CN102563948B - 提升低位热能品位的方法 - Google Patents

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一种不消耗热能的喷射式化学吸收热泵制冷和提高低位热能品位的方法与工艺系统，使制冷过程与溶液的解析发生过程合而为一，免用高温热源，并提高从冷媒取得的低位热能品位、向外界输送高温热能。该系统可用于夏季空调制冷和冬季冰箱制冷同时向室内供热，可用于为5℃～30℃的不挥发性的酸、碱、盐溶液或废水多效蒸发浓缩提供冷源和热源。其优点是流程短、设备少、能量利用率高、多功能集成度高。

Description

提升低位热能品位的方法
技术领域  本发明涉及热泵制冷和提升低位热能品位的技术领域，特别是不消耗热能的喷射式化学吸收热泵。 
背景技术  现有化学吸收式热泵制冷系统，液态冷剂在蒸发器中从温度低于环境的冷媒取得低温热量在低压下气化制冷，冷剂蒸气在吸收器中被溶液吸收放热后，需要从高于环境温度的热源(高温热源)输入高温热量使之在发生器中解析，解析出的冷剂蒸气在冷凝器放热液化、减压回到蒸发器，构成制冷循环。上述从冷媒和高温热源输入制冷系统的两部分热量都被排放到大气环境中。技术上的改进使从冷媒取得低温热量与从高温热源输入热量的比值(制冷系统性能系数)不断提高(杜垲等.氨水吸收式制冷GAX循环中临界热源温度的理论分析，东南大学学报(自然科学版)，2005，35(5)：766～768)，已经可以让高温热源仅起辅助作用、但仍然需要使发生器中解析出的冷剂蒸气在冷凝器中放热冷凝液化后，再进入蒸发器中吸热蒸发制冷(刘小江.减压发生喷射吸收复合制冷原理与经济分析，制冷，2007，26(2)：35～39；和刘小江.一种减压发生喷射吸收复合制冷装置，，中国实用新型专利ZL200520049987121)。 
发明内容  本发明公开一种方法，使化学吸收式热泵制冷系统的蒸发制冷过程与溶液解析发生过程合而为一，免用高温热源，并提高从冷媒取得的低位热能的品位、通过吸收过程向外界输送高温热能。 
本发明主要发明思想是：同温度下饱和蒸汽压差异较大的轻、重两组分组成的二元溶液体系具有特定的气液两相平衡性质，在较低温度和压力下体系吸取冷媒热量气化产生气液共存状态，其液相经加压后具有吸收气相物质、且在更高温度下释放热量的能力。恰当配置二元溶液的组成、浓度、温度和压力，构成封闭循环系统，可以使系统放热的温度比吸热温度高10℃～100℃。利用该性质，通过解析和吸收两个步骤即可实现从冷媒吸取热量制冷和提升低位热能品位。 
本发明技术要点是：一级解析器(1)内二元溶液从系统外温度为-10℃～80℃的冷媒获取低位热能并分离成比冷媒温度低3℃～30℃的气液两相，液相在液柱重力作用下进入二级解析器(3)压力提高10～150kPa、被间壁对流放热的浓溶液加热使温度提高3℃～30℃并再次分离为气液两相，二级解析后的稀溶液被溶液加压泵(5)提高压力0.1～0.8MPa，通过液力喷射器(4)高速绝热喷射引吸上述两级解析的气相物质使气液两相在吸收器(2)内混合，混合过程放出的热量使溶液温度提高10℃～40℃同时向外界输出热量、其温度比冷媒温度高10℃～50℃。混合后的浓溶液在二级解析器(3)内通过间壁对流放热降温到比一级解析器(1)内部温度高 5℃～20℃，然后节流减压进入一级解析器(1)内获取低温热量。 
上述由一级解析器(1)、二级解析器(3)、溶液加压泵(5)、液力喷射器(4)、吸收器(2)以及节流阀(7)和单向阀(6)构成封闭循环系统。通过上述步骤形成连续过程，从冷媒获取热能并提高品位后向外界输出。二级解析器(3)是为了调节系统提升低位热能品位的幅度设置的辅助解析器，用一部分吸收热增加溶液的解析量。为了使低压解析的蒸气进入压力更高的吸收器设置液力喷射器(4)。为了满足工艺需要设置节流阀(7)和单向阀(6)。 
所述二元溶液由完全互溶的轻、重两组分组成，轻组分质量浓度范围1％～99.8％，在所述温度范围内轻组分纯物质饱和蒸汽压为0.2～10.9MPa，高于重组分纯物质饱和蒸汽压0.17～10.1MPa。在所述温度和浓度范围内二元溶液的饱和蒸汽压为300kPa～10MPa、溶液不结晶。二元溶液的气相物质被液相吸收每kg放出吸收热1500～2500kJ。 
所述冷媒以冷凝、对流、传导或辐射方式将热量传入工艺系统，系统以蒸发、对流、传导方式向外界输出热量。 
所述外界指利用热能的场所或大气环境。 
附图说明  附图是本发明提供的不消耗热能的喷射式化学吸收热泵制冷和提高低位热能品位的方法与工艺系统示意图。图中：1-一级解析器；2-吸收器；3-二级解析器；4-液力喷射器；5-溶液加压泵；6-单向阀；7-节流阀。以下结合实施例对附图作进一步阐述。 
具体实施方式  以下结合实施例阐述本发明具体实施方式 
实施例1：1～5效蒸发浓缩5℃～30℃的不挥发性的酸、碱、盐溶液或废水。 
由氨与水两种物质组成二元溶液，氨的质量百分浓度30％～60％。冷媒是从含不挥发性溶质的料液气化来的5℃～30℃溶剂蒸气。该溶剂蒸气通过间壁冷凝传热给所述二元溶液使之在一级解析器内分离为-10℃～20℃、压力为110～140kPa的气液两相共存状态，液相自动下降流入1～5m高度以下的二级解析器其压力提高到120～210kPa、被20℃～60℃的循环浓溶液间壁对流放热使之再次分离为0℃～40℃气液两相共存状态，二级解析后的稀溶液被溶液加压泵提升压力到0.25～0.6MPa，通过液力喷射器高速绝热喷射引吸上述两级解析的气相物质使气液两相在吸收器内混合，混合过程放出的热量使溶液温度升高到20℃～60℃同时向外界输出15℃～60℃的热能。混合后的浓溶液在二级解析器内通过间壁对流放热降温到-5℃～40℃，然后节流减压进入一级解析器内获取低温热量。 
所述冷媒料液是指不挥发性的酸、碱、盐溶液或废水。 
所述外界指不挥发性的酸、碱、盐溶液或废水的蒸发浓缩设备。根据系统向外界输出热量的温度与系统从冷媒吸取热量的温度之差，蒸发浓缩设备是1～5效，保证每效设备传热温 差不低于5℃。 
实施例2：冰箱、空调供冷与冬季室内供热。 
由氨与水两种物质组成二元溶液，氨的质量百分浓度50％～60％。冷媒温度-5℃～26℃，通过间壁对流或冷凝传热给所述二元溶液使之在一级解析器内分离为-10℃～15℃、压力为120～300kPa的气液两相共存状态，液相自动下降流入1～3m高度以下的二级解析器其压力提高到130～330kPa、被20℃～45℃的循环浓溶液间壁对流放热使之再次分离为0℃～25℃气液两相共存状态，二级解析后的稀溶液被溶液加压泵提升压力到0.35～0.85MPa，通过液力喷射器高速绝热喷射引吸上述两级解析的气相物质使气液两相在吸收器内混合，混合过程放出的热量使溶液温度升高到20℃～45℃同时向外界输出16℃～40℃的热能。混合后的浓溶液在二级解析器内通过间壁对流放热降温到5℃～30℃，然后节流减压进入一级解析器内获取冷媒的热量。 
所述冷媒是供冰箱用的冷冻盐水、夏季供室内降温的冷空气或冬季室外大气。 
所述外界指冬季为室内供热的空调或各种季节大气环境。 

Claims (3)

1.一种制冷和提高低位热能品位的方法，其特征在于一级解析器内二元溶液从系统外温度为-10℃～80℃的冷媒获取低位热能并分离成比冷媒温度低3℃～30℃的气液两相，液相在液柱重力作用下进入二级解析器压力提高10～150kPa、被间壁对流放热的浓溶液加热使温度提高3℃～30℃并再次分离为气液两相，二级解析后的稀溶液被溶液加压泵提高压力0.1～0.8MPa，通过液力喷射器高速绝热喷射引吸上述两级解析的气相物质使气液两相在吸收器内混合，混合过程放出的热量使溶液温度提高10℃～40℃同时向外界输出温度比冷媒温度高10℃～50℃的热能，混合后的浓溶液在二级解析器内通过间壁对流放热降温到比一级解析器内部温度高5℃～20℃，然后节流减压进入一级解析器内获取低温热量；
应用上述方法的系统是由一级解析器、二级解析器、溶液加压泵、液力喷射器、吸收器以及节流阀和单向阀构成的封闭循环系统，通过上述步骤形成连续过程，提高从冷媒获取热能的品位后向外界输出；
所述二元溶液由完全互溶的轻、重两组分组成，轻组分质量浓度范围1％～99.8%，在所述温度范围内轻组分纯物质饱和蒸汽压为0.2～10.9MPa，高于重组分纯物质饱和蒸汽压0.17～10.1MPa，在所述温度和浓度范围内二元溶液的饱和蒸汽压为300kPa～10MPa、溶液不结晶，二元溶液的气相物质被液相吸收每千克放出吸收热1500～2500kJ；
所述冷媒以冷凝、对流、传导或辐射方式将热量传入系统，系统以蒸发、对流、传导方式向外界输出热量；
所述外界指利用热能的场所或大气环境。
2.根据权利要求1所述的制冷和提高低位热能品位的方法，其特征在于由氨与水两种物质组成二元溶液，氨的质量百分浓度30％～60％，冷媒是从含不挥发性溶质的料液气化来的5℃～30℃溶剂蒸气，该溶剂蒸气通过间壁冷凝传热给所述二元溶液使之在一级解析器内分离为-10℃～20℃、压力为110～140kPa的气液两相共存状态，液相自动下降流入1～5m高度以下的二级解析器其压力提高到120～210kPa、被20℃～60℃的循环浓溶液间壁对流放热使之再次分离为0℃～40℃气液两相共存状态，二级解析后的稀溶液被溶液加压泵提升压力到0.25～0.6MPa，通过液力喷射器高速绝热喷射引吸上述两级解析的气相物质使气液两相在吸收器内混合，混合过程放出的热量使溶液温度升高到20℃～60℃同时向外界输出15℃～60℃的热能，混合后的浓溶液在二级解析器内通过间壁对流放热降温到-5℃～40℃，然后节流减压进入一级解析器内获取低温热量；
所述冷媒料液是指不挥发性的酸、碱、盐溶液或废水；
所述外界指1～5效蒸发浓缩不挥发性酸、碱、盐溶液或废水的设备。
3.根据权利要求1所述的制冷和提高低位热能品位的方法，其特征在于由氨与水两种物质组成二元溶液，氨的质量百分浓度50％～60％，冷媒温度-5℃～26℃，通过间壁对流或冷凝传热给所述二元溶液使之在一级解析器内分离为-10℃～15℃、压力为120～300kPa的气液两相共存状态，液相自动下降流入1～3m高度以下的二级解析器其压力提高到130～330kPa、被20℃～45℃的循环浓溶液间壁对流放热使之再次分离为0℃～25℃气液两相共存状态，二级解析后的稀溶液被溶液加压泵提升压力到0.35～0.85MPa，通过液力喷射器高速绝热喷射引吸上述两级解析的气相物质使气液两相在吸收器内混合，混合过程放出的热量使溶液温度升高到20℃～45℃同时向外界输出16℃～40℃的热能，混合后的浓溶液在二级解析器内通过间壁对流放热降温到5℃～30℃，然后节流减压进入一级解析器内获取冷媒的热量；
所述冷媒是供冰箱用的冷冻盐水、夏季供室内降温的冷空气或冬季室外大气；
所述外界指冬季为室内供热的空调或各种季节大气环境。
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