用于蒸汽驱动的吸收式热泵和吸收式变热器的装置和方法及其应用
【专利说明】用于蒸汽驱动的吸收式热累和吸收式变热器的装置和方法 及其应用
[000。 相关申请香叉引用
[0002] 本申请要求2012年3月9日提交的USSN61/609106的优先权和权益， USSN61/609106的全部内容在所有方面W引用的方式纳入本文。
技术领域
[0003] 本发明设及吸收式热累、脱盐工艺和蒸汽再压缩。特别地，在某些实施例中，提供 了新型高效蒸汽驱动吸收式热累和吸收式变热器及其应用。
【背景技术】
[0004] 在热机应用中会产生大量的低温热，并通常必须通过湿式冷却法或干式冷却法 被耗散到环境中。通常，热机利用高温高压蒸汽（例如，水汽/蒸汽）膨胀来产生动力，因 此，典型地，会W包含潜热的低温蒸汽的形式提供废热。在湿式冷却处理中，冷凝器利用淡 水冷却水（例如，来自水塔）来通过将大量的潜热耗散到冷却水中的方式移除低温潜热，从 而升高冷却水的温度，并最终将上述热量耗散到环境空气中。在干式冷却处理中，由于气 体不能像水一样有效耗散潜热，大型的送风机通常与更大型的换热器配套使用。该些被耗 散的潜热通常占全世界火力发电站总耗能的50%W上，该些火力发电厂包括化石燃料火电 厂、集中式太阳能电站（CSP)W及核电站。
[0005] 一些重要的直热能应用，如吸收式热累和低温多效蒸发脱盐工艺，使用中温或低 温的水蒸气。通常，由于汽化工艺在相变过程中需要大量的潜热，为了获得中温或低温蒸汽 需要消耗大量的热能。如果能够制造出吸收式热累和吸收式变热器，那么中温到低温的剩 余潜伏热能就能被进一步利用，而不是通过湿式冷却或干式冷却法直接被冷凝成水，从而 节省大量的热能并大量降低二氧化碳的排放。
[0006] 但是，在典型的传统的吸收式热累（所谓的第一类热累）中，需要高温热源产生 足够高温度的蒸汽W将来自中到低温蒸汽的中到低温潜热转换为较高温度的水，W达到 供暖（或其他）的目的。虽然该些系统可W利用中到低温的蒸汽潜热，但是较高温度的水 产生的显热与类似温度的蒸汽相比价值更低。该是因为蒸汽形式的热能可容易用于低温多 效蒸发工艺中，例如，水净化和/或脱盐工艺。因此，感兴趣的是利用第一类热累产生蒸汽 形式的较高温热能的方法。
[0007] 另一方面，机械蒸汽再压缩（MVR)是利用机械压缩机压缩和加热"废"蒸汽到较高 温来再使用的有效方法。例如，MVR用于干式冷却工艺，其中，例如来自污水处理的结束阶段 的浓缩的无机溶液被干燥成粉末，W致没有污染物排放到环境中去。传统的干式冷却工艺 消耗大量的热能，因为必须把水加热到沸点后蒸发并且该一相变过程需要大量的潜热。利 用MVR可将干式工艺产生的蒸汽再压缩至较高温，从而使高温蒸汽能够通过热交换被重新 用于蒸发溶液中的水。在该一过程中，一定量的电能被消耗W驱动机械压缩机。换句话说， 电能被转换为蒸汽的显热并由此提高蒸汽温度。如果能够适当使用蒸汽驱动的吸收式热累 和吸收式变热器（亦被称为第二类热累），就有可能通过消耗热能再压缩废蒸汽。该一方法 能够节约优质能源，例如电能，并提供经济效益，因为电能比热能更昂贵。
[000引进一步地，在传统的用于基于Li化溶液热累的发生器中，热交换器利用"池沸腾" 从稀释后的Li化溶液中产生蒸汽化浓缩Li化溶液，用于吸收用。该是因为在大多数情况 下，发生器中的热交换器具有常规管/壳配置，其中与热源连接的管浸入Li化溶液。为了 有效产生水蒸气，热源和稀释后的Li化溶液之间的温度差应该大于20度。使用诸如天然 气锅炉传统热能源时，该温度和压力要求对任何热源都不构成限制。该是因为对于化石燃 料的热源，在蒸汽产生过程中仅仅20到30度的温度差不会消耗太多的化石燃料，并且无论 如何锅炉都W高得多的温度工作。
[0009] 但是，如果热量来自不同的热源，如太阳能集热器或其他热机或应用产生的废热， 该20度或更高的温度差就很难获得。如果能利用较低温度的蒸汽，则可降低对热源温度的 要求W驱动热累或吸收式制冷机。
【发明内容】
[0010] 本文在各实施例中提供了解决该些问题的通用方法和装置。特别地，本文通过降 低用于潜热再利用的最低温度阔值和/或通过利用特别设计的吸收式热累和吸收式变热 器将低温潜热升高为蒸汽形式的高温潜热，提供了用于解决上述问题的方法和装置。该些 方法的益处在于能够通过低温多效蒸发工艺应用于水净化或脱盐系统，并在取代机械蒸汽 再压缩的同时显著地降低能耗和相关成本。
[0011] 在某些实施例中，此处描述的构造允许低温蒸汽循环回系统而不冷凝，并允许再 利用大量的潜热，进而大大降低产生蒸汽需消耗的热能。
[0012] 在各实施例中提供了一种全蒸汽驱动吸收式热累，包括：第一热累发生器，该第一 热累发生器配置成用于接收来自高温热源的高温蒸汽，其中，该第一发生器包括降膜式热 交换器并且该第一发生器配置成用于接收来自热累吸收器的稀释后的工作介质并利用来 自上述高温蒸汽的热来蒸发传热材料并因而提供中温蒸汽输出和浓缩的工作介质，所述传 热材料来自被传输通过所述降膜式热交换器的稀释的工作介质；可选地第二热累发生器， 该第二热累发生器包括第二降膜式热交换器，其中，该第二热累发生器配置成用于接收在 上述第一热累发生器中产生的浓缩的工作介质和在所述第一热累发生器中产生的所述输 出蒸汽，所述第二热累发生器还配置成用于利用来自所述第一热累发生器中产生的输出蒸 汽的热，进一步蒸发所述第一热累发生器中产生并被传输通过所述第二降膜式热交换器的 浓缩的工作介质，并因而提供中温蒸汽输出和更浓缩的工作介质；W及热累吸收器，该热累 吸收器包括第=降膜式热交换器，其中所述吸收器配置成用于接收来自低温热源的低温蒸 汽形式的传热材料，并且配置成在不包括所述第二热累发生器时用于接收来自所述第一热 累发生器的所述浓缩的工作介质，而在包括所述第二热累发生器时用于接收来自所述第二 热累发生器的所述浓缩的工作介质，并且所述热累吸收器配置成用于利用通过所述浓缩的 工作介质吸收所述低温蒸汽产生的热，在吸收器热交换管内部由输入水源生成中温蒸汽输 出和稀释的工作介质，并且，其中所述热累吸收器配置成用于将所述稀释的工作介质传输 到所述第一热累发生器。在某些实施例中，没有第二热累发生器而转换器包括单效热累。 在某些实施例中，上述热累包括热交换器，该热交换器使得将所述浓缩的工作介质从所述 第一热累发生器传输到所述热累吸收器的管线与将所述稀释的工作介质从所述热累吸收 器传输到所述第一热累发生器的管线之间进行热交换。在某些实施里中具有第二热累发生 器，而该热累包括双效热累。在某些实施例中，第一热累发生器是高压发生器，而第二热累 发生器是低压热累发生器。在某些实施例中，该热累包括热交换器，该热交换器使得将所述 浓缩的工作介质从所述第二热累发生器传输到所述热累吸收器的管线与将所述稀释的工 作介质从所述热累吸收器传输到所述第一热累发生器的管线之间进行热交换。在某些实施 例中，该热累包括热交换器，该热交换器使得将所述浓缩的工作介质从所述第一热累发生 器传输到所述第二热累发送器的管线与将所述稀释的工作介质从所述热累吸收器传输到 所述第一热累发生器的管线之间进行热交换。在某些实施例中，该热累包括热交换器，该热 交换器交换一管线中的热量，该管线传输第一热累发生器流出的载热液体。在各实