半滲透膜式吸收式製冷系統的製作方法

2023-05-29 19:39:36

專利名稱：半滲透膜式吸收式製冷系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於吸收式製冷領域，尤其涉及一種半滲透膜式吸收式製冷系統。
背景技術：
吸收式製冷系統是一種利用工業廢熱、餘熱、太陽能等低品位熱能製冷的技術，具 有節能環保的優點，在製冷空調以及冷熱電聯產領域裡得到了廣泛的應用，花費很少的運 轉費用，便能獲得大量的冷量，具有很好的節能、節電效果，整個裝置除了泵以外，沒有其它 運動部件，振動小、噪聲低，在國家「節能減排」的大背景下，具有良好的發展前景。目前許多學者都開展了關於吸收式製冷系統的研究，並在傳統吸收式製冷系統的 基礎上做了許許多多的改進，提出了許多新的吸收式製冷系統，如多效吸收式製冷系統、多 級吸收式製冷系統等。如專利(CN200710151059. 0)給出了一種逆串聯三效吸收式製冷系 統，專利(CN200910096977. 7)給出了一種高效的兩級吸收式製冷裝置。現有的單效吸收式製冷系統，溶液泵將吸收器中吸收了製冷劑的吸收劑經溶液熱 交換器送入高壓罐內的發生器，製冷劑被加熱盤管加熱蒸發，濃縮的吸收劑經溶液熱交換 器冷卻回到吸收器上部的噴淋裝置。發生器中的製冷劑未經提純，製冷劑的蒸發相當於一 個蒸餾過程，對於吸收劑與製冷劑組成的工質對，其飽和蒸汽壓由製冷劑蒸汽分壓和吸收 劑蒸汽分壓組成，同一溫度下，吸收劑的質量分數越大，製冷劑蒸汽分壓越小。製冷劑吸收 劑溶液經過溶液熱交換器，需要克服比較大的流動阻力。這些吸收式製冷系統存在如下問題1.對於更低品位的餘熱(比如低於70°C的熱源或者由太陽能產生的低於70°C的 熱水)不能簡單有效利用；2.吸收式製冷系統對工質對的選取比較苛刻，需要吸收劑和製冷劑之間存在比較 大的沸點差，這樣在很大程度上影響了吸收式工質對的選取範圍；3.常用的吸收式製冷系統工質對有溴化鋰水溶液、氨水溶液及DMF與氫氟烴的混 合物等，他們都存在有腐蝕性或毒性等問題，此外，氨水溶液需要精餾器，溴化鋰水溶液還 存在結晶、製冷溫度範圍窄等問題，這在一定程度上限制了它的應用；4.吸收式製冷系統對熱源的穩定性要求比較高，不同溫度的熱源需要有不同形式 的吸收式製冷裝置與之相匹配，比如為適應比較低的熱源開發的兩級吸收式製冷系統，為 適應比較高的熱源開發的兩效或多效吸收式製冷系統；5.吸收式製冷系統的能效比(COP)還有待提高。

發明內容
本發明提供了一種半滲透膜式吸收式製冷系統，該系統可利用更低品位的餘熱， 工質對要求比較低，能效比高。本發明一種半滲透膜式吸收式製冷系統，是利用半滲透膜的選擇透過特性，通過 在濃溶液側施加一定的壓力，濃溶液側的溶劑透過半滲透膜到稀溶液中，以達到濃縮濃溶
3液、分離溶質與溶劑的目的。本發明的濃溶液箱與製冷劑箱之間用半滲透膜阻隔，通過在濃 溶液箱一側密封加壓，維持濃溶液箱與製冷劑箱之間的壓力差，驅動濃溶液箱內製冷劑滲 透到半滲透膜另一邊，進入製冷劑箱，組成反滲透裝置，實現吸收劑與製冷劑的分離。一種半滲透膜式吸收式製冷系統，包括高壓罐、節流元件、低壓罐、反滲透裝置、 溶液泵；所述的高壓罐包括高壓罐體、發生器、加熱盤管、冷凝盤管、冷凝器，發生器、加熱 盤管、冷凝盤管、冷凝器封裝在高壓罐體內，加熱盤管在發生器內，發生器位於高壓罐體的 底部，冷凝盤管在冷凝器內，冷凝器位於高壓罐體頂部；所述低壓罐包括低壓罐體、蒸發盤管、蒸發器、冷卻盤管、吸收器、循環泵，蒸發盤 管、蒸發器、冷卻盤管、吸收器封裝在低壓罐體內，蒸發盤管位於蒸發器內，蒸發器位於低 壓罐體的頂部，冷卻盤管位於吸收器內，吸收器位於低壓罐體底部，循環泵安裝在低壓罐體 外，進口與低壓罐體內的蒸發器下端相連，循環泵出口與位於低壓罐體內的蒸發器上端的 噴淋裝置相連；所述的節流元件安裝在高壓罐體與低壓罐體之間，高壓罐體內的冷凝器下端引出 一根管線與節流元件的入口相連，節流元件出口的管線穿過低壓罐體的頂部，在蒸發器的 上方；所述的反滲透裝置包括濃溶液箱、製冷劑箱、濃溶液箱與製冷劑箱之間的半滲透 膜、濃溶液箱一側的密封加壓裝置；所述的溶液泵入口與低壓罐體底部的蒸發器相連，出口與反滲透裝置的濃溶液箱 相連，將吸收了製冷劑的吸收劑輸入濃溶液箱；所述的反滲透裝置的製冷劑箱與高壓罐內的發生器相連，將分離後的製冷劑輸入 發生器；所述的反滲透裝置的濃溶液箱與低壓罐內的吸收器相連，將濃縮後的吸收劑輸入 吸收器；所述的反滲透裝置的濃溶液箱內還可以設有擋板，將濃溶液箱分為兩部分，溶液泵 出口位於與半滲透膜相連一側，與低壓罐體相連的管道位於另一側。所述的密封加壓裝置對濃溶液箱進行加壓，使濃溶液箱與製冷劑箱之間維持一定 的壓力差。優選的密封加壓裝置包括活塞導軌、砝碼、活塞、密封圈，砝碼位於活塞導軌上， 活塞在活塞導軌上滑動，活塞與活塞導軌之間設有密封圈。所述的半滲透膜式吸收式製冷系統還可設有一套反洗裝置，所述的反洗裝置包括 在低壓罐體底部與溶液泵進口之間的管道設置第一電磁閥，製冷劑箱底設置另一根管道通 過第二電磁閥與溶液泵進口相連，所述的反洗裝置將帶入發生器並被累積的吸收劑用製冷 劑洗滌，回收到濃溶液箱。本發明的工作過程如下製冷劑工作迴路為廢熱或太陽能生產的熱水或蒸汽通過加熱盤管加熱發生器中 製冷劑，發生器中的製冷劑蒸發，產生高壓製冷劑蒸汽，高壓製冷劑蒸汽在冷凝器中被冷凝 盤管冷凝為高壓製冷劑液體；高壓製冷劑液體通過冷凝器下端的管道進入節流元件，通過 節流元件節流的高壓製冷劑液體變為低壓製冷劑液體；低壓製冷劑液體經過管道進入低壓 罐體內的蒸發器中，吸收蒸發盤管的熱量而氣化為低壓製冷劑蒸汽，蒸發盤管內的工質被 製冷，未完全氣化的製冷劑被循環泵不斷循環，噴淋在蒸發盤管上，提高了製冷效果；低壓製冷劑蒸汽被由濃溶液箱送到吸收器並均勻噴淋在冷卻盤管外表的濃溶液吸收。溶液再生過程為吸收器中吸收了製冷劑的溶液通過第一電磁閥由溶液泵送入濃 溶液箱與半滲透膜相連一側，該側相對稀的溶液中的製冷劑在濃溶液箱與製冷劑箱兩側壓 力差的驅動下，透過半滲透膜進入製冷劑箱，相對濃的溶液溢流到濃溶液箱中的擋板另一 側；製冷劑箱中的製冷劑經過管道進入發生器底部，再次被加熱盤管加熱氣化成高壓蒸汽， 擋板另一側相對濃的溶液則通過管道用噴淋裝置噴淋到吸收器中的冷卻盤管上，吸收來自 上部蒸發器的低壓製冷劑蒸汽。反洗過程當半滲透膜式吸收式製冷系統運行一段時間後，雖然發生器中的製冷 劑裡只含有微量的吸收劑，其中吸收劑的含量隨著時間延長不斷積累，達到一定的質量百 分數後，會影響此系統的工作效率，需要反洗。反洗就是關閉第一電磁閥，並且關閉加熱盤 管，打開第二電磁閥，製冷劑箱及發生器中的製冷劑被溶液泵抽吸到濃溶液箱擋板右側；當 製冷劑箱和發生器中製冷劑抽吸完後，打開第一電磁閥，關閉第二電磁閥，等一定時間後， 製冷劑箱中製冷劑液位上升，再打開加熱盤管，系統恢復製冷運行。所述加熱盤管內流動工質為熱水或者蒸汽，冷凝盤管、冷卻盤管內流動工質為冷 卻水，蒸發盤管內流動工質為冷媒。本發明半滲透膜式吸收式製冷系統，所述半透膜可以選擇親水性半滲透膜、疏水 性半滲透膜、分離有機物與有機物的半滲透膜。所述親水性半滲透膜主要應用於溴化鋰水溶液等以水為製冷劑的工質對，疏水性 半滲透膜主要應用於氨水等水為吸收劑的工質對，分離有機物與有機物的半滲透膜主要應 用於以DMF與氫氟烴等工質對。發明效果分析對於吸收劑與製冷劑組成的工質對，其飽和蒸汽壓由製冷劑蒸汽分壓和吸收劑蒸 汽分壓組成，同一溫度下，吸收劑的質量分數越大，製冷劑蒸汽分壓越小。以溴化鋰水溶液工質對為例，假設冷卻水進水溫度32°C，加熱盤管內流動工質 熱水溫度為75°C，考慮加熱盤管與發生器中溶液換熱溫差5°C，那麼發生器內溶液溫度為 70 "C。原有吸收式製冷系統為保證溴化鋰水溶液不產生結晶，溴化鋰水溶液中水的質量 分數必須維持在50%以上，實際一般運行範圍為64%到59. 5%之間，也就是說發生器中 的溴化鋰水溶液中水的最低質量分數為59. 5%。70°C下水質量分數為59. 5%的溴化鋰水 溶液水蒸汽分壓為55mmHg(7332Pa)，對應飽和蒸汽壓為55mmHg (7332Pa)的純水的溫度為 40 0C (313K)。採用本發明半滲透膜式吸收式製冷系統，由於發生器中的製冷劑僅含有少量的吸 收劑，飽和蒸汽壓相當於純水，只要純水的溫度達到40°C，水蒸汽分壓就可以達到原有溴化 鋰水溶液吸收式製冷系統70°C下水的質量分數為59. 5%的溴化鋰水溶液水蒸汽分壓。也 就是說，本發明半滲透膜式吸收式製冷系統發生器理論上採用45°C熱源(同樣考慮5°C換 熱溫差)與原有吸收式製冷系統採用75°C熱源產生同樣的製冷效果。換言之，本發明半滲透膜式吸收式製冷系統如果冷卻水進水溫度32°C，可以採用 45°C的熱源驅動。本發明半滲透膜式吸收式製冷系統能有效利用50°C到70°C的餘熱廢熱。本發明與現有技術相比具有的有益效果
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1、本發明為利用更低溫度的餘熱、廢熱比如低於70°C的熱源或者由太陽能產生的 低於70°C的熱水)提供了一種途徑，並且不會使得裝置過於複雜化。本發明發生器內製 冷劑裡只含有微量的吸收劑，而原有的吸收式製冷系統發生器內製冷劑裡含有大量的吸收 劑，在同樣的熱源溫度的情況下，吸收器內製冷劑蒸汽分壓要比原有吸收式製冷系統吸收 器內製冷劑蒸汽分壓高，也就是說本發明可以以更低的熱源溫度實現製冷循環；2、良好的節能性本發明一方面不需要像原有吸收式製冷系統在發生器和蒸發吸 收器之間加一個溶液熱交換器，這樣減少了流動阻力和換熱不可逆損失；另一方面，原有吸 收式製冷系統發生器中稀溶液製冷劑中富含吸收劑，發生器中發生的相當於是一個蒸餾的 過程，而本發明由於半滲透膜的分離作用，發生器中製冷劑只含有微量的吸收劑，其中發生 的相當於一個蒸發過程，本發明相當於把原有吸收式製冷系統發生器中的蒸餾過程分解為 先分離再蒸發過程，從而具有節能效果；3、工質對的多樣性和環保性工質對的選取不需要太多考慮吸收劑與製冷劑之間 的大沸點差，這樣可供選擇的工質對很多，可以選擇更為環保的吸收式工質對，如其中吸收 劑可以是多糖類物質，烴的衍生物及高分子化合物等環保、無腐蝕、不結晶特點的物質，制 冷劑可以是氫氟烴、水、烴類物質、二氧化碳等，能夠做到對大氣無汙染，對環境友好；4、工質對與製冷系統有很好的相容性由於發生器內製冷劑只含有微量的吸收 劑，不會出現原有吸收式製冷系統的結晶性問題，也可有效解決製冷劑蒸汽夾帶吸收劑進 入冷凝器和蒸發器；5、具有良好的熱源適應性對熱源溫度的波動並沒有嚴格的要求。


圖1是本發明一種半滲透膜式吸收式製冷系統具體實施的結構示意圖。
具體實施例方式本實施例的一種半滲透膜式吸收式製冷系統，如圖1所示，包括高壓罐27、節流 元件5、低壓罐26、反滲透裝置28、溶液泵16，其中，高壓罐27包括高壓罐體25、發生器1、 加熱盤管2、冷凝盤管3、冷凝器4，發生器1、加熱盤管2、冷凝盤管3、冷凝器4封裝在一個 高壓罐體25裡，加熱盤管2位於發生器1內，冷凝盤管3位於冷凝器4內；所述低壓罐26 包括低壓罐體24、蒸發盤管6、蒸發器7、冷卻盤管9、吸收器10、循環泵8，蒸發盤管6、蒸發 器7、冷卻盤管9、吸收器10封裝在低壓罐體24內，蒸發盤管6位於蒸發器7內，冷卻盤管9 位於吸收器10內，循環泵8安裝在低壓罐體24外，循環泵8進口與蒸發器7下端相連，循 環泵8出口與位於蒸發器7上端的噴淋裝置相連。所述高壓罐體25冷凝器4下端引出一根管線通過節流元件5與低壓罐體24的頂 部相連，高壓罐體25底部引出一根管線與製冷劑箱20底部相連；所述低壓罐體24頂部引 出一根管線經過節流元件5與高壓罐體25的冷凝器4下端相連，低壓罐體24底部引出一 根管線通過第一電磁閥21溶液泵16進口相連，溶液泵16出口與濃溶液箱11底部內的噴 淋裝置相連；所述濃溶液箱11左側底部引出一根管線與吸收器10上部的噴淋裝置相連，濃 溶液箱11右側通過第一支撐板17、半滲透膜18、第二支撐板19與製冷劑箱20相連。所述反滲透裝置28包括濃溶液箱11、製冷劑箱20、濃溶液箱11與製冷劑箱20之間夾有一半滲透膜18，半滲透膜18由第一支撐板17、第二支撐板19固定。濃溶液箱11內 設有活塞導軌12、砝碼13、活塞14、擋板15、密封圈23，砝碼13位於活塞導軌12上，活塞 14能夠在活塞導軌12上滑動，活塞14與活塞導軌12之間靠密封裝置23密封。所述濃溶 液箱11與製冷劑箱20之間維持一定的壓力差，這個壓力差由活塞14及上面的砝碼13提{共。所述濃溶液箱11中的製冷劑經過半滲透膜18的分離進入製冷劑箱，製冷劑箱有 兩根出液管，一根通往發生器1，另一根通過第二電磁閥22與溶液泵16進口相連。實施例製冷劑工作迴路為50°C熱水，流量0. 15L/s，通過加熱盤管2加熱發生器1中制 冷劑水，發生器1中的水蒸發產生7332Pa高壓水蒸汽，高壓水蒸汽在冷凝器4中被冷凝盤 管3內的進口溫度32°C、流量0. 2L/s冷水冷凝為高壓液態水；高壓液態水通過冷凝器下端 的管道進入自製U形管節流裝置5，通過節流的高壓液態水變為870Pa低壓液態水，同時有 少部分水閃蒸；低壓液態水經過管道進入蒸發器7中，吸收蒸發盤管中進口溫度12°C的冷 媒水的熱量而變為低壓製冷劑蒸汽，從而實現製冷；低壓製冷劑蒸汽被由吸收器10送來並 通過均勻噴淋在冷卻盤管9外表的吸收劑(吸收劑為溴化鋰質量分數64%的溴化鋰濃溶 液)吸收。溶液再生過程為吸收器10中吸收了製冷劑的稀溶液，溴化鋰質量分數59.5%， 通過第一電磁閥21由溶液泵16送入濃溶液箱11擋板15右側，擋板15右側相對稀的溶液 中的製冷劑在濃溶液箱與制冷機箱兩側壓力差20kPa的驅動下，透過醋酸纖維素半滲透膜 進入製冷劑箱，製冷劑箱內的製冷劑水經過管道進入發生器1底部，擋板15左側相對濃的 溴化鋰溶液則通過管道用噴淋裝置噴淋到吸收器10中的冷卻盤管上，吸收來自上部蒸發 器的水蒸汽。反洗過程雖然發生器中的製冷劑裡只含有微量的吸收劑，當此系統運行一段時 間後，其中吸收劑的含量隨著時間延長不斷積累，溴化鋰質量分數達到20%以上時，會影響 此系統進一步的工作，需要反洗。反洗就是關閉第一電磁閥21，並且關閉加熱盤管2，打開 第二電磁閥22，製冷劑箱中的製冷劑被溶液泵16抽吸到濃溶液箱擋板15右側。當製冷劑 箱和發生器中製冷劑抽吸完後，打開第一電磁閥21，關閉第二電磁閥22，等3分鐘，再打開 加熱盤管，系統恢復製冷運行。此實施例能夠有效利用50°C至70°C的低溫餘熱，傳統上，此溫度位的餘熱比較難 利用，從而體現了較好的節能性，並且此裝置結構比較簡單。
權利要求
一種半滲透膜式吸收式製冷系統，包括高壓罐、節流元件、低壓罐，所述的高壓罐包括高壓罐體、發生器、加熱盤管、冷凝盤管、冷凝器，發生器、加熱盤管、冷凝盤管、冷凝器封裝在高壓罐體內，加熱盤管在發生器內，發生器位於高壓罐體的底部，冷凝盤管在冷凝器內，冷凝器位於高壓罐體頂部；所述低壓罐包括低壓罐體、蒸發盤管、蒸發器、冷卻盤管、吸收器、循環泵，蒸發盤管、蒸發器、冷卻盤管、吸收器封裝在低壓罐體內，蒸發盤管位於蒸發器內，蒸發器位於低壓罐體的頂部，冷卻盤管位於吸收器內，吸收器位於低壓罐體底部，循環泵安裝在低壓罐體外，進口與低壓罐體內的蒸發器下端相連，循環泵出口與位於低壓罐體內的蒸發器上端的噴淋裝置相連；所述的節流元件安裝在高壓罐體與低壓罐體之間，高壓罐體內的冷凝器下端引出一根管線與節流元件的入口相連，節流元件出口的管線穿過低壓罐體的頂部，在蒸發器的上方；其特徵在於所述的高壓罐、低壓罐之間設有反滲透裝置和溶液泵，所述的反滲透裝置包括濃溶液箱、製冷劑箱、濃溶液箱與製冷劑箱之間的半滲透膜、濃溶液箱一側的密封加壓裝置；所述製冷劑箱與高壓罐內的發生器相連，將分離後的製冷劑輸入發生器；所述的濃溶液箱與低壓罐內的吸收器相連，將濃縮後的吸收劑輸入吸收器；所述的溶液泵入口與低壓罐體底部的吸收器相連，出口與反滲透裝置的濃溶液箱相連，將吸收了製冷劑的吸收劑輸入濃溶液箱。
2.根據權利要求1所述的半滲透膜式吸收式製冷系統，其特徵在於所述的濃溶液箱 內設有擋板，將濃溶液箱分為兩部分，溶液泵出口位於與半滲透膜相連一側，與低壓罐體相 連的管道位於另一側。
3.根據權利要求1所述的半滲透膜式吸收式製冷系統，其特徵在於，所述密封加壓裝 置包括活塞導軌、砝碼、活塞、密封圈，砝碼位於活塞導軌上，活塞在活塞導軌上滑動，活塞 與活塞導軌設有密封圈。
4.根據權利要求1所述的半滲透膜式吸收式製冷系統，其特徵在於所述的半滲透膜 式吸收式製冷系統設有一反洗裝置，所述的反洗裝置包括在低壓罐體底部與溶液泵進口之 間的管道設置第一電磁閥，製冷劑箱底設置另一根管道通過第二電磁閥與溶液泵進口相 連。
全文摘要
本發明公開了一種半滲透膜式吸收式製冷系統，包括高壓罐、節流元件、低壓罐，所述的高壓罐、低壓罐之間設有反滲透裝置和溶液泵，反滲透裝置包括濃溶液箱、製冷劑箱、濃溶液箱與製冷劑箱之間的半滲透膜、濃溶液箱一側的密封加壓裝置；製冷劑箱與高壓罐內的發生器相連，濃溶液箱與低壓罐內的吸收器相連；溶液泵入口與低壓罐體底部的吸收器相連，出口與反滲透裝置的濃溶液箱相連。本發明工質適應性更好，能夠有效避免原有吸收式製冷系統中普遍存在的腐蝕、結晶或毒性等問題，拓展了工質對的選擇範圍，本發明能利用更低品位的低溫餘熱廢熱，且具有較顯著的節能性。
文檔編號F25B15/00GK101943501SQ20101029266
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月26日 優先權日2010年9月26日
發明者喬曉剛, 仇宇, 徐英傑, 閔旭偉, 陳光明, 韓曉紅, 高贊軍 申請人:浙江大學