CN105674616A - 一种膜蒸馏浓缩溴化锂溶液的吸收式制冷循环系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用膜蒸馏技术浓缩溴化锂溶液的吸收式制冷循环系统，其包含的部件有膜蒸馏组件、制冷剂热交换器、制冷剂泵、节流阀、蒸发器、吸收器、溶液泵、溶液热交换器和热源；所述膜蒸馏组件采用直接接触式中空纤维组件，管程由溶液热交换器和热源来维持一定的热侧温度，壳程由一部分制冷剂再循环制冷和制冷剂热交换器来维持一定的冷侧温度。膜蒸馏组件的操作温度较低，能够充分利用工业生产中的大量余热、废热及太阳能等低品位热源，实现溴化锂吸收式制冷循环，并且膜蒸馏组件集发生器和冷凝器功能为一体，使系统大为简化。

Description

一种膜蒸馏浓缩溴化锂溶液的吸收式制冷循环系统
技术领域
本发明涉及一种利用膜蒸馏技术浓缩溴化锂溶液的吸收式制冷循环系统，属于热驱动制冷技术领域。
背景技术
单效溴化锂吸收式制冷系统是以热能为驱动的循环系统，能利用工业生产中的大量余热、废热和太阳能等，减少能量浪费，降低环境污染。然而，这些热源的温度较低，作为单效溴化锂吸收式制冷的驱动热源，会使得系统放气范围减小，溶液循环倍率变大，最终导致系统热力系数降低。而且，当热源温度低于85℃时，只有通过两级吸收才能完成制冷循环，但是两级吸收的热力系数较单效吸收更低。因此，如何充分利用低品位热能来提高系统的性能系数，成为溴化锂吸收式制冷循环的研究难点之一。
近年来随着膜技术研究的发展，膜分离技术越来越多的应用于工业生产中。在膜分离领域，膜蒸馏是一种将膜技术和蒸馏过程相结合的新型膜分离技术，其中应用最为广泛的为直接接触式膜蒸馏技术。直接接触式膜蒸馏采用微孔疏水膜，以膜两侧溶液的温度差产生的蒸汽分压力差为推动力，使得溶液中的易挥发组分在热侧汽化后穿过膜孔到达冷侧并冷凝。然而，直接接触式膜蒸馏技术更多的应用于溴化锂吸收式制冷系统的溶液热交换器中，以扩大系统放气范围，从而提高系统的性能系数。但是，该系统对于热源温度的降低较为有限，并且系统仍然较为复杂。因此需要寻找一种方法，既能充分利用低品位热源，又可使系统大为简化。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用膜蒸馏技术浓缩溴化锂溶液的吸收式制冷循环系统，用于解决利用低品位热能提高制冷系统性能的技术问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用膜蒸馏技术浓缩溴化锂溶液的吸收式制冷循环系统，包括膜蒸馏组件、制冷剂热交换器、制冷剂泵、节流阀、蒸发器、吸收器、溶液泵、溶液热交换器和热源，膜蒸馏组件采用直接接触式中空纤维组件，溴化锂吸收式制冷循环系统分别由下述溶液循环和制冷剂循环所组成。
溶液循环：吸收器的进气口与蒸发器的气体制冷剂出口相连接，吸收器的稀溶液出口通过管道与溶液泵的进口连接，溶液泵的出口与溶液热交换器的稀溶液进口连接，溶液热交换器的稀溶液出口与热源的进口连接，热源的出口与膜蒸馏组件的管程稀溶液进口连接，膜蒸馏组件的管程浓溶液出口通过管道与溶液热交换器的浓溶液进口连接，溶液热交换器的浓溶液出口与吸收器的浓溶液进口连接，如此完成溴化锂吸收式制冷系统的溶液循环；
制冷剂循环：蒸发器的制冷剂水出口与制冷剂泵的进口连接，制冷剂泵的出口与回蒸发器的旁通管道的一端以及制冷剂热交换器的冷侧进口连接，制冷剂热交换器的冷侧出口与膜蒸馏组件的壳程制冷剂进口连接，膜蒸馏组件的壳程制冷剂出口与制冷剂热交换器的热侧进口连接，制冷剂热交换器的热侧出口与节流阀的进口连接，节流阀的出口与回蒸发器的旁通管道的另一端连接后再与蒸发器的制冷剂进口连接，如此完成溴化锂吸收式制冷系统的制冷剂循环。
上述装置中，膜蒸馏组件的管程由溶液热交换器和热源来维持一定的热侧温度，壳程由一部分制冷剂再循环制冷和制冷剂热交换器来维持一定的冷侧温度。
在直接接触式膜蒸馏组件中，只有在膜两侧饱和水蒸汽分压力差大于水蒸汽跨膜传递总阻力的情况下，才能实现水蒸汽在热侧汽化、通过膜孔和在冷侧冷凝的过程，从而浓缩溴化锂溶液，并分离出制冷剂水。由于膜蒸馏组件热侧流过的是被热源加热过的溴化锂稀溶液，因此膜蒸馏组件热侧可以通过提高热侧温度或降低溴化锂溶液浓度来提高热侧的水蒸汽压力；膜蒸馏组件冷侧流过的是制冷剂水，因此可以通过降低冷侧温度来降低该侧的水蒸汽压力，从而提高膜两侧的水蒸汽分压力差。
有益效果：
本发明提供的该系统利用直接接触式膜蒸馏技术分离和浓缩溴化锂溶液，以达到充分利用低品位热源的目的。
膜蒸馏组件中，在膜两侧饱和水蒸汽分压力差大于水蒸汽跨膜传递总阻力的情况下，才能实现溴化锂溶液的浓缩，并分离出制冷剂水。膜蒸馏组件的操作温度较低，能够充分利用工业生产中的大量余热、废热及太阳能等低品位热源，实现溴化锂吸收式制冷循环，并且膜蒸馏组件集发生器和冷凝器功能为一体，使系统大为简化。
附图说明
图1是本发明的结构组成和流程图。
其中有：膜蒸馏组件1、制冷剂热交换器2、制冷剂泵3、节流阀4、蒸发器5、吸收器6、溶液泵7、溶液热交换器8和热源9。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，该利用膜蒸馏技术浓缩溴化锂溶液的吸收式制冷循环系统，其包含的部件有膜蒸馏组件1、制冷剂热交换器2、制冷剂泵3、节流阀4、蒸发器5、吸收器6、溶液泵7、溶液热交换器8和热源9，所述膜蒸馏组件1采用直接接触式中空纤维组件，溴化锂吸收式制冷循环系统分别由下述溶液循环和制冷剂循环所组成。
溶液循环：所述吸收器6的进气口与蒸发器5的气体制冷剂出口相连接，吸收器6的稀溶液出口通过管道与溶液泵7的进口连接，溶液泵7的出口与溶液热交换器8的稀溶液进口连接，溶液热交换器8的稀溶液出口与热源9的进口连接，热源9的出口与膜蒸馏组件1的管程稀溶液进口连接，膜蒸馏组件1的管程浓溶液出口通过管道与溶液热交换器8的浓溶液进口连接，溶液热交换器8的浓溶液出口与吸收器6的浓溶液进口连接，如此完成溴化锂吸收式制冷系统的溶液循环；
制冷剂循环：所述蒸发器5的制冷剂水出口与制冷剂泵3的进口连接，制冷剂泵3的出口与回蒸发器5的旁通管道的一端以及制冷剂热交换器2的冷侧进口连接，制冷剂热交换器2的冷侧出口与膜蒸馏组件1的壳程制冷剂进口连接，膜蒸馏组件1的壳程制冷剂出口与制冷剂热交换器2的热侧进口连接，制冷剂热交换器2的热侧出口与节流阀4的进口连接，节流阀4的出口与回蒸发器5的旁通管道的另一端连接后与蒸发器5的制冷剂进口连接，如此完成溴化锂吸收式制冷系统的制冷剂循环。
本发明装置的工作原理如下：
从吸收器6的稀溶液出口出来的溴化锂稀溶液经过溶液泵7升压后进入溶液热交换器8预热，再由热源9加热到一定温度，进入膜蒸馏组件1的管程。在膜蒸馏组件1中，溴化锂稀溶液内的易挥发组分水汽化后穿过膜孔并在壳程冷凝，形成温度较高的溴化锂浓溶液。溴化锂浓溶液从膜蒸馏组件1的浓溶液出口流出并进入溶液热交换器8中冷却后回到吸收器6，在吸收器6内，溴化锂浓溶液不断吸收从蒸发器5的气体制冷剂出口中产生并进入到吸收器6中的制冷剂蒸汽，如此完成吸收式制冷系统的溶液循环；
蒸发器5的制冷剂水出口的制冷剂水经过制冷剂泵3升压后分为两路，一部分通过回蒸发器的旁通管道进入蒸发器5再循环制冷，另一部分进入制冷剂热交换器2，由于制冷剂水温度较低，因此可以作为膜蒸馏组件1的冷侧溶液。经过膜蒸馏组件1后，由于水蒸气分子通过膜传质的同时也会传热，因此膜蒸馏组件1的壳程制冷剂出口的水温会有所上升。将从膜蒸馏组件1的壳程制冷剂出口收集的温度略有升高的制冷剂水通过制冷剂热交换器2冷却到一定温度后，由节流阀4节流到一定的蒸发温度和蒸发压力，与在回蒸发器的旁通管道内准备进行再循环的制冷剂混合后回到蒸发器5，如此完成吸收式制冷系统的制冷剂循环。
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 (2)

1.一种膜蒸馏浓缩溴化锂溶液的吸收式制冷循环系统，其特征在于：包括膜蒸馏组件(1)、制冷剂热交换器(2)、制冷剂泵(3)、节流阀(4)、蒸发器(5)、吸收器(6)、溶液泵(7)、溶液热交换器(8)和热源(9)；
所述吸收器(6)的进气口与蒸发器(5)的气体制冷剂出口相连接，吸收器(6)的稀溶液出口通过管道与溶液泵(7)的进口连接，溶液泵(7)的出口与溶液热交换器(8)的稀溶液进口连接，溶液热交换器(8)的稀溶液出口与热源(9)的进口连接，热源(9)的出口与膜蒸馏组件(1)的管程稀溶液进口连接，膜蒸馏组件(1)的管程浓溶液出口通过管道与溶液热交换器(8)的浓溶液进口连接，溶液热交换器(8)的浓溶液出口与吸收器(6)的浓溶液进口连接；
所述蒸发器(5)的制冷剂水出口与制冷剂泵(3)的进口连接，制冷剂泵(3)的出口与回蒸发器的旁通管道的一端以及制冷剂热交换器(2)的冷侧进口连接，制冷剂热交换器(2)的冷侧出口与膜蒸馏组件(1)的壳程制冷剂进口连接，膜蒸馏组件(1)的壳程制冷剂出口与制冷剂热交换器(2)的热侧进口连接，制冷剂热交换器(2)的热侧出口与节流阀(4)的进口连接，节流阀(4)的出口与回蒸发器(5)的旁通管道的另一端连接后再与蒸发器(5)的制冷剂进口连接。
2.一种膜蒸馏浓缩溴化锂溶液的吸收式制冷循环系统，其特征在于：所述膜蒸馏组件(1)采用直接接触式中空纤维组件。
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