吸收溶液循环系统及方法

摘要

本发明关于一种吸收溶液循环系统及方法。所述的吸收溶液由吸收剂和工质组成，该吸收溶液循环系统包括：发生器和吸收器，该系统还包括：离子交换柱，用于对所述吸收溶液进行阳离子交换，并将离子交换后的吸收溶液输送至发生器或者吸收器。该方法包括：在发生器中加热吸收溶液并形成工质蒸汽，该工质蒸汽被吸收器内的吸收溶液所吸收并释放吸收热；将吸收器内的吸收溶液输出并与离子交换树脂进行阳离子交换；将发生器内的吸收溶液输出并与离子交换树脂进行阳离子交换。本发明的吸收溶液循环系统及方法在满足向外供热的情况下，降低了吸收溶液在发生器和吸收器之间进行循环的能耗，同时降低发生器吸收溶液中吸湿性较强的吸收剂的浓度。

权利要求

1.一种吸收溶液循环系统，所述的吸收溶液由吸收剂和工质组成，该吸收溶液循环系统包括：发生器和吸收器，其特征在于，所述的吸收剂包括两种阳离子；该系统还包括：包含离子交换树脂的离子交换柱，分别连接吸收器和发生器，用于对所述吸收溶液进行阳离子交换，并将交换后的吸收溶液输送至发生器或者吸收器。

2.根据权利要求1所述的吸收溶液循环系统，其特征在于，该系统还包括：吸收溶液储罐，分别连接于发生器和离子交换柱。

3.根据权利要求1所述的吸收溶液循环系统，其特征在于所述的离子交换树脂为阳离子交换树脂。

4.根据权利要求1所述的吸收溶液循环系统，其特征在于所述的吸收剂包括：氯化钙、溴化钙、硝酸钙、氯化锌、溴化锌、硝酸锌、氯化镁、溴化镁和硝酸镁的其中之一；以及氯化钾、溴化钾、硝酸钾、氯化钠、溴化钠、硝酸钠、氯化氢、溴化氢和硝酸的其中之一。

5.根据权利要求1-4任一项所述的吸收溶液循环系统，其特征在于所述的吸收器内设有用于冷却吸收溶液的换热器。

6.一种吸收溶液循环方法，所述的吸收溶液由吸收剂和工质组成，其特征在于，所述的吸收剂中含有第一阳离子和第二阳离子，该方法采用权利要求1-5任一项所述的吸收溶液循环系统，其包括以下步骤：步骤1：在发生器中加热吸收溶液形成工质蒸汽，该工质蒸汽进入吸收器内，被吸收器内的吸收溶液所吸收并释放吸收热，当发生器内的第一阳离子的浓度大于第一浓度阈值后和/或吸收器内的第二阳离子浓度小于第二浓度阈值后，停止加热发生器中的吸收溶液；

步骤2：将步骤1得到的吸收器内的吸收溶液输出并与离子交换树脂进行阳离子交换，该离子交换树脂含有第一阳离子，所述吸收溶液中的第二阳离子与离子交换树脂上的第一阳离子进行阳离子交换；

步骤3：将步骤1得到的发生器内的吸收溶液与步骤2得到的离子交换树脂进行阳离子交换，使发生器的吸收溶液中的第一阳离子与该离子交换树脂上的第二阳离子进行阳离子交换。

7.根据权利要求6所述的吸收溶液循环方法，其特征在于在步骤1中，停止加热发生器后清空发生器，将发生器得到的吸收溶液移出。

8.根据权利要求7所述的吸收溶液循环方法，其特征在于将步骤2中经过阳离子交换的吸收溶液输送至清空后的发生器内。

9.根据权利要求6所述的吸收溶液循环方法，其特征在于将步骤3中经过阳离子交换的吸收溶液输送至吸收器内。

10.根据权利要求6-9任一项所述的吸收溶液循环方法，其特征在于所述的第一阳离子为钾离子、钠离子或者氢离子；所述的第二阳离子为钙离子、锌离子或镁离子。

11.根据权利10所述的吸收溶液循环方法，其特征在于在步骤1结束后，先将吸收器内的吸收溶液进行冷却结晶，得到结晶后吸收溶液和吸收剂结晶，上述结晶后吸收溶液作为吸收器内的吸收溶液进行阳离子交换。

说明书

吸收溶液循环系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种热能工程领域的溶液循环技术，特别涉及一种可应用于吸收式热泵循环的吸收溶液循环系统以及循环方法。

背景技术

[0002] 请参阅图1所示，现有的吸收式热泵循环系统，利用吸收溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，在另一条件下又能强烈地吸收低沸点组分蒸气这一特性完成热泵循环。目前吸收式制冷机中多采用二组分溶液作为吸收溶液，习惯上称低沸点组分为工质，高沸点组分为吸收剂，二者组成工质对，一般采用水-溴化锂工质对。现有的吸收式热泵循环系统主要包括：内设换热器110的发生器101、内设换热器120的冷凝器102、内设换热器130的蒸发器103和内设换热器140的吸收器104，另外还有作为辅助设备的吸收溶液泵以及节流器(图中未示)等。发生器101和冷凝器102通过蒸气通路109相连，蒸发器103和吸收器104通过蒸气通路108相连。吸收溶液通过吸收溶液管道106和105在发生器101和吸收器104之间进行循环。

[0003] 现有的吸收式热泵循环的工作过程包括：(1)利用驱动热源(如蒸汽、热水及燃烧烟气等)在发生器101中加热从吸收器104输送来的具有一定浓度的溴化锂溶液，以使溴化锂溶液中的水蒸发出来，形成的浓溴化锂溶液循环到吸收器104中。(2)水蒸气通过蒸气通路109进入冷凝器102中，又被换热器120中的冷却工质冷凝成冷凝水。(3)该冷凝水经冷凝水管道107进入蒸发器103中，吸收换热器130中工质的热量而成为低压水蒸气，换热器130中的工质的热量被吸收后温度降低，从而成为该吸收式热泵循环系统对外输出的冷量。(4)上述的低压水蒸气通过蒸气通路108进入发生器104，被来自发生器101中的浓溴化锂溶液吸收并产生吸收热，同时溴化锂溶液的浓度降低，所述的吸收热由换热器140中的冷却工质带走，低浓度的溴化锂溶液循环至发生器101中。

[0004] 上述的现有的热泵循环系统也可以通过吸收器向外提供热量，从而构成供热系统。

[0005] 对于吸收式热泵循环，吸收器的溴化锂浓度越高，则其向外输出热量的温度即品位就越高，在另一方面，发生器的溴化锂浓度越低，则其所需外部驱动热源的温度即品位就越低。可是，以上所述的现有的吸收式热泵循环系统，由于其吸收器的溴化锂浓度总是低于其发生器的溴化锂浓度，所以当通过提高其吸收器的溴化锂浓度以提高温升(吸收器的吸收温度和蒸发器的蒸发温度之差)或向外输出热量的品位时，必定造成其发生器溴化锂浓度的增大。而为了实现在发生器101对高浓度的溴化锂溶液进行浓缩，就必须通过换热器110对溴化锂溶液投入高品位的外部驱动热源，这不仅限制了其性能系数和温升的提高，还限制了低温余热的有效利用。

发明内容

[0006] 本发明的主要目的在于克服现有吸收式热泵循环系统存在的问题，而提供一种吸收溶液循环系统及方法，所要解决的技术问题是降低吸收溶液在发生器和吸收器之间进行循环的能耗，同时降低发生器吸收溶液中吸湿性较强的吸收剂的浓度。

[0007] 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种吸收溶液循环系统，所述的吸收溶液由吸收剂和工质组成，该吸收溶液循环系统包括：发生器和吸收器，该系统还包括：离子交换柱，用于所述吸收溶液进行阳离子交换，并将交换后的吸收溶液输送至发生器或者吸收器。

[0008] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

[0009] 优选的，前述的吸收溶液循环系统还包括：吸收溶液储罐，连接于发生器。

[0010] 优选的，前述的吸收溶液循环系统，所述的吸收溶液的吸收剂包括：氯化钙、溴化钙、硝酸钙、氯化锌、溴化锌、硝酸锌、氯化镁、溴化镁或硝酸镁等吸湿性较强的化合物；以及氯化钾、溴化钾、硝酸钾、氯化钠、溴化钠、硝酸钠、氯化氢、溴化氢或硝酸等吸湿性较弱的化合物。

[0011] 优选的，前述的吸收溶液循环系统，所述的离子交换柱中填装有阳离子交换树脂，较佳的，阳离子交换树脂为弱酸性阳离子交换树脂。

[0012] 优选的，前述的吸收溶液循环系统，所述的吸收剂包括两种阳离子。

[0013] 优选的，前述的吸收溶液循环系统，所述的吸收器内设有用于冷却吸收溶液的换热器。

[0014] 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种吸收溶液循环方法，所述的吸收溶液由吸收剂和工质组成，所述的吸收剂中含有第一阳离子和第二阳离子，该方法包括以下步骤：

[0015] 步骤1：在发生器中加热吸收溶液形成工质蒸汽，该工质蒸汽进入吸收器内，被吸收器内的吸收溶液所吸收并释放吸收热，当发生器内的第一阳离子的浓度大于第一浓度阈值后和/或吸收器内的第二阳离子浓度小于第二浓度阈值后，停止加热发生器中的吸收溶液；

[0016] 步骤2：将步骤1得到的吸收器内的吸收溶液输出并与离子交换树脂进行阳离子交换，该离子交换树脂含有第一阳离子，所述吸收溶液中的第二阳离子与离子交换树脂上的第一阳离子进行阳离子交换；

[0017] 步骤3：将步骤1得到的发生器内的吸收溶液与步骤2得到的离子交换树脂进行阳离子交换，使发生器的吸收溶液中的第一阳离子与该离子交换树脂上的第二阳离子进行阳离子交换。

[0018] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

[0019] 优选的，前述的吸收溶液循环方法，在步骤1中，停止加热发生器后清空发生器，将发生器得到的吸收溶液移出。

[0020] 优选的，前述的吸收溶液循环方法，将步骤2中经过阳离子交换的吸收溶液输送至清空后的发生器内。

[0021] 优选的，前述的吸收溶液循环方法，将步骤3中经过阳离子交换的吸收溶液输送至吸收器内。

[0022] 优选的，前述的吸收溶液循环方法，所述的第一阳离子为钾离子、钠离子或者氢离子；所述的第二阳离子为钙离子、锌离子或镁离子。

[0023] 优选的，前述的吸收溶液循环方法，在步骤1结束后，先将吸收器内的吸收溶液进行冷却结晶，得到结晶后吸收溶液和吸收剂结晶，上述结晶后吸收溶液作为吸收器内的吸收溶液进行阳离子交换。

[0024] 本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，由于采用了离子交换的方式向发生器提供含低浓度的第二阳离子的吸收溶液，省略现有技术中的蒸发器和冷凝器，节约了设备。另外，在步骤1中，也就是对外输出热量过程中同时在发生器浓缩了第一阳离子，形成的含高浓度的第一阳离子的吸收溶液正好可以用于对离子交换树脂进行再生，可以得到含高浓度的第二阳离子的吸收溶液，并可以被用于吸收器中。也就是说步骤2得到了发生器所需要的含低浓度的第二阳离子的吸收溶液，而步骤3得到了吸收器所需要的含高浓度的第二阳离子的吸收溶液，步骤1作为工作过程既满足了向外供热的效果，又同时提供了步骤3的离子交换所需的吸收溶液。上述3个步骤充分满足了吸收式热泵循环的各种条件，从而更加适于实用。

[0025] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

[0026] 图1是现有的吸收式热泵循环系统的流程图。

[0027] 图2是本发明的吸收溶液循环系统的流程图。

[0028] 图3是本发明的吸收溶液循环系统的流程图。

具体实施方式

[0029] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的吸收式热泵系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

[0030] 请参阅图2所示，是本发明实施例1的吸收溶液循环系统的流程图。所述的吸收溶液由吸收剂和工质组成，本实施例中所述的吸收剂为氯化钾(KCl)和氯化钙(CaCl2)，工质为水，在所述的吸收溶液中存在钾离子和钙离子。该吸收溶液循环系统包括：吸收器11、发生器12和离子交换柱13。所述的吸收器和发生器之间设有蒸汽通路19，用于工质蒸汽从发生器向吸收器内输送。

[0031] 所述的吸收器11，用于高浓度的吸收溶液吸收工质蒸汽并释放吸收热。该吸收器11内设有吸收换热器10，用于将所述的吸收热输出。所述的发生器12，用于产生工质蒸汽，并浓缩内部的吸收溶液。该发生器12内设有发生换热器20，外部驱动热源通过该发生换热器加热发生器内的吸收溶液。所述的离子交换柱13，其内填装有离子交换树脂，用于与来自吸收器的吸收溶液或者与来自发生器的吸收溶液进行阳离子交换。分别通过管道连接吸收器11和发生器12。本实施还包括吸收溶液储罐14，用于容纳发生器移出的吸收溶液，其分别连接于发生器12和离子交换柱13。上述各个设备之间物料输送是采用管道，并在各管道上设有阀门21、阀门22、阀门23和阀门24，用于控制吸收溶液的流向和管道导通或关闭的状态。较佳的，如图3所示在吸收器11内还设有冷却换热器111，用于向吸收器内提供冷量对吸收溶液进行冷却结晶。

[0032] 上述实施例中，所述的吸收溶液的吸收剂包括至少两种吸湿性能不同的化合物，例如：氯化钙、溴化钙、硝酸钙、氯化锌、溴化锌、硝酸锌、氯化镁、溴化镁或硝酸镁等吸湿性较强的化合物；以及氯化钾、溴化钾、硝酸钾、氯化钠、溴化钠、硝酸钠、氯化氢、溴化氢或硝酸等吸湿性较弱的化合物。所述的离子交换树脂为阳离子交换树脂，较佳的，阳离子交换树脂为弱酸性阳离子交换树脂。

[0033] 本发明的实施例2提出一种吸收溶液循环方法，采用上述实施例所述的吸收溶液循环系统。所述的吸收溶液由吸收剂和工质组成，所述的吸收剂包括氯化钙、溴化钙、硝酸钙、氯化锌、溴化锌、硝酸锌、氯化镁、溴化镁或硝酸镁等吸湿性较强的化合物；以及氯化钾、溴化钾、硝酸钾、氯化钠、溴化钠、硝酸钠、氯化氢、溴化氢或硝酸等吸湿性较弱的化合物。所以在吸收溶液中就含有来自吸湿性较弱化合物的第一阳离子和来自吸湿性较强化合物的第二阳离子，选择水作为工质。

[0034] 该吸收溶液循环方法包括以下步骤：

[0035] 步骤1：通过外部热源，比如工业生产中产生的低温余热，经发生器换热器来加热发生器中的吸收溶液，产生工质蒸汽，同时对吸收溶液进行浓缩，提供含高浓度的第一阳离子的吸收溶液。所产生的工质蒸汽通过蒸汽通路进入吸收器内，被吸收器内的吸收溶液所吸收并释放吸收热。在发生器中，第一阳离子浓度大于第二阳离子浓度。由于在吸收器中第二阳离子的浓度远高于发生器中的第二阳离子的浓度，所以，可以用温度较低的低品位的外部热源来加热发生器内的吸收溶液，而同时在吸收器中在较高的温度下对工质蒸汽进行吸收，此时释放的吸收热也具有较高的温度，将高温的吸收热通过吸收换热器进行输出，即可得到高品位的热量。所以，通过步骤1可以利用低品位的外部热源来产生高品位的热量。随着加热过程的不断进行，发生器内的第一阳离子的浓度逐渐增加，此时吸收器内的第二阳离子的浓度逐渐降低，当发生器内的第一阳离子的浓度大于第一浓度阈值后和/或吸收器内的第二阳离子的浓度低于第二阈值浓度时，停止加热发生器中的吸收溶液，则步骤1结束。在步骤1结束后，在发生器得到含高浓度的第一阳离子的吸收溶液；在吸收器得到含较低浓度的第二阳离子的吸收溶液。较佳的，将发生器清空，即将发生器内的吸收溶液转移至吸收溶液储罐内，备用。

[0036] 步骤2：参阅图2所示在步骤1结束后，或者初始条件相当于步骤1结束后的状态时，进行步骤2。将吸收器内的吸收溶液输出，并在离子交换柱内进行阳离子交换。离子交换树脂为阳离子交换树脂，其含有第一阳离子。在离子交换柱内发生如下过程：由于吸收器输出的吸收溶液中第二阳离子的离子交换势大于第一阳离子的离子交换势，所以吸收溶液中的第二阳离子与离子交换树脂上的第一阳离子进行阳离子交换。进行阳离子交换后的吸收溶液被输出离子交换柱，此时输出的吸收溶液中，第二阳离子的浓度大大降低，第一阳离子的浓度提高，而离子交换柱内的离子交换树脂上则含有大量的第二阳离子。较佳的，发生器是清空的，则将阳离子交换后的吸收溶液导入发生器中。

[0037] 步骤3：参阅图3所示，在步骤2结束后，或者初始条件相当于步骤2结束后的状态时，进行步骤3。利用步骤1中，在发生器得到的吸收溶液(高浓度的第一阳离子吸收溶液)与步骤2结束后的离子交换树脂进行阳离子交换。此时，由于在发生器得到的吸收溶液中，第一阳离子的浓度远远大于第二阳离子的浓度，而离子交换柱内的离子交换树脂上则含有大量的第二阳离子，所以在进行阳离子交换时，吸收溶液的第一阳离子与离子交换树脂的第二阳离子进行交换。交换后的吸收溶液中的第二阳离子浓度大大提高，同时第一阳离子的浓度降低。交换后的吸收溶液被输送到吸收器内，备用。

[0038] 较佳的，还可以在步骤1结束后，先将吸收器内的吸收溶液进行冷却结晶，得到结晶后吸收溶液和吸收剂结晶，然后进行步骤2的阳离子交换过程，上述结晶后吸收溶液作为吸收器内的吸收溶液进行阳离子交换，这样可以减小离子交换柱的离子交换负荷。

[0039] 本实施例的上述各个步骤是间歇进行的，根据起始条件的具体状况，每一个步骤都可以作为启动步骤。当然，本发明亦可连续进行。

[0040] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。