CN1527012A - 船用余热驱动物理吸附式制冰机 - Google Patents

Abstract

一种船用余热驱动物理吸附式制冰机，属于制冷装置技术类领域。本发明包括：两个吸附床、烟气/水换热器、蓄热水箱、冷凝器、储液罐、片冰机、水泵、磁力泵、进水阀组与回水阀组、真空电磁阀。烟气/水换热器通过管路与蓄热水箱相通并供热，蓄热水箱或冷源海水通过进水阀组与回水阀组与吸附床相连，同时冷源海水引出并联回路连通冷凝器，吸附床通过真空电磁阀与冷凝器或储液罐相连，冷凝器通过节流阀与储液罐相连，两个吸附床还通过回热水阀相连，片冰机通过磁力泵与储液罐相连。本发明适用于中小型渔船的制冷保鲜装置能够较好地解决拖网渔船第一线保鲜问题，同时它既节省能源、提高能源利用率，又利于环保的有效途径。

Description

船用余热驱动物理吸附式制冰机

技术领域

本发明涉及一种吸附式制冰机，尤其涉及一种应用于渔船柴油机等余热驱动的船用余热驱动物理吸附式制冰机，属于制冷装置领域。

背景技术

随着近海渔业资源不断减少，中小型渔船作业范围逐渐向外海延伸，渔获物的保鲜便成为突出问题。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。

经文献检索发现，西安交通大学朱瑞琪等(”Experimental investigation on anadsorption system for producing chilled water，”Int.J.Refrig.，1992，15(1)，31-34.(吸附式冷冻水系统的实验研究，国际制冷学报)曾提出了渔船保鲜用吸附式冷冻水系统，采用沸石-水作为吸附工质对，拟定出回收渔船上柴油机排气余热用于渔产品保鲜的吸附制冷系统方案。研制样机的制冷功率仅为0.33kW。并且以水为制冷剂不能用来制冰，保鲜鱼品的冷冻范围受到限制。此外，以氨作制冷剂的化学吸附式制冷机在船上运行时将受到严格限制，特别是氨在其高压系统内的泄漏，将对船上轮机人员的操作环境造成严重破坏，同时它的气味、毒性和腐蚀性也会影响货物质量和人身安全。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，避开以氨作制冷剂的化学吸附，提供一种船用余热驱动物理吸附式制冰机，它依据吸附式制冷原理，直接利用柴油机尾气余热和以海水为冷源驱动吸附式制冰机，从而实现连续、稳定地冰屑输出。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：两个吸附床、烟气/水换热器、蓄热水箱、冷凝器、储液罐、片冰机、水泵、磁力泵、水阀、真空阀。烟气/水换热器通过管路与蓄热水箱相通并供热，蓄热水箱或冷源海水通过进水阀组与回水阀组与吸附床相连，同时冷源海水引出并联回路连通冷凝器，吸附床通过真空电磁阀与冷凝器或储液罐相连，冷凝器通过节流阀与储液罐相连，两个吸附床还通过回热水泵和回热水阀相连，片冰机通过磁力泵与储液罐相连。

考虑到渔船可容纳的设备体积有限，同时也为了强化吸附床的传热性能，吸附床选用固化活性炭为吸附剂，甲醇为制冷剂，应用蓄热水箱将余热的使用温度限制在120℃以下。该系统属于真空系统，不会向外泄漏甲醇蒸气，安全性好。吸附床采用壳管式换热器，床内分成三个部分，每个部分由固化活性炭和带肋片的传热管组成，每块活性炭与肋片间隔布置，数根传热管将它们串联起来。每列固化活性炭均用丝网包裹，防止活性炭成型块破碎后松散堆积影响传热，并且阻止制冷剂气流带走吸附剂颗粒。三列固化活性炭内均每隔一定距离布置有支撑板，吸附床内壁上还焊有一定数量的加强筋，这样加强筋与支撑板相互作用能抵住真空状态下外壳的变形。吸附床内管路形成四个管程；床内壳侧留有蒸气的自由流动空间，再加上固化活性炭表面上的预留通道，能增强传质效果。

冷凝器采用一片多管型叉流换热器，在其底部经过一缓冲容器和节流阀连到储液罐。蒸发储液罐和片冰机组成复合式蒸发器，克服了直接应用蒸发器时吸附阻力较大问题，制冷剂回到储液罐时具有一定的喷淋作用，增强了换热效果。烟气/水换热器采用板翅式交叉流换热器，流动阻力小，换热效果好。蓄热水箱在系统切换期间，维持热水的所需温度，使烟气能有效的利用，在柴油机负荷波动时，对换热流体水的加热起到缓冲、调节作用。

本发明回收余热采用烟气/水换热器与蓄热水箱组成的闭式循环系统代替烟气直接加热和空气冷却系统，强化了传热性能：采用一个冷凝器和储液罐通过真空电磁阀与两个吸附床相连，省略了一套背景技术中两个沸石吸附单元独立使用的冷凝器/蒸发器；用片冰机取代了冷水储鱼箱；增加了回热水泵和回热水阀，能实现回热回质过程。

本发明船用余热驱动物理吸附式制冰机的运行流程包括以下几个回路：

①蓄热水箱回收余热回路由蓄热水箱、烟气/水换热器、水泵及阀门组成。来自柴油机的烟气通过烟气/水换热器加热水，水通过水泵在回路内循环。烟气通道上设置旁通阀门以控制水箱温度不超过120℃。②加热回路是水箱内的热水经水泵、进水阀组进入一个吸附床，吸附床的回水经由回水阀组回到水箱。③冷却回路分成两条并联管路。一条经进水阀组到另一吸附床，再通过回水阀组连到冷却水总回路；另一条连到冷凝器直接回到冷水总回路，返回大海。④回热回路是开启回热泵及其相应的两个水阀，与两个吸附床就形成了封闭的水回路。回路中的水介质在两床内串联循环，一吸附床放热另一吸附床吸热。⑤回质过程是打开连接冷凝器的两个真空电磁阀使两个吸附床连通，处于高压状态热床内的制冷剂蒸气直接进入低压状态的冷床，达到均衡压力的效果。⑥制冷剂回路由两个吸附床、冷凝器、储液罐、节流阀和真空阀组构成，冷凝器、储液罐均通过真空阀组分别与热床或冷床连通。⑦片冰机出冰系统是储液罐里的低温液态制冷剂依靠磁力泵进入片冰机内蒸发，从片冰机供给转盘表面的喷淋水中吸热，连续制成冰屑。吸热后的制冷剂从上部入口回到储液罐中。

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0.1计算，则制冷量输出为3.4kW。每小时大约可产冰27kg。由于采用在柴油机排气管道上加装烟气/水换热器间接利用余热，实测气/水换热器的压力损失仅为700Pa左右，完全能够满足柴油机压力损失不超过1200-1800Pa的要求。柴油机废气中含有不可燃灰分和残余可燃成分，附着在受热面上，不仅影响换热器的性能，而且存在积灰着火的危险。传热管采用强耐腐蚀性镍合金制造，为了在运行中能净化烟气/水换热器受热面，设计安装吹灰器，以饱和蒸汽或压缩空气为工作流体在管内以高速气流吹扫，结合换热器的定期保养，管壁结碳能够得到有效控制。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。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明的船用余热驱动物理吸附式制冰机，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、无大运动部件、抗振性好、运行费用低、使用寿命长等诸多优点；与现有的船用吸附式冷冻水实验系统相比，制冷功率提高9倍。以固化活性炭-甲醇为吸附工质对的吸附式制冰机，能有效利用低品位热能，不增加环境污染，是一种绿色节能型制冰机。这种适用于中小型渔船的制冷保鲜装置能够较好地解决拖网渔船第一线保鲜问题，为我国渔船走向外海、走向远洋打下良好基础。同时它也是既节省能源、提高能源利用率，又利于环保的有效途径。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明局部结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：两个吸附床1和2、烟气/水换热器3、蓄热水箱4、冷凝器5、储液罐6、片冰机7、热水泵8(共2台)、磁力泵9、进水阀组与回水阀组10(共8只)、真空电磁阀11(共4只)。烟气/水换热器3通过管路与蓄热水箱4相通并供热，蓄热水箱4或冷源海水通过进水阀组与回水阀组10与吸附床相连，同时冷源海水引出并联回路连通冷凝器5，吸附床通过真空电磁阀11与冷凝器5或储液罐6相连，冷凝器5通过节流阀12与储液罐6相连，两个吸附床还通过回热水泵13与回热水阀14(共2只)相连，片冰机7通过磁力泵9与储液罐6相连。

如图2所示，吸附床1和2均选用固化活性炭为吸附剂，甲醇为制冷剂。吸附床1和2均采用壳管式换热器，床内分成三个部分，每个部分由固化活性炭15和带肋片17的传热管18组成，每块活性炭与肋片间隔布置，数根传热管将它们串联起来。每列固化活性炭15均用丝网包裹，三列固化活性炭15内均每隔一定距离布置有支撑板(尺寸同肋片)。吸附床1和2内壁上还焊有一定数量的加强筋19，吸附床1和2内管路形成四个管程，吸附床1和2内壳侧留有蒸气的自由流动空间，固化活性炭15两侧表面上分布着半圆柱预留传质通道16。

冷凝器5采用一片多管型叉流换热器，在其底部经过一缓冲容器和节流阀12连到储液罐6。蒸发储液罐6和片冰机7组成复合式蒸发器。烟气/水换热器3采用板翅式交叉流换热器，回收余热采用烟气/水换热器3与蓄热水箱4组成的闭式循环系统。

Claims (7)

1、一种船用余热驱动物理吸附式制冰机，包括：两个吸附床(1)和(2)、烟气/水换热器(3)、蓄热水箱(4)、冷凝器(5)、储液罐(6)、片冰机(7)、热水泵(8)、磁力泵(9)、进水阀组与回水阀组(10)、真空电磁阀(11)，其特征在于，省略了一套两个沸石吸附单元独立使用的冷凝器/蒸发器，并增加了回热水泵(13)和回热水阀(14)，烟气/水换热器(3)通过管路与蓄热水箱(4)相通并供热，蓄热水箱(4)或冷源海水通过进水阀组与回水阀组(10)与吸附床(1)或(2)相连，同时冷源海水引出并联回路连通冷凝器(5)，吸附床(2)或(1)通过真空电磁阀(11)与冷凝器(5)或储液罐(6)相连，冷凝器(5)通过节流阀(12)与储液罐(6)相连，吸附床(1)和(2)还通过回热水泵(13)和回热水阀(14)相连，片冰机(7)通过磁力泵(9)与储液罐(6)相连。

2、根据权利要求1所述的船用余热驱动物理吸附式制冰机，其特征是，吸附床(1)和(2)均采用壳管式换热器，床内分成三个部分，每个部分由固化活性炭(15)和带肋片(17)的传热管(18)组成，每块活性炭与肋片间隔布置，数根传热管(18)将它们串联起来，每列固化活性炭(15)均用丝网包裹，三列固化活性炭(15)内均间隔布置有支撑板，尺寸大小同肋片，吸附床(1)和(2)内壁上还焊有加强筋(19)，每个吸附床内管路形成四个管程。

3、根据权利要求1或2所述的船用余热驱动物理吸附式制冰机，其特征是，吸附床(1)、(2)壳侧留有蒸气的自由流动空间，固化活性炭(15)两侧表面上有预留通道(16)。

4、根据权利要求1或2所述的船用余热驱动物理吸附式制冰机，其特征是，吸附床(1)和(2)均选用固化活性炭(15)为吸附剂，甲醇为制冷剂。

5、根据权利要求1所述的船用余热驱动物理吸附式制冰机，其特征是，冷凝器(5)采用一片多管型叉流换热器，在其底部经过一缓冲容器和节流阀(12)连到储液罐(6)。

6、根据权利要求1所述的船用余热驱动物理吸附式制冰机，其特征是，蒸发储液罐(6)和片冰机(7)组成复合式蒸发器。

7、根据权利要求1所述的船用余热驱动物理吸附式制冰机，其特征是，烟气/水换热器(3)采用板翅式交叉流换热器，回收余热采用烟气/水换热器(3)与蓄热水箱(4)组成的闭式循环系统。