱内，外段位于吸收换热器壳体和吸收溶液箱外，且热管与吸收换热器壳体的气侧进口和气侧出口的连线不平行；
布液部件位于吸收溶液箱与吸收换热器壳体连接的侧壁，所述布液部件为环形凹槽，环形凹槽底部边缘设有若干定距筋板，环形凹槽底部中心开设通孔，热管通过通道从吸收溶液箱伸入至吸收换热器壳体内，热管与定距筋板表面接触位置设置环形支撑结构；
热管的内段外表面包覆润湿层，润湿层的一部分位于吸收溶液箱内，位于吸收溶液箱内的润湿层外壁面包覆多孔渗透层，形成润湿层的材料为润湿材料，形成多孔渗透层的材料为多孔渗透材料，所述润湿材料为多孔介质材料；
所述润湿材料紧紧包裹在热管外表面，一边封口，另一边设置翻边，翻边处压置于环形支撑结构与定距筋板之间进行固定。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是，相邻定距筋板两两垂直。
3.如权利要求1所述的装置，其特征是，支撑结构与定距筋板的接触面含有部分润湿层，定距筋板的上表面与多孔渗透层的上表面平齐。
4.如权利要求1所述的装置，其特征是，热管的内段悬空。
5.如权利要求1所述的装置，其特征是，吸收溶液箱内壁涂覆有防腐涂层。
6.如权利要求1所述的装置，其特征是，吸收换热器壳体下部设有集液结构。
7.如权利要求6所述的装置，其特征是，集液结构设有出液口。
8.如权利要求1所述的装置，其特征是，吸收换热器壳体呈现为两端凸出的方形箱体结构，气侧进出口为方形。
9.如权利要求1所述的装置，其特征是，气侧进出口口径小于吸收换热器中部方形管道尺寸。
10.如权利要求1所述的装置，其特征是，包括外部换热箱，热管外段伸入至外部换热箱内。
11.一种吸收式热泵，其特征是，吸收换热器采用权利要求1 10任一所述的管外降膜热~
管式吸收换热装置。
12.一种溶液除湿装置，其特征是，吸收换热器采用权利要求1 10任一所述的管外降膜~
热管式吸收换热装置。
一种管外降膜热管式吸收换热装置
技术领域
[0001] 本发明属于环保、化工设备技术领域，涉及到一种管外降膜热管式吸收换热装置。
背景技术
[0003] 针对现有开式吸收式热泵装置中的吸收器，设计要求吸收剂与工质直接接触，进行热质交换。吸收器通常使用管式换热器作为其内冷式换热器，可将吸收过程中收集到的汽化潜热输运出吸收装置，维持装置内较低的温度，以保证较好的吸收效果。但与热管式换热器相比，换热管型式换热器传热系数较低，单位面积传热温差较小，元件可拆换性较差、单管损坏检修需停机等不足，因此热管式换热器在使用过程中有明显优势。
[0004] 现有吸收式热泵中吸收器主要采用“喷淋-填料”与“降膜”两种形式。对于喷淋式吸收器，需要较高的液气比来实现吸收效果，导致吸收器内部出现大量的雾滴，随烟气一同由风道排出，最终造成吸收溶液的损失，增加设备的运行成本。针对该问题，目前解决方案为在吸收器烟气出口单独设置除雾器，但会增加设备气相流程的阻力。对于降膜式吸收器，经由液体分布及成膜装置，均匀分配到各换热管内，在重力作用下，成均匀膜状自上而下流动。采用该形式，可以实现50～60％的吸收效率，能够提高整体换热效果，减小动力的损耗，在减小体积的同时减少占地体积。但工业用大型化相对较难。同时当气相流速较高时，容易导致液膜撕裂，影响吸收。
发明内容
[0005] 为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种管外降膜热管式吸收换热装置，能够在热管式吸收换热器表面形成均匀稳定的液膜，保证吸收溶液的吸收效率。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0007] 一种管外降膜热管式吸收换热装置，包括吸收换热器壳体、吸收溶液箱、热管组件，所述热管组件为若干根热管，吸收换热器壳体的气侧进口和气侧出口分别设置在吸收换热器壳体相对的两壁，所述吸收溶液箱安装在吸收换热器壳体外部，每根热管通过吸收溶液箱插入吸收换热器壳体内，使每根热管分为内、中、外三段，内段位于吸收换热器壳体内，中段位于吸收溶液箱内，外段位于吸收换热器壳体和吸收溶液箱外，且热管与吸收换热器壳体的气侧进口和气侧出口的连线不平行；热管的内段外表面包覆润湿层，润湿层的一部分位于吸收溶液箱内，位于吸收溶液箱内的润湿层外壁面包覆多孔渗透层，形成润湿层的材料为润湿材料，形成多孔渗透层的材料为多孔渗透材料。
[0008] 本发明在通过多孔渗透层将吸收溶液箱内的吸收溶液渗透到润湿层，吸收溶液在流入热管内段时，会在润湿层及润湿层与热管之间形成液膜，由于润湿材料的覆罩，使得液膜更加完整，从而提高吸收溶液的吸收效率，同时在与气体接触时，能够防止液膜被气流撕裂，保证在热管表面形成均匀稳定的液膜，从而进一步保证吸收溶液的吸收效率。同时，由于常见设备中，气侧温度普遍较低，采用热管形式进行换热，能够有效实现对热量的提取，提高换热效率。因此本发明适用于各类吸收式热泵，尤其是开式吸收式热泵。
[0009] 本发明的目的之二是提供一种吸收式热泵，其吸收换热器采用上述管外降膜热管式吸收换热装置。
[0010] 本发明的目的之三是提供一种溶液除湿装置，其吸收换热器采用上述管外降膜热管式吸收换热装置。
[0011] 本发明的有益效果为：
[0012] 1.本发明装置中吸收溶液流经润湿材料，可在热管与润湿材料之间形成均匀稳定的液膜。由于润湿材料采用多孔介质材料，气流可穿过润湿材料表面达到液膜处进行反应；同时润湿材料也可削弱气流对于液膜的冲击作用，使液膜不容易发生撕裂现象，保证液膜在热管表面的完整性，能够实现更好的吸收效果。
[0013] 2.本发明利用热管式换热器能将反应热量及时传输至装置外，能够维持底部液膜较低的温度，使吸收溶液保证更高的吸收效率。
[0014] 3.热管下端呈悬空状态布置时，未设置固定装置，设备运行过程中热管会产生微弱的抖动，有利于强化换热。
[0015] 4.与传统的管式内冷式吸收器相比，本发明传热效率更高。
[0016] 5.溶液在流动过程中液膜相对完整，降低了气体对溶液的夹带作用，流出该装置的气体中基本不包含吸收溶液，后续无额外安装除雾器的要求，降低了投资费用。
[0019] 图1为热管外降膜吸收换热器吸收部分的结构示意图；
[0020] 图2为热管外降膜吸收换热器的整体结构示意图；
[0021] 图3为竖直布膜形式的结构示意图；
[0022] 图4为水平布膜形式的结构示意图；
[0023] 图5为倾斜布膜形式的结构示意图；
具体实施方式
[0025] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0026] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0027] 本申请所述的热管是本领域常规的换热元件，典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，在加热热管的蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发段。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段传到散热段。当加热段在下，冷却段在上，热管呈竖直放置时，工作液体的回流靠重力足可满足，无须毛细结构的管芯，这种不具有多孔体管芯的热管被称为热虹吸管。
[0028] 正如背景技术所介绍的，现有技术中存在热质传递效果较差的缺点，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种管外降膜热管式吸收换热装置。
[0029] 本申请的一种典型实施方式，提供了一种管外降膜热管式吸收换热装置，包括吸收换热器壳体、吸收溶液箱、热管组件，所述热管组件为若干根热管，吸收换热器壳体的气侧进口和气侧出口分别设置在吸收换热器壳体相对的两壁，所述吸收溶液箱安装在吸收换热器壳体外部，每根热管通过吸收溶液箱插入吸收换热器壳体内，使每根热管分为内、中、外三段，内段位于吸收换热器壳体内，中段位于吸收溶液箱内，外段位于吸收换热器壳体和吸收溶液箱外，且热管与吸收换热器壳体的气侧进口和气侧出口的连线不平行；热管的内段外表面包覆润湿层，润湿层的一部分位于吸收溶液箱内，位于吸收溶液箱内的润湿层外壁面包覆多孔渗透层，形成润湿层的材料为润湿材料，形成多孔渗透层的材料为多孔渗透材料。
[0030] 本申请在通过多孔渗透层将吸收溶液箱内的吸收溶液渗透到润湿层，吸收溶液在流经热管内段表面时，会在润湿层及润湿层与热管之间形成液膜，由于润湿材料的覆罩，使得液膜更加完整，从而提高吸收溶液的吸收效率，同时在与气体接触时，能够防止液膜被气流撕裂，保证在热管表面形成均匀稳定的液膜，从而进一步保证吸收溶液的吸收效率。同时，由于常见设备中，气侧温度普遍较低，采用热管形式进行换热，能够有效实现对热量的提取，提高换热效率。因此本发明适用于各类吸收式热泵，尤其是开式吸收式热泵及第二类吸收式热泵。
[0031] 所述热管可采用两相闭式热虹吸管或重力热管，热管材料可为金属或非金属材料。蒸发段在吸收换热器内部，凝结段位于吸收换热器外部，蒸发段与凝结段之间设置绝热段。热管与筋板上表面接触位置设置环形支撑结构。
[0032] 热管与吸收换热器壳体的气侧进口和气侧出口的连线不平行，例如若气侧进口和气侧出口的连线水平，热管可以竖直设置，可以倾斜设置；若气侧进口和气侧出口的连线竖直，热管为水平设置。
[0033] 优选的，包括布液部件，所述布液部件位于吸收溶液箱与吸收换热器壳体连接的侧壁，所述布液部件为环形凹槽，环形凹槽底部边缘设有若干定距筋板，环形凹槽底部中心开设通孔，热管通过通道从吸收溶液箱伸入至吸收换热器壳体内，热管与定距筋板表面接触位置设置环形支撑结构。
[0034] 进一步优选的，相邻定距筋板两两垂直。
[0035] 进一步优选的，支撑结构与定距筋板的接触面含有部分润湿层，定距筋板的上表面与多孔渗透层的上表面平齐。润湿材料紧紧包裹在热管外表面，下方封口，上方设置翻边，翻边处压置于环形支撑结构下方进行固定。
[0037] 优选的，若干热管布置形式为错排或顺排。
[0038] 热管的内段可以悬空状态，也可以使用限位装置固定，优选的，热管的内段悬空。设备运行过程中热管会产生微弱的抖动，有利于强化换热
[0039] 热管在吸收换热器壳体的布置方式，可以是竖直布置，也可以倾斜布置，还可以水平布置。
[0040] 优选的，吸收溶液箱内壁涂覆有防腐涂层。
[0041] 优选的，吸收换热器壳体下部设有集液结构。所述集液结构为能够收集液体的结构，例如，壳体下表面整体倾斜，或壳体下表面设有V形沟槽等。
[0042] 进一步优选的，集液结构设有出液口。
[0043] 优选的，吸收换热器壳体呈现为两端凸出的方形箱体结构，气侧进出口为方形。
[0044] 进一步优选的，气侧进出口口径小于吸收换热器中部方形管道尺寸。
[0045] 进一步优选的，沿气流方向，气侧进口后方设置导流板或整流装置。
[0047] 所述多孔渗透材料为液体渗透性或液体均布性较好的多孔材料，可选用多孔填料、海绵材料及纤维材料。例如透水海绵等。
[0048] 优选的，包括外部换热箱，热管外段伸入至外部换热箱内。
[0049] 本发明管外降膜热管式吸收换热装置的工作原理为：反应溶液经溶液泵输送至吸收溶液箱内，并在吸收溶液箱内保留一定的液位高度。溶液流经布液部件后受自然重力作用及外部溶液泵提供的压力向润湿材料侧流动，浸湿润湿材料表面，并在润湿材料与热管之间均匀流动，形成稳定的液膜。反应气体经过整流装置沿水平方向进入吸收换热器，流经热管处时，气体与液膜直接接触反应，气体中相应组分被溶液吸收；吸收过程中，反应放热，热量经由液膜传递至热管表面，随后由热管的蒸发段传导至冷凝段。由外部换热箱中的冷流体与热管进行换热，进而实现吸收换热的效果。
[0050] 为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
[0051] 实施例1
[0052] 一种管外降膜热管式吸收换热装置，如图1～3所示，包括吸收换热器壳体、吸收溶液箱1、溶液泵、溶液管道、布液部件、热管2及润湿材料6。所述吸收换热器为气液反应器，内部共有两种流体，第一种流体为反应气体，呈水平方向流动；第二种流体为吸收溶液，呈竖直方向流动。所述换热器壳体呈现为两端凸出的方形箱体结构，气侧进出口为方形，气侧进口段设置整流装置，进口口径小于吸收换热器中部方形管道尺寸。壳体下部平面设置5-10°倾角，便于溶液汇集流出。所述吸收溶液箱1布置在吸收换热器壳体上方，吸收溶液充满溶液箱体。所述布液部件为环形凹槽结构，位于吸收溶液箱1下平面。环形凹槽底部设置四个定距筋板5，相邻定距筋板5两两垂直。多孔渗透材料4(透水海绵)填充在定距筋板5之间，多孔渗透材料4与定距筋板5上表面平齐，溶液通过多孔渗透材料4渗透至润湿材料6上，保证整体降膜的稳定性。所述润湿材料6为尼龙纤维布。所述热管2采用两相闭式热虹吸管，热管材料可为金属。蒸发段在吸收换热器内部，凝结段位于吸收换热器外部。热管2与定距筋板5上表面接触位置设置环形支撑结构3。所述润湿材料6紧紧包裹在热管2外表面，下方封口，上方设置翻边，翻边处压置于环形支撑结构3下方进行固定。所述热管2贯穿吸收溶液箱1，吸收溶液箱1上方开孔孔径大于热管2管径，箱体与热管2采用法兰连接；下方穿过布液部件中心圆孔。所述热管2布置形式可为错排或顺排形式，热管2下端可呈悬空状态。布液部件、吸收溶液箱上表面开孔位置对应热管的布管位置。
[0053] 实施例2
[0054] 吸收换热器为气液反应器，内部共有两种流体，第一种流体为反应气体，呈竖直方向自下而上流动；第二种流体为吸收溶液，沿热管外壁呈水平方向流动，留至热管另一端后竖直滴落，如图4所示。所述换热器壳体呈现为两端凸出的方形箱体结构，气侧进出口为方形，气侧进口段设置整流装置，进口口径小于吸收换热器中部方形管道尺寸。壳体下部平面设置5～10°倾角，便于溶液汇集流出。所述吸收溶液箱1布置在吸收换热器壳体侧面，每层布管位置处单独布置独立的吸收溶液箱，吸收溶液充满溶液箱体。所述布液部件为环形凹槽结构，位于吸收溶液箱1一侧的平面。环形凹槽内部设置四个定距筋板5，相邻定距筋板5两两垂直。多孔渗透材料4(透水海绵)填充在定距筋板5之间，多孔渗透材料4与定距筋板5一侧表面平齐，溶液通过多孔渗透材料4渗透至润湿材料6上，保证整体降膜的稳定性。所述润湿材料6为尼龙纤维布。所述热管2采用两相闭式热虹吸管，热管材料可为金属。蒸发段在吸收换热器内部，凝结段位于吸收换热器外部。热管2与定距筋板2上表面接触位置设置环形支撑结构3。所述润湿材料6紧紧包裹在热管2外表面，一边封口，另一边设置翻边，翻边处压置于环形支撑结构4与定距筋板5之间进行固定。所述热管2贯穿吸收溶液箱1，吸收溶液箱1一侧开孔孔径大于热管管径，箱体与热管2可采用焊接连接；另一侧穿过布液部件中心圆孔。所述热管2布置形式为错排形式，热管2另一端可通过限位装置固定。
[0055] 实施例3
[0056] 吸收换热器为气液反应器，内部共有两种流体，第一种流体为反应气体，呈竖直方向流动；第二种流体为吸收溶液，沿热管外壁呈倾斜方向流动，留至热管另一端后竖直滴落，如图5所示。所述换热器壳体呈现为两端凸出的方形箱体结构，气侧进出口为方形，气侧进口段设置整流装置，进口口径小于吸收换热器中部方形管道尺寸。壳体下部平面设置5-10°倾角，便于溶液汇集流出。所述吸收溶液箱1布置在吸收换热器壳体侧面，每层布管位置处单独布置独立的吸收溶液箱，吸收溶液充满溶液箱体。所述布液部件为环形凹槽结构，位于吸收溶液箱1一侧的平面。环形凹槽底部设置四个定距筋板5，相邻定距筋板5两两垂直。
多孔渗透材料4(透水海绵)填充在定距筋板5之间，多孔渗透材料4与定距筋板5上表面平齐，溶液通过多孔渗透材料4渗透至润湿材料6上，保证整体降膜的稳定性。所述润湿材料6为尼龙纤维布。所述热管2采用两相闭式热虹吸管，热管材料可为非金属材料。蒸发段在吸收换热器内部，凝结段位于吸收换热器外部。热管2与定距筋板5上表面接触位置设置环形支撑结构3。热管2倾斜布置，设置倾斜角度为5～15°。所述润湿材料6紧紧包裹在热管2外表面，一边封口，另一边设置翻边，翻边处压置于环形支撑结构3与定距筋板5之间进行固定。
所述热管2贯穿吸收溶液箱1，吸收溶液箱1一侧开孔孔径大于热管管径，箱体与热管2可采用螺纹套筒连接；另一侧穿过布液部件中心圆孔。所述热管2布置形式采用错排形式，热管2一端呈悬空状态。
多孔渗透材料4(透水海绵)填充在定距筋板5之间，多孔渗透材料4与定距筋板5上表面平齐，溶液通过多孔渗透材料4渗透至润湿材料6上，保证整体降膜的稳定性。所述润湿材料6为尼龙纤维布。所述热管2采用两相闭式热虹吸管，热管材料可为非金属材料。蒸发段在吸收换热器内部，凝结段位于吸收换热器外部。热管2与定距筋板5上表面接触位置设置环形支撑结构3。热管2倾斜布置，设置倾斜角度为5～15°。所述润湿材料6紧紧包裹在热管2外表面，一边封口，另一边设置翻边，翻边处压置于环形支撑结构3与定距筋板5之间进行固定。
所述热管2贯穿吸收溶液箱1，吸收溶液箱1一侧开孔孔径大于热管管径，箱体与热管2可采用螺纹套筒连接；另一侧穿过布液部件中心圆孔。所述热管2布置形式采用错排形式，热管2一端呈悬空状态。
[0057] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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