专利名称：一种无运动部件的扩散吸收式热变换器的制作方法
技术领域：
本发明属于吸收式热泵以及低品位能源利用领域，尤其涉及一种无运动部件的扩 散吸收式热变换器。
背景技术：
二十世纪七十年代以来，世界性的能源危机促进了吸收式热泵的快速发展。吸 收式热变换器，也称升温型热泵，可以充分利用在石油化工、冶金、动力等工业用能中产生 的大量工业低温废热，使之品位升高后重新被生产工艺过程所直接利用。已经投入商业应 用的传统吸收式热变换器主要以H2CVLiBr为工质，但由于机械式溶液泵运行的温度较高， H2CVLiBr溶液的强腐蚀性限制了它的广泛应用。扩散吸收式制冷机是通过制冷剂向扩散气体中扩散获得降温的效果，系统内部基 本上没有压差，所以利用热驱动的气泡泵就可以推动吸收剂和制冷剂在系统中流动，无需 使用高温溶液泵和制冷剂泵。本发明将扩散吸收式制冷机循环原理应用到传统吸收式热变换器中，提出无运动 部件的扩散吸收式热变换器，循环工质除了吸收剂和制冷剂外，还包括了扩散剂。采用了扩 散剂吸收模块实现了扩散剂向发生器中的输送过程，使得制冷剂在低于吸收器的温度下仍 然能够在发生器中发生。系统内部基本上是等压的，没有运动部件。采用热驱动气泡泵即 能实现吸收剂溶液和制冷剂的同时泵送。所以无需传统吸收式热变换器中的机械式高温溶 液泵和制冷剂泵，可完全不消耗宝贵的电能工作，提高了运行的可靠性。特别适用于中低温 热资源丰富，电力紧张，同时又需要使用高温热的场合，有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种无运动部件的扩散吸收式热变换器。无运动部件的扩散吸收式热变换器包括发生分离模块、制冷剂吸收模块和扩散剂 吸收模块三部分；发生分离模块包括发生器、提升管、第一气液分离、精馏装置、冷凝器和第 二气液分离器；发生器的第一端口与第一回热器的第二端口相连，发生器的第二端口与第 二回热器的第二端口相连，发生器的第三端口与提升管的底部进口相连，提升管的顶部出 口经第一气液分离器的第一端口插入第一气液分离器高度的1/2以上，第一气液分离器的 第二端口与第一调节阀的第一端口相连，第一气液分离器的第三端口与第二调节阀的第一 端口相连，第一气液分离器的第四端口与精馏装置的第一端口相连，精馏装置的第二端口 与冷凝器的第一端口相连，冷凝器的第二端口与第二气液分离器的第一端口相连，第二气 液分离器的第二端口与第二吸收器的第一端口相连，第二气液分离器的第三端口与蒸发器 的第一端口相连；制冷剂吸收模块包括蒸发器、第一吸收器、第一储液器、第一回热器和第 一调节阀；蒸发器的第二端口与第一吸收器的第一端口相连，第一吸收器的第二端口与冷 凝器的第一端口相连，第一吸收器的第三端口与第一回热器的第四端口相连，第一吸收器 的第四端口与第一储液器的第一端口相连，第一储液器的第二端口与第一回热器的第一端 口相连，第一回热器的第三端口与第一调节阀的第二端口相连；扩散剂吸收模块包括第二吸收器、第二储液器、第二回热器和第二调节阀；第二吸收器的第二端口与第二回热器的第 四端口相连，第二吸收器的第三端口与第二储液器的第一端口相连，第二储液器的第二端 口与第二回热器的第一端口相连，第二回热器的第三端口与第二调节阀的第二端口相连。所述的冷凝器的位于热变换器最高的位置，第二气液分离器的位置低于冷凝器的 位置，蒸发器的位置低于第二气液分离器的位置，第一吸收器的位置低于蒸发器的位置，第 一储液器的位置低于第一吸收器的位置，第二储液器的位置低于第二吸收器的位置，第一 回热器的位置低于第一储液器的位置，第二回热器的位置低于第二储液器的位置，精馏装 置的位置低于冷凝器的位置，第一气液分离器的位置低于精馏装置的位置，提升管的位置 低于第一气液分离器的位置，第一气液分离器的第二端口高于第一吸收器的第三端口和第 一调节阀的位置，第一气液分离器的第三端口高于第二吸收器的第二端口和第二调节阀的 位置。所述的第一调节阀和第二调节阀为手动截止阀、自动截止阀、流量调节阀或毛细 管。制冷剂为水、碳烃类、烃的卤化物、醇类或醚类中的一种或多种。扩散剂为氢气、惰性气 体、碳烃类、烃的卤化物或二氧化碳。吸收剂为盐类、醇类或醚类、酮类、胺类、醛类或离子液 体中的一种或多种。本发明与传统的吸收式热变换器相比，不再使用传统吸收式热变换器中的高温机 械式溶液泵和制冷剂泵，具有以下有益效果
1)采用热驱动气泡泵同时泵送吸收剂溶液和制冷剂液体，可完全不消耗宝贵的电能 就能工作。2)没有运动部件，彻底解决了机械式溶液泵在高温下的腐蚀难题，极大地提高了 运行的可靠性。
附图是无运动部件的扩散吸收式热变换器结构示意图中发生器1、提升管2、第一气液分离器3、精馏装置4、冷凝器5、第二气液分离器6、 蒸发器7、第一吸收器8、第一储液器9、第一回热器10、第二吸收器11、第二储液器12、第二 回热器13、第一调节阀14、第二调节阀15。
具体实施例方式如附图所示，无运动部件的扩散吸收式热变换器包括发生分离模块、制冷剂吸收 模块和扩散剂吸收模块三部分；发生分离模块包括发生器1、提升管2、第一气液分离器3、 精馏装置4、冷凝器5和第二气液分离器6 ；发生器1的第一端口 Ia与第一回热器10的第 二端口 IOb相连，发生器1的第二端口 Ib与第二回热器13的第二端口 13b相连，发生器1 的第三端口 Ic与提升管2的底部进口相连，提升管2的顶部出口经第一气液分离器3的第 一端口 3a插入第一气液分离器3高度的1/2以上，第一气液分离器3的第二端口北与第 一调节阀14的第一端口 Ha相连，第一气液分离器3的第三端口 3c与第二调节阀15的第 一端口 1 相连，第一气液分离器3的第四端口 3d与精馏装置4的第一端口如相连，精馏 装置4的第二端口 4b与冷凝器5的第一端口 fe相连，冷凝器5的第二端口恥与第二气液 分离器6的第一端口 6a相连，第二气液分离器6的第二端口 6b与第二吸收器11的第一端口 Ila相连，第二气液分离器6的第三端口 6c与蒸发器7的第一端口 7a相连；制冷剂吸收 模块包括蒸发器7、第一吸收器8、第一储液器9、第一回热器10和第一调节阀14 ；蒸发器7 的第二端口 7b与第一吸收器8的第一端口 8a相连，第一吸收器8的第二端口 8b与冷凝器 5的第一端口 fe相连，第一吸收器8的第三端口 8c与第一回热器10的第四端口 IOd相连， 第一吸收器8的第四端口 8d与第一储液器9的第一端口 9a相连，第一储液器9的第二端口 9b与第一回热器10的第一端口 IOa相连，第一回热器10的第三端口 IOc与第一调节阀14 的第二端口 14b相连；扩散剂吸收模块包括第二吸收器11、第二储液器12、第二回热器13 和第二调节阀15 ；第二吸收器11的第二端口 lib与第二回热器13的第四端口 13d相连， 第二吸收器11的第三端口 Ilc与第二储液器12的第一端口 1 相连，第二储液器12的第 二端口 1 与第二回热器的13第一端口 13a相连，第二回热器13的第三端口 13c与第二 调节阀(15)的第二端口(15b)相连。所述的冷凝器5的位于热变换器最高的位置，第二气液分离器6的位置低于冷凝 器5的位置，蒸发器7的位置低于第二气液分离器6的位置，第一吸收器8的位置低于蒸发 器7的位置，第一储液器9的位置低于第一吸收器8的位置，第二储液器12的位置低于第 二吸收器11的位置，第一回热器10的位置低于第一储液器9的位置，第二回热器13的位 置低于第二储液器12的位置，精馏装置4的位置低于冷凝器5的位置，第一气液分离器3 的位置低于精馏装置4的位置，提升管2的位置低于第一气液分离器3的位置，第一气液分 离器3的第二端口北高于第一吸收器8的第三端口 8c和第一调节阀14的位置，第一气液 分离器3的第三端口 3c高于第二吸收器11的第二端口 lib和第二调节阀15的位置。所述的第一调节阀14和第二调节阀15为手动截止阀、自动截止阀、流量调节阀或 毛细管。制冷剂为水、碳烃类、烃的卤化物、醇类或醚类中的一种或多种。扩散剂为氢气、惰 性气体、碳烃类、烃的卤化物或二氧化碳。吸收剂为盐类、醇类或醚类、酮类、胺类、醛类或离 子液体中的一种或多种。所述的扩散剂为沸点低于制冷剂，密度小，不与制冷剂、吸收剂发生反应的气体。所述的吸收剂为能吸收制冷剂和扩散剂的溶剂。所述的发生器1、冷凝器5、蒸发器7、第一吸收器8、第二吸收器11、第一回热器10 以及第二回热器13均是换热器，可以采用喷淋式或沉浸式，也可以是套管式或其他形式， 其换热管可以是普通管也可以是强化管。所述的提升管2主要起到提升溶液和驱动溶液循环的作用，可以是一般金属管， 也可以为耐压软管。所述的第一气液分离器3和第二气液分离器6的作用是将进入其中的两相混合物 平衡分离，气相从其顶部流出，液相从其底部流出。所述的第一储液器9、第二储液器12与普通制冷装置中储液器类似；精馏装置4 与普通制冷装置中精馏装置类似。上述所说的各个部件之间的连接采用金属管路连接，高温管路外包裹保温材料。本实施例采用H2O为制冷剂，四甘醇二甲醚(E181)为吸收剂，R1150为扩散剂。本实施例主要由三个模块组成发生分离模块、制冷剂吸收模块和扩散剂吸收模 块。1)发生分离模块富含扩散剂R1150和富含制冷剂H2O的吸收剂E181浓溶液在发生器1中混合并被中温热加热，扩散剂R1150气体首先被发生出来，由于扩散剂R1150的 存在，吸收剂E181浓溶液中的制冷剂H2O向其中扩散，从而制冷剂H2O气体被发生出来，并 被浮力在提升管2中推升，同时带动部分吸收剂E181稀溶液至第一气液分离器3。制冷剂 H2O和扩散剂R1150混合气体从第一气液分离器3分离后继续上升，在精馏装置4中将其中 残留的吸收剂E181进一步去除，然后上升至冷凝器5，在其中部分冷凝后放出低温冷凝热 至环境，随后流到第二气液分离器6。由于扩散剂R1150与制冷剂H2O的沸点差很大，第二 气液分离器6中的液相基本上是纯制冷剂H2O,而气相是纯扩散剂R1150气体。液体制冷剂 H2O靠重力向下流至蒸发器7，被中温热加热气化，吸收剂Rl 150气体则进入第二吸收器11。2)制冷剂吸收模块一部分吸收剂E181稀溶液从第一气液分离器3流出，靠重力 向下流过第一调节阀14，并在第一回热器10中被加热后流进第一吸收器8，吸收来自蒸发 器7的制冷剂H2O气体。吸收过程中会有少量的扩散剂R1150气体从吸收剂E181溶液中 扩散出来，需要通过吸收器8顶部和冷凝器5进口之间扩散剂平衡管，回流到冷凝器5的进 口，与来自精馏装置4的制冷剂H2O和扩散剂Rl 150混合气混合。而吸收终了的富含制冷剂 H2O的吸收剂E181浓溶液则靠重力经第一储液器9流回第一回热器10，放热后再次被送入 发生器1中发生。3)扩散剂吸收模块另一部分吸收剂E181稀溶液从第一气液分离器3流出，靠重 力向下流过第二调节阀15，并在第二回热器13中被冷却后流进第二吸收器11，吸收来自第 二气液分离器6的扩散剂R1150气体。吸收终了的富含扩散剂R1150的吸收剂E181浓溶 液则靠重力经第二储液器12流回第二回热器13，吸热后再次被送入发生器1中发生。
权利要求
1.一种无运动部件的扩散吸收式热变换器，其特征在于包括发生分离模块、制冷剂吸 收模块和扩散剂吸收模块三部分；发生分离模块包括发生器(1)、提升管O)、第一气液分 离器C3)、精馏装置(4)、冷凝器( 和第二气液分离器(6)；发生器(1)的第一端口(Ia)与 第一回热器(10)的第二端口(IOb)相连，发生器(1)的第二端口(Ib)与第二回热器(13) 的第二端口(13b)相连，发生器(1)的第三端口(Ic)与提升管O)的底部进口相连，提升 管O)的顶部出口经第一气液分离器(3)的第一端口(3a)插入第一气液分离器(3)高度 的1/2以上，第一气液分离器C3)的第二端口(3b)与第一调节阀(14)的第一端口(14a)相 连，第一气液分离器(3)的第三端口(3c)与第二调节阀(1 的第一端口(15a)相连，第一 气液分离器(3)的第四端口(3d)与精馏装置的第一端口 Ga)相连，精馏装置的 第二端口 Gb)与冷凝器(5)的第一端口(5a)相连，冷凝器(5)的第二端口(5b)与第二气 液分离器(6)的第一端口(6a)相连，第二气液分离器(6)的第二端口(6b)与第二吸收器 (11)的第一端口(Ila)相连，第二气液分离器(6)的第三端口(6c)与蒸发器(7)的第一 端口(7a)相连；制冷剂吸收模块包括蒸发器(7)、第一吸收器(8)、第一储液器(9)、第一回 热器(10)和第一调节阀(14)；蒸发器(7)的第二端口(7b)与第一吸收器(8)的第一端口 (8a)相连，第一吸收器(8)的第二端口(8b)与冷凝器( 的第一端口(5a)相连，第一吸收 器⑶的第三端口(8c)与第一回热器(10)的第四端口(IOd)相连，第一吸收器⑶的第 四端口(8d)与第一储液器(9)的第一端口(9a)相连，第一储液器(9)的第二端口(9b)与 第一回热器(10)的第一端口(IOa)相连，第一回热器(10)的第三端口(IOc)与第一调节阀 (14)的第二端口(14b)相连；扩散剂吸收模块包括第二吸收器(11)、第二储液器(12)、第 二回热器(13)和第二调节阀(15)；第二吸收器(11)的第二端口(lib)与第二回热器(13) 的第四端口(13d)相连，第二吸收器(11)的第三端口(Ilc)与第二储液器(12)的第一端 口(12a)相连，第二储液器(12)的第二端口(12b)与第二回热器的(13)第一端口(13a) 相连，第二回热器(13)的第三端口(13c)与第二调节阀(15)的第二端口(15b)相连。
2.根据权利要求1所述的一种无运动部件的扩散吸收式热变换器，其特征在于所述的 冷凝器(5)的位于热变换器最高的位置，第二气液分离器(6)的位置低于冷凝器(5)的位 置，蒸发器(7)的位置低于第二气液分离器(6)的位置，第一吸收器(8)的位置低于蒸发 器(7)的位置，第一储液器(9)的位置低于第一吸收器(8)的位置，第二储液器(1 的位 置低于第二吸收器(11)的位置，第一回热器(10)的位置低于第一储液器(9)的位置，第二 回热器(1 的位置低于第二储液器(1 的位置，精馏装置的位置低于冷凝器(5)的 位置，第一气液分离器(3)的位置低于精馏装置(4)的位置，提升管O)的位置低于第一气 液分离器(3)的位置，第一气液分离器(3)的第二端口(3b)高于第一吸收器(8)的第三端 口(8c)和第一调节阀(14)的位置，第一气液分离器(3)的第三端口(3c)高于第二吸收器 (11)的第二端口(lib)和第二调节阀(1 的位置。
3.根据权利要求1所述的一种无运动部件的扩散吸收式热变换器，其特征在于制冷剂 为水、碳烃类、烃的卤化物、醇类或醚类中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种无运动部件的扩散吸收式热变换器，其特征在于扩散剂 为氢气、惰性气体、碳烃类、烃的卤化物或二氧化碳。
5.根据权利要求1所述的一种无运动部件的扩散吸收式热变换器，其特征在于吸收剂 为盐类、醇类或醚类、酮类、胺类、醛类或离子液体中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种扩散吸收式热变换器，其特征在于所述的第一调节阀 (14)和第二调节阀(1 为手动截止阀、自动截止阀、流量调节阀或毛细管。
全文摘要
本发明公开了一种无运动部件的扩散吸收式热变换器。本发明包括发生分离模块、制冷剂吸收模块和扩散剂吸收模块三部分。发生分离模块具有依次连接的发生器、提升管、第一气液分离器、精馏装置、冷凝器和第二气液分离器，制冷剂吸收模块具有依次连接的蒸发器、第一吸收器、第一储液器、第一回热器和第一调节阀，扩散剂吸收模块具有依次连接的第二吸收器、第二储液器、第二回热器和第二调节阀。本发明采用热驱动气泡泵实现吸收剂溶液和制冷剂液体的同时泵送，完全不消耗电能，提高了运行的可靠性。特别适用于中低温热资源丰富，电力紧张，同时又需要使用高温热的场合，有良好的应用前景。
文档编号F25B41/04GK102121761SQ20111004684
公开日2011年7月13日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者孙淑飞, 王勤, 郝楠, 陈光明, 龚磊 申请人:浙江大学