CN202141244U - 简易溶解吸热式化学热泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种简易溶解吸热式化学热泵，包括蒸发器、反应器、空气压缩机以及固液分离器和循环换热器，蒸发器的冷端换热管通过管路与冷端用户介质相通，连接在蒸发容器的下部的输送管通过循环泵、循环换热器的升温管和输送过渡管与设置在反应容器内顶部的两个以上布液管连接相通，各布液管上设有复数个出液口，连接在反应容器上的蒸汽管通过空气压缩机、冷凝换热管以及回流过渡管与循环换热器的降温管连接相通，反应容器内的热端换热管通过管路与热端用户介质相通，反应容器与蒸发容器之间安装有固液分离器，固液分离器的回液口经回液管与反应容器的上部相通。本实用新型具有结构简单、换热效率稳定，使用成本低的特点。

Description

简易溶解吸热式化学热泵

技术领域

本实用新型涉及一种简易溶解吸热式化学热泵，属于利用溶解物质进行换热的热泵技术领域。

背景技术

化学热泵系统利用化学反应中可逆反应的热能与化学能的转化来实现制冷、加热等功能。通常在解吸过程中固体反应器吸热，在高压下吸附剂解吸出制冷剂气体，制冷剂气体进入冷凝器中冷凝放热，再经节流阀进入蒸发器，制冷剂气体在蒸发器中蒸发，对外界产生制冷效果。另一方面，在较低的压力下蒸发出来的制冷剂气体被吸附剂吸附，放出热量，以此通过这样的循环，通过化学热泵可达到制冷或制热的效果。而多数的化学吸附反应大多以无机盐作为吸附剂如MgCl2、CaCl2、SrCl2或BaCl2等，而氨为制冷剂组成工质对，通过气体和盐之间的放热和吸热可逆反应进行制冷或制热。但这种结构化学热泵较为复杂，加之于金属氯化物在反应床中热导率较低，使得化学热泵的工作效果并不理想，因此不能配套于大面积的换热要求。

目前还有公开一种以用于溶解在水中的硝酸铵溶液作为工质的溶解吸热式化学热泵，在低温时溶解吸热，而高温浓缩结晶放热，利用工质的溶解潜热，以达到能耗小，结构简单，不污染环境的特点。但这种结构的化学热泵在塔底部设有加热器，塔底部的硝酸铵溶液加热至100-105℃之间，利用高温硝酸铵溶液浓缩到很高的浓度，在塔底形成高温浓缩区，而硝酸铵溶液浓度高、密度大，塔底存有高温高浓度的硝酸铵溶液，再通过工质泵将高温高浓度的硝酸铵溶液抽向塔顶，在输送过程中，高温高浓度的硝酸铵溶液在工质泵中与主机塔内的低温溶液进行热交换降温，并淅出硝酸铵晶体，同时向外放出大量的溶解潜热，工质泵将泵内的硝酸铵晶体送到塔顶部的低温吸热区进行吸热溶解，而低温溶液通过上部加密网再到下部的主机塔内与工质泵内的高温高浓度的硝酸铵溶液进行热交换以此循环。但由于高温高浓度的硝酸铵溶液位于塔底部，而低温低浓度溶液位于塔顶部，一方面塔顶部的低温低浓度的硝酸铵溶液很难与底部的高温高浓度的硝酸铵溶液进行自由溶解混合，造成工质不能可靠循环而达到换热的效果。另一方面，由于加热器是对塔底部的硝酸铵溶液加热，而被加热的硝酸铵溶液在浓缩后会产生一定的水蒸汽，而高温水蒸汽会向塔体的中上部移动，故塔内无法形成底部高温区、中部的放热区和顶部的底温区，实际上无法进行换热。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、换热效率稳定，使用成本低的简易溶解吸热式化学热泵。

本实用新型为达到上述目的技术方案是：一种简易溶解吸热式化学热泵，其特征在于：包括蒸发器、反应器、空气压缩机以及固液分离器和循环换热器，所述蒸发器包括蒸发容器和设置在蒸发容器内的冷端换热管，冷端换热管通过管路与冷端用户介质相通，蒸发容器的下部和上部分别接有输送管和回流管；所述反应器包括反应容器、设置在反应容器上部的冷凝换热管以及反应容器下部的热端换热管，输送管位于蒸发容器一侧安装有循环泵，输送管通过循环换热器的升温管和输送过渡管与设置在反应容器内顶部的两个以上布液管连接相通，且各布液管上设有复数个出液口，连接在反应容器上的蒸汽管通过空气压缩机、冷凝换热管以及回流过渡管与循环换热器的降温管连接相通，反应容器内的热端换热管通过管路与热端用户介质相通，反应容器底部与蒸发容器顶部之间安装有固液分离器，固液分离器通过进液管和出液管分别与反应容器和蒸发容器相通，且固液分离器的回液口经回液管与反应容器的上部相通。

本实用新型将蒸发器、反应器、空气压缩机以及固液分离器、循环换热器通过管路合理连接，使固液硝酸铵工质在蒸发器内与冷端用户介质换热，连续不断地对冷端用户介质制冷，固液硝酸铵工质实现低温吸热溶解，使液态硝酸铵工质通过循环换热器加热后，再送至反应器内顶部的布液管内，将液态硝酸铵工质在反应器进行喷撒，并被进一步加热至蒸发状态，当液态硝酸铵工质浓缩饱和，形成水蒸汽和浓缩饱和后的液态硝酸铵工质，水蒸汽通过空气压缩机压缩后进一步加热，对反应器上部喷撒的液态硝酸铵工质进行换热，确保反应器上部能稳定使液态硝酸铵工质达到饱和的蒸发状态。本实用新型将已换热后冷凝水通入循环换热器的降温管内进一步换热，能快速使化学热泵进入工质工作的循环状态，最大限度利用热量而进行换热，结构合理、简单，换热效率稳定。本实用新型在反应器下部通过饱和液态硝酸铵工质进行放热结晶，对热端换热管内的热端用户介质进行换热，故连续不断对热端用户介质加热至高温，而具有较好的制热效果。本实用新型将硝酸铵溶液在蒸发器和反应器内进行循环对冷端用户介质、热端用户介质换以及液态硝酸铵工质进行循环，达到所需的吸热溶解、结晶放热和冷凝，硝酸铵工质循环稳定，耗能低，即可制冷，又可制热，或用其轮换制冷制热，或用其同时制冷及制热，使用成本低。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的详细描述。

图1是本实用新型简易溶解吸热式化学热泵的结构示意图。

其中：1-循环泵，2-蒸发器，2-1-冷端换热管，2-2-蒸发容器，3-控制阀，4-固液分离器，5-回液泵，6-回液管，7-反应器，7-1-热端换热管，7-2-反应容器，7-3-加热器，7-4-冷凝换热管，7-5-布液管，8-蒸汽管，9-输送过渡管，10-空气压缩机，11-回流过渡管，12-循环换热器，12-1-降温管，12-2-升温管，13-回流管，14-输送管，15-压力表。

具体实施方式

见图1所示见图1所示，本实用新型的简易溶解吸热式化学热泵，包括蒸发器2、反应器7、空气压缩机10以及固液分离器5和循环换热器12，该循环换热器12为常规的板式换热器，本实用新型采用硝酸铵水溶液作为工质，蒸发器2包括蒸发容器2-2和设置在蒸发容器2-2内的冷端换热管2-1，冷端换热管2-1通过管路与冷端用户介质相通，使冷端用户介质在冷端换热管2-1内循环而进行热交换，本实用新型蒸发容器2-2内存有质量浓度为47％～54％的硝酸铵水溶液，即为液态硝酸铵工质和固态硝酸铵工质，使蒸发容器2-2内的硝酸铵工质温度在-10℃～0℃之间，该冷端用户介质进入冷端换热管2-1时低于15℃，如在为5～15℃的冷端用户介质，而蒸发容器2-2内的固液硝酸铵工质吸收冷端用户介质的热量并溶解，使冷端用户介质经蒸发容器2-2交换后降低至-10～5℃，满足用户制冷要求，蒸发容器2-2的下部和上部分别接有输送管14和回流管13。

见图1所示，本实用新型反应器7包括反应容器7-2、设置在反应容器7-2上部的冷凝换热管7-4以及反应容器7-2下部的热端换热管7-1，工作时反应容器7-2的压力控制在0.1Mpa～0.18Mpa，如0.12Mpa、0.15Mpa或0.16Mpa，输送管14位于蒸发容器2-2一侧安装有循环泵1，输送管14通过循环换热器12的升温管12-2及输送过渡管9与设置在反应容器7-2内顶部的两个以上布液管7-5连接相通，各布液管7-5上设有复数个出液口，可根据容器大小设置，可设有10～500个出液口，通过循环泵1将液态硝酸铵工质送至循环换热器12的升温管12-2进行换热，通过循环换热器12将-10℃～0℃的液态硝酸铵工质加热到120～130℃，由于输送过渡管9与设置在反应容器7-2顶部的两个以上布液管7-5连接相通，故将加热至120～130℃的液态硝酸铵工质送至反应容器7-2内顶部的布液管7-5，通过各出液口将液态硝酸铵工质进行喷撒并雾化，最好布液管7-5上的各出液口上安装有喷头，使液态硝酸铵工质在反应容器7-2内再进一步加热并浓缩至饱和、蒸发，连接在反应容器7-2顶部的蒸汽管8通过空气压缩机10与反应容器7-2内的冷凝换热管7-4连接相通，通过空气压缩机10对水蒸汽压缩而使蒸汽温度再提高25～35℃，该水蒸汽通过冷凝换热管7-4对反应容器7-2内的液态硝酸铵工质加热，以保持反应器7上部的液态硝酸铵工质能在135℃～145℃温度下能连续不断的进行蒸发，反应器7内的冷凝换热管7-4以及回流过渡管11与循环换热器12的降温管12-1连接相通，经换热后的冷凝水对液态硝酸铵工质在循环换热器12内进一步换热，以充分利用热能，反应容器7-2下部的热端换热管7-1与热端用户介质相通，热端用户介质在热端换热管7-1内进行热交换，使进入热端用户介质从10～30℃加热到120～130℃，达到高温加热的效果。见图1所示，本实用新型反应容器7-2中部具有收口的颈部，或反应容器7-2的中部设有带漏孔的隔板，且颈部的上部或隔板的上部安装有加热器7-3，可确保反应器7内液态硝酸铵工质在初始状态时所需的饱和蒸发和放热结晶的温度。

见图1所示，本实用新型反应容器7-2中部相通，使反应容器8-3上部的浓缩饱和液态硝酸铵工质流入反应容器8-3的下部，反应容器7-2的冷凝换热管7-4内的液态硝酸铵工质进行换热，使反应容器7-2下部的液态硝酸铵工质放出结晶热，形成固液硝酸铵工质，换热后的固液硝酸铵工质温度在70℃～90℃内，反应容器7-2的下部温度控制在120℃～130℃内，上部温度在135℃～145℃。见图1所示，本实用新型在反应容器7-2底部与蒸发容器2-2顶部之间安装有固液分离器5，固液分离器5通过进液管和出液管分别与反应容器7-2和蒸发容器2-2相通，该固液分离器5市售产品，且固液分离器5的回液口通过回液管6与反应容器7-2的上部相通，回液管6上安装有回液泵4，而固态工质则流入下部的蒸发容器2-2内，实现工质循环。

见图1所示，本实用新型为便于进行维修、调试和观察，固液分离器5的进液管和出液管上安装控制阀3，输送管14和蒸汽管8上分别安装有控制阀3的压力表15。

见图1所示，本实用新型工作时，将低于15℃的冷端用户介质通入设置在蒸发容器2-2内的冷端换热管2-1进行循环，并对蒸发器2内的固液硝酸铵工质加热，使蒸发器2内固液硝酸铵工质吸热溶解并保持在-10℃～0℃，通过循环泵1将液态硝酸铵工质送至循环换热器12的升温管12-2中进一步换热后，使液态硝酸铵工质被加热至120～130℃，将加热后的液态硝酸铵工再送至反应器7内顶部的布液管7-5内，通过布液管7-5将液态硝酸铵工质喷撒在压力为0.1Mpa～0.18Mpa的反应器7的上部被进一步加热至蒸发状态，液态硝酸铵工质浓缩饱和，水蒸汽通过反应器7顶部的蒸汽管8通过空气压缩机10压缩而进一步提高水蒸汽的温度，使水蒸汽可再提高25～35℃，经空气压缩机10后的水蒸汽通入反应器7上部的冷凝换热管7-4内，对反应器7内的喷撒后的液态硝酸铵工质进行换热，以保持反应器7上部的液态硝酸铵工质连续不断的蒸发，而冷凝换热管7-4内的冷凝水经循环换热器12的降温管12-1回流至蒸发容器2-2，对从蒸发器2流出的液态硝酸铵工质进行换热，而反应器7上部蒸发浓缩后的液态硝酸铵工质进入其下部进行放热结晶，对热端换热管7-1内的热端用户介质进行加热，能将原10～30℃的热端用户介质加热到120～130℃，结晶放热后的液态硝酸铵工质温度在70℃～90℃，反应器7下部的温度可控制在120℃～130℃，液态硝酸铵工质稳定放热而形成固液硝酸铵工质，经换热后的固液硝酸铵工质进入固液分离器5内进行固液分离，固态硝酸铵工质进入蒸发器2内，液态硝酸铵工质通过回液泵4再送入反应器7内，以此循环，实现冷端用户介质的冷却和热端用户介质的加热。

Claims (4)

1.一种简易溶解吸热式化学热泵，其特征在于：包括蒸发器(2)、反应器(7)、空气压缩机(10)以及固液分离器(5)和循环换热器(12)，所述蒸发器(2)包括蒸发容器(2-2)和设置在蒸发容器(2-2)内的冷端换热管(2-1)，冷端换热管(2-1)通过管路与冷端用户介质相通，蒸发容器(2-2)的下部和上部分别接有输送管(14)和回流管(13)；所述反应器(7)包括反应容器(7-2)、设置在反应容器(7-2)上部的冷凝换热管(7-4)以及反应容器(7-2)下部的热端换热管(7-1)，输送管(14)位于蒸发容器(2-2)一侧安装有循环泵(1)，输送管(14)通过循环换热器(12)的升温管(12-2)和输送过渡管(9)与设置在反应容器(7-2)内顶部的两个以上布液管(7-5)连接相通，且各布液管(7-5)上设有复数个出液口，连接在反应容器(7-2)上的蒸汽管(8)通过空气压缩机(10)、冷凝换热管(7-4)以及回流过渡管(11)与循环换热器(12)的降温管(12-1)连接相通，反应容器(7-2)内的热端换热管(7-1)通过管路与热端用户介质相通，反应容器(7-2)底部与蒸发容器(2-2)顶部之间安装有固液分离器(5)，固液分离器(5)通过进液管和出液管分别与反应容器(7-2)和蒸发容器(2-2)相通，且固液分离器(5)的回液口经回液管(6)与反应容器(7-2)的上部相通。

2.根据权利要求1所述的简易溶解吸热式化学热泵，其特征在于：所述反应容器(7-2)中部具有内收的颈部，或反应容器(7-2)设有带漏孔的隔板，且颈部的上部或隔板的上部安装有加热器(7-3)。

3.根据权利要求1所述的简易溶解吸热式化学热泵，其特征在于：所述布液管(7-5)的各出液口安装有喷头。

4.根据权利要求1所述的简易溶解吸热式化学热泵，其特征在于：所述的回液管(6)上安装有回液泵(4)。