CN104633982B - 优选用于热驱动的吸附装置的蒸发单元以及吸附装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种优选用于热驱动的吸附装置的蒸发单元。蒸发单元能够与可简单测量功率的模块化的热驱动的冷凝单元连接并且由此同时能够作为储热或储冷器来用，在蒸发单元中液体收集器(8)通过可闭锁的膨胀阀(10)与用来冷却流体的蒸发器(7)相连，其中液体收集器(8)、膨胀阀(10)和蒸发器(7)构成一个结构单元，其中液体收集器(8)具有用于热驱动的冷凝单元(2)的流体输入端，并且蒸发器(7)具有朝向热驱动的冷凝单元(2)的流体输出端。

Description

优选用于热驱动的吸附装置的蒸发单元以及吸附装置

技术领域

本发明涉及一种热蒸发单元以及吸附装置。

背景技术

由WO 2007/068481 A1已知一种吸附式热泵，它由多个中空元件构成，这些中空元件分别具有吸附-解吸附区域和蒸发-冷凝区域(相位变换区域)。这些中空元件在每个区域中都被传递热量的流体环流，其中就流体环流而言借助阀门装置循环地改变中空元件的互连(Verschaltung)。

WO 2013/011102 A2描述了一种吸附模块的理念，其中设置在共同壳体中的管束一方面用来把吸附-解吸附热量传递到吸附结构上，另一方面把冷凝和蒸发热量传递到相变结构上。该壳体理念具有支撑结构，该支撑结构能够吸收外部气压和工作介质腔中的低压之间的压差。

缺点是，通过把冷凝和蒸发结构集成在共同的壳体中，在工作介质从吸附区中解吸附时，一部分工作介质在壳体壁板的冷却位置上冷凝并且在此为后继的蒸发而丢失。该丢失的冷凝物在再次蒸发时冷却了壳体壁板，并且在下一次局部循环时借助重复的冷凝引起冷却面，在该冷却面上又会出现不期望的错误冷凝。因此会影响功率和效率。由于吸附模块的繁杂结构，它的制造需要昂贵的模具。另一缺点在于，吸附模块只适合用来冷却液态的热量载体，不能实现直接的空气冷却。

具有集成的冷凝和蒸发结构的吸附模块的主要缺点是还不能实现储冷功能。这一点一方面要求在冷凝和蒸发结构之间具有外部可控的流体方面的闭锁可行性，另一方面还要求在蒸发器和吸附结构之间具有其它阀门器件。将相应修改的模块中的这种阀门器件与分散的冷凝和蒸发结构集成起来，是极其费力的。

发明内容

本发明的目的是，提供一种蒸发单元以及设置有蒸发单元的吸附装置，该吸附装置能够简单地测量功率，并且具有热量和冷量的存储能力，并且能够从气态的低温-热源中直接提取热量。

一实施例涉及一种优选用于热驱动的吸附装置的蒸发单元，其中液体收集器通过可闭锁的膨胀阀与用来冷却流体的蒸发器相连，其中液体收集器、膨胀阀和蒸发器构成一个结构单元，其中液体收集器具有用于热驱动的冷凝单元的流体输入端，并且蒸发器具有朝向热驱动的冷凝单元的流体输出端。这种蒸发单元在与热驱动的冷凝单元结合时，其特征在于其简单的流体接口以及其储冷和储热可行性，其能够根据需要且在调节功率的情况下实施，并且与驱动热量的可用性无关。

有利的是，可闭锁的膨胀阀构成为恒温的或可电控的、优选脉冲宽度调制的膨胀阀。在恒温的膨胀阀中，蒸发器出口上的工作介质的蒸气过热决定了膨胀阀的开启程度。在可电控的膨胀阀中摸索地(getastet)控制膨胀阀的开启，因此通过膨胀阀的多次开启和关闭使相应数量的工作介质抵达蒸发器中。所需的工作介质量在此借助电子器件和合适的传感器获知。

在构造方案中，膨胀阀的开启程度或脉冲宽度比例能够根据过热传感系统的信号来操控。通过过热传感系统(例如过热或微滴传感器，其形式例如是加热的NTC-电阻)，阻止了液体从蒸发单元中的排放。

在实施例中，可闭锁的膨胀阀装在液体导管中，该液体导管将液体收集器与蒸发器连接起来。因此，蒸发单元产生了尤其简单的结构性造型。

在变形方案中，内部的热交换器接在蒸发器之后，该热交换器与液体收集器相连，其中该内部的热交换器具有流体输出端，以便连接热驱动的冷凝单元。通过起再冷却器(Unterkühler)作用的内部热交换器，能够提高蒸发单元的功率，其将蒸发器之后的吸入蒸气与液体收集器之中或之后的制冷剂流体带到热量交换状态。

在另一实施例中，液体收集器和膨胀阀和蒸发器和/或内部热交换器组合成结构上连续的模块。这种模块简单地安装在加热或致冷装置中，这在成本方面降低了加热或致冷装置的制造工艺，并且将单个部件之间不密封的风险降至最低。

本发明的改进方案涉及一种吸附装置，其包含热驱动的冷凝单元，该冷凝单元具有吸附式热交换器。在这种吸附装置中冷凝单元与本申请的所述的蒸发单元在结构上组合起来，在该吸附装置中能够简单地测量功率，并且具有热量和冷量的存储能力，并且能够从气态的低温-热源中直接提取热量。通过冷凝单元和蒸发单元的结合，产生了吸附式热泵或致冷装置，其特征在于储冷和储冷可行性，其中能够根据需要且在调节功率的情况下能够召回吸附热量和/或蒸发冷量，并且与驱动热量的可用性无关。

有利的是，冷凝单元与蒸发单元的蒸发器的抽吸导管相连，并且通过冷凝物排出导管与蒸发单元的液体收集器相连。冷凝单元和蒸发单元之间的接口因此是抽吸导管和通到中间的液体收集器中的冷凝物排出导管，该冷凝物排出导管同样是液体导管。相连的液体导管能够通过更大的路段在液体收集器的最佳位置上引导。

在构造方案中，蒸发单元在位置上设置得靠近冷凝单元。如果抽吸导管对损耗负责并且更短的抽吸导管将流体压力损耗降致最低，则这一点是尤其有利的。

在变形方案中，蒸发单元和冷凝单元分别设计成模块化的构件。这种模块化的造型能够瀑布状地将多个冷凝单元与仅一个蒸发单元组合起来。通过该模块化的构造，能够明显降低吸附装置的制造成本，并且能够测量吸附装置的功率。

附图说明

通过下面的附图描述和从属权利要求描述了其它有利的构造方案。

下面以至少一个实施例为基础并且借助附图详细地阐述了本发明。其中

图1示出了按本发明的吸附装置的第一实施例；

图2示出了按本发明的吸附装置的另一实施例；

图3示出了按本发明的冷凝单元的另一实施例。

具体实施方式

图1示出了吸附式热泵1的第一实施例，它同时也作为储冷和储热器来用。冷凝单元2由三个冷凝单元-模块31、32、33构成，它们通过未详细阐述的流体管理系统可热循环地设置在高温-热源4和中温-散热体5的温度之间，其中这三个冷凝单元-模块31、32、33根据需要可同时地或时间延迟地循环。通过热压缩和冷凝，工作介质蒸气以更低的压力从蒸发器7的抽吸导管6中吸入，并且在冷凝单元2中压缩、冷凝，并且以液态形式在液体收集器8上排放。它这样设计，即在液体收集器处能够容纳所有的工作介质量。液体导管9在最深的位置从液体导管8中分岔出来，并且导向可闭锁的膨胀阀10，并从该处导向蒸发器7。如图1所示，蒸发器7设计得用来冷却流体或用来冷却空气，空气借助通风机11或鼓风机通过蒸发器7输送。

膨胀阀10可构成为恒温的或可电控的、优选脉冲宽度调制的膨胀阀10。部件液体收集器8、膨胀阀10和蒸发器7应该称为蒸发单元12。膨胀阀10能够配备未详细示出的过热传感器。膨胀阀10的开启程度或脉冲宽度比例相应地根据过热传感器或(备选的)微滴传感器的信号和/或功率要求信号来控制。

图2示出了另一实施例，其形式是结构上连续的蒸发器模块。蒸发单元12只通过抽吸导管6和冷凝物排出导管13与热驱动的冷凝单元2相连，该冷凝物排出导管同样构成为液体导管。

为了提高蒸发单元12的功率，设置有起再冷却器作用的内部热交换器14，其将蒸发器7之后的工作介质的吸入蒸气与液体收集器8之后的制冷剂流体带到热量交换状态。蒸发单元12和冷凝单元2在此模块化地构成，因此它们能够任意地组接和组合。在此，冷凝单元2不必强制地具有三个冷凝单元-模块31、32、33。冷凝单元-模块31、32、33的数量能够根据应用情况和功率设计任意地组合或改变。

因为抽吸导管6(蒸发单元12借助它与冷凝单元2相连)通常导致损耗，所以建议，将蒸发单元12的位置设置在冷凝单元2附近。

从图3中给出了热驱动的冷凝单元2的实施例。冷凝单元2在此由壳体15构成，该壳体构成为圆柱形。壳体15的外壁借助外罩16包围，其中外罩16和壳体15的外壁之间形成中间腔17，其可借助冷却剂绕流。通过该环流的外罩腔来激活壳体，以便排出冷凝热量，从而形成冷凝器。环形通道18从内侧位于热激活的壳体外罩的下方端部上，冷凝物排出导管13通过该环形通道朝外引导，止回阀19设置在该冷凝物排出导管13中。壳体15的内部配备有吸附式热交换器20，它具有两个流体接口21和22。该流体引导系统21、22与未详细示出的吸附结构处于热接触状态。由于流体引导系统的至少一个入口21和出口22，吸附式热交换器20可由温度循环变化的热量载体在热量方面循环。通过工作介质的由此产生的吸附和解吸附，在包含吸附式热交换器20的工作介质腔23内引起了压力交变。

壳体15的外罩16配备有第二流体引导系统24、25，它通过冷却剂的绕流接收在吸附结构的解吸附阶段中产生的冷凝热量，并因此在解吸附阶段中将工作介质压力限制在冷凝压力上。在冷却的内表面上形成的冷凝物往下流动，并且由向上敞开的环形通道18拦截，并且通过具有止回阀19的冷凝物排出导管13朝外导出。同样配备有止回阀26的抽吸导管接口27位于壳体15的任意其它位置上(在此实施例中是右上位置)，该抽吸导管接口用来从蒸发器7中吸入工作介质蒸气。

由于该构造方案，冷凝单元2能够满足以下功能。作为第一功能，能够实现从蒸发压力到冷凝压力的压力交变。为此吸附式热交换器20借助越来越热的热量载体绕流。通过随之引起的压力上升，关闭吸入侧的第二止回阀26。功能(解吸附和冷凝)通过以下方式实现，即吸附式热交换器20借助热的热量载体继续绕流，其中工作介质在高压时解吸附。该高压保持了吸入侧的止回阀26的闭合。工作介质在冷却的汽缸壁上冷凝，并且从内侧在借助冷却外罩16热激活的壳体15的内侧上流到设置在下方的环形通道18中，它在该处通过为液相设计的止回阀19从工作介质腔23中排出并且优选进入液体收集器8中。

为了实现从冷凝压力到蒸发压力的压力交变的功能，吸附式热交换器20借助变得越来越冷的热量载体绕流。通过由此引起的压力降，使冷凝停止并且封闭流体侧的止回阀19。在达到蒸发压力时，打开构成为抽吸阀的止回阀26。为了实现蒸气吸入和吸附，吸附式热交换器20进一步地借助再冷却的热量载体绕流，其中工作介质在低压时吸入和吸附。

配备有该冷凝单元2的热泵1整体上借助阐述的蒸发单元12不仅满足了简单的且成本低廉的功率可测性的要求，而且还能够储热和/或储冷。这种装置能够满足不同的功能。因此能够当作热驱动的热泵来用，以实现加热目的。作为高温-热源，例如应用燃料加热器、冷凝式锅炉或类似物体。散热体5是待加热的目标，例如建筑物、空间或车辆驾驶舱。吸附热量和冷凝热量在该处以平均的温度水平排出。在蒸发器7中，从周围环境(例如外部空气，通风器11)大地探针或太阳能收集器中吸收低温-热量。

但该介绍的装置也可当作热驱动的致冷装置来用。在此，使用任意工艺或装置的废热或多余热量或来自燃料加热器的热量，作为高温-热量。周围环境当作散热体5来用，吸附和冷凝热量排放到周围环境中。在蒸发器7中，低温-热量由待冷却的目标或空间接收并且由此将其冷却。

该装置的另一应用方案是当作吸附式储冷或储热器。在封闭的、可外部控制的膨胀阀10中能够积聚和存储致冷能量，其方式是：一个或多个冷凝单元-模块31、32、33解吸附，并且在此构成的冷凝物存储在液体收集器8中。它在其容量方面这样测定，它能够容纳冷凝单元2的所有模块的所有工作介质。

此外，将冷凝单元2的至少一个或多个(优选所有)模块31、32、33带到再冷却温度上，从而准备回收高的致冷功率。在有制冷需求时，膨胀阀10打开或者在脉冲宽度调制方法中如此执行，使得释放出蒸发器7的期望的蒸发功率。通过由冷凝单元2的冷凝单元-模块31、32、33吸入和吸附的工作介质蒸气，并且通过吸附热量的释放，将它们加热，该吸附热量用来对马达或类似物体进行预加热。在回收存储的热能和致冷能量之后，借助第一冷凝单元模块31的解吸附，开始静态致冷功率的调节。

Claims (8)

1.一种热驱动的吸附装置，包括：

冷凝单元(2)；

蒸发单元(12)，其特征在于，该蒸发单元(12)包括通过可闭锁的膨胀阀(10)与用来冷却流体的蒸发器(7)相连的液体收集器(8)，其中，液体收集器(8)、膨胀阀(10)和蒸发器(7)构成一个结构单元，其中，液体收集器(8)具有连接冷凝单元(2)的流体输入端，并且蒸发器(7)具有连接冷凝单元(2)的流体输出端；

冷凝单元(2)与蒸发器(7)的抽吸导管(6)相连，并且通过冷凝物排出导管(13)与液体收集器(8)相连；

冷凝物排出导管(13)是装有可闭锁的膨胀阀(10)的液体导管(9)，该液体导管(9)将液体收集器(8)与蒸发器(7)连接起来；

该蒸发单元(12)还包括接在蒸发器(7)之后的内部的热交换器(14)，该内部的热交换器(14)与液体收集器(8)相连，该内部的热交换器(14)具有连接冷凝单元(2)的该流体输出端。

2.根据权利要求1所述的吸附装置，其特征在于，可闭锁的膨胀阀(10)构成为恒温的或可电控的膨胀阀。

3.根据权利要求2所述的吸附装置，其特征在于，可闭锁的膨胀阀(10)构成为脉冲宽度调制的膨胀阀。

4.根据权利要求2所述的吸附装置，其特征在于，膨胀阀(10)的开启程度根据过热传感系统和/或微滴传感器和/或功率要求信号来操控。

5.根据权利要求3所述的吸附装置，其特征在于，膨胀阀(10)的脉冲宽度比例根据过热传感系统和/或微滴传感器和/或功率要求信号来操控。

6.根据权利要求1所述的吸附装置，其特征在于，液体收集器(8)和膨胀阀(10)和蒸发器(7)和/或内部热交换器(14)组合成结构上连续的模块。

7.根据权利要求1所述的吸附装置，其特征在于，蒸发单元(12)在位置上设置在冷凝单元(2)的附近。

8.根据权利要求1所述的吸附装置，其特征在于，蒸发单元(12)和冷凝单元(2)分别设计成模块化的构件。