吸收式制冷单元的制作方法

本发明属于溴化锂吸收式制冷机生产领域，具体涉及一种可组合扩展的小型吸收式制冷单元。

背景技术：

吸收式制冷机具有节能、环保等优点，易于使用太阳能和工业余热废热等新型能源，得到了不断的发展。小型化、家庭化将会是其付诸工业应用领域后的又一趋势。

溴化锂吸收式制冷机是以纯水为冷媒，即依靠纯水在高真空环境下蒸发吸热，而实现制冷功能的。吸热蒸发后的冷媒水蒸气被溴化锂溶液吸收、搬运、加热再生、冷凝，重新变回液态后，再次吸热蒸发，源源不断的进行制冷循环。

受纯水的物理化学性质所限，蒸发器的蒸发温度一般设置在5℃左右，这就要求蒸发器工作腔内的饱和压力必须保持在872Pa左右。这种压力对制冷机的气密性要求很高，传统的吸收式制冷机为了保证高压强的密封性能，使得壳体多数须采用很厚的钢板或者铸件制成，铜管为换热管的管壳式换热结构。相应地，制冷机的体积很大，重量很重，而且耐腐蚀的性能也比较差。因而迫切需要对制冷机的结构进行新的改进以满足更轻、更高效、更节能环保的要求。

技术实现要素：

本发明的目的为了解决以上问题，设计一种高效吸收式制冷单元，包括再生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液热交换器和溶液箱等。一个制冷单元就是一个独立完整的吸收式制冷机；同时，通过规格统一的水流接口和一体式水流管道系统，任意数量的制冷单元还能组合成大型制冷矩阵。

具体技术方案如下：

设计一种吸收式制冷单元，所述吸收式制冷单元为吸收式制冷机，每个制冷单元设有至少两组由若干水流接口组成的水流接口群，所述一组水流接 口群包括热水的入口和出口、冷水的入口和出口，以及冷却水的入口和出口。

进一步的，所述制冷单元设有至少两个组合面；各组水流接口群分布在组合面上；相邻的吸收式制冷单元通过组合面上的水流接口相互连接，使得任意数量的所述吸收式制冷单元能够通过所述水流接口彼此插接构成吸收式制冷矩阵。

进一步的，将所述制冷单元的机身设计为长方体，所述组合面为长方体的6个表面；每个组合面上设有一组水流接口群；通过所述组合面上的水流接口连接相邻的吸收式制冷单元，构成所述的吸收式制冷矩阵。

进一步的，将相邻制冷单元的组合面设计为相互紧密贴合以连接组成所述单元组合式制冷矩阵。

进一步的，所述6个组合面上水流接口的位置分布方式为：上下组合面的水流接口相互镜像对称；左右组合面的水流接口相互镜像对称，前后组合面的水流接口相互镜像对称。

进一步的，所述吸收式制冷单元具有水流接口、水流管道系统；再生器、吸收器、冷凝器、蒸发器和溶液热交换器；以及溶液箱。

进一步的，所述水流接口结构相同，是标准水流接口；所述水流接口包括插座与插头；所述插头端部设有倒勾和O型密封圈；所述倒勾插入并卡合在所述插座的内壁，所述O型密封圈垫设在所述插头与插座之间，用于达到密封的目的。

进一步的，所述水流管道系统包括一体式水流管道系统，设置在制冷单元壳体内，与制冷单元壳体形成一个整体；将不同组合面上相应的水流接口相互导通，并与所述吸收式制冷单元内部的换热器管程相连接，使得所述吸收式制冷单元从任何一个组合面均可同时或分别引入引出热水、冷水和冷却水。

进一步的，所述水流接口与所述一体式水流管道系统相互连接，共同构成所述吸收式制冷单元的水流通道，其中热水流入通道：从四个组合面上的任一热水入口接入，通过一体式热水入水管道，连接到所述再生器的管程的入口；

热水流出通道：从所述再生器的管程的出口流出，通过一体式热水出水 管道，连接到四个组合面上的任一热水出口；

冷水流入通道：从四个组合面上的任一冷水入口接入，通过一体式冷水入水管道，连接到所述蒸发器换热器的管程的入口；

冷水流出通道：从所述蒸发器的管程的出口流出，通过一体式冷水出水管道，连接到四个组合面上的任一冷水出口；

冷却水流入通道：从四个组合面上的任一冷却水入口接入，通过一体式冷却水入水管道，连接到所述吸收器及冷凝器的管程的入口；

冷却水流出通道：从所述吸收器及冷凝器的管程的出口流出，通过一体式冷却水入水管道，连接到四个组合面上的任一冷却水出口；

使得所述吸收式制冷单元的四个组合面中，任何一个组合面均可单独或者同时接入和引出热水、冷水和冷却水。

进一步的，所述再生器、吸收器、冷凝器和蒸发器为管壳式换热器；包括由制冷单元机身壳体构成的壳程，以及由在壳体内紧密排列的换热管所构成的管程。其中，所述再生器和冷凝器位于制冷单元机身腔体的上部；所述再生器用于将溴化锂溶液中所吸收的冷媒水加热蒸发，获得冷媒蒸汽；蒸发过程所吸收的热量由管程的热水提供；所述冷凝器用于将再生器中获得的冷媒蒸汽冷却凝结成冷媒水，冷媒水经过节流后流动到所述蒸发器壳程。

进一步的，所述蒸发器和吸收器位于制冷单元机身腔体的下部，称为浅槽式蒸发机构。其中：所述蒸发器通过壳程冷媒水的蒸发吸热，使管程的冷水降温；所述吸收器用于将蒸发器壳程产生的冷媒蒸气吸收到溴化锂溶液中，吸收过程中放出的热由管程的冷却水带走。

进一步的，针对于浅槽式蒸发机构：在上下两层换热管之间，设置导流槽；所述导流槽的槽底设有若干长方形的泄流孔，相邻两层导流槽上的泄流孔在竖直方向相互错开；通过所述泄流孔将壳程的流体均匀的分散到下方的换热管表面。所述换热管与导流槽结合处采用自锁式密封结构，导流槽两端开有内小外大的锥形孔，换热管安装于锥形孔内并从外端套上O型密封圈，当导流槽内部被抽为真空时，在锥形孔和O型密封圈的共同作用下，利用导流槽内外侧所产生的压差而自锁，从而保证了制冷单元的高真空密封要求。

进一步的，所述溶液热交换器为板式换热器，设置在所述吸收式制冷单 元机身侧壁内陷区域内，在内壁分布有织纹状凸条的换热壁板以一定的间隔等距设置，用于支撑换热壁板以承受真空压力，并形成冷热流体的流动通道，使流过凸条的流体产生紊流以提高传热系数，有利于吸收式制冷单元内的低温稀溶液与高温浓溶液进行热交换。

进一步的，所述溶液箱，设置在蒸发器及吸收器的下部，用于回收所述吸收器中产生的溴化锂稀溶液，并为所述再生器提供所需要的溴化锂稀溶液。

进一步的，所述吸收式制冷单元机身壳体，所述水流接口，所述一体式水流管道系统，所述管壳式换热器的壳体，以及所述溶液箱为工程塑料制作；

所述换热管及所述换热壁板由不锈钢材料制作；

所述吸收式制冷单元的工质采用溴化锂溶液。

提供一种吸收式制冷矩阵，包括前文所述的吸收式制冷单元。

本发明的有益效果在于：

所设计的制冷单元本身是一个独立完整的吸收式制冷机。其采用精密注塑工艺，采用工程塑料和不锈钢作为主要材料，集成度高，防腐蚀性能好，气密性和液密性好，从根本上避免了不凝气体产生的影响，制冷单元的运行可靠性增加，同时节能环保，安装方便、免维护。

所述制冷单元采用精密注塑工艺，提高部件的集成度，从而大幅度缩小制冷单元的体积和重量，分别为相同容量下传统吸收式制冷机的十分之一。

所述制冷单元可通过积木式组合，构成容量可变的大型制冷矩阵，能够大大提高生产效率、降低制造成本和生产周期。

附图说明

图1是本发明的吸收式制冷单元立体结构示意图；

图2是本发明吸收式制冷单元装配爆炸示意图；

图3A是本发明的管壳式换热器的立体结构示意图；

图3B是本发明的管壳式换热器横截面结构示意图；

图3C是本发明的管壳式换热器的立体结构爆炸图；

图3D是本发明的管壳式换热器的立体结构爆炸图；

图4A是本发明的板式溶液热交换器立体安装结构示意图；

图4B是本发明的板式溶液热交换器拆除了部分部件后裸露的换热壁板结构示意图；

图5是本发明一个实施例即六个吸收式制冷单元的直接拼接结构示意图。

其中，部分部件的标记如下：

吸收式制冷单元；

上组合面 110；

下组合面 130；

左组合面 120；

右组合面 140；

热水入口 111、121；

热水出口 112、122；

冷水入口 113、123；

冷水出口 114、124；

冷却水入口 115、125；

冷却水出口 116、126；

板式溶液热交换器 135；

再生器 201；

冷凝器 202；

吸收器 203；

蒸发器 204；

热水进水管道 211、221；

热水出水管道 212、222；

冷水进入管道 213、223；

冷水出水管道 214、224；

冷却水进水管道 215、225；

冷却水出水管道 216、226；

溶液泵 231；

溶液箱 232；

换热器 300；

换热管 310；

导流槽 321、322、323；

O型密封圈 330

泄流孔 340；

溶液储液箱 410；

溶液热交换器 405；

换热壁板 420；

稀溶液通道 412；

浓溶液通道 414；

浓溶液入口 406；

稀溶液入口 401；

稀溶液出口 408；

浓溶液出口 402；

溶液泵 403；

浓溶液前往吸收器壳程的通道 404；

稀溶液前往再生器的通道 409；

凸条 422；

制冷矩阵 500

制冷单元 501、502、503、504、505、506；

制冷矩阵热水入口 511；

制冷矩阵热水出口 512；

制冷矩阵冷水入口 513；

制冷矩阵冷水出口 514；

制冷矩阵冷却水入口 515；

制冷矩阵冷却水出口 516。

具体实施方式

附图构成本说明书的一部分；下面将参考附图对本发明的各种具体实施方式进行描述。应能理解的是，为了方便说明，本发明使用了表示方向的术语，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等来描述本发明的各种示例结构部分和元件，但这些方向术语仅仅是依据附图中所显示的示例方位来确定的。由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制。在可能的情况下，本发明中使用的相同或者相类似的附图标记，指的是相同的部件。

如图1所示为本发明的溴化锂吸收式制冷单元，其外形为长方体，作为一个实施例，该吸收式制冷单元制冷功率为4RT(约14kW)，主机体积只有840×400×200(mm³)，不足0.1立方米，采用精密注塑工艺加工而成。内部设有再生器、蒸发器、吸收器、冷凝器等热交换部件。

所述吸收式制冷单元以溴化锂溶液+冷媒水为工质对，依靠冷媒水在高真空环境下蒸发吸热实现制冷。冷媒水吸热后蒸发变成冷媒蒸气。冷媒蒸气不再具有相变吸热能力，因此，要被溴化锂溶液吸收，然后再与溴化锂溶液一起加热再生，产生冷媒蒸气，冷媒蒸气被冷凝而重新变回液态冷媒水，从而再次吸热蒸发。冷媒水吸热蒸发—吸收—再生—冷凝—再吸热蒸发，如此源源不断进行制冷循环。其中冷水、热水和冷却水在蒸发器、再生器、吸收器、冷凝器各个部件之间进行热交换以完成制冷流程。制冷单元分别通过热水、冷却水和冷水管道从外界获得能量，并向外界释放热量和向外界供给冷量。

如图1所示的溴化锂吸收式制冷单元还具有独立的热水、冷水、冷却水管道系统、溶液热交换及循环系统，从而构成一台独立完整的制冷机。单独安装运行时，其制冷功率称为单元功率。同时，制冷单元又具备通过组合而构成大型制冷矩阵的能力，使总功率成为组合单元功率的总和，如图5及后 文所示。

为适应这种组合，本发明在吸收式制冷单元的四个组合面：上组合面110、左组合面120、下组合面130和右组合面140上分别设置有一组水流接口群：热水入口、热水出口、冷水入口、冷水出口、冷却水出口和冷却水入口。以图1能看见的上组合面110和右组合面140为例：在上组合面110上分别设有热水入口111、热水出口112、冷水入口113、冷水出口114、冷却水入口115和冷却水出口116；右侧表面140分别设有热水入口121、热水出口122、冷水入口123、冷水出口124、冷却水入口125和冷却水出口126。事实上，在与上侧面110相对的下侧面130设有与上侧面110呈镜像对称的6个相同的水流接口，在与右侧面相对的左组合面120(背面)设有与右组合面140呈镜像对称的6个相同的水流接口。这种上下左右相对称的设计，使得当两个吸收式制冷单元在上下组合或是左右组合时，相应的水流接口能对准并连接成一个整体。

事实上，长方体的制冷单元6个面中至少有2个面可以设置成组合面，每个组合面设置有一组接口群，用于与相邻的制冷单元(或外界能量媒介)相连接。每组接口群包括有6个水流接口，实际使用中，根据实际情况，用其中4个水流接口或其他个数的水流接口作为一个接口群设置在一个组合面上亦可。

图2是本发明吸收式制冷单元装配爆炸示意图。

在图2中，吸收式制冷单元的上侧面110内暗设有壳体壁板相互配合形成的多条水流管道；分别为热水进水管道211、热水出水管道212、冷水进水管道213、冷水出水管道214、冷却水进水管道215和冷却水出水管道216，且分别与热水入口111、热水出口112、冷水入口113、冷水出口114、冷却水入口115和冷却水出口116相连接。

同理，在图2中，吸收式制冷单元的右组合面140内暗设有壳体壁板相互配合形成的多条水流管道；分别为热水进水管道221、热水出水管道222、冷水进入管道223、冷水出水管道224、冷却水进水管道225和冷却水出水管道226，且分别与热水入口121、热水出口122、冷水入口123、冷水出口124、 冷却水入口125和冷却水出口126相连接。

通过水流管道将各个组合面上的水流出入口相互连通，使得吸收式制冷单元从任何一个组合面均可同时或分别引入引出热水、冷水和冷却水。每个组合面上的水流接口与机身的水流管道一起，构成了一个水流通道上的四通接头。

制冷单元通过四个组合面上的水流接口与外界的热源、冷源、冷却水源或相邻的吸收式制冷单元相连通而进行水流的供给或引出，并将热水、冷水和冷却水与吸收式制冷单元内部的各自换热器的管程相连：热水的四个热水入口111、121等通过四个壁板内置的热水进水槽道211、221等所构成的进水管道与再生器的入口相连，为制冷单元提供热能；冷水的四个冷水入口113、213等通过冷水进水槽道213、223等所构成的进水管道与蒸发器的入口相连；冷却水的四个冷却水入口115、125等通过冷却水进水槽道215、225等所构成的进水管道与冷凝器及吸收器的入口相连；同理，四个组合面上的各个出水端口通过四壁内置的与之相连的出水管道与各自换热器的出口相连，形成完整的供流管道系统。

图3A是本发明的管壳式换热器300的立体结构示意图。

换热器300是制冷单元内再生器、吸收器、冷凝器等热交换部件的关键结构。

如图3A所示，以再生器为例，换热器300由多排换热管310并排一层层叠加在一起而构成的热交换部件，图3A中呈现了2排换热管310，其他各层结构与之相同，依次叠加。换热管310内部流通有热水、或冷水、或冷却水，用于对换热管外流过的冷溶液、或冷媒水、或热溶液进行加热或降温，两种不同温度的流体通过换热管310管壁进行热交换。

如图3D所示，换热管310与导流槽321结合处采用自锁式密封结构。导流槽两端开有内小外大的锥形孔，换热管安装于锥形孔内并从外端套上O型密封圈330。当导流槽内部被抽为真空时，在锥形孔和O型密封圈330的共同作用下，利用导流槽内外侧所产生的压差而自锁，从而保证了制冷单元的 高真空密封要求。

图3B为两排换热管310的横截面结构示意图，作为一个实施例，本发明的换热管束中、相邻两根换热管310在水平方向的圆心距离为4mm，在垂直方向的圆心距离为7mm。换热管都采用相同的管径，为3mm，这种极细的换热管和紧凑的排列结构，使得在单位体积上取得极高的传热面积，提高热交换的效率。

图3C是图3A所示的管壳式换热器的爆炸结构图；

结合图3A所示，在再生器、吸收器、冷凝器的换热器300每层换热管之间设置各层导流槽322和323，导流槽不仅起到导流的作用，还可支撑上部换热管310。溶液从导流槽上流过时与换热管接触，流程越长，换热接触的时间越长，热交换的效果越好。

在顶层换热管之上设有溶液分配器321，其上设有若干泄流孔340，泄流孔340可以将溶液分配器321上流过的溶液分散到下方的第二排导流槽322上的换热管表面。

以溶液分配器321和两导流槽(322、323)导流结构为例描述稀溶液经溶液分配器321和第一层导流槽322导流后的流动路线。

溶液分配器321上的泄流孔340与导流槽322、323上的泄流孔，在竖直方向上相互错开，泄流孔与导流槽相配合可以使得溶液在重力作用下，如图3C中水滴的流动路径所示，按“之”字型流动，用于延长溶液与换热管的热交换时间，确保冷媒水有足够的时间换热再生。这种结构迫使溶液在导流槽322、323中不断改向，局部的紊流可强化溶液与换热管之间的对流传热系数。

本发明的制冷单元中，再生器、吸收器、冷凝器及蒸发器具有相同或相似的结构。

图4A是本发明的板式溶液热交换器立体安装结构示意图；

结合前图1所示，板式溶液热交换器135设置在制冷单元右侧面矩形区域140的内部，与制冷单元构成一体；

溶液箱410大致为方形，与制冷单元机体下部的内部结构相配合。溶液箱410根据制冷单元下部内腔的空闲位置灵活造型，使整个溶液箱410完全 匹配的镶嵌在制冷单元内，充分利用制冷单元机身内的空闲空间，使其体积更加紧凑。

图4B是本发明的板式溶液热交换器拆除了部分部件后裸露的换热壁板结构示意图；

如图4B所示，板式溶液热交换器本体405，其内部用多块换热壁板420均匀隔开，形成冷热溶液流通的通道：即相互隔开的稀溶液通道和浓溶液通道。低温的稀溶液和高温的浓溶液同时与换热壁板420接触，换热壁板420即成为低温的稀溶液和高温的浓溶液热交换的媒介。溶液热交换器本体405的四个角上还分别设有溶液通道的出入口，分别是：左上角的浓溶液入口406、左下角的浓溶液出口402、右下角的稀溶液入口401、左上角的稀溶液出口408。

图4B中还可以看到溶液泵403、浓溶液前往吸收器壳程的通道404、稀溶液前往再生器的通道409和浓溶液在再生器壳程的出口414。溶液泵403用于给溶液热交换器135内流动的稀溶液提供动力，将其从右下角的稀溶液入口401泵送到左上角的稀溶液出口408，并通过连接管412及409输送到再生器的溶液分配器中(图上未画出)。

如图4B所示，换热壁板420为不锈钢板经冷压工艺冲压而成，在板表面上冲压形成有密集分布、纵横相间的凸条422，这种织纹状的凸条422用于支撑换热壁板420所受到的真空所产生的压力，同时使流过凸条422的流体产生紊流，以提高换热系数。

图5是本发明一个实施例即六个吸收式制冷单元的直接拼接结构示意图；

如图5所示，6个制冷单元501、502、503、504、505、506以3×2的方式叠加组合在一起形成一个制冷矩阵。6个制冷单元501、502、503、504、505、506各自相邻组合面上的水流接口连接在一起，例如：各个制冷单元的热水入口都与相邻制冷单元的热水水流入口连接在一起；从热水源(例如锅炉、太阳能热水器)等供给的热水通过制冷单元501的热水入口511接入，然后通过每个制冷单元内的热水管道向各自制冷单元的再生器输入热水，热水经过制冷矩阵的各个再生器换热后，再通过各自制冷单元的热水出水管道 流出，最后制冷矩阵的热水从制冷单元503的出入端口512回到热水源。同理，从冷负荷来的冷水通过制冷单元501的冷水入口513输入制冷矩阵的蒸发器，被蒸发器中的冷媒水吸热降温后、再从制冷单元503的冷水出口514回到冷负荷。从冷却塔来的冷却水通过制冷单元501的冷却水入口515输入制冷矩阵的冷凝器和吸收器，吸收了冷凝器/吸收器放出的热量后，冷却水从制冷单元503的冷却水出水口516回到冷却塔。相邻制冷单元的组合面紧密贴合。

如此，6个制冷单元组合在一起形成一个同时工作的整体，所组合成的制冷矩阵的制冷功率为6×4RT(约84kW)，为基本单元功率的6倍，通过矩阵式组合，实现制冷功率倍增式扩展。

此外，图5中，若矩阵中任何一个制冷单元因故障停机时，不影响整个矩阵的工作。制冷矩阵中其它单元仍能以一个整体进行制冷运行，只是制冷功率有所降低。

本发明的标准制冷单元采用新型的耐高热、耐腐蚀的工程塑料作为机身材料，采取整体注塑工艺。制冷单元中内嵌的水流管道、溴化锂溶液管道及溶液储液箱等均为精密注塑成型。制冷单元的换热管采用不锈钢管，换热器采用紧凑型管壳换热器；溶液热交换器采用板式换热器；各换热器位于机身内部，与机身构成一体。

尽管参考附图中出示的具体实施方式将对本发明进行描述，但是应当理解，在不背离本发明教导的精神、范围和背景下，本发明的吸收式制冷单元可以有许多变化形式，例如改变设置水流接口的接触面、改变每个面上水流接口的布局位置，等等。本领域技术内普通技术人员还将意识到有不同的方式来改变本发明所公开的实施例中的参数、尺寸，但这均落入本发明和权利要求的精神和范围内。