CN104633981A - 一种基于光伏光热和电渗析的溴化锂-水吸收式制冷装置 - Google Patents
一种基于光伏光热和电渗析的溴化锂-水吸收式制冷装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于光伏光热和电渗析的溴化锂-水吸收式制冷装置。该系统包含吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器、太阳能光伏光热系统、电渗析装置、溶液热交换器、太阳能集热器、溶液泵，冷却水泵。本发明相对于无电渗析装置的吸收式系统，提高了系统的放气范围，在同样的发生温度和吸收温度下，效率得到提升，或者可以使系统在较低的发生温度和较高吸收温度下也能工作；同时利用了太阳能热，进一步减少了系统能耗。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能制冷技术领域，具体为一种基于光伏光热和电渗析的溴化锂-水吸收式制冷装置。
背景技术
能源问题随着社会不断进步而日益凸显，同时建筑能耗也在飞速增长。太阳能作为一种清洁可再生能源，利用太阳能驱动吸收式机组得到越来越高的重视。由于吸收式制冷利用低品位热源驱动，存在使用工质环境友好等特点，利用太阳能热驱动吸收式制冷机组得到较多的研究与发展。
在传统溴化锂吸收式制冷机中，为了强化发生作用，可以降低吸收器出口处溶液浓度，在与溶液浓度不变时的相同热源温度下，使得溴化锂溶液在发生器内的水蒸气分压力增大，利于发生过程，但是吸收器内在相同的冷却水温度下水蒸气分压力会升高，从而阻碍了吸收器内溶液对来自蒸发器内水蒸气的吸收过程，造成吸收能力减弱；为了强化吸收作用，可以提高吸收器内溶液浓度，在于溶液浓度不变时相同的冷却水温度下，使得溴化锂溶液在吸收器内水蒸气分压力增大，利于溶液对来自蒸发器的水蒸气的吸收，但是发生器内在相同的热源温度下，水蒸气的分压力会降低，从而阻碍了发生器内溴化锂溶液中水蒸气的发生过程，造成发生能力减弱。当传统溴化锂吸收式制冷装置热源温度降低时，在冷凝压力不变的情况下，会造成发生器水蒸气分压力降低，发生水蒸汽量减小，使得发生器内溶液浓度降低，造成系统放气范围减小；当传统溴化锂吸收式制冷装置冷却水温度升高时，在蒸发压力不变的情况下，会造成吸收器内溶液水蒸气分压力升高，吸收水蒸气量减小，使得吸收器内溶液浓度升高，造成系统放气范围减小。
在太阳能溴化锂吸收式制冷装置中，广泛取用太阳能热作为吸收式制冷机组的驱动热源，也有将太阳能光伏系统作为驱动能源，利用电渗析装置分离溴化锂溶液的制冷装置，让电渗析装置充当发生器和冷凝器，分离出冷剂水和溴化锂浓溶液，分别用于制冷循环和溶液再生。但是该装置只能利用太阳能产生电能，太阳能发电装置效率较低，而大量太阳能产生的热能得不到利用。而且电渗析装置产生制冷用大流量纯冷剂水时，需要很多级电渗析装置。同时该系统中电渗析装置的高浓度溶液室并没有溴化锂溶液进行补充循环，而高浓度溶液室内的溶液会通往吸收器，随着系统的运行会造成高浓度溶液室中的溶液越来越少，进而影响系统的持续运行。因此有必要发明一种装置，既可以利用太阳能产生热量进行制冷，又可以利用太阳能产生电能驱动电渗析并使系统能够持续运行的装置，提高太阳能热驱动的吸收式制冷机的效率。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术中“为了强化发生作用，可以降低吸收器出口处的溶液浓度，利于发生器内的发生过程，但是又会阻碍吸收器内的吸收过程；为了强化吸收作用，可以提高吸收器内溶液浓度，利于吸收器内的吸收过程，但又会阻碍发生器内的发生过程；当传统吸收式制冷装置发生温度降低或者吸收温度升高时，会造成系统放气范围减小；吸收式系统中电渗析装置只利用了太阳能产生的电能，而太阳能产生的热能并没有有效利用，同时电渗析装置中的高浓度溶液室和低浓度溶液室均需要进行溶液循环”等问题，本申请提供一种基于光伏光热和电渗析的溴化锂-水吸收式制冷装置。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于光伏光热和电渗析的溴化锂-水吸收式制冷装置，包括吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器、冷却塔、太阳能光伏光热系统、电渗析装置、溶液热交换器、溶液泵、太阳能集热器、节流阀、冷却水泵；
吸收器的稀溶液出口经过溶液泵与电渗析装置内的低浓度溴化锂溶液室入口连接，电渗析装置内的高浓度溴化锂溶液室出口与吸收器的浓溶液入口连接；电渗析装置内的低浓度溴化锂溶液室出口经过溶液热交换器与发生器的溴化锂稀溶液入口连接，发生器的溴化锂浓溶液出口经过溶液热交换器与电渗析装置的高浓度溴化锂溶液室入口连接；
太阳能光伏光热系统发电装置的正负电极分别与电渗析装置的正负电极连接；太阳能光伏光热系统集热装置流体出口与太阳能集热器的热源流体入口连接，太阳能集热器的热源流体出口与发生器的热源入口连接；发生器的热源出口与太阳能光伏光热系统的集热装置流体入口连接；
发生器的制冷剂出口与冷凝器的制冷剂入口连接，冷凝器的制冷剂出口经过节流阀与蒸发器的制冷剂入口连接，蒸发器的制冷剂出口与吸收器的制冷剂入口连接；供冷用户的冷冻水出入口分别与蒸发器冷冻水出入口连接；冷却塔冷却水出口分为两路，一路与吸收器冷却水入口连接，另一路与冷凝器冷却水入口连接；吸收器的冷却水出口和冷凝器的冷却水出口汇于一路经过冷却水泵与冷却塔的冷却水入口连接。
工作原理：电渗析装置由两侧的正电极和负电极、以及阴阳离子交换膜构成，装置内部有高浓度溴化锂溶液室和低浓度溴化锂溶液室。溴化锂溶液从吸收器出发进入电渗析装置，溴化锂阴阳离子受正负极作用分别通过阴阳离子交换膜进入高浓度溴化锂溶液室，低浓度溴化锂溶液经过溶液热交换器进入发生器加热产生水蒸气，水蒸气进入冷凝器冷凝后经过节流阀进入蒸发器蒸发产生冷量，蒸发后的水蒸汽进入吸收器参与再循环。发生器内参与发生过程后产生的溴化锂浓溶液经过溶液热交换器进入电渗析装置内的高浓度溴化锂溶液室，之后进入到吸收器参与再循环。太阳能光伏光热系统的发电装置为电渗析装置提供电能；集热装置和太阳能集热器为发生器提供热能，为系统提供持续稳定的驱动热源。通过电渗析装置对溴化锂溶液进行阴阳离子分离,得到更高浓度溴化锂溶液和更低浓度溴化锂溶液，使得进入发生器的溴化锂溶液浓度降低，同时使得进入吸收器内的溶液浓度升高，相对于无电渗析装置的吸收式系统，提高了系统的放气范围，在同样的发生温度和吸收温度下，效率得到提升，或者可以使系统在较低的发生温度和较高吸收温度下也能工作；同时利用了太阳能热，进一步减少了系统能耗。
上述各装置均可使用现有市售装置。
所述的电渗析装置在电场的作用下，低浓度溴化锂溶液室的溶液中，Li+通过阳离子交换膜进入高浓度溴化锂溶液室，Br-通过阴离子交换膜进入高浓度溴化锂溶液室，经过电渗析作用后，更低浓度的溴化锂溶液经过溶液热交换器进入发生器，更高浓度的溴化锂溶液与来自溶液热交换器的溴化锂浓溶液混合后进入吸收器。
太阳能光伏光热系统中的发电装置为电渗析装置提供电能，太阳能光伏光热系统中的集热装置为发生器提供热能，太阳能集热器作为第二集热装置为系统提供持续稳定的驱动热源。
电渗析装置在系统中分离出更高浓度溶液和更低浓度溶液，与传统吸收式制冷装置相比，更低浓度溶液在发生器中能在相同的热源温度下有更高的水蒸气分压力，强化了发生过程，增大系统的放气范围；同时更高浓度溶液在相同的冷却水温下与发生器出口浓溶液混合进入吸收器，使得吸收器内水蒸气分压力降低，强化了吸收过程。另外，系统在较低的发生温度和较高吸收温度下也能正常运行。太阳能集热器能够为系统提供持续稳定的热源驱动，保证系统持续稳定地运行。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过电渗析装置将溴化锂溶液中的阴阳离子分离浓缩，与传统吸收式制冷装置相比，在相同的热源温度下得到更低浓度的溴化锂溶液进入发生器，使得发生器内溴化锂溶液水蒸气分压力增大，增加了发生器的放气范围，强化了发生过程；同时在相同的冷却水温度下，进入吸收器内的溴化锂溶液浓度增大，使得吸收器内溴化锂溶液水蒸气分压力减小，强化了吸收器中溶液对制冷剂蒸汽的吸收过程；
2.本发明在电渗析装置的作用下分离出更高浓度的溴化锂溶液和更低浓度的溴化锂溶液，与传统溴化锂吸收式制冷装置相比，在热源温度降低或冷却水温度升高时，更低浓度的溴化锂溶液进入发生器时水蒸气分压力更高，能发生出更多的冷剂蒸汽，更高浓度的溴化锂溶液进入吸收器时水蒸气分压力更低，能够吸收更多来自蒸发器的冷剂蒸汽，使系统维持一定的放气范围，保证系统正常工作；
3.本发明采用太阳能光伏光热系统，相较于一般的太阳能光伏系统具有更高的发电效率，而其在为电渗析装置提供电能的同时，集热装置产生的热能也为发生器提供热源，更有效地利用了太阳能光伏光热系统，同时太阳能集热器为发生器提供了持续稳定的驱动热源，起到了节能减排的效果。本发明的电渗析装置中，高浓度溶液室与低浓度溶液室均有溶液循环，保证系统持续运行。
附图说明
图1是本发明基于光伏光热和电渗析的溴化锂-水吸收式制冷装置的结构示意图。
图中：吸收器1，发生器2，冷凝器3，蒸发器4，冷却塔5，太阳能光伏光热系统6，电渗析装置7，溶液热交换器8，溶液泵9，太阳能集热器10，节流阀11，冷却水泵12。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
如图所示，本发明是一种基于光伏光热和电渗析的溴化锂-水吸收式制冷装置，包括吸收器1、发生器2、冷凝器3、蒸发器4、冷却塔5、光伏光热太阳能系统6、电渗析装置7、溶液热交换器8、溶液泵9、太阳能集热器10、节流阀11、冷却水泵12。
吸收器1的稀溶液出口经过溶液泵9与电渗析装置7内的低浓度溴化锂溶液室入口连接，高浓度溴化锂溶液室出口与吸收器1的浓溶液入口连接；低浓度溴化锂溶液室出口经过溶液热交换器8与发生器2的溴化锂稀溶液入口连接，发生器2的浓溶液出口经过溶液热交换器8与电渗析装置7的高浓度溴化锂溶液室入口连接。
太阳能光伏光热系统6发电装置的正负电极分别与电渗析装置7的正负电极连接；太阳能光伏光热系统6集热装置流体出口与太阳能集热器10的入口连接，太阳能集热器10的热源流体出口与发生器2的热源入口连接。
发生器2的制冷剂出口与冷凝器3的制冷剂入口连接，冷凝器3的制冷剂出口经过节流阀11与蒸发器4的制冷剂入口连接，蒸发器4的制冷剂出口与吸收器1的制冷剂入口连接。供冷用户的冷冻水出入口分别与蒸发器4冷冻水出入口连接。冷却塔5冷却水出口分为两路，一路与吸收器1冷却水入口连接，另一路与冷凝器3冷却水入口连接；吸收器1的冷却水出口和冷凝器3的冷却水出口汇于一路经过冷却水泵12与冷却塔5的冷却水入口连接。
上述结构基于光伏光热和电渗析的溴化锂-水吸收式制冷装置的工作过程是：
吸收器1中的溴化锂稀溶液经过溶液泵9后进入电渗析装置7中的低浓度溴化锂溶液室，溶液中的Li+和Br-受到电场的作用，在阴阳离子交换膜的选择性透过方式下进入高浓度溴化锂溶液室，太阳能光伏光热系统6发电装置的正负电极连接电渗析装置7的正负电极，为电渗析装置7提供电能。发生器2内参与发生过程后产生的溴化锂浓溶液经过溶液热交换器8之后进入电渗析装置7中的高浓度溴化锂溶液室，与更高浓度的溴化锂溶液进行混合后进入吸收器1参与吸收过程。
在电渗析装置7的低浓度溴化锂溶液室的出口处，更低浓度的溴化锂溶液经过溶液热交换器8后进入发生器2，参与发生过程产生冷剂蒸汽，太阳能光伏光热系统6的集热装置和太阳能集热器10为发生器提供高温热源。冷剂蒸汽进入冷凝器3冷凝，冷凝后的冷剂蒸汽经过节流阀11进入蒸发器4蒸发制冷，与来自供冷用户的冷冻水进行换热。蒸发后的冷剂蒸汽进入吸收器1再循环。冷却塔5内冷却水分别进入冷凝器3和吸收器1内进行冷却换热，来自冷凝器3和吸收器1的两路冷却水回路汇流后经过冷却水泵12进入冷却塔5。
Claims (3)
1.一种基于光伏光热和电渗析的溴化锂-水吸收式制冷装置，其特征在于：包括吸收器（1）、发生器（2）、冷凝器（3）、蒸发器（4）、冷却塔（5）、太阳能光伏光热系统（6）、电渗析装置（7）、溶液热交换器（8）、溶液泵（9）、太阳能集热器（10）、节流阀（11）、冷却水泵（12）；
吸收器（1）的稀溶液出口经过溶液泵（9）与电渗析装置（7）内的低浓度溴化锂溶液室入口连接，电渗析装置（7）内的高浓度溴化锂溶液室出口与吸收器（1）的浓溶液入口连接；电渗析装置（7）内的低浓度溴化锂溶液室出口经过溶液热交换器（8）与发生器（2）的溴化锂稀溶液入口连接，发生器（2）的溴化锂浓溶液出口经过溶液热交换器（8）与电渗析装置（7）的高浓度溴化锂溶液室入口连接；
太阳能光伏光热系统（6）发电装置的正负电极分别与电渗析装置（7）的正负电极连接；太阳能光伏光热系统（6）集热装置流体出口与太阳能集热器（10）的热源流体入口连接，太阳能集热器（10）的热源流体出口与发生器（2）的热源入口连接；发生器（2）的热源出口与太阳能光伏光热系统（6）的集热装置流体入口连接；
发生器（2）的制冷剂出口与冷凝器（3）的制冷剂入口连接，冷凝器（3）的制冷剂出口经过节流阀（11）与蒸发器（4）的制冷剂入口连接，蒸发器（4）的制冷剂出口与吸收器1的制冷剂入口连接；供冷用户的冷冻水出入口分别与蒸发器（4）冷冻水出入口连接；冷却塔（5）冷却水出口分为两路，一路与吸收器（1）冷却水入口连接，另一路与冷凝器（3）冷却水入口连接；吸收器（1）的冷却水出口和冷凝器（3）的冷却水出口汇于一路经过冷却水泵（12）与冷却塔（5）的冷却水入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于光伏光热和电渗析的溴化锂-水吸收式制冷装置，其特征在于：所述的电渗析装置（7）在电场的作用下，低浓度溴化锂溶液室的溶液中，Li+通过阳离子交换膜进入高浓度溴化锂溶液室，Br-通过阴离子交换膜进入高浓度溴化锂溶液室，经过电渗析作用后，更低浓度的溴化锂溶液经过溶液热交换器（8）进入发生器（2），更高浓度的溴化锂溶液与来自溶液热交换器（8）的溴化锂浓溶液混合后进入吸收器（1）。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于光伏光热和电渗析的溴化锂-水吸收式制冷装置，其特征在于：太阳能光伏光热系统（6）中的发电装置为电渗析装置（7）提供电能，太阳能光伏光热系统（6）中的集热装置为发生器（2）提供热能，太阳能集热器（10）作为第二集热装置为系统提供持续稳定的驱动热源。
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