CN109959183A - 一种基于强化传质的吸附式制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于强化传质的吸附式制冷系统，其包括第一工作室和第二工作室，所述第一工作室和第二工作室均为独立的腔体，并通过真空阀连接；所述第一工作室包括第一吸附床、第一冷凝器、第一储液器和第一蒸发器，所述第一冷凝器设置在第一吸附床的水平方向，所述第一储液器位于第一冷凝器下端，所述第一蒸发器设置于第一吸附床下方，所述第一工作室和第二工作室内部各单元结构相同且对称排列；本发明采用的吸附床为管翅式结构，可根据制冷量不同并联若干个子吸附床。本发明采用硅胶/氯化钙作为吸附剂，可强化吸附床的传质性能，减小机组体积，提高机组性能。本发明可以利用太阳能等低品位热源，提高资源利用率。

Description

一种基于强化传质的吸附式制冷系统

技术领域

本发明涉及制冷领域和新能源利用领域，特别涉及一种基于强化传质的吸附式制冷系统。

背景技术

能源需求与环境污染是当今社会面临的主要问题。建筑能耗占全球总能耗的40%，其中制冷能耗按照每年6%的增率稳定增长。传统的蒸汽压缩式制冷采用HCFCs和HFCs作为制冷剂，造成臭氧层破坏和温室效应。针对这一问题，国际社会先后达成了《蒙特利尔议定书》、《京都议定书》等一系列公约，达成加速淘汰HCFCs的方案和削减控制HFCs的修正案。因此，发展和推广应用节能环保的制冷技术刻不容缓。吸附式制冷是一种绿色环保的制冷技术，可由太阳能、余热、废热等低品位热能驱动，一般采用水、氨等天然工质作为制冷剂，对环境无破坏作用。

目前，吸附式制冷技术存在以下几方面的问题：（1）由于吸附剂循环吸附量较小，导致吸附式制冷机组体积庞大，系统能效较低；（2）大多数吸附式制冷系统在真空环境下运行，采用过多真空阀和管路会导致系统稳定性下降，真空维护难度大，系统能效降低。

发明内容

本发明针对上述存在问题，提出一种基于强化传质的吸附式制冷系统，其采用沉浸式蒸发器和复合吸附剂，连接方式简单。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现。

一种基于强化传质的吸附式制冷系统，包括第一工作室和第二工作室两个独立的工作腔，第一工作室和第二工作室通过真空阀进行连接；所述第一工作室内包括：第一吸附床、第一冷凝器、第一储液器以及第一蒸发器；所述第一冷凝器设置在第一吸附床水平方向，所述第一储液器位于第一冷凝器下端，所述第一蒸发器设置于第一吸附床下方，所述第一工作室和第二工作室的内部各单元结构相同且对称排列。

进一步的，第一工作室的第一吸附床与第二工作室的第二吸附床通过真空阀交换两吸附床中的制冷剂。

进一步的，所述第一吸附床为模块化管翅式换热器，包括第一吸附床盘管、第一吸附床入口管、第一吸附床出口管、第一吸附床翅片和吸附剂，换热流体从第一吸附床入口管流入，流经第一吸附床盘管后从第一吸附床出口管流出，第一吸附床翅片固定在第一吸附床盘管上，吸附剂在吸附床翅片间填充，所述吸附剂与吸附床传质通道通过不锈钢纱网隔开。所述换热流体在换热盘管内流动。将吸附剂与吸附床翅片和吸附床盘管之间设置不锈钢纱网，从而防止吸附剂脱落。

进一步的，可以根据吸附床的实际负荷量并联若干子吸附器。

进一步的，所述第一冷凝器为翅片管式换热器，所述制冷剂在翅片管外侧冷凝，所述冷却水在管内流动。

进一步的，所述第一储液器位于第一冷凝器盘管下端，用于存储冷凝的制冷剂，所述储液器底部设置导液管，将储液器内储存的制冷剂液体导入蒸发器内。

进一步的，所述第一蒸发器为针对吸附式制冷真空环境的沉浸式蒸发器。如所述沉浸式蒸发器包括储液腔和蛇形翅片盘管，所述翅片管为铜管铝翅片，安装在蒸发器储液腔底部。

进一步的，所述第一蒸发器包括第一蒸发器入口管、第一蒸发器出口管、第一蒸发器翅片、第一储液腔和第一换热盘管；所述第一换热盘管分为多层，且第一换热盘管表面设有第一蒸发器翅片，第一换热盘管位于第一储液腔底部，制冷剂在第一换热盘管表面完成蒸发。

进一步的，所述吸附式制冷系统采用硅胶/氯化钙复合吸附剂。

进一步的，所述复合吸附剂采用浸渍法制备，硅胶与氯化钙在真空容器中浸泡24小时。

进一步的，所述吸附式制冷系统的两个工作室分别设置抽气管，用于对第一工作室和第二工作室腔体抽真空，所述抽气管通过真空阀与工作室连接。

进一步的，所述吸附式制冷系统外壁包裹保温材料，减少热量损失。

进一步的，所述吸附式制冷系统工作时，第一工作室和第二工作室在同一时间分别进行吸附和脱附过程，实现吸附式制冷的连续循环制冷。

在实际系统中，在有限的循环时间内无法实现充分的吸附和脱附，会导致循环吸附量较小，机组体积过大，本发明中回质循环可提高吸附剂的循环吸附量，在吸附/解吸周期结束后，打开两工作室之间的真空阀，此时，由于压差作用，会使吸附床中的脱附的部分制冷剂快速转移到另一吸附床，促进吸附床进一步脱附，另一吸附床进一步吸附，这个阶段不发生制冷过程，主要目的是增加循环吸附量，从而增加下一次循环的制冷量。下一次循环，吸附和脱附相互交换。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

（1）本发明提供的吸附式制冷系统，采用模块化吸附床，可根据负荷量调节并联的子吸附器个数；冷凝器和蒸发器换热管表面设有翅片，可增加换热效果。采用沉浸式蒸发器，可降低蒸发器和吸附床之间的沿程阻力；在冷凝器和蒸发器之间设置储液器，可调节蒸发器内的制冷剂质量。通过各部件的优化强化吸附式制冷系统的传热性能。

（2）本发明提供的吸附式制冷系统各部件安装在两个腔体内，结构紧凑，减少管路连接和真空阀的使用，增加了系统的可靠性和气密性，同时只通过一个真空阀连接两个腔体，完成传质过程，强化了传质性能。

（3）本发明提供的吸附式制冷系统采用硅胶/氯化钙作为吸附材料，可提高吸附剂的循环吸附量和导热系数，强化吸附床的传质性能，减小吸附式制冷系统的体积。

附图说明

图1为本发明吸附式制冷的结构示意图；

图2为沉浸式蒸发器的左视图；

图3为沉浸式蒸发器的俯视图；

其中，1-第一工作室，11-第一吸附床，111-第一吸附床盘管，112-第一吸附床入口管，113-第一吸附床出口管，12-第一抽气管，13-第一冷凝器，131-第一冷凝器入口管，132-第一冷凝器翅片管，133-第一冷凝器出口管，14-第一储液器，15-第一蒸发器，151-第一蒸发器入口管，152-第一蒸发器出口管，153-第一蒸发器储液腔，154-第一蒸发器换热盘管，155-第一蒸发器翅片，16-第一工作室支撑架；2-第二工作室，21-第二吸附床， 211-第二吸附床盘管，212-第二吸附床入口管，213-第二吸附床出口管，22-第二抽气管，23-第二冷凝器，231-第二冷凝器入口管，232-第二冷凝器翅片管，233-第二冷凝器出口管，24-第二储液器，25-第二蒸发器，251-第二蒸发器入口管，252-第二蒸发器出口管，253-第二蒸发器储液腔，254-第二蒸发器换热盘管，255-第二蒸发器翅片，26-第二工作室支撑架；3-真空阀。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施不限于此。

结合图1，本实施案例对吸附式制冷系统进行详细描述，其结构包括：第一工作室1和第二工作室2两个独立的腔体，第一工作室1和第二工作室2通过真空阀3连接。真空阀3用于完成第一工作室和第二工作室之间的传质过程。

第一工作室1包括第一吸附床11，第一冷凝器13，第一储液器14和第一蒸发器15,所述第一冷凝器13设置在第一吸附床11的水平方向的左侧，所述第一储液器14位于第一冷凝器13下端，所述第一蒸发器15设置于第一吸附床11下方。其中第一吸附床11包括第一吸附床盘管111、第一吸附床入口管112、第一吸附床出口管113、第一吸附床翅片和吸附剂，换热流体从第一吸附床入口管112流入，流经第一吸附床盘管111后从第一吸附床出口管113流出，第一吸附床翅片固定在第一吸附床盘管111上，吸附剂填充在第一吸附床盘管111和第一吸附床翅片之间，所述吸附剂为浸渍法制备的硅胶/氯化钙复合吸附剂。第一冷凝器13包括第一冷凝器入口管131、第一冷凝器翅片管132和第一冷凝器出口管133，冷却水从入口管131流经第一冷凝器翅片管132后从出口管133流出，制冷剂在翅片管表面冷凝。第一储液器14位于第一冷凝器翅片管132下侧，用于收集冷凝后的制冷剂液体，并通过储液器14底部的导液管将制冷剂液体导入第一蒸发器储液腔153。第一蒸发器15包括第一蒸发器入口管151、第一蒸发器出口管152、第一蒸发器翅片155、第一储液腔153和第一换热盘管154；第一蒸发器翅片155固定在第一换热盘管154上，且二者位于第一储液腔153中，第一储液腔中贮存制冷剂水，冷冻水从第一蒸发器入口管151流入，流经换热盘管154后从第一蒸发器出口管152流出，制冷剂液体在第一蒸发器翅片155表面蒸发。第一蒸发器通过第一工作室支撑架16固定在第一工作室1底部。

结合图2和图3，本实施案例对沉浸式蒸发器进行详细说明，第一蒸发器与第二蒸发器结构相同，其结构包括：第二蒸发器入口管251、第二蒸发器出口管252、第二储液腔253、第二换热盘管254和第二蒸发器翅片255。第二蒸发器翅片255固定在第二换热盘管254上，且二者位于第二储液腔253中，冷冻水从第二蒸发器入口管251流入，流经第二换热盘管254后从第二蒸发器出口管252流出，第二换热盘管254和第二蒸发器翅片255浸没在制冷剂中，制冷剂液体与第二蒸发器翅片255进行换热蒸发。制冷剂通过第二蒸发器翅片255拓展换热面积，强化换热。第二蒸发器通过第二工作室支撑架26固定在第二工作室2底部。

本实施案例中，第二工作室2位于第一工作室1的右侧，且内部各单元结构与第一工作室1相同且对称设置（如图1所示），不再一一赘述。第一抽气管12通过真空阀与第一工作室1连接；第二抽气管22通过真空阀与第二工作室2连接。第一吸附床11与第二吸附床21通过真空阀3交换两吸附床中的制冷剂。

第一工作室1和第二工作室2分别在同一时间进行吸附和脱附过程，实现吸附式制冷的连续循环制冷。

下面以第一吸附床11脱附同时第二吸附床21吸附为例进行详细说明：热水从第一吸附床入口管112流入第一吸附床盘管111，再从第一吸附床出口管113流出。第一吸附床11被加热，温度升高，第一吸附床内的吸附剂发生脱附，脱附出来的制冷剂水蒸汽在压差作用下流入第一冷凝器13，在第一冷凝器翅片管132表面冷凝。此时冷却水通过第一冷凝器入口管131流经第一冷凝器翅片管132后，从第一冷凝器出口管133流出。冷凝后的制冷剂液体储存在第一储液器14里，通过导液管流入第一蒸发器15内。此时，第一蒸发器15作为储液器，不发生蒸发。冷却水从第二吸附床入口管212流入第二吸附床盘管211，再从第二吸附床出口管213流出。第二吸附床21被冷却，温度降低，第二吸附床21内的吸附剂发生吸附，促进第二蒸发器15内的制冷剂水蒸发产生制冷量。此时，冷冻水通过第二蒸发器入口管151流入第二蒸发器换热盘管154，再从第二蒸发器出口管152流出，带走第二蒸发器15产生的冷量。

在吸附/解吸周期结束后，打开真空阀3，此时，由于压差作用，会使第一吸附床11中的部分制冷剂快速转移到第二吸附床21，促进第一吸附床11进一步解吸，第二吸附床21进一步吸附，这个阶段不发生制冷过程，主要目的是增加循环吸附量，从而增加下一次循环的制冷量。下一次循环，吸附床和解吸床相互交换。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于强化传质的吸附式制冷系统，其特征在于，包括：第一工作室（1）和第二工作室（2），所述第一工作室（1）和第二工作室（2）均为独立的腔体，并通过真空阀（3）连接；所述第一工作室（1）包括第一吸附床（11）、第一冷凝器（13）、第一储液器（14）和第一蒸发器（15），所述第一冷凝器（13）设置在第一吸附床（11）的水平方向，所述第一储液器（14）位于第一冷凝器（13）下端，所述第一蒸发器（15）设置于第一吸附床（11）下方；所述第一工作室（1）和第二工作室（2）的内部各单元结构相同且对称排列。

2.根据权利要求1所述的吸附式制冷系统，其特征在于，所述第一工作室（1）的第一吸附床（11）与第二工作室（2）的第二吸附床（21）通过真空阀（3）交换两吸附床中的制冷剂。

3.根据权利要求1所述的吸附式制冷系统，其特征在于，所述第一蒸发器（15）和第二蒸发器（25）为沉浸式蒸发器。

4.根据权利要求3所述的吸附式制冷系统，其特征在于，所述第一蒸发器（15）包括第一蒸发器入口管（151）、第一蒸发器出口管（152）、第一蒸发器翅片（155）、第一储液腔（153）和第一换热盘管（154）；所述第一换热盘管（154）分为多层，且第一换热盘管（154）表面设有第一蒸发器翅片（155），第一换热盘管（154）位于第一储液腔（153）底部，第一储液腔中（153）中贮存制冷剂。

5.根据权利要求1所述的吸附式制冷系统，其特征在于，所述第一吸附床（11）包括第一吸附床盘管（111）、第一吸附床入口管（112）、第一吸附床出口管（113）、第一吸附床翅片和吸附剂，第一吸附床翅片固定在第一吸附床盘管（111）上，吸附剂在吸附床翅片间填充，将吸附剂与吸附床翅片和吸附床盘管之间设置不锈钢纱网。

6.根据权利要求1所述的吸附式制冷系统，其特征在于，根据所述吸附床（11、21）的负荷并联若干个子吸附床。

7.根据权利要求1所述的吸附式制冷系统，其特征在于，所述吸附式制冷系统采用硅胶/氯化钙复合吸附剂。

8.根据权利要求1所述的复合吸附剂，其特征在于，第一冷凝器（13）为翅片管式换热器，所述第一储液器（14）底部设置导液管。

9.根据权利要求1所述的复合吸附剂，其特征在于，第一工作室（1）顶部设置第一抽气管（12）。

10.根据权利要求1所述的复合吸附剂，其特征在于，所述吸附式制冷系统外壁包裹保温材料；第一工作室（1）和第二工作室（2）交替进行吸附过程和脱附过程。