CN104697235B - 一种基于电渗析的三元工质氨水吸收式制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电渗析的三元工质氨水吸收式制冷系统，包括电渗析装置(1)、溶液热交换器(2)、发生器(3)、冷凝器(4)、蒸发器(5)、吸收器(6)、溶液泵(7)、太阳能集热器(8)和太阳能光伏光热装置。所述电渗析装置(1)包括一个以上的高浓度溴化锂室，每两个高浓度溴化锂室之间设置有一个低浓度溴化锂室，所述低浓度溴化锂室与两侧的高浓度溴化锂室之间通过一对阴阳离子交换膜隔开。本发明通过电渗析装置将进入吸收器的稀氨水溶液中的溴化锂传递到进入发生器的浓氨水溶液中，溴化锂的转移不仅使氨水发生过程中水分迁移量减少，提高了发生效率，而且也使得氨水吸收过程得到强化，从而提高了系统的制冷效率，降低了能耗。

Description

一种基于电渗析的三元工质氨水吸收式制冷系统

技术领域

本发明涉及一种基于电渗析的新型氨-水吸收式制冷系统，属于制冷技术领域。

背景技术

吸收式制冷，以其具有可直接利用低品位热源驱动、不使用对臭氧层有破坏作用的工质等优点，越来越受到人们的青睐。氨-水作为最早应用的吸收式制冷工质对，在使用过程中表现出了诸多的优点。然而，由于氨与水的标准沸点相差现对比较小(133.4℃)，氨水溶液在加热沸腾分离时气相中的水含量大，所以必须通过精馏装置来提纯氨气，不仅设备投资大，而且还需消耗一定的能量。在相同的工况条件下，与溴化锂吸收式制冷系统相比，氨-水吸收式系统的性能系数相对较低。

为了克服氨水吸收式系统的缺点，国内外的研究者提出在氨水溶液中加入盐(例如氯化钠、氯化钙、硝酸钙、溴化锂等)，可以降低氨与溶液分离的能耗，提高循环系统的性能系数。考虑到添加物自身的性质(毒性、腐蚀性等)，溴化锂是一种比较合适的添加物。目前已有在氨水中加入溴化锂的理论研究和实验论证，研究结果表明在氨水中加入溴化锂形成三元溶液能够提高发生器中对水分子的作用力，便于氨蒸汽的产生，降低了精馏能耗，提高精馏效果。然而，在氨水溶液中加入溴化锂虽然强化了发生，提高了发生器性能系数，但由于含溴化锂的三元溶液进入吸收器中，减弱了吸收器中溶液对氨蒸汽的吸收作用，降低了吸收器的吸收性能。因而我们需要寻找一种方法，能够将进入吸收器的溶液中的溴化锂分离出来，使其不但可以增强发生，同时避免对吸收的负面作用。

在已有的研究中，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溶液来达到溶液除湿制冷的目的。但是该系统中的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。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，能够持续运行，将进入吸收器的溶液中的溴化锂分离出来，不但可以增强发生，同时避免对吸收的负面作用。

发明内容

发明目的：为了克服传统的三元氨水吸收式制冷系统由于在氨水中添加了溴化锂，可以降低NH₃与溶液的分离能耗，得到较纯的氨蒸汽，并降低发生器的工作压力，强化了发生；但在吸收器部分，氨水中添加的溴化锂不利于氨水溶液对氨蒸汽的吸收，减弱了吸收的技术问题，本发明提供一种基于电渗析的三元工质氨水吸收式制冷系统，该系统能够在增强发生的同时提高了吸收器的吸收效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于电渗析的三元工质氨水吸收式制冷系统，包括电渗析装置(1)、溶液热交换器(2)、发生器(3)、冷凝器(4)、蒸发器(5)、吸收器(6)；

所述电渗析装置(1)包括一个以上的高浓度溴化锂室，所述高浓度溴化锂室依次排列在一起，同时每两个高浓度溴化锂室之间设置有一个低浓度溴化锂室，所述低浓度溴化锂室与两侧的高浓度溴化锂室之间通过一对阴阳离子交换膜隔开，同时位于两端的高浓度溴化锂室分别设置有正电极和负电极；每对阴阳离子交换膜均包括一个阳离子交换膜和阴离子交换膜，靠近正电极的高浓度溴化锂室一侧设置阴离子交换膜，靠近负电极的高浓度溴化锂室一侧设置阳离子交换膜；

所述发生器(3)的氨蒸汽出口、冷凝器(4)、节流阀、蒸发器(5)、吸收器(6)的氨蒸汽进口依次连接；所述吸收器(6)的溶液进液口与低浓度溴化锂室出液口连接，而所述吸收器(6)的溶液出液口与高浓度溴化锂室进液口连接；

所述溶液热交换器(2)的第一进液口与发生器(3)的出液口连接，所述溶液热交换器(2)的第一出液口与低浓度溴化锂室进液口连接；而所述溶液热交换器(2)的第二进液口与高浓度溴化锂室出液口连接，所述溶液热交换器(2)的第二出液口与发生器(3)的进液口连接。

进一步地：所述吸收器(6)的溶液出液口与高浓度溴化锂室进液口之间还设置有溶液泵(7)。

进一步地：所述正电极和负电极的电源由太阳能光伏光热装置提供；而太阳能集热器(8)为发生器(3)提供持续稳定的驱动热源。

有益效果：本发明提供的基于电渗析的三元工质氨水吸收式制冷系统，相比现有技术，具有以下有益效果：

1.本发明提供的电渗析装置将发生器出来的三元溶液中的溴离子和锂离子通过阴阳离子交换膜分离出来，进入来自吸收器的溶液中，使得来自吸收器将要进入发生器的溶液中溴化锂含量升高，而进入吸收器的溶液中溴化锂含量降低，从而在增强发生的同时提高了吸收器的吸收效率。因此本发明本通过电渗析装置将进入吸收器的稀氨水溶液中的溴化锂传递到进入发生器的浓氨水溶液中，溴化锂的转移不仅使氨水发生过程中水分迁移量减少，提高了发生效率，而且也使得氨水吸收过程得到强化，从而提高了系统的制冷效率，降低了能耗。

2.本发明提供的电渗析装置由清洁环保的太阳能光伏光热系统提供，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，有效的利用了自然能源。

附图说明

图1为本发明基于电渗析的三元工质氨水吸收式制冷系统的结构示意图；

其中，1为电渗析装置，2为溶液热交换器，3为发生器，4为冷凝器，5为蒸发器，6为吸收器，7为溶液泵，8为太阳能集热器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种基于电渗析的三元工质氨水吸收式制冷系统，如图1所示，包括电渗析装置1、溶液热交换器2、发生器3、冷凝器4、蒸发器5、吸收器6；

所述电渗析装置1包括一个以上的高浓度溴化锂室，所述高浓度溴化锂室依次排列在一起，同时每两个高浓度溴化锂室之间设置有一个低浓度溴化锂室，所述低浓度溴化锂室与两侧的高浓度溴化锂室之间通过一对阴阳离子交换膜隔开，同时位于两端的高浓度溴化锂室分别设置有正电极和负电极；每对阴阳离子交换膜均包括一个阳离子交换膜和阴离子交换膜，靠近正电极的高浓度溴化锂室一侧设置阴离子交换膜，靠近负电极的高浓度溴化锂室一侧设置阳离子交换膜。

所述发生器3的氨蒸汽出口、冷凝器4、节流阀、蒸发器5、吸收器6的氨蒸汽进口依次连接；所述吸收器6的溶液进液口与低浓度溴化锂室出液口连接，而所述吸收器6的溶液出液口与高浓度溴化锂室进液口连接；

由于发生器出来的高压力的氨蒸汽，不能直接进入吸收器，因此通过设置冷凝器4、节流阀、蒸发器5进行减压，发生器出来的高压力的氨蒸汽通过冷凝器4变成液体溶液，液体溶液经过节流阀进行节流降压，在节流阀降压之后的溶液再进入蒸发器5蒸发成气体。

所述溶液热交换器2的第一进液口与发生器3的出液口连接，所述溶液热交换器2的第一出液口与低浓度溴化锂室进液口连接；而所述溶液热交换器2的第二进液口与高浓度溴化锂室出液口连接，所述溶液热交换器2的第二出液口与发生器3的进液口连接。

所述吸收器6的溶液出液口与高浓度溴化锂室进液口之间还设置有溶液泵7。

所述正电极和负电极的电源由太阳能光伏光热装置提供；而太阳能集热器8为发生器3提供持续稳定的驱动热源。

如图1所示，电渗析装置1被几对离子交换膜分割成多个部分，高浓度溴化锂室和低浓度溴化锂室交替隔开，电渗析装置的两端均为高浓度溴化锂室，分别设置有正电极和负电极；所述每对阴阳离子交换膜均包括一个阳离子交换膜和阴离子交换膜，靠近正电极的高浓度溴化锂室设置阴离子交换膜，靠近负电极的高浓度溴化锂室设置阳离子交换膜，阴阳离子交换膜交替隔开。太阳能集热器8为发生器3提供持续稳定的驱动热源，正电极和负电极的电源由太阳能光伏光热装置提供。

电渗析装置1中有两路溶液，一路溶液来自发生器3。由发生器3出来的溶液通过溶液热交换器2的第一进液口，到达溶液热交换器2，经过溶液热交换器2热交换后，该溶液进入到电渗析装置1的低浓度溴化锂室，在低浓度溴化锂室里溴化锂阴阳离子受正负电极作用分别通过阴阳离子交换膜进入高浓度溴化锂室，而经低浓度溴化锂室将溴化锂含量稀释后的稀氨水溶液再进入通过吸收器6的溶液进液口进入到吸收器6中。而所述发生器3产生的氨蒸汽通过冷凝器4冷凝后进入到蒸发器5，蒸发器5蒸发的氨蒸汽进入到吸收器6中。在吸收器6中稀氨水溶液吸收来自蒸发器5的氨蒸汽。

另一路溶液来自吸收器6吸收终了的浓氨水，该溶液通过溶液泵7流到电渗析装置1的高浓度溴化锂室，溶液中的溴化锂含量增加后经溶液热交换器2的第二进液口进入到溶液热交换器2，经过热交换后，该溶液通过溶液热交换器2的第二出液口进入发生器3中发生出浓度较高的氨蒸汽。

由上述可知，电渗析装置1的低浓度溴化锂室是来自发生器3的氨含量较低的溶液，其中的溴离子和锂离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜进入低浓度室，即进入来自吸收器6的溶液中，使得来自吸收器6将要进入发生器3的溶液中溴化锂含量升高，而进入吸收器6的溶液中溴化锂浓度降低，从而提高发生器3的发生效率和吸收器6的吸收效率。

本发明进行制冷的具体步骤如下：

1.氨-水-溴化锂三元溶液由发生器进入溶液热交换器，后进入电渗析装置的低浓度溴化锂室，溶液中的锂离子和溴离子受正负电极作用分别通过阴阳离子交换膜进入高浓度溴化锂室；电渗析装置的正负电极由太阳能光伏发电装置中引出，并分别插入其左右两端的高浓度溴化锂室中；当正负电极通电后，正电极吸引低浓度室中的阴离子(即锂离子)，负电极吸引低浓度室中的阳离子(即溴离子)，由于阴阳离子交换膜分别只允许对应的溶质离子通过，从而使得锂离子在正电极所在一侧的高浓度溴化锂室内聚集，而溴离子在负电极所在一侧的高浓度溴化锂室内混合。

2.电渗析装置中有两路溶液，一路来自发生器，由发生器出来的溶液经热交换器后进入电渗析装置的低浓度室，在低浓度室里溴化锂阴阳离子受正负电极作用分别通过阴阳离子交换膜进入高浓度溴化锂室，而经低浓度室将溴化锂含量稀释后的稀氨水溶液再进入吸收器吸收来自蒸发器的氨蒸汽；另一路溶液是来自吸收器吸收终了的浓氨水溶液，该溶液经电渗析装置的高浓度室，溶液中的溴化锂含量增加后经溶液热交换器再进入发生器中发生出浓度较高的氨蒸汽。电渗析装置的低浓度溴化锂室和发生器相连，发生器溶液中的溴离子和锂离子分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜进入低浓度室，即进入来自吸收器的溶液中，使得来自吸收器将要进入发生器的溶液中溴化锂含量升高，而进入吸收器的溶液中溴化锂浓度降低。

综上所述，本发明基于电渗析的氨-水-溴化锂吸收式制冷系统和传统的三元系统相比，在强化发生的同时避免了溴化锂的存在对吸收的减弱作用，提高了制冷效率。同时，太阳能光伏光热装置节能环保，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，降低了能耗。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于电渗析的三元工质氨水吸收式制冷系统，包括电渗析装置（1）、发生器（3）、冷凝器（4）、蒸发器（5）、吸收器（6）；所述电渗析装置（1）包括一个以上的高浓度溴化锂室，所述高浓度溴化锂室依次排列在一起，同时每两个高浓度溴化锂室之间设置有一个低浓度溴化锂室，所述低浓度溴化锂室与两侧的高浓度溴化锂室之间通过一对阴阳离子交换膜隔开，同时位于两端的高浓度溴化锂室分别设置有正电极和负电极；每对阴阳离子交换膜均包括一个阳离子交换膜和阴离子交换膜，靠近正电极的高浓度溴化锂室一侧设置阴离子交换膜，靠近负电极的高浓度溴化锂室一侧设置阳离子交换膜； 其特征在于：还包括溶液热交换器（2），其中：

所述发生器（3）的氨蒸汽出口、冷凝器（4）、节流阀、蒸发器（5）、吸收器（6）的氨蒸汽进口依次连接；所述吸收器（6）的溶液进液口与低浓度溴化锂室出液口连接，而所述吸收器（6）的溶液出液口与高浓度溴化锂室进液口连接；

所述溶液热交换器（2）的第一进液口与发生器（3）的出液口连接，所述溶液热交换器（2）的第一出液口与低浓度溴化锂室进液口连接；而所述溶液热交换器（2）的第二进液口与高浓度溴化锂室出液口连接，所述溶液热交换器（2）的第二出液口与发生器（3）的进液口连接。

2.根据权利要求1所述的基于电渗析的三元工质氨水吸收式制冷系统，其特征在于：所述吸收器（6）的溶液出液口与高浓度溴化锂室进液口之间还设置有溶液泵（7）。

3.根据权利要求1所述的基于电渗析的三元工质氨水吸收式制冷系统，其特征在于：所述正电极和负电极的电源由太阳能光伏光热装置提供；而太阳能集热器（8）为发生器（3）提供持续稳定的驱动热源。