CN108993096A - 一种针对膜基气体吸收的热循环利用*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及热交换技术，提出一种针对膜基气体吸收的热循环利用***，包括：升温装置(3)，设置在第一容器(1)和第二容器(2)的一个输送导管上；降温装置(4)，设置在第一容器(1)和第二容器(2)的一个回流导管上；热循环装置，热循环装置设置在升温装置(3)和降温装置(4)之间，用于将输送导管内的高温流体和回流导管内的低温流体进行热交换，其中，所述热循环装置包括半导体组，半导体组通过导热元件连接在升温装置(3)和降温装置(4)之间，而且半导体组通电。本发明直接利用装置中的余热，配合少量的电能就可以完成热量从低温热源到高温热源的传递，而且装置的占地面积会大大减小，紧凑度大大提高。

Description

一种针对膜基气体吸收的热循环利用***

技术领域

本发明涉及热交换技术，更具体地，涉及一种针对膜基气体吸收的热循环利用装置和***。

背景技术

膜吸收是一种将膜技术与普通吸收技术结合的一种新型吸收过程，它具有气液流动互不干扰，比表面积大气液接触面积大的优点。膜吸收的过程主要由吸收和解离两个部分组成，其中吸收部分的温度在低温区(例如30℃)，解离部分的温度约为高温区(例如65℃5)。通常情况下，吸收与解离中加热与冷却是单独进行的，需要两套设备，这么做需要消耗的能量较大，而且装置也会因此增加不少面积。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提出了一种针对膜基气体吸收的热循环利用***，包括：升温装置，设置在第一容器和第二容器的一个输送导管上；降温装置，设置在第一容器和第二容器的一个回流导管上；热循环装置，热循环装置设置在升温装置和降温装置之间，用于将输送导管内的高温流体和回流导管内的低温流体进行热交换，其中，所述热循环装置包括半导体组，半导体组通过导热元件连接在升温装置和降温装置之间，而且半导体组通电。

可选地，所述热循环利用装置包括：连接在半导体端部的导热元件，所述导热元件包括导热凝胶和铜板，导热凝胶涂在铜板上。

可选地，所述半导体组由P型半导体片和N型半导体片组成，其中N型半导体连接电源正极，P型半导体片连接电源负极。

可选地，所述半导体组包括多组P型半导体片和N型半导体片，最外的N型半导体连接电源正极，最外的P型半导体片连接电源负极。

可选地，所述的***还包括：微结构换热元件，所述微结构换热元件位于升温装置和降温装置内部，微结构换热元件一端连接到所述热循环装置。

可选地，所述微结构换热元件内部有用于流体通过的多个孔洞。

可选地，所述微结构换热元件具有隔热材料包裹的铜丝，铜丝连接到热循环装置。

可选地，所述铜丝连接到导热凝胶和/或铜板上。

可选地，第一容器为吸附箱，第二容器为解离箱，吸附箱的液体部分和解离箱的液体部分通过所述输送导管和所述回流导管连接。

可选地，吸附箱内部具有非对称膜以隔开液体部分和气体部分，解离箱内部具有非对称膜以隔开液体部分和气体部分。

本发明的有益效果为：

而本专利为了增加能量的利用效率，选择使用半导体利用其珀尔帖效应来将冷端的温度传向热端，借以达到减少能量消耗的目的。

如果利用本发明，则可以直接利用装置中的余热，配合少量的电能就可以完成热量从低温热源到高温热源的传递，而且装置的占地面积会大大减小，紧凑度大大提高。

附图说明

图1为本发明的装置的结构原理图。

图2为微换热元件的剖面图。

图3为微换热元件的侧视图。

附图标记

吸附箱1，解离箱2，升温装置3，降温装置4，导热元件5。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的实施方式，其中相同的部件用相同的附图标记表示。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合。

本发明的***包括吸附箱1，解离箱2，升温装置3，降温装置4以及导热元件5。

吸附箱1(第一容器)为长方体结构，中间由非对称膜隔开。其中吸附箱1的左半部分(图中G表示气体)为气体部分，右半部分为液体部分(图中L表示液体部分)，因此非对称膜中致密膜在靠近液体的右侧，过滤膜在左侧。解离箱2(第二容器)为长方体结构，中间由非对称膜隔开。解离箱2与吸附箱1则相反，左侧为液体部分(图中L表示液体部分)，右侧为气体部分(图中G表示气体)，因此非对成膜的致密膜在左边，过滤膜在右边。吸附箱1与解离箱2的气体与液体部分皆接有上下两根导管，来保证气体与液体的输运，其中液体部分所连接的导管要求有较好的传热性能，来保证半导体传热的效率。

在从吸附箱1的液体部分到解离箱2的液体部分的连接导管(输送导管)上，设置升温装置3。在从解离箱2的液体部分到吸附箱1的液体部分的连接导管(回流导管)上，设置降温装置4。另外，为了保证所需的吸附与解离的温度，加装了半导体传热装置来对热量进行传递，将需要降温的部分的热量传给需要升温的部分

在升温装置3和降温装置4之间，连接有传热装置，所述传热装置包括：P型半导体片、N型半导体片、金属板、导热元件5。N型半导体连接电源正极，P型半导体连接电源负极。P型半导体片通过金属板和导热元件5连接在升温装置3和降温装置4之间，N型半导体片通过金属板和导热元件5连接在升温装置3和降温装置4之间。导热元件5可以是导热凝胶。金属板可以是铜板。所述金属板和导热元件5可以是多块组合而成，例如可以两块铜板中间加一层很薄的导热凝胶。由于导热凝胶的特性，使用导热凝胶不仅可以获得极好的传热性能，同时由于其化学性质稳定也增加了设备的使用寿命。

另外，所述传热装置可以包括多个P型半导体片和N型半导体片(图1中仅显示一个P型半导体片和一个N型半导体片)。最边上的接在降温装置4上的P型与N型半导体片需要各接一个导热凝胶与铜板组，其余的每个半导体片组连接一个导热凝胶与铜板组。最后，向最边上的N型半导体连接电源正极，P型半导体片连接电源负极。

升温装置3和降温装置4内设置有微结构换热元件，其结构如图2-3所示。微结构换热元件采用铜管做材料来加强其传热能力，前端与后端分别有一部分具有螺纹便于与其他部件相连接。微结构换热元件内部有多个孔洞(例如方形)，便于在流体通过时加强换热效果，提高传热能力。其热量通过由隔热材料包裹的铜丝传递给所述传热装置的导热凝胶与铜板组，并通过半导体传热装置进行传导。增加隔热材料是为了在铜丝传热的途中保证热量不会有多余的散失。

以二氧化碳及氮气为例来描述本发明的***的运行过程。二氧化碳及氮气的混合气体通过第一根管道进入吸附箱1。吸附箱1的左侧为气体部分，其中二氧化碳气体通过带有致密膜的非对称膜进入右边的吸收液，氮气无法透过非对称膜因此随着上方第二根管道排出。采用非对称膜是为了在不降低气体吸收率的情况下更好的保证两侧压力不至于使液体透出。

从吸附箱1出来的含二氧化碳的吸附液进入管道，经由升温装置3进行加热，随后进入解离箱2。在解离箱2中，由于温度原因二氧化碳会从液体测扩散至气体侧，经由扫气将其带出。经过解离的吸收液通过降温装置4获得较低温度后，再次进入吸附箱1进行下一轮的循环。

在这其中，升温装置3的热量来自降温装置，由于温差不大，可以通过珀尔帖效应(传热效率与电流以及珀尔帖系数有关)，用很低的电量就完成35℃温差之间的热量传递，大约使用20w电量就可以使1kg流体完成1秒钟的热量传递。将低温装置3最边上两铜片端通上直流电，注意正极连在N型半导体上，负极连在P型半导体上，这样完成从低温部分到高温部分的热量传递。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种针对膜基气体吸收的热循环利用***，其特征在于，包括：

升温装置(3)，设置在第一容器(1)和第二容器(2)的一个输送导管上；

降温装置(4)，设置在第一容器(1)和第二容器(2)的一个回流导管上；

热循环装置，热循环装置设置在升温装置(3)和降温装置(4)之间，用于将输送导管内的高温流体和回流导管内的低温流体进行热交换，

其中，所述热循环装置包括半导体组，半导体组通过导热元件连接在升温装置(3)和降温装置(4)之间，而且半导体组通电。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

所述热循环装置包括：连接在半导体端部的导热元件，所述导热元件包括导热凝胶和铜板，导热凝胶涂在铜板上。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

所述半导体组由P型半导体片和N型半导体片组成，其中N型半导体连接电源正极，P型半导体片连接电源负极。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

所述半导体组包括多组P型半导体片和N型半导体片，最外的N型半导体连接电源正极，最外的P型半导体片连接电源负极。

5.根据权利要求2所述的***，其特征在于，还包括：

微结构换热元件，所述微结构换热元件位于升温装置(3)和降温装置(4)内部，微结构换热元件一端连接到所述热循环装置。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，

所述微结构换热元件内部有用于流体通过的多个孔洞。

7.根据权利要求5所述的***，其特征在于，

所述微结构换热元件具有隔热材料包裹的铜丝，铜丝连接到热循环装置。

8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

所述铜丝连接到导热凝胶和/或铜板上。

9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，

第一容器(1)为吸附箱，第二容器(2)为解离箱，吸附箱的液体部分和解离箱的液体部分通过所述输送导管和所述回流导管连接。

10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，

吸附箱内部具有非对称膜以隔开液体部分和气体部分，解离箱内部具有非对称膜以隔开液体部分和气体部分。