CN101382358B - 基于再吸附技术的热化学变温器循环系统 - Google Patents
基于再吸附技术的热化学变温器循环系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种余热利用技术领域的基于再吸附技术的热化学变温器循环系统，其中：高温反应器出口与中间调节阀进口连接，中间调节阀出口与低温反应器进口连接，低温反应器出口与低温调节阀进口连接，低温调节阀出口与冷凝器进口连接，冷凝器出口与高温调节阀进口连接，高温调节阀出口与高温反应器进口连接。高温反应器内填充高温反应化学吸附剂，低温反应器内填充低温反应化学吸附剂，利用不同反应温区化学吸附剂的单变量吸附特性实现低品味余热输入，高品位温度输出的过程，本发明可大大减少变温器系统的工作压力波动，很大程度上保证了系统工作压力的稳定，从而保证了变温器系统具有良好的温升能力。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种传热工程技术领域的热泵循环系统，具体是一种基于再吸附技术的热化学变温器循环系统。
背景技术
目前，我国经济的高速增长使得能源消费量呈持续上升趋势，能源问题已成为制约国民经济可持续发展的主要问题之一。人均能源资源占有量少、能源利用效率远低于先进发达国家水平是我国能源利用领域的现状，因受资金、技术、能源价格等因素的影响，我国能源利用效率远低于发达国家水平，能源综合利用效率为32％，仅为发达国家的50％左右；总体热力发电效率为30％-40％，远低于国际先进水平。科学用能是有效解决我国能源供需矛盾的根本途径，也是实现国民经济可持续发展的关键所在。我国低品位热能资源(如工业余热/废热和太阳能)非常丰富，若将这些广泛的低品位余热得到合理的回收利用，将对缓解我国能源压力及促进国民经济发展具有十分重要的意义。然而，这些大量的余热/废热大都不能得到有效的回收利用而直接排放到环境中，从而导致资源浪费严重、生态环境恶化，究其原因，很大程度上是因为缺乏低品位余热高效利用的先进技术。
现有的余热利用技术大都采用在保持原温度品位的基础上进行直接回收利用，这些余热利用技术仅适合于温度品位较高的余热/废热(200℃以上)，而对于低品位余热因其温度较低(140℃以下)无法进行有效回收利用。为此，国外学者利用化学反应热效应原理发展了热化学变温器，该系统采用两种工作温度不同的化学反应盐实现低品位余热的温度品位提升，其温度提升能力主要取决于低品位余热的温度、化学反应盐的物性、系统的运行压力等，该系统运行过程主要包括两个阶段(1)在高压PH阶段，低温化学反应盐在外界低品位余热的加热作用下发生分解反应，解吸出的高压制冷剂蒸汽与高温化学反应盐再进行合成反应，放出大量的吸附热，由于化学吸附是单变量系统，因此该吸附热的温度品位高于原输入余热的温度品位。(2)在低压PL阶段，高温化学反应盐在外界低品味余热的加热作用下发生解吸反应，同时解吸出来的制冷剂蒸汽与低温反应盐进行合成反应。
传统热化学变温器虽然在理论上可行，但在实际过程中，吸附热的温度品位高低取决于工作压力PH，而PH又反过来取决于低温反应盐输入余热的温度、低温反应盐分解反应速率、高温反应盐合成反应速率。在实际过程中，该系统由于受到以上众多因素的影响其工作压力降低且易发生波动，从而使得高温盐吸附热的温度品位随之降低，减小了热化学变温器的温升能力。
经对现有技术的文献检索发现，中国申请号为200710171228.7的“二级气固反应热变温器系统”，其气固反应热化学变温器系统采用传统的变温器系统设计，即直接对低温化学反应盐加热，从低温化学反应盐解吸出来的制冷剂蒸汽进入填充高温化学反应盐的腔室并与高温化学反应盐发生合成反应，放出大量吸附热，在保证系统工作压力不受影响的条件下才能实现较好的温度提升效果，但目前尚没有涉及可减小变温器系统工作压力波动并保证其温升能力的气固热化学变温器新型系统的开发。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于再吸附技术的热化学变温器循环系统，使其解决了传统热化学变温器系统工作压力波动大，影响系统温升能力这一问题。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：高温反应器、高温反应器加热及冷却盘管、中间调节阀、低温反应器、低温反应器加热及冷却盘管、低温调节阀、冷凝器、冷凝器换热盘管、高温调节阀、两种不同反应温区的化学吸附剂(其中高温反应器内填充高温反应化学吸附剂、低温反应器内填充低温反应化学吸附剂)。
高温反应器出口与中间调节阀进口连接，中间调节阀出口与低温反应器进口连接，低温反应器出口与低温调节阀进口连接，低温调节阀出口与冷凝器进口连接，冷凝器出口与高温调节阀进口连接，高温调节阀出口与高温反应器进口连接。高温反应器内填充高温反应化学吸附剂、并安装加热及冷却盘管，低温反应器内填充低温反应化学吸附剂、并安装加热及冷却盘管，冷凝器中安装冷凝器换热盘管。
在相同的工作压力下，所述高温反应化学吸附剂的工作温度高于低温反应化学吸附剂。
所述高温反应化学吸附剂和低温反应化学吸附剂在每次循环过程中的解吸热均由外界余热提供。
所述系统由高温反应化学吸附剂从处于环境温度的冷凝器中吸附高压制冷剂蒸汽从而放出大量吸附热实现温度提升。
本发明系统中，制冷剂的流动均是单向的，制冷剂依次经过高温反应器、低温反应器、冷凝器、再回到高温反应器，形成一个环状的流动循环回路。
本发明的工作过程主要包括三个阶段：
第一阶段：高温反应器内高温反应化学吸附剂的加热解吸过程以及低温反应器内低温反应化学吸附剂的冷却再吸附过程，利用再吸附技术实现高温反应器内解吸出来的制冷剂蒸汽与低温反应器内的低温反应化学吸附剂发生合成反应。
第二阶段：低温反应器内低温反应化学吸附剂的加热解吸过程以及制冷剂在冷凝器内的冷凝过程。
第三阶段：高温反应器内高温反应化学吸附剂对冷凝器内高压制冷剂的吸附过程，利用高温反应化学吸附剂的工作温区处于较高的温度范围，其与高压制冷剂蒸汽发生合成反应后放出大量吸附热实现输出温度的提升。
本发明系统中，将传统的热化学变温器系统进行了改进，由原来低温反应器直接向高温反应器加热解吸，同时高温反应器直接吸附低温反应器中解吸过来的制冷剂蒸汽实现温度提升改为本发明中的低温反应器先向冷凝器解吸、然后高温反应器再从冷凝器中吸附制冷剂，放出大量吸附热从而实现温度提升。本发明采用的这种温器新型变循环系统大大减少了系统工作压力的波动，增强了系统工作压力的稳定性，很大程度上保证了变温器系统的温度提升能力。
本发明基于再吸附技术的热化学变温器循环系统，由于改进了系统的吸附方式，相对传统的热化学变温器循环系统，本发明具有更加稳定的系统工作压力，从而很大程度上保证了变温器系统的温度提升能力。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图1中：1是高温反应器，2是高温反应器加热及冷却盘管，3是高温反应化学吸附剂，4是中间调节阀，5是低温反应化学吸附剂，6是低温反应器加热及冷却盘管，7是低温反应器，8是低温调节阀，9是冷凝器，10是冷凝器换热盘管，11是高温调节阀；图中实线箭头方向表示制冷剂的流动方向，虚线箭头方向表示换热器盘管中传热流体的流动方向。
图2为本发明系统的变温循环图；
图2中：P为变温器系统工作压力，T0为环境温度，T1为输入的外界余热温度，T2为本发明变温器系统温升后输出的温度品位。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括高温反应器1，高温反应器加热及冷却盘管2，高温反应化学吸附剂3，中间调节阀4，低温反应化学吸附剂5，低温反应器加热及冷却盘管6，低温反应器7，低温调节阀8，冷凝器9，冷凝器换热盘管10，高温调节阀11。
高温反应器1出口与中间调节阀4进口连接，中间调节阀4出口与低温反应器7进口连接，低温反应器7出口与低温调节阀8进口连接，低温调节阀8出口与冷凝器9进口连接，冷凝器9出口与高温调节阀11进口连接，高温调节阀11出口与高温反应器1进口连接。高温反应器1内安装高温反应器加热及冷却盘管2，低温反应器7内安装低温反应器加热及冷却盘管6，冷凝器9中安装冷凝器换热盘管10。高温反应化学吸附剂3填充于高温反应器1内，低温反应化学吸附剂5填充于低温反应器7内。
在相同的工作压力下，所述高温反应化学吸附剂3的工作温度高于低温反应化学吸附剂5。
所述高温反应化学吸附剂3和低温反应化学吸附剂5在每次循环过程中的解吸热均由外界余热提供。
所述系统由高温反应化学吸附剂3从处于环境温度的冷凝器9中吸附高压制冷剂蒸汽从而放出大量吸附热实现温度提升。
本系统中，制冷剂的流动均是单向的，制冷剂依次经过高温反应器1、低温反应器7、冷凝器9、再回到高温反应器1，形成一个环状的流动循环回路。
基于再吸附技术的热化学变温器循环系统具体实施过程为：
①高温反应器1内高温反应化学吸附剂3的加热解吸过程以及低温反应器7内低温反应化学吸附剂5的冷却再吸附过程。在此过程中，关闭高温反应器1与冷凝器9之间的高温调节阀11以及低温反应器7与冷凝器9之间的低温调节阀8，利用外界余热通过高温反应器加热盘管2对高温反应器1内的高温反应化学吸附剂3进行加热，使其处于解吸状态；同时通过低温反应器冷却盘管6对低温反应器7内的低温反应化学吸附剂5进行冷却，使其处于吸附状态；从高温反应器1内解吸出来的制冷剂蒸汽进入低温反应器7并与低温反应化学吸附剂5发生化学反应，完成高温反应器1内高温反应化学吸附剂3的解吸过程。
②低温反应器7内低温反应化学吸附剂5的加热解吸过程以及制冷剂在冷凝器9内的冷凝过程。在此过程中，关闭高温反应器1与低温反应器7之间的中间调节阀4以及冷凝器9与高温反应器1之间的高温调节阀11，利用与上述过程中同一温度品位的外界余热对低温反应器7中的低温反应化学吸附剂5进行加热，当低温反应化学吸附剂5的温度上升到解吸温度之后，开启低温反应器7与冷凝器9之间的低温调节阀8，从低温反应器7中解吸出来的高温高压制冷剂蒸汽进入冷凝器9并与冷凝器换热盘管10中的传热流体交换热量，最后冷凝成液态高压制冷剂。
③高温反应器1内高温反应化学吸附剂3对冷凝器9内高压制冷剂的吸附过程。在此过程中，关闭高温反应器1与低温反应器7之间的中间调节阀4以及冷凝器9与低温反应器7之间的低温调节阀8，高温反应器1内的高温反应化学吸附剂3吸附冷凝器9中的高压制冷剂，二者发生合成反应后放出大量吸附热，由于冷凝器9中的压力相对比较稳定，因此系统的工作压力波动不大，又由于高温反应化学吸附剂的工作温区处于较高的温度范围，从而就实现了本发明变温器新型循环系统输出温度的提升，同时保证了系统良好的温升能力。
如图2所示，为系统的变温器循环图。包括变温器系统工作压力P，环境温度T0，输入的外界余热温度T1，变温器系统温升后输出的温度品位T2。A-B-C-D-E-A为本实施例变温器系统的依次循环方式，其中：A-B为在稳定的工作压力P下，高温反应器1中的高温反应化学吸附剂3吸附冷凝器9中的制冷剂实现温度提升的过程；B-C-D为高温反应器1内的高温反应化学吸附剂3向低温反应器7加热解吸过程以及低温反应器7内的低温反应化学吸附剂5的冷却再吸附过程；D-E-A为低温反应器7内的低温反应化学吸附剂5向冷凝器9加热解吸过程以及制冷剂蒸汽在冷凝器9中冷凝成高压液态制冷剂的过程。
Claims (5)
1.一种基于再吸附技术的热化学变温器循环系统，包括：高温反应器(1)、高温反应器加热及冷却盘管(2)、高温反应化学吸附剂(3)、中间调节阀(4)、低温反应化学吸附剂(5)、低温反应器加热及冷却盘管(6)、低温反应器(7)、低温调节阀(8)、冷凝器(9)、冷凝器换热盘管(10)、高温调节阀(11)，其特征在于：高温反应器(1)出口与中间调节阀(4)进口连接，中间调节阀(4)出口与低温反应器(7)进口连接，低温反应器(7)出口与低温调节阀(8)进口连接，低温调节阀(8)出口与冷凝器(9)进口连接，冷凝器(9)出口与高温调节阀(11)进口连接，高温调节阀(11)出口与高温反应器(1)进口连接；高温反应器(1)中设有高温反应器加热及冷却盘管(2)，低温反应器(7)中设有低温反应器加热及冷却盘管(6)，冷凝器(9)中设有冷凝器换热盘管(10)，高温反应化学吸附剂(3)填装于高温反应器(1)内，低温反应化学吸附剂(5)填装于低温反应器(7)内。
2.根据权利要求1所述的基于再吸附技术的热化学变温器循环系统，其特征是，在相同的工作压力下，所述高温反应化学吸附剂(3)的工作温度高于低温反应化学吸附剂(5)。
3.根据权利要求1所述的基于再吸附技术的热化学变温器循环系统，其特征是，所述系统中高温反应化学吸附剂(3)和低温反应化学吸附剂(5)在每次循环过程中的解吸热均由外界余热提供。
4.根据权利要求1所述的基于再吸附技术的热化学变温器循环系统，其特征是，所述系统由高温反应化学吸附剂(3)从处于环境温度的冷凝器(9)中吸附高压制冷剂蒸汽。
5.根据权利要求1所述的基于再吸附技术的热化学变温器循环系统，其特征是，所述系统中，制冷剂的流动均是单向的，制冷剂依次经过高温反应器(1)、低温反应器(7)、冷凝器(9)、再回到高温反应器(1)，形成一个环状的流动循环回路。
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