CN102121761B - 一种无运动部件的扩散吸收式热变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无运动部件的扩散吸收式热变换器。本发明包括发生分离模块、制冷剂吸收模块和扩散剂吸收模块三部分。发生分离模块具有依次连接的发生器、提升管、第一气液分离器、精馏装置、冷凝器和第二气液分离器，制冷剂吸收模块具有依次连接的蒸发器、第一吸收器、第一储液器、第一回热器和第一调节阀，扩散剂吸收模块具有依次连接的第二吸收器、第二储液器、第二回热器和第二调节阀。本发明采用热驱动气泡泵实现吸收剂溶液和制冷剂液体的同时泵送，完全不消耗电能，提高了运行的可靠性。特别适用于中低温热资源丰富，电力紧张，同时又需要使用高温热的场合，有良好的应用前景。

Description

一种无运动部件的扩散吸收式热变换器
技术领域
本发明属于吸收式热泵以及低品位能源利用领域，尤其涉及一种无运动部件的扩散吸收式热变换器。
背景技术
二十世纪七十年代以来，世界性的能源危机促进了吸收式热泵的快速发展。吸收式热变换器，也称升温型热泵，可以充分利用在石油化工、冶金、动力等工业用能中产生的大量工业低温废热，使之品位升高后重新被生产工艺过程所直接利用。已经投入商业应用的传统吸收式热变换器主要以H2O/LiBr为工质，但由于机械式溶液泵运行的温度较高，H2O/LiBr溶液的强腐蚀性限制了它的广泛应用。
扩散吸收式制冷机是通过制冷剂向扩散气体中扩散获得降温的效果，系统内部基本上没有压差，所以利用热驱动的气泡泵就可以推动吸收剂和制冷剂在系统中流动，无需使用高温溶液泵和制冷剂泵。
本发明将扩散吸收式制冷机循环原理应用到传统吸收式热变换器中，提出无运动部件的扩散吸收式热变换器，循环工质除了吸收剂和制冷剂外，还包括了扩散剂。采用了扩散剂吸收模块实现了扩散剂向发生器中的输送过程，使得制冷剂在低于吸收器的温度下仍然能够在发生器中发生。系统内部基本上是等压的，没有运动部件。采用热驱动气泡泵即能实现吸收剂溶液和制冷剂的同时泵送。所以无需传统吸收式热变换器中的机械式高温溶液泵和制冷剂泵，可完全不消耗宝贵的电能工作，提高了运行的可靠性。特别适用于中低温热资源丰富，电力紧张，同时又需要使用高温热的场合，有良好的应用前景。
发明内容                                
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种无运动部件的扩散吸收式热变换器。
无运动部件的扩散吸收式热变换器包括发生分离模块、制冷剂吸收模块和扩散剂吸收模块三部分；发生分离模块包括发生器、提升管、第一气液分离、精馏装置、冷凝器和第二气液分离器；发生器的第一端口与第一回热器的第二端口相连，发生器的第二端口与第二回热器的第二端口相连，发生器的第三端口与提升管的底部进口相连，提升管的顶部出口经第一气液分离器的第一端口插入第一气液分离器高度的1/2以上，第一气液分离器的第二端口与第一调节阀的第一端口相连，第一气液分离器的第三端口与第二调节阀的第一端口相连，第一气液分离器的第四端口与精馏装置的第一端口相连，精馏装置的第二端口与冷凝器的第一端口相连，冷凝器的第二端口与第二气液分离器的第一端口相连，第二气液分离器的第二端口与第二吸收器的第一端口相连，第二气液分离器的第三端口与蒸发器的第一端口相连；制冷剂吸收模块包括蒸发器、第一吸收器、第一储液器、第一回热器和第一调节阀；蒸发器的第二端口与第一吸收器的第一端口相连，第一吸收器的第二端口与冷凝器的第一端口相连，第一吸收器的第三端口与第一回热器的第四端口相连，第一吸收器的第四端口与第一储液器的第一端口相连，第一储液器的第二端口与第一回热器的第一端口相连，第一回热器的第三端口与第一调节阀的第二端口相连；扩散剂吸收模块包括第二吸收器、第二储液器、第二回热器和第二调节阀；第二吸收器的第二端口与第二回热器的第四端口相连，第二吸收器的第三端口与第二储液器的第一端口相连，第二储液器的第二端口与第二回热器的第一端口相连，第二回热器的第三端口与第二调节阀的第二端口相连。
所述的冷凝器的位于热变换器最高的位置，第二气液分离器的位置低于冷凝器的位置，蒸发器的位置低于第二气液分离器的位置，第一吸收器的位置低于蒸发器的位置，第一储液器的位置低于第一吸收器的位置，第二储液器的位置低于第二吸收器的位置，第一回热器的位置低于第一储液器的位置，第二回热器的位置低于第二储液器的位置，精馏装置的位置低于冷凝器的位置，第一气液分离器的位置低于精馏装置的位置，提升管的位置低于第一气液分离器的位置，第一气液分离器的第二端口高于第一吸收器的第三端口和第一调节阀的位置，第一气液分离器的第三端口高于第二吸收器的第二端口和第二调节阀的位置。
所述的第一调节阀和第二调节阀为手动截止阀、自动截止阀、流量调节阀或毛细管。制冷剂为水、碳烃类、烃的卤化物、醇类或醚类中的一种或多种。扩散剂为氢气、惰性气体、碳烃类、烃的卤化物或二氧化碳。吸收剂为盐类、醇类或醚类、酮类、胺类、醛类或离子液体中的一种或多种。
本发明与传统的吸收式热变换器相比，不再使用传统吸收式热变换器中的高温机械式溶液泵和制冷剂泵，具有以下有益效果：
1) 采用热驱动气泡泵同时泵送吸收剂溶液和制冷剂液体，可完全不消耗宝贵的电能就能工作。
2) 没有运动部件，彻底解决了机械式溶液泵在高温下的腐蚀难题，极大地提高了运行的可靠性。
附图说明
附图是无运动部件的扩散吸收式热变换器结构示意图；
图中：发生器1、提升管2、第一气液分离器3、精馏装置4、冷凝器5、第二气液分离器6、蒸发器7、第一吸收器8、第一储液器9、第一回热器10、第二吸收器11、第二储液器12、第二回热器13、第一调节阀14、第二调节阀15。
具体实施方式
如附图所示，无运动部件的扩散吸收式热变换器包括发生分离模块、制冷剂吸收模块和扩散剂吸收模块三部分；发生分离模块包括发生器1、提升管2、第一气液分离器3、精馏装置4、冷凝器5和第二气液分离器6；发生器1的第一端口1a与第一回热器10的第二端口10b相连，发生器1的第二端口1b与第二回热器13的第二端口13b相连，发生器1的第三端口1c与提升管2的底部进口相连，提升管2的顶部出口经第一气液分离器3的第一端口3a插入第一气液分离器3高度的1/2以上，第一气液分离器3的第二端口3b与第一调节阀14的第一端口14a相连，第一气液分离器3的第三端口3c与第二调节阀15的第一端口15a相连，第一气液分离器3的第四端口3d与精馏装置4的第一端口4a相连，精馏装置4的第二端口4b与冷凝器5的第一端口5a相连，冷凝器5的第二端口5b与第二气液分离器6的第一端口6a相连，第二气液分离器6的第二端口6b与第二吸收器11的第一端口11a相连，第二气液分离器6的第三端口6c与蒸发器7的第一端口7a相连；制冷剂吸收模块包括蒸发器7、第一吸收器8、第一储液器9、第一回热器10和第一调节阀14；蒸发器7的第二端口7b与第一吸收器8的第一端口8a相连，第一吸收器8的第二端口8b与冷凝器5的第一端口5a相连，第一吸收器8的第三端口8c与第一回热器10的第四端口10d相连，第一吸收器8的第四端口8d与第一储液器9的第一端口9a相连，第一储液器9的第二端口9b与第一回热器10的第一端口10a相连，第一回热器10的第三端口10c与第一调节阀14的第二端口14b相连；扩散剂吸收模块包括第二吸收器11、第二储液器12、第二回热器13和第二调节阀15；第二吸收器11的第二端口11b与第二回热器13的第四端口13d相连，第二吸收器11的第三端口11c与第二储液器12的第一端口12a相连，第二储液器12的第二端口12b与第二回热器的13第一端口13a相连，第二回热器13的第三端口13c与第二调节阀(15)的第二端口(15b)相连。
所述的冷凝器5的位于热变换器最高的位置，第二气液分离器6的位置低于冷凝器5的位置，蒸发器7的位置低于第二气液分离器6的位置，第一吸收器8的位置低于蒸发器7的位置，第一储液器9的位置低于第一吸收器8的位置，第二储液器12的位置低于第二吸收器11的位置，第一回热器10的位置低于第一储液器9的位置，第二回热器13的位置低于第二储液器12的位置，精馏装置4的位置低于冷凝器5的位置，第一气液分离器3的位置低于精馏装置4的位置，提升管2的位置低于第一气液分离器3的位置，第一气液分离器3的第二端口3b高于第一吸收器8的第三端口8c和第一调节阀14的位置，第一气液分离器3的第三端口3c高于第二吸收器11的第二端口11b和第二调节阀15的位置。
所述的第一调节阀14和第二调节阀15为手动截止阀、自动截止阀、流量调节阀或毛细管。制冷剂为水、碳烃类、烃的卤化物、醇类或醚类中的一种或多种。扩散剂为氢气、惰性气体、碳烃类、烃的卤化物或二氧化碳。吸收剂为盐类、醇类或醚类、酮类、胺类、醛类或离子液体中的一种或多种。
所述的扩散剂为沸点低于制冷剂，密度小，不与制冷剂、吸收剂发生反应的气体。
所述的吸收剂为能吸收制冷剂和扩散剂的溶剂。
所述的发生器1、冷凝器5、蒸发器7、第一吸收器8、第二吸收器11、第一回热器10以及第二回热器13均是换热器，可以采用喷淋式或沉浸式，也可以是套管式或其他形式，其换热管可以是普通管也可以是强化管。
所述的提升管2主要起到提升溶液和驱动溶液循环的作用，可以是一般金属管，也可以为耐压软管。
所述的第一气液分离器3和第二气液分离器6的作用是将进入其中的两相混合物平衡分离，气相从其顶部流出，液相从其底部流出。
所述的第一储液器9、第二储液器12与普通制冷装置中储液器类似；精馏装置4与普通制冷装置中精馏装置类似。
上述所说的各个部件之间的连接采用金属管路连接，高温管路外包裹保温材料。
本实施例采用H2O为制冷剂，四甘醇二甲醚（E181）为吸收剂，R1150为扩散剂。
本实施例主要由三个模块组成：发生分离模块、制冷剂吸收模块和扩散剂吸收模块。
1）发生分离模块：富含扩散剂R1150和富含制冷剂H2O的吸收剂E181浓溶液在发生器1中混合并被中温热加热，扩散剂R1150气体首先被发生出来，由于扩散剂R1150的存在，吸收剂E181浓溶液中的制冷剂H2O向其中扩散，从而制冷剂H2O气体被发生出来，并被浮力在提升管2中推升，同时带动部分吸收剂E181稀溶液至第一气液分离器3。制冷剂H2O和扩散剂R1150混合气体从第一气液分离器3分离后继续上升，在精馏装置4中将其中残留的吸收剂E181进一步去除，然后上升至冷凝器5，在其中部分冷凝后放出低温冷凝热至环境，随后流到第二气液分离器6。由于扩散剂R1150与制冷剂H2O的沸点差很大，第二气液分离器6中的液相基本上是纯制冷剂H2O，而气相是纯扩散剂R1150气体。液体制冷剂H2O靠重力向下流至蒸发器7，被中温热加热气化，吸收剂R1150气体则进入第二吸收器11。
2）制冷剂吸收模块：一部分吸收剂E181稀溶液从第一气液分离器3流出，靠重力向下流过第一调节阀14，并在第一回热器10中被加热后流进第一吸收器8，吸收来自蒸发器7的制冷剂H2O气体。吸收过程中会有少量的扩散剂R1150气体从吸收剂E181溶液中扩散出来，需要通过吸收器8顶部和冷凝器5进口之间扩散剂平衡管，回流到冷凝器5的进口，与来自精馏装置4的制冷剂H2O和扩散剂R1150混合气混合。而吸收终了的富含制冷剂H2O的吸收剂E181浓溶液则靠重力经第一储液器9流回第一回热器10，放热后再次被送入发生器1中发生。
3）扩散剂吸收模块：另一部分吸收剂E181稀溶液从第一气液分离器3流出，靠重力向下流过第二调节阀15，并在第二回热器13中被冷却后流进第二吸收器11，吸收来自第二气液分离器6的扩散剂R1150气体。吸收终了的富含扩散剂R1150的吸收剂E181浓溶液则靠重力经第二储液器12流回第二回热器13，吸热后再次被送入发生器1中发生。

Claims (5)

1.一种无运动部件的扩散吸收式热变换器，其特征在于包括发生分离模块、制冷剂吸收模块和扩散剂吸收模块三部分；发生分离模块包括发生器(1)、提升管(2)、第一气液分离器(3)、精馏装置(4)、冷凝器(5)和第二气液分离器(6)；发生器(1)的第一端口(1a)与第一回热器(10)的第二端口(10b)相连，发生器(1)的第二端口(1b)与第二回热器(13)的第二端口(13b)相连，发生器(1)的第三端口(1c)与提升管(2)的底部进口相连，提升管(2)的顶部出口经第一气液分离器(3)的第一端口(3a)插入第一气液分离器(3)高度的1/2以上，第一气液分离器(3)的第二端口(3b)与第一调节阀(14)的第一端口(14a)相连，第一气液分离器(3)的第三端口(3c)与第二调节阀(15)的第一端口(15a)相连，第一气液分离器(3)的第四端口(3d)与精馏装置(4)的第一端口(4a)相连，精馏装置(4)的第二端口(4b)与冷凝器(5)的第一端口(5a)相连，冷凝器(5)的第二端口(5b)与第二气液分离器(6)的第一端口(6a)相连，第二气液分离器(6)的第二端口(6b)与第二吸收器(11)的第一端口(11a)相连，第二气液分离器(6)的第三端口(6c)与蒸发器(7)的第一端口(7a)相连；制冷剂吸收模块包括蒸发器(7)、第一吸收器(8)、第一储液器(9)、第一回热器(10)和第一调节阀(14)；蒸发器(7)的第二端口(7b)与第一吸收器(8)的第一端口(8a)相连，第一吸收器(8)的第二端口(8b)与冷凝器(5)的第一端口(5a)相连，第一吸收器(8)的第三端口(8c)与第一回热器(10)的第四端口(10d)相连，第一吸收器(8)的第四端口(8d)与第一储液器(9)的第一端口(9a)相连，第一储液器(9)的第二端口(9b)与第一回热器(10)的第一端口(10a)相连，第一回热器(10)的第三端口(10c)与第一调节阀(14)的第二端口(14b)相连；扩散剂吸收模块包括第二吸收器(11)、第二储液器(12)、第二回热器(13)和第二调节阀(15)；第二吸收器(11)的第二端口(11b)与第二回热器(13)的第四端口(13d)相连，第二吸收器(11)的第三端口(11c)与第二储液器(12)的第一端口(12a)相连，第二储液器(12)的第二端口(12b)与第二回热器的(13)第一端口(13a)相连，第二回热器(13)的第三端口(13c)与第二调节阀(15)的第二端口(15b)相连，吸收剂为盐类、醇类、醚类、酮类、胺类或醛类中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种无运动部件的扩散吸收式热变换器，其特征在于所述的冷凝器(5)的位于热变换器最高的位置，第二气液分离器(6)的位置低于冷凝器(5)的位置，蒸发器(7)的位置低于第二气液分离器(6)的位置，第一吸收器(8)的位置低于蒸发器(7)的位置，第一储液器(9)的位置低于第一吸收器(8)的位置，第二储液器(12)的位置低于第二吸收器(11)的位置，第一回热器(10)的位置低于第一储液器(9)的位置，第二回热器(13)的位置低于第二储液器(12)的位置，精馏装置(4)的位置低于冷凝器(5)的位置，第一气液分离器(3)的位置低于精馏装置(4)的位置，提升管(2)的位置低于第一气液分离器(3)的位置，第一气液分离器(3)的第二端口(3b)高于第一吸收器(8)的第三端口(8c)和第一调节阀(14)的位置，第一气液分离器(3)的第三端口(3c)高于第二吸收器(11)的第二端口(11b)和第二调节阀(15)的位置。
3.根据权利要求1所述的一种无运动部件的扩散吸收式热变换器，其特征在于制冷剂为水、碳烃类、醇类或醚类中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种无运动部件的扩散吸收式热变换器，其特征在于扩散剂为氢气、惰性气体、碳烃类或二氧化碳。
5.根据权利要求1所述的一种无运动部件的扩散吸收式热变换器，其特征在于所述的第一调节阀(14)和第二调节阀(15)为手动截止阀、自动截止阀、流量调节阀或毛细管。
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