CN106500395A - 一种正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组及制冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组及制冷方法。该机组包括吸收器、蒸发器、正渗透泵、正渗透膜组件、汲取液回收装置、盘管、冷却水管。本发明还提供了一种采用上述机组的制冷方法。本发明首次采用正渗透膜来进行溴化锂溶液的浓缩分离，取代了传统工艺的加热浓缩工艺。采用本发明的技术方案，在运行过程中能够节约热能，节省运行费用(热能费用占运行费用的70％)。本发明的技术方案不使用发生器，能够节省设备投资和对该设备的检修费用。

Description

一种正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组及制冷方法

技术领域

本发明涉及一种正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组及制冷方法，属于制冷技术领域。

背景技术

溴化锂吸收式制冷机是利用溴化锂水溶液在温度较低时能强烈吸收水蒸汽，而在高温下释放出所吸收的水蒸汽这一特性，同时让水在很低的压力下汽化吸收热量而达到制冷的目的。

溴化锂吸收式制冷机的工作流程是：由发生器泵送来的溴化锂稀溶液，经热交换器进入发生器内，被发生器管簇内的工作热源加热，由于溶液中水的沸点比溴化锂的沸点低得多，因此稀溶液被加热到一定温度后，溶液中的水汽化成为冷剂水蒸汽，冷剂水蒸汽进入冷凝器，被冷凝器管簇内的冷却水冷却而凝结成冷剂水；发生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高，进入吸收器；冷剂水经U型管节流后，进入蒸发器的水盘内，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的，然后由蒸发器泵送往蒸发器的喷淋装置而被喷淋在蒸发器管簇的外表面，冷剂水由于吸收了管内冷冻水的热量而汽化成为水蒸汽，管内的冷冻水被冷却而温度降低；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量。

溴化锂的主要能耗在于溴化锂溶液的浓缩蒸发。在蒸发浓缩的过程中，浓度过高或者温度过低时，溴化锂水溶液均容易形成结晶。溴化锂水溶液蒸发浓缩过程中形成结晶会影响运行的安全性及稳定性。

溶液结晶是溴化锂吸收式机组常见故障之一。为了防止机组在运行中产生结晶，机组都设有自动溶晶装置，通常都设在发生器浓溶液出口端。此外，为了避免机组停机后溶液结晶，还设有机组停机时的自动稀释装置。然而，由于各种原因，如加热能源压力太高、冷却水温度过低、机组内存在不凝性气体等，机组还会发生结晶事故。机组发生结晶后，溶晶是相当麻烦的事情。从溴化锂溶液的特性曲线(结晶曲线)可以知道，结晶取决于溶液的质量分数和温度。在一定的质量分数下，温度低于某一数值时，或者温度一定，溶液质量分数高于某一数值时，就要引起结晶。一旦出现结晶，就要进行溶晶处理。溶晶时，机组冷剂水减少，而且要费很长一段时间，此时，机组性能大为降低。因此，机组运行过程中应尽量避免结晶。

此外，溴化锂吸收式冷水机组虽然不使用大量电能，从而在宾馆、商场、写字楼等的中央空调系统中得到了广泛的应用，但是其不足之处在于溴化锂的蒸发浓缩过程中需要消耗大量的热能，在有蒸汽的地方可以直接使用蒸汽，没有蒸汽的地方需要消耗大量热能，需要增加燃烧器，燃料一般为气或者是油。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其可以降低溴化锂吸收式制冷机运行成本，并且汲取液可以循环再利用。

为达到上述目的，本发明提供了一种正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其包括吸收器、蒸发器、正渗透泵、正渗透膜组件、汲取液回收装置；其中：

所述正渗透膜组件包括壳体和正渗透膜，所述正渗透膜位于所述壳体内部，并且，所述正渗透膜的两侧分别为溴化锂溶液通道和汲取液通道；

所述蒸发器的顶部设有第一水喷淋管，所述蒸发器的底部设有滴淋盘，所述第一水喷淋管和所述滴淋盘之间设有盘管；

所述吸收器的顶部设有第一溴化锂溶液喷淋管，所述吸收器的底部设有溴化锂溶液池，所述第一溴化锂溶液喷淋管与所述溴化锂溶液池之间设有冷却水管；

所述蒸发器与所述吸收器设有连通部；

所述正渗透泵的入口与所述溴化锂溶液池连通，所述正渗透泵的出口与所述正渗透膜组件的溴化锂溶液通道的入口连通；

所述正渗透膜组件的溴化锂溶液通道的出口与所述第一溴化锂溶液喷淋管连通；

所述汲取液回收装置设有入口、汲取液出口和水出口，所述正渗透膜组件的汲取液通道的出口与所述汲取液回收装置的入口连通，所述汲取液出口与所述正渗透膜组件的汲取液通道的入口连通，所述水出口与所述第一水喷淋管连通。

正渗透是一种新型的分离技术，被誉为新一代低能耗、低污染、可持续发展的脱盐和新能源技术。正渗透过程是指水通过选择性透过膜从高水化学势区域向低水化学势区域传递的过程，这个过程的驱动力来源于膜两侧溶液的之间的渗透压差，其推动水分子透过膜，水分子以外的分子则被截留在膜的原料液侧，实现从原料液当中提取淡水的目的。正渗透分离技术相对于外加压力驱动的分离技术最显著的特点就是不需要外加压力或者在很低的外加压力下运行，而且膜污染情况相对较轻，能够持续长时间的运行而不需要清洗。

正渗透过程的实现需要有两个必要的因素，其一为可允许水分子通过，而能够截留其他溶质分子和离子的选择性正渗透膜，其二为膜两侧所存在的水化学势差，即传递分离过程所需要的推动力。这种推动力是由特定的汲取液提供的，这种汲取液是具有高渗透压的溶液体系，由溶质和溶剂(一般是水)组成。理想的汲取液应该具备以下条件：在水中具有较高的溶解度，能够产生较高的渗透压；没有毒性，在水中能够安全稳定的存在；与正渗透膜具有较好的化学兼容性，不改变膜材料的性能和结构；能够使用简单、经济的方法与水分离，并能重复使用。

本发明所采用的正渗透膜组件包含外壳和安装在壳体内的正渗透膜，正渗透膜的一侧为溴化锂溶液通道用于流过溴化锂溶液，另一侧为汲取液通道用于流过汲取液。由于溴化锂溶液中的化学势比汲取液中的化学势高，因而产生驱动压，溴化锂溶液中的水流入汲取液，从而完成对溴化锂溶液的浓缩。

在上述正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组中，优选地，所述吸收器与所述蒸发器为一体设置，所述蒸发器位于所述吸收器的上方。吸收器与蒸发器之间通过连通部连通，该连通部只允许水蒸气通过，不允许液体水通过。更优选地，所述连通部为人字形挡水板，但不限于此。蒸发器与吸收器是封装在一起的，除了连通部之外均是相对封闭的，其余部分都是分隔开的。蒸发器中的水蒸气可以通过连通部进入到吸收器。该连通部优选设置在蒸发器的左侧部分。

在上述正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组中，吸收器顶部的第一溴化锂溶液喷淋管用于喷淋浓的溴化锂溶液，它会吸收在吸收器内部的低温水蒸气；该喷淋管的喷口优选为带有节流作用的喷口(节流喷口)，喷出的溶液会更加容易形成急速汽化，提高效率。

在上述正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组中，正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组优选还包括吸收器泵以及设置于吸收器的顶部的第二溴化锂溶液喷淋管；吸收器泵的入口与吸收器底部的溴化锂溶液池连通，吸收器泵的出口与第二溴化锂溶液喷淋管连通。吸收器泵的作用是将吸收器底部的溴化锂溶液提升至吸收器顶部，浓的溴化锂溶液从喷口喷淋出来，吸收吸收器内的水蒸气。通过这一循环，能够强化吸收效果。

在上述正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组中，水蒸气溶于溴化锂溶液中时放出热量，需要通过冷却水将这些热量带走，最终通过冷却塔散热。在吸收器的上部空间中，浓的溴化锂溶液流出喷淋口，吸收水蒸气，这个过程中放出热量，这部分溴化锂溶液通过冷却水管中的冷却水进行冷却，吸收器的底部空间形成溴化锂溶液池用于储存溴化锂的稀溶液。

在上述正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组中，蒸发器的顶部的第一水喷淋管与汲取液回收装置连通，其作用是将来自正渗透的汲取液回收装置的水在蒸发器内进行喷淋，形成极小的水滴，这些水滴会在蒸发器中急速膨胀而汽化。第一水喷淋管的喷口优选带有节流作用(节流喷口)，喷出的水会更加容易形成急速汽化，进一步提高效率。

在上述正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组中，正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组优选还包括蒸发器泵以及设置于蒸发器的顶部的第二水喷淋管；蒸发器泵的入口与滴淋盘连通，蒸发器泵的出口与第二水喷淋管连通。通过设置蒸发器泵和第二水喷淋管，将这些液体的水(滴淋盘中的水)再次提升至蒸发器的顶部，通过第二水喷淋管再次喷淋，提高液滴的汽化量，提高运行效率，能够解决蒸发器的容积有限，从水喷淋管出来的小液滴有可能没有完全能汽化就落到了蒸发器底部的问题。若喷口带节流作用(即第二水喷淋管的喷口为节流喷口)，喷出的水会更加容易形成急速汽化，进一步提高效率。

在上述正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组中，来自于汲取液回收装置的水在蒸发器中急速汽化，同时吸收大量的热量，与盘管中的冷冻水进行换热，降低蒸汽器内的盘管中的冷冻水的温度，实现制冷效果。水蒸气气化过程需要吸收热量，从而对盘管内的载冷剂(冷冻水)降温，载冷剂进入到实际的制冷地点，例如办公室或者房间通过空调的末端设备实现制冷效果。

在上述正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组中，优选地，所述汲取液回收装置中设有电磁体。汲取液回收装置的核心部件是电磁体，该电磁体能够产生0.05-5T强度的磁场强度，从而可以分离磁性汲取液和水。

在上述正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组中，优选地，所述汲取液为磁性汲取液。磁性汲取液在流经电磁体制作的汲取液回收装置的过程中，在磁力的作用下，汲取液和水进行分离。汲取液循环使用，而分离出来的水则进入到蒸发器。本发明所采用的汲取液采用磁性纳米颗粒，再用化学溶剂对其进行亲水性改性。该磁性纳米颗粒可以是铁氧体(Fe₃O₄)，粒径2-20nm。化学溶剂成分为聚丙烯酸、聚乙二醇二羧酸、三甘醇中的一种或几种的组合，当采用三者的组合时，其质量百分比组成为：聚丙烯酸5-70％，聚乙二醇二羧酸10-60％、三甘醇5-50％，各组分百分比之和为100％。上述亲水性改性是用化学溶剂进行浸泡，从而完成表面修饰。改性后的磁性纳米颗粒的粒径分布为4-30nm。汲取液可以通过磁性分离装置实现其与淡水的分离，从而循环使用。

本发明还提供了一种正渗透浓缩溴化锂吸收式制冷方法，其是采用上述正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组进行的，其包括以下步骤：

将吸收器中的溴化锂水溶液输送入正渗透膜组件中，使溴化锂水溶液中的水通过正渗透膜进入汲取液中，被浓缩的溴化锂水溶液回到吸收器；

吸收了水的汲取液进入汲取液回收装置进行分离，分离后的汲取液进入正渗透膜组件进行循环使用，分离后得到的水进入蒸发器，并在蒸发器中急速膨胀而汽化形成水蒸汽，在汽化过程中，吸收盘管中的冷冻水的热量，实现降温制冷；

水蒸汽进入吸收器(由于吸收器中的水蒸气压力低，而蒸发器中的水蒸气压力高，所以水蒸气会通过蒸发器与吸收器之间的连通部进入到吸收器，而水滴留在蒸发器中的滴淋盘中)，被吸收器中的溴化锂水溶液吸收，再输送入正渗透膜组件中，进行下一循环。

在上述正渗透浓缩溴化锂吸收式制冷方法中，优选地，对回到吸收器的被浓缩的溴化锂水溶液进行喷淋，在喷淋过程中吸收水蒸气，并被冷却水管中的水冷却。该过程通过第一溴化锂溶液喷淋管进行。

在上述正渗透浓缩溴化锂吸收式制冷方法中，优选地，所述溴化锂溶液的浓度为30-70wt％。

本发明首次采用正渗透膜来进行溴化锂溶液的浓缩分离，取代了传统工艺的加热浓缩工艺。本发明运用正渗透技术进行溴化锂溶液的浓缩利用了溶液化学势浓缩，不需要外加压力，同时也避免了加热浓缩过程中的结晶现象，运行稳定，故障率低。采用本发明的技术方案，在运行过程中能够节约热能，节省运行费用(热能费用占运行费用的70％)。本发明的技术方案不使用发生器，能够节省设备投资和对该设备的检修费用。

附图说明

图1为实施例1提供的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组的结构示意图。

图2为实施例2提供的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组的结构示意图。

主要附图标号说明：

吸收器 1 蒸发器 2 正渗透泵 3 正渗透膜组件 4 汲取液回收装置 5正渗透膜 6 溴化锂溶液通道 7 汲取液通道 8 第一水喷淋管 9 滴淋盘 10盘管 11 第一溴化锂溶液喷淋管 12 溴化锂溶液池 13 冷却水管 14 人字形挡水板 15 吸收器泵 16 第二溴化锂溶液喷淋管 17 蒸发器泵 18 第二水喷淋管 19

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其结构如图1所示。该冷水机组包括吸收器1、蒸发器2、正渗透泵3、正渗透膜组件4、汲取液回收装置5；其中：

正渗透膜组件4包括壳体和正渗透膜6，正渗透膜6位于壳体内部，并且，正渗透膜6的两侧分别为溴化锂溶液通道7和汲取液通道8；

蒸发器2的顶部设有第一水喷淋管9，底部设有滴淋盘10，第一水喷淋管9和滴淋盘10之间设有盘管11，盘管11内有冷冻水；第一水喷淋管9的喷口为节流喷口；

吸收器1的顶部设有第一溴化锂溶液喷淋管12，底部设有溴化锂溶液池13，第一溴化锂溶液喷淋管12与溴化锂溶液池13之间设有冷却水管14；第一溴化锂溶液喷淋管12的喷口为节流喷口；

蒸发器2与吸收器1设有连通部，该连通部为人字形挡水板15，其位于蒸发器2的左侧、滴淋盘10的上方；

正渗透泵3的入口与溴化锂溶液池13连通，正渗透泵3的出口与正渗透膜组件5的溴化锂溶液通道7的入口连通；

正渗透膜组件5的溴化锂溶液通道7的出口与第一溴化锂溶液喷淋管12连通；

汲取液回收装置5设有入口、汲取液出口和水出口，正渗透膜组件4的汲取液通道8的出口与汲取液回收装置5的入口连通，汲取液出口与正渗透膜组件4的汲取液通道8的入口连通，水出口与第一水喷淋管9连通；

汲取液回收装置5中设有电磁体。

本实施例还提供了一种正渗透浓缩溴化锂吸收式制冷方法，其是采用上述正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组进行的，其包括以下步骤：

将吸收器1中的溴化锂水溶液输送入正渗透膜组件4中，使溴化锂水溶液中的水通过正渗透膜6进入汲取液中，被浓缩的溴化锂水溶液回到吸收器1；

吸收了水的汲取液进入汲取液回收装置5进行分离，分离后的汲取液进入正渗透膜组件4进行循环使用，分离后得到的水进入蒸发器2，并在蒸发器2中急速膨胀而汽化形成水蒸汽，在汽化过程中，吸收盘管11中的冷冻水的热量，实现降温制冷；水蒸汽进入吸收器1，被吸收器1中的溴化锂水溶液吸收，再输送入正渗透膜组件4中，进行下一循环。

实施例2

本实施例提供了一种正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其结构如图2所示。该正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组是在实施例1的机组的基础上增加了吸收器泵16以及设置于吸收器1的顶部的第二溴化锂溶液喷淋管17、蒸发器泵18以及设置于蒸发器2的顶部的第二水喷淋管19；

吸收器泵16的入口与溴化锂溶液池13连通，吸收器泵16的出口与第二溴化锂溶液喷淋管17连通，蒸发器泵18的入口与滴淋盘10连通，蒸发器泵18的出口与第二水喷淋管19连通；

第二溴化锂溶液喷淋管17的喷口为节流喷口，第二水喷淋管19的喷口为节流喷口。

本实施例还提供了一种正渗透浓缩溴化锂吸收式制冷方法，其是采用上述正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组进行的，其包括以下步骤：

将浓度为50％的溴化锂稀溶液经过正渗透泵3送入正渗透膜组件4，浓缩为浓度为65％的溴化锂溶液，水进入汲取液中，汲取液的主要成分是粒径为8-12nm的铁基磁性纳米颗粒(Fe₃O₄)水溶液，这些纳米颗粒经过表面改性；

含有水和汲取液的混合溶液进入汲取液回收装置5，分离成汲取液和水，汲取液回到正渗透膜组件4，而分离出来的水则进入到蒸发器2；

在蒸发器2中，通过第一水喷淋管9上带有节流作用的喷淋口形成细小的液滴进入蒸发器2；在这一过程中，细小的液滴急速汽化，吸取大量的热量，降低蒸发器2内部盘管11中的水温，形成5-7℃的冷冻水；没有汽化落入到滴淋盘10内的水通过蒸发器泵18重新送到蒸发器2顶部，通过第二水喷淋管19的喷淋口再次喷淋；

蒸发器2中的水蒸气通过人字形挡水板15进入到吸收器1；

在吸收器1中，通过第一溴化锂溶液喷淋管12喷淋出的溴化锂浓溶液的液滴吸收水蒸气变成稀溶液落入吸收器1底部的溴化锂溶液池13储存起来，通过吸收器泵16将这些溴化锂溶液不断送入吸收器1的顶部，通过第二溴化锂溶液喷淋管17的喷淋口循环喷淋，同时来自正渗透膜组件4的浓度为65％溴化锂浓溶液也在吸收器1顶部通过第一溴化锂溶液喷淋管12进行喷淋，吸收过程中放出的热量通过设置在吸收器1中的冷却水管14进行冷却，储存在吸收器1底部的溴化锂溶液通过正渗透泵3送入正渗透膜组件4进行下一个循环。

Claims (14)

1.一种正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其包括吸收器、蒸发器、正渗透泵、正渗透膜组件、汲取液回收装置；其中：

所述正渗透膜组件包括壳体和正渗透膜，所述正渗透膜位于所述壳体内部，并且，所述正渗透膜的两侧分别为溴化锂溶液通道和汲取液通道；

所述蒸发器的顶部设有第一水喷淋管，所述蒸发器的底部设有滴淋盘，所述第一水喷淋管和所述滴淋盘之间设有盘管；

所述吸收器的顶部设有第一溴化锂溶液喷淋管，所述吸收器的底部设有溴化锂溶液池，所述第一溴化锂溶液喷淋管与所述溴化锂溶液池之间设有冷却水管；

所述蒸发器与所述吸收器设有连通部；

所述正渗透泵的入口与所述溴化锂溶液池连通，所述正渗透泵的出口与所述正渗透膜组件的溴化锂溶液通道的入口连通；

所述正渗透膜组件的溴化锂溶液通道的出口与所述第一溴化锂溶液喷淋管连通；

所述汲取液回收装置设有入口、汲取液出口和水出口，所述正渗透膜组件的汲取液通道的出口与所述汲取液回收装置的入口连通，所述汲取液出口与所述正渗透膜组件的汲取液通道的入口连通，所述水出口与所述第一水喷淋管连通。

2.根据权利要求1所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其中，所述吸收器与所述蒸发器为一体设置，所述蒸发器位于所述吸收器的上方。

3.根据权利要求1或2所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其中，所述连通部只允许水蒸气通过，不允许液体通过，优选地，该连通部为人字形挡水板。

4.根据权利要求1所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其中，所述汲取液回收装置中设有电磁体。

5.根据权利要求1或4所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其中，所述汲取液回收装置中的汲取液为磁性汲取液。

6.根据权利要求1所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其中，该正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组还包括吸收器泵以及设置于所述吸收器的顶部的第二溴化锂溶液喷淋管；

所述吸收器泵的入口与所述溴化锂溶液池连通，所述吸收器泵的出口与所述第二溴化锂溶液喷淋管连通。

7.根据权利要求1所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其中，该正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组还包括蒸发器泵以及设置于所述蒸发器的顶部的第二水喷淋管；

所述蒸发器泵的入口与所述滴淋盘连通，所述蒸发器泵的出口与所述第二水喷淋管连通。

8.根据权利要求1所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其中，所述第一溴化锂溶液喷淋管的喷口为节流喷口。

9.根据权利要求6所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其中，所述第二溴化锂溶液喷淋管的喷口为节流喷口。

10.根据权利要求1所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其中，所述第一水喷淋管的喷口为节流喷口。

11.根据权利要求7所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组，其中，所述第二水喷淋管的喷口为节流喷口。

12.一种正渗透浓缩溴化锂吸收式制冷方法，其是采用权利要求1-11任一项所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式冷水机组进行的，其包括以下步骤：

将吸收器中的溴化锂水溶液输送入正渗透膜组件中，使溴化锂水溶液中的水通过正渗透膜进入汲取液中，被浓缩的溴化锂水溶液回到吸收器；

吸收了水的汲取液进入汲取液回收装置进行分离，分离后的汲取液进入正渗透膜组件进行循环使用，分离后得到的水进入蒸发器，并在蒸发器中急速膨胀而汽化形成水蒸汽，在汽化过程中，吸收盘管中的冷冻水的热量，实现降温制冷；水蒸汽进入吸收器，被吸收器中的溴化锂水溶液吸收，再输送入正渗透膜组件中，进行下一循环。

13.根据权利要求12所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式制冷方法，其中，对回到吸收器的被浓缩的溴化锂水溶液进行喷淋，在喷淋过程中溴化锂水溶液吸收水蒸气，并被冷却水管中的水冷却。

14.根据权利要求12或13所述的正渗透浓缩溴化锂吸收式制冷方法，其中，所述溴化锂溶液的浓度为30-70wt％。