CN1259532C - 基于分离热管的吸附制冷机 - Google Patents

Abstract

一种基于分离热管的吸附制冷机，用于制冷装置技术领域。本发明左吸附床，左冷凝器和左隔离器组成真空左腔，右吸附床，右冷凝器和右隔离器组成真空右腔，蒸发器、左隔离器和右隔离器组成热管工作腔，真空左腔和真空右腔和热管工作腔由外壳包围组成一个整体，与蒸发器相连的有冷水进口和冷水出口，真空左腔和真空右腔之间采用回质真空阀相连并彼此相通，左右真空腔内充有制冷剂，热管工作腔充有热管工质，与阀门组件相连的部件有：左右吸附床进/出口管、热媒进出口管，冷媒进出口管。本发明结构简单、系统运行自动化，能有效的利用低品位热能，无环境污染，是一种绿色节能型制冷机组。

Description

基于分离热管的吸附制冷机

技术领域

本发明涉及的是一种吸附制冷机，具体是一种基于分离热管的吸附制冷机，用于制冷装置技术领域。

背景技术

吸附式制冷吻合了当前能源、环境协调发展的总趋势。固体吸附式制冷可采用余热驱动，不仅对电力供应的紧张可起到减缓作用，而且能有效利用大量的低品味热能。另外，吸附式制冷不采用氯氟烃类制冷剂，无CFCS问题也无温室效应作用，是一种环境友好型的制冷方式。吸附式制冷机械的应用领域主要集中在低温余热、太阳能利用、发动机余热利用等，其中90℃以下的低温余热利用是吸附式制冷机械竞争力较强的领域。

目前设计开发的具有实用价值的吸附式制冷样机主要集中在单床系统、双床系统和三床系统。国际、国内研制的此类系统较多采用两床交替地被加热和被冷却过程以实现解吸和吸附。在这种系统中，如果利用甲醇或水作为制冷剂，为了使实际循环更接近于理想循环，需要在制冷剂回路使用四个真空挡板阀以控制吸附床内的压力，确保吸附床内压力上升到冷凝压力(解吸工况)或下降到蒸发压力(吸附工况)才将吸附床与冷凝器或蒸发器相连。在运行过程中，除了要频繁切换阀门之外，还会造成制冷剂流动的压力损失，致使解吸或吸附速度降低，不利于实际循环。如果采用氨作为制冷剂，制冷剂回路中需要加装四个止回阀(两床系统)以实现氨气的自动切换，但是止回阀启闭压差的存在仍然无法避免系统的制冷能力的损失，而且止回阀的制造难度大，止回阀无法检修和更换，启闭可靠性要求高。

经文献检索发现，中国专利申请号为：99115216.6，专利名称为：双发生器吸附制冷系统。该专利公开了一种双发生器吸附制冷系统，能实现连续制冷且制冷温度稳定，缺点是冷量输出依靠止回阀来实现，可靠性不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种基于分离热管的吸附制冷机。使其真空切换阀门的数目大大减少，并连续输出冷量，从而系统的运行可靠性显著提高。该机组具有结构简单、系统运行趋于自动化等特点，且以硅胶-水或活性炭-甲醇作为工质对，能有效的利用低品位热能，无环境污染，是一种绿色节能型制冷机组。

本发明是以下技术方案实现的，本发明包括：热媒出口管，热媒进口管，左吸附床，左冷凝器，左隔离器，热管工质，蒸发器，外壳，冷水进口管，冷媒出口管，冷媒进口管，阀门组件，回质真空阀，右吸附床，右冷凝器，制冷剂，右隔离器，冷水出口管，冷凝器出口接管，左吸附床进口接管，左吸附床出口接管，右吸附床出口接管，右吸附床进口接管，冷凝器进口接管。其连接方式为：左吸附床，左冷凝器和左隔离器组成真空左腔。右吸附床，右冷凝器和右隔离器组成真空右腔。真空左腔和真空右腔之间采用回质真空阀相连，中间由隔板隔开。左右吸附床、左右冷凝器和左右隔离器在各自的真空腔中的设置方式有多种，可以是上、中、下或者中、上、下、布置，也可以是左、右、中等布置方式，但冷凝器的位置必须要高于隔离器的位置。蒸发器、左隔离器和右隔离器组成重力热管工作腔。隔离器是制冷剂蒸发和热管工质冷凝换热的部件，相当于热管的冷端；蒸发器是热管工质蒸发与冷水换热的部件，相当于热管的热端。由重力热管的工作特点决定了隔离器和蒸发器的布置位置：即隔离器的位置不能低于蒸发器的位置。真空右腔和真空左腔之间由隔板相隔，真空左右腔和热管工作腔之间由隔离器隔开，左右真空腔和热管工作腔由外壳包围组成一个整体。工作时左右真空腔内充有水(硅胶作为吸附剂)或者甲醇(活性炭作为吸附剂)作为制冷剂，热管工作腔充有水、甲醇或者乙醇作为热管工质。与蒸发器相连的有冷水进口管和冷水出口管，冷水进入蒸发器被冷却后从冷水出口管出来提供给冷水用户(空调末端等)。与阀门组件相连的部件有：左吸附床进/出接管、右吸附床进/出接管、冷凝器进出/口接管、热媒进口管、热媒出口管、冷媒进口和冷媒出口管。吸附床的进/出口管一头连接吸附床，另一头连接阀门组件，阀门组件把吸附床的进/出口接管、冷凝器的进/出口接管、热媒进/出口管和冷媒进/出口管连接在一起。

两个冷凝器的联结可以采用串联模式，也可以采用并联模式。冷凝器的进出口管都连接到阀门组件。冷媒首先进入阀门组件，然后进入冷凝器，之后才进入吸附床。由于吸附床的加热和冷却是一个交变过程，因此，冷媒和热媒首先进入阀门组件，由阀门组件完成吸附床加热和冷却的切换过程。当左边的吸附床加热、右边的吸附床冷却时，热媒通过阀门组件进入左边的吸附床，冷媒通过阀门组件进入右边的吸附床；反之，当左边的吸附床冷却、右边的吸附床加热时，阀门组件把热水切换到右边的吸附床，把冷水切换到左边的吸附床，从而实现左右吸附床的交变加热和冷却过程。

左右吸附床是结构尺寸相同的一种间壁式热交换器，一侧流动的是冷热媒，另一侧是静止不动的固体吸附剂，它们的作用是通过冷热媒的加热和冷却实现吸附剂(水或活性炭)的解吸和吸附过程。左右冷凝器是结构尺寸相同的一种间壁式热交换器，一侧流动的是冷媒，另一侧制冷剂冷凝。左右隔离器实质是结构尺寸相同的一种间壁式蒸发冷凝器，一侧制冷剂蒸发，另一侧热管工质冷凝。蒸发器是一种间壁式热交换器，一侧冷水被冷却，另一侧热管工质蒸发。阀门组件由管道和电气控制阀门组成，用于对进出左右吸附床的冷热媒实现自动切换。

本发明的工作方式包括以下几种：

(1)左床解吸右床吸附过程。当热媒通过阀门组件切换到左吸附床时，左侧吸附床内吸附剂升温，左真空腔中的蒸汽压力上升，当压力超过左冷凝器温度对应的饱和蒸汽压时，左冷凝器开始冷凝工作；此时，左隔离器蒸发面不工作，其温度上升至冷凝温度，该温度将高于热管工作腔内的蒸发器温度，因而实现了左隔离器与蒸发器之间的热隔离。也就是说，尽管左隔离器的温度高于蒸发器，但由于其位于蒸发器的上部，热量不能传给蒸发器，这里利用了重力热管的单向传热特性。同时，冷媒进入右吸附床，右吸附床开始降温吸附，右真空腔内的制冷剂蒸汽压力随之下降，当压力低于右隔离器温度对应的饱和蒸汽压时，右隔离器的蒸发面开始蒸发制冷，其温度迅速降至蒸发器温度以下，热管工作腔底部的蒸发器蒸发出来的热管工质蒸汽在右隔离器传热表面上凝结，从而输出制冷量。

(2)从左至右的回质过程。当左右吸附床内的解吸和的吸附过程临近结束时，回质真空阀打开，左腔内的制冷剂蒸汽就会在较大的压差作用下迅速流到右腔，左隔离器温度降低，右隔离器温度上升，左右两个腔体内的压力迅速趋于平衡。同时，左吸附床解吸出的制冷剂蒸汽通过回质阀流入右吸附床被吸附剂吸附，从而实现二次解吸和吸附过程。由于左右隔离器的温度高于蒸发器温度，左右隔离器在此过程中均起到热隔离作用。

(3)从左至右的回热过程。当左右腔体内的压力接近平衡时，关闭回质真空阀，打开阀门组件中的相应阀门进行两个吸附床之间的回热，回热过程是左吸附床内驻留的热水流入右吸附床中，把其中的冷水排出。

(4)右床解吸左床吸附过程。当热媒通过阀门组件切换到右吸附床时，右侧吸附床内吸附剂升温，右真空腔中的蒸汽压力上升，当压力超过右冷凝器温度对应的饱和蒸汽压时，右冷凝器开始冷凝工作；此时，右隔离器蒸发面不工作，其温度上升至冷凝温度，该温度将高于热管工作腔内的蒸发器温度，因而实现了右隔离器与蒸发器之间的热隔离。同时，冷媒进入左吸附床，左吸附床开始降温吸附，真空左腔内的制冷剂蒸汽压力随之下降，当压力低于左隔离器温度对应的饱和蒸汽压时，左隔离器的蒸发面开始蒸发制冷，其温度迅速降至蒸发器温度以下，热管工作腔底部的蒸发器蒸发出来的热管工质蒸汽在左隔离器传热表面上凝结，从而输出制冷量。

(5)从右至左的回质过程。当左右吸附床内的解吸和的吸附过程临近结束时，回质真空阀打开，右腔内的制冷剂蒸汽就会在较大的压差作用下迅速流到左腔，右隔离器温度降低，左隔离器温度上升，左右两个腔体内的压力迅速趋于平衡。同时，右吸附床解吸出的制冷剂蒸汽通过回质阀流入左吸附床被吸附剂吸附，从而实现二次解吸和吸附过程。由于左右隔离器的温度高于蒸发器温度，右右隔离器在此过程中均起到热隔离作用。

(6)从右至左的回热过程。当左右腔体内的压力接近平衡时，关闭回质真空阀，打开阀门组件中的相应阀门进行两个吸附床之间的回热，回热过程是右吸附床内驻留的热水流入左吸附床中，把其中的冷水排出。

(7)回热过程(6)结束后，系统又回到过程(1)，依次运行，开始周而复始的循环过程。

本发明采用两吸附床形式实现连续输出冷水，驱动热源的温度在65～125℃之间，输出冷水温度在7～10℃之间。该机组具有结构简单、系统运行自动化等特点，且以硅胶-水或活性炭-甲醇作为工质对，能有效的利用低品位热能，无环境污染，是一种绿色节能型制冷机组。该机组由三个真空腔组成，真空侧只保留一个回质用真空阀并利用重力热管的单向传热特性，实现冷量输出的自动切换，系统的解吸过程和吸附过程的切换靠外部冷媒和热媒切换阀门组的动作完成，并连续输出冷量，从而系统的运行可靠性显著提高。

附图说明

图1本发明结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：热媒出口管1，热媒进口管2，左吸附床3，左冷凝器4，左隔离器5，热管工质6，蒸发器7，冷水进口管8，冷媒出口管9，冷媒进口管10，阀门组件11，回质真空阀12，外壳13，右吸附床14，右冷凝器15，制冷剂16，右隔离器17，冷水出口管18，冷凝器出口接管19，左吸附床进口接管20，左吸附床出口接管21，右吸附床出口接管22，右吸附床进口接管23，冷凝器进口接管24。其连接方式为：左吸附床3，左冷凝器4和左隔离器5组成真空左腔。右吸附床14，右冷凝器15和右隔离器17组成真空右腔。蒸发器7、左隔离器5和右隔离器17组成热管工作腔。真空左腔和真空右腔之间采用回质真空阀12相连，吸附床3或14、冷凝器4或15和隔离器5或17在各自所组成的真空腔中的排列位置有多种，但冷凝器4或15的位置必须高于隔离器5或17的位置。真空右腔和真空左腔之间由隔板相隔，真空左右腔和热管工作腔之间由隔离器隔开，真空左腔和真空右腔和热管工作腔由外壳13包围组成一个整体。工作时真空左腔和真空右腔内充有水(硅胶作为吸附剂)或者甲醇(活性炭作为吸附剂)作为制冷剂16，热管工作腔充有水、甲醇或者乙醇作为热管工质6。与蒸发器7相连的管路有冷水进口管8和冷水出口管18。与阀门组件11相连的部件有：左吸附床进/出口接管20、21，右吸附床进/出口接管23、22，冷凝器进/出口接管24、19，热媒进口管2，热媒出口管1，冷媒进口管10和冷媒出口管9。左/右吸附床的进口管20、23和左/右吸附床的出口管21、22一头连接吸附床3和14，另一头连接阀门组件11，阀门组件11把左吸附床进/出口管20、21，右吸附床进/出口管23、22，冷凝器的进/出口接管24、19，热媒进出口管2、3和冷媒进出口管9、10连接在一起。

左右冷凝器4、15的联结形式是并联或串联，冷凝器的进出口管24、19都连接到阀门组件11。

左吸附床3和右吸附床14是结构尺寸相同的一种间壁式热交换器，一侧流动的是冷热媒，另一侧是静止的固体吸附剂。左冷凝器4和右冷凝器15是结构尺寸相同的一种间壁式热交换器，一侧流动的是冷媒，另一侧制冷剂冷凝。左隔离器5和右隔离器17是结构尺寸相同的一种间壁式蒸发冷凝器，一侧制冷剂蒸发，另一侧热管工质冷凝。蒸发器7是一种间壁式热交换器，一侧冷水被冷却，另一侧热管工质蒸发。阀门组件11由管道和电气控阀门组成。

Claims (3)

1、一种基于分离热管的吸附制冷机，包括：热媒出口管(1)，热媒进口管(2)，左吸附床(3)，左冷凝器(4)，蒸发器(7)，冷水进口管(8)，冷媒出口管(9)，冷媒进口管(10)，阀门组件(11)，外壳(13)，右吸附床(14)，右冷凝器(15)，制冷剂(16)，冷水出口管(18)，冷凝器出口管(19)，左吸附床进口管(20)，左吸附床出口管(21)，右吸附床出口管(22)，右吸附床进口管(23)，冷凝器进口管(24)，其特征在于，还包括：左隔离器(5)，热管工质(6)，回质真空阀(12)，右隔离器(17)，连接方式为：左吸附床(3)，左冷凝器(4)和左隔离器(5)组成真空左腔，右吸附床(14)，右冷凝器(15)和右隔离器(17)组成真空右腔，左冷凝器(4)和右冷凝器(15)的位置必须高于左隔离器(5)和右隔离器(17)的位置，蒸发器(7)、左隔离器(5)和右隔离器(17)组成热管工作腔，真空左腔和真空右腔和热管工作腔由外壳(13)包围组成一个整体，与蒸发器(7)相连的有冷水进口管(8)和冷水出口管(18)，真空左腔和真空右腔之间采用回质真空阀(12)相连并彼此相通，左右真空腔内充有制冷剂(16)，热管工作腔充有热管工质(6)，与阀门组件(11)相连的部件有：左吸附床进/出口管(20、21)，右吸附床进/出口管(23、22)，热媒进口管(2)，热媒出口管(1)，冷媒进口管(10)和冷媒出口管(9)，左/右吸附床的进口管(20、23)和左/右吸附床的出口管(21、22)一头连接吸附床(3和14)，另一头连接阀门组件(11)，阀门组件(11)把左吸附床进/出口管(20、21)，左吸附床进/出口管(23、22)，冷凝器的进/出口管(24、19)，热媒进出口管(2、3)和冷媒进出口管(9、10)连接在一起，左右冷凝器(4、15)的联结形式是并联或串联。

2、根据权利要求1所述的基于分离热管的吸附制冷机，其特征是，制冷剂(16)为水或者甲醇，水采用硅胶作为吸附剂，甲醇采用活性炭作为吸附剂，热管工质(6)为水、甲醇或者乙醇。

3、根据权利要求1所述的基于分离热管的吸附制冷机，其特征是，左右吸附床(3、14)是结构尺寸相同的一种间壁式热交换器，一侧流动的是冷热媒，另一侧是静止的固体吸附剂；左右冷凝器(4、15)是结构尺寸相同的一种间壁式热交换器，一侧流动的是冷媒，另一侧制冷剂(16)冷凝；左右隔离器(5、17)是结构尺寸相同的一种间壁式蒸发冷凝器，一侧制冷剂(16)蒸发，另一侧热管工质(6)冷凝；蒸发器(7)是一种间壁式热交换器，一侧冷水被冷却，另一侧热管工质(6)蒸发。

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