[發明專利]一種防止蒸汽穿透的隔壓裝置

在審

• 申請號: 201910360586.5
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110030759A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 謝曉云;江億;朱超逸
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F25B15/06
• 分類號: F25B15/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發明公開了屬于制冷機或熱泵系統領域的一種防止蒸汽穿透的隔壓裝置；其中U型管進口段、U型管冷卻段和U型管出口段順序相連，U型管進口段與高壓腔體液態冷劑水出口相連，U型管出口段與低壓腔體液態冷劑水入口相連，通過對U型管冷卻段內的流體進行冷卻換熱，從而防止隔壓裝置出現蒸汽穿透。本發明中將U型管內的工質溫度降至閃蒸溫度以下，即保證管內不出現蒸汽穿透現象，從而可以大幅提高現有各類吸收機的制冷COP。

技術領域

本發明屬于制冷機或熱泵系統技術領域，具體為一種防止蒸汽穿透的隔壓裝置。

背景技術

溴化鋰吸收式熱泵或吸收式制冷機被廣泛應用于供暖系統以及各類工業過程當中，機組運行的穩定性以及良好性能是機組設計研發的關鍵。機組運行在真空環境下，機組內部存在多個腔體，工質(如溴化鋰溶液、冷劑水)將在多個腔體之間流動，腔體間一般通過U型管作為流動隔壓裝置連接，U型管既可提供工質流動通道，又可起到穩定隔絕兩個腔體壓力的作用。當高壓腔體中的工質流向低壓腔體，將在流動隔壓裝置內出現劇烈閃蒸，形成激烈的氣液兩相流動，造成管內流體平均密度大幅降低，這使得隔壓裝置(U型管)實際隔壓能力比設計值降低60％以上，當U型管兩端腔體壓差較高時，U型管液位消失，通過液封隔絕兩腔體壓力作用消失，兩個腔體的蒸汽出現穿透。尤其是當冷凝器到蒸發器的冷凝U型管出現蒸汽穿透后，將使得機組制冷量降低，COP大幅降低；因此應采用流程結構優化避免這一問題。

申請人發現，隔壓用U型管蒸汽穿透的原因是內部工質流動出現兩相流動(相變)的過程，這種真空下出現的自發的閃蒸相變產生氣液兩相流動過程在吸收式熱泵或吸收式制冷機領域首次被發現，在傳統兩相流動研究領域也很少見，因此現有研究及發明中并無可以防止U型管隔壓裝置蒸汽穿透的方法或裝置；當管內出現兩相流動時，現有所有機組根本沒有高度條件設計那么高的U型管來所需要的維持壓力差；具體來說需要約6～8m高的U型管才能維持壓差；但是這超過了所有溴化鋰吸收式熱泵或吸收式制冷機的高度。

針對這一問題，我們提出一種全新的用于防止蒸汽穿透的隔壓裝置；在溴化鋰吸收式熱泵或吸收式制冷機機組的流程中尋找合適的冷源，在不影響機組性能的前提下以各種不同的換熱方式對通過隔壓裝置(U型管)的流體進行冷卻降溫，從而避免兩相流動及蒸汽穿透問題；在維持隔壓裝置(U型管)隔壓方式的同時，僅通過的微小改變就可解決吸收機普遍存在的蒸汽穿透問題，從而可以大幅提高現有各類吸收機的制冷COP。

發明內容

針對背景技術中存在的問題，本發明提供了一種防止蒸汽穿透的隔壓裝置，其特征在于，包括：U型管進口段、U型管出口段和U型管冷卻段，其中U型管進口段、U型管冷卻段和U型管出口段順序相連，U型管進口段與高壓腔體液態冷劑水出口相連，U型管出口段與低壓腔體液態冷劑水入口相連，通過對U型管冷卻段內的流體進行冷卻換熱，從而防止隔壓裝置出現蒸汽穿透。

所述對U型管冷卻段內的流體進行冷卻換熱是將隔壓U型管冷卻段內流體的溫度降至U型管出口段出口壓力對應飽和溫度以下，確保U型管冷卻段和出口段內的流體以純液態流動。

所述對U型管冷卻段內的流體進行冷卻換熱的實現方式為：由一股低溫流體冷卻換熱或由機組內部直接換熱。

所述由一股低溫流體冷卻換熱為：在U型管冷卻段外加裝換熱器與低溫流體進行換熱，其中換熱器的熱側為U型管冷卻段，接入換熱器冷側的換熱器冷側管道內的低溫流體為機組內冷水劑罐的低溫冷劑水、機組的冷卻水或者其它可利用的冷源。

所述機組為多級溴化鋰吸收式熱泵或制冷機，各級U型管進口段和U型管出口段分別與本級冷凝器和本級蒸發器相連；同時采用低一級冷劑水罐的冷劑水作為本級換熱器的冷側流體，且最低一級冷劑水罐的冷劑水同時作為本級換熱器的冷側流體。

所述由機組內部直接換熱為：在U型管冷卻段和U型管進口段相連的位置以及U型管冷卻段和U型管出口段相連的位置分別加裝一根橫管，加裝過橫管的U型管冷卻段浸沒入機組內低溫冷劑水罐的冷劑水中；減小了U型管冷卻段的流動阻力。