CN101303181B - 低温热源驱动的两级吸附式冷冻循环系统 - Google Patents

Abstract

一种低温热源驱动的两级吸附式冷冻循环系统，属于吸附制冷领域。本发明的第一吸附床与第二吸附床通过第一氨接管以及第一氨阀相连通，第一吸附床通过第第四氨接管与第三氨阀与冷凝器相连通，第二吸附床通过第三氨接管与第二氨阀与蒸发器相连通。冷却水入口通过冷凝器换热器、第一冷却接管、第二冷却接管分别与第一吸附床换热器以及第二吸附床换热器相连接，热媒入口通过第一热媒接管以及第二热媒接管分别与第一吸附床换热器以及第二吸附床换热器相连接。本发明可以实现70～80℃低温热源条件下-10℃以下的冷量输出。

Description

低温热源驱动的两级吸附式冷冻循环系统

技术领域

本发明涉及的是一种吸附冷冻循环系统，具体是一种低温热源驱动的两级吸附式冷冻循环系统。属于吸附制冷领域。

背景技术

目前在空调应用方面，吸附与吸收式制冷已经实现了商业化。代表性的产品为溴化锂-水吸收式制冷机组以及硅胶-水吸附式制冷机组。但对于冷冻工况，尤其对于驱动温度低于100℃的余热，在实现制冷温度低于0℃的冷藏以及冷冻效果的工况，目前唯一可用的技术为吸附式制冷技术。但在低温热源(驱动温度低于90℃)驱动的工况下，国内外的研究中，吸附制冷设备的制冷温度都是在-5℃～0℃左右，很难实现更低温度的制冷。

经对现有技术的文献检索发现，为了解决以上问题，N Le Pierres在International Journal of Rfrigeration(2007；30：1050-1058)上面发表了“Experimental results of a solar powered cooling system at lowtemperature”(“太阳能驱动的低温冷却系统的试验结果”，《国际制冷杂志》，2007；30：1050-1058)，该文章提出了采用氯化钡的两级循环。其具体原理是利用一个氯化钡吸附床(冷却床)的制冷输出，来冷却另外一个氯化钡吸附床(制冷床)，使其冷却温度可以达到20℃以下，从而可以实现-15～-20℃以下的制冷。对于氯化物无机盐工质对，由于吸附热的量级相对于制冷剂的潜热来说，为2倍左右(例如氯化钡的吸附热为2215kJ/kg，氨的汽化潜热在-15℃时为1312kJ/kg)，在这种条件下，冷却床中吸附剂的质量必须等于制冷床中吸附剂质量的两倍以上，才可以完全带走制冷床吸附过程中所产生的吸附热，这导致了整个系统的制冷COP非常低。该制冷系统的制冷COP低于0.1，仅为0.07～0.09左右。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种低温热源驱动的两级吸附式冷冻循环系统，从而实现在低温热源驱动条件下-10℃以下的冷量输出，并提高其制冷性能系数COP。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：冷却水入口、冷凝器、冷凝器换热器、第一冷媒阀门、第一冷却接管、第一热媒阀门、热媒入口、第一吸附床换热器出口、第二冷媒阀门、第二热媒阀门、第一热媒接管、第二热媒接管、第一吸附床换热器、第一吸附床、第一氨接管、第一氨阀、截流阀、第二氨接管、第二吸附床换热器、第二吸附床、第二吸附床换热器出口、第三氨接管、第二氨阀、冷冻液入口、蒸发器换热器、冷冻液出口、蒸发器、第三氨阀、第四氨接管、第二冷却接管。

冷却水入口与冷凝器换热器下部相连接，冷凝器换热器放置于冷凝器内部。冷凝器换热器上部与第一冷却接管以及第二冷却接管相连接。第一冷媒阀门连接在第二冷却接管上，第二冷媒阀门连接在第一冷却接管上。第二冷却接管与第一吸附床换热器下部相连接，第一吸附床换热器上部与第一吸附床换热器出口相连接。热媒入口通过第一热媒接管与第二吸附床换热器的上部相连接，第二热媒阀门连接在第一热媒接管上。热媒入口通过第二热媒接管与第一吸附床换热器相连接，第一热媒阀门连接在第二热媒接管上。第一吸附床换热器安装在第一吸附床内部。第二吸附床换热器安装在第二吸附床内部。第二吸附床换热器出口与第二吸附床换热器的下部相连接。冷冻水入口与蒸发器换热器的上部相连接，冷冻水出口与蒸发器换热器的下部相连接。蒸发器换热器安装在蒸发器的内部。第一氨接管安装在第一吸附床与第二吸附床之间，第一氨阀安装在第一氨接管上面。第二氨接管安装在蒸发器与冷凝器之间，截流阀安装在第二氨接管上。第三氨接管连接在第二吸附床与蒸发器之间，第二氨阀安装在第三氨接管上面。第四氨接管连接在冷凝器与第一吸附床之间，第三氨阀安装在第四氨接管上。

该系统的工作过程包括两个过程，一为第二吸附床与第一吸附床之间的加热解吸过程。第二吸附床采用氯化钙为主要吸附剂，第一吸附床采用氯化钡为主要吸附剂。第二吸附床加热解吸时，第二氨阀、第三氨阀以及节流阀关闭。第二冷媒阀门、第一热媒阀门关闭，第二吸附床在热媒的加热作用下开始解吸，第一吸附床在冷却水的冷却作用下开始吸附。第一吸附床的吸附作用可以大大拉动第二吸附床的解吸效果，降低其对热源温度的要求。第二个工作过程为第二吸附床冷却吸附、第一吸附床加热解吸。此时第一氨阀、第一冷却阀门、第二热媒阀门关闭，第二吸附床在冷却水的冷却作用下吸附蒸发器中的氨制冷剂，产生制冷效果。第一吸附床在热媒的加热作用下解吸，所解吸出来的制冷剂在冷凝器中冷凝。

这种两级的制冷循环在解吸过程中通过第一氨接管以及第一氨阀将第一吸附床与第二吸附床相连接，可以大大降低第二吸附床中氯化钙对热源的要求，并可以利用氯化钙对制冷剂良好的吸附效果降低制冷温度，在70～80℃热源驱动下即可以产生-10℃以下的制冷效果，制冷系数COP可以达到0.3左右。

附图说明

图1为本发明结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：冷却水入口1、冷凝器2、冷凝器换热器3、第一冷媒阀门4、第一冷却接管5、第二冷媒阀门6、第二热媒阀门7、第一热媒阀门8、第二热媒接管9、热媒入口10、第一热媒接管11、第一吸附床换热器出口12、第一吸附床换热器13、第一吸附床14、第一氨接管15、第一氨阀16、截流阀17、第二氨接管18、第二吸附床换热器19、第二吸附床20、第二吸附床换热器出口21、第三氨接管22、第二氨阀23、冷冻液入口24、蒸发器换热器25、冷冻液出口26、蒸发器27、第三氨阀(未视出)、第四氨接管(未视出)、第二冷却接管(未视出)。

冷却水入口1与冷凝器换热器3下部相连接，冷凝器换热器3放置于冷凝器2内部。冷凝器换热器3上部与第一冷却接管5以及第二冷却接管相连接。第一冷媒阀门4连接在第二冷却接管上，第二冷媒阀门6连接在第一冷却接管5上。第二冷却接管与第一吸附床换热器13下部相连接，第一吸附床换热器13上部与第一吸附床换热器出口12相连接。热媒入口10通过第一热媒接管11与第二吸附床换热器19的上部相连接，第二热媒阀门7连接在第一热媒接管11上。热媒入口10通过第二热媒接管9与第一吸附床换热器13相连接，第一热媒阀门8连接在第二热媒接管9上。第一吸附床换热器13安装在第一吸附床14内部。第二吸附床换热器19安装在第二吸附床20内部。第二吸附床换热器出口21与第二吸附床换热器19的下部相连接。冷冻水入口24与蒸发器换热器25的上部相连接，冷冻水出口26与蒸发器换热器25的下部相连接。蒸发器换热器25安装在蒸发器27的内部。第二氨接管18安装在蒸发器27与冷凝器2之间，截流阀17安装在第二氨接管18上。

第二吸附床20通过第一氨接管15以及第一氨阀16与第一吸附床14相连通，形成第二吸附床的解吸及第一吸附床的吸附回路。

第一吸附床14通过第三氨阀以及第四氨接管与冷凝器2相连通，形成第一吸附床14的解吸回路；同时第二吸附床20通过第三氨接管22以及第二氨阀23与蒸发器27相连通，形成第二吸附床20的吸附回路。

整个系统的工作过程包括两个过程，一为第二吸附床20与第一吸附床14之间的加热解吸过程。第二个工作过程为第二吸附床20冷却吸附、第一吸附床14加热解吸。本发明可以实现70～80℃低温热源条件下-10℃以下的冷量输出。

以下对于这两部分的工作过程作详细的描述：

1、第二吸附床20与第一吸附床14之间的加热解吸过程。

此时第二热媒阀门7开启，第一热媒阀门8关闭，热媒水通过热媒入口10、第二热媒阀门7进入到第二吸附床换热器19，通过第二吸附床换热器19对第二吸附床20进行加热。同时第一冷媒阀门4开启，第二冷媒阀门6关闭，冷却水通过冷却水入口1、第一冷媒阀门4进入到第一吸附床换热器13，通过第一吸附床换热器13对第一吸附床14进行冷却。第二吸附床20在加热作用下开始解吸，压力升高。第一吸附床14在冷媒水的冷却作用下，压力降低，并开始恢复吸附能力。当第二吸附床20的压力高于第一吸附床14的压力时，第一氨阀16开启，第二吸附床20所解吸出来的氨气一方面在第一吸附床换热器13的冷却作用下冷凝，另一方面在第一吸附床14的吸附作用下解吸。第一吸附床14的吸附作用与第一吸附床换热器13的冷凝作用的双重耦合，可以大大拉动第二吸附床20的解吸，从而提高吸附剂对低温热源的适应能力。除上诉阀门的工作状态外，其他阀门均关闭。

2、第二吸附床20冷却吸附、第一吸附床14加热解吸

此时第二热媒阀门7关闭，第一热媒阀门8开启，第三氨阀开启。热媒水通过热媒入口10、第一热媒阀门8进入到第一吸附床换热器13，通过第一吸附床换热器13对第一吸附床14进行加热，第一吸附床14在加热作用下开始解吸，压力上升，所解吸出来的气体通过第三氨阀进入到冷凝器2中，在冷凝器换热器3的冷却作用下冷凝成液体。

同时第一冷媒阀门4关闭，第二冷媒阀门6开启，冷却水通过冷却水入口1首先通过冷凝器换热器3对冷凝器2进行冷却，然后通过第二冷媒阀门6进入到第二吸附床换热器19，通过第二吸附床换热器19对第二吸附床20进行冷却。第二吸附床20在冷却作用下压力降低，并开始恢复吸附能力。当第二吸附床的压力低于蒸发器27的压力时，第二氨阀23开启，蒸发器27中的氨制冷剂在第二吸附床20的吸附作用下开始汽化，其汽化潜热所产生的制冷效果通过冷冻液在冷冻液入口24、蒸发器换热器25以及冷冻液出口26中间的循环，输出到外界。

这个过程中截流阀17开启，冷凝器2中的液体通过截流阀流入到蒸发器27中。

这个过程中除上述阀门的工作状态外，其他阀门均关闭。

本实施例良好的吸附效果降低制冷温度，在70～80℃热源驱动下明显产生-10℃以下的制冷效果。

Claims (5)

1.一种低温热源驱动的两级吸附式冷冻循环系统，包括：冷却水入口、冷凝器、冷凝器换热器、第一冷媒阀门、第一冷却接管、第一热媒阀门、热媒入口、第一吸附床换热器出口、第二冷媒阀门、第二热媒阀门、第一热媒接管、第二热媒接管、第一吸附床换热器、第一吸附床、第一氨接管、第一氨阀、截流阀、第二氨接管、第二吸附床换热器、第二吸附床、第二吸附床换热器出口、第三氨接管、第二氨阀、冷冻液入口、蒸发器换热器、冷冻液出口、蒸发器、第三氨阀、第四氨接管、第二冷却接管，其特征在于：冷却水入口与冷凝器换热器下部相连接，冷凝器换热器放置于冷凝器内部，冷凝器换热器上部与第一冷却接管以及第二冷却接管相连接，第一冷媒阀门连接在第二冷却接管上，第二冷媒阀门连接在第一冷却接管上，第二冷却接管与第一吸附床换热器下部相连接，第一吸附床换热器上部与第一吸附床换热器出口相连接，热媒入口通过第一热媒接管与第二吸附床换热器的上部相连接，第二热媒阀门连接在第一热媒接管上，热媒入口通过第二热媒接管与第一吸附床换热器相连接，第一热媒阀门连接在第二热媒接管上，第一吸附床换热器安装在第一吸附床内部，第二吸附床换热器安装在第二吸附床内部，第二吸附床换热器出口与第二吸附床换热器的下部相连接，冷冻水入口与蒸发器换热器的上部相连接，冷冻水出口与蒸发器换热器的下部相连接，蒸发器换热器安装在蒸发器的内部，第一氨接管安装在第一吸附床与第二吸附床之间，第一氨阀安装在第一氨接管上面，第二氨接管安装在蒸发器与冷凝器之间，截流阀安装在第二氨接管上，第三氨接管连接在第二吸附床与蒸发器之间，第二氨阀安装在第三氨接管上面，第四氨接管连接在冷凝器与第一吸附床之间，第三氨阀安装在第四氨接管上。

2.根据权利要求1所述的低温热源驱动的两级吸附式冷冻循环系统，其特征是，所述第二吸附床通过第一氨接管以及第一氨阀与第一吸附床相连通，形成第二吸附床的解吸及第一吸附床的吸附回路。

3.根据权利要求1所述的低温热源驱动的两级吸附式冷冻循环系统，其特征是，所述第一吸附床通过第三氨阀以及第四氨接管与冷凝器相连通，形成第一吸附床的解吸回路，同时第二吸附床通过第三氨接管以及第二氨阀与蒸发器相连通，形成第二吸附床的吸附回路。

4.根据权利要求1或2或3所述的低温热源驱动的两级吸附式冷冻循环系统，其特征是，所述第二吸附床采用氯化钙为吸附剂。

5.根据权利要求1或2或3所述的低温热源驱动的两级吸附式冷冻循环系统，其特征是，所述第一吸附床采用氯化钡为吸附剂。