本發(fā)明屬于熱交換領(lǐng)域，涉及一種吸附式熱變換器及直接生成高溫蒸汽的方法，尤其涉及一種沸石-水吸附式熱變換器及直接生成高溫蒸汽的方法。

背景技術(shù)：

隨著全球工業(yè)化和機(jī)械化推進(jìn)，能源利用量越來越多，而剩余能源也越來越少。諸多行業(yè)不可避免的產(chǎn)生了廢水和廢氣。高溫廢水可以利用換熱器及熱管技術(shù)回收利用，而一些低品位余熱卻很難回收利用。隨霧霾天氣加重，國家對直接排放到大氣中的廢氣中污染物進(jìn)行了嚴(yán)格控制，然而對廢氣的溫度并無具體限制，就此很多廢氣中的高品位余熱便被浪費掉了。我國每年治理廢水、廢氣項目投資金額逐年上升，如果能夠?qū)U水和廢氣重復(fù)利用并再生出有效利用資源，便可以達(dá)到節(jié)約能源和治理資金的雙重效果。

利用吸附式熱變換器制取中高溫蒸汽的研究在近幾年才被提出。Oktariani等人就直接控制蒸汽生成系統(tǒng)作了理論和實驗分析(Potential ofa direct contact adsorption heat pump system for generating steam from waste water.Energy Research,2012,36:1077-108)，發(fā)現(xiàn)利用80℃低品位水與沸石直接接觸可以生成高于150℃的中高溫蒸汽。Xue等人也在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，對多孔吸附劑與低溫水直接接觸進(jìn)行熱交換做了相關(guān)了實驗(Dynamic study ofsteam generation from low-grade waste heat in a zeolite-water adsorption heat pump.Applied Thermal Engineering,2015,88:451-458)，證實了利用低溫水獲得中高溫蒸汽的可行性，并得出了沸石重生過程與蒸汽生成過程的時間聯(lián)系。但目前，在制取中高溫蒸汽的過程中由于蒸汽不能很好的排出，會被上層吸附劑吸附，導(dǎo)致了蒸汽產(chǎn)量不高，換熱效率低下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種吸附式熱變換器，通過在反應(yīng)器內(nèi)部的吸附劑床層內(nèi)加裝一定數(shù)量、適當(dāng)直徑的傳質(zhì)通道，可有效增大蒸汽的透過性，增加蒸汽產(chǎn)量，提高蒸汽的最高溫度，強(qiáng)化吸附劑和吸附質(zhì)間的換熱效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種吸附式熱變換器，包括反應(yīng)器、冷凝器，反應(yīng)器內(nèi)部填充吸附劑床層，吸附劑為沸石，吸附質(zhì)為水；吸附劑床層中設(shè)有傳質(zhì)通道，傳質(zhì)通道貫穿吸附劑床層。

傳質(zhì)通道的數(shù)量大于等于1。

傳質(zhì)通道的蒸汽出口端匯集于吸附劑床層中心位置，傳質(zhì)通道的直徑為反應(yīng)器內(nèi)徑的10-20％。

傳質(zhì)通道的體積占吸附劑床層體積的0.5-5％。

優(yōu)選地，吸附劑為13X型沸石。

一種直接生成高溫蒸汽的方法，上述的吸附式熱變換器。

其中，吸附劑為沸石，吸附質(zhì)為水。

本發(fā)明所述的吸附式熱變換器工作原理如下：沸石與水直接接觸，沸石釋放吸附熱，這部分熱量被水吸收并產(chǎn)生相變生成中高溫蒸汽，通過在沸石床層內(nèi)加裝傳質(zhì)通道，使得生成的蒸汽通過傳質(zhì)通道及時排出反應(yīng)器，提高蒸汽產(chǎn)量和溫度。

本發(fā)明所述的吸附式熱變換器由于在吸附劑床層中加裝了傳質(zhì)通道，大大增加了蒸汽的透過性，使得蒸汽產(chǎn)量和蒸汽的最高溫度得到提高，強(qiáng)化了吸附劑和吸附質(zhì)間的換熱效率。該吸附式熱變換器可廣泛用于回收低品位余熱，減少能源消耗。

附圖說明

圖1為無傳質(zhì)通道的吸附式熱變換器裝置圖。

圖2為本發(fā)明所述一種含單條傳質(zhì)通道的吸附式熱變換器裝置圖。

圖3a、3b分別為本發(fā)明所述含2條傳質(zhì)通道和3條傳質(zhì)通道的反應(yīng)器示意圖。

附圖標(biāo)記：1-恒溫水槽；2-水泵；3-空氣加熱器；4-干燥器；5-空氣壓縮機(jī)；6-沸石；7-反應(yīng)器；8-保溫層；9-冷凝器；10-錐形瓶；11-天秤；12-傳質(zhì)通道；13-熱電偶。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明，但如下實施例僅是用以理解本發(fā)明，而不能限制本申請，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合，本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

本發(fā)明中，模擬設(shè)計了一套簡易的吸附式熱變換器裝置，用于對上述技術(shù)方案進(jìn)行驗證。一種直接生成高溫蒸汽的方法，如圖1所示，反應(yīng)器內(nèi)徑80mm，高115mm，內(nèi)部可充填吸附劑沸石360g，外層保溫絕熱，反應(yīng)器頂部設(shè)有熱電偶用于測量出口蒸汽溫度，恒溫水槽用于提供實驗所需溫度的吸附質(zhì)水，計量泵用于控制進(jìn)水流量，空氣壓縮機(jī)為沸石再生提供壓縮空氣，干燥器用于干燥壓縮空氣，空氣加熱器用于加熱壓縮空氣，所有管路均做保溫絕熱。

實驗開始時標(biāo)定恒溫水槽液位，將加熱后的沸石置入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器密封完畢后，打開進(jìn)水管路，開啟數(shù)據(jù)記錄儀采集出口蒸汽溫度。生成的蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝后由天平直接稱量，每15s讀取一次產(chǎn)生蒸汽的質(zhì)量。待水位到達(dá)沸石層頂部后關(guān)閉進(jìn)水管路。待不再有蒸汽溢出時，關(guān)閉冷凝水管路，打開排水管路，排出反應(yīng)器內(nèi)未被吸附的水，并進(jìn)行稱量記錄。隨后取出濕沸石并稱量記錄。標(biāo)定恒溫水槽最終液位，完成一次實驗。最終通過蒸汽生成量與沸石質(zhì)量的比值A(chǔ)、蒸汽生成時間與總反應(yīng)時間比值B和出口蒸汽溫度T對不同吸附式熱變換器進(jìn)行評價。

對比例

如圖1所示裝置，沸石層內(nèi)無傳質(zhì)通道，采用13X沸石-水作為工質(zhì)對，沸石初始溫度設(shè)置為80℃，恒溫水槽溫度設(shè)置為80℃，沸石床層進(jìn)水速率設(shè)為1.22×10^-4m·s^-1，按照上述試驗方法進(jìn)行試驗，記錄蒸汽生成量與沸石質(zhì)量的比值A(chǔ)、蒸汽生成時間與總反應(yīng)時間比值B和出口蒸汽溫度T。

實施例1

如圖2所示裝置，在反應(yīng)器中增加直徑為8mm的傳質(zhì)通道1條，其他條件保持不變，進(jìn)行實驗測試。

實施例2

將實施例1中傳質(zhì)通道的直徑改為16mm，其他條件保持不變，進(jìn)行實驗測試。

實施例3

如圖3a所示，在反應(yīng)器中增加直徑為8mm的傳質(zhì)通道2條，其他條件保持不變，進(jìn)行實驗測試。

實施例4

如圖3b所示，在反應(yīng)器中增加直徑為8mm的傳質(zhì)通道3條，其他條件保持不變，進(jìn)行實驗測試。

實施例5

將沸石改為活性氧化鋁，其他條件保持同實施例1，進(jìn)行實驗測試。

實施例6

將沸石改為硅膠，其他條件保持同實施例1，進(jìn)行實驗測試。

上述試驗結(jié)果數(shù)據(jù)如下：

表1試驗結(jié)果表

通過上述實驗數(shù)據(jù)對比可以看出，在相同測試條件下，設(shè)有傳質(zhì)通道的吸附式熱變換器其蒸汽生成量與沸石質(zhì)量的比值A(chǔ)較未設(shè)傳質(zhì)通道的吸附式熱變換器要高，說明了傳質(zhì)通道直徑可以增加蒸汽的透過性；蒸汽生成時間與總反應(yīng)時間的比值B增大，說明傳質(zhì)通道使得蒸汽生成時間延長；當(dāng)傳質(zhì)通道單一且直徑較小時，出口蒸汽溫度升高，說明適當(dāng)小直徑傳質(zhì)通道情況下，沸石和水之間的換熱效率得到提高，而當(dāng)傳質(zhì)通道直徑變大或相同直徑傳質(zhì)通道數(shù)量變多時，沸石所占體積比例過少，導(dǎo)致?lián)Q熱率降低。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明可以有各種更改和變換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。