CN104272038A - 用于连续热化学制冷的制冷装置和制冷方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热化学制冷系统和一种热化学制冷方法，所述热化学制冷系统和热化学制冷方法使用至少一反应装置，所述至少一反应装置包括反应器(1a，1b)，或储存能够吸收气体的反应物的储存腔室，反应物和气体为，当反应物和气体设置为彼此存在时，发生热化学反应，该热化学反应的作用是气体被反应物吸收；以及相反地，反应物和气体发生解吸反应，该解吸反应是在反应物已吸收了气体时在施加于反应物的加热的作用下，解吸由反应物吸收的气体，所述热化学制冷系统包括基本上相同的两个反应装置，这两个反应装置被布置成这两个反应装置以反循环运行，以使得，当一反应装置的反应器(1b)以吸收运行时，另一反应装置的反应器(1a)以解吸运行。该热化学制冷系统的特征在于，所述热化学制冷系统包括测定热化学反应的进度率(X)的测定部件。

Description

用于连续热化学制冷的制冷装置和制冷方法
技术领域
本发明涉及一种热化学制冷装置和一种热化学制冷方法，更为确切的说能够以准连续的和受控的方式进行制冷的一种制冷装置和一种制冷方法。
背景技术
已知这样的系统，所述系统利用可逆的和强放热的热化学反应的属性，在该热化学反应的过程中，反应物，如某些盐和特别是氯化钙或氯化钡，吸收合适的气体，如特别是氨气。该反应的可逆特征允许，一旦反应终止，通过加热盐对初始气体进行回收，以使得循环可以重复。
这种属性在制冷系统中被利用，在制冷系统中热化学系统与容纳液相气体的储容器进行受控连通。当两腔室连通时，容纳在储容器中的液态气体蒸发，这吸收一定量的热，以使得储容器冷却，和该液态气体被反应物吸收，因此产生上述的化学反应，以使得反应器是放热源。一旦反应终止，如果加热容纳在反应器中的反应物，释出在反应物中所吸收的气体和气体从而在储容器中冷凝。
可以理解的是，在在反应物的再生阶段中这类装置当然处于非制冷状态的情况下，这类装置并不连续地运行。
在专利申请WO 2009/153245、WO 2005/108880和WO 97/49958中提出用吸收式反应装置运行——即无化学反应——的热泵，热泵与反应装置偶联以反相运行，以使得，当反应装置的反应器之一以吸收运行时，另一反应装置的反应器以解吸运行。然而，这类系统与根据本发明的系统非常不同，根据本发明的系统实施真正的热化学反应并且效率更高。
发明内容
本发明的目的因此在于提出一种热化学制冷装置和一种热化学制冷方法，所述制冷装置和制冷方法是能够连续地或准连续地和完全受控地运行的制冷装置和制冷方法。
本发明的目的因此在于一种热化学制冷系统，所述热化学制冷系统为，所述热化学制冷系统使用至少一反应装置，所述至少一反应装置包括反应器或储存能够吸收气体的反应物的储存腔室，反应物和气体为，当反应物和气体设置为彼此存在时，发生热化学反应，该热化学反应的作用是气体被反应物吸收；以及相反地，反应物和气体发生解吸反应，该解吸反应是是在反应物已经吸收了气体时在施加于反应物的加热的作用下，解吸由反应物吸收的气体，所述热化学制冷系统包括基本上相同的两个反应装置，这两个反应装置被布置成这两个反应装置以反循环运行，以使得，当一反应装置的反应器以吸收运行时，另一反应装置的反应器以解吸运行，其特征在于，所述热化学制冷系统包括测定热化学反应的进度率的测定部件。
这类测量是特别有利的，在于，知晓热化学反应的进度率允许在任何时刻和特别是在每个运行阶段结束前知晓在热化学系统中余留的储能量。
优选地，一冷凝器和一蒸发器将被布置在每个反应器和每个储容器之间。根据本发明，冷凝器和/或蒸发器将是两反应器所共有的。
为了控制反应的进度率(即在反应器中所吸收的气体量对反应器可吸收的气体的总量的比例)，储容器将可配设有这样的部件：所述部件能够测量存在于每个储容器中的液化气体量，特别是通过测量进入和/或离开每个储容器的气体量或通过液位传感器通过测量在每个储容器中的液化气体的液位而测量存在于每个储容器中的液化气体量。
根据本发明的系统此外将包括连接部件，所述连接部件能够特别是在每个循环结束时将两反应器从系统的其它元件隔开和将两反应器相连接，以保证气体从一反应器向另一反应器传输。这些连接部件优选地将由电动阀组成，所述电动阀通过可编程的电子控制部件进行操控，特别是是微控制器。
本发明的目的还在于一种热化学制冷方法，所述热化学制冷方法为，所述热化学制冷方法使用至少一反应装置，所述至少一反应装置包括反应器，反应器容纳能够吸收容纳在储容器中的气体的反应物，储容器能够与冷凝器和蒸发器相连通，该反应物和气体为，当该反应物和气体设置为彼此存在时，发生热化学反应，该热化学反应的作用是气体被反应物吸收；以及相反地，反应物和气体发生解吸反应，该解吸反应是在反应物已经吸收了气体时在施加于反应物的加热的作用下，解吸由反应物吸收的气体，其中，使用两个反应装置，使两个反应装置以反相运行，以使得，当一反应装置的反应器以吸收运行时，另一反应装置的反应器以解吸运行，其特征在于，所述热化学制冷系统包括控制热化学反应的进度率的控制部件。
根据本发明的方法将可有利地包括一步骤，在所述步骤中，测量存在于储容器中的液化气体量，特别是通过测量进入和/或离开这些储容器的液化气体量。
该方法将还可包括在于测量容纳在储容器中的液化气体的液位的一步骤，当在吸收过程中在与反应器相关联的储容器中的液位达到低限值时，和当在解吸过程中在与反应器相关联的储容器中的液位达到高限值时，使进程停止。
根据本发明，调节储容器的液位传感器的低限值，以使得，当液化气体达到该液位时，相关联的反应器的反应的进度率处于所期望的反应的进度率，如最大的进度率。
此外，调节液位传感器的所述高限值，以使得，当液化气体达到该液位时，与液位传感器相关联的反应器的反应的进度率处于所期望的反应的进度率，如最小的进度率。
根据本发明，如果一储容器比另一个储容器更快地达到其阈值液位，给达到低液位的储容器提供优先性。更为确切的说，当由一储容器所达到的第一液位阈值是低液位时，给与该储容器相关联的反应器提供优先性，和通过等待另一储容器达到其高液位，将该储容器从蒸发器隔开，以通过关闭该储容器与冷凝器的连通阀来中断进程。
当由一储容器达到的第一液位阈值是高液位时，继续进行进程，直到另一储容器达到低液位。
一旦进程停止，控制两反应器的连通，和保持这种连通直到存在于两这反应器中的压力相等。
附图说明
以下将参照附图描述本发明的作为非限制性示例的一实施方式，附图中：
－图1是进程进行中的根据本发明的系统的示意图，其中，当一反应器以吸收运行时，另一反应器以解吸运行，
－图2是在进程中断后和在两反应器连通的步骤中的在图1上所示的系统的示意图，
－图3是在两反应器的运行加压步骤中的在图1和图2上所示的系统的示意图，
－图4是示出在运行循环的过程中，在两个反应器的每个中的压力变化的线图。
具体实施方式
在图1到图3上示意性示出的热化学系统主要包括：两反应器1a和1b，反应器容纳反应物，例如特别是氯化钡或氯化钙；和两储容器3a和3b，容纳专门的液态气体，所述液态气体能够在如下文所展示的反应中与反应物起反应，所述液态气体可以特别是氨气。
已知的，反应物和专门的气体为：反应物能够通过放热的热化学反应来吸收气体和继而当加热反应物时能够通过逆热化学反应来释出气体。
反应器1a和1b的分别的入口5a和5b连接到并联布置的两电动阀的第一入口，即用于反应器1a的电动阀7a和电动阀7'a，和用于反应器1b的电动阀7b和电动阀7'b。此外，电动阀11使两入口5a和5b连接。
电动阀7a的第二入口和电动阀7b的第二入口相互连接和连接到蒸发器13，而电动阀7'a的第二入口和电动阀7'b的第二入口相互连接和连接到冷凝器15的入口15a。冷凝器的出口15b连接到分别的并联的两电动阀17a和17b的第一入口，两电动阀每个的第二入口分别地连接到分别的两储容器3a和3b的一入口。每个储容器3a和3b的出口通过分别的电动阀21a和21b连接到蒸发器13。
系统的运行和特别是电动阀的打开和关闭通过控制部件进行操控，特别是在附图上未显示的微控制器。
系统的运行如在下文的示例中所描述的建立，在其中，认为反应器1a处于解吸模式(再生)和反应器1b处于吸收模式(制冷)。在图1上示出这类进程，在图1上，通过微控制器置于关闭位置的电动阀以黑色示出。
已知地，为了再生容纳在反应器1a中的反应物，例如通过电阻对反应器进行加热，这具有释出由反应物所吸收的气体的作用，即氨气，氨气穿过处于打开位置的电动阀7'a以在冷凝器15中冷凝，和氨气穿过处于打开位置的电动阀17a到达储容器3a，在储容器3a中液位如由箭头F1所示的升高。
同时，反应器1b处于吸收模式(制冷)，为此，反应器1b通过电动阀7b连接到蒸发器13，电动阀7b处于打开位置，而储容器3b通过电动阀21b连接到蒸发器，电动阀21b处于打开位置。因此，储容器3b中的液位如由箭头F2所示的下降。
可以观察到，根据本发明的热化学系统的效率与在吸收结束时反应的进度率XMax和在解吸结束时反应的进度率XMin有关。还可以观察到，反应的这些进度率与所考虑的应用有关。根据本发明，实施允许进行控制的部件。从而重要的是，能够测量每个反应器的反应的进度率X。
因此，在第一实施变型中，通过控制液化气体在储容器3a和3b内部的液位来控制反应的这两个进度率。为此，储容器3a和3b配设有液位测量探头，分别地23a和23b，允许对于每个储容器3a、3b限定一高液位阈值Nh和一低液位阈值Nb。
因此，在本实施方式中，和在图1上所示的阶段时，在该阶段中，反应器1b处于吸收状态，对储容器3b的传感器23b进行调节，以使得当液化气体的液位达到其低液位Nb时，反应器1b的反应的进度率等于所期望的反应的最大进度率，即XMax。
同样地，同时，反应器1a处于解吸状态和储容器3a填充有液化气体，对储容器3a的传感器23a进行调节，以使得当液化气体的液位达到其高液位Nh时，反应器1a的反应的进度率等于所期望的反应的最小进度率XMin。
在这些条件下和根据本发明，如此，自达到高阈值Nh和低阈值Nb起，停止运行阶段。
更为确切的说，如果储容器之一首先达到一阈值(这当然在大多数情形下发生)，是低液位指示被首先考虑。
因此，如果是与处于吸收状态的反应器相关联的储容器(即本示例中的储容器3b)首先达到阈值液位，在此情况下是低液位Nb，从而通过关闭电动阀21b将该储容器从蒸发器13隔开，这需要通过等待另一反应器，这里是反应器1a的解吸反应终止来进行，所观察到的是：当与之相连的储容器，这里是储容器3a的液位达到其阈值液位时，即其高液位Nh。从而关闭电动阀17a，该运行阶段从而结束。
相反地，如果是与储容器这里是储容器3a相关联的处于解吸状态的反应器，这里是反应器1a，首先达到其阈值液位，即高液位Nh，使之继续其解吸，直到与反应器1b相关联的另一储容器，这里是储容器3b，达到其阈值液位，这里是低阈值Nb。从而关闭电动阀21b和17a。该运行阶段从而结束。
在本发明的第二实施变型中，借助于能够测量进入和/或离开储容器3a和3b的液化气体量的部件来对每个反应器1a和1b的反应的进度率进行控制。
在本发明的另一有利实施方式中，在图2和图4上示出，当上述的运行阶段结束时，通过关闭电动阀7'a和7b，将反应器1a和1b从蒸发器13和冷凝器15隔开，继而在时间t1，通过打开电动阀11使两反应器1a和1b相连通。
因此保留两反应器1a和1b连通，直到两反应器1a和1b在时间t2达到共同的压力Pc，继而通过关闭电动阀11中断两反应器的连接，如在图3和图4上所示。为此，每个反应器1a和1b都包括一压力测量传感器，分别地27a、27b，或优选地用于测量在两反应器1a和1b中存在的差别压力的测量部件。
如在图4上所示，当在反应器1a中的压力在时间t3达到低运行压力Pb时，通过打开电动阀7a、7'b和17b，倒置系统的运行，以使得系统的运行阶段与之前的运行阶段相反和从而反应器1a以吸收模式(制冷)运行和反应器1b以解吸模式(再生)运行。
在每个工作阶段结束时两个反应器的这种连通允许，通过将高压反应器的气体传输到低压反应器中，来缩短这些反应器的压力上升和下降的中间阶段所需的时间。
从而减少在两个制冷半循环中损失的时间和同时改进系统的连续运行的特性。

Claims (18)

1.一种热化学制冷系统，所述热化学制冷系统使用至少一反应装置，所述至少一反应装置包括：反应器(1a，1b)，反应器容纳反应物；和储容器(3a，3b)，反应物和气体为，当反应物和气体设置为彼此存在时，发生热化学反应，该热化学反应的作用是气体被反应物吸收；以及相反地，反应物和气体发生解吸反应，该解吸反应是在反应物已经吸收了气体时在施加于反应物的加热的作用下，解吸由反应物吸收的气体，所述热化学制冷系统包括两个反应装置，这两个反应装置被布置成这两个反应装置以反相运行，以使得，当一反应装置的反应器(1b)以吸收运行时，另一反应装置的反应器(1a)以解吸运行，其特征在于，所述热化学制冷系统包括测定热化学反应的进度率(X)的测定部件。
2.根据权利要求1所述的热化学制冷系统，其特征在于，储容器(3a，3b)配设有能够测量存在于每个储容器中的液化气体量的测量部件。
3.根据权利要求2所述的热化学制冷系统，其特征在于，储容器(3a，3b)配设有液位传感器(23a，23b)，特别是电容类型的液位传感器。
4.根据权利要求2或3所述的热化学制冷系统，其特征在于，储容器(3a，3b)配设有能够测量进入和/或离开每个储容器的液化气体量的测量部件。
5.根据前述权利要求中任一项所述的热化学制冷系统，其特征在于，反应器(1a，1b)配设有压力传感器(27a，27b)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热化学制冷系统，其特征在于，所述热化学制冷系统包括连接部件(11)，连接部件能够将两反应器(1a，1b)从所述热化学制冷系统的其它元件隔开和将两反应器相连接，以保证气体从一反应器向另一反应器传输。
7.一种热化学制冷方法，所述热化学制冷方法使用至少一反应装置，所述至少一反应装置包括反应器(1a，1b)，反应器容纳能够吸收容纳在储容器(3a，3b)中的气体的反应物，储容器能够与冷凝器和蒸发器相连通，反应物和气体为，当反应物和气体设置为彼此存在时，发生热化学反应，该热化学反应的作用是气体被反应物吸收；以及相反地，反应物和气体发生解吸反应，该解吸反应是在反应物已经吸收了气体时在施加于反应物的加热的作用下，解吸由反应物吸收的气体，其中，使用两个反应装置，使这两个反应装置以反相运行，以使得，当一反应装置的反应器(1a)以吸收运行时，另一反应装置的反应器(1b)以解吸运行，其特征在于，在进程进行中测定热化学反应的进度率(X)。
8.根据权利要求7所述的热化学制冷方法，其特征在于，测量存在于储容器(3a，3b)中的液化气体量。
9.根据权利要求8所述的热化学制冷方法，其特征在于，所述热化学制冷方法将包括在于测量进入和/或离开储容器(3a，3b)的液化气体量的步骤。
10.根据权利要求8所述的热化学制冷方法，其特征在于，所述热化学制冷方法包括在于测量容纳在储容器(3a，3b)中的液化气体的液位(Nb，Nh)的步骤。
11.根据权利要求10所述的热化学制冷方法，其特征在于，当在吸收过程中在与反应器(1b)相关联的储容器(3b)中的液位达到低限值(Nb)时，和当在解吸过程中在与反应器(1a)相关联的储容器(3a)中的液位达到高限值(Nh)时，使进程停止。
12.根据权利要求11所述的热化学制冷方法，其特征在于，调节储容器的液位传感器(23b)的低限值(Nb)，以使得，当液化气体达到该液位时，相关联的反应器(1a)的反应的进度率处于所期望的反应的进度率，如最大的进度率(XMax)。
13.根据权利要求11或12所述的热化学制冷方法，其特征在于，调节液位传感器(23a)的高限值(Nh)，以使得，当液化气体达到该液位时，与所述液位传感器相关联的反应器(1b)的反应的进度率处于所期望的反应的进度率，如最小的进度率(XMin)。
14.根据权利要求11到13中任一项所述的热化学制冷方法，其特征在于，当在一储容器(3b)中所达到的第一液位阈值是低液位(Nb)时，关闭该储容器与蒸发器(13)的连通，和等待在另一储容器(3a)中达到高液位(Nh)，以通过关闭该储容器与冷凝器(15)的连通阀(17a)来停止运行步骤。
15.根据权利要求11到13中任一项所述的热化学制冷方法，其特征在于，当在一储容器(3a)中所达到的第一液位阈值是高液位(Nh)时，等待在另一储容器中达到低液位(Nb)，以通过关闭另一储容器与蒸发器(13)的连通和关闭储容器(3a)与冷凝器(15)的连通来停止运行步骤。
16.根据权利要求15所述的热化学制冷方法，其特征在于，一旦上述步骤停止，控制两反应器(1a，1b)的连通。
17.根据权利要求16所述的热化学制冷方法，其特征在于，保持两反应器(1a，1b)连通，直到存在于这两反应器中的压力(Pc)相等。
18.根据权利要求17所述的热化学制冷方法，其特征在于，一旦在两反应器(1a，1b)中的压力相等，中断它们的连通，直到在再生反应器(1a)中的压力达到底值(Pb)。
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