CN105257353B - 吸收式循环系统及循环方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸收式循环系统及循环方法，其系统包括吸收循环单元、增压回热单元、分离单元和做功单元。本发明的技术方案中，该吸收式循环系统使得膨胀机排出的乏气温度低于冷却源的温度，从而提高了热效率。且该吸收式循环系统能使得浓溶液的温度比排出的乏气的温度更高，提高了进入分离塔的浓溶液的温度，而减少了该吸收式循环系统的加热量，从而进一步地提高了热效率。另外，该吸收式循环方法可以控制液压泵的流量和吸收剂的冷却温度，液压泵的流量越大和吸收剂的温度越低时，吸收剂的吸收能力就越强，吸收压力就可以控制到越低，膨胀机的排气温度就越低，循环就越容易进入到吸收循环。

Description

吸收式循环系统及循环方法

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其是一种吸收式循环系统及循环方法。

背景技术

目前市场上的发动机基本上是布雷顿循环发动机如活塞发动机、燃气轮机等，和朗肯循环发动机如汽轮机、螺杆朗肯发动机、有机工质朗肯发动机等这两种热力循环为主。布雷顿循环是将膨胀后的工质压缩产生高压气体，然后再加热(燃烧)后产生高温高压的膨胀工质去推动膨胀做功器，如透平或活塞来产生动力。朗肯循环则是将液态工质增压后再加热使它汽化，产生高温高压的工质来推动膨胀做功器做功，膨胀做功后的工质经冷凝后又变成了液体，反复循环达到连续做功的目的。由于布雷顿循环是将工质压缩以后再加热(燃烧)的，工质压缩后温度会有较大的温升，再加热(燃烧)后的温度就很高了，所以布雷顿循环的工作温度较高，属高温型。朗肯循环是将液态工质增压后再汽化来产生高压气体的，由于液体增加温度基本不变，因此，朗肯循环属低温型发动机。这两种循环的运行时间有上百年，近百年来虽然人们对它们有了巨大的改进，如朗肯循环的蒸汽机由瓦特时期的活塞膨胀机发展到现在汽轮机，等熵膨胀效率大幅度上升，蒸汽参数也从低温低压发展到高温高压的超超临界汽轮机，并设计出再热、抽气回热等使最初瓦特时期的热效率百分之几提高到超超临界的45％，取得了较大的进步，但现在已到了极限，只有发明出新型的热力循环热效率才有可能超过现在的发动机，本发明发明出吸收式热力循环，热效率可超过现在的热力循环。

目前现有人采用吸收式结构来做朗肯循环，其目的是为了解决朗肯循环的非线性吸热，而极多数的热源都是线性的。如某烟囱排出的废热温度是500℃，若采用朗肯循环的工质沸点是150℃，那么150℃以上的烟囱废热部分可以被吸收，而150℃以下的烟囱废热部分只能吸收小部份，从而造成不可逆的损失。它是利用两种不同沸点的混合工质来产生一种没有固定沸点的线性沸腾，来达到线性吸热的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的吸收式循环系统及循环方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种吸收式循环系统，其包括吸收循环单元、增压回热单元、分离单元和做功单元；

所述吸收循环单元包括工质换热器、低温冷却吸收塔、高温冷却吸收塔和溶液泵；

所述工质换热器的管程的输出端分别与所述低温冷却吸收塔和所述高温冷却吸收塔连接，所述溶液泵串联在所述高温冷却吸收塔和所述低温冷却吸收塔之间，以将低浓度溶液泵入所述低温冷却吸收塔内；

所述增压回热单元包括吸收剂回热器、低温加热器、液压泵、以及与所述液压泵同轴相连或皮带相连的液压马达和液压动力；

所述低温冷却吸收塔的输出端与所述液压泵的输入端连接，所述液压泵的输出端分别与所述吸收剂回热器的管程和所述低温加热器的管程连接；

且所述液压泵的输出端与所述吸收剂回热器的管程之间串联有第一阀门，所述液压泵的输出端与所述低温加热器的管程之间串联有第二阀门；

所述分离单元包括用于分离膨胀工质和吸收剂的分离塔；所述做功单元包括用于产生动力带动负荷设备的膨胀机；

所述吸收剂回热器的管程和所述低温加热器的管程的输出端均与分离塔连接，所述分离塔包括膨胀工质输出端，所述膨胀工质输出端与所述膨胀机的输入端连接，所述膨胀机的输出端与所述工质换热器的管程的输入端连接以实现反复循环。

本发明的吸收式循环系统中，所述吸收循环单元还包括工质溶液换热器；

所述工质溶液换热器的管程串联在所述低温冷却吸收塔的输出端与所述液压泵之间，所述工质溶液换热器的壳程与所述工质溶液换热器的管程进行换热。

本发明的吸收式循环系统中，所述高温冷却吸收塔包括冷却液管路，所述冷却液管路的输出端与所述工质溶液换热器的壳程的输入端连通。

本发明的吸收式循环系统中，所述分离塔还包括吸收剂输出端，所述吸收剂输出端与所述吸收剂回热器的壳程的输入端连接，所述吸收剂回热器的壳程的输出端与所述液压马达连接，以实现高压吸收剂进入所述液压马达后推动所述液压马达做功。

本发明的吸收式循环系统中，所述分离塔还包括分离工质加热管路，所述分离工质加热管路的输出端与所述低温加热器的壳程的输入端连接。

本发明的吸收式循环系统中，所述分离单元还包括过热器，所述过热器的管程串联在所述分离塔的所述工质输出端与所述膨胀机之间的，所述过热器的壳程与所述过热器的管程进行换热的。

本发明的吸收式循环系统中，所述过热器的壳程的输入端与热源相连，所述过热器的壳程的输出端与所述分离工质加热管路的输入端连接。

本发明的吸收式循环系统中，所述低温冷却吸收塔包括低温冷却液管路，所述低温冷却液管路的输入输出端分别与所述工质换热器的壳程的输出输入端相连接。

本发明还提供了一种吸收式循环方法，用于上述的吸收式循环系统，其包括如下步骤：

S1、高温高压膨胀工质经过所述膨胀机膨胀做功后，从所述膨胀机的输出端排出的所述膨胀工质的温度为第一温度；

S2、膨胀工质进入所述高温冷却吸收塔内被浠溶液吸收并形成低浓度溶液，膨胀工质进入所述低温冷却吸收塔内被低浓度溶液吸收并形成高浓度溶液；

S3、所述低浓度溶液被所述溶液泵泵入所述低温冷却吸收塔内，再次吸收膨胀工质，形成所述高浓度溶液，所述高浓度溶液经过所述低温冷却吸收塔的输出端进入所述液压泵；

S4、所述液压泵由同轴相连或皮带相连的所述液压马达和液压动力提供动力，将所述高浓度溶液分别经过所述吸收剂回热器的管程和所述低温加热器的管程泵入所述分离塔内；

S5、所述高浓度溶液在所述分离塔内分离成膨胀工质和吸收剂也叫烯溶液，所述膨胀工质通过所述膨胀工质输出端进入所述膨胀机；

S6、所述膨胀工质在所述膨胀机内做功以产生动力带动负荷设备；

所述第一温度低于常温冷却水的温度，使得整个循环为吸收式循环。

本发明的吸收式循环方法中，所述步骤S3还包括：

S3-1、所述高浓度溶液经过所述低温冷却吸收塔的输出端后先进入一工质溶液换热器的管程的输入端，再经过所述工质溶液换热器的管程的输出端进入所述液压泵；

所述步骤S5还包括：

S5-1、所述膨胀工质通过所述膨胀工质输出端后先进入一过热器的管程的输入端，再经过所述过热器的管程的输出端进入所述膨胀机。

本发明的吸收式循环方法中，所述吸收式循环方法包括适用于氨类、醇类或氟利昂类的吸收工质对，所述吸收工质对包括吸收剂和被吸收剂，所述吸收剂为所述浠溶液，所述被吸收剂为所述膨胀工质。

实施本发明的技术方案，至少具有以下的有益效果：该吸收式循环系统使得膨胀机排出的乏气温度低于冷却源的温度，从而提高了热效率。且该吸收式循环系统能使得浓溶液的温度比排出的乏气的温度更高，提高了进入分离塔的浓溶液的温度，减少了该吸收式循环系统的加热量，从而进一步地提高了热效率。

另外，该吸收式循环方法可以控制液压泵的流量和吸收剂的冷却温度，液压泵的流量越大和吸收剂的温度越低时，吸收剂的吸收能力就越强，吸收压力就可以控制到越低，膨胀机的排气温度就越低，循环就越容易进入到吸收循环。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的一实施例中的吸收式循环系统的结构示意图；

图2是本发明的一实施例中的吸收式循环方法的流程图；

图3是本发明的吸收式循环的温熵图及用于对比的朗肯循环的温熵图；

其中，1、工质换热器；2、低温冷却吸收塔；21、低温冷却液管路；3、高温冷却吸收塔；31、冷却液管路；4、液压泵；5、溶液泵；6、吸收剂回热器；7、低温加热器；8、液压马达；9、液压动力；10、第一阀门；13、第二阀门；14、分离塔；143、分离工质加热管路；15、膨胀机；16、负荷设备；17、工质溶液换热器；18、过热器。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1示出了本发明中的一种吸收式循环系统，该吸收式循环系统主要运用于发动机上，该吸收式循环系统可降低发动机的排气压力，从而提高热效率。该吸收式循环系统的循环工质对一般为氨类、醇类和氟利昂类，如氨类氨为膨胀工质水或硝酸锂或硫氰酸钠等为吸收剂，且该吸收式循环系统的吸收剂一般为浠溶液。

图1是本发明的一实施例中的吸收式循环系统的结构示意图，其中，英文小写标号是该部件的进、出口连接端口。

如图1所示，该吸收式循环系统包括吸收循环单元、增压回热单元、分离单元和做功单元。

该吸收循环单元包括工质换热器1、低温冷却吸收塔2、高温冷却吸收塔3和溶液泵5。且低温冷却吸收塔2包括低温冷却液管路21，该低温冷却液管路21的输入输出端分别与该工质换热器1的壳程的输出输入端相连接。该工质换热器1的管程的输出端分别与该低温冷却吸收塔2和该高温冷却吸收塔3连接，溶液泵5串联在该高温冷却吸收塔3和该低温冷却吸收塔2之间，用于将低浓度溶液经泵入该低温冷却吸收塔2内。

进一步地，如图1所示，该吸收循环单元还包括工质溶液换热器17。该工质溶液换热器17的管程串联在该低温冷却吸收塔2的输出端与该液压泵4之间，该工质溶液换热器17的壳程与工质溶液换热器17的管程进行换热。且该高温冷却吸收塔3包括冷却液管路31，该冷却液管路31的输出端与该工质溶液换热器17的壳程的输入端连通。

该吸收循环单元采用了低温冷却吸收塔2和高温冷却吸收塔3两个吸收塔，其巧妙的利用工质换热器1回收膨胀工质膨胀做功后产生的低温来增大吸收能力。因为吸收剂的温度越低吸收能力就越强，可是这里膨胀工质膨胀做功后产生的冷量是有限的，它不能完全冷却吸收剂，所以采用常温水或常温空气在高温冷却吸收塔3先冷却吸收，然后再用从工质换热器1回收的有限冷源在低温冷却吸收塔2中进行更低温的冷却吸收，使吸收能力更强吸收压力可更低。这种结构虽然复杂，但是它的效果好，由于它在高温吸收塔内不是一次充分吸足，冷却温度可尽量高些，这样可大幅度减少冷却水，吸热后的高温冷却水再与从低温冷却吸收塔2出来的浓溶液换热，使进入分离塔14的浓溶液温度更高而减少加热量。因此它有三大特点：其一、可大幅度减少冷却水；其二、可增大吸收能力；其三、可使进入分离塔14的浓溶液温度更高而减少加热量，提高了热效率。

参阅图1，该吸收循环单元的具体结构流程如下：循环工质为吸收工质对，吸收工质对分水类、氨类、醇类和氟利昂类四大类，水类不适合本吸收循环，本发明优选氨类、醇类和氟利昂类，不同的工质对对热效率有较大的影响。这里以氨类进行说明，氨类吸收工质对就是以氨为膨胀工质，水或硝酸锂或硫氰酸钠等为吸收剂。膨胀工质经a3和a8分别同时进入低温冷却吸收塔2和高温冷却吸收塔3，膨胀工质在低温冷却吸收塔2和高温冷却吸收塔3内被同时吸收，高温冷却吸收塔3的冷却源是常温冷却水或冷却空气。高温冷却吸收塔3中的浠溶液从a7进入，从分离塔14过来被分离膨胀工质后的溶液叫浠溶液，以下简称浠溶液，其为吸收剂，在塔内吸收膨胀工质，这里输出的冷却水希望温度尽量高些，有利于回热和减少冷却水用量，这样吸收膨胀工质后的溶液温度较高，吸收能力变差，因此它的吸收浓度不高，这里将在高温冷却吸收塔3吸收了膨胀工质的溶液叫低浓度溶液。低浓度溶液从高温冷却吸收塔3的出口a6进入溶液泵5的入口b5，由溶液泵5将低浓度溶液经b6从a2泵入低温冷却吸收塔2，由于低温冷却吸收塔2的冷却温度更低，低浓度溶液在低温冷却吸收塔2中可进一步吸收膨胀工质，冷却源来自工质换热器1，在低温冷却吸收塔2吸收膨胀工质后变成低温浓溶液以下简称浓溶液从a1出来与c1相连进入工质溶液换热器17，在工质溶液换热器17内与另一通道的高温冷却水换热，高温冷却水是由常温冷却水从a10进入高温冷却吸收塔3给吸收剂冷却升温而来，升温后从a9出来与c3相连进入工质溶液换热器17，再从c4排出，在工质溶液换热器17换热后的低温浓溶液从c2出来经b1进入液压泵4。

浠溶液在高温冷却吸收塔3的顶部喷淋而下，与塔内的膨胀工质充分接触吸收膨胀工质，浓度增大，最后形成低浓度溶液流到高温冷却吸收塔3的底部，再从a6经b5进入溶液泵5在b6出来，b6与低温冷却吸收塔2的a2相连，低浓度溶液在低温冷却吸收塔2再吸收膨胀工质变成浓溶液流到塔底，再从a1口抽出，反复循环达到吸收和分离目的。

如图1所示，该增压回热单元包括液压泵4、吸收剂回热器6、低温加热器7、以及与该液压泵4同轴相连或皮带相连的液压马达8和液压动力9。上述低温冷却吸收塔2的输出端与该液压泵4的输入端连接，液压泵4的输出端分别与该吸收剂回热器6的管程和该低温加热器7的管程连接。且该液压泵4的输出端与该吸收剂回热器6的管程之间串联有第一阀门10，该液压泵4的输出端与该低温加热器7的管程之间串联有第二阀门13。

参阅图1，该增压回热单元具体结构流程如下：在工质溶液换热器17换热后的低温浓溶液从c2出来经b1进入液压泵4，液压泵4与液压动力9及液压马达8是同轴相连的，液压泵4由液压动力9和液压马达8同时带动，液压动力9可以是电动机或发动机(柴油机、小型汽轮机)等，液压动力的选择要视发动机功率大小而定，小型发动机通常使用电动机，大型发动机可使用小型汽轮机做液压动力；浓溶液在液压泵4增压后从b2出来，从b2出来有两条支路分别与第一阀门10和第二阀门13相连，第一阀门10再与吸收剂回热器6的d1相连,增压后的浓溶液一部分从d1进入吸收剂回热器6中与另一通道的浠溶液换热，再从d2出来。第二阀门13与低温加热器7的d5相连，增压后的浓溶液另一部分经第二阀门13从d5进入低温加热器7，与低温加热器7中另一通道的低温热源换热后从d6出来，d6与d2合并后经e2进入分离塔14分离，调节第一阀门10和第二阀门13的流量使d6与d2的出口温度尽量一样高；低温加热器7的热源来自分离塔14的热源余热，它是热源在分离塔14内无法吸收的低段热能，从分离塔14的e5出来经d7进入低温加热器7中给另一通道的浓溶液加热，加热后从d8排出。浓溶液在分离塔14内加热分离后变成了两种物质，一种是膨胀工质另一种是高温高压的浠溶液，它们分两个通道流出，加热分离出的膨胀工质在分离塔14内的精馏装置进行再次精分离，得到较纯的膨胀工质，从分离塔14的膨胀工质输出端e3口出去，高温高压的浠溶液从吸收剂输出端e1排出进入吸收剂回热器6的d3入口,从d3入口进入吸收剂回热器6与另一通道的低温浓溶液热交换变成高压低温浠溶液从d4口出来，高压浠溶液有较高的动能，它从b3进入液压马达8后推动液压马达8做功回收动能，产生的机械功去带动液压泵4，做功后的高压低温浠溶液变成了低压低温浠溶液，从b4口出来再经a7入口回到高温冷却吸收塔3中。

综上，该增压回热单元是吸收塔与分离塔14的连接部分，是朗肯循环或吸收循环的控制部分，也是自耗损的主要部分，是吸收循环发动机提高效率最主要的部分。这里的自耗损有将浓溶液泵入分离塔14的机械功，浓溶液在分离塔14分离时要比单独膨胀工质汽化多消耗热能，这些热能可以通过吸收剂回热器6进行回收。本发明采用吸收剂回热器6先回热回收浠溶液的分离热能，再通过液压马达8回收浠溶液的动能。它的优点是采用换热器回热的换热效率非常高，热量回收率可达95％以上，液压马达没有膨胀过程，只是推动功等熵效率最高，效率可达90％以上。本发明采用吸收剂回热器6和低温加热器7分两路同时给浓溶液加热，比仅使用吸收剂回热器6可大大改善热源的利用率。现在的吸收式结构朗肯循环和非共沸点的混合工质朗肯循环，主要都是用来解决热源利用问题。大部分的热源温度是线性的变温热源，而单一工质的蒸发是一个恒温过程，因此在蒸发温度以下的热源大部分得不到利用，采用吸收工质对和非共沸点混合工质，可使工质变成变温蒸发，热源利用率高。但是，现在的吸收式结构采用单一的浠溶液回热器的回热方式限制了热源低段的利用。如热源温度为200℃，给分离塔里的浓溶液加热后形成的浠溶液温度也升高到了200℃，浠溶液返回吸收塔时与进入分离塔14的浓溶液换热，由于浓溶液的流量大于浠溶液的流量，浓溶液的温度不可能上升到浠溶液的温度，它上升的温度由两者的流量比来决定，如上升到120℃，这样进入分离塔14的浓溶液温度就是120℃。传热是由高温向低温传递的，分离塔14中的浓溶液温度已经到了120℃，热源的温度大于120℃的部分才能给浓溶液加热，因此，热源中120℃以下的热能就无法得到利用，被直接排出，加热效率极低。

本发明的吸收式循环系统中的增压回热单元采用吸收剂回热器6和低温加热器7分两路同时给浓溶液加热，可使在分离塔14内无法应用的低段热能得到充分利用。浓溶液的流量比浠溶液的流量要大些，调节第一阀门10和第二阀门13使流经吸收剂回热器6的浓溶液流量小于或等于另一通道的浠溶液流量，这样在吸收剂回热器6回热的浓溶液温度会接近浠溶液的温度。剩余的浓溶液从低温加热器7通过，由分离塔14排出的热源余热来加热，使热源各段的热能得到充分的利用，大幅度提高了热源的利用率。

本发明的吸收式循环系统的工作状态调节原理如下：改变浠溶液的流量就可改变发动机的循环状态，浠溶液的流量越大吸收能力越强，吸收压力就可以越低，吸收压力越低就越容易进入吸收循环状态，热转化成功的能力越强。本发明中改变增压回热部分的液压泵4与液压马达8的流量比，液压马达8的流量越接近液压泵4，吸收压力就越低就越容易进入吸收循环状态，但是，液压马达8的流量越接近液压泵4，发动机输出的功率就越小，热效率也不高，因此要合适的流量比。

如图1所示，该分离单元包括用于分离膨胀工质和吸收剂的分离塔14；做功单元包括用于产生动力带动负荷设备16的膨胀机15。该吸收剂回热器6的管程和该低温加热器7的管程的输出端均与分离塔14连接，该分离塔14包括膨胀工质输出端e3，该膨胀工质输出端e3与该膨胀机15的输入端连接，该膨胀机15的输出端与该工质换热器1的管程的输入端连接以实现反复循环。该分离塔14还包括吸收剂输出端e1，该吸收剂输出端e1与该吸收剂回热器6的壳程的输入端连接，该吸收剂回热器6的壳程的输出端与该液压马达8连接，以实现高压吸收剂进入该液压马达8后推动该液压马达8做功。该分离塔14还包括分离工质加热管路143，该分离工质加热管路143的输出端与该低温加热器7的壳程的输入端连接。

进一步地，如图1所示，该分离单元还包括过热器18，该过热器18的管程串联在该分离塔14的膨胀工质输出端e3与该膨胀机15之间，该过热器18的壳程与该过热器18的管程进行换热。该过热器18的壳程的输入端与热源相连，该过热器18的壳程的输出端与分离塔14的分离工质加热管路143的输入端连接。

参阅图1，该分离单元的具体结构流程如下：从e2进入分离塔14的浓溶液在分离塔14中加热分离，浓溶液在分离塔14内加热分离后变成了两种物质，一种是膨胀工质另一种是浠溶液，它们分两个通道流出，加热分离出的膨胀工质在分离塔14内的精馏装置进行再次精分离，得到较纯的膨胀工质，从分离塔14的膨胀工质输出端e3出去，浠溶液从吸收剂输出端e1排出进入吸收剂回热器6的d3入口；从分离塔14的膨胀工质输出端e3出来的膨胀工质经f3进入过热器18，在过热器18里加热成过热气体从f4出去；分离塔14和过热器18的热源可以是锅炉或其它类型的换热器，它的热源来源视不同的结构，锅炉类型在内部直接燃烧产生热能直接给分离塔14和过热器18加热，换热器类型的热源先从过热器18的f1进入，在过热器18内加热膨胀工质然后从f2排出，从f2排出的热源温度会降低成中温热源，这些中温热源再从e4进入分离塔14，给分离塔14提供热能去分离膨胀工质，放热后的热源变成低温热源从e5出来再从d7进入低温加热器7，给低温加热器7另一通道的浓溶液加热，最后从d8排出或返回到热源；被过热器18加热后的膨胀工质变成高温高压膨胀工质从过热器18的f4排出，从f4排出的高温高压膨胀工质经g1进入膨胀机15，高温高压膨胀工质在膨胀机15内膨胀做功后变成低温低压的膨胀工质从g2排出，同时膨胀机15产生动力带动负荷设备16，负荷设备16可以是发电机或其它设备。从g2排出的低温低压膨胀工质的温度比常温要低，它经h1进入工质换热器1，在工质换热器1里与另一通道的低温冷却液换热，为防止低温冷却液凝固冷却液选用盐水或酒精，换热后的膨胀工质从h2出来，再经a3和a8分别进入低温冷却吸收塔2和高温冷却吸收塔3，膨胀工质在吸收塔中被浠溶液吸收。工质换热器1中换热后的低温冷却液从h4出来，h4出来的低温冷却液从a4进入低温冷却吸收塔2，在低温冷却吸收塔2中冷却低浓度溶液使它能吸收更多的膨胀工质而变成浓溶液，冷却后的低温冷却液从a5出来再从h3进入工质换热器1,反复循环达到输出动力的目的。

需要说明的是，如果热源的温度是较低的低品味能源，如工业废热、地热等，可以不使用过热器18，在分离出来的膨胀工质经膨胀工质输出端e3直接与膨胀机15的g1相连。对于温度较高的热源，分离塔的温度不宜过高，否则吸收剂也被大量的汽化，会影响发动机效率，此时采用本结构低温分离高温过热性能更好。

进一步地，工质溶液换热器17视不同的热源来决定是否使用，如太阳能为热源，从低温加热器7的d8排出的余热是返回到太阳能集热器的，它的能量并没有损失，这种结构要使用工质溶液换热器17。如果从低温加热器7的d8排出的余热是直接外排不要的，工质溶液换热器17可以不用，浓溶液可从低温加热器7中吸收更多的热能，使从低温加热器7的d8排出的余热温度更低，不影响整体热效率。

更需要说明的是，上述实施例中的工质换热器、吸收剂回热器、低温加热器、工质溶液换热器和过热器等换热器均可采用管式换热器。但在实际应用的其他实施例中，上述各个步骤中的换热器的选型要根据工作压力和工作温度来决定，工作在低温、低压的换热器可选用高效率的板式换热器，高温、高压部分的换热器可选用耐高温、高压的管式换热器。

综上，本发明的吸收式循环系统具有如下优点：

一、自耗能的回收，采用先回热后回收动能的方式。具体地，该吸收式循环系统中从分离塔排出的浠溶液，先经回热器将浠溶液的热能传递给进入分离塔的浓溶液，被换热变成低温的高压浠溶液再进入液压马达回收浠溶液的动能。

二、低吸收压力高浓度的吸收方式。具体地，该吸收循环单元采用了低温冷却吸收塔2和高温冷却吸收塔3两个吸收塔，其巧妙的利用工质换热器1回收膨胀工质膨胀做功后产生的低温来增大吸收能力。两个吸收器可以安装在一个外壳内，采用高、低温两种冷源来冷却吸收剂浠溶液和低浓度溶液，高温冷源来自己常温冷水或常温空气，低温冷源来自回收膨胀机15排出的冷气，然后通过换热器使进入液压泵4的浓溶液的浓度和温度尽量的高。

三、高纯度的分离方式。具体地，先用尽量低的温度去分离膨胀工质，然后将分离出来的膨胀工质进行过热。该吸收式循环系统在分离塔后面增加了一个过热器18，热源先经过过热器18然后再进入分离塔。高温热源直接进入分离塔就会使吸收剂也相应有些汽化，吸收剂就会与膨胀工质混合进入膨胀机15里膨胀做功，而吸收剂的膨胀效率要低于膨胀工质，两种工质同时进入膨胀机15会影响膨胀效率。值得说明有些吸收剂的沸点比膨胀工质的沸点大很多，如用硝酸锂或硫氰酸钠作吸收剂，分离塔可不用带精馏的分离塔，同时也可以不使用过热器18。

图2示出了本发明中的一种吸收式循环方法，该吸收式循环方法主要用于上述的吸收式循环系统。图2是本发明的一实施例中的吸收式循环方法的流程图，如图2所示，该吸收式循环方法包括如下步骤：

S10、高温高压膨胀工质经过所述膨胀机15膨胀做功后，从所述膨胀机15的输出端g2排出的所述膨胀工质的温度为第一温度；

S20、膨胀工质进入所述高温冷却吸收塔3内被浠溶液吸收并形成低浓度溶液，膨胀工质进入所述低温冷却吸收塔2内被低浓度溶液吸收并形成高浓度溶液；

S30、该低浓度溶液被该溶液泵5泵入该低温冷却吸收塔2内，再次吸收膨胀工质，形成该高浓度溶液，该高浓度溶液经过该低温冷却吸收塔2的输出端进入该液压泵4；

S40、该液压泵4由同轴相连或皮带相连的该液压马达8和液压动力9提供动力，将该高浓度溶液分别经过该吸收剂回热器6的管程和该低温加热器7的管程泵入该分离塔14内；

S50、该高浓度溶液在该分离塔14内分离成膨胀工质和吸收剂也叫浠溶液，该膨胀工质通过该膨胀工质输出端e3进入该膨胀机15；

S60、该膨胀工质在该膨胀机15内做功以产生动力带动负荷设备16。

需要说明的是，上述的第一温度低于上述的常温冷却水的温度，使得整个循环为吸收式循环。使用时，增大浠溶液和冷却水的流量，降低吸收压力，使得第一温度低于常温冷却水的温度，从而使得运用了该吸收式循环方法的吸收式循环系统的工作状态进入吸收循环。

在一些实施例中，上述步骤S30还包括：

S30-1、该高浓度溶液经过该低温冷却吸收塔2的输出端后先进入一工质溶液换热器17的管程的输入端与壳程换热，再经过该工质溶液换热器17的管程的输出端进入该液压泵4；

在一些实施例中，该步骤S50还包括：

S50-1、该膨胀工质通过该膨胀工质输出端e3后先进入一过热器18的管程的输入端与壳程换热，再经过该过热器18的管程的输出端进入该膨胀机15。

综上，上述的吸收式循环系统使得膨胀机15排出的乏气温度低于冷却源的温度，从而提高了热效率。且该吸收式循环系统能将浓溶液的温度比排出的乏气更高，使进入分离塔的浓溶液温度提高，而减少了该吸收式循环系统的加热量，从而进一步地提高了热效率。

另外，通过上述的吸收式循环方法可以控制液压泵4的流量和吸收剂的冷却温度，液压泵4的流量越大和吸收剂的温度越低时，吸收剂的吸收能力就越强，吸收压力就可以控制到越低，膨胀机15的排气温度就越低，循环就越容易进入到吸收循环。

具体地，当膨胀机15排出的乏气温度低于冷却源如冷却水的温度时，冷却水不可能冷凝温度比它还低的乏气，此时的乏气只有被吸收才能循环。则当乏气温度小于或等于冷却源的温度时就完全是吸收循环，当乏气温度高于冷却源的温度时乏气可依靠冷却水冷凝，此时为朗肯循环或为混合循环，即上述的第一温度低于上述的冷却水的温度，使得整个循环为吸收式循环。

从朗肯循环的定义能明显区分本发明的吸收循环与朗肯循环的区别，朗肯循环的定义是包括一个等温压缩过程、一个等压加热过程、一个等熵膨胀过程、一个等压冷凝过程。图1所示的结构的增压(压缩)过程也是等温压缩，加热也是在等压下加热，膨胀也是等熵膨胀，而冷凝则可以在等压下冷凝成液态，也可以是在等压下吸收成液态。显然在等压下冷凝成液态的循环模式与朗肯循环完全相同，完全属于朗肯循环，而等压吸收液化与等压冷凝液化是不同的，它不仅过程不同，产生的结果也大不相同，计算方式也大不同，因此不能把这种吸收液化循环定为朗肯循环，应该定为吸收循环。

更具体的说，类似于图1这种吸收式结构它可以工作在朗肯循环或朗肯循环与吸收循环的混合循环，还可以工作在本发明中的吸收循环，它们的区别就在于吸收塔的吸收压力导致的膨胀机膨胀后的温度，即上述的第一温度低于上述的冷却水的温度为吸收循环。吸收循环的性能大大优于朗肯循环，本发明优选吸收循环工作模式。

如图3所示，图3是本发明的吸收式循环的温熵图及用于对比的朗肯循环的温熵图。图中过程1、2、3、4、1是朗肯循环，过程1、2、3、4’、1和过程1’、2’、3、4’、1’是吸收循环。

朗肯循环温熵图：液态工质从点1经液压泵等熵增压进入加热器至点2(如锅炉、换热器或吸收式结构的分离塔)，由于液体增压的温度不变，在温熵图中点1和点2是重合的，在加热器里等压加热汽化或在分离塔里等压分离成高温高压的膨胀工质后至点3，再进入膨胀机去膨胀做功。在热力循环中最大的难点在于工质在膨胀机里膨胀到什么状态为止，只要准确的知道膨胀后的状态，就可以通过查表法非常精准的计算出发动机的热效率等各参数。在理论循环中是按等熵膨胀的，它的膨胀终了是由冷凝压力决定的，而朗肯循环的冷凝压力是由冷凝温度决定的，如水工质朗肯循环的冷凝温度是30℃，查表得它的饱和压力是0.004247MPa。因此高温高压的膨胀工质进入膨胀机等熵膨胀至压力0.004247MPa后将停止膨胀，至图3中的点4。从点4经冷凝水冷凝成液体回到点1，在冷凝过程冷却水的温度会有些上升，但被冷凝的膨胀工质温度并不上升，所以冷凝过程可以视为等温冷凝。在实际循环中膨胀机是达不到等熵膨胀的，膨胀机有漏气损失、传热损失、不完全膨胀损失等，无法达到等熵效率，由于这些损失它会产生熵增，结果会膨胀到点5的位置。如果点4含有湿度熵增后的点5有可能与点4平行在等温线上，如果点4是饱和气体熵增后的点5就会是过饱和气体，温度就会高于点4，就如图3中的点5。状态点5的确定得先求出状态点4，点5是在点4的基础求得。

吸收循环温熵图：吸收了膨胀工质的浓溶液从点1经液压泵等熵增压进入分离塔，由于液体增压的温度不变，在温熵图中点1和点2是重合的，在分离塔里等压加热汽化分离成高温高压的膨胀工质后至点3，再进入膨胀机去膨胀做功。这里进入膨胀机膨胀后的终止状态是由吸收塔的吸收压力来决定的，吸收压力是由吸收剂的浓度和温度决定的，吸收剂的浓度和温度越低吸收后的压力就越低，吸收剂的浓度可调节吸收剂的流量来改变，吸收压力越低膨胀后的温度越低。因此，吸收循环可以使膨胀后的温度低于冷却源(如冷却水)的温度，可膨胀到点4’。从4’至1或1’是吸收过程，吸收过程溶液会升温，点1’是本发明增加了工质溶液换热器17的吸收循环，它的吸收温度可比常规吸收结构的高。

从图3中可看出，即使吸收压力可以很低，但是膨胀机不按吸收循环的膨胀比来设计制造，膨胀机的内效率就会很低，实际循环膨胀后的状态就有可能从状态点4’熵增膨胀至点5，就变成了混合循环，显然先确定状态再来设计计算才能做出完美的发动机。混合循环的状态点4不好确定就很难进行计算，甚至无法设计计算。

具体的计算案例如下：工质对采用氨与水，氨是膨胀工质水是吸收剂，分别按朗肯循环和吸收式循环来设计计算，对比它们两者的热效率，两种循环的温熵图见图3。

朗肯循环：朗肯循环的温熵图是图3中的1至2至3至4再返回到1的过程，由于朗肯循环是靠冷却水冷凝的，它的冷凝温度按30℃计算，不考虑传热温差，即T1＝T2＝30℃。如工作温度400℃，工作压力5MPa。查表得：T2＝30℃、h2＝484.92KJ/Kg；加热至点3的参数是，T3＝400℃、h3＝2583.1KJ/Kg、S3＝7.1034KJ/Kg-K、P3＝5MPa。

加热量是：h3-h2＝2583.1KJ/Kg-484.92KJ/Kg＝2098.18KJ/Kg。

膨胀至点4的各参数是由状态3，按S3＝7.1034KJ/Kg-K等熵膨胀至30℃冷凝温度对应的饱和压力1.1672MPa，查表得T4＝239.89℃、h4＝2171.6KJ/Kg、S4＝S3＝7.1034KJ/Kg-K。

膨胀功是：h3-h4＝2583.1KJ/Kg-2171.6KJ/Kg＝411.5KJ/Kg。

指示热效率＝膨胀功/加热量＝411.5KJ/Kg/2098.18KJ/Kg＝0.196＝19.6％。

吸收式循环：吸收循环的温熵图是图3中的1’至2’至3至4’再返回到1’的过程，工作温度也是400℃，工作压力也是5MPa。吸收循环的吸收压力是由结构和浠溶液流量及冷却温度决定的，这里按0.05MPa来计算，冷却后的水温度可达50℃，即吸收后浓溶液T2的温度可达50℃。

查表得T2’＝50℃、h2’＝583.77KJ/Kg；加热至点3的参数是，T3＝400℃、h3＝2583.1KJ/Kg、S3＝7.1034KJ/Kg-K、P3＝5MPa；膨胀至点4’的各参数是，T4’＝-17.06℃、h4’＝1603.7KJ/Kg、S4’＝7.1034KJ/Kg-K。

加热量是：h3-h2’＝2583.1KJ/Kg-583.77KJ/Kg＝1999.33KJ/Kg；

膨胀功是：h3-h4’＝2583.1KJ/Kg-1603.7KJ/Kg＝979.4KJ/Kg；

指示热效率＝膨胀功/加热量＝979.4KJ/Kg/1999.33KJ/Kg＝0.4898＝48.98％

从以上计算可知朗肯循环0.196的指示效率是非常低的，由于氨在常温下冷凝的压力非常的高达1.1672MPa，因为它是内循环，5MPa的高压膨胀至1.1672MPa后就无法膨胀了，没有得到充分的膨胀做功，所以采用氨做工质用于朗肯循环的热效率是非常低的。采用吸收式来吸收膨胀工质，可使压力更低，对于常温不能冷凝至低压的工质来说，非常明显的提高了指示效率。

400℃、5MPa的高压氨气等熵膨胀至0.05MPa，查表得它膨胀后的温度是-17℃，如吸收压力更低，膨胀后的温度还会更低，这样低的温度完全可以用于工业制冷或空调使用。本发明将图1中的工质换热器1的h3和h4与外界的换热器相连，就可对外输出冷能，此时低温冷却吸收塔2可以停用或将a4和a5通过阀门改用常温冷却水使用。由于工质换热器1的h3和h4输出了冷能，高温冷却吸收塔3的a9和a10输出了热水，膨胀机15带动的负荷16可以是发电机，这样本发明就可以同时输出冷、热、电三种能源，可实现冷、热、电三联供。采用冷、热、电输出模式时，由于膨胀机输出的冷能没有用在低温冷却吸收塔2中来冷却低浓度吸收剂，吸收压力只能靠改变浠溶液的浓度，自耗能和吸收压力会有所提高，发动机的效率会有所下降，但冷能得到其它领域的应用，产生了别的价值，也是有非常实用的价值的。

需要说明的是，目前已公布的吸收式结构发动机，并没有描述进行吸收循环的方法，甚至有些说明自己是朗肯循环，如它们进行吸收循环属侵犯本发明。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种吸收式循环系统，包括吸收循环单元、增压回热单元、分离单元和做功单元；所述分离单元包括用于分离膨胀工质和吸收剂的分离塔(14)；所述做功单元包括用于产生动力带动负荷设备(16)的膨胀机(15)；其特征在于，

所述吸收循环单元包括工质换热器(1)、低温冷却吸收塔(2)、高温冷却吸收塔(3)和溶液泵(5)；

所述工质换热器(1)的管程的输出端分别与所述低温冷却吸收塔(2)和所述高温冷却吸收塔(3)连接，所述溶液泵(5)串联在所述高温冷却吸收塔(3)和所述低温冷却吸收塔(2)之间，以将低浓度溶液经泵入所述低温冷却吸收塔(2)内；

所述增压回热单元包括吸收剂回热器(6)、低温加热器(7)、液压泵(4)、以及与所述液压泵(4)同轴相连或皮带相连的液压马达(8)和液压动力(9)；

所述低温冷却吸收塔(2)的输出端与所述液压泵(4)的输入端连接，所述液压泵(4)的输出端分别与所述吸收剂回热器(6)的管程和所述低温加热器(7)的管程连接；

且所述液压泵(4)的输出端与所述吸收剂回热器(6)的管程之间串联有第一阀门(10)，所述液压泵(4)的输出端与所述低温加热器(7)的管程之间串联有第二阀门(13)；

所述吸收剂回热器(6)的管程和所述低温加热器(7)的管程的输出端均与分离塔(14)连接，所述分离塔(14)包括膨胀工质输出端，所述膨胀工质输出端与所述膨胀机(15)的输入端连接，所述膨胀机(15)的输出端与所述工质换热器(1)的管程的输入端连接以实现反复循环。

2.根据权利要求1所述的吸收式循环系统，其特征在于，所述吸收循环单元还包括工质溶液换热器(17)；

所述工质溶液换热器(17)的管程串联在所述低温冷却吸收塔(2)的输出端与所述液压泵(4)之间，所述工质溶液换热器(17)的壳程与所述工质溶液换热器(17)的管程进行换热。

3.根据权利要求2所述的吸收式循环系统，其特征在于，所述高温冷却吸收塔(3)包括冷却液管路(31)，所述冷却液管路(31)的输出端与所述工质溶液换热器(17)的壳程的输入端连通。

4.根据权利要求1所述的吸收式循环系统，其特征在于，所述分离塔(14)还包括吸收剂输出端，所述吸收剂输出端与所述吸收剂回热器(6)的壳程的输入端连接，所述吸收剂回热器(6)的壳程的输出端与所述液压马达(8)连接，以实现高压吸收剂进入所述液压马达(8)后推动所述液压马达(8)做功。

5.根据权利要求1所述的吸收式循环系统，其特征在于，所述分离塔(14)还包括分离工质加热管路(143)，所述分离工质加热管路(143)的输出端与所述低温加热器(7)的壳程的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的吸收式循环系统，其特征在于，所述分离单元还包括过热器(18)，所述过热器(18)的管程串联在所述分离塔(14)的所述工质输出端与所述膨胀机(15)之间的，所述过热器(18)的壳程与所述过热器(18)的管程进行换热的。

7.根据权利要求6所述的吸收式循环系统，其特征在于，所述过热器(18)的壳程的输入端与热源相连，所述过热器(18)的壳程的输出端与所述分离工质加热管路(143)的输入端连接。

8.根据权利要求1所述的吸收式循环系统，其特征在于，所述低温冷却吸收塔(2)包括低温冷却液管路(21)，所述低温冷却液管路(21)的输入输出端分别与所述工质换热器(1)的壳程的输出输入端相连接。

9.一种吸收式循环方法，用于权利要求1至8任一项所述的吸收式循环系统，其特征在于，包括如下步骤：

S1、高温高压膨胀工质经过所述膨胀机(15)膨胀做功后，从所述膨胀机(15)的输出端排出的所述膨胀工质的温度为第一温度；

S2、膨胀工质进入所述高温冷却吸收塔(3)内被浠溶液吸收并形成低浓度溶液，膨胀工质进入所述低温冷却吸收塔(2)内被低浓度溶液吸收并形成高浓度溶液；

S3、所述低浓度溶液被所述溶液泵(5)泵入所述低温冷却吸收塔(2)内，再次吸收膨胀工质，形成所述高浓度溶液，所述高浓度溶液经过所述低温冷却吸收塔(2)的输出端进入所述液压泵(4)；

S4、所述液压泵(4)由同轴相连或皮带相连的所述液压马达(8)和液压动力(9)提供动力，将所述高浓度溶液分别经过所述吸收剂回热器(6)的管程和所述低温加热器(7)的管程泵入所述分离塔(14)内；

S5、所述高浓度溶液在所述分离塔(14)内分离成膨胀工质和吸收剂也叫浠溶液，所述膨胀工质通过所述膨胀工质输出端进入所述膨胀机(15)；

S6、所述膨胀工质在所述膨胀机(15)内做功以产生动力带动负荷设备(16)；

所述第一温度低于常温冷却水的温度，使得整个循环为吸收式循环。

10.根据权利要求9所述的一种吸收式循环方法，其特征在于，

所述步骤S3还包括：

S3-1、所述高浓度溶液经过所述低温冷却吸收塔(2)的输出端后先进入一工质溶液换热器(17)的管程的输入端，再经过所述工质溶液换热器(17)的管程的输出端进入所述液压泵(4)；

所述步骤S5还包括：

S5-1、所述膨胀工质通过所述膨胀工质输出端后先进入一过热器(18)的管程的输入端，再经过所述过热器(18)的管程的输出端进入所述膨胀机(15)。

11.根据权利要求9所述的一种吸收式循环方法，其特征在于，所述吸收式循环方法包括适用于氨类、醇类或氟利昂类的吸收工质对，所述吸收工质对包括吸收剂和被吸收剂，所述吸收剂为所述浠溶液，所述被吸收剂为所述膨胀工质。