CN101818961A - 基于低品位余热的多级热化学吸附制冷循环系统 - Google Patents

Abstract

一种空调制冷技术领域的基于低品位余热的多级热化学吸附制冷循环系统，包括：主反应器、主反应器换热盘管、主反应化学吸附剂、主解吸调节阀、N个辅助反应器、N个辅助反应器换热盘管、N个辅助反应化学吸附剂、N个辅助解吸调节阀、冷凝器、冷凝器换热盘管、蒸发器、蒸发器换热盘管、节流阀和吸附调节阀，本发明由主反应器的多级加热解吸、制冷剂的冷凝和节流以及主反应器的冷却吸附制冷实现，可显著降低热化学吸附制冷循环系统的外界驱动热源温度，提高外界不同能量梯级余热的回收利用效率。

Description

基于低品位余热的多级热化学吸附制冷循环系统

技术领域

本发明涉及的是一种空调制冷技术领域的系统，具体是一种基于低品位余热的多级热化学吸附制冷循环系统。

背景技术

能源问题是当今社会的热点问题，相对发达国家的能源利用水平，我国的能源综合利用效率较低，由于缺乏低品位热能的先进能源利用技术和能量的优化配置手段，每年有大量的不同能量梯级的余热没有得到合理利用而被直接排放到环境成为了无用的废热。然而，若开发相关能源利用技术对这些低品位余热进行高效回收，使之得到重新利用，则这些“无用的废热”将变为“有用资源”，将有助于实现我国能源领域的节能减排和缓解我国日益剧增的能源压力。

热化学吸附制冷技术的发展为高效回收低品位热能提供了一个有效途径，因其具有显著的节能效果近年来在余热回收领域受到了国内外学者的广泛重视，热化学吸附制冷是一种节能环保型绿色制冷技术，其特点是采用低品位热能作为驱动力利用固-气可逆化学反应的热效应实现对外界的制冷效果。然而，由于这些广泛存在的余热具有不同的温度品位，当余热温度较低时，采用传统的热化学吸附制冷循环系统很难实现对低品位余热的回收利用。

经对现有技术的文献检索，中国专利申请号为：200810200040.5，名称为：基于变压解吸技术的回热型二级热化学吸附制冷循环系统，其包括：主反应器、主反应器加热及冷却盘管、高温反应化学吸附剂、中间调节阀、中温反应化学吸附剂、辅助反应器加热及冷却盘管、辅助反应器、辅助调节阀、冷凝器换热盘管、冷凝器、节流阀、蒸发器、蒸发器换热盘管和主调节阀，该技术通过采用二级变压解吸技术来降低制冷系统的驱动温度，从一定程度上扩大了余热的利用温度范围，但其不足之处是当外界低品位余热温度较低时，仅仅采用二级变压解吸技术无法满足驱动热源的降温要求，因而限制了热化学吸附制冷循环系统在低温余热场合的回收利用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于低品位余热的多级热化学吸附制冷循环系统，本发明可根据外界驱动热源温度的高低进行最佳运行级数的选择，采用多级热化学变压解吸技术，可大幅度降低热化学吸附制冷循环系统的外界驱动热源温度，扩大余热的利用温度范围，提高外界不同能量梯级余热的回收利用效率。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：主反应器、主反应器换热盘管、主解吸调节阀、N个辅助反应器、N个辅助反应器换热盘管、N个辅助解吸调节阀、冷凝器、冷凝器换热盘管、蒸发器、蒸发器换热盘管、节流阀和吸附调节阀，其中：主反应器的出口与主解吸调节阀的进口相连，主解吸调节阀的出口与第一辅助反应器的进口相连，第一辅助反应器的出口与第一辅助解吸调节阀的进口相连，第一辅助解吸调节阀的出口与第二辅助反应器的进口相连，第二辅助反应器的出口与第二辅助解吸调节阀的进口相连，以此类推，第N-1辅助解析调节阀的出口与第N辅助反应器的进口相连，第N辅助反应器的出口与第N辅助解吸调节阀的进口相连，第N辅助解吸调节阀的出口与冷凝器的进口相连，冷凝器的出口与节流阀的进口相连，节流阀的出口与蒸发器的进口相连，蒸发器的出口与吸附调节阀的进口相连，吸附调节阀的出口与主反应器的进口相连，主反应器换热盘管设置在主反应器内，每个辅助反应器内设置一个辅助反应器换热盘管，冷凝器换热盘管放置在冷凝器内，蒸发器换热盘管设置在蒸发器内。

所述的主反应器内设有主反应化学吸附剂。

所述的辅助反应器内设有辅助反应化学吸附剂。

所述的系统中制冷剂的循环是单向的，制冷剂依次流经主反应器、第一辅助反应器、第二辅助反应器、……、第N辅助反应器、冷凝器、蒸发器，最后又回到主反应器，形成一个环状的流动循环回路。

所述的主反应化学吸附剂的加热解吸过程为N级热化学变压解吸过程，解吸出的制冷剂依次流经第一辅助反应器、第二辅助反应器、……、最后从第N辅助反应器解吸到冷凝器。

在相同的工作压力下，所述主反应化学吸附剂的工作温度高于第一辅助反应化学吸附剂的工作温度，第一辅助化学吸附剂的工作温度高于第二辅助化学吸附剂，以此类推，所述主反应化学吸附剂的工作温度最高，第N辅助反应化学吸附剂的工作温度最低。

本发明的工作流程由三个阶段组成：

第一阶段：主反应器的多级加热解吸过程。在外界低品位余热的加热作用下，首先，从主反应器内主反应化学吸附剂解吸出的制冷剂进入第一辅助反应器内被第一辅助反应化学吸附剂所吸附；其次，从第一辅助反应器内第一辅助反应化学吸附剂解吸出的制冷剂进入第二辅助反应器内被第二辅助反应化学吸附剂所吸附，以此类推，进入下一个辅助反应器，直到解吸出的制冷剂进入第N辅助反应器内被第N反应化学吸附剂所吸附。最后，从第N辅助反应器内第N反应化学吸附剂解吸出的制冷剂进入冷凝器，从而完成主反应器的多级加热解吸过程。

第二阶段：制冷剂的冷凝和节流过程。从第N辅助反应器内第N辅助反应化学吸附剂解吸出的制冷剂蒸汽进入冷凝器并与冷凝器换热盘管进行换热，放出热量凝结成液态制冷剂，然后流经节流阀节流形成低温低压的液态制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂的凝结及节流过程。

第三阶段：主反应器的冷却吸附制冷过程。在外界热沉的冷却作用下，通过主反应器换热盘管对主反应器内主反应化学吸附剂进行冷却，使其温度降低与制冷剂发生吸附反应，蒸发器中的低温低压液态制冷剂在主反应化学吸附剂的吸附作用下发生蒸发相变，向蒸发器换热盘管内的传热流体吸收热量，产生吸附制冷效果，实现冷量输出。

本发明相比现有技术具有以下优点：

其一，本发明可根据外界驱动热源温度的高低进行最佳运行级数的选择，提高外界不同能量梯级余热的回收利用效率；

其二，本发明可大幅度降低热化学吸附制冷循环系统的外界驱动热源温度，其降温幅度可通过选择辅助反应化学吸附剂进行调节和控制，从而可扩大余热的利用温度范围。

附图说明

图1为实施例结构示意图；

其中：1-主反应器、2-主反应器换热盘管、3-主反应化学吸附剂、4-主解吸调节阀、5-第一辅助反应器、6-第一辅助反应器换热盘管、7-第一辅助反应化学吸附剂、8-第一辅助解吸调节阀、9-第二辅助反应器、10-第二辅助反应器换热盘管、11-第二辅助反应化学吸附剂、12-第二辅助解吸调节阀、13-第N辅助反应器、14-第N辅助反应化学吸附剂、15-第N辅助反应器换热盘管、16-第N辅助解吸调节阀、17-冷凝器、18-冷凝器换热盘管、19-节流阀、20-制冷剂、21-蒸发器、22-蒸发器换热盘管和23-吸附调节阀。

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：主反应器1、主反应器换热盘管2、主反应化学吸附剂3、主解吸调节阀4、N个辅助反应器、N个辅助反应器换热盘管、N个辅助反应化学吸附剂、N个辅助解吸调节阀、冷凝器17、冷凝器换热盘管18、节流阀19、制冷剂20、蒸发器21、蒸发器换热盘管22和吸附调节阀23，其中：主反应器1的出口与主解吸调节阀4的进口相连，主解吸调节阀4的出口与第一辅助反应器5的进口相连，第一辅助反应器5的出口与第一辅助解吸调节阀8的进口相连，第一辅助解吸调节阀8的出口与第二辅助反应器9的进口相连，第二辅助反应器9的出口与第二辅助解吸调节阀12的进口相连，以此类推，第N辅助反应器13的出口与第N辅助解吸调节阀16的进口相连，第N辅助解吸调节阀16的出口与冷凝器17的进口相连，冷凝器17的出口与节流阀19的进口相连，节流阀19的出口与蒸发器21的进口相连，蒸发器21的出口与吸附调节阀23的进口相连，吸附调节阀23的出口与主反应器1的进口相连，主反应器1内填装主反应化学吸附剂3、并设有换热盘管2，第一辅助反应器5内填装第一辅助反应化学吸附剂7、并设有第一辅助反应器换热盘管6，第二辅助反应器9内填装第二辅助反应化学吸附剂11、并设有第二辅助反应器换热盘管10，以此类推，第N辅助反应器13内填装第N辅助反应化学吸附剂14、并设有第N辅助反应器换热盘管15，冷凝器17内设有冷凝器换热盘管18，蒸发器21内设有蒸发器换热盘管22。

所述系统中制冷剂20的循环是单向的，制冷剂20依次流经主反应器1、第一辅助反应器5、第二辅助反应器9、……、第N辅助反应器13、冷凝器17、蒸发器21、再回到主反应器1，形成一个环状的流动循环回路。

所述的主反应化学吸附剂3的加热解吸过程为N级热化学变压解吸过程，解吸出的制冷剂依次流经第一辅助反应器5、第二辅助反应器9、……、最后从第N辅助反应器13解吸到冷凝器17。

在相同的工作压力下，所述主反应化学吸附剂3的工作温度高于第一辅助反应化学吸附剂7的工作温度，第一辅助化学吸附剂7的工作温度高于第二辅助化学吸附剂11，以此类推，所述主反应化学吸附剂3的工作温度最高，第N辅助反应化学吸附剂14的工作温度最低。

本实施例工作过程包括：主反应器1的多级加热解吸过程、制冷剂20的冷凝和节流过程和主反应器1的冷却吸附制冷过程。具体实施过程为：

(1)主反应器1内主反应化学吸附剂3的多级加热解吸过程。

首先，开启主解吸调节阀4，关起其它阀门，利用外界低品位余热通过主反应器换热盘管2对主反应器1内主反应化学吸附剂3提供解吸热，在加热作用下从主反应化学吸附剂3解吸出的制冷剂蒸汽经主解吸调节阀4进入第一辅助反应器5内被第一反应化学吸附剂7所吸附，释放的吸附热通过第一辅助反应器换热盘管6带走，完成主反应器1的第一变压加热解吸过程；

其次，开启第一辅助解吸调节阀8，关起其它阀门，利用外界低品位余热通过第一辅助反应器换热盘管6对第一辅助反应器5内第一辅助反应化学吸附剂7提供解吸热，在加热作用下从第一辅助反应化学吸附剂7解吸出的制冷剂蒸汽经第一辅助解吸调节阀8进入第二辅助反应器9内被第二反应化学吸附剂11所吸附，释放的吸附热通过第二辅助反应器换热盘管10带走，完成主反应器1的第二变压加热解吸过程；

再次，开启第二辅助解吸调节阀12，关起其它阀门，利用外界低品位余热通过第二辅助反应器换热盘管10对第二辅助反应器9内第二辅助反应化学吸附剂11提供解吸热，在加热作用下从第二辅助反应化学吸附剂11解吸出的制冷剂蒸汽经第二辅助解吸调节阀12进入下第一辅助反应器内，以此类推，直到解吸出的制冷剂进入第N辅助反应器13内被第N反应化学吸附剂14所吸附，释放的吸附热通过第N辅助反应器换热盘管15带走，完成主反应器1的第N变压加热解吸过程；

最后，开启第N辅助解吸调节阀16，关起其它阀门，利用外界低品位余热通过第N辅助反应器换热盘管15对第N辅助反应器13内第N辅助反应化学吸附剂14提供解吸热，在加热作用下从第N辅助反应化学吸附剂14解吸出的制冷剂蒸汽经第N辅助解吸调节阀16进入冷凝器17，完成主反应器1内主反应化学吸附剂3的多级加热解吸过程。

(2)制冷剂20的冷凝和节流过程。

开启节流阀19，关起其它阀门，从第N辅助反应器13内第N辅助反应化学吸附剂14解吸出的制冷剂蒸汽进入冷凝器17并与冷凝器换热盘管18进行换热，在冷凝器换热盘管18的冷却作用下放出热量凝结成液态制冷剂，然后流经节流阀19节流形成低温低压的液态制冷剂进入蒸发器21，完成制冷剂20的凝结及节流过程。

(3)主反应器1内主反应化学吸附剂3的冷却吸附制冷过程。

开启吸附调节阀23，关起其它阀门，利用外界热沉通过主反应器换热盘管2对主反应器1内主反应化学吸附剂3进行冷却，在冷却作用下，使其温度降低到与制冷剂发生吸附反应的吸附温度，主反应化学吸附剂3从蒸发器21中吸附制冷剂，蒸发器21内的低温低压液态制冷剂20在主反应化学吸附剂3的吸附作用下发生蒸发相变，蒸发的制冷剂蒸汽经吸附调节阀23流入主反应器1内被主反应化学吸附剂3所吸附，释放的吸附热通过主反应器换热盘管2带走；同时，蒸发器21内的制冷剂20在蒸发相变过程中消耗潜热向蒸发器换热盘管22内的传热流体吸收热量，被降温后的流体向外界产生制冷效果，产生吸附制冷效果，实现冷量输出。

本实施例可根据外界驱动热源温度的高低进行最佳运行级数的选择，采用多级热化学变压解吸技术，可显著降低热化学吸附制冷循环系统的驱动热源温度，其降温幅度可通过选择辅助反应化学吸附剂进行调节和控制，从而可扩大余热的利用温度范围，提高外界不同能量梯级余热的回收利用效率。

Claims (5)

1.一种基于低品位余热的多级热化学吸附制冷循环系统，包括：主反应器、主反应器换热盘管、主解吸调节阀、冷凝器、冷凝器换热盘管、蒸发器、蒸发器换热盘管、节流阀和吸附调节阀，其特征在于，还包括：N个辅助反应器、N个辅助反应器换热盘管、N个辅助解吸调节阀，其中：主反应器的出口与主解吸调节阀的进口相连，主解吸调节阀的出口与第一辅助反应器的进口相连，第一辅助反应器的出口与第一辅助解吸调节阀的进口相连，第一辅助解吸调节阀的出口与第二辅助反应器的进口相连，第二辅助反应器的出口与第二辅助解吸调节阀的进口相连，以此类推，第N-1辅助解析调节阀的出口与第N辅助反应器的进口相连，第N辅助反应器的出口与第N辅助解吸调节阀的进口相连，第N辅助解吸调节阀的出口与冷凝器的进口相连，冷凝器的出口与节流阀的进口相连，节流阀的出口与蒸发器的进口相连，蒸发器的出口与吸附调节阀的进口相连，吸附调节阀的出口与主反应器的进口相连，主反应器换热盘管都设置在主反应器内，每个辅助反应器内设置一个辅助反应器换热盘管，冷凝器换热盘管设置在冷凝器内，蒸发器换热盘管设置在蒸发器内。

2.根据权利要求1所述的基于低品位余热的多级热化学吸附制冷循环系统，其特征是，所述的主反应器内设有主反应化学吸附剂。

3.根据权利要求1所述的基于低品位余热的多级热化学吸附制冷循环系统，其特征是，所述的辅助反应器内设有辅助反应化学吸附剂。

4.根据权利要求1或者2所述的基于低品位余热的多级热化学吸附制冷循环系统，其特征是，所述的主反应化学吸附剂的加热解吸过程为N级热化学变压解吸过程，解吸出的制冷剂依次流经第一辅助反应器、第二辅助反应器、……、最后从第N辅助反应器解吸到冷凝器。

5.根据权利要求1所述的基于低品位余热的多级热化学吸附制冷循环系统，其特征是，所述的系统内的制冷剂的循环是单向循环回路，制冷剂依次流经主反应器、第一辅助反应器、第二辅助反应器、……、第N辅助反应器、冷凝器、蒸发器，最后又回到主反应器，形成一个环状的流动循环回路。

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