CN106766387A - 强化传质的模块化吸附床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了强化传质的模块化吸附床，包括多个盘管单元上下依次水平叠层设置，相邻的两个盘管单元的翅片维护条之间通过螺栓固定相连，全部盘管单元的翅片维护条的四角位置的侧板之间通过螺栓与沿竖直方向设置的固定支撑杆固定相连，全部盘管单元的换热管的进口分别依次连接流体进口直管、90°弯管和流体分流总管，全部盘管单元的换热管的出口分别依次连接流体出口直管、90°弯管和液体汇流总管,在顶部的盘管单元和底部的盘管单元的侧面多孔板和翅片维护条上分别固定有上固定槽钢和下固定槽钢，下固定槽钢支撑固定在两个吸附床底座上。本装置可以简易方便地对已独立加工好的盘管单元进行拆卸或加装，实现模块化生产。

Description

强化传质的模块化吸附床

技术领域

本发明涉及吸附式气体分离工艺中的吸附床，特别涉及的是可模块化生产的、可强化传热传质的吸附床。

背景技术

在吸附式制冷系统中，换热器部件包括吸附床、冷凝器和蒸发器。其中，吸附床的换热性能直接决定了蒸发器和冷凝器换热性能设计参数，极大地影响了系统性能的优劣。换热器的设计应首先满足基本的传热传质要求，其次应尽量紧凑化、高效化，吸附床的布置应更适合于工质气流的流动。目前影响吸附式制冷系统大规模推广的因素，主要有以下两点：吸附质导热性能差，制冷剂的传质阻力大。上述两点造成吸附式制冷系统与传统获取冷量的方式相比，占用空间大，COP(制冷性能系数)低。

由于吸附床在系统运行时一直处于连续地加热和冷却状态，因此在同样的冷、热源温度和相同的传质条件下，吸附床传热效率越高、升降温速度越快，系统性能就越好。因此，吸附床的设计应从以下三点要求出发：

(1)传热性能好，能有效克服吸附剂导热系数低的影响，与管内流体间的传热速率快，这样才能保证及时向解吸状态的吸附床输送解吸过程所需要的解吸热，并及时带走吸附剂在吸附过程中所释放的吸附热。

(2)传质效率高，制冷剂扩散通道畅通，只有这样才能保证吸附床内吸附剂在吸附过程中的吸附速度和在解吸过程中的解吸速度，缩短系统的循环周期，提高系统工作效率。

(3)吸附床制作所用材料的总热容以及床内填充的吸附剂的总热容之比(热容比)要适当，吸附床材料本身的总热容越大，对其自身的加热所消耗的热量也会越多，增加系统的能耗，影响系统的性能。

通过对现有技术的文献检索发现，现有技术不断对吸附床的设计参数及结构均有所改进，通过增大吸附剂侧的换热面积以增强换热，通过在吸附床盘管单元之间布置传质通道单元以增强传质。但这些吸附床通常工艺复杂、构造和安装成本高，无法实现模块化生产。申请号为200820152687.0，专利名称为“能够提高传热传质性能的紧凑式吸附床”的中国专利公开了一种吸附床由盘管单元串联组合，在翅片中填充吸附剂颗粒，并通过丝网咬边和翅片维护条焊接固定以防止吸附剂泄露。盘管单元间通过钢丝和多孔板焊接以构成传质通道。传质通道中用圆柱形钢丝支撑相邻单元以留出空隙，导致整个吸附床承压能力差、可靠性差；需要在两块多孔板中焊接多根钢丝，不仅金属耗材增大，增加了吸附床的总热容，并且在焊接过程中高温将导致已封装好的部分吸附剂失效。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种生产工艺流程简单、可模块化生产的吸附床盘管单元，且可根据吸附量大小简易方便地增加或减少盘管单元的个数，以满足工艺需求的可强化传质的模块化吸附床。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

强化传质的模块化吸附床，包括左右平行间隔设置的两个吸附床底座，多个盘管单元上下依次水平叠层设置，每一个所述的盘管单元包括翅片，在所述的翅片内盘绕有换热管，在所述的翅片的间隙间填充有吸附剂，在所述的翅片上包覆有丝网，在所述的丝网的上面和底面分别安装有限位多孔板，在所述的限位多孔板的中间设置有限位槽钢，在所述的翅片的前后两侧分别设置有凹槽形侧面多孔板，在所述的翅片的左右两侧分别设置有凹槽形翅片维护条，所述的限位多孔板以及丝网的四边与侧面多孔板以及翅片维护条分别通过固定螺杆固定相连，所述的限位槽钢的前后端分别依次与限位多孔板的内壁以及侧面多孔板内壁通过螺栓固定相连，所述的侧面多孔板的端部侧板与邻接的翅片维护条的底板之间通过螺栓固定相连，所述的翅片维护条的上面和底面分别高于侧面多孔板的上面和底面以在相邻的两个盘管单元的侧面多孔板之间形成间隙，相邻侧面多孔板以及相邻限位多孔板之间的间隙构成传质通道，相邻的两个盘管单元的翅片维护条之间通过螺栓固定相连，全部盘管单元的翅片维护条的四角位置的侧板之间通过螺栓与沿竖直方向设置的固定支撑杆固定相连，全部所述的盘管单元的换热管的进口分别依次连接流体进口直管、90°弯管和流体分流总管，全部所述的盘管单元的换热管的出口分别依次连接流体出口直管、90°弯管和液体汇流总管,在顶部的盘管单元和底部的盘管单元的侧面多孔板和翅片维护条上分别固定有上固定槽钢和下固定槽钢，所述的下固定槽钢支撑固定在两个吸附床底座上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：吸附剂的封装及盘管单元间的组装均通过螺杆进行装载、固定，避免焊接工艺，防止已封装好的吸附剂因焊接时的高温而失效，使得吸附床结构的设计具有更大的灵活性。通过吸附工质的吸附量决定吸附剂的填充量，从而决定盘管单元的个数，可以简易方便地对已独立加工好的盘管单元进行拆卸或加装，实现模块化生产。

本发明通过翅片维护条对相邻叠加的盘管单元进行锁定串联，最大程度地减少了金属耗材，减少了吸附床的总热容，从而降低了系统的能耗；同时，增强了吸附床的可靠性和稳定性，从而延长吸附床的运行寿命，降低维修成本。本发明主要通过固定螺杆将多个吸附床盘管单元上下依次水平叠层设置，且在相邻盘管单元之间预留传质通道，并采用翅片型换热管以强化传热。生产工艺流程简单，吸附床盘管单元个数可简易方便地增加或减少，使其可模块化生产。

本发明在相邻盘管单元间预留出20～40mm的传质通道，传质通道由侧面多孔板、限位槽钢、限位多孔板、翅片维护条构成。传质通道通过翅片维护条上下侧板与限位多孔板之间的高度差预留出传质通道，仅以两侧上下串联锁定的翅片维护条作为支撑结构，无其他多余支撑构件，增大了传质通道体积，有利于增强传质。

附图说明

图1为本发明的强化传质的模块化吸附床的主视图；

图2为图1所示的吸附床的左视图；

图3为图1所示的吸附床的俯视图；

图4为图1所示的盘管单元结构的示意图；

图5为图1所示的吸附床的I部分的局部放大视图；

图6为图2所示的吸附床的II部分的局部放大视图；

图7为图1示的吸附床的A-A向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如附图所示的本发明的强化传质的模块化吸附床，包括左右平行间隔设置的两个吸附床底座6，多个盘管单元2上下依次水平叠层设置，每一个所述的盘管单元2包括翅片17，在所述的翅片内盘绕有换热管16，在所述的翅片17的间隙间填充有吸附剂，在所述的翅片17上包覆有丝网19，在所述的丝网的上面和底面分别安装有限位多孔板9，在所述的限位多孔板9的中间设置有限位槽钢8，在所述的翅片17的前后两侧分别设置有凹槽形侧面多孔板7，在所述的翅片17的左右两侧分别设置有凹槽形翅片维护条10，所述的限位多孔板9以及丝网的四边与侧面多孔板以及翅片维护条10分别通过固定螺杆20固定相连，所述的限位槽钢8的前后端分别依次与限位多孔板9的内壁以及侧面多孔板7内壁通过螺栓固定相连，所述的侧面多孔板7的端部侧板与邻接的翅片维护条10的底板之间通过螺栓固定相连，所述的翅片维护条10的上面和底面分别高于侧面多孔板7的上面和底面以在相邻的两个盘管单元2的侧面多孔板7之间形成间隙，相邻侧面多孔板7以及相邻限位多孔板9之间的间隙构成传质通道3，相邻的两个盘管单元2的翅片维护条10之间通过螺栓固定相连，全部盘管单元2的翅片维护条10的四角位置的侧板之间通过螺栓与沿竖直方向设置的固定支撑杆4固定相连，全部所述的盘管单元2的换热管16的进口分别依次连接流体进口直管14、90°弯管15和流体分流总管11，全部所述的盘管单元2的换热管16的出口分别依次连接流体出口直管19、90°弯管15和液体汇流总管12。在顶部的盘管单元2和底部的盘管单元的侧面多孔板和翅片维护条上分别固定有上固定槽钢1和下固定槽钢5，所述的下固定槽钢5支撑固定在两个吸附床底座6上。

较佳实施例中，翅片17采用铝翅片，翅片长300～500mm，高10～30mm，翅片间距2～4mm。采用翅片式换热器的优点是制造简单、水侧阻力小、制造成本低，有利于增大吸附剂与换热管内流体的换热面积，强化吸附床的传热性能。

较佳实施例中，翅片维护条10设有换热管孔，所述的换热管的管端穿过换热管孔设置并且换热管孔的孔间距为20～40mm。相邻换热管之间间距过小可能导致制冷剂传质阻力增加，间距过大可能造成吸附剂导热性能差，使得填充在相邻换热器中部的吸附剂难以充分换热，因此应选择适宜的换热管孔间距有利于增强吸附床的传热传质能力。

凹槽形翅片维护条10的上下侧板分别高于翅片上下两面限位多孔板的底板10～20mm，以预留出20～40mm的传质通道。该传质通道的制作工艺无其他多余支撑结构，既节约了金属耗材和成本，减少了机组的重量，又满足吸附床传质的需要。

较佳实施例中，所述的限位多孔板9为凹槽形，所述的限位多孔板9的四周侧板高度为5～8mm，为连接前后侧面多孔板7及左右翅片维护条10的螺孔预留高度。

较佳实施例中，限位多孔板9及侧面多孔板7为1～1.5mm厚的铝合金板，开孔率为70～80％。限位多孔板的开孔一方面作为传质通道，一方面尽量减少金属热容，以减少吸附床本身造成的能量损失。

本吸附床的布置方式为：在吸附床支座6上固定下固定槽钢5，在下固定槽钢5上布置盘管单元2。所述吸附床盘管单元2内填充吸附剂，并用丝网19包裹以防泄漏。将前后侧面多孔板7与左右翅片维护条10用固定螺杆20固定。先将丝网19的一侧通过限位多孔板9固定在翅片17的底面，再向翅片17里填充吸附剂，最后用丝网19封装翅片17的顶面，在丝网19上用另一限位多孔板9压实，并用限位槽钢8固定。根据所填充吸附剂的质量，往上叠加吸附床盘管单元2，通过固定螺杆20串接锁定相邻盘管单元2之间的翅片维护条10。在四周用固定支撑杆4稳固串联全部盘管单元2，在顶层盘管单元上安装上固定槽钢1。流体分流总管11的一端用总管帽13封住，另一端作为流体的进口；流体汇流总管12的一端用总管帽13封住，另一端作为流体的出口。

本吸附床的工作原理为：在吸附床进行吸附过程中，冷却流体进入流体分流总管11，分别流入各层盘管单元2的换热管16中，通过对流换热吸收制冷剂被吸附剂吸附时产生的吸附热，温度升高后再从流体汇流总管12流出；制冷剂从传质通道3流过，分别通过限位多孔板9、丝网19，被吸附剂吸附。在吸附床进行解吸过程中，加热流体进入流体分流总管11，分别流入各层盘管单元2的换热管16中，通过对流换热加热吸附剂，使其进行还原，温度下降后从流体汇流总管12流出；制冷剂从吸附剂中被解吸出来，从传质通道3流过，分别通过限位多孔板9、丝网19，最后流出吸附床。

Claims (6)

1.强化传质的模块化吸附床，包括左右平行间隔设置的两个吸附床底座，多个盘管单元上下依次水平叠层设置，每一个所述的盘管单元包括翅片，在所述的翅片内盘绕有换热管，在所述的翅片的间隙间填充有吸附剂，其特征在于:在所述的翅片上包覆有丝网，在所述的丝网的上面和底面分别安装有限位多孔板，在所述的限位多孔板的中间设置有限位槽钢，在所述的翅片的前后两侧分别设置有凹槽形侧面多孔板，在所述的翅片的左右两侧分别设置有凹槽形翅片维护条，所述的限位多孔板以及丝网的四边与侧面多孔板以及翅片维护条分别通过固定螺杆固定相连，所述的限位槽钢的前后端分别依次与限位多孔板的内壁以及侧面多孔板内壁通过螺栓固定相连，所述的侧面多孔板的端部侧板与邻接的翅片维护条的底板之间通过螺栓固定相连，所述的翅片维护条的上面和底面分别高于侧面多孔板的上面和底面以在相邻的两个盘管单元的侧面多孔板之间形成间隙，相邻侧面多孔板以及相邻限位多孔板之间的间隙构成传质通道，相邻的两个盘管单元的翅片维护条之间通过螺栓固定相连，全部盘管单元的翅片维护条的四角位置的侧板之间通过螺栓与沿竖直方向设置的固定支撑杆固定相连，全部所述的盘管单元的换热管的进口分别依次连接流体进口直管、90°弯管和流体分流总管，全部所述的盘管单元的换热管的出口分别依次连接流体出口直管、90°弯管和液体汇流总管,在顶部的盘管单元和底部的盘管单元的侧面多孔板和翅片维护条上分别固定有上固定槽钢和下固定槽钢，所述的下固定槽钢支撑固定在两个吸附床底座上。

2.根据权利要求1所述的强化传质的模块化吸附床，其特征在于：所述的翅片采用铝翅片，翅片长300～500mm、高10～30mm，翅片间距2～4mm。

3.根据权利要求1或者2所述的强化传质的模块化吸附床，其特征在于：所述的翅片维护条设有换热管孔，所述的换热管的管端穿过换热管孔设置并且换热管孔的孔间距为20～40mm。

4.根据权利要求3所述的强化传质的模块化吸附床，其特征在于：所述的凹槽形翅片维护条的上下侧板分别高于翅片上下两面限位多孔板的底板10～20mm。

5.根据权利要求3所述的所述的强化传质的模块化吸附床，其特征在于：所述的限位多孔板为凹槽形，所述的限位多孔板的四周侧板高度为5～8mm。

6.根据权利要求3所述的所述的强化传质的模块化吸附床，其特征在于：所述的限位多孔板及侧面多孔板为1～1.5mm厚的铝合金板，开孔率为70～80％。