專利名稱：膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制冷技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b置。
背景技術(shù)：
吸收式制冷技術(shù)的快速發(fā)展與當(dāng)前對于能源與環(huán)保問題的研究密不可分， 現(xiàn)有的研究熱點有兩個方向，第一是低品位熱源(如'太陽能或廢熱)驅(qū)動熱 源的吸收式制冷技術(shù)，這類技術(shù)都是在兩級吸收循環(huán)的基礎(chǔ)上對流程做一些改 進(jìn)來提高系統(tǒng)的制冷效率；第二是高效吸收式制冷技術(shù)，主要研究多效吸收式 制冷循環(huán)，研究噴射、吸附、增壓與吸收式復(fù)合制冷循環(huán)，以及吸收式制冷循 環(huán)工質(zhì)的研究，吸收式制冷循環(huán)的回?zé)岷蛡鳠醾髻|(zhì)強(qiáng)化研究，這些研究都是建 立在傳統(tǒng)的單效吸收式制冷循環(huán)的基礎(chǔ)上。
傳統(tǒng)的單效吸收式制冷理論循環(huán)是由等壓冷卻吸收、等壓加熱發(fā)生和等濃 度回?zé)徇^程組成，其中回?zé)徇^程由熱交換器來實現(xiàn)。這使得發(fā)生溫度較高，因 而對于溫度低于85X:的低品位熱源只有通過兩級吸收才能實現(xiàn)制冷，而多效機(jī) 的高壓發(fā)生器會要求較高的發(fā)生溫度，從而帶來了高溫溶液腐蝕，高溫溶液表 面活性劑及緩蝕劑失效和高壓壓力控制等問題，這些問題是三效機(jī)商品化的主 要障礙。
為了解決這些問題，近年來，更為先進(jìn)的膜分離技術(shù)已有了長足的發(fā)展， 其中一些膜分離技術(shù)已商品化。膜蒸餾(MD , Membrane Distillation)技術(shù)
就是其中的一種，它拋開其"分離"的功能，本質(zhì)就是一種溶液中易揮發(fā)成分
在膜疏水表面汽化，并穿過膜孔在膜的另一側(cè)冷凝的傳質(zhì)傳熱技術(shù)，傳質(zhì)的驅(qū)
動力就是膜兩側(cè)溶液的飽和蒸汽壓差。
對于現(xiàn)有技術(shù)的檢索，膜分離技術(shù)在吸收式制冷機(jī)上的應(yīng)用已出現(xiàn)了一些
專利。如王京華的"膜法分離吸收式制冷技術(shù)"，中國專利ZL02140485.2;宮 良明男的"膜分離裝置及利用膜分離的吸收式制冷機(jī)"，日本特開2003-144855; 宣伯民的"膜分離濃縮溶液的溴化鋰吸收式制冷機(jī)"，中國專利 ZL200510048937. 7。這些專利都是把膜分離裝置簡單應(yīng)用到吸收式制冷循環(huán)中， 取代原系統(tǒng)中的發(fā)生器，其中前者用的是膜蒸餾技術(shù)，以熱源驅(qū)動，后兩者采 用的是滲透膜技術(shù)，以電力驅(qū)動，滲透壓力將大于300kgf/cm2， 一般采用多級 滲透以降低滲透壓力，但同時也使系統(tǒng)復(fù)雜化。不難看出這一方案不適應(yīng)吸收 式制冷技術(shù)在余熱利用發(fā)展的方向。膜蒸餾的驅(qū)動力是溶液中被分離組分在膜 兩側(cè)的蒸汽壓力差。對于溴化鋰吸收式制冷機(jī)，發(fā)生器中只有單組分物質(zhì)被蒸 發(fā)，在膜冷側(cè)蒸汽壓力(取決于冷卻水溫度，對于雙效循環(huán)取決于低壓發(fā)生器 工作溫度)不變得情況下，采用膜蒸餾由于存在膜兩側(cè)的蒸汽壓力差只會提高 發(fā)生器的發(fā)生壓力和溫度。第一個專利的應(yīng)用盡管會使發(fā)生表面積增大，但膜 兩側(cè)的蒸汽壓力差也會增大，這有可能降低溴化鋰吸收式制冷機(jī)組的熱力性能。 盡管如此，這些專利的提出開鑿了膜技術(shù)在吸收式制冷裝置中應(yīng)用的先河。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b 置。新循環(huán)對驅(qū)動熱源溫度的要求大大降低，可采用傳統(tǒng)吸收式制冷循環(huán)無法 利用的低品位廢熱驅(qū)動，對于低于8(TC的低品位熱源，傳統(tǒng)吸收式制冷循環(huán)需 用兩級吸收才能達(dá)到制冷的目的，而新循環(huán)采用單級單效就能實現(xiàn)。
為了實現(xiàn)上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案
一種膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b置，包括發(fā)生器，冷凝器，節(jié)流裝置，蒸發(fā) 器，冷劑泵，吸收器，溶液泵和溶液熱交換^1，其特征在于所述發(fā)生器和溶 液熱交換器之間設(shè)置一膜蒸餾傳質(zhì)換熱器，膜蒸餾傳質(zhì)在所述膜蒸餾傳質(zhì)換熱 器膜的熱側(cè)和冷側(cè)溶液形成一定的蒸汽壓差，實現(xiàn)回?zé)徇^程，在理想狀態(tài)下， 溶液變濃度的過程為等壓的過程。
在所述發(fā)生器的底部連接一管道，所述管道經(jīng)過所述膜蒸餾傳質(zhì)換熱器和 所述溶液熱交換器之后進(jìn)入到所述吸收器中，在所述吸收器的底部安裝溶液泵， 所述溶液泵上連接一管道經(jīng)過所述膜蒸餾傳質(zhì)換熱器和所述溶液熱交換器之后 連接在所述發(fā)生器的上端。
在所述發(fā)生器的頂部還接有一管道與所述冷凝器相連通，冷凝器的底部接 有一管道和所述蒸發(fā)器的頂部相連通。
所述的節(jié)流裝置安裝在所述冷凝器和所述蒸發(fā)器之間的管道上，所述蒸發(fā) 器的底部安裝冷劑泵。
所述吸收器和蒸發(fā)器之間的頂部通過管道相連通。
在所述發(fā)生器中設(shè)置一個驅(qū)動熱源裝置，用于保持溶液恒溫。
在所述冷凝器中流過冷卻水，用于將發(fā)生器發(fā)生的冷劑蒸汽在冷凝器中冷凝。
所述通過冷劑泵中噴淋噴發(fā)的制冷劑，流動經(jīng)過冷凍水。 所述的膜蒸餾傳質(zhì)換熱器是一個直接接觸式膜蒸餾分離裝置。 本發(fā)明在工作時的原理是所述裝置對于單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)時， 從發(fā)生器出來的濃溶液依次流經(jīng)膜蒸餾傳質(zhì)換熱器和溶液熱交換器，經(jīng)過濃縮 和降溫，然后進(jìn)入吸收器，濃溶液經(jīng)過噴淋吸收從蒸發(fā)器過來的水蒸汽，變成 稀溶液，被吸收器底部的溶液泵吸取，依次通過溶液熱交換器和膜蒸餾傳質(zhì)換熱器，進(jìn)行稀釋和升溫，然后泵入發(fā)生器。
所述裝置對于單效氨吸收式制冷循環(huán)時，從發(fā)生器出來的稀溶液依次流經(jīng) 膜蒸餾傳質(zhì)換熱器和溶液熱交換器，經(jīng)過稀釋和降溫，然后進(jìn)入吸收器，稀溶 液經(jīng)過噴淋吸收從蒸發(fā)器過來的氨蒸汽，變成濃溶液，被溶液泵吸取，經(jīng)過溶 液熱交換器和膜蒸餾傳質(zhì)換熱器后，進(jìn)行濃縮和升溫，然后泵入發(fā)生器。發(fā)生 器中發(fā)生的冷劑蒸汽在冷凝器中冷凝，通過節(jié)流裝置進(jìn)入蒸發(fā)器噴淋，冷劑泵 使蒸發(fā)器中的制冷劑循環(huán)噴淋蒸發(fā)。
本發(fā)明將膜蒸餾技術(shù)引入到單效吸收式制冷循環(huán)的回?zé)徇^程中，在理想情 況下(飽和蒸汽壓差為零，類似于零溫差傳熱，無通過膜的固體導(dǎo)熱)，回?zé)徇^
程為溶液變濃度的等溫過程。在圖2、圖3中，從氨水溶液的logP-1/T圖和溴 化鋰水溶液的迪林圖來看，傳統(tǒng)的單效吸收式制冷循環(huán)是一個近似于平行四邊 形的循環(huán)，而本裝置中提出的新循環(huán)是一個矩形的循環(huán)，兩者相比不難得知， 新循環(huán)的發(fā)生過程向低溫區(qū)移動。在新循環(huán)中冷劑蒸汽發(fā)生起始溫度等于吸收 終止溫度，發(fā)生終止溫度等于吸收起始溫度。而吸收終止溫度僅略高于吸收器 冷卻水溫度5-8匸，如果冷卻水溫度為32°C，則在理想情況下，發(fā)生器可在40 "C左右的溫度下就可以開始工作，這對于低^位熱能的利用具有重要意義。 本發(fā)明產(chǎn)生的新循環(huán)具有如下優(yōu)點
1) 對驅(qū)動熱源溫度的要求大大降低。可以利用傳統(tǒng)吸收式制冷循環(huán)無法利 用的低品位廢熱。
2) 制冷系數(shù)大大提高。對于低于80'C的低品位熱源，傳統(tǒng)吸收式制冷循環(huán) 需用兩級吸收才能達(dá)到制冷的目的，而新循環(huán)采用單級單效就能實現(xiàn)?，F(xiàn)有的 溴化鋰吸收式制冷機(jī)，在驅(qū)動熱源溫度不變的情況下，并聯(lián)或串聯(lián)一路或多路 新循環(huán)后，單效可改為雙效，雙效可改為三效，n效可改為n+l效。
3)吸收式制冷設(shè)備將得到簡化，制造工藝性得到提高。傳統(tǒng)的兩級吸收制 冷循環(huán)可由單級單效新循環(huán)取代，氨吸收制冷新循環(huán)，由于發(fā)生濃度大大提高， 可省去傳統(tǒng)循環(huán)常用的精餾裝置。
圖l為本發(fā)明工作原理示意圖。
圖2為傳統(tǒng)單效吸收式制冷溶液循環(huán)示意圖。
圖3為本發(fā)明膜蒸餾傳質(zhì)回?zé)釂涡帐街评淙芤貉h(huán)示意圖。
圖4為本發(fā)明熱單效吸收式制冷溶液循環(huán)示意圖。
圖5為本發(fā)明單效吸收式制冷溶液循環(huán)示意圖。
具體實施例方式
為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖和實施例作進(jìn)一步的詳 細(xì)描述。
如圖l所示， 一種膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b置，由發(fā)生器l，冷凝器2，節(jié) 流裝置3，蒸發(fā)器4，冷劑泵5，吸收器6，溶液泵7和溶液熱交換器8構(gòu)成， 在發(fā)生器1和溶液熱交換器8之間安裝膜蒸餾傳質(zhì)換熱器9，膜蒸餾傳質(zhì)交換器 9和發(fā)生器1、溶液熱交換器8之間通過管道相連通。發(fā)生器1的底部密封安裝 管道，管道經(jīng)過膜蒸餾傳質(zhì)換熱器和溶液熱交換器后，端頭安裝在吸收器6的 內(nèi)部，在吸收器6的底部安裝溶液泵7，溶液泵7上安裝回路管道，溶液泵7將 吸收器6中的溶液流經(jīng)膜蒸餾傳質(zhì)換熱器和溶液熱交換器重新回到發(fā)生器1內(nèi)。 發(fā)生器1的頂部還安裝一管道和冷凝器2之間相連通，冷凝器2的底部接有管 道和蒸發(fā)器4的頂部相連通。節(jié)流裝置3安裝在冷凝器2和蒸發(fā)器4之間的管
道上，蒸發(fā)器4的底部安裝冷劑泵5。
在發(fā)生器1的中間安裝上驅(qū)動熱源裝置，冷凝器2中流過冷卻水，通過冷 劑泵5中噴淋噴發(fā)的制冷劑，流動經(jīng)過冷凍水，冷卻水和冷凍水通過管道和外 部的設(shè)備相連接。
在圖1中為了完成單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)從發(fā)生器1出來的濃溶液 依次流經(jīng)膜蒸餾傳質(zhì)換熱器9和溶液熱交換器8，經(jīng)過濃縮、降溫，然后進(jìn)入吸 收器，濃溶液噴淋吸收從蒸發(fā)器4過來的水蒸汽，變成稀溶液。溶液泵7從吸 收器吸取稀溶液后，通過溶液熱交換器8和膜蒸餾傳質(zhì)換熱器9，進(jìn)行稀釋、升 溫，然后泵入發(fā)生器l。
在圖1中為了完成單效氨吸收式制冷循環(huán)從發(fā)生器1出來的稀溶液依次 流經(jīng)溶液膜蒸餾傳質(zhì)換熱器9和溶液熱交換器8，經(jīng)過稀釋、降溫，然后進(jìn)入吸 收器，稀溶液噴淋吸收從蒸發(fā)器4過來的氨蒸汽，變成濃溶液。溶液泵7從吸 收器吸取濃溶液，通過溶液熱交換器8和溶液膜蒸餾傳質(zhì)換熱器9，進(jìn)行濃縮、 升溫，然后泵入發(fā)生器1中，發(fā)生器1中產(chǎn)生的冷劑蒸汽在冷凝器2中冷凝， 通過節(jié)流裝置3進(jìn)入蒸發(fā)器4噴淋，冷劑泵5將蒸發(fā)器4中的制冷劑循環(huán)噴淋
在圖2中，氨水溶液的logP-1/T圖和溴化鋰水溶液的迪林圖來看，傳統(tǒng)的
單效吸收式制冷循環(huán)是一個近似于平行四邊形的循環(huán)。
在圖3中，氨水溶液的logP-1/T圖和溴化鋰水溶液的迪林圖來看，新循環(huán) 是一個矩形的循環(huán)，新循環(huán)的發(fā)生過程向低溫區(qū)移動。
在圖4中，將膜蒸餾傳質(zhì)回?zé)峥闯蔀闊醾?cè)溶液發(fā)生和冷側(cè)溶液吸收的組合， 則膜蒸餾傳質(zhì)回?zé)嵛帐街评溲h(huán)可認(rèn)為是無窮多級單效吸收式制冷循環(huán)。
根據(jù)膜蒸餾傳質(zhì)的機(jī)理，其膜蒸餾傳質(zhì)的驅(qū)動力是膜兩側(cè)溶液的蒸汽壓差，
考慮膜兩側(cè)溶液通過膜的傳熱，膜蒸餾傳質(zhì)回?zé)嵛帐街评溲h(huán)如圖5所示。 圖中A-B和C-D為膜蒸餾傳質(zhì)，B-B'和D-D'為溶液換熱器回?zé)帷?以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè) 的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中 描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還 會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā) 明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求
1.一種膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b置，包括發(fā)生器，冷凝器，節(jié)流裝置，蒸發(fā)器，冷劑泵，吸收器，溶液泵和溶液熱交換器，其特征在于所述發(fā)生器和溶液熱交換器之間設(shè)置一膜蒸餾傳質(zhì)換熱器，膜蒸餾傳質(zhì)在所述膜蒸餾傳質(zhì)換熱器膜的熱側(cè)和冷側(cè)溶液形成一定的蒸汽壓差，實現(xiàn)回?zé)徇^程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b置，其特征在于，在所 述發(fā)生器的底部連接一管道，所述管道經(jīng)過所述膜蒸餾傳質(zhì)換熱器和所述溶液 熱交換器之后進(jìn)入到所述吸收器中，在所述吸收器的底部安裝溶液泵，所述溶 液泵上連接一管道經(jīng)過所述膜蒸餾傳質(zhì)換熱器和溶液熱交換器之后連接在所述 發(fā)生器的上端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b置，其特征在于，在所 述發(fā)生器的頂部還接有一與冷凝器相連通的管道，所述冷凝器的底部接有一管 道和蒸發(fā)器的頂部相連通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b置，其特征在于，在所述發(fā)生器中設(shè)置一個驅(qū)動熱源裝置用于保持溶液恒溫。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b置，其特征在于所述 冷凝器中流過冷卻水，用于將發(fā)生器發(fā)生的冷劑蒸汽在冷凝器中冷凝。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b置，其特征在于所述 冷劑泵中噴淋噴發(fā)的制冷劑，流動經(jīng)過冷凍水。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b置，其特征在于所述 的膜蒸餾傳質(zhì)換熱器是一個直接接觸式膜蒸餾分離裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種膜蒸餾回?zé)嵛帐街评溲b置，涉及制冷技術(shù)領(lǐng)域，包括發(fā)生器，冷凝器，節(jié)流裝置，蒸發(fā)器，冷劑泵，吸收器，溶液泵和溶液熱交換器，其特征在于所述發(fā)生器和溶液熱交換器之間設(shè)置一膜蒸餾傳質(zhì)換熱器，膜蒸餾傳質(zhì)在膜的熱側(cè)和冷側(cè)溶液形成一定的蒸汽壓差，實現(xiàn)回?zé)徇^程。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是對驅(qū)動熱源溫度的要求大大降低；制冷系數(shù)大大提高；吸收式制冷設(shè)備將得到簡化，制造工藝性得到提高。
文檔編號B01D61/36GK101344342SQ20081003633
公開日2009年1月14日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者吳延嘉, 孫文哲, 丹 曹, 巍 曹, 鄧申江 申請人:上海海事大學(xué)