CN109253559B - 一种微波吸附式制冷系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波吸附式制冷系统及方法，包括：吸附床A、吸附床B、冷凝器、蒸发器和冷却器；冷凝器和蒸发器通过管路连接，吸附床A分别通过阀门连接冷凝器和蒸发器，吸附床B分别通过阀门连接冷凝器和蒸发器；吸附床A和冷却器之间通过管路连接形成循环回路，吸附床B与冷却器之间通过管路连接形成循环回路；吸附床A和吸附床B内分别设有微波源；通过所述微波源发射微波加热吸附床内的吸附工质对。本发明将微波作为驱动热源，由于微波加热具有选择性加热与加热迅速的特点，可以迅速将吸附工质对加热至所需温度，加快解吸速度，从而缩短循环周期，提高制冷量和制冷效率。
Description
技术领域
本发明涉及吸附式制冷技术领域，特别涉及一种微波吸附式制冷系统及方法。
背景技术
传统的吸附式制冷系统通常使用太阳能或者锅炉余热、工业废热作为热源驱动制冷，但是典型的太阳能吸附式制冷系统热源驱动温度有限，同时受到太阳辐射不连续、不稳定的制约，其难以稳定持续制冷；应用余热驱动系统制冷时，由于受到吸附剂导热系数低，吸附床传热传质性能差的影响导致吸附、解吸时间过长，循环周期增加，制冷量减小。
微波加热是利用微波的能量特征，对物体进行加热的过程。微波具有波长短(1m～1mm) 频率高(300MHZ～300GHZ)、量子特性等明显特征。微波技术广泛应用于雷达、导航、多路通讯、遥感及电视等方面。20世纪60年代开始，人们逐渐将微波加热技术应用于纸类、木材、树脂挤出等物理加工过程。但是，将微波加热技术应用于吸附式制冷系统，以替代太阳能或者锅炉余热、工业废热作为驱动热源，目前并没有相关文献记载。
因此，将微波加热技术应用于吸附式制冷系统，缩短制冷循环周期，提高制冷效率是我们需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种微波吸附式制冷系统及方法，该系统以微波作为驱动热源，可以显著缩短解吸时间，提高制冷效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一目的是公开一种微波吸附式制冷系统，包括：吸附床A、吸附床B、冷凝器、蒸发器和冷却器；所述冷凝器和蒸发器通过管路连接，所述吸附床A分别通过阀门连接冷凝器和蒸发器，所述吸附床B分别通过阀门连接冷凝器和蒸发器；所述吸附床A和冷却器之间通过管路连接形成循环回路，所述吸附床B与冷却器之间通过管路连接形成循环回路；
所述吸附床A和吸附床B内分别设有微波源；通过所述微波源发射微波加热吸附床内的吸附工质对。
由于微波加热具有选择性加热与加热迅速的特点，采用微波作为吸附式制冷系统的加热热源，可以迅速将吸附工质对加热至所需温度，加快解吸速度，从而缩短循环周期，提高制冷量和制冷效率。
进一步地，所述冷凝器和蒸发器的连接管路上依次串联贮液器和节流阀；其中贮液器的作用是适应蒸发器的负荷变动对制冷剂供应量的需求，在蒸发负荷增大时，供应量也增大，由贮液器的存液补给；负荷变小时，需要液量也变小，多余的液体储存在储液罐里。节流阀的作用是对制冷剂液体进行节流降压，以便其能在蒸发器中蒸发吸热。
进一步地，所述节流阀为热力膨胀阀、U型管、毛细管或电磁膨胀阀中的任一种。
进一步地，所述吸附床A和吸附床B之间通过管路连通形成循环回路；所述吸附床A和冷却器之间通过管路连接形成的循环回路上串联第一水泵，所述吸附床B与冷却器之间通过管路连接形成的循环回路上串联第二水泵。通过水泵为循环冷却水提供循环动力。
将吸附床A和吸附床B之间形成循环回路，使吸附床A和吸附床B之间能够进行热量的传输，吸附刚结束的冷床所需要的全部显热和解吸前期所需要的热量均由刚刚解吸结束的热床提供，不仅充分利用了余热，同时减小了冷却器的冷却负担。
更进一步地，所述吸附床A和吸附床B之间的连通管路上设置第一阀门和第二阀门，在第一阀门和第二阀门之间引出第一管路连接冷却器，所述第一管路上设置第三阀门；所述冷却器的冷却水输出端依次经过第四阀门和第五阀门连接吸附床A，所述冷却器的冷却水输出端依次经过第四阀门和第六阀门连接吸附床B。
通过控制阀门的开闭，能够实现冷却器与吸附床A或者吸附床B之间形成冷却回路，也能够实现吸附床A和吸附床B之间形成回热回路，结构设计合理，节省设备空间，节约成本。
进一步地，所述吸附床 A和吸附床 B的结构相同，均包括：壳体，微波发生器经过波导连接所述壳体的一端；所述壳体内设有冷却水管道，冷却水管道间连接有肋片以强化传热，吸附工质对填充在肋片之间；
进一步地，所述壳体上与波导连接的位置采用不吸收微波的聚四氟乙烯材料制成，壳体其他部分采用不锈钢材料制成。
进一步地，所述吸附床 A和吸附床 B内的吸附工质对为吸波性能良好的材料，比如为活性炭-甲醇，活性炭纤维-甲醇等。
进一步地，所述冷凝器内的冷却水管路与冷却器相连通，对制冷剂蒸汽进行冷却。
本发明的第二目的是公开一种微波吸附式制冷系统的工作方法，包括：
吸附床A吸附，吸附床B解吸时，通过控制阀门开闭使吸附床A与蒸发器连通，吸附床 B与冷凝器连通，吸附床A、冷却器与第一水泵之间的循环回路连通，吸附床B、冷却器与第二水泵之间的循环回路关断；
冷却水冷却吸附床A，此时吸附床A内压力下降，蒸发器内的制冷剂开始蒸发并进入吸附床A；
同时，吸附床B的微波源发射微波，对吸附剂工质对进行加热，吸附床B内压力升高，制冷剂不断被解吸出来，并在冷凝器中被冷凝，冷凝后的制冷剂经过节流阀后进入蒸发器蒸发并进入吸附床A，形成循环。
本发明的第三目的是公开一种微波吸附式制冷系统的工作方法，包括：
吸附床A解吸，吸附床B吸附时，通过控制阀门开闭使吸附床B与蒸发器连通，吸附床A与冷凝器连通，吸附床B、冷却器与第二水泵之间的循环回路连通，吸附床A、冷却器与第一水泵之间的循环回路关断；
冷却水冷却吸附床B，此时吸附床B内压力下降，蒸发器内的制冷剂开始蒸发并进入吸附床B；
同时，吸附床A的微波源发射微波，对吸附剂工质对进行加热，吸附床A内压力升高，制冷剂不断被解吸出来，并在冷凝器中被冷凝，冷凝后的制冷剂经过节流阀后进入蒸发器蒸发并进入吸附床B，形成循环。
进一步地，每次吸附或解吸结束时，通过控制阀门开闭使得吸附床A和吸附床B之间形成循环回路，实现热量的传输。
本发明有益效果：
本发明将微波作为驱动热源，由于微波加热具有选择性加热与加热迅速的特点，可以迅速将吸附工质对加热至所需温度，加快解吸速度，从而缩短循环周期，提高制冷量和制冷效率。
在吸附床A和吸附床B之间形成回热回路，使吸附床A和吸附床B之间能够进行热量的传输，吸附刚结束的冷床所需要的全部显热和解吸前期所需要的热量均由刚刚解吸结束的热床提供，不仅充分利用了余热，同时减小了冷却器的冷却负担。
附图说明
图1为吸附床A吸附，吸附床B解吸时微波吸附式制冷系统的工作原理图；
图2为吸附床B吸附，吸附床A解吸时微波吸附式制冷系统的工作原理图；
图3为吸附床 A或者吸附床 B的结构示意图；
其中，1.冷凝器，2.贮液器，3.节流阀，4.蒸发器，5.第一气体调节阀门，6.第二气体调节阀门，7.第三气体调节阀门，8.第四气体调节阀门，9.吸附床A，10.第一阀门，11.第二阀门， 12.吸附床B，13.第二水泵，14.第三阀门，15.第一水泵，16.第五阀门，17.第六阀门，18.第四阀门，19.冷却器。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术里介绍的，为了解决现有技术中吸附式制冷系统的加热热源不稳定以及循环周期长的问题，本发明公开了一种微波吸附式制冷系统，包括：吸附床A9、吸附床B12、冷凝器1、蒸发器4和冷却器19；冷凝器1和蒸发器4通过管路连接，冷凝器1与蒸发器4之间分别设有贮液器2和节流阀3，节流阀3为热力膨胀阀、U型管、毛细管或电磁膨胀阀。
吸附床A9分别通过第四气体调节阀门8和第三气体调节阀门7连接冷凝器1和蒸发器4，吸附床B12分别通过第一气体调节阀门5和第二气体调节阀门6连接冷凝器1和蒸发器4；
吸附床 A和吸附床 B选用经过特殊设计的壳管式换热器，如图3所示。微波由微波发生器产生后经波导传递到吸附床一端，相对封闭的吸附床 可以视为微波作用的腔体，其左封头采用聚四氟乙烯材料制成，这种材料不吸收微波，可以确保微波的穿过以及吸附床的密封。壳体其他部分采用不锈钢材料，由于不锈钢对微波的反射作用，可以防止微波的泄露。换热器内的冷却水管间连接有肋片以强化传热，吸附剂填充在肋片之间。在腔体内部通过微波加热吸附工质对，使制冷剂快速解吸，产生冷剂蒸汽。由于微波作用范围有限，吸附床 的体积也不宜过大，可以同时并联多个此种吸附床 来满足较大的制冷功率的需求。
吸附床 A和吸附床 B内的吸附工质对优选为吸波性能良好的材料，比如为活性炭-甲醇，活性炭纤维-甲醇等。
吸附床A9和冷却器19之间通过管路连接形成冷却循环回路，吸附床B12与冷却器19 之间通过管路连接形成冷却循环回路；
冷凝器1内的冷却水管路与冷却器19相连通，对制冷剂蒸汽进行冷凝。
吸附床A9和吸附床B12之间的连通管路上设置第一阀门10和第二阀门11，在第一阀门 10和第二阀门11之间引出第一管路连接冷却器19，第一管路上设置第三阀门14；冷却器19 的冷却水输出端依次经过第四阀门18和第五阀门16连接吸附床A9，冷却器19的冷却水输出端依次经过第四阀门18和第六阀门17连接吸附床B12。
控制第一阀门10、第三阀门14、第四阀门18和第五阀门16开，第二阀门11和第六阀门17关，能够实现冷却器19与吸附床A9之间形成冷却循环回路；控制第二阀门11、第三阀门14、第四阀门18和第六阀门17开，第一阀门10和第五阀门16关，能够实现冷却器19 与吸附床B12之间形成冷却循环回路；控制第一阀门10、第二阀门11、第五阀门16和第六阀门17开，第三阀门14和第四阀门18关，能够实现吸附床A9和吸附床B12之间形成回热回路。
吸附床A9和冷却器19之间通过管路连接形成的循环回路上串联第一水泵15，吸附床B12 与冷却器19之间通过管路连接形成的循环回路上串联第二水泵13，通过水泵为循环冷却水提供循环动力。
本实施方式下，微波吸附式制冷系统的工作原理如下：
如图1所示，吸附床A9吸附，吸附床B12解吸时，第二气体调节阀门6和第三气体调节阀门7打开，第一气体调节阀门5和第四气体调节阀门8关闭，吸附床A9与蒸发器4连通，吸附床B12与冷凝器1连通。同时第一阀门10、第三阀门14、第四阀门18和第五阀门 16打开，第一水泵15开启，第二阀门11、第六阀门17和第二水泵13关闭，吸附床A9与冷却器19之间形成冷却循环回路，冷却水冷却吸附床，此时吸附床A9内压力下降，蒸发器 4内的制冷剂开始蒸发并进入吸附床A9。
同时，吸附床B12的微波源对吸附剂工质对进行加热，吸附床压力升高，制冷剂不断被解吸出来，并在冷凝器1中被冷凝，冷凝后的制冷剂依次通过贮液器2和节流阀3后进入蒸发器4蒸发，进入吸附床A9，形成循环过程。蒸发器4内的冷量不断被冷媒水带出实现制冷。
同样的道理，当吸附床B12吸附，吸附床A9解吸时，如图2所示，第二气体调节阀门6和第三气体调节阀门7关闭，第一气体调节阀门5和第四气体调节阀门8打开，吸附床B12 与蒸发器4连通，吸附床A9与冷凝器1连通。同时第二阀门11、第三阀门14、第四阀门18 和第六阀门17打开，第二水泵13开启，第一阀门10、第五阀门16和第一水泵15关闭，吸附床B12与冷却器19之间形成冷却循环回路，冷却水冷却吸附床，此时吸附床B12内压力下降，蒸发器4内的制冷剂开始蒸发并进入吸附床B12。
同时，吸附床A9的微波源对吸附剂工质对进行加热，吸附床压力升高，制冷剂不断被解吸出来，并在冷凝器1中被冷凝，冷凝后的制冷剂依次通过贮液器2和节流阀3后进入蒸发器4蒸发，进入吸附床B12，形成循环过程。蒸发器4内的冷量不断被冷媒水带出实现制冷。
每次吸附或解吸结束时，系统启动回热，此时，第一阀门10、第二阀门11、第五阀门16和第六阀门17开，第三阀门14和第四阀门18关，第一水泵15和第二水泵13都打开，此时解吸刚结束的热吸附床与吸附刚结束的冷吸附床管路联通。吸附刚结束的冷床所需要的全部显热(物体不发生化学变化或相变化时，温度升高或降低所需要的热量称为显热)和解吸过程前期所需要的热量均由刚刚解吸结束的热床提供，微波只须提供吸附结束的冷床解吸后期所需要的热量，以此减小冷却器19的冷却负荷，并可提高COP(能效比)约20％。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种微波吸附式制冷系统，其特征在于，包括：吸附床A、吸附床B、冷凝器、蒸发器和冷却器；所述冷凝器和蒸发器通过管路连接，所述吸附床A分别通过阀门连接冷凝器和蒸发器，所述吸附床B分别通过阀门连接冷凝器和蒸发器；所述吸附床A和冷却器之间通过管路连接形成循环回路，所述吸附床B与冷却器之间通过管路连接形成循环回路；
所述吸附床A和吸附床B内分别设有微波源；通过所述微波源发射微波加热吸附床内的吸附工质对；
所述吸附床A和吸附床B之间通过管路连通形成循环回路；
所述吸附床A和冷却器之间通过管路连接形成的循环回路上串联第一水泵，所述吸附床B与冷却器之间通过管路连接形成的循环回路上串联第二水泵；
所述吸附床 A和吸附床 B的结构相同，均包括：壳体，微波发生器经过波导连接所述壳体的一端；所述壳体内设有冷却水管道，冷却水管道间连接有肋片以强化传热，吸附工质对填充在肋片之间；
所述壳体上与波导连接的位置采用不吸收微波的聚四氟乙烯材料制成，壳体其他部分采用不锈钢材料制成。
2.如权利要求1所述的一种微波吸附式制冷系统，其特征在于，所述冷凝器和蒸发器的连接管路上依次串联贮液器和节流阀；
所述节流阀为热力膨胀阀、U型管、毛细管或电磁膨胀阀中的任一种。
3.如权利要求1所述的一种微波吸附式制冷系统，其特征在于，所述吸附床A和吸附床B之间的连通管路上设置第一阀门和第二阀门，在第一阀门和第二阀门之间引出第一管路连接冷却器，所述第一管路上设置第三阀门；所述冷却器的冷却水输出端依次经过第四阀门和第五阀门连接吸附床A，所述冷却器的冷却水输出端依次经过第四阀门和第六阀门连接吸附床B。
4.如权利要求1所述的一种微波吸附式制冷系统，其特征在于，所述吸附床 A和吸附床B内的吸附工质对采用活性炭-甲醇或者活性炭纤维-甲醇。
5.如权利要求1所述的一种微波吸附式制冷系统，其特征在于，所述冷凝器内的冷却水管路与冷却器相连通，对制冷剂蒸汽进行冷却。
6.一种微波吸附式制冷系统的工作方法，其特征在于，包括：
吸附床A吸附，吸附床B解吸时，通过控制阀门开闭使吸附床A与蒸发器连通，吸附床B与冷凝器连通，吸附床A、冷却器与第一水泵之间的循环回路连通，吸附床B、冷却器与第二水泵之间的循环回路关断；
冷却水冷却吸附床A，此时吸附床A内压力下降，蒸发器内的制冷剂开始蒸发并进入吸附床A；
同时，吸附床B的微波源发射微波，对吸附剂工质对进行加热，吸附床B内压力升高，制冷剂不断被解吸出来，并在冷凝器中被冷凝，冷凝后的制冷剂经过节流阀后进入蒸发器蒸发并进入吸附床A，形成循环。
7.一种微波吸附式制冷系统的工作方法，其特征在于，包括：
吸附床A解吸，吸附床B吸附时，通过控制阀门开闭使吸附床B与蒸发器连通，吸附床A与冷凝器连通，吸附床B、冷却器与第二水泵之间的循环回路连通，吸附床A、冷却器与第一水泵之间的循环回路关断；
冷却水冷却吸附床B，此时吸附床B内压力下降，蒸发器内的制冷剂开始蒸发并进入吸附床B；
同时，吸附床A的微波源发射微波，对吸附剂工质对进行加热，吸附床A内压力升高，制冷剂不断被解吸出来，并在冷凝器中被冷凝，冷凝后的制冷剂经过节流阀后进入蒸发器蒸发并进入吸附床B，形成循环。
8.如权利要求6或者7所述的微波吸附式制冷系统的工作方法，其特征在于，每次吸附或解吸结束时，通过控制阀门开闭使得吸附床A和吸附床B之间形成循环回路，实现回热。
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