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CN101529056B - 用含有吸附剂的冷凝器进行蒸汽循环的方法和设备 - Google Patents

用含有吸附剂的冷凝器进行蒸汽循环的方法和设备 Download PDF

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Abstract

能量传输系统包括用于传输介质的密封回路(20)，该密封回路(20)包含冷凝器/吸收器(22)、液泵(24)、蒸发器(26)、过热器(28)以及耗能装置(30)。该回路具有低压侧(32)和高压侧(34)，使得介质在侧(34)内从液相转换成气相并且在侧(32)内返回液相。冷凝器/吸收器(22)包括例如煤粉或毫微管的固体材料吸收剂并且可以与蒸发器(26)组合形成模块单元。

Description

用含有吸附剂的冷凝器进行蒸汽循环的方法和设备
技术领域
本发明涉及传输能量的方法和设备。
背景技术
能量传输循环是已知的，其中，提供给蒸发装置的热量使液体蒸发，所产生的蒸汽被用来输出能量，特别是用来驱动蒸汽机(如涡轮)，从涡轮输出的蒸汽在冷凝装置中冷凝，所产生的液体被泵送回到蒸发装置。这样的系统例如在BE-A-895148、DE-A-3445785、GB-A-9160/1899和GB-A-1535154中被公开。
已知的是，循环介质采取低挥发性液体与高挥发性液体的混合物的形式，并且高挥发性液体将在冷凝器/吸收器中冷凝，其中高挥发性液体被吸收回到低挥发性液体中。这种系统的示例被公开于EP-A-181275、EP-A-328103、GB-A-294882、JP-A-56-083504、JP-A-56-132410、JP-A-05-059908以及US-A-5007240中。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种传输能量的方法，该方法包括：使得流体物质流动通过回路，并且依次地，通过输入来自源的能量并且在所述物质处于相对高压下时使所述物质从液相转换到气相，以及通过输出能量并且在所述物质处于相对低压下时使所述物质从所述气相转换到所述液相。
根据本发明的另一个方面，提供一种传输能量的设备，该设备包括：回路、设置成绕所述回路移置流体物质的移置装置、在所述回路中并被设置成通过输入来自源的能量使得所述物质从液相转换到气相的蒸发装置、在所述回路中并被设置成通过输出能量使得所述物质从所述气相转换到所述液相的冷凝装置，所述移置装置包括被设置成直接作用于所述液相的泵，所述泵在所述冷凝装置的下游并且在所述蒸发装置的上游。
因为本发明的原因，所以能够增加供应的总能量中可使用的比例，换句话说，能够在实现传输的过程中降低供应到系统的总能量中损失的比例。
有利的是，冷凝装置采用具有固体材料吸附剂的冷凝器/吸收器的形式。这具有优于使用介质混合物的系统的优点，即避免了提供热量将混合物分离成蒸汽和液体的需要。
此外，通过将冷凝装置和蒸发装置组合作为单一组件，优选地作为模块单元，可以相对地简化本系统。
附图说明
为了使本发明被清楚、完整地公开，现在将通过示例的方式参考附图，其中：
图1是现有技术的制冷系统的图示，
图2是根据本发明的系统的一个实施例的图示，
图3是图示出图2中的系统的各种应用的图示，
图4是详细地图示出图2的实施例的一个变型的图示，以及
图5是详细地图示出图2的实施例的另一变型的图示。
具体实施方式
参考图1，系统包含密封回路2，该密封回路2包括串联的压缩机4、冷凝器6、膨胀阀8和蒸发器10。回路2具有包含蒸发器10的低压侧12，由此热能被输入到制冷剂中，例如物质R22(一种单一的氢氯氟碳化合物)，回路2还具有包含冷凝器6的高压侧14，由此热能从所述制冷剂排出。这种系统的缺点是，需要气相压缩机4，该气相压缩机4需要大量动力输入并且是体积庞大且昂贵的。在该现有技术的系统中，压缩机4增加了气相制冷剂的压力，随后气相制冷剂在冷凝器6中被转换成液相，由此热能被释放并且制冷剂到达膨胀阀8，由于压降而使膨胀阀8对物质具有冷却效果，此时导致物质转换成部分气相和部分液相。在蒸发器10中，冷的液体物质接收来自外部的热能，并且该物质以其气相形式被供应到压缩机4。因此，物质在低压下从其液相转换到其气相并且在高压下从其气相转换到其液相。
参考图2，该系统也包括密封回路20，但是该回路20包含冷凝器/吸收器组合22、液泵24、蒸发器26、过热器28和耗能装置30，该耗能装置30可以是涡轮、推进器、缸内活塞式驱动装置或者燃气机。此外，回路20具有低压侧32和高压侧34，但是物质在高压侧34中从其液相转换到其气相并且在低压侧32中从其气相转换到其液相。不考虑损耗，进入过热器28的热输入被装置30消耗，其中在过热器28中蒸汽相的物质可以接收来自外界环境的热能。在回路20中的物质可以是任意合适的物质，该物质在大气压下的蒸发温度水平比向过热器28供应热能的外界源的温度低至少30℃。该外界源可以是靠近地面或海洋、湖泊或河水的空气。优选地，蒸发温度水平比所述源的温度低很多，例如比水至少低5℃，比空气至少低10℃。这种物质的示例是R22、二氧化碳和氮。
这个系统的优点是，相应于压缩机4来提供动力以驱动物质绕回路而行的液泵24具有比压缩机4更低的动力需求并且是更紧凑且更便宜的。
参考图3，图示了输入到过热器28中的热能可以来自外界空气或外界水，例如来自河流或海洋。具体地，过热器28可以代替建筑的空调装置的水冷却器，该建筑特别指大型建筑，例如旅馆。该图也图示了耗能装置30可以驱动发电机38、船舶推进器40，或者代替车辆42的发动机。发电机38可以用于供应旅馆36、房屋44和/或泵24。
参考图4，冷凝器/吸收器22包括壳体46，该壳体46包含具有毛细特性的固体材料吸收剂48，例如炭粉或煤粉或者毫微管。延伸通过壳体46和吸收剂48的蒸发器26是螺旋管50的形式。因此冷凝器/吸收器22和蒸发器26组成仅有四个入口和出口的组件。与螺旋管50接触的吸收剂48的作用是降低进入吸收剂的物质的饱和蒸汽压。在螺旋管50内部，在比吸收剂48中存在的压力更高的压力下产生蒸汽相。
通常在热动力学循环中，冷凝器压力高于蒸发器压力，但是由于使用吸收剂48，在图4所示系统中冷凝器压力低于蒸发器压力。在吸收剂48中的蒸汽冷凝过程中释放的热能平衡了蒸发器26的热需求。螺旋管50的内部表面面积是确定进入过热器28的蒸汽质量流量的主要因素。过热器28将热能从所述的外界空气或水传输到回路中的物质内，因为其中的气相物质的温度低于外界温度。过热蒸汽通过压力调节电磁阀52进入涡轮30。来自涡轮30的输出蒸汽以低压进入冷凝器/吸收器22以冷凝并因此释放热能。涡轮30用于驱动发电机38，该发电机38可以驱动压缩机54，该压缩机54的动力消耗显著低于涡轮30的发电，例如是涡轮产生的动力的10％至15％。压缩机54在液体贮存器56中生成回路20中的最低压力。处在壳体46的底部的是与液体冷凝物的贮存器56相连的流动连接件57。当冷凝物离开吸收剂48时，一些液体直接蒸发并形成“闪蒸”蒸汽，这些液体占质量流量的大约10％。压缩机54将这种“闪蒸”蒸汽从贮存器56中排出，并且经由辅助冷凝器58和膨胀阀60并借助于这些部件将“闪蒸”蒸汽转换成液体冷凝物，该液体冷凝物被传递到贮存器56。液泵62将贮存器56中的冷凝物经由单向阀64泵送到螺旋管50。泵62可以是齿轮泵或离心泵。压缩机54可以由装置30机械地驱动，或者由发电机38或外部电源66经由开关68和70电力地驱动。减压阀72旁路于涡轮30和电磁阀52。
图5所示的变型在许多方面不同于图4的变型。首先，特别在系统启动阶段起作用的辅助回路61代替包含贮存器56的是在贮存器56的内部包括蒸发器74并形成主过冷器，使得回路61完全与回路20分离，从而使“闪蒸”蒸汽在贮存器56的自身内冷凝。此外，泵62使液体经由贮存器56中的辅助过冷器76泵送到螺旋管50，由此抵消了对泵62泵送的液体的加热。此外，装置30具有输出齿轮箱和动力轴78。此外，从装置30输出的低压蒸汽直接进入壳体46的顶部，而不是经过管道系统。

Claims (2)

1.一种传输能量的方法，包括：使得流体物质流动通过回路，并且依次地，通过输入来自源的能量且在所述物质处于相对高压下时将所述物质从液相转换到气相，并且通过输出能量且在所述物质处于相对低压下时将所述物质从所述气相转换到所述液相，
其中所述物质从所述气相到所述液相的所述转换包括降低所述气相的饱和蒸汽压，并且所述物质从所述气相到所述液相的所述转换包括利用固体吸附剂来吸附所述气相，
其特征在于，所述吸附的输出构成所述液相和所述气相的混合物，所述混合物中的气相与所述混合物的液相分离，然后所述气相被压缩。
2.一种传输能量的设备，包括：回路、设置成绕所述回路移置流体物质的移置装置、在所述回路中并被设置成通过输入来自源的能量使得所述物质从液相转换到气相的蒸发装置、在所述回路中并被设置成通过输出能量使得所述物质从所述气相转换到所述液相的冷凝装置，所述移置装置包括设置成直接作用于所述液相的泵，所述泵在所述冷凝装置的下游并且在所述蒸发装置的上游，
其中所述冷凝装置用于降低所述气相的饱和蒸汽压并且包括用于所述气相的固体吸附剂材料，
其特征在于，所述设备还包括压缩装置，所述压缩装置与所述冷凝装置连通，且用于压缩从所述冷凝装置输出的所述气相和所述液相的混合物中的所述气相。
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