CN104613669A - 一种吸收式热变换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种吸收式热变换器，涉及热变换器技术领域，可在保证热力性能的同时，减小能耗，避免工质结晶，降低循环工质泄露的风险。所述吸收式热变换器包括分离器、蒸发器、吸收器、冷凝器和循环工质，所述冷凝器和所述蒸发器分别通过不同管路连通于所述分离器和所述吸收器之间，所述分离器与所述吸收器还通过另外两条不同管路连通，所述循环工质包括不完全互溶的第一组分和第二组分，且所述循环工质在所述分离器内形成富含所述第一组分的第一工质和富含所述第二组分的第二工质。

Description

一种吸收式热变换器

技术领域

本发明涉及热变换器技术领域，尤其涉及一种吸收式热变换器。

背景技术

在化工、电力、冶金以及分布式能源等行业的生产中，往往会产生大量余热，若不加以利用，容易造成能源的浪费，吸收式热变换器(Absorption Heat Transformer)是回收这些余热的有效装置，现有的吸收式热变换器通常包括发生器、蒸发器、冷凝器和吸收器等组成的循环系统，且一般使用溴化锂溶液作为工质，发生器内的溴化锂稀溶液被加热并蒸发出水蒸气，进入冷凝器中冷凝，并放出热量，冷凝后的液态水由泵加压输送至蒸发器中，在余热的加热下汽化，汽化后的水蒸气进入吸收器被从发生器来的浓溶液吸收，在吸收过程中释放热量，该热量既为可利用的热量，吸收水蒸气后的溴化锂稀溶液会回到发生器，从而实现循环使用。

但现有的吸收式热变换器，需要在极大偏离大气压条件下工作，所以对设备要求较高，循环工质容易泄露，且现有吸收式热变换器中的发生器需要耗能以对溴化锂溶液进行加热，且有用能损失较高，此外，在高温情况下溴化锂溶液对设备有很强的腐蚀性，且从发生器出来的溴化锂溶液经常会出现结晶现象，使设备的材质和工作的温度范围受到限制。

发明内容

本发明的实施例提供一种吸收式热变换器，可在保证热力性能的同时，减小能耗，避免工质结晶，降低循环工质泄露的风险。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种吸收式热变换器，包括分离器、蒸发器、吸收器、冷凝器和循环工质，所述冷凝器和所述蒸发器分别通过不同管路连通于所述分离器和所述吸收器之间，所述分离器与所述吸收器还通过另外两条不同管路连通，所述循环工质包括不完全互溶的第一组分和第二组分，且所述循环工质在所述分离器内形成富含所述第一组分的第一工质和富含所述第二组分的第二工质。

进一步地，所述分离器包括入口、第一出口和第二出口，所述吸收器包括进气口、出气口、出液口和进液口，所述冷凝器通过管路连通于所述入口和所述出气口之间，所述蒸发器通过管路连通于所述第一出口和所述进气口之间，所述进液口与所述第二出口通过管路连通，所述出液口与所述入口通过管路连通，所述第一工质可由所述第一出口流出，所述第二工质可由所述第二出口流出。

更进一步地，还包括第一换热器，所述第一换热器包括第一通道和第二通道，所述第一通道连通于所述入口和所述出气口之间的管路上，所述第二通道连通于所述第一出口和所述蒸发器之间的管路上；

和/或第二换热器，所述第二换热器包括第三通道和第四通道，所述第三通道连通于所述入口和所述出液口之间的管路上，所述第四通道连通于所述第二出口和所述进液口之间的管路上。

更进一步地，还包括第一换热器，所述第一换热器包括第一通道和第二通道，所述第一通道连通于所述入口和所述出气口之间的管路上，所述第二通道连通于所述第二出口和所述进液口之间的管路上；

和/或第二换热器，所述第二换热器包括第三通道和第四通道，所述第三通道连通于所述入口和所述出液口之间的管路上，所述第四通道连通于所述第一出口和所述蒸发器之间的管路上。

进一步地，所述第一工质和所述第二工质可在所述分离器内分层。

更进一步地，所述循环工质为非共沸混合物、均相共沸混合物或多相共沸混合物。

优选地，所述第一组分为3-甲基丁酸，所述第二组分为丁二腈。

进一步地，所述溶液泵包括第一溶液泵和第二溶液泵，所述第一溶液泵设于第一出口和所述蒸发器之间的管路上，所述第二溶液泵设于所述第二出口和所述进液口之间的管路上。

进一步地，所述吸收器表面设有绝热材料制成的绝热层。

本发明实施例所述的吸收式热变换器，在工作时，由于所述第一组分和所述第二组分不完全互溶，所述循环工质为液态并在所述分离器内形成富含所述第一组分的第一工质和富含所述第二组分的第二工质，所述第一工质可从所述分离器流向所述蒸发器，所述蒸发器吸收外界热源产生的余热并使所述第一工质在所述蒸发器内蒸发成气态，然后，气态的所述第一工质进入所述吸收器，同时，液态的所述第二工质从所述分离器流向所述吸收器，在所述吸收器内，气态的所述第一工质和液态的所述第二工质混合，其中，液态的所述第二工质可部分吸收气态的所述第一工质，并释放热量，使未被吸收的气态的所述第一工质升温，且未被吸收的气态的所述第一工质从所述出气口流出，并进入所述冷凝器，在所述冷凝器内冷凝成液态，并释放热量，从而可向需要热量的场合供热，所述冷凝器内的液态的所述第一工质回流至所述分离器内，所述吸收器内的吸收了部分所述第一工质的所述第二工质仍为液态，并从所述吸收器流出，再回流至所述分离器内，以便进行下一次循环。由于本发明中所述循环工质包括可在所述分离器内形成富含所述第一组分的第一工质和富含所述第二组分的第二工质，并且利用所述第二工质在所述吸收器内部分吸收所述第一工质，并释放热量，从而输出热量，避免了采用需要耗能的发生器，也避免了采用易结晶的溴化锂溶液作为工质，从而可在保证热力性能的同时，减小能耗，避免工质结晶。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的吸收式热变换器的第一种实施方式；

图2为本发明提供的吸收式热变换器的第二种实施方式；

图3为本发明提供的吸收式热变换器的第三种实施方式；

图4为本发明提供的吸收式热变换器在工作时的参数表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”和“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

参照图1，图1为本发明提供的吸收式热变换器的第一种实施方式，所述吸收式热变换器包括分离器1、蒸发器2、吸收器3、冷凝器4和循环工质，冷凝器4和蒸发器2分别通过不同管路连通于分离器1和吸收器3之间，分离器1与吸收器3还通过另外两条不同管路连通，所述循环工质包括不完全互溶的第一组分和第二组分，且所述循环工质在分离器1内形成富含所述第一组分的第一工质和富含所述第二组分的第二工质，在吸收器3的压力条件下(1大气压附近)，液态的所述第二工质可吸收气态的所述第一工质，即在所述压力条件下包含有所述第一组分与所述第二组分的所述循环工质有气液相平衡特征。

在工作时，由于第一组分和第二组分不完全互溶，且所述循环工质可在分离器1内分层，形成富含所述第一组分的第一工质和富含所述第二组分的第二工质，所述第一工质从所述分离器1流向蒸发器2，蒸发器2可吸收所述外界热源的热量并使所述第一工质在蒸发器2内蒸发成气态，然后，气态的所述第一工质进入吸收器3，同时，液态的所述第二工质从分离器1流向吸收器3，在吸收器3内，气态的所述第一工质和所述第二工质混合，液态的所述第二工质的第二组分部分吸收气态的所述第一工质的第一组分，并释放热量，所述第一工质在被吸收一部分第一组分后，温度得到提升，从所述吸收器3流出，并进入冷凝器4，在冷凝器4内冷凝成液态，并释放热量，从而可向需要热量的场合供热，冷凝器4内的液态的第一工质回流至分离器1内，吸收器3内的部分吸收了所述第一组分的所述第二工质仍为液态，并从吸收器3流出，再回流至分离器1内，以便进行下一次循环。由于本发明中的循环工质在分离器1中形成富含所述第一组分的第一工质和富含所述第二组分的第二工质，并可利用所述第二工质的第二组分在吸收器3内部分吸收所述第一工质的第一组分，释放热量，从而输出热量，使得不需要采用耗能的发生器，也避免了采用易结晶的溴化锂溶液作为循环工质，从而可在保证热力性能的同时，减小能耗，避免工质结晶。

具体地，对于温度在160℃到250℃的热源，本实施例提供的吸收式热变换器可将温度提升15℃到30℃后向外输出，热力学性能系数可以达到0.30到0.65，且工作压力接近1个大气压，使得对设备强度要求低，降低了工质泄露的可能性。

具体地，分离器1包括入口、第一出口和第二出口，吸收器3包括进气口、出气口、出液口和进液口，冷凝器4通过管路连通于分离器1入口和所述出气口之间，蒸发器2通过管路连通于所述第一出口和所述进气口之间，所述进液口与所述第二出口通过管路连通，所述出液口与所述入口通过管路连通，其中，由产生工业余热的外界热源(图中未示出)对蒸发器2加热。在工作时，所述第一工质从所述第一出口流向蒸发器2，蒸发器2可吸收所述外界热源的热量并使所述第一工质在蒸发器2内蒸发成气态，然后，气态的所述第一工质进入吸收器3，同时，液态的所述第二工质从所述第二出口流向吸收器3，在吸收器3内，所述第一工质在被吸收一部分第一组分后，从所述出气口流出，并进入冷凝器4，在冷凝器4内冷凝成液态，冷凝器4内的液态的第一工质从所述入口回流至分离器1内，吸收器3内的部分吸收了所述第一组分的所述第二工质仍为液态，并从所述出液口流出，再从所述入口回流至分离器1内。

参照图2，图2为本发明提供的吸收式热变换器的第二种实施方式，为了缩短工质被加热的时间，并提高工质的热量利用率，所述吸收式热变换器还包括第一换热器5，第一换热器5包括第一通道和第二通道，所述第一通道连通于分离器1入口和吸收器3的所述出气口之间的管路上，所述第二通道连通于分离器1的所述第一出口和蒸发器2之间的管路上。由于所述第一工质在冷凝器4中冷凝后仍然具有一定的热量，且温度高于分离器1与蒸发器2间管路内的第一工质的温度，从冷凝器4流出的第一工质被引入第一换热器5的第一通道，从分离器1流出的第一工质在进入蒸发器2之前先被引入第二通道，使得可利用冷凝器4流出的第一工质的热量对从分离器1流出的第一工质进行预热，预热后的第一工质进入蒸发器2后，其温度可迅速提高，从而缩短了加热蒸发的时间，并且更加充分地利用了系统内的热量。

参照图2，所述吸收式热变换器还可包括第二换热器6，第二换热器6包括第三通道和第四通道，所述第三通道连通于分离器1入口和吸收器3的所述出液口之间的管路上，所述第四通道连通于分离器1的所述第二出口和吸收器3的所述进液口之间的管路上。由于所述第二工质在吸收器3中吸收所述第一工质后，温度升高，从吸收器3的出液口流出的第二工质被引入所述第三通道，从分离器1流出的第二工质在进入吸收器3之前先被引入所述第四通道，从而可利用吸收器3流出的第二工质对从分离器1流出的第二工质进行预热，预热后的工质进入吸收器3后，其温度进一步提高，从而有利于提升从吸收器3流向冷凝器4的第一组分的温度，进而提高向外输出的热量。

参照图3，图3为本发明提供的吸收式热变换器的第三种实施方式，第一换热器5和第二换热器6的设置还可为图3中所示的方式，具体地，第一换热器5中，所述第一通道连通于分离器1入口和吸收器3的所述出气口之间的管路上，所述第二通道连通于分离器1的第二出口和吸收器3的所述进液口之间，第二换热器6中，所述第三通道连通于分离器1入口和吸收器3的所述出液口之间的管路上，所述第四通道连通于分离器1的所述第一出口和蒸发器2之间的管路上。

其中，所述第一通道内的工质是来自吸收器3的气态的第一工质，所述第二通道内的工质是来自分离器1的液态的所述第二工质，由所述第一通道内的工质对所述第二通道内的工质进行预热；同时，所述第三通道内的工质是来自吸收器3的液态的所述第二工质，所述第四通道内的工质是来自分离器1的所述第一工质，由所述第三通道内的工质对所述第四通道内的工质进行预热。

所述第一工质和所述第二工质可在分离器1内分层，从而使第一工质和所述第二工质分离，便于所述第一工质和所述第二工质分别从所述第一出口和所述第二出口流出。

所述循环工质可采用以下三类混合物：

(1)非共沸混合物，例如：1、所述第一组分采用3-甲基丁酸，所述第二组分可采用丁二腈；2、所述第一组分采用苯胺，所述第二组分采用正十六烷；3、所述第一组分采用苯酚，所述第二组分采用正十六烷等。

(2)均相共沸混合物，例如：1、所述第一组分采用正辛烷，所述第二组分采用苯胺；2、所述第一组分采用甲基环己烷，所述第二组分采用二甲基甲酰胺；3、所述第一组分采用环己烷，所述第二组分采用二甲基甲酰胺等。

(3)多相共沸混合物，例如：1、所述第一组分采用水，所述第二组分采用苯甲酸；2、所述第一组分采用甲醇，所述第二组分采用二硫化碳；3、所述第一组分采用甲醇，所述第二组分采用乙腈等。

由于3-甲基丁酸和丁二腈较难互溶，因此，在分离器1内较易分层，便于形成第一工质和第二工质，同时，液态的丁二腈对气态的3-甲基丁酸的吸收效果较好，有利于在吸收过程中放热，因此，优选所述第一组分可采用3-甲基丁酸，所述第二组分可采用丁二腈。

为了保证管路内的工质能够有足够的压力进行循环，可在所述管路上设置第一溶液泵7和第二溶液泵8，具体地，第一溶液泵7设于第一出口和蒸发器2之间的管路上，第二溶液泵8设于第二出口和所述进液口之间的管路上。从而使第一组分和第二组分均能在足够的压力下循环。

为了避免外界环境对吸收器3内的温度产生影响，可使吸收器3与外界绝热，具体地，可在吸收器3表面设置由绝热材料制成的绝热层，以减少外界环境与吸收器3间的热传递。

具体地，参照图1，在所述第一种实施方式中，分离器1与蒸发器2间的工质为工质S1b，蒸发器2与吸收器3间的工质为工质S2b，分离器1与吸收器3间的工质为工质S3b，吸收器3与冷凝器4间的工质为S4b，冷凝器4与分离器1间的工质为工质S5b，吸收器3与分离器1间的工质为工质S6b。

如图2所示，第一溶液泵7与第一换热器5间的工质为工质S1，第一换热器5与蒸发器2间的工质为工质S2，蒸发器2与吸收器3间的工质为S3，第二溶液泵8与第二换热器6间的工质为工质S4，第二换热器6与吸收器3间的工质为工质S5，吸收器3与冷凝器4间的工质为S6，冷凝器4与第一换热器5间的工质为工质S7，第一换热器5与分离器1间的工质为工质S8，吸收器3与第二换热器6间的工质为工质S9，第二换热器6与分离器1间的工质为工质S10，分离器1与第一溶液泵间的工质为工质S11，分离器1与第二溶液泵8间的工质为工质S12。

如图3所示，第一溶液泵7与第二换热器6间的工质为工质S1a，第二换热器5与蒸发器2间的工质为工质S2a，蒸发器2与吸收器3间的工质为S3a，第二溶液泵8与第一换热器5间的工质为工质S4a，第一换热器6与吸收器3间的工质为工质S5a，吸收器3与冷凝器4间的工质为S6a，冷凝器4与第一换热器5间的工质为工质S7a，第一换热器5与分离器1间的工质为工质S8a，吸收器3与第二换热器6间的工质为工质S9a，第二换热器6与分离器1间的工质为工质S10a，分离器1与第一溶液泵间的工质为工质S11a，分离器1与第二溶液泵8间的工质为工质S12a。

以第二种实施方式为例：本发明实施例提供的吸收式热变换器可在如下条件下实施：

第一换热器5和第二换热器6的压力损失为0.15大气压，蒸发器2和冷凝器4的压力损失为0.10大气压，吸收器3和分离器1无压力损失；第一换热器5和第二换热器6是液液换热器，最小换热温差为5℃；吸收器3为没有热交换的闪蒸吸收；采用理想分离器即分离器1内温度分布均匀；环境温度为30℃且分离器1温度高于环境温度10℃；热源温度为191℃。

在上述实施条件下吸收式热变换器中各段工质的相态、温度、压力、摩尔流量、轻组分摩尔含量和摩尔焓如下图4中的表格所示，通过图4中的数据可得：蒸发器2的热功率为1.80kW，冷凝器4的热功率为0.91kW，所述吸收式热变换器的性能系数COP(coefficient ofperformance)为0.505，温度提升值(工质S6与工质S3温度之差)为19.51℃。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种吸收式热变换器，其特征在于，包括分离器、蒸发器、吸收器、冷凝器和循环工质，所述冷凝器和所述蒸发器分别通过不同管路连通于所述分离器和所述吸收器之间，所述分离器与所述吸收器还通过另外两条不同管路连通，所述循环工质包括不完全互溶的第一组分和第二组分，且所述循环工质在所述分离器内形成富含所述第一组分的第一工质和富含所述第二组分的第二工质。

2.据权利要求1所述的吸收式热变换器，其特征在于，所述分离器包括入口、第一出口和第二出口，所述吸收器包括进气口、出气口、出液口和进液口，所述冷凝器通过管路连通于所述入口和所述出气口之间，所述蒸发器通过管路连通于所述第一出口和所述进气口之间，所述进液口与所述第二出口通过管路连通，所述出液口与所述入口通过管路连通。

3.根据权利要求2所述的吸收式热变换器，其特征在于，还包括第一换热器，所述第一换热器包括第一通道和第二通道，所述第一通道连通于所述入口和所述出气口之间的管路上，所述第二通道连通于所述第一出口和所述蒸发器之间的管路上；

和/或，

第二换热器，所述第二换热器包括第三通道和第四通道，所述第三通道连通于所述入口和所述出液口之间的管路上，所述第四通道连通于所述第二出口和所述进液口之间的管路上。

4.根据权利要求2所述的吸收式热变换器，其特征在于，还包括第一换热器，所述第一换热器包括第一通道和第二通道，所述第一通道连通于所述入口和所述出气口之间的管路上，所述第二通道连通于所述第二出口和所述进液口之间的管路上；

和/或，

第二换热器，所述第二换热器包括第三通道和第四通道，所述第三通道连通于所述入口和所述出液口之间的管路上，所述第四通道连通于所述第一出口和所述蒸发器之间的管路上。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的吸收式热变换器，其特征在于，所述第一工质和所述第二工质可在所述分离器内分层。

6.根据权利要求5所述的吸收式热变换器，其特征在于，所述循环工质为非共沸混合物、均相共沸混合物或多相共沸混合物。

7.根据权利要求6所述的吸收式热变换器，其特征在于，所述第一组分为3-甲基丁酸，所述第二组分为丁二腈。

8.根据权利要求2所述的吸收式热变换器，其特征在于，还包括第一溶液泵和第二溶液泵，所述第一溶液泵设于第一出口和所述蒸发器之间的管路上，所述第二溶液泵设于所述第二出口和所述进液口之间的管路上。

9.根据权利要求1所述的吸收式热变换器，其特征在于，所述吸收器表面设有绝热材料制成的绝热层。