CN100526759C - 复合式吸附制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开固体吸附单元管及其复合式吸附制冷装置，吸附制冷装置主要由吸附床A，吸附床B，冷凝器及蒸发器组成。整个吸附制冷装置由两个吸附制冷单元经热管蒸发器复合而成，每个吸附单元均由多根具有独立功能的固体吸附单元管组成。固体吸附单元管的吸附发生段、冷凝段和蒸发段分别处于整个吸附制冷装置的吸附床、冷凝器和蒸发器中，蒸发器和冷凝器之间、冷凝器和吸附床之间设有隔热段，对应着固体吸附单元管的各隔热段。本发明具有系统结构简单，运动部件少，运行控制简单，可靠性较高，运行效率高的特点。

Description

复合式吸附制冷装置

技术领域

本发明涉及由固体吸附单元管构成的复合式吸附制冷装置；属于固体吸附制冷技术领域。

背景技术

固体吸附式制冷是一种可直接利用热能驱动且使用天然制冷剂的制冷技术。由于它具有环保节能的特点，目前已被普遍认可和接受。

传统的连续吸附制冷系统包括两台吸附器、一台冷凝器、一台蒸发器、多个真空阀及系统循环冷媒、热媒、制冷剂连接管路，系统复杂，体积庞大，运行中系统的运动部件多，密封性、可靠性不理想。固体吸附式单元管的出现有效地解决了上述问题。固体吸附单元管作为一种单元式、微型化制冷元件，集吸附器、冷凝器/蒸发器合于一体，工艺结构简单，灵活性、适应性强，无节流装置，无运动部件，运行可靠，密封性好等独特优点。由多个这样的吸附单元管可以复合而成一台连续吸附制冷机。

中国专利申请(申请号：200410084224.1)公开了一种以车辆发动机余热驱动的冷管型组合式吸附空调装置。该制冷装置均采用了将固体吸附单元冷管进行组合，实现了吸附器、冷凝器/蒸发器的二位一体，避免了传统吸附制冷系统的体积过于庞大、管路复杂的缺点。但它们均存在冷凝/蒸发器冷量损失大，冷冻水系统必须切换才能实现连续输出冷量，大量的切换阀门导致系统运行可靠性低等问题。其采取的固体吸附单元冷管由两段金属管焊接封合而成，其中一段为不锈钢管，内装沸石分子筛，作为吸附发生器，另一段为紫铜管，作为冷凝/蒸发器，其两段对接处钢管内部紧贴内壁封装一段圆柱型隔热材料作为隔热段，中间置有小孔，作为冷剂蒸汽通道；这种技术方式的固体吸附单元冷管是造成上述技术缺陷的主要原因。

发明内容

本发明的任务在于提供一种复合式吸附制冷装置，该装置易实现真空度，结构紧凑，无需切换即可实现连续输出冷量。

其技术解决方案是：

一种复合式吸附制冷装置，包括设置在同一机壳内的多根固体吸附单元管，固体吸附单元管分成两组分别构成两个吸附制冷单元；上述单根固体吸附单元管，包括一封闭式金属管体，金属管体依次为吸附发生段、冷凝段及蒸发段，在吸附发生段与冷凝段之间及冷凝段与蒸发段之间的管体内设置隔热段，隔热段内部空间为冷剂蒸汽通道；每个吸附制冷单元由吸附床、冷凝器及蒸发器组成，其中吸附床由所属固体吸附单元管的吸附发生段组合而成，冷凝器由固体吸附单元管的冷凝段组合而成，蒸发器由固体吸附单元管的蒸发段组合而成；上述吸附床与冷凝器之间及冷凝器与蒸发器之间设置绝热层，绝热层的位置与固体吸附单元管内相应隔热段的位置正相对；整个吸附制冷装置允许垂直放置或以一定倾斜度放置；上述吸附制冷单元中，吸附床、冷凝器及蒸发器依次为上、中、下排列方式布置，两个吸附制冷单元为左右对称布置；在上述两个吸附制冷单元的吸附床之间设置纵向绝热层，分割成两个相对独立的部分；两个吸附制冷单元的冷凝器组成一体式冷凝器结构；两个吸附制冷单元的蒸发器组成一体式蒸发器结构，该一体式蒸发器结构内还包括一个热管蒸发器，上述一体式蒸发器结构由蒸发器壳体15，蒸发器管板17和蒸发器上管板19密封所有固体吸附单元管24的蒸发段和蒸发管13而成，蒸发管13为热管蒸发器的蒸发段。

上述蒸发管13，管内为冷冻水，管外为热管工质的蒸发表面；固体吸附单元管的蒸发段的外表面为热管蒸发器的热管工质冷凝表面；蒸发管位于固体吸附单元管的蒸发段的下方。

上述单根固体吸附单元管，吸附发生段包括一段管体及设置在该段管体内的中央传质通道，中央传质通道与管体内管壁间为吸附剂层，吸附剂层内设有环形翅片，中央传质通道设有筒状金属网筛，筒状金属网筛内衬支撑弹簧；冷凝段包括一段光管管体，管内壁面为制冷剂冷却冷凝表面；蒸发段包括一段管体，管体内壁面采用轧丝或烧结工艺形成毛细表面以强化蒸发换热系数。

本发明固体吸附单元管，特别是由其组成的复合式吸附制冷装置，具有易实现真空度，结构紧凑，无需冷冻水的切换即可实现连续输出冷量等特点。此外还可具有下列特点：

①装置中所采用的固体吸附单元管为整体式结构，密封性好，可靠性高，且易于加工，易于批量制作，易于安装、维修。

②装置由固体吸附单元管构成两个吸附制冷单元，再由吸附制冷单元组合成吸附制冷装置。可根据实际需要通过不同数目固体吸附单元管的组装，从而方便地制成不同大小功率的制冷装置，灵活性、适应性强。

③单根(体)固体吸附单元管发生真空泄漏不会导致整个系统无法工作，系统运行的可靠性提高，且系统结构更为紧凑。

④装置中，固体吸附单元管的蒸发段采用毛细蒸发表面，提高了蒸发效率，减小了换热温差。

⑤装置中，采用了热管蒸发器的形式，传热效果更佳，利用了重力热管的单向传热特性，实现了冷量的不切换连续输出。

本发明复合式吸附制冷装置，可作为双床连续吸附式制冷装置，循环方式采用两个基本循环配合完成一个双床连续循环。该循环方式不同于简单的基本循环，也与普通的连续回热循环有所差别，从一定意义上说，是一种新型吸附制冷循环方式。

附图说明

图1为本发明中复合式吸附制冷装置一种实施方式结构原理示意图。

图2为本发明中固体吸附单元管一种实施方式结构原理示意图。

下面结合附图对本发明进行说明：

具体实施方式

重点参看图2并结合图1，一种固体吸附单元管24，共分为吸附发生段、冷凝段、蒸发段和两个隔热段共五部分，其位置连接关系为：上部为吸附发生段36，下部为蒸发段38，中间为冷凝段37，在吸附发生段36和冷凝段37之间以及冷凝段与蒸发段之间各设一个隔热段39、40。隔热段39、40可以通过车削减小壁厚或增加长度的方法增大传热热阻。外壳28为一圆形金属管。吸附发生段由上封板34、下封板32、壳体28和筒状金属网筛30包围而成，吸附剂33填充其间，其中有翅片29强化传热，翅片29为圆形，其与壳体28采用钎焊工艺连接。吸附发生段中间是由弹簧31支撑金属网筛30形成的传质通道。冷凝段为光管，管内壁面为制冷剂冷却冷凝表面。蒸发段内壁面采用轧丝或烧结工艺形成毛细表面以强化蒸发换热系数。

重点参看图1并结合图2，复合式吸附制冷装置，包括设置在同一机壳内的多根固体吸附单元管，固体吸附单元管分成两组分别构成两个吸附制冷单元；上述单根固体吸附单元管24，包括一封闭式金属管体，金属管体依次为吸附发生段36、冷凝段37及蒸发段38，在吸附发生段与冷凝段之间及冷凝段与蒸发段之间的管体内设置隔热段39、40，隔热段内部空间为冷剂蒸汽通道；每个吸附制冷单元由吸附床、冷凝器及蒸发器组成，其中吸附床由所属固体吸附单元管的吸附发生段组合而成，冷凝器由固体吸附单元管的冷凝段组合而成，蒸发器由固体吸附单元管的蒸发段组合而成；上述吸附床与冷凝器之间及冷凝器与蒸发器之间设置绝热层，绝热层的位置与固体吸附单元管内相应隔热段的位置正相对。上述吸附制冷单元中，吸附床、冷凝器及蒸发器依次为上、中、下排列方式布置，两个吸附制冷单元为左右对称布置；在上述两个吸附制冷单元的吸附床之间设置纵向绝热层，分割成两个相对独立的部分；两个吸附制冷单元的冷凝器组成一体式冷凝器结构；两个吸附制冷单元的蒸发器组成一体式蒸发器结构，该一体式蒸发器结构内还包括一个热管蒸发器。更进一步说明如下：

上述复合式吸附制冷装置，包括吸附床A隔板1，吸附床封板2，吸附床A出口接管3，折流板4，吸附床A壳体5，吸附床A进口接管6，吸附床管板7，冷凝器上管板8，冷凝器进口接管9，冷凝器下管板10，热管真空腔抽气管11，蒸发器进口接管12，热管蒸发器蒸发管13，热管蒸发器支撑14，蒸发器壳体15，蒸发器真空夹层16，蒸发器管板17，蒸发器出口接管18，蒸发器上管板19，冷凝器出口接管20，冷凝器壳体21，吸附床B进口接管22，吸附床B壳体23，固体吸附单元管24，吸附床B出口接管25，吸附床B隔板26，隔热材料27。

吸附床A由吸附床A隔板1，吸附床封板2和吸附床管板7把所属多根固体吸附单元管24的吸附发生段封闭而成。同样，吸附床B则由吸附床B隔板26，吸附床封板2和吸附床管板7把所属多根吸附单元管24的吸附段封闭而成。从加热/冷却介质侧看，吸附床为壳管式换热器。吸附床A与吸附床B之间填充隔热材料27以防止两个吸附床之间发生不利传热。吸附床内部加热/冷却介质侧设有折流板4以减小流体的流通截面积，从而增强流体与金属壁面之间的传热。吸附床A和吸附床B的加热/冷却介质的进出口接管6、22和3、25分别设在吸附床的下侧和上侧。

冷凝器则由冷凝器上管板8，冷凝器下管板10和冷凝器壳体21把所有固体吸附单元管24的冷凝段封闭而成。冷凝器设有一个冷凝器进口接管9和一个冷凝器出口接管20，分别为冷却水的进口和出口。冷凝器的结构形式为壳管式换热器。

蒸发器为重力热管形式的换热器，由蒸发器壳体15，蒸发器管板17和蒸发器上管板19密封所有固体吸附单元管24的蒸发段和蒸发管13而成。蒸发器上管板19和固体吸附单元管24之间真空密封连接，蒸发器管板17与蒸发器壳体15和蒸发器上管板19之间均采用密封焊接。蒸发管13为热管蒸发器的蒸发段，管内为冷冻水，管外为热管工质的蒸发表面，该表面为毛细表面。固体吸附单元管蒸发段的外表面为热管蒸发器的热管工质冷凝表面，为竖圆管表面。蒸发器壳体15和蒸发器管板17的内侧设有蒸发器真空夹层16，减少冷量的损失。同时，在蒸发器的蒸发器管板17上设有热管真空腔抽气管11。蒸发器进口接管12和蒸发器出口接管18分别是冷媒的进口和出口。

其工作原理大致如下：

吸附床A加热解吸，吸附床B冷却吸附过程：当热水通过吸附床A进口接管7进入吸附床A时，吸附床A被加热，吸附床A中固体吸附单元管的吸附发生段被加热升温，对应的饱和压力大于冷凝器对应的饱和压力时，吸附床开始解吸，固体吸附单元管的冷凝段开始冷凝过程，这时，吸附床A中固体吸附单元管的蒸发段不工作。与此同时，冷却水通过吸附床B进口接管22进入吸附床B，吸附床B中固体吸附单元管的吸附发生段被冷却降温，进入吸附蒸发过程，这时，吸附床B中固体吸附单元管的冷凝段不工作。由于吸附床B内固体吸附单元管的蒸发段进行蒸发过程，温度较低，而吸附床A内固体吸附单元管的蒸发段没有蒸发过程发生，并且其收集的冷凝液的温度较高，因此，热管蒸发器蒸发管13外蒸发出来的热管工质蒸汽仅在吸附床B内固体吸附单元管的蒸发段的外侧冷凝，实现了蒸发器内冷冻水与吸附床B内制冷剂之间的热交换，同时，实现了吸附床A内吸附单元管的蒸发段与吸附床B内吸附单元管的蒸发段、冷冻水之间的热隔离。

吸附床之间的回热过程(吸附床A→吸附床B)：上述过程结束时，通过冷热/媒切换系统把吸附床A内的热水直接与吸附床B联通，热水直接在吸附床A和吸附床B之间进行封闭循环，实现吸附床B对吸附床A热量的回收

吸附床B加热解吸，吸附床A冷却吸附过程：当吸附床A和吸附床B分别完成加热解吸过程和冷却吸附过程后，通过加热/冷却水切换系统将热水和冷却水进行切换，冷却水进入吸附床A，热水进入吸附床B，吸附床A内的固体吸附式单元管开始进入冷却吸附过程，吸附床B的固体吸附式单元管开始进入加热解吸过程，在这个过程中，吸附床A内固体吸附单元管的蒸发段温度最低，吸附床B内固体吸附式单元管的蒸发段温度最高，从而热管蒸发器蒸发管13外蒸发出来的热管工质蒸汽仅在吸附床A内吸附单元管的蒸发段的外侧冷凝，实现了蒸发器内冷冻水与吸附床A内制冷剂之间的热交换，同时，实现吸附床B内吸附单元管的蒸发段与吸附床A内吸附单元管的蒸发段、冷冻水之间的热隔离

吸附床之间的回热过程(吸附床B→吸附床A)：上述过程结束时，通过冷热/媒切换系统把吸附床B内的热水直接与吸附床A联通，热水直接在吸附床A和吸附床B之间进行封闭循环，实现吸附床A对吸附床B热量的回收

上述过程结束后，通过加热/冷却水切换系统把冷却水切换到吸附床B，把热水切换到吸附床A，整个吸附制冷装置又开始了下一个工作循环过程。

Claims (3)

1、一种复合式吸附制冷装置，包括设置在同一机壳内的多根固体吸附单元管，其特征在于：所述固体吸附单元管分成两组分别构成两个吸附制冷单元；上述单根固体吸附单元管，包括一封闭式金属管体，金属管体依次为吸附发生段、冷凝段及蒸发段，在吸附发生段与冷凝段之间及冷凝段与蒸发段之间的管体内设置隔热段，隔热段内部空间为冷剂蒸汽通道；每个吸附制冷单元由吸附床、冷凝器及蒸发器组成，其中吸附床由所属固体吸附单元管的吸附发生段组合而成，冷凝器由固体吸附单元管的冷凝段组合而成，蒸发器由固体吸附单元管的蒸发段组合而成；上述吸附床与冷凝器之间及冷凝器与蒸发器之间设置绝热层，绝热层的位置与固体吸附单元管内相应隔热段的位置正相对；整个吸附制冷装置允许垂直放置或以一定倾斜度放置；所述吸附制冷单元中，吸附床、冷凝器及蒸发器依次为上、中、下排列方式布置，两个吸附制冷单元为左右对称布置；在上述两个吸附制冷单元的吸附床之间设置纵向绝热层，分割成两个相对独立的部分；两个吸附制冷单元的冷凝器组成一体式冷凝器结构；两个吸附制冷单元的蒸发器组成一体式蒸发器结构，该一体式蒸发器结构内还包括一个热管蒸发器，上述一体式蒸发器结构由蒸发器壳体(15)，蒸发器管板(17)和蒸发器上管板(19)密封所有固体吸附单元管(24)的蒸发段和蒸发管(13)而成，蒸发管(13)为热管蒸发器的蒸发段。

2、根据权利要求1所述的复合式吸附制冷装置，其特征在于：所述蒸发管(13)，管内为冷冻水，管外为热管工质的蒸发表面；固体吸附单元管的蒸发段的外表面为热管蒸发器的热管工质冷凝表面；蒸发管位于固体吸附单元管的蒸发段的下方。

3、根据权利要求1所述的复合式吸附制冷装置，其特征在于：所述单根固体吸附单元管，吸附发生段包括一段管体及设置在该段管体内的中央传质通道，中央传质通道与管体内管壁间为吸附剂层，吸附剂层内设有环形翅片，中央传质通道设有筒状金属网筛，筒状金属网筛内衬支撑弹簧；冷凝段包括一段光管管体，管内壁面为制冷剂冷却冷凝表面；蒸发段包括一段管体，管体内壁面采用轧丝或烧结工艺形成毛细表面以强化蒸发换热系数。

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