[發明專利]基于化學反應選擇性吸收-壓縮復合熱泵循環裝置及方法

有效

• 申請號: 202011038111.3
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112254372B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 殷勇高;李偉格;戴蘇洲;程曉琳
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F25B25/02
• 分類號: F25B25/02;F25B27/02;F25B41/20;F25B41/31
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 趙淑芳

本發明公開了一種基于化學反應選擇性吸收?壓縮復合熱泵循環裝置及方法，該裝置主要由放熱反應器、吸熱反應器、吸收器、發生器、壓縮機、羅茨風機以及溶液熱交換器等部件組成，該裝置利用氣體循環工質在放熱反應器內合成反應加熱熱媒水，利用合成反應物在吸熱反應器內分解反應吸收低品位熱能；分解產生的混合氣體首先經過羅茨風機一次升壓后，再通過吸收進行分離，選擇性吸收氣體通過熱壓縮進行二次升壓，吸收剩余氣體從吸收器上部離開并進入壓縮機提升壓力，進入反應器，形成循環。本發明經過選擇性吸收之后進行壓縮至需要的工作壓力，電壓縮與熱壓縮并用，主要驅動能量為低品位熱能驅動，提高了系統一次能源利用率。

技術領域

本發明涉及熱泵循環裝置及制熱方法，具體涉及一種基于化學反應選擇性吸收-壓縮復合熱泵循環裝置及方法。

背景技術

目前通常采用熱泵技術進行余熱或廢熱回收，傳統的熱泵技術多是應用制冷工質的物理相變實現能量提升。一方面受到制冷劑熱力性質的限制，制冷劑單位質量制熱量、系統性能系數不高；另一方面，多數應用廣泛的相變制冷劑，如CFCs(氟氯烴)，會引起臭氧層破壞和加劇全球變暖，正在逐漸被取締。因此，考慮采用氨基甲酸銨可逆化學反應實現能量轉換，系統循環制冷工質氨氣和二氧化碳為環保工質。

氨基甲酸銨是尿素生產過程中間產物，在無水環境中加熱易分解為氨氣和二氧化碳并伴隨強烈熱效應，在20-100℃范圍內，化學反應熱可達2010kJ/kg。氨基甲酸銨可逆反應與溫度和壓力密切相關，可以通過調節溫度和壓力改變化學反應方向。根據已有研究對氨基甲酸銨可逆反應平衡的研究，在常規制冷或制熱工況下，循環的壓縮比較大，對提壓方式要求較高，而當溫差一定時，溫度區間越高，可逆反應壓比反而越小。因此，氨基甲酸銨可逆化學反應在高溫熱泵領域比較有優勢。

中國專利201480031214.3公開了一種包括雙重制冷劑和液體工作流體的吸收制冷系統，其以氨氣和二氧化碳為制冷工質，該專利提供的吸收制冷系統用一個吸收器，同時吸收氨氣和二氧化碳，但是由于吸收劑的限制，在一個吸收器中很難同理做到物理吸收酸性和堿性氣體；工業上成熟的碳捕捉技術為二氧化碳的吸收升壓提供了方向，但是應用廣泛的物理吸收劑多是在高壓下工作，而化學吸收劑由于強烈的化學鍵作用，二氧化碳再生能耗非常大，不適用于熱泵系統。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種基于化學反應選擇性吸收-壓縮復合熱泵循環裝置及方法，解決制冷劑物理相變熱效應小，系統性能系數較低、混合氣體工質升壓困難的問題。

技術方案：本發明所述的基于化學反應選擇性吸收-壓縮復合熱泵循環裝置及方法，包括吸熱反應器、放熱反應器、吸收器、發生器、壓縮機和羅茨風機，所述的吸熱反應器的氣體出口與所述羅茨風機的氣體入口連通，所述的羅茨風機氣體出口與所述的吸收器的氣體入口連通，所述吸收器上部的剩余氣體出口與壓縮機的氣體入口連通，所述吸收器的液體出口與所述發生器的液體入口連通，所述發生器的氣體出口與所述壓縮機的氣體出口匯合后與所述放熱反應器的氣體出口連通形成氣體工質循環回路，所述放熱反應器液體出口和液體進口分別與吸熱反應器液體進口和液體出口連通形成液體循環回路，所述吸收器的液體出口和液體進口分別與發生器的液體進口和液體出口連通形成吸收劑循環回路。

為了防止低壓下吸收器內出現結晶，同時增大吸收器NH3飽和濃度，保證放氣范圍，所述放熱反應器和吸收器之間設置有羅茨風機，所述吸熱反應器的氣體出口與所述羅茨風機的氣體入口連通，所述的羅茨風機氣體出口與所述的吸收器的氣體入口連通。

為了提供較大的液氣比，從而保證混合氣體中氨氣能被充分吸收，所述吸收器內設置有降膜管。

為了防止發生過程出口氣體帶液，所述發生器內設置有波形板分離器。

為了吸熱反應器出口低溫溶液與放熱反應器出口高溫溶液進行換熱，實現回熱，提高循環的制熱量和熱泵性能系數，所述吸熱反應器液體出口依次通過第一溶液泵和第一溶液熱交換器與放熱反應器液體進口連通，所述放熱反應器液體出口依次通過第一溶液熱交換器和第一節流裝置與吸熱反應器液體進口連通。