CN102121762B - 一种双气泡泵扩散吸收式热变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双气泡泵扩散吸收式热变换器。它包括发生分离模块、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第二发生器、第二提升管、第三气液分离器、第二精馏装置、第一发生器、第一提升管、第一气液分离器、第一精馏装置、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、第一储液器和第一回热器，扩散剂吸收模块具有依次连接的第二吸收器、第二储液器和第二回热器。本发明采用两个热驱动气泡泵实现吸收剂溶液和制冷剂的同时泵送，制冷剂和扩散剂的选用更加灵活方便，完全不消耗电能，提高了运行的可靠性。在中低温热资源丰富，电力紧张，又需要使用高温热的场合，有良好的应用前景。
Description
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，尤其涉及一种双气泡泵扩散吸收式热变换器。
背景技术
吸收式热泵是利用工质的吸收循环实现热泵功能的一类装置．它采用热能直接驱动。吸收式热变换器，也称升温型热泵，是吸收式热泵的一种，可以充分利用工业用能中产生的大量工业低温废热，使之升温后重新被生产工艺过程所重新利用。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变换器的快速发展。已经投入商业应用的传统吸收式热变换器一般以H2O/LiBr为工质，因其中的溶液泵运行的温度较高，H2O/LiBr溶液的高温强腐蚀性限制了它的广泛应用。
没有运动部件的扩散吸收式制冷机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，无需使用溶液泵。
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，提出一种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和扩散剂气泡泵实现了扩散剂向发生器的输送过程，使得制冷剂在低于吸收器的温度下仍然能够在制冷剂发生器中发生。系统内部基本上是等压的，没有运动部件。采用两个热驱动气泡泵实现吸收剂溶液和制冷剂的同时泵送，省去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，提供一种双气泡泵扩散吸收式热变换器。
双气泡泵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；发生分离模块包括第一发生器、第一提升管、第一气液分离器、第一精馏装置、冷凝器、第二气液分离器、第二发生器、第二提升管、第三气液分离器和第二精馏装置；第二发生器的第一端口与第二回热器的第二端口相连，第二发生器的第二端口与第二提升管的底部进口相连，第二提升管的顶部出口经第三气液分离器的第一端口插入第三气液分离器高度的1/2以上，第三气液分离器的第二端口与第二回热器的第三端口相连，第三气液分离器的第三端口与第二精馏装置的第一端口相连，第二精馏装置的第二端口与第一发生器的第二端口相连，第一发生器的第一端口与第一回热器的第二端口相连，第一发生器的第三端口与第一提升管的底部进口相连，第一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回热器的第三端口相连，第一气液分离器的第三端口与第一精馏装置的第一端口相连，第一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、第一储液器和第一回热器；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；扩散剂吸收模块包括第二吸收器、第二储液器和第二回热器；第二吸收器的第二端口与第二回热器的第四端口相连，第二回热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。
所述的冷凝器位于热变换器的最高位置，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且低于第二储液器的位置，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，第一精馏装置的位置和第二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第一精馏装置的位置，第三气液分离器的位置低于第二精馏装置的位置，第一提升管的位置低于第一气液分离器的位置，第二提升管的位置低于第三气液分离器的位置，第一气液分离器的第二端口高于第一吸收器的第三端口，第三气液分离器的第二端口低于第二吸收器的第二端口。
所述的第一发生器、第二发生器、冷凝器、蒸发器、第一吸收器、第二吸收器、第一回热器和第二回热器为喷淋式、沉浸式或套管式；制冷剂为水、碳烃类、烃的卤化物、醇类或醚类；扩散剂为氢气、惰性气体、碳烃类、烃的卤化物或二氧化碳；制冷剂吸收模块和扩散剂吸收模块中使用的吸收剂为盐类、醇类、醚类、酮类、胺类、醛类或离子液体中的一种或多种，制冷剂吸收模块使用的吸收剂为能吸收制冷剂的溶剂，扩散剂吸收模块使用的吸收剂为能吸收制冷剂和扩散剂的溶剂。
本发明与传统吸收式热变换器相比，不再使用高温机械式溶液泵和制冷剂泵，具有以下有益效果：
1) 采用两个热驱动气泡泵同时泵送吸收剂溶液和制冷剂，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。
3) 可以在两个气泡泵中使用不同的吸收剂，使得制冷剂和扩散剂的选用更加灵活方便，有利于提高热变换器的效率。
附图说明
附图是双气泡泵扩散吸收式热变换器结构示意图；
图中：第一发生器1、第一提升管2、第一气液分离器3、第一精馏装置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、第二发生器14、第二提升管15、第三气液分离器16、第二精馏装置17。
具体实施方式
如附图所示，双气泡泵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；发生分离模块包括第一发生器1、第一提升管2、第一气液分离器3、第一精馏装置4、冷凝器5、第二气液分离器6、第二发生器14、第二提升管15、第三气液分离器16和第二精馏装置17；第二发生器14的第一端口14a与第二回热器13的第二端口13b相连，第二发生器14的第二端口14b与第二提升管15的底部进口相连，第二提升管15的顶部出口经第三气液分离器16的第一端口16a插入第三气液分离器16高度的1/2以上，第三气液分离器16的第二端口16b与第二回热器13的第三端口13c相连，第三气液分离器16的第三端口16c与第二精馏装置17的第一端口17a相连，第二精馏装置17的第二端口17b与第一发生器1的第二端口1b相连，第一发生器1的第一端口1a与第一回热器10的第二端口10b相连，第一发生器1的第三端口1c与第一提升管2的底部进口相连，第一提升管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与第一回热器10的第三端口10c相连，第一气液分离器3的第三端口3c与第一精馏装置4的第一端口4a相连，第一精馏装置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和第一回热器10；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；扩散剂吸收模块包括第二吸收器11、第二储液器12和第二回热器13；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，第二回热器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。
所述的冷凝器5位于热变换器的最高位置，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的位置且低于第二储液器12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，第一精馏装置4的位置和第二精馏装置17的位置低于冷凝器5的位置，第一气液分离器3的位置低于第一精馏装置4的位置，第三气液分离器16的位置低于第二精馏装置17的位置，第一提升管2的位置低于第一气液分离器3的位置，第二提升管15的位置低于第三气液分离器16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，第三气液分离器16的第二端口16b低于第二吸收器11的第二端口11b。
所述的第一发生器1、第二发生器14、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和第二回热器13为喷淋式、沉浸式或套管式，其换热管可以是普通管也可以是强化管；制冷剂为水、碳烃类、烃的卤化物、醇类或醚类；扩散剂为氢气、惰性气体、碳烃类、烃的卤化物或二氧化碳；制冷剂吸收模块和扩散剂吸收模块中使用的吸收剂为盐类、醇类、醚类、酮类、胺类、醛类或离子液体中的一种或多种，可以相同也可以不同，制冷剂吸收模块使用的吸收剂为能吸收制冷剂的溶剂，扩散剂吸收模块使用的吸收剂为能吸收制冷剂和扩散剂的溶剂。
所述的提升管2和提升管15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、第二气液分离器6和第三气液分离器16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；第一精馏装置4、第二精馏装置17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的吸收剂E181浓溶液在第二发生器14中被中温热加热，扩散剂R1150气体被发生出来，并被浮力在第二提升管15中推升，同时带动部分吸收剂E181稀溶液至第三气液分离器16。扩散剂R1150气体从第三气液分离器16分离后继续上升，在第二精馏装置17中将其中残留的吸收剂E181进一步除去，然后进入第一发生器1中。由于扩散剂R1150气泡的存在，富含制冷剂H2O的吸收剂E181浓溶液中的制冷剂H2O向其中扩散，从而制冷剂H2O从溶液中发生出来。由于浮力作用，扩散剂R1150与制冷剂H2O的混合物气泡在第一提升管2中上升，同时推动部分吸收剂E181稀溶液升至第一气液分离器2。制冷剂H2O和扩散剂R1150混合气体在第一气液分离器3与吸收剂E181稀溶液分离后继续上升，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：在第一气液分离器3中被分离的吸收剂E181稀溶液靠重力向下流，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，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，放热后再次被送入第一发生器1中发生。
3）扩散剂吸收模块：在第三气液分离器16中被分离的吸收剂E181稀溶液靠重力向下流，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，吸热后再次被送入第二发生器14中发生。
Claims (5)
1.一种双气泡泵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；发生分离模块包括第一发生器(1)、第一提升管(2)、第一气液分离器(3)、第一精馏装置(4)、冷凝器(5)、第二气液分离器(6)、第二发生器(14)、第二提升管(15)、第三气液分离器(16)和第二精馏装置(17)；第二发生器(14)的第一端口(14a)与第二回热器(13)的第二端口(13b)相连，第二发生器(14)的第二端口(14b)与第二提升管(15)的底部进口相连，第二提升管(15)的顶部出口经第三气液分离器(16)的第一端口(16a)插入第三气液分离器(16)高度的1/2以上，第三气液分离器(16)的第二端口(16b)与第二回热器(13)的第三端口(13c)相连，第三气液分离器(16)的第三端口(16c)与第二精馏装置(17)的第一端口(17a)相连，第二精馏装置(17)的第二端口(17b)与第一发生器(1)的第二端口(1b)相连，第一发生器(1)的第一端口(1a)与第一回热器(10)的第二端口(10b)相连，第一发生器(1)的第三端口(1c)与第一提升管(2)的底部进口相连，第一提升管(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)与第一回热器(10)的第三端口(10c)相连，第一气液分离器(3)的第三端口(3c)与第一精馏装置(4)的第一端口(4a)相连，第一精馏装置(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)和第一回热器(10)；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；扩散剂吸收模块包括第二吸收器(11)、第二储液器(12)和第二回热器(13)；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，第二回热器(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；
所述的冷凝器(5)位于热变换器的最高位置，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)的位置且低于第二储液器(12)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，第一精馏装置(4)的位置和第二精馏装置(17)的位置低于冷凝器(5)的位置，第一气液分离器(3)的位置低于第一精馏装置(4)的位置，第三气液分离器(16)的位置低于第二精馏装置(17)的位置，第一提升管(2)的位置低于第一气液分离器(3)的位置，第二提升管(15)的位置低于第三气液分离器(16)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)，第三气液分离器(16)的第二端口(16b)低于第二吸收器(11)的第二端口(11b)。
2.根据权利要求1所述的一种双气泡泵扩散吸收式热变换器，其特征在于制冷剂为水、碳烃类、烃的卤化物、醇类或醚类。
3.根据权利要求1所述的一种双气泡泵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、烃的卤化物或二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的一种双气泡泵扩散吸收式热变换器，其特征在于所述的制冷剂吸收模块和扩散剂吸收模块中使用的吸收剂为盐类、醇类、醚类、酮类、胺类、醛类或离子液体中的一种或多种，制冷剂吸收模块使用的吸收剂为能吸收制冷剂的溶剂，扩散剂吸收模块使用的吸收剂为能吸收制冷剂和扩散剂的溶剂。
5.根据权利要求1所述的一种双气泡泵扩散吸收式热变换器，其特征在于所述的第一发生器(1)、第二发生器(14)、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)和第二回热器(13)为喷淋式、沉浸式或套管式。
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