專利名稱：微細(xì)顆粒強(qiáng)化氨水吸收式制冷溶液循環(huán)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用在吸收式溶液循環(huán)過程中加入細(xì)微顆粒和分散劑的氨水吸收式制冷循環(huán)，在系統(tǒng)溶液循環(huán)中，利用某些細(xì)微顆粒在濃溶液發(fā)生過程和在稀溶液吸收過程中的擾動(dòng)，增強(qiáng)傳熱傳質(zhì)的特性，強(qiáng)化系統(tǒng)發(fā)生器和吸收器傳熱傳質(zhì)效率，減小設(shè)備體積，對(duì)于氨水吸收式制冷設(shè)備的小型高效化應(yīng)用具有重要意義。
背景技術(shù)：
近年來，由于能源危機(jī)及世界環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，自然工質(zhì)制冷劑重新受到人們的重視。氨作為一種重要的自然工質(zhì)制冷劑，在制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)吸收式制冷系統(tǒng)具有可利用低品位余熱資源(如低壓蒸汽、熱水以及其它如太陽能、廢熱、廢氣等)、系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，在制冷空調(diào)系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用前景。但是氨水吸收式制冷系統(tǒng)的設(shè)備多、體積大，鋼材消耗量大，制冷循環(huán)的性能系數(shù)較低，應(yīng)用受到了一定的限制。因此提高系統(tǒng)的吸收和發(fā)生的傳熱傳質(zhì)的效率，減少設(shè)備尺寸，是其研究和應(yīng)用的關(guān)鍵問題所在。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題為了提高氨水吸收式制冷系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)效率，減小吸收器和發(fā)生器等裝置的設(shè)備體積，本發(fā)明根據(jù)固體顆粒增強(qiáng)氣液傳質(zhì)的機(jī)理，提出了在氨水吸收式制冷系統(tǒng)的溶液循環(huán)回路中加入某種細(xì)微顆粒及分散劑方法，使氨水溶液循環(huán)回路中的發(fā)生過程與吸收過程的溶液構(gòu)成液固兩相，細(xì)微固體顆粒增強(qiáng)了發(fā)生與吸收過程的內(nèi)部擾動(dòng)，強(qiáng)化了發(fā)生過程與吸收過程的熱質(zhì)傳遞，減少設(shè)備體積。技術(shù)方案本發(fā)明在氨水吸收式制冷溶液循環(huán)回路系統(tǒng)中加入活性炭細(xì)微顆粒， 使的氨水吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)性能系數(shù)有所提高。一種微細(xì)顆粒強(qiáng)化氨水吸收式制冷溶液循環(huán)的方法，在氨水吸收式制冷溶液循環(huán)回路的作為冷卻劑的氨水中加入納米級(jí)細(xì)微顆粒，來提高氨水吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)性能系數(shù)；加入的細(xì)微顆粒只參與溶液循環(huán)過程，而不參與制冷劑循環(huán)過程；所述細(xì)微顆粒包括活性炭粉或金屬氧化物顆粒。所述金屬氧化物顆粒是Al2O3顆粒、Fe2O3顆?；騍^e2O4顆粒。氨水中還加入分散劑辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚0P-10或十二烷基苯磺酸鈉SDBS， 分散劑的種類與加入的納米級(jí)細(xì)微顆粒種類對(duì)應(yīng)，具體如下活性炭粉對(duì)應(yīng)0P-10 ；金屬氧化物顆粒對(duì)應(yīng)SDBS。所述細(xì)微顆粒的粒徑20nm 30nm;細(xì)微顆粒的添加量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1 % 0. 25%，即每100克氨水中的微細(xì)納米顆粒質(zhì)量。對(duì)于加入所述細(xì)微顆粒和相應(yīng)分散劑的氨水，先采用磁力攪拌儀進(jìn)行剪切攪拌， 再利用超聲水浴強(qiáng)空化作用，使細(xì)微顆粒穩(wěn)定分散。應(yīng)用本方法的循環(huán)系統(tǒng)包括吸收器、溶液泵、精餾塔、發(fā)生器、蒸發(fā)器、冷凝器、節(jié)流閥，加入細(xì)微顆粒使氨水溶液循環(huán)回路中的發(fā)生過程與吸收過程的溶液構(gòu)成液固兩相混合物。本方法可以應(yīng)用在單級(jí)、雙級(jí)等其他循環(huán)形式的氨水吸收式制冷循環(huán)中。以單級(jí)氨水吸收式制冷循環(huán)為例，加入細(xì)微顆粒的氨水稀溶液在吸收器中由于細(xì)微顆粒的作用， 強(qiáng)化吸收來自蒸發(fā)器蒸發(fā)的制冷劑氨氣，形成帶有細(xì)微顆粒的濃溶液。該混合濃溶液經(jīng)過溶液泵、溶液交換器進(jìn)入發(fā)生器，在發(fā)生器由于細(xì)微顆粒的作用強(qiáng)化沸騰發(fā)生，得到的制冷劑氨氣進(jìn)入精餾塔精餾，精餾后的氨氣進(jìn)入制冷系統(tǒng)冷凝器冷凝。同時(shí)發(fā)生器后含有細(xì)微顆粒的稀溶液氨水經(jīng)過膨脹閥降壓后進(jìn)入吸收器。研究表明，隨著顆粒粒徑減小，在吸收器中氣液吸收增強(qiáng)作用顯著增加。為了將細(xì)微顆粒穩(wěn)定分散于氨水中，選用無毒性、無腐蝕性和不易揮發(fā)的表面活性劑辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚0P-10或十二烷基苯磺酸鈉SDBS作為分散劑，具體配置方法為以當(dāng)氨水濃度為10%時(shí)為例，1,0. 25%活性炭(粒徑20nm) +0. 8% 0P-10，超聲時(shí)間為2小時(shí)。2,0. 2% Al2O3(粒徑 20nm) +0. 2SDBS，超聲時(shí)間為 30 分鐘。3,0. 1% ZnFe2O4(粒徑 30nm)+l. 5% SDBS，超聲時(shí)間為 30 分鐘。4,0. 2% Fe2O3(粒徑 30nm)+l. 5% SDBS，超聲時(shí)間為 30 分鐘。對(duì)于加入所述細(xì)微顆粒和相應(yīng)分散劑的氨水(例如氨水質(zhì)量濃度10% )，先采用磁力攪拌儀(可選功率90W)進(jìn)行剪切攪拌，再利用超聲水浴(可選頻率45kHz)強(qiáng)空化作用，使細(xì)微顆粒穩(wěn)定分散。本發(fā)明在氨水吸收式制冷溶液循環(huán)回路中加入細(xì)微顆粒和活性劑，在系統(tǒng)溶液循環(huán)回路中，利用某些細(xì)微顆粒在濃溶液發(fā)生過程中和在稀溶液吸收過程中的擾動(dòng)，增強(qiáng)傳熱傳質(zhì)的特性，強(qiáng)化系統(tǒng)發(fā)生器和吸收器傳熱傳質(zhì)效率，減小設(shè)備體積，對(duì)于氨水吸收式制冷設(shè)備的小型高效化應(yīng)用具有重要意義。本技術(shù)方案利用細(xì)微顆粒在濃氨水溶液降膜發(fā)生過程中和稀氨水溶液在降膜吸收或鼓泡吸收過程中的無規(guī)則的擾動(dòng)，以及納米顆粒和表面活性劑對(duì)溶液物性的影響(強(qiáng)化導(dǎo)熱系數(shù)、減小表面張力等)來強(qiáng)化濃氨水溶液在降膜發(fā)生過程和稀氨水溶液在降膜吸收或鼓泡吸收過程的傳熱傳質(zhì)效率，從而提高氨水吸收式制冷系統(tǒng)整體效率。采用低濃度納米顆粒重量份數(shù)和表面活性劑，以便納米顆粒的穩(wěn)定分散而且不至于增加流體的粘度。有益效果本發(fā)明的有益效果是通過加入細(xì)微顆粒，可以加強(qiáng)吸收器和發(fā)生器的傳熱傳質(zhì)效率，減小換熱設(shè)備體積。實(shí)驗(yàn)表明以上配置方法配置的的活性炭粉，以及金屬氧化物細(xì)微顆粒流體不僅能穩(wěn)定分散，而且均能提高氨水降膜吸收速率，提高效率為 30%-70%之間。光吸收器就能減少尺寸達(dá)到30%以上。在降膜發(fā)生器過程中，由于納米流體傳熱傳質(zhì)速率的強(qiáng)化，同樣能強(qiáng)化發(fā)生效果。研究表明，某些細(xì)微顆粒的吸附作用甚至可以強(qiáng)化精餾效果，提高的系統(tǒng)的COP。因此本發(fā)明對(duì)氨水吸收式制冷系統(tǒng)的應(yīng)用具有重要
眉、ο


圖1是本發(fā)明加入細(xì)微顆粒的氨水吸收式制冷系統(tǒng)示意圖。其中吸收器1，溶液泵2，溶液熱交換器3，精餾塔4，發(fā)生器5，第一節(jié)流閥6，第一節(jié)流閥8，冷凝器7，蒸發(fā)器9。吸收器溶液輸入端la，吸收器溶液輸出端lb，吸收器冷卻水進(jìn)口 lc，吸收器冷卻水進(jìn)口 ld，吸收器制冷劑氣體輸入端le，溶液泵輸入端加，溶液泵輸出端2b，溶液熱交換器濃溶液輸入端3a，溶液熱交換器濃溶液輸出端:3b，溶液熱交換器稀溶液輸入端3c，溶液熱交換器濃溶液輸出端3d，精餾塔溶液輸入端4a，精餾塔制冷劑輸出端4b，發(fā)生器溶液輸出端5a，發(fā)生器加熱介質(zhì)輸入端恥，發(fā)生器加熱介質(zhì)輸出端5c，第一節(jié)流閥6輸入端6a，第一節(jié)流閥6輸出端6b，冷凝器制冷劑輸入端7a，冷凝器制冷劑輸出端7b，冷凝器冷卻水輸入端 7c，冷凝器冷卻水輸出端7d，第二節(jié)流閥8輸入端8a，第二節(jié)流閥8輸出端8b，蒸發(fā)器制冷劑輸入端9a，蒸發(fā)器制冷劑輸出端％，蒸發(fā)器載冷劑輸入端9c，蒸發(fā)器載冷劑輸出端9d。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種采用在吸收式溶液循環(huán)回路中加入細(xì)微顆粒的氨水吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)。加入細(xì)微顆粒的氨水稀溶液在吸收器中由于細(xì)微顆粒的作用，強(qiáng)化吸收蒸發(fā)器蒸發(fā)的制冷劑氨氣，形成帶有細(xì)微顆粒的濃溶液，吸收放出的熱量由冷卻水帶走；含有細(xì)微顆粒的混合濃溶液經(jīng)過溶液泵升壓，溶液交換器換熱最后進(jìn)入發(fā)生器；濃溶液在發(fā)生器中由于細(xì)微顆粒的作用強(qiáng)化沸騰發(fā)生，含有水蒸氣的制冷劑氨氣進(jìn)入精餾塔精餾，得到高純濃度氨氣；該高純濃度氨氣進(jìn)入冷凝器中，冷凝放出的熱量由冷卻水帶走；液氨經(jīng)過節(jié)流閥降壓最后進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)，吸收載冷劑的熱量，使載冷劑溫度降低；在溶液循環(huán)回路中，發(fā)生器底部留下的含有細(xì)微顆粒的氨水稀溶液經(jīng)過溶液熱交換器，再經(jīng)節(jié)流閥降壓后進(jìn)入吸收器。本例應(yīng)用的裝置如圖1所示，細(xì)微顆粒只在溶液循環(huán)回路中隨溶液流動(dòng)，而不參與制冷劑循環(huán)過程。溶液循環(huán)回路為吸收器1的濃溶液輸出端Ib通過溶液管路與溶液升壓泵2的輸入端加相連，溶液升壓泵2的輸出端2b與溶液熱交換器3的濃溶液輸入端3a 相連，溶液熱交換器3的濃溶液輸出端北與精餾塔4的溶液輸入端如相連，發(fā)生器5和精餾塔4是一個(gè)整體的兩個(gè)部分，發(fā)生器4的稀溶液輸出端fe和溶液熱交換器3的稀溶液輸入端3c相連，溶液熱交換器3的稀溶液輸出端3d與第一節(jié)流閥6的輸入端6a相連，第一節(jié)流閥6的輸出端6b與吸收器1的溶液輸入端Ia相連。制冷循環(huán)與普通單極氨水吸收制冷沒有變化，具體為精餾塔制冷劑輸出端4b與冷凝器7的制冷劑輸入端7a相連，冷凝器7的制冷劑輸出端7b和第二節(jié)流閥8的輸入端 8a相連，第二節(jié)流閥8的輸出端8b與蒸發(fā)器9的制冷劑輸入端9a相連，蒸發(fā)器9的制冷劑輸出端9b與吸收器1的制冷劑輸入端Ie相連。本例中，為了將細(xì)微顆粒穩(wěn)定分散于氨水中，選用無毒性、無腐蝕性和不易揮發(fā)的表面活性劑辛基苯酚聚氧乙烯(10)醚0P-10或十二烷基苯磺酸鈉SDBS作為分散劑，具體配置方法為當(dāng)氨水質(zhì)量濃度為10%時(shí)，選用下述任一方案1)0. 25%活性炭(粒徑20nm) +0. 8% 0P-10，超聲時(shí)間為2小時(shí)。2)0. 2% Al2O3(粒徑 20nm) +0. 2SDBS，超聲時(shí)間為 30 分鐘。3)0. 1% ZnFe2O4(粒徑 30nm)+l. 5% SDBS，超聲時(shí)間為 30 分鐘。4)0. 2% Fe2O3(粒徑 30nm)+l. 5% SDBS，超聲時(shí)間為 30 分鐘。上述4條中，百分比是指氨水的質(zhì)量濃度，就方案1)來說S卩100克10%氨水中含有0. 25克微細(xì)納米顆粒和0. 8克分散劑。 本例中，氨水質(zhì)量濃度為10%，對(duì)于其它濃度的氨水，同樣適用本方法，再次不一一加以限制。
權(quán)利要求
1.一種微細(xì)顆粒強(qiáng)化氨水吸收式制冷溶液循環(huán)的方法，其特征是在氨水吸收式制冷溶液循環(huán)回路的作為冷卻劑的氨水中加入納米級(jí)細(xì)微顆粒，來提高氨水吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)性能系數(shù)；加入的細(xì)微顆粒只參與溶液循環(huán)過程，而不參與制冷劑循環(huán)過程；所述細(xì)微顆粒包括活性炭粉或金屬氧化物顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述金屬氧化物顆粒是Al2O3顆粒、Fe2O3顆粒或S^e2O4顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是氨水中還加入分散劑辛基苯酚聚氧乙烯 (10)醚0P-10或十二烷基苯磺酸鈉SDBS，分散劑的種類與加入的納米級(jí)細(xì)微顆粒種類對(duì)應(yīng)，具體如下活性炭粉對(duì)應(yīng)0P-10 ；金屬氧化物顆粒對(duì)應(yīng)SDBS。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述細(xì)微顆粒的粒徑20nm 30nm；細(xì)微顆粒的添加量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 0. 25%，即每100克氨水中的微細(xì)納米顆粒質(zhì)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是對(duì)于加入所述細(xì)微顆粒和相應(yīng)分散劑的氨水，先采用磁力攪拌儀進(jìn)行剪切攪拌，再利用超聲水浴強(qiáng)空化作用，使細(xì)微顆粒穩(wěn)定分散。
全文摘要
一種微細(xì)顆粒強(qiáng)化氨水吸收式制冷溶液循環(huán)的方法，其特征是在氨水吸收式制冷溶液循環(huán)回路的作為冷卻劑的氨水中加入納米級(jí)細(xì)微顆粒，來提高氨水吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)性能系數(shù)；加入的細(xì)微顆粒只參與溶液循環(huán)過程，而不參與制冷劑循環(huán)過程；所述細(xì)微顆粒包括活性炭粉或金屬氧化物顆粒。本發(fā)明在氨水吸收式制冷系統(tǒng)溶液循環(huán)回路中加入某種細(xì)微顆粒后，可以增強(qiáng)系統(tǒng)發(fā)生器和吸收器中的傳熱傳質(zhì)效率，提高系統(tǒng)整體性能，減少設(shè)備尺寸，給氨水吸收式制冷機(jī)小型高效化的研究與運(yùn)用注入活力。
文檔編號(hào)F25B15/04GK102353174SQ201110269080
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者李彥軍, 杜塏, 楊柳, 蔡星辰 申請(qǐng)人:東南大學(xué)