专利名称：膜蒸馏回热吸收式制冷装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及制冷技术领域，具体是一种膜蒸馏回热吸收式制冷装置。
背景技术：
吸收式制冷技术的快速发展与当前对于能源与环保问题的研究密不可分， 现有的研究热点有两个方向，第一是低品位热源(如'太阳能或废热)驱动热 源的吸收式制冷技术，这类技术都是在两级吸收循环的基础上对流程做一些改 进来提高系统的制冷效率；第二是高效吸收式制冷技术，主要研究多效吸收式 制冷循环，研究喷射、吸附、增压与吸收式复合制冷循环，以及吸收式制冷循 环工质的研究，吸收式制冷循环的回热和传热传质强化研究，这些研究都是建 立在传统的单效吸收式制冷循环的基础上。
传统的单效吸收式制冷理论循环是由等压冷却吸收、等压加热发生和等浓 度回热过程组成，其中回热过程由热交换器来实现。这使得发生温度较高，因 而对于温度低于85X:的低品位热源只有通过两级吸收才能实现制冷，而多效机 的高压发生器会要求较高的发生温度，从而带来了高温溶液腐蚀，高温溶液表 面活性剂及缓蚀剂失效和高压压力控制等问题，这些问题是三效机商品化的主 要障碍。
为了解决这些问题，近年来，更为先进的膜分离技术已有了长足的发展， 其中一些膜分离技术已商品化。膜蒸馏(MD , Membrane Distillation)技术
就是其中的一种，它抛开其"分离"的功能，本质就是一种溶液中易挥发成分
在膜疏水表面汽化，并穿过膜孔在膜的另一侧冷凝的传质传热技术，传质的驱
动力就是膜两侧溶液的饱和蒸汽压差。
对于现有技术的检索，膜分离技术在吸收式制冷机上的应用已出现了一些
专利。如王京华的"膜法分离吸收式制冷技术"，中国专利ZL02140485.2;宫 良明男的"膜分离装置及利用膜分离的吸收式制冷机"，日本特开2003-144855; 宣伯民的"膜分离浓縮溶液的溴化锂吸收式制冷机"，中国专利 ZL200510048937. 7。这些专利都是把膜分离装置简单应用到吸收式制冷循环中， 取代原系统中的发生器，其中前者用的是膜蒸馏技术，以热源驱动，后两者采 用的是渗透膜技术，以电力驱动，渗透压力将大于300kgf/cm2， 一般采用多级 渗透以降低渗透压力，但同时也使系统复杂化。不难看出这一方案不适应吸收 式制冷技术在余热利用发展的方向。膜蒸馏的驱动力是溶液中被分离组分在膜 两侧的蒸汽压力差。对于溴化锂吸收式制冷机，发生器中只有单组分物质被蒸 发，在膜冷侧蒸汽压力(取决于冷却水温度，对于双效循环取决于低压发生器 工作温度)不变得情况下，采用膜蒸馏由于存在膜两侧的蒸汽压力差只会提高 发生器的发生压力和温度。第一个专利的应用尽管会使发生表面积增大，但膜 两侧的蒸汽压力差也会增大，这有可能降低溴化锂吸收式制冷机组的热力性能。 尽管如此，这些专利的提出开凿了膜技术在吸收式制冷装置中应用的先河。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的膜蒸馏回热吸收式制冷装 置。新循环对驱动热源温度的要求大大降低，可采用传统吸收式制冷循环无法 利用的低品位废热驱动，对于低于8(TC的低品位热源，传统吸收式制冷循环需 用两级吸收才能达到制冷的目的，而新循环采用单级单效就能实现。
为了实现上述技术问题采用的技术方案
一种膜蒸馏回热吸收式制冷装置，包括发生器，冷凝器，节流装置，蒸发 器，冷剂泵，吸收器，溶液泵和溶液热交换^1，其特征在于所述发生器和溶 液热交换器之间设置一膜蒸馏传质换热器，膜蒸馏传质在所述膜蒸馏传质换热 器膜的热侧和冷侧溶液形成一定的蒸汽压差，实现回热过程，在理想状态下， 溶液变浓度的过程为等压的过程。
在所述发生器的底部连接一管道，所述管道经过所述膜蒸馏传质换热器和 所述溶液热交换器之后进入到所述吸收器中，在所述吸收器的底部安装溶液泵， 所述溶液泵上连接一管道经过所述膜蒸馏传质换热器和所述溶液热交换器之后 连接在所述发生器的上端。
在所述发生器的顶部还接有一管道与所述冷凝器相连通，冷凝器的底部接 有一管道和所述蒸发器的顶部相连通。
所述的节流装置安装在所述冷凝器和所述蒸发器之间的管道上，所述蒸发 器的底部安装冷剂泵。
所述吸收器和蒸发器之间的顶部通过管道相连通。
在所述发生器中设置一个驱动热源装置，用于保持溶液恒温。
在所述冷凝器中流过冷却水，用于将发生器发生的冷剂蒸汽在冷凝器中冷凝。
所述通过冷剂泵中喷淋喷发的制冷剂，流动经过冷冻水。 所述的膜蒸馏传质换热器是一个直接接触式膜蒸馏分离装置。 本发明在工作时的原理是所述装置对于单效溴化锂吸收式制冷循环时， 从发生器出来的浓溶液依次流经膜蒸馏传质换热器和溶液热交换器，经过浓縮 和降温，然后进入吸收器，浓溶液经过喷淋吸收从蒸发器过来的水蒸汽，变成 稀溶液，被吸收器底部的溶液泵吸取，依次通过溶液热交换器和膜蒸馏传质换热器，进行稀释和升温，然后泵入发生器。
所述装置对于单效氨吸收式制冷循环时，从发生器出来的稀溶液依次流经 膜蒸馏传质换热器和溶液热交换器，经过稀释和降温，然后进入吸收器，稀溶 液经过喷淋吸收从蒸发器过来的氨蒸汽，变成浓溶液，被溶液泵吸取，经过溶 液热交换器和膜蒸馏传质换热器后，进行浓縮和升温，然后泵入发生器。发生 器中发生的冷剂蒸汽在冷凝器中冷凝，通过节流装置进入蒸发器喷淋，冷剂泵 使蒸发器中的制冷剂循环喷淋蒸发。
本发明将膜蒸馏技术引入到单效吸收式制冷循环的回热过程中，在理想情 况下(饱和蒸汽压差为零，类似于零温差传热，无通过膜的固体导热)，回热过
程为溶液变浓度的等温过程。在图2、图3中，从氨水溶液的logP-1/T图和溴 化锂水溶液的迪林图来看，传统的单效吸收式制冷循环是一个近似于平行四边 形的循环，而本装置中提出的新循环是一个矩形的循环，两者相比不难得知， 新循环的发生过程向低温区移动。在新循环中冷剂蒸汽发生起始温度等于吸收 终止温度，发生终止温度等于吸收起始温度。而吸收终止温度仅略高于吸收器 冷却水温度5-8匸，如果冷却水温度为32°C，则在理想情况下，发生器可在40 "C左右的温度下就可以开始工作，这对于低^位热能的利用具有重要意义。 本发明产生的新循环具有如下优点
1) 对驱动热源温度的要求大大降低。可以利用传统吸收式制冷循环无法利 用的低品位废热。
2) 制冷系数大大提高。对于低于80'C的低品位热源，传统吸收式制冷循环 需用两级吸收才能达到制冷的目的，而新循环采用单级单效就能实现。现有的 溴化锂吸收式制冷机，在驱动热源温度不变的情况下，并联或串联一路或多路 新循环后，单效可改为双效，双效可改为三效，n效可改为n+l效。
3)吸收式制冷设备将得到简化，制造工艺性得到提高。传统的两级吸收制 冷循环可由单级单效新循环取代，氨吸收制冷新循环，由于发生浓度大大提高， 可省去传统循环常用的精馏装置。
图l为本发明工作原理示意图。
图2为传统单效吸收式制冷溶液循环示意图。
图3为本发明膜蒸馏传质回热单效吸收式制冷溶液循环示意图。
图4为本发明热单效吸收式制冷溶液循环示意图。
图5为本发明单效吸收式制冷溶液循环示意图。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明的技术方案，以下结合附图和实施例作进一步的详 细描述。
如图l所示， 一种膜蒸馏回热吸收式制冷装置，由发生器l，冷凝器2，节 流装置3，蒸发器4，冷剂泵5，吸收器6，溶液泵7和溶液热交换器8构成， 在发生器1和溶液热交换器8之间安装膜蒸馏传质换热器9，膜蒸馏传质交换器 9和发生器1、溶液热交换器8之间通过管道相连通。发生器1的底部密封安装 管道，管道经过膜蒸馏传质换热器和溶液热交换器后，端头安装在吸收器6的 内部，在吸收器6的底部安装溶液泵7，溶液泵7上安装回路管道，溶液泵7将 吸收器6中的溶液流经膜蒸馏传质换热器和溶液热交换器重新回到发生器1内。 发生器1的顶部还安装一管道和冷凝器2之间相连通，冷凝器2的底部接有管 道和蒸发器4的顶部相连通。节流装置3安装在冷凝器2和蒸发器4之间的管
道上，蒸发器4的底部安装冷剂泵5。
在发生器1的中间安装上驱动热源装置，冷凝器2中流过冷却水，通过冷 剂泵5中喷淋喷发的制冷剂，流动经过冷冻水，冷却水和冷冻水通过管道和外 部的设备相连接。
在图1中为了完成单效溴化锂吸收式制冷循环从发生器1出来的浓溶液 依次流经膜蒸馏传质换热器9和溶液热交换器8，经过浓縮、降温，然后进入吸 收器，浓溶液喷淋吸收从蒸发器4过来的水蒸汽，变成稀溶液。溶液泵7从吸 收器吸取稀溶液后，通过溶液热交换器8和膜蒸馏传质换热器9，进行稀释、升 温，然后泵入发生器l。
在图1中为了完成单效氨吸收式制冷循环从发生器1出来的稀溶液依次 流经溶液膜蒸馏传质换热器9和溶液热交换器8，经过稀释、降温，然后进入吸 收器，稀溶液喷淋吸收从蒸发器4过来的氨蒸汽，变成浓溶液。溶液泵7从吸 收器吸取浓溶液，通过溶液热交换器8和溶液膜蒸馏传质换热器9，进行浓縮、 升温，然后泵入发生器1中，发生器1中产生的冷剂蒸汽在冷凝器2中冷凝， 通过节流装置3进入蒸发器4喷淋，冷剂泵5将蒸发器4中的制冷剂循环喷淋
在图2中，氨水溶液的logP-1/T图和溴化锂水溶液的迪林图来看，传统的
单效吸收式制冷循环是一个近似于平行四边形的循环。
在图3中，氨水溶液的logP-1/T图和溴化锂水溶液的迪林图来看，新循环 是一个矩形的循环，新循环的发生过程向低温区移动。
在图4中，将膜蒸馏传质回热看成为热侧溶液发生和冷侧溶液吸收的组合， 则膜蒸馏传质回热吸收式制冷循环可认为是无穷多级单效吸收式制冷循环。
根据膜蒸馏传质的机理，其膜蒸馏传质的驱动力是膜两侧溶液的蒸汽压差，
考虑膜两侧溶液通过膜的传热，膜蒸馏传质回热吸收式制冷循环如图5所示。 图中A-B和C-D为膜蒸馏传质，B-B'和D-D'为溶液换热器回热。 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还 会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发 明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1.一种膜蒸馏回热吸收式制冷装置，包括发生器，冷凝器，节流装置，蒸发器，冷剂泵，吸收器，溶液泵和溶液热交换器，其特征在于所述发生器和溶液热交换器之间设置一膜蒸馏传质换热器，膜蒸馏传质在所述膜蒸馏传质换热器膜的热侧和冷侧溶液形成一定的蒸汽压差，实现回热过程。
2. 根据权利要求1所述的膜蒸馏回热吸收式制冷装置，其特征在于，在所 述发生器的底部连接一管道，所述管道经过所述膜蒸馏传质换热器和所述溶液 热交换器之后进入到所述吸收器中，在所述吸收器的底部安装溶液泵，所述溶 液泵上连接一管道经过所述膜蒸馏传质换热器和溶液热交换器之后连接在所述 发生器的上端。
3. 根据权利要求1所述的膜蒸馏回热吸收式制冷装置，其特征在于，在所 述发生器的顶部还接有一与冷凝器相连通的管道，所述冷凝器的底部接有一管 道和蒸发器的顶部相连通。
4. 根据权利要求1所述的膜蒸馏回热吸收式制冷装置，其特征在于，在所述发生器中设置一个驱动热源装置用于保持溶液恒温。
5. 根据权利要求1所述的膜蒸馏回热吸收式制冷装置，其特征在于所述 冷凝器中流过冷却水，用于将发生器发生的冷剂蒸汽在冷凝器中冷凝。
6. 根据权利要求1所述的膜蒸馏回热吸收式制冷装置，其特征在于所述 冷剂泵中喷淋喷发的制冷剂，流动经过冷冻水。
7. 根据权利要求1所述的膜蒸馏回热吸收式制冷装置，其特征在于所述 的膜蒸馏传质换热器是一个直接接触式膜蒸馏分离装置。
全文摘要
本发明公开了一种膜蒸馏回热吸收式制冷装置，涉及制冷技术领域，包括发生器，冷凝器，节流装置，蒸发器，冷剂泵，吸收器，溶液泵和溶液热交换器，其特征在于所述发生器和溶液热交换器之间设置一膜蒸馏传质换热器，膜蒸馏传质在膜的热侧和冷侧溶液形成一定的蒸汽压差，实现回热过程。本发明产生的有益效果是对驱动热源温度的要求大大降低；制冷系数大大提高；吸收式制冷设备将得到简化，制造工艺性得到提高。
文档编号B01D61/36GK101344342SQ20081003633
公开日2009年1月14日 申请日期2008年4月21日 优先权日2008年4月21日
发明者吴延嘉, 孙文哲, 丹 曹, 巍 曹, 邓申江 申请人:上海海事大学