CN101561199B - 配气炉式吸附制冷装置 - Google Patents

Abstract

配气炉式吸附制冷装置，是一种制冷或空调装置，特别是一种利用太阳能或余热能，连续制冷的固体吸附制冷装置，其特征是：多个箱式吸附床围绕一个中心轴圆周布置，沿中心轴旋转的配气盘，通过旋转切换加热通道，能和圆周布置的每一个箱式吸附床构成加热解吸通道。采用箱式吸附床和旋转配气盘结构，解决了吸附床较多时加热/冷却简单转换的难题，控制结构简单，运行安全可靠，充分利用空气对流特性，加热、冷却效果好。

Description

配气炉式吸附制冷装置

使用领域

本发明涉及一种制冷或空调装置，特别是一种利用太阳能或余热能，连续制冷的固体吸附制冷装置。

背景技术

目前，固体吸附制冷技术所需的热能采集系统、工质对、蒸发、冷凝及储液、储冷技术都比较成熟，只有关键的吸附、解吸的传热及转换装置还不成熟，使这一节能、环保的先进技术得不到大面积推广使用，目前是各方研究的重点。已知的技术是：

1、直接加热吸附床，通过机械直接转动吸附床来转换吸附、解吸过程，这种技术结构笨重，加热、冷却效率低，不能多级化和大型化。

2、以空气为传热介质，通过电动装置控制风门，达到转换冷、热空气的目的，实现吸附、解吸目的，这种技术结构复杂，成本高，无法有效的实现多级吸附床的冷、热转化。

3、采用水或油作为传热介质，通过电磁阀切换吸附、解吸床，这种方式是目前应用最多的一种方式，但这种方式因为要有水、油的加热和冷却装置，还要有配套的热保护、储补等装置，结构太复杂，成本太高，也难以推广。

发明内容

为了解决以上各种问题，特别是吸附床较多时加热/冷却简单转换的难题，本发明提供了一种用于固体吸附制冷的配气炉式吸附制冷装置，它直接利用余热废气或太阳能加热的空气，通过装置上的旋转配气盘来切换加热通道，循环加热多个圆周布置的像锅炉一样的箱式吸附床来解吸，除正在加热解吸的吸附床外，其它床不用任何控制就自动处在最佳的自然冷却状态，直到达到吸附温度，自动开始吸附。本设计的优点是：加热、冷却转换装置结构简单，符合空气流动特性，解吸、吸附效率高，吸附床多，附件及控制装置少，运行安全可靠，装置可大可小，使用范围广，容易制造，成本低，能够普及推广。

本发明采用的技术方案是：直接以余热废气或太阳能加热的空气为加热介质，二个以上的多个箱式吸附床围绕一个垂直于地面的轴心圆周布置，箱子内水平布置数根翅片管式吸附器，管子上下错开布置数层，所有管子通过箱体一侧的集气腔或集气管相连，再由一根管子引出箱体外，箱子垂直于中心轴的上、下端面上各开一个大口子做通气口，一个箱子就构成了一个像锅炉一样的箱式吸附床，上、下两个相对的空心配气盘紧贴在箱子的上、下端面上，配气盘由中心向外延伸出的外端凸出部分与箱式吸附床端面开口相贴处开有通气口，通过内部空心结构与另一侧中心轴处开口相通，两个配气盘与中心轴垂直并通过中心轴相对活动联接，在一个电动机的带动下能围绕中心轴旋转，通过配气盘的旋转，空心配气盘外端凸出部分，依次盖住每一个箱式吸附床垂直于中心轴的端面上的开口，被空心配气盘外端盖住的吸附床，通过空心配气盘外端开口及空心结构与空心配气盘中心轴处开口相通，构成加热通道，除空心配气盘外端盖住的吸附床之外，其它吸附床垂直于中心轴的两端面上的开口，与大气或冷却空气分别相通，构成多个冷却和吸附通道，上、下配气盘轴心通气口分别与热源供气和回气口相连，热空气就能依次加热每一个箱式吸附床了，当配气盘转动到某一个箱式吸附床上对其加热时，该吸附床开始解吸，这时其它吸附床经上、下两个大口子，自然暴露在空气中，通过自然空气的对流，进行自然冷却，也可以用一个风扇加强冷却，直到吸附温度开始吸附，这种结构也利于吸附时的热量通过空气流动散热。

在上面的方案中，箱式吸附床除两端开口的箱体外，内部所用翅片管式吸附器也可用翅片板式等多种方式吸附器代替，但只有上述方案加热冷却效率最高，结构最合理。

本装置用废气余热作热源时，因为加热空气不用回收，可以简化结构，只用一个进气配气盘，这时排气方向应与散热方向一致，热源较充足，吸附床较多时，配气盘可以做成一字型、Y字型或十字型，中心轴处有一个通气口，外端分出1-4个凸出部，凸出部和吸附床相对处各有1个通气口，可同时为多个吸附床供热解吸。

本装置在车、船或室内使用时，两端分别从箱式吸附床端面开始封闭成两个空间，由风机通过管道供应冷却空气和排出气体，封闭材料和热空气管道相接处由弹性材料密封，整个装置轴向可以根据需要采用垂直于地面或水平于地面设置方式，水平设置要增大定心装置接触面积，并且不利空气流动和温度的均布，除非必要不建议使用该方式。封闭式装置在地面上固定使用时，还可以用地道或在地下铺设管道的方式，靠地温来降低冷却空气温度，效果更好。

箱式吸附床的加热时间由配气盘的转动决定，配气盘的转动和位置定位，由一个PLC通过干簧管位置传感器、空气温度传感器及吸附腔、储液器压力传感器和空调器使用情况综合决定。当制冷装置刚启动，各吸附床都需解吸时，应用较短的加热时间对各个吸附床解吸一遍，然后将加热时间加长，或从第一个吸附床开始梯形加长加热时间，以使致冷器尽早开始制冷输出，在保证致冷剂使用量的前题下，一次加热尽可能使一个吸附床解吸完，以减少热损，但是解吸/吸附初始阶段最快，越到最后解吸/吸附越慢，要根据热源温度和致冷剂使用量来控制加热时间，设置多个吸附床的目的就是保证较快的循环周期下，有足够的冷却时间，以保证大致冷量下的连续制冷能力。

本装置在使用时，应尽量靠近热源，缩短空气传送距离，并且热力通道全部要加保温层，保括气管接头、配气盘。

本发明与已知技术相比的优点是：采用箱式吸附床和旋转配气盘结构，解决了吸附床较多时加热/冷却简单转换的难题，控制结构简单，成本低，运行安全可靠，单个吸附床加热、冷却面积大，效率高，充分利用空气对流特性，加热、冷却效果好，所需附加装置少。

附图说明

图1配气炉式吸附制冷装置正视图

图中1.装置支撑固定框架；2.下空气接头；3.下配气盘；4.中心轴；5.下端面环形面板；6.箱式吸附床；7.带保温层箱体；8.管式吸附器；9.上端面环形面板；10.上配气盘；11.上空气接头；12.齿轮；13.电动机；14.集气腔加强环；15.干簧管位置传感器；16.定位磁铁；17.带滚轮辅助支撑；18.带弹簧导向杆；

图2采用四吸附床时装置俯视图

图中1.装置支撑固定框架；9.上端面环形面板；10.上配气盘；18.带弹簧导向杆；19.箱式吸附床通气口；20.隔热槽；21.辅助支撑用环形框架；

图3采用四吸附床时装置俯视图剖视图

图中4.心轴；5.下端面环形面板；15.干簧管位置传感器；16.定位磁铁；22.制冷剂气体进出口；23.集气腔；24.翅片；25.吸附管外管；26.吸附剂；27.吸附管芯管；

图4采用太阳能为热源时工作流程图

图中3.下配气盘；6.箱式吸附床；10.上配气盘；28.集热器温度传感器；29.太阳能集热器；30.循环风机；31.吸附单向阀；32.解吸单向阀；33.冷凝器；34.储液器；35.节流阀；36.蒸发器；37.储冷器；38.冷风机；39.冷却水循环泵。

具体实施方式

下面结合附图详细说明：

图1是本发明的关键结构示意图，由图1、图3可知：下配气盘3和上配气盘10为空心结构，通过中心轴4相联，其联接处为一活动联接，既能保证上、下两个配气盘同步转动，又能使两个配气盘轴向自由活动，以保证上配气盘10与上端面环形面板9，下配气盘3与下端面环形面板5分别紧贴在一起；配气盘与环形面板紧贴处开有通气口与形环面板上的箱式吸附床通气口19相对，上、下配气盘中心轴线上各开有另一个通气口，与上空气接头11和下空气接头2的气道相通，上、下空气接头由带弹簧的导向杆18固定在装置支撑固定框架1上，并通过弹簧的作用使空气接头、配气盘、环形面板紧贴在一起；由于自重作用，上空气接头的弹簧可以取消或减小弹力，下配气盘体积较大时，应加带滚轮辅助支撑17，辅助支撑一端固定在配气盘上，一端通过弹簧压紧的滚轮顶在辅助支撑用环形框架21上，起到辅助减重压紧作用；上、下环形面板之间是沿轴心圆周布置的箱式吸附床6，相邻两个吸附床之间的环形面板上开有隔热槽20，隔热槽内填充隔热物质；吸附床6可以有2-N个，本例仅以吸附床为4个时说明；环形面板上的通气口与每一个箱式吸附床相对应，箱式吸附床由带保温层的箱体8、管式吸附器7以及上、下环形面板共同组成，所有吸附床通过上、下环形面板连成一体，轴心垂直于地面固定在框架1上；箱式吸附床的具体结构是，在带保温层的箱体内，管式吸附器水平布置数根，上、下交错布置数层，所有管式吸附器通过箱体一侧的集气腔23相连，集气腔与致冷剂气体进出口22相连，集气腔为一狭缝结构，为了加强其抗压性，在其内部的吸附管间隙处布置有加强环14，环内部和箱体内部空间相通，除有加强结构的作用外，还为集气腔传热；管式吸附器7由翅片24、外管25、布满小孔的芯管27和内、外管之间的吸附剂26组成，芯管和外管之间有轴向布置的2-6片传热翅片，外管外面有径向的圆片状翅片，内外翅片一是起传热作用，二是综合加强外管抗压强度，使外管尽可能薄一点，以加强传热能力，减少热损；芯管为薄壁结构并具有弹性，芯管沿轴向有开口，开口面错开以适应热胀冷缩，并利用弹性使吸附剂与内外管紧贴，以提高传热性；一个箱式吸附床内吸附管的具体根数和层数，由热源温度和供气量决定，保证箱式吸附床出气口温度在解吸温度以上即可；当进、出气口温差较大时，可以增大进气口附近吸附管管径，加厚吸附剂厚度，出气口相应减小管径，减少吸附剂厚度，以保证所有吸附管解吸、吸附温度的一致性，当采用不同管径方案时，或采用一个配气盘时，热空气进气方向应与冷却空气进气方向相一致，都为下方进气；当吸附管管径相同，有两个配气盘时，应根据空气流动特性，采用加热空气从上方进，冷却空气从下方进的方式。

以上所述下空气接头2、下配气盘3、箱式吸附床6、上配气盘10、上空气接头11依次联接，构成了一个完整的加热通道，通过中心轴上的齿轮12，在电动机13的带动下，两个配气盘同步转动，能够与每一个箱式吸附床组成加热通道，与每一个箱式吸附床位置相对应的干簧管位置传感器15，和安装在转动轴上，位置与配气盘相对应的定位磁铁16相互配合作用，在PLC程控器的控制下，就能使配气盘通气口与炉式吸附床通气口精确定位。

当本装置采用废气余热作热源时，因不用回气，可以采用简化结构：配气盘可以只用下方一个进气配气盘，配气盘与空气接头可以合并成一体，去掉导向杆，直接通过套筒与气管活动联接，下配气盘可以用弹簧加推力轴承的方式压紧在下端面环形面板上。

本装置还可以在与配气盘相连的供气气管接头内增加电热丝或天然气加热装置，以供没有热源的特殊情况下也能制冷。

本装置采用废气余热作热源制冷时，因热源温度高，温度较稳定，不用回气，控制及结构都比较简单，而采用太阳能作热源制冷时，相对复杂一点，这里就以太阳能为热源时，参照图4说明整个制冷装置的工作原理：

图4中，太阳能集热器29、集热器温度传感器28、上配气盘10、箱式吸附床6、下配气盘3、循环风机30、太阳能集热器29依次相连，构成加热循环单元；箱式吸附床6、解吸单向阀32、冷凝器33、储液器34、节流阀35、蒸发器36、吸附单向阀31、箱式吸附床6依次相连构成制冷剂流动循环；蒸发器36、储冷器37、冷风机38、冷却水循环泵39、蒸发器36依次相连构成冷却水循环。

在本实施例中，采用乙醇与沸石分子筛作工质对，直接用太阳能加热的空气为加热介质，用乙醇与沸石分子筛作工质对，制冷温度低，吸附效率高，非常适合本装置，乙醇腐蚀性小，对设备要求及影响小，而且不会影响环境，使本装置成为一种真正节能环保的制冷设备，解吸、吸附单向阀为双级式，阀体及阀芯用不锈钢或陶瓷等抗腐蚀材料制做，以提高抗腐蚀性，上下两级阀芯结构确保单向阀的可靠性，太阳能集热器为带反射罩的高温型集热器，集热管外表面有麻面结构，内部用翅片做成螺旋通道，以利对空气的加热，当集热器温度传感器检测的温度达到工作温度时，通过程控器控制循环风机转动，推动热空气流动，通过上、下配气盘的控制，热空气进入需加热的箱式吸附床内进行加热解吸，管式吸附器内沸石受热达到解吸温度时，就把吸附的乙醇解吸出来变成乙醇蒸汽，随着解吸的进行，吸附器内压力升高，这时在压力作用下，吸附单向阀31自动关闭，到一定压力后，解吸单向阀32打开，高温高压乙醇蒸汽经解吸单向阀进入高压区，首先进入冷凝器，经冷凝后变成乙醇液体进入储液器，从储液器出来的乙醇液体经节流阀，变成低温低压的液体进入蒸发器蒸发制冷，蒸发后变成乙醇蒸汽，这时其它经充分冷却，温度降低处于吸附状态的吸附床，压力非常低，解吸单向阀在压力低于外面高压时就已自动关闭，吸附床内压力低于低压区压力时吸附单向阀自动打开，乙醇蒸汽被沸石重新吸附，完成一个循环，通过上、下配气盘的旋转，吸附床不断被加热、冷却，制冷循环也就不断进行，在配气盘旋转时，循环风机停止工作，配气盘旋转到位后，循环风机再开始工作，以减少热空气损失。整个装置工作及保护由一个PLC通过干簧管位置传感器、空气温度传感器及吸附腔、储液器压力传感器和空调器使用情况综合控制，传感器及控制系统是成熟技术，这里不再详述。

上述冷凝器可以根据需要，增加风扇风冷或水冷装置，有水冷装置时，热水可储存起来供洗浴等使用。

循环冷却水经蒸发器冷却，再经储冷器到达冷风机送出冷气，后经冷却水循环泵回到蒸发器进行周期循环，当用冷量不大时，多余冷量在储冷器内制冰储存。

由于本装置可以有多个吸附床，加上固体吸附床解吸快，吸附慢的特点，本装置除可连续续制冷外，还可解吸出大量的致冷剂由储液器储存起来，多余的冷量也可以由储冷器制冰储藏，以供晚间或没有余热时致冷。

当本装置用于车、船或距离用冷处较近时，可以去掉冷却水循环，用蒸发器直接制冷或制冰。

Claims (2)

1.一种利用太阳能或余热能，连续制冷的配气炉式固体吸附制冷装置，包括：吸附床、吸附\解吸转换装置，其特征是：两个以上的箱式吸附床围绕一个中心轴圆周布置，箱式吸附床垂直于中心轴的两个端面上各开有一个大口或敞口，两口相对直通，垂直于中心轴的空心配气盘，由中心向外延伸出的外端凸出部分，与垂直于中心轴的箱式吸附床端面平行相贴，空心配气盘与箱式吸附床相贴一侧开有一个通气口，相对的另一侧在中心轴部位开有另一个通气口，两侧通气口通过内部空心结构相通，空心配气盘布置在箱式吸附床垂直于中心轴的一侧或两侧端面上，布置在两侧端面上时，两个空心配气盘由中心轴相对活动联接，通过空心配气盘绕中心轴的旋转，空心配气盘外端凸出部分，依次盖住每一个箱式吸附床垂直于中心轴的端面上的开口，被空心配气盘外端盖住的吸附床，通过空心配气盘上开口与热源相通，构成加热通道，除空心配气盘外端盖住的吸附床之外，其它吸附床垂直于中心轴的两端面上的开口，与大气或冷却空气分别相通，构成多个冷却和吸附通道；

2.根据权利要求1所述的配气炉式固体吸附制冷装置，其特征在于：空心配气盘布置在箱式吸附床垂直于中心轴的一侧或两侧端面上，一个空心配气盘中心轴处有一个通气口，外端有1-4个凸出部，凸出部和吸附床相对处各有1个通气口。

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