CN107062683A - 一种多盐复合吸附储能型冷冻系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多盐复合吸附储能型冷冻系统，包括吸附床、储冷床、蒸发器、冷凝器和储液罐，吸附床和储冷床分别与冷凝器和蒸发器连通，储液罐分别与冷凝器和蒸发器连通，在吸附床和储冷床的一侧连通有余热入口，另一侧连通有余热出口，吸附床和储冷床内均填充有用于吸附制冷工质的多盐复合吸附剂,在与烟气流动垂直方向上，所述的吸附床和所述的储冷床的一侧均设有冷却风机。本发明在热源波动较大甚至间断供热时，为用户提供所需的冷量，即当余热停止供应或无法提供足够热量时，储冷床启动，开始冷量的释放，从而提高整个系统的可靠性。

Description

一种多盐复合吸附储能型冷冻系统及其应用

技术领域

本发明属于吸附式制冷与储能技术领域，特别涉及一种多盐复合吸附储能型冷冻系统及其应用。

背景技术

伴随着化石能源危机和环境问题的日趋严重，针对这一世界性的矛盾现象，我国推行“可持续发展”，努力建设环境友好型社会。吸附式制冷作为一种余热驱动的制冷方式，是解决以上矛盾的有效途径，近年来吸附式制冷技术也得到迅猛发展。

氨与水作为两种非氟氯烃类制冷剂，不会对臭氧层造成破坏作用，也是吸附式制冷与储能中常用的两种工质。水多用作物理吸附的吸附质，关于以水为制冷剂的系统，技术发展已经比较成熟，广泛应用于各种场合的空调系统中。相对水而言，氨多用于化学吸附，且可用于冷冻工况，没有水在零度以下会结冰的限制，已经被国际制冷协会指定为CFCs与HCFCs的替代物。

吸附式制冷多用于有余热存在的场所，实现能量的梯级利用，常见的余热有太阳能、工厂废热以及发动机尾气等。大多余热都有一个共同点，其热量波动较大，如太阳能在一天之内的辐射强度存在明显差异，发动机烟气的温度也随发动机负荷变化，在低负荷时(车辆在空载时)烟气温度只有200-250℃，而在满负荷时(车辆在满载爬坡时)烟气温度高达400-500℃，烟气温度波动幅度大。以此为驱动热源的吸附式制冷系统则会出现高峰期热量过剩，而低谷期热量不足以驱动制冷系统正常工作，无法保证所需制冷量的情况。

发明内容

本发明第一目的是提供一种多盐复合吸附储能型冷冻系统，制冷与储能的一体化系统应运而生，利用高峰期的多余部分热量驱动储能系统的储冷床，完成冷量的储存；当热源停止或无足够热量供应时，储冷床启动，开始冷量的释放。

本发明第二目的是提供一种利用上述多盐复合吸附储能型冷冻系统吸附储能的方法，制冷与储能的一体化系统应运而生，利用高峰期的多余部分热量驱动储能系统的储冷床，完成冷量的储存；当热源停止或无足够热量供应时，储冷床启动，开始冷量的释放。

本发明第三目的是提供一种利用上述多盐复合吸附储能型冷冻系统在余热的应用，制冷与储能的一体化系统应运而生，利用高峰期的多余部分热量驱动储能系统的储冷床，完成冷量的储存；当热源停止或无足够热量供应时，储冷床启动，开始冷量的释放。

本发明的技术方案如下：

一种多盐复合吸附储能型冷冻系统，包括吸附床、储冷床、蒸发器、冷凝器和储液罐，所述的吸附床和所述的储冷床分别与所述的冷凝器和所述的蒸发器连通，所述的储液罐分别与所述的冷凝器和所述的蒸发器连通，在所述的吸附床和所述的储冷床的一侧连通有余热入口，在所述的吸附床和所述的储冷床的另一侧连通有余热出口，所述的吸附床和所述的储冷床内均填充有用于吸附制冷工质的多盐复合吸附剂；

在与烟气流动垂直方向上，所述的吸附床和所述的储冷床的一侧均设有冷却风机，用于冷却所示的所述的吸附床和所述的储冷床。

优选为，所述的吸附床的第一支管和所述的储冷床的第二支管并入第一总管与所述的冷凝器连通；所述的吸附床的第三支管和所述的储冷床的第四支管并入第二总管与所述的蒸发器连通。

优选为，在所述的第一支管、所述的第二支管、所述的第三支管和所述的第四支管上均设有控制阀。

优选为，所述的储液罐通过所述的第一总管与所述的冷凝器连通，所述的储液罐通过所述的第二总管与所述的蒸发器连通。

优选为，在所述的吸附床、所述的储冷床与所述的冷凝器之间的所述的第一总管上、在所述的吸附床、所述的储冷床与所述的蒸发器之间的所述的第二总管上和在所述的储液罐与所述的冷凝器连通之间的所述的第一总管上均设有控制阀；在所述的储液罐与所述的蒸发器器之间的所述的第二总管上设有膨胀阀。

优选为，所述的余热入口经第三总管分支管分别与所述的吸附床和所述的储冷床连通，并最后汇入所述的第三总管与外界连通，形成所述的余热出口；在靠近所述的余热入口连通所述的吸附床和所述的储冷床的支管上均设有控制阀。

优选为，所述的制冷工质为氨。

本发明还公开了一种利用上述的多盐复合吸附储能型冷冻系统吸附储能的方法，包括利用余热对所述的储冷床进行加热，待其中的制冷工质解吸完成，关闭所述的储冷床与所述的冷凝器和所述的蒸发器连通的管道，此时由所述的吸附床、所述的冷凝器和所述的蒸发器组成的制冷系统工作，当余热不足时，启动所述的储冷床吸附制冷工质。

本发明还公开了一种上述的多盐复合吸附储能型冷冻系统在余热驱动上的应用，特别是在能量波动的余热上的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的一种多盐复合吸附储能型冷冻系统，当热源在供给吸附床足够热量的前提下仍有部分剩余或在吸附床吸附过程中余热无需对吸附床进行加热时，可利用这部分余热通入储冷床解吸制冷工质，实现冷量的储备，因此，在热源波动较大甚至间断供热时，为用户提供所需的冷量，即当余热停止供应或无法提供足够余热时，启动储冷床，开始冷量的释放，从而提高整个系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种多盐复合吸附储能型冷冻系统的结构原理图；

图2为本发明的一种多盐复合吸附储能型冷冻系统的余热流入、流出吸附床和储冷床的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

为了更好的说明本发明，下方结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1～2所示，本发明的一种多盐复合吸附储能型冷冻系统，包括吸附床、储冷床、蒸发器、冷凝器和储液罐，所述的吸附床和所述的储冷床分别与所述的冷凝器和所述的蒸发器连通，所述的储液罐分别与所述的冷凝器和所述的蒸发器连通，在所述的吸附床和所述的储冷床的一侧连通有余热入口，在所述的吸附床和所述的储冷床的另一侧连通有余热出口，所述的吸附床和所述的储冷床内均填充有用于吸附制冷工质的多盐复合吸附剂，在与烟气流动垂直方向上，所述的吸附床和所述的储冷床的一侧均设有冷却风机，用于冷却所述的吸附床和所述的储冷床。

具体的制冷工质流向为：制冷工质解吸后，通入冷凝器冷凝为液态，并进一步将其冷却至过冷状态，流入储液罐储存，当需要实现冷冻工况时，启动冷却风机对吸附床和/或储冷床进行冷却，吸附床内温度降低，压力减小，由于压差作用，储液器中的制冷工质将流入蒸发器，并在其中吸热蒸发，从而实现冷量的输出，蒸发得到的气体通入吸附床和/或储冷床被其中的吸附剂所吸附，再依次继续解吸-冷凝-蒸发-吸附，形成循环。所述的制冷工质为氨。

本发明的吸附床和储冷床由金属外壳和内部的无缝不锈钢单元管构成，单元管内填充多盐复合吸附剂，外壳与单元管之间流动的是热源或冷源，换热效果得以改善；同时，这种模块化设计便于根据具体的安装场合和冷量需求确定吸附床的尺寸，而储冷床的尺寸则根据安装空间以及热源的具体工况而定。

本发明的吸附床和储冷床中填充的均是以膨胀硫化石墨为基质的多盐复合吸附剂，膨胀硫化石墨可增强传热传质效果，改善吸附剂由于结块而造成的性能衰减。

本发明所采用的多盐复合吸附剂中所含的金属卤化物为氯化铵、氯化钙、氯化锰中的两种或三种，视具体应用场合而定，填充密度为300～1200kg/m³。

进一步，所述的吸附床的第一支管1和所述的储冷床的第二支管2并入第一总管3与所述的冷凝器连通；所述的吸附床的第三支管4和所述的储冷床的第四支管5并入第二总管6与所述的蒸发器连通。

在所述的第一支管1、所述的第二支管2、所述的第三支管4和所述的第四支管5上均设有控制阀，分别为VA4、VA5、VA7、VA6。

所述的储液罐通过所述的第一总管3与所述的冷凝器连通，所述的储液罐通过所述的第二总管6与所述的蒸发器连通。

在所述的吸附床、所述的储冷床与所述的冷凝器之间的所述的第一总管3上、在所述的吸附床、所述的储冷床与所述的蒸发器之间的所述的第二总管6上和在所述的储液罐与所述的冷凝器连通之间的所述的第一总管3上均设有控制阀，分别为VA3、VA8和VA2；在所述的储液罐与所述的蒸发器之间的所述的第二总管6上设有膨胀阀VA1。

所述的余热入口经第三总管7分支管分别与所述的吸附床和所述的储冷床连通，并最后汇入所述的第三总管7与外界连通，形成所述的余热出口；；在靠近所述的余热入口连通所述的吸附床和所述的储冷床的支管上均设有控制阀，分别为VE1和VE2。

在所述的吸附床和所述的储冷床的一侧均设有冷却风机F1、F2，保证良好的换热效果。

实施例1

本实施例的一种多盐复合吸附储能型冷冻系统在发动机烟气驱动上的应用，制冷工质为氨，包括五大主要部件：吸附床、储冷床、冷凝器、储液罐、蒸发器，VA1为氨用膨胀阀，VA2-8为普通氨用阀门，VE1-2为烟气阀门，F1与F2为轴流冷却风机，如图1所示，其中，发动机烟气流动管道与吸附床储冷床之间管道连通及阀门设置，如图2所示。

当发动机处于高负荷运转状态时，打开烟气阀门VE1和VE2，发动机烟气同时加热吸附床和储冷床，内部温度上升，发生解吸反应，打开制冷剂阀门VA2、VA3、VA4、VA5，关闭阀门VA6、VA7，从中解吸出的气态氨一同进入冷凝器中冷凝成饱和液，经进一步冷却至过冷状态，过冷液氨储存在储液罐中，待储能过程结束后，关闭烟气阀门VE2，停止对储冷床的加热，同时关闭阀门VA5，切断储冷床与制冷系统之间的通路，使储冷床处于孤立状态以备用。

当发动机正常运转时，由制冷系统正常工作满足冷藏车的冷藏运输条件。吸附床吸附过程关闭烟气阀门VE1，打开冷却风机F1对吸附床进行快速冷却降温，同时打开膨胀阀VA1和阀门VA7、VA8，关闭阀门VA4，储液罐中的液氨流经膨胀阀，压力与温度均下降，液氨进入蒸发器中在低压条件下等压蒸发，蒸发过程中温度与压力一一对应，压力低则对应的饱和温度也较低，从而实现冷冻工况，蒸发出的气态氨随即进入吸附床，与吸附床中的多盐复合吸附剂形成络合物；当吸附床处于吸附过程时，可打开烟气阀门VE2，让烟气对储冷床进行加热解吸，同时打开制冷剂阀门VA2、VA3、VA5，关闭阀门VA6，从储冷床中解吸出的气态氨进入冷凝器中冷凝，再流入储液罐中储存起来，待储冷过程完成，再关闭烟气阀门VE2和制冷剂阀门VA5，使储冷床独立于制冷系统之外；吸附床解吸过程仅打开烟气阀门VE1，发动机烟气加热吸附床促使其中的多盐氨合物发生解吸反应，同时打开阀门VA2、VA3、VA4，关闭氨用阀门VA7，从吸附床中解吸出来的氨气进入冷凝器中冷凝至过冷态，多余部分储存于储液罐中，完成一个完整的吸附式制冷循环。

当停车发动机停止运转时，无烟气产生，无法再驱动制冷循环实现冷量供应，此时启动储冷床制冷，为冷藏车厢提供冷量。打开阀门VA1、VA8、VA6，由于压差作用，储液罐中的液氨将流入蒸发器中，并在低压条件下吸热蒸发，继续维持冷藏车厢内的低温环境，蒸发的气态氨经阀门VA6流入储冷床，被储冷床中的多盐复合吸附剂所吸附，同时打开冷却风机F2，由外界空气带走吸附过程产生的热量。

当余热过量供应时，余热通入所述的吸附床和所述的储冷床内解吸吸附在多盐复合吸附剂的制冷工质，制冷工质经所述的冷凝器冷凝，并储存于所述的储液罐中，吸附过程中所述的储液罐的制冷工质流向所述的蒸发器蒸发，实现冷冻工况，蒸发得到的气体通入所述的吸附床内被其中的吸附剂所吸附，同时，可将余热通入所述的储冷床使其发生解吸反应，进行冷量储存；当余热正常供应时，余热通入所述的吸附床内解吸吸附在多盐复合吸附剂的制冷工质，制冷工质经所述的冷凝器冷凝，并储存于所述的储液罐中，吸附过程中所述的储液罐的制冷工质流向所述的蒸发器蒸发，实现冷冻工况，蒸发得到的气体通入所述的吸附床内被其中的吸附剂所吸附，同时，可将余热通入所述的储冷床使其发生解吸反应，进行冷量储存；当余热不足或没有时，启动储冷床，开始冷量的释放，即所述的储液罐的制冷工质流向所述的蒸发器蒸发，实现冷冻工况，蒸发得到的气体通入所述的储冷床被其中的吸附剂所吸附。

本发明的多盐复合吸附储能型冷冻系统，包括两个部分：

吸附式制冷循环系统——该循环包括吸附床、冷凝器、储液罐、蒸发器和附属的管道与阀门。热源加热吸附床，从中解吸出的气态氨随即进入冷凝器中冷凝成液体，进一步冷却到饱和温度以下，处于过冷状态的液氨储存到储液罐中；冷源冷却吸附床，储液罐中的过冷液氨流经膨胀阀，进入蒸发器中吸收制冷空间的热量蒸发，产生的氨气再进入吸附床中与其中的多盐复合吸附剂发生络合反应，至此，结束一个完整的吸附式制冷循环。

吸附式储能循环系统——该循环主要包括储冷床及其附属件，其余反应部件同制冷循环。吸附床解吸过程中当热源在供给吸附床足够热量的前提下仍有部分剩余或在吸附床吸附过程中发动机烟气无需对吸附床进行加热时，可利用这部分烟气热量加热储冷床，使其中的氨挣脱化学键的束缚，从中解吸出来的气态氨与从吸附床中解吸出的氨气一同进入冷凝器中完成从气相到液相的转变，实现冷量的储备；当热源不足以驱动制冷循环提供足够的冷量甚至停止供热时，启动并冷却储冷床，暂时替代吸附床的作用，从蒸发器中蒸发而来的气态氨被里面的多盐复合吸附剂所吸附，实现冷量的释放。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种多盐复合吸附储能型冷冻系统，其特征在于，包括吸附床、储冷床、蒸发器、冷凝器和储液罐，所述的吸附床和所述的储冷床分别与所述的冷凝器和所述的蒸发器连通，所述的储液罐分别与所述的冷凝器和所述的蒸发器连通，在所述的吸附床和所述的储冷床的一侧连通有余热入口，在所述的吸附床和所述的储冷床的另一侧连通有余热出口，所述的吸附床和所述的储冷床内均填充有用于吸附制冷工质的多盐复合吸附剂；

在与烟气流动垂直方向上，所述的吸附床和所述的储冷床的一侧均设有冷却风机，用于冷却所述的吸附床和所述的储冷床。

2.根据权利要求1所述的多盐复合吸附储能型冷冻系统，其特征在于，所述的吸附床的第一支管和所述的储冷床的第二支管并入第一总管与所述的冷凝器连通；所述的吸附床的第三支管和所述的储冷床的第四支管并入第二总管与所述的蒸发器连通。

3.根据权利要求2所述的多盐复合吸附储能型冷冻系统，其特征在于，在所述的第一支管、所述的第二支管、所述的第三支管和所述的第四支管上均设有控制阀。

4.根据权利要求2所述的多盐复合吸附储能型冷冻系统，其特征在于，所述的储液罐通过所述的第一总管与所述的冷凝器连通，所述的储液罐通过所述的第二总管与所述的蒸发器连通。

5.根据权利要求4所述的多盐复合吸附储能型冷冻系统，其特征在于，在所述的吸附床、所述的储冷床与所述的冷凝器之间的所述的第一总管上、在所述的吸附床、所述的储冷床与所述的蒸发器之间的所述的第二总管上和在所述的储液罐与所述的冷凝器连通之间的所述的第一总管上均设有控制阀；在所述的储液罐与所述的蒸发器之间的所述的第二总管上设有膨胀阀。

6.根据权利要求1所述的多盐复合吸附储能型冷冻系统，其特征在于，所述的余热入口经第三总管分支管分别与所述的吸附床和所述的储冷床连通，

并最后汇入所述的第三总管与外界连通，形成所述的余热出口；在靠近所述的余热入口连通所述的吸附床和所述的储冷床的支管上均设有控制阀。

7.根据权利要求1所述的多盐复合吸附储能型冷冻系统，其特征在于，所述的制冷工质为氨。

8.一种利用权利要求1～7所述的多盐复合吸附储能型冷冻系统吸附储能的方法，其特征在于，包括利用余热对所述的储冷床进行加热，待其中的制冷工质解吸完成，关闭所述的储冷床与所述的冷凝器和所述的蒸发器连通的管道，此时由所述的吸附床、所述的冷凝器和所述的蒸发器组成的制冷系统工作，当余热不足时，启动所述的储冷床吸附制冷工质。

9.一种权利要求1～7所述的多盐复合吸附储能型冷冻系统在余热驱动上的应用。