CN101943502A - 基于半透膜的热驱动吸收式制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于半透膜的热驱动吸收式制冷系统，它包括：发生器、第一渗透膜、冷凝器、第一节流元件、蒸发器、第二渗透膜、吸收器、冷却盘管、第二节流元件、溶液泵、加热盘管；本发明可以根据温度的范围选取半渗透膜而不需要增加额外的部件，使系统不仅体积可以小型化，而且可以达到节能的目的，可以采用无毒、对环境友好、热物性优越的工质，运行压力合适，省去了复杂的机械抽真空装置或自动抽真空装置，运行维护操作简单。

Description

基于半透膜的热驱动吸收式制冷系统

技术领域

本发明涉及一种热驱动吸收式制冷系统，尤其涉及一致利用废热，太阳能等低品位热源，半透膜的吸附扩散特性的吸收式制冷系统。

背景技术

目前中国的能源结构中，还是以化石能源为主，而化石能源是一种不可再生能源。一方面，到2020年，我国GDP要翻两番，单位GDP能耗却只能翻一番，那么我们就必须大力倡导节约能源；另一方面，人类社会常年使用化石能源会产生大量二氧化碳和二氧化硫等对环境有害的物质，使能源枯竭、全球气候变暖和大气污染加剧等问题变得相当严重。在这样的大背景下，充分利用低品位能源，如工业大量的废热、余热以及太阳能、生物质能等能源越来越引起了人们极大的重视。针对此国家提出“节能减排”这一具有战略意义的举措是旨在维持可持续发展，是应对资源稀缺与环境承载能力有限的挑战的必然选择，是遵循人类社会发展规律和顺应当今世界发展潮流的战略举措。

吸收式制冷系统能够有效利用工业中大量的废热、余热以及太阳能、生物质能等低品位能源，具有节能和环保的双重优点，在空调、制冷领域得到广泛的应用，有着良好的发展前景。目前许多学者都开展了关于吸收式制冷系统的研究，并在传统吸收式制冷系统的基础上做了许许多多的改进，提出了许多新的吸收式制冷系统。但是这些吸收式制冷系统存在如下问题：

1.目前的吸收式制冷系统需要吸收剂和制冷剂之间存在比较大的沸点差，这样在很大程度上影响了吸收式工质对的选取范围；

2.目前常用的吸收式制冷系统的工质对有溴化锂水溶液和氨水溶液，他们都存在腐蚀性和毒性问题，此外，氨水溶液需要精馏器，溴化锂水溶液还存在结晶等问题，这在一定程度上限制了它的应用；

3.目前简单的吸收式制冷系统所制取的制冷温区也是比较受限的，如采用氢氟烃和DMF工质对，热源温度不能太高，否则制冷剂夹带吸收剂比较严重，这样要制取比较低的温区或者利用比较高的余热废热就需要吸收式制冷系统进行改进，如增加精馏装置等，使系统复杂化；

4.为了能够利用200到400℃温度范围的余热，人们尝试使用一些措施，如多效吸收式制冷系统等，此时，为了充分利用余热，使得系统能够经济实用，该吸收式系统需要增加许多部件，如增加分离装置(气液分离器或精馏装置)、换热设备(回热器)。但是这不仅使系统管路装置复杂化，增加维修成本和维护量，而且使得初投资增加。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于半透膜的热驱动吸收式制冷系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于半透膜的热驱动吸收式制冷系统，它包括：发生器、第一渗透膜、冷凝器、第一节流元件、蒸发器、第二渗透膜、吸收器、冷却盘管、第二节流元件、溶液泵、加热盘管；其中，所述发生器、冷凝器、第一节流元件、蒸发器、吸收器依次串联，发生器通过第二节流元件与吸收器相连，吸收器通过溶液泵与发生器相连；加热盘管固定在发生器内，冷却盘管固定在吸收器内；第一渗透膜固定在发生器1内工质上方，第二渗透膜固定在吸收器内工质上方；所述连接均为管道连接。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1、工质对的多样性和环保性：工质对的选取不受沸点差很大这一影响因素，这样可供选择的工质对很多，可以选择更为环保的吸收式工质对，如其中吸收剂可以是多糖类物质，烃的衍生物及高子化合物等环保无腐蚀、结晶特点的物质，制冷剂可以是氢氟烃、水、烃类物质等，能够做到对大气无污染，对环境友好。

2、工质对与制冷系统有很好的相容性。可以选择无毒无腐蚀安全环保的工质对，在不牺牲制冷性能的情况下，可以有效解决传统吸收式制冷工质对对系统的腐蚀性、结晶性及有毒性等难题。

3、该系统方便实现小型化、家用化、多样化。

4、制冷温区的宽广性：根据热源形式用户需要可以选择不同的工质对，以及不同的制冷系统形式，满足不同的制冷温区。

5、热源形式的多样性：热源温度不再受腐蚀性以及夹带性等问题的限制。

6、节能性：采用半透膜能够使得系统简化，进而减少一些不可逆损失。

附图说明

附图1是本发明基于半透膜的热驱动吸收式制冷系统的结构简图；

图中：发生器1、第一渗透膜2、冷凝器3、第一节流元件4、蒸发器5、第二渗透膜6、吸收器7、冷却盘管8、第二节流元件9、溶液泵10、加热盘管11。

具体实施方式

本发明的基于半透膜的热驱动吸收式制冷系统与目前传统吸收式制冷系统的最大的不同在于：基于半透膜的吸收式制冷系统在传统吸收式制冷系统发生器和吸收器中各加了一半透膜，利用半透膜对工质对的选择透过性，使得吸收剂与制冷系统中制冷剂隔离开来，而传统吸收式制冷系统要么利用工质对的沸点差要么利用精馏原理来实现吸收剂与制冷剂的分离，不仅效率低下，而且工质对的选择非常有限。本发明是一种利用半透膜选择性透过原理的新型的热驱动吸收式制冷系统。该系统的提出可以比较好的解决目前吸收式制冷系统普遍存在的问题，即该系统的提出可以大大拓展吸收式系统中工质对的选取——该系统不仅可以有效避免传统吸收式制冷系统对工质对沸点差的苛刻要求，而且能有效避免原有吸收式制冷系统中普遍存在的腐蚀、结晶或毒性等问题。此外该系统还可以小型化或微型化，采用的工质对成本低，对热源的要求也不是那么苛刻，可以更有效利用低品位能源，符合节约能源、环保的要求。

本发明基于半透膜的热驱动吸收式制冷系统包括：发生器1、冷凝器3、第一节流元件4、蒸发器5、吸收器7、冷却盘管8、第二节流元件9、溶液泵10、加热盘管11。

发生器1、冷凝器3、第一节流元件4、蒸发器5、吸收器7依次串联，发生器1通过第二节流元件9与吸收器7相连，吸收器7通过溶液泵10与发生器1相连。加热盘管11固定在发生器1内，冷却盘管8固定在吸收器7内。所述连接均为管道连接。

本发明还包括一固定在发生器1内工质上方的第一渗透膜2和一固定在吸收器7内工质上方的第二渗透膜6。

本发明的工作过程如下：

制冷剂工作回路为：废热或太阳能通过加热盘管11加热发生器1中工质对，工质对中高温制冷剂蒸发，在第一渗透膜2前后蒸汽分压差的驱动下，透过第一渗透膜2，经过管道进入冷凝器3中冷凝放热，冷凝器3中高温高压液态制冷剂经过第一节流元件4，变为低温低压的液态制冷剂，进入蒸发器5中吸热制冷，转化为气态制冷剂，在第二渗透膜6前后蒸汽分压差的驱动下，透过第二渗透膜6，被吸收器7的工质对中稀溶液吸收，完成制冷剂工作回路，并产生需要的冷量，冷量通过冷却盘管8中的冷却液带走。

溶液再生过程为：发生器1中高温溶液由于制冷剂的蒸发而变为稀溶液，经过第二节流元件9送到吸收器7中，吸收器7中低温溶液吸收制冷剂而变为浓溶液，其经过溶液泵10进入发生器1中，完成溶液再生的过程。

本发明基于半透膜的热驱动吸收式制冷系统可以根据温度的范围选取半渗透膜而不需要增加额外的部件，使系统不仅体积可以小型化，而且可以达到节能的目的。所述半透膜可以选择亲水性半渗透膜、疏水性半渗透膜、分离有机物与有机物的半渗透膜以及基于PDMS的膜材料。

本发明采用无毒、对环境友好、热物性优越的工质：如其中吸收剂可以是多糖类物质，烃的衍生物及高子化合物等环保无腐蚀、结晶特点的物质，制冷剂可以是氢氟烃、水、烃类物质等。

本发明运行压力合适，省去了复杂的机械抽真空装置或自动抽真空装置，从而运行维护操作简单。

Claims (2)

1.一种基于半透膜的热驱动吸收式制冷系统，其特征在于，它包括：发生器(1)、第一渗透膜(2)、冷凝器(3)、第一节流元件(4)、蒸发器(5)、第二渗透膜(6)、吸收器(7)、冷却盘管(8)、第二节流元件(9)、溶液泵(10)、加热盘管(11)。其中，所述发生器(1)、冷凝器(3)、第一节流元件(4)、蒸发器(5)、吸收器(7)依次串联，发生器(1)通过第二节流元件(9)与吸收器(7)相连，吸收器(7)通过溶液泵(10)与发生器(1)相连。加热盘管(11)固定在发生器(1)内，冷却盘管(8)固定在吸收器(7)内。第一渗透膜(2)固定在发生器(1)内工质上方，第二渗透膜(6)固定在吸收器(7)内工质上方。

2.根据权利要求1所述基于半透膜的热驱动吸收式制冷系统，其特征在于，所述连接均为管道连接。