一种逆电渗析-吸收制冷深度耦合式余热转换利用方法及装置制造方法及图纸

一种逆电渗析

【技术实现步骤摘要】
一种逆电渗析
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吸收制冷深度耦合式余热转换利用方法及装置


[0001]本专利技术属于制冷空调领域，涉及一种逆电渗析
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吸收制冷深度耦合式余热转换利用方法及装置。

技术介绍

[0002]目前世界能源与环境问题日益突出，对于工业废热和可再生能源的利用研究具有重要意义，现今传统化石燃料依旧是发电的主要能源，导致大量二氧化碳被排放至环境中。工业废热和可再生能源因其具有减少CO2排放的潜力而被视为发电的替代能源。在实际工业生产中约有三分之一的能源作为废热被浪费，其中63％的废热温度低于100℃。而当前废热动力转换方法，例如有机朗肯循环方法，要求热源温度在150℃以上，因而无法直接利用这些低品位热能。而利用低品位热能直接发电技术—溶液浓差“热
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电”转换技术能够克服常规“热
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功”转换技术的缺陷，结合溶液热分离技术和逆向电渗析(Reverse Electrodialysis，RED)电池技术，将低品位热能转换为浓稀溶液化学势能，然后通过RED电堆将溶液化学势能转化为电能。
[0003]吸收式制冷系统(Absorption Refrigeration System，ARS)以低品位热能作为驱动力，是一种重要的工业余热回收利用装置。ARS通过发生器中浓溶液的再生与吸收器中浓溶液吸收冷剂蒸汽的过程使冷剂不断循环，冷剂在冷凝器中相变放热，在蒸发器中相变吸热制取冷量。吸收式制冷机的使用受季节性影响，限制了其对低品位热能的连续利用，此外长期停机容易导致机组内部零部件的老化，对机组寿命产生影响。
[0004]由于ARS运行中在低品位热源驱动下系统存在三股不同浓度的工作溶液(溶液回路和制冷剂回路的浓溶液、稀溶液、冷剂水)不断循环与再生，如果将ARS和RED系统进行深度耦合，通过将吸收式制冷机的发生器或吸收器与逆电渗析盐差能发电技术结合，借助ARS中的两股不同浓度工作溶液通入RED电堆，将工作溶液之间的化学势能转化为电能，既可以输送给ARS配备的上述用电设备，实现ARS的“脱电”运行；也可以在无冷量需求时保持机组不完全停机，且有能力对外供电。这有利于对工业余热等低品位热能的持续回收转换利用，提高低品位热能的利用率及拓展ARS装置的可应用范围。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提出一种完全由低品位热能驱动的，借助吸收式制冷系统中工作溶液的循环工作与状态转变，从而实现将低品位热能持续转换为冷量和电能的方法。其基本技术原理是，其一基于余热吸收式制冷方法，将低品位热能转换为冷量。发生器中的溶液被加热解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽经冷凝器冷却冷凝为饱和液，节流后进入蒸发器吸热蒸发，制取冷量。冷剂蒸汽进入吸收器被来自发生器的浓溶液吸收，浓溶液成为稀溶液再次回到发生器，在热源加热下再生为浓溶液和冷剂蒸汽。其二，基于逆电渗析盐差能发电方法，首先将发生器出口浓度溶液或吸收器出口浓度溶液与冷凝器出口稀溶液
(冷剂)之间的化学势能转换为电池堆两端的电势差；而后通过电极液在电池堆两端的阴、阳电极之间循环流动，分别在阳极发生氧化反应失去电子，在阴极发生还原反应获得电子，电子通过外电路由阳极流向阴极而产生外电流；继而为吸收式制冷机组提供电能或是对外供应电力。失去部分化学势能的浓、稀溶液流出电池堆后成为中间溶液被回收，在低品位热能驱动下再生为浓溶液和稀溶液，完成发电的一个循环。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]一种逆电渗析
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吸收制冷深度耦合式余热转换利用装置，主要部件包括发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液热交换器、RED电堆、两个吸收液泵(吸收液泵一、吸收液泵二)、冷剂泵、浓溶液泵、稀溶液泵、废液泵、电极液循环泵、浓溶液储罐、稀溶液储罐、废液回收储罐、储电器、溶液切换阀、三个节流装置(节流装置一、节流装置二、节流装置三)、抽气装置和主机控制系统，通过低品位热能驱动实现“热
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冷”与“热
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电”转换。所述的装置是一种低品位热能驱动直接发电供电的吸收式制冷系统，通过低品位热能驱动实现“热
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冷”与“热
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电”转换；该系统包括三个子系统：吸收式制冷系统(Absorption Refrigeration System，ARS)子系统，热子系统和逆电渗析(Reverse Electrodialysis，RED)子系统。
[0008]所述的ARS子系统由发生器1、冷凝器2、吸收液泵一3、溶液热交换器4、吸收液泵二5、吸收器6、冷剂泵7、蒸发器8、节流装置一9和节流装置三27组成。所述的热子系统由发生器1、吸收器6、稀溶液储罐12、浓溶液储罐13、废液回收储罐14、稀溶液泵15、浓溶液泵16、废液泵17、溶液切换阀23和节流装置二26构成，各设备通过管路相连接。所述的RED子系统主要由阳电极19，阴电极20，交错排布的阳离子交换膜21、阴离子交换膜22，端板24，以及由端板24、阳电极19、阴电极20、2片阳离子交换膜21所隔出的阳极室和阴极室，交错排布的阴离子交换膜22、阳离子交换膜21所隔出的交错排布的稀、浓溶液室构成。所述的ARS子系统和RED子系统共用冷凝器2，外界输入热源热量用于驱动ARS子系统和RED子系统。具体的：
[0009]所述的发生器1通过管路与冷凝器2连通，发生器1内预先放置低浓度溶液，发生器1通过管路与溶液热交换器4连通，该管路上设有吸收液泵二5，溶液热交换器4分别与吸收器6、浓溶液储罐13连通，溶液热交换器4与吸收器6连接的管路上设有节流装置三27，吸收器6与蒸发器8通过管路连通；吸收器6底部通过管路与溶液热交换器4连通，该管路上设有吸收液泵一3。抽气装置10通过管路与吸收器6、吸收器6的出液口相连接。所述的冷凝器2通过管路与蒸发器8、稀溶液储罐12连通，冷凝器2与蒸发器8连通的管路上设有节流装置一9。所述蒸发器8内部上方设有喷淋装置，蒸发器8底部开口通过管路与其内部的喷淋装置连通，该管路上设有冷剂泵7，冷剂泵7将蒸发器8中的冷剂泵入喷淋装置。
[0010]所述浓溶液储罐13和稀溶液储罐12之间设有溶液切换阀23。所述浓溶液储罐13和稀溶液储罐12的底部出口分别和RED子系统的浓溶液室和稀溶液室的进液口相连接，浓、稀溶液分别在浓溶液泵16和稀溶液泵15的驱动下泵入RED子系统的各浓溶液室和稀溶液室。
[0011]RED子系统的出液口通过管路合并为一路与废液回收储罐14的进液口相连接。废液回收储罐14出液口与发生器1进液口相连接，连接管路上设有废液泵17和节流装置二26。在电极液循环泵25的驱动下，电极液在阳电极19和阴电极20之间循环流动。
[0012]进一步的，所述的RED子系统还可以设置储电器，当吸收式制冷机停机时RED子系统可继续工作，储电器18可将RED子系统产生的直流电进行存储。吸收液泵一3、吸收液泵二5、冷剂泵7、抽气装置10、主机控制系统11、稀溶液泵15、浓溶液泵16、废本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种逆电渗析
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吸收制冷深度耦合式余热转换利用装置，其特征在于，所述的装置是一种低品位热能驱动直接发电供电的吸收式制冷系统，通过低品位热能驱动实现“热
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冷”与“热
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电”转换；该系统包括三个子系统：吸收式制冷系统ARS子系统，热子系统和逆电渗析RED子系统；所述的热子系统由发生器(1)、吸收器(6)、稀溶液储罐(12)、浓溶液储罐(13)、废液回收储罐(14)、稀溶液泵(15)、浓溶液泵(16)、废液泵(17)、溶液切换阀(23)和节流装置二(26)构成，各设备通过管路相连接；所述的ARS子系统由发生器(1)、冷凝器(2)、吸收液泵一(3)、溶液热交换器(4)、吸收液泵二(5)、吸收器(6)、冷剂泵(7)、蒸发器(8)、节流装置一(9)和节流装置三(27)组成；所述的RED子系统主要由阳电极(19)，阴电极(20)，交错排布的阳离子交换膜(21)、阴离子交换膜(22)，端板(24)，以及由端板(24)、阳电极(19)、阴电极(20)、两片阳离子交换膜(21)所隔出的阳极室和阴极室，交错排布的阴离子交换膜(22)、阳离子交换膜(21)所隔出的交错排布的稀、浓溶液室构成；所述的ARS子系统和RED子系统共用冷凝器(2)，外界输入热源热量用于驱动ARS子系统和RED子系统。2.根据权利要求1所述的一种逆电渗析
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吸收制冷深度耦合式余热转换利用装置，其特征在于：所述的发生器(1)通过管路与冷凝器(2)连通，发生器(1)内预先放置低浓度溶液，发生器(1)通过管路与溶液热交换器(4)连通，该管路上设有吸收液泵二(5)，溶液热交换器(4)分别与吸收器(6)、浓溶液储罐(13)连通，溶液热交换器(4)与吸收器(6)连接的管路上设有节流装置三(27)，吸收器(6)与蒸发器(8)通过管路连通；吸收器(6)底部通过管路与溶液热交换器(4)连通，该管路上设有吸收液泵一(3)；抽气装置(10)通过管路与吸收器(6)、吸收器(6)的出液口相连接；所述的冷凝器(2)通过管路与蒸发器(8)、稀溶液储罐(12)连通，冷凝器(2)与蒸发器(8)连通的管路上设有节流装置一(9)；所述蒸发器(8)内部上方设有喷淋装置，蒸发器(8)底部开口通过管路与其内部的喷淋装置连通，该管路上设有冷剂泵(7)，冷剂泵(7)将蒸发器(8)中的冷剂泵入喷淋装置；所述浓溶液储罐(13)和稀溶液储罐(12)之间设有溶液切换阀(23)，浓溶液储罐(13)和稀溶液储罐(12)的底部出口分别和RED子系统的浓溶液室和稀溶液室的进液口相连接，浓、稀溶液分别在浓溶液泵(16)和稀溶液泵(15)的驱动下泵入RED子系统的各浓溶液室和稀溶液室；RED子系统的出液口通过管路合并为一路与废液回收储罐(14)的进液口相连接；废液回收储罐(14)出液口与发生器(1)进液口相连接，连接管路上设有废液泵(17)和节流装置二(26)；在电极液循环泵(25)的驱动下，电极液在阳电极(19)和阴电极(20)之间循环流动。3.根据权利要求1所述的一种逆电渗析
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吸收制冷深度耦合式余热转换利用装置，其特征在于，所述的RED子系统还可以设置储电器(18)，当吸收式制冷机停机时RED子系统可继续工作，储电器(18)可将RED子系统产生的直流电进行存储；所述的吸收液泵一(3)、吸收液泵二(5)、冷剂泵(7)、抽气装置(10)、主机控制系统(11)、稀溶液泵(15)、浓溶液泵(16)、废液泵(17)和电极液循环泵(25)通过导线与储电器(18)并联连接，均通过RED产生的电能驱动运行。4.根据权利要求1所述的一种逆电渗析
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吸收制冷深度耦合式余热转换利用装置，其特征在于，所述发生器(1)、冷凝器(2)、吸收器(6)和蒸发器(8)内均设有换热管簇；冷却水从
吸收器换热管簇进口流入，从冷凝器换热管簇出口流出；冷冻水经蒸发器换热管簇向冷剂放出热量后流出。5.一种逆电渗析
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吸收制冷深度耦合式余热转换利用方法，其特征在于，基于权利要求1
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4任一所述的装置实现，所述方法完全由低品位热能驱动的，借助吸收式制冷系统中工作溶液的循环工作与状态转变，从而实现将低品位热能持续转换为冷量和电能的方法；首先将低品位热能转换为冷量，发生器中的溶液被加热解析出冷剂蒸汽，冷剂蒸汽经冷凝器冷却冷凝为饱和液，节流后进入蒸发器吸热蒸发，制取冷量；冷剂蒸汽进入吸收器被来自发生器的浓溶液吸收，浓溶液成为稀溶液再次回到发生器，在热源加热下再生为浓溶液和冷剂蒸汽；最后将发生器出口浓度溶液或吸收器出口浓度溶液与冷凝器出口稀溶液(冷剂)之间的化学势能转换为电池堆两端的电势差；电极液在电池堆两端的阴、阳电极之间循环流动，分别在阳极发生氧化反应失去电子，在阴极发生还原反应获得电子，电子通过外电路由阳极流向阴极而产生外电流，为负载吸收式制冷机提供电能；失去部分化学势能的浓、稀溶液流出电池堆后成为中间溶液被回收，在低品位热能驱动下再生为浓溶液和稀溶液，完成发电的一个循环。6.根据权利要求5所述的一种逆电渗析
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吸收制冷深度耦合式余热转换利用方法，其特征在于，所述的方法具体运行过程如下：其一，ARS子系统在RED子系统产生的电能的驱动下将低品位热能转化为冷量；在ARS回路中，外界热源进入发生器(1)加热中间浓度溶液使部分低沸点组分蒸发逸出，此即冷剂，从发生器(1)逸出的气态组分中不含有吸收剂，全部为纯净的制冷剂，从发生器(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴曦，闫琳婧，徐士鸣，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：