專利名稱：滲漏檢測和定位的吸收式制冷機系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對吸收式制冷機中出現(xiàn)滲漏及滲漏的特定位置的檢測以及除氫電池(hydrogen removing cell)的檢驗。
背景技術(shù)：
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，吸收式制冷機是非常理想的，因為它與環(huán)境的相容性很好，而且無需采用電力來驅(qū)動制冷過程，而是只要利用熱能(在很多情況下可以是來自于其它過程的廢熱)即可，這對環(huán)境非常有益。所用的吸收式制冷機有各種尺寸，但通常是非常大的，例如直徑為3-5米，長度為8-15米。有鑒于此，并且由于吸收式制冷機的工作壓力小于大約6乇，因而很可能發(fā)生滲漏。大氣空氣(大約760乇)將通過滲漏進入制冷機。這些制冷機采用溴化鋰水溶液。在制冷過程的一個階段，溴化鋰的濃度和溫度非常高，極具腐蝕性。當空氣通過滲漏而進入時，空氣中的氧氣會支持金屬部件的腐蝕。另外，空氣中大量的氮氣會阻礙溴化鋰溶液吸入水蒸氣，從而大大降低制冷機的工作效率。當空氣進入制冷機并加速金屬部件的腐蝕時，溶解在LiBr水溶液中的金屬離子會釋放出氫氣，H2會阻礙溴化鋰溶液對水蒸氣的吸收，從而降低制冷機的性能。因此，通常是利用熱鈀電池來脫氫。然而，沒有辦法從制冷機的外側(cè)來確定熱鈀電池是否在工作。
在已有技術(shù)中，一般是通過觀察制冷機性能是不是嚴重下降來檢測是否出現(xiàn)滲漏。當由于滲漏而將制冷機關(guān)停時，對于大型建筑物(特別是醫(yī)院)是一個很大的問題，因為這樣就不能再控制建筑物的環(huán)境條件。過去已經(jīng)采用的一個方法是，在制冷機的外側(cè)到處都噴灑氟利昂(每次噴灑一個區(qū)域)，當噴灑到靠近滲漏處時，氟利昂會進入制冷機，可借助一穿過制冷機壁連接的氟利昂傳感器來檢測制冷機內(nèi)是否出現(xiàn)氟利昂。然而，該方法并不非常有效。已有技術(shù)所采用的另一個方法是，用氟利昂將制冷機內(nèi)側(cè)加壓到超過大氣壓力，并利用可在制冷機外表面上到處移動的便攜式氟利昂檢測器來檢測是否有氟利昂被排出制冷機，從而識別滲漏的位置。該方法需要制冷機關(guān)停3或4天，代價很高。
在該方法中，要在制冷機中充填純氮來代替空氣，因為空氣中的氧氣會使金屬內(nèi)表面快速地氧化(腐蝕)。首先，大多數(shù)溴化鋰和水蒸氣被除去。接著，利用含有少量普通致冷劑(例如134A)的氮混合物將制冷機加壓到大氣壓力以上。利用一可在制冷機的整個外表面上到處移動的致冷劑檢測器來檢測并定位滲漏處。接著，必須將氮/致冷劑混合物完全抽出制冷機，因為如果有氮或其它外來氣體存在，即使是痕量的，并且即使是在極微小的壓力(幾毫乇)下，也會損害制冷機的性能。
在這種氟利昂檢測方法的情況下，滲漏檢測的靈敏度取決于檢測器檢測氟利昂的能力。由于已經(jīng)不再能將氯-氟利昂排入大氣，因而現(xiàn)在只能采用氟-氟利昂，如134A。在濃度較低的情況下，采用低成本的檢測器不能檢測到此類氟利昂，而氯-氟利昂卻可以用成本相對較低的檢測器檢測到。采用質(zhì)譜分析原理的昂貴的檢測器可在低壓情況下工作，但不能在有水蒸氣的情況下工作。另外，采用低分子量的分子可以實現(xiàn)較高的滲漏靈敏度，這是因為分子通過一滲漏處的擴散速率是隨著分子量的平方根來變化的。因此，在類似條件下，氦(He)的擴散通過滲漏處的速度比134A之類的氟利昂要快大約5倍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的包括提供一種可連續(xù)工作的、不須人介入的在線型吸收式制冷機的滲漏檢測器。提供一種吸收式制冷機的滲漏檢測器，該滲漏檢測器可以在制冷機工作性能顯著下降之前就檢測到滲漏，以便采取補救措施，不會使制冷機發(fā)生故障或停機；提供一種可以在制冷機工作的同時進行吸收式制冷機的滲漏定位；提供一種無需使制冷機關(guān)停的吸收式制冷機滲漏定位；提供一種無需插入和/或除去與制冷機工作不相容的物質(zhì)的吸收式制冷機的滲漏定位；提供一種非常便宜并且非常有效的吸收式制冷機的滲漏定位；提供一種非?？焖佟o需很多天數(shù)的吸收式制冷機的滲漏定位；提供一種可在檢測和定位過程中促使制冷機連續(xù)工作的吸收式制冷機的滲漏檢測和定位；以及提供一種對吸收式制冷機中的除氫電池進行檢驗的措施。
按照本發(fā)明，一種在線的、無人干預(yù)的吸收式制冷機包括一低成本的氫檢測器，例如一鈀-銀固態(tài)傳感器或一鈀微懸臂(稱為微型電氣-機械系統(tǒng)，或MEMS)，該檢測器可承受水蒸氣。在本發(fā)明的一個形式中，氫檢測器相對于水蒸氣的靈敏度可以通過信號處理來加以彌補。在本發(fā)明的另一種形式中，可借助一隔膜來防止水蒸氣到達傳感器，所述隔膜可允許輕氣體通過，但是能阻擋水蒸氣通過。
按照本發(fā)明，可以這樣來實現(xiàn)吸收式制冷機中的滲漏處的定位，即，在制冷機的所有必須的特定位置上噴灑氦，并借助一傳統(tǒng)的但是被改進成可阻擋水蒸氣通過的氦滲漏檢測器來檢測氦進入和通過制冷機的內(nèi)腔，水蒸氣可以由一允許輕氣體通過但是不讓水蒸氣通過的隔膜和/或一水蒸氣收集器(例如一冷凝器)來阻擋。
本發(fā)明提供了一種制冷機滲漏的早期檢測手段，并且不需人干預(yù)。借助本發(fā)明，可以在制冷機不停機的情況下來進行滲漏定位，不必將制冷機放空以及用滲漏檢測氣體來重新加壓，并且無需清除滲漏檢測氣體。本發(fā)明所能檢測到的滲漏量遠小于(例如小10-1000倍)利用噴灑氟利昂所檢測到的滲漏量。另外，本發(fā)明是利用氦來作為檢測進入物質(zhì)，在大多數(shù)情況下，能在7-10秒內(nèi)非?？焖俚貦z測到氦的出現(xiàn)，并且在回過頭來精確地定位滲漏時相對比較方便。
按照本發(fā)明，可以監(jiān)測氫濃度來確定除氫用熱鈀電池的效力。
本發(fā)明提出一種具有快速的滲漏定位功能的吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于包括一吸收式制冷機，該制冷機具有一外表面，并含有一處于遠低于大氣壓力的壓力之下的水蒸氣吸收流體；一氦噴灑器，用于對所述外表面噴灑氦；以及一氦檢測器，該檢測器流體連通于所述制冷機的內(nèi)腔，以監(jiān)測所述制冷機中的氦濃度的升高，從而指示所述噴灑器是否接近一滲漏處，所述流體連通包括以下至少一個a)一隔膜，該隔膜可允許輕的氣體通過，但是可阻擋液態(tài)水和水蒸氣通過，b)一水蒸氣收集器。
所述流體連通包括一位于所述隔膜下游的水蒸氣收集器。所述氦檢測器可有選擇地從所述制冷機中除去。
所述氦檢測器還具有一氫檢測模式，除了在通過噴灑氦來定位滲漏時之外，都可以將氦檢測器設(shè)定為氫檢測模式。
本發(fā)明提出一種用于定位吸收式制冷系統(tǒng)中的滲漏處的方法，所述吸收式制冷機具有若干金屬部件及一外表面，并含有一處于遠低于大氣壓力的壓力之下的水蒸氣吸收流體，其特征在于包括a)采用一氦噴灑器對所述外表面噴灑氦；以及b)采用一氦檢測器，該檢測器流體連通于所述制冷機的內(nèi)腔，以監(jiān)測所述制冷機中的氦濃度的升高，從而指示所述噴灑器是否接近一滲漏處，所述流體連通系統(tǒng)包括以下至少一個(a)一隔膜，該隔膜可允許輕的氣體通過，但是可阻擋液態(tài)水通過，(b)一水蒸氣收集器。
所述步驟b)包括將一便攜式氦檢測器通過所述流體連通連接于所述制冷機。
本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點將通過以下結(jié)合附圖對具體實施例所作的詳細描述而變得更加清楚。


唯一的附1是利用本發(fā)明的一個吸收式制冷機的簡化的、程式化的示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，一制冷機13包括一主過程腔室14，在該腔室中，來自管道15的冷卻水噴灑到盤管16上，熱的冷卻劑從一入口管道17抽入盤管，而冷的冷卻劑從一出口管道18送出，藉以使該制冷機所服務(wù)的環(huán)境得以冷卻。由于腔室14中的壓力非常低，例如為6乇，因而在水與盤管6接觸時會變成水蒸氣。在腔室14中包含水蒸氣吸收流體，例如溴化鋰水溶液，其中溴化鋰的重量百分比是在60-70％之間，或水/氨混合物，或任何其它等效流體。水蒸氣被吸入溴化鋰溶液，并通過一出口管道21泵送進入一發(fā)生器22，在那里由一熱源23加熱。在加熱時，發(fā)生器22中的溶液沸騰，使得水蒸氣通過管道25進入一冷凝熱交換器26，在那里，借助外來的冷卻塔水使水蒸氣冷卻，所述冷卻塔水從一管道28泵送進入熱交換器26。冷凝熱交換器26的出口就是前文中提到過的、噴灑在盤管16上的、管道15中的冷卻過程水。當發(fā)生器22中沸騰產(chǎn)生水蒸氣之后，留下來的高濃度的溴化鋰溶液通過一管道30被泵送返回腔室14。剛才所述的設(shè)備和過程是簡化的，但是大體代表了可采用本發(fā)明的一種傳統(tǒng)的吸收式制冷機。
本發(fā)明可利用由于制冷機中的金屬部件腐蝕而生成的氫。由于總是保持有低水平的腐蝕，因而在腔室內(nèi)總是有某些濃度的氫。當空氣滲漏進入制冷機時，氧氣會加速腐蝕過程，從而導(dǎo)致釋放出更多的氫。雖然空氣中的氧會在腐蝕過程中消耗掉，但氮卻不會被消耗，氮會阻礙這一過程。本發(fā)明是監(jiān)測氫的濃度，并通過觀察氫濃度何時開始升高來確定是否出現(xiàn)滲漏。在圖1中，采用一氫傳感器33來監(jiān)測腔室14中的氣氛，以確定氫濃度。當氫濃度開始升高時，可以在線路34上發(fā)出一警報信號，以向維護或其它有關(guān)人員表示已經(jīng)發(fā)生了滲漏。如果需要，為了防止水進入氫傳感器，可以沿入口管道36設(shè)置一個隔膜35。另一方面，在本發(fā)明的給定實施例中，如果氫傳感器可以承受水蒸氣，那么就不必采用隔膜35。
當知道已經(jīng)發(fā)生滲漏時，用一氦噴灑器40將氦噴灑到制冷機的外表面的所需各區(qū)域上。由于制冷機中的內(nèi)壓力非常低，氦將通過任何滲漏處進入腔室14。采用氦所檢測到的滲漏可比采用噴灑氟利昂所檢測到的滲漏小10-1000倍。是否出現(xiàn)氦可借助一普通的便攜式裝置42來很方便地檢測，該便攜式裝置包括氦或氦/氫滲漏檢測器43。進入對滲漏檢測器加以驅(qū)動的真空泵的水蒸氣將導(dǎo)致滲漏檢測器中的壓力升高，從而使測譜(spectrometry)過程失效，并破壞儀器。按照本發(fā)明，可以防止水蒸氣進入氦/氫滲漏檢測器43。在第一種情況下，在滲漏檢測器入口管道45中采用一個隔膜44，該隔膜可供氦氣通過，但是絕對能阻擋大多數(shù)液態(tài)水和水蒸氣。如果需要，可以在隔膜下游采用一蒸氣收集器(trap)46，例如一減濕冷凝器，以在氦氣沿入口管道45通過時除去剩余的少量水蒸氣。在大多數(shù)設(shè)備中，在將氦噴灑到一滲漏處之后，可以在大約7-10秒內(nèi)時間內(nèi)檢測到通過滲漏處的氦。這樣就很容易回過頭來確定滲漏的精確位置。
隔膜可以是Whatman6722-5001型。蒸氣收集器可以是FTS系統(tǒng)的SSVT8型。氦檢測器可以是Leybold Inficon UL200型。檢測器還可以切換成用來檢測氫。如果需要，可以(通過人工或自動地)有選擇地切換該檢測器，以檢測制冷機中的氫含量，從而鑒別除氫熱鈀電池47(如果用的話)的效力。檢測器43將會檢測到由于滲漏或由于鈀電池47出故障不能清除腔室14中的H2而導(dǎo)致的H2的升高。除氫鈀電池是可以關(guān)斷的。按照本發(fā)明，當電池“開”時，在檢測器43處于H2模式時，監(jiān)測H2濃度相對于時間的函數(shù)，隨后再將電池47“關(guān)”一段時間，并再次監(jiān)測H2濃度的變化相對于時間的函數(shù)，這樣就可以確定電池47是否有效地工作。
H2傳感器是一種低成本的傳感器，可以在每個制冷機上都安裝一個，但檢測器43是一個相對較貴的系統(tǒng)，主要是用于滲漏定位。檢測器43可以是一個便攜系統(tǒng)，能根據(jù)需要可靠地從一個制冷機移動到另一個制冷機上。
權(quán)利要求
1.一種具有快速的滲漏定位功能的吸收式制冷系統(tǒng)，其特征在于包括一吸收式制冷機，該制冷機具有一外表面，并含有一處于遠低于大氣壓力的壓力之下的水蒸氣吸收流體；一氦噴灑器，用于對所述外表面噴灑氦；以及一氦檢測器，該氦檢測器流體連通于所述制冷機的內(nèi)腔，以監(jiān)測所述制冷機中的氦濃度的升高，從而指示所述氦噴灑器是否接近一滲漏處，所述流體連通包括以下至少一個a)一隔膜，該隔膜可允許輕的氣體通過，但是可阻擋液態(tài)水和水蒸氣通過，b)一水蒸氣收集器。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述流體連通包括一位于所述隔膜下游的水蒸氣收集器。
3.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述氦檢測器可有選擇地從所述制冷機中除去。
4.如權(quán)利要求1所述的制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述氦檢測器還具有一氫檢測模式，除了在通過噴灑氦來定位滲漏時之外，都可以將氦檢測器設(shè)定為氫檢測模式。
5.一種用于定位吸收式制冷系統(tǒng)中的滲漏處的方法，所述吸收式制冷機具有若干金屬部件及一外表面，并含有一處于遠低于大氣壓力的壓力之下的水蒸氣吸收流體，其特征在于包括a)采用一氦噴灑器對所述外表面噴灑氦；以及b)采用一氦檢測器，該氦檢測器流體連通于所述制冷機的內(nèi)腔，以監(jiān)測所述制冷機中的氦濃度的升高，從而指示所述氦噴灑器是否接近一滲漏處，所述流體連通系統(tǒng)包括以下至少一個(a)一隔膜，該隔膜可允許輕的氣體通過，但是可阻擋液態(tài)水通過，(b)一水蒸氣收集器。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟b)包括將一便攜式氦檢測器通過所述流體連通連接于所述制冷機。
全文摘要
一個可由一隔膜(35)保護而免受水蒸氣影響的氫傳感器(33)可指示氫濃度的升高，這代表吸收式制冷機中的滲漏。一個可由一隔膜(41)和一蒸氣收集器(46)保護而免受水蒸氣影響的氦檢測器(43)可檢測到來自于一噴灑器(40)的氦的出現(xiàn)，以定出滲漏的位置?？梢赃@樣來檢驗一除氫電池(47)，即，監(jiān)測電池不工作之前和之后的氫濃度(隨時間)變化。
文檔編號G01M3/22GK1560540SQ20041006993
公開日2005年1月5日 申請日期2001年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月19日
發(fā)明者理查德·A·邁因策爾, 理查德 A 邁因策爾 申請人:開利公司