CN107062697B - 一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵 - Google Patents
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Abstract
本发明主要公开了一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵，包括膜分离装置、等压交换式能量回收装置、热驱动发生器等，膜分离装置通过等压交换式能量回收装置连接至吸收器，吸收器通过等压交换式能量回收装置回流至膜分离装置中，热驱动发生器依次通过冷凝器与蒸发器连接至吸收器，吸收器通过溶液升压泵回流至膜分离装置中，本结构设计一种将膜分离、热驱动以及能量回收相结合的制冷装置，使吸收式溶液在较低浓度段通过反渗透膜分离技术进行高效初次无相变分离后，再经过热驱动发生器进行气液分离，初次无相变分离过程大大减少了后续气液分离所需的加热量以及后续气体冷凝成液体的冷却量，实现了大幅度的能源节约，具备巨大的节能潜力。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵。
背景技术
近百年来，制冷设备一直围绕电压缩式制冷循环与吸收式制冷循环进化发展，电压缩式制冷循环今年来已经开发出了磁悬浮离心式相关高效能设备，而吸收式制冷设备一直没有突破性的技术提升，近50年来反渗透膜技术有了长足的发展进步；反渗透膜具备优异的分离选择性，而吸收式制冷循环过程中存在气液分离或液液分离过程；所以膜分离技术在吸收式制冷设备中有着巨大的发展潜力；但同时膜分离需要较高的工作压力，且其分离效率受到溶液浓度、温度的影响，以往的采用膜分离吸收式热泵存在一些缺陷，由于运用的是纯膜分离技术，结构上还不太成熟，技术原理设计上有点缺陷，能源未充分的利用，易造成能量损失以及制冷的效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵，并且能够克服以上缺陷。
为了达到上述目的，一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵，包括膜分离装置、等压交换式能量回收装置、热驱动发生器、冷凝器、溶液升压泵、溶液增压泵、吸收器、蒸发器、节流阀，所述膜分离装置通过等压交换式能量回收装置与热驱动发生器连接至吸收器一端，吸收器另一端依次通过等压交换式能量回收装置和溶液增压泵回流至膜分离装置中，热驱动发生器依次通过冷凝器与蒸发器连接至吸收器一端，吸收器另一端通过溶液升压泵回流至膜分离装置中，膜分离装置还通过节流阀连接至蒸发器，冷凝器和蒸发器之间还设有节流阀。
作为优选：所述膜分离装置包括内设有若干溶液通道和纯水通道，溶液通道和纯水通道相间排列并由高分子透水膜隔开，膜分离装置的纯水通道通过节流阀与蒸发器连通，膜分离装置的溶液通道一端与等压交换式能量回收装置连通，另一端通过等压交换式能量回收装置和吸收器回流；吸收式溶液在较低浓度段通过膜分离技术进行高效初次液液无相变分离后，再经过热驱动发生器进行气液分离；初次液液无相变分离过程大大减少了后续气液分离所需的加热量以及后续气体冷凝成液体的冷却量。
作为优选：所述吸收器上设有溶液循环泵；本结构吸收器的作用是促进吸收器中水蒸气吸收效率。
作为优选：所述蒸发器上设有蒸发循环泵；本结构蒸发器的作用是促进蒸发器中纯水的蒸发效率。
作为优选：所述膜分离装置包括筒体、设在筒体两端的进液端盖和出液端盖、设在出液端盖内将溶液和纯水隔开的第一隔板、设在出液端盖上的纯水出口和溶液出口，所述进液端盖上设有溶液进口，溶液通道穿过第一隔板至溶液出口，纯水通道中的纯水直接流至纯水出口；第一隔板将出液端盖分成两个蓄水通道，溶液通过溶液通道并穿过第一隔板至溶液出口，纯水被第一隔板挡住使两种溶液通过不同的蓄水通道流出，结构比较合理。
作为优选：所述筒体中部设有一个缓流通道，所述缓流通道内设有第二隔板，本结构缓流通道不但可以对溶液进行缓冲，而且缓流通道能够将分离的溶液和纯水分别进行汇合，使通道内的液体比较均匀，提高分离的效果。
作为优选：所述高分子透水膜设置成管状高分子透水膜或片状高分子透水膜，本结构若设置成管状结构的高分子透水膜，管状高分子透水膜均匀排列在筒体内并与之平行，内外分别为溶液和纯水，结构合理，若设置成片状高分子透水膜，若干透水膜平行且均匀排列在筒体内，溶液通道和纯水通道相间排列。
本发明具有有益效果为：
本装置设计一种将膜分离、热驱动以及能量回收相结合的制冷装置，使吸收式溶液在较低浓度段通过反渗透膜分离技术进行高效初次液液无相变分离后，再经过热驱动发生器进行气液分离，初次液液无相变分离过程大大减少了后续气液分离所需的加热量以及后续气体冷凝成液体的冷却量，实现了大幅度的能源节约，具备巨大的节能潜力。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例中膜分离装置的结构示意图；
图3为图2的A-A处管状膜分离装置的剖视图；
图4为图2的A-A处片状膜分离装置的剖视图；
图5为本发明实施例2的结构示意图；
图6为本发明实施例中出液端盖的结构示意图；
图7为本发明实施例中管状膜分离装置中第一隔板的结构示意图；
图8为本发明实施例中片状膜分离装置中第一隔板的结构示意图。
附图说明：1、膜分离装置；2、等压交换式能量回收装置；3、热驱动发生器；4、冷凝器；5、溶液升压泵；6、溶液增压泵；7、吸收器；8、溶液循环泵；9、蒸发循环泵；10、蒸发器；11、节流阀；12、压差式能量回收装置；13、圆形槽；14、条形槽；200、溶液通道；201、纯水通道；202、高分子透水膜；203、进液端盖；204、出液端盖；205、第一隔板；206、缓流通道；207、第二隔板；209、纯水出口；210、溶液进口；211、溶液出口；212、筒体。
具体实施方式
结合附图，对本发明较佳实施例做进一步详细说明。
实施例1
如图1-4示，一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵，包括膜分离装置1、等压交换式能量回收装置2、热驱动发生器3、冷凝器4、溶液升压泵5、溶液增压泵6、吸收器7、蒸发器10、节流阀11，所述膜分离装置1通过等压交换式能量回收装置2与热驱动发生器3连接至吸收器7一端，吸收器7另一端依次通过等压交换式能量回收装置2和溶液增压泵6回流至膜分离装置1中，热驱动发生器3依次通过冷凝器4与蒸发器10连接至吸收器7一端，吸收器7另一端通过溶液升压泵5回流至膜分离装置1中，膜分离装置1还通过节流阀11连接至蒸发器10，冷凝器4和蒸发器10之间还设有节流阀11；所述膜分离装置1包括内设有若干溶液通道200和纯水通道201，溶液通道200和纯水通道201相间排列并由高分子透水膜202隔开，膜分离装置1的纯水通道201通过节流阀11与蒸发器10连通，膜分离装置1的溶液通道200一端与等压交换式能量回收装置2连通，另一端通过等压交换式能量回收装置2和吸收器7回流；所述吸收器7上设有溶液循环泵8；所述蒸发器10上设有蒸发循环泵9；所述膜分离装置1包括筒体212、设在筒体212两端的进液端盖203和出液端盖204、设在出液端盖204内将溶液和纯水隔开的第一隔板205、设在出液端盖204上的纯水出口209和溶液出口211，所述进液端盖203上设有溶液进口210，溶液通道200穿过第一隔板205至溶液出口211，纯水通道中的纯水直接流至纯水出口209；所述筒体212中部设有一个缓流通道206，所述缓流通道206内设有第二隔板207；所述高分子透水膜202设置成管状高分子透水膜或片状高分子透水膜。
如图6-8所示，第一隔板205将出液端盖204隔成两个封闭的空间，若采用管状结构的高分子透水膜，第一隔板205上设有与管状高分子透水膜配合的圆形槽13，管状高分子透水膜的出水端部与第一隔板205密封连接，若采用片状高分子透水膜，第一隔板205上设有与片状高分子透水膜配合的条形槽14，片状高分子透水膜出水端口与第一隔板205密封连接，并且使分离的溶液流至第一隔板205右侧的溶液出口211处，剩下的纯水通过第一隔板205左侧的纯水出口209流出。
实际操作时，该系统由膜分离装置1，等压交换式能量回收装置2，热驱动发生器3，冷凝器4，溶液升压泵5，溶液增压泵6，吸收器7，溶液循环泵8，蒸发循环泵9，蒸发器10，节流阀等组成11。如图2-4所示，膜分离装置1可采用管状膜分离装置和片状膜分离装置，管状膜分离装置和片状膜分离装置中的高分子透水膜202分别为管状高分子透水膜和片状高分子透水膜；溶液在溶液升压泵5、溶液增压泵6及等压交换式能量回收装置2作用下获得较高压力后进入膜分离装置1；膜分离装置1中设置了透水型反渗透膜，溶液中的纯水透过反渗透膜后经节流阀V2节流后进入蒸发器；节流后低温低压纯水在蒸发器10中获取热量，蒸发器1完成制冷过程产生冷冻水；蒸发后水蒸汽进入吸收器7后被较高浓度吸溶液吸收再次形成低浓度溶液；未透过反渗透膜的较高浓度溶液首先进入等压交换式能量回收装置2；等压式能量回收装置有4个接口，高浓度溶液一进一出，低浓度溶液一进一出；高浓度溶液以较高压力状态进入能量回收装置2释放压力，以较低压力状态流出能量回收装置2最终进入热驱动发生器3；而低浓度溶液由吸收器引入以较低压力状态进入能量回收装置2获取压力，以较高压力状态流出能量回收装置并经过增压泵增压后与溶液升压泵5引入溶液共同进入膜分离装置1；溶液升压泵5出口压力与增压泵6出口压力一致；较高浓度溶液进入热驱动发生器3后被发生器中引入的外部热源加热蒸发获得更高温度与更高浓度溶液；被高温蒸发获得的水蒸汽进入冷凝装置4被冷凝后形成液体水，最后经节流阀v1节流降压后进入蒸发器10以低温低压状态蒸发制冷冷冻水；该系统冷凝装置4引入的进/出冷却水为常规30℃/35℃或32℃/37℃冷却水，蒸发器10的进/出冷冻水为12℃/7℃；驱动热源可以是热水、蒸汽、或高温烟气。等压交换式能量回收装置2利用高压浓溶液直接推动压力交换管中的活塞来增压进料稀溶液；由两个以上压力交换单元组成，每个压力交换单元包括一只四通电磁换向阀、两只插装阀、两只单向阀和一根压力交换管组成，通过PLC控制电磁换向阀按规律执行动作使高压溶液与低压溶液在压力交换管中进行直接接触式压力传递，一般应用在海水淡化领域，先将其应用在本发明系统中，能够将能源最大化利用，不构成能源的浪费。
实施例2
如图5所示，本实施例与实施例1不同之处在于：等压交换式能量回收装置2可替换为压差式能量回收装置12，并减少一个吸收器7至膜分离装置1的回路及一个溶液增压泵6，压差式能量回收装置12利用高压浓溶液余压能来增压进料溶液，其结构特点是:两只差压缸相对放置，活塞杆相对接触，四个止回阀分成两组连接，分别置于差压缸的外面，两只差压缸之间由一个四通功能阀连接，可以自动切换，实现连续运行；本发明吸收式溶液在较低浓度段通过反渗透膜分离技术进行高效初次液液无相变分离后，再经过热驱动发生器进行气液分离，初次液液无相变分离过程大大减少了后续气液分离所需的加热量以及后续气体冷凝成液体的冷却量，实现了大幅度的能源节约，具备巨大的节能潜力。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵，其特征在于：包括膜分离装置(1)、等压交换式能量回收装置(2)、热驱动发生器(3)、冷凝器(4)、溶液升压泵(5)、溶液增压泵(6)、吸收器(7)、蒸发器(10)、节流阀(11)，所述膜分离装置(1)通过等压交换式能量回收装置(2)与热驱动发生器(3)连接至吸收器(7)一端，吸收器(7)另一端依次通过等压交换式能量回收装置(2)和溶液增压泵(6)回流至膜分离装置(1)中，热驱动发生器(3)依次通过冷凝器(4)与蒸发器(10)连接至吸收器(7)一端，吸收器(7)另一端通过溶液升压泵(5)回流至膜分离装置(1)中，膜分离装置(1)还通过节流阀(11)连接至蒸发器(10)，冷凝器(4)和蒸发器(10)之间还设有节流阀(11)。
2.根据权利要求1所述的一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵，其特征在于：所述膜分离装置(1)内设有若干 溶液通道(200)和纯水通道(201)，溶液通道(200)和纯水通道(201)相间排列并由高分子透水膜(202)隔开，膜分离装置(1)的纯水通道(201)通过节流阀(11)与蒸发器(10)连通，膜分离装置(1)的溶液通道(200)一端与等压交换式能量回收装置(2)连通，另一端通过等压交换式能量回收装置(2)和吸收器(7)回流。
3.根据权利要求1所述的一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵，其特征在于：所述吸收器(7)上设有溶液循环泵(8)。
4.根据权利要求1所述的一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵，其特征在于：所述蒸发器(10)上设有蒸发循环泵(9)。
5.根据权利要求1所述的一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵，其特征在于：所述膜分离装置(1)包括筒体(212)、设在筒体(212)两端的进液端盖(203)和出液端盖(204)、设在出液端盖(204)内将溶液和纯水隔开的第一隔板(205)、设在出液端盖(204)上的纯水出口(209)和溶液出口(211)，所述进液端盖(203)上设有溶液进口(210)，溶液通道(200)穿过第一隔板(205)至溶液出口(211)，纯水通道中的纯水直接流至纯水出口(209)。
6.根据权利要求5所述的一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵，其特征在于：所述筒体(212)中部设有一个缓流通道(206)，所述缓流通道(206)内设有第二隔板(207)。
7.根据权利要求2所述的一种膜分离与热驱动联合型吸收式热泵，其特征在于：所述高分子透水膜(202)设置成管状高分子透水膜或片状高分子透水膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20220719 |
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