CN1328246A - 独立加热/回热/回质/冷却的多效吸附式制冷循环系统 - Google Patents

独立加热/回热/回质/冷却的多效吸附式制冷循环系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种独立加热/回热/回质/冷却的多效吸附式制冷循环系统,各独立热/回/冷媒循环回路从多台吸附床的换热侧轮回驱动其温度的周期变化,以实现多个彼此相接的回热－回质复合吸附循环,再由多个吸附循环中的相接传质过程来驱动吸附质的连续压缩,从而实现吸附床吸附侧的稳定制冷循环;持续利用热源、没有无效热容损耗、蒸发器稳定运行、具有压缩式制冷循环的全部特征、制造成本低廉、制冷功率及制冷循环COP值均较高。

Description

独立加热/回热/回质/冷却的多效吸附式制冷循环系统
本发明涉及一种吸附式制冷循环系统。
吸附式制冷循环系统是至今为止最有希望直接利用太阳能、地热、发动机排气等余热，或燃料燃烧所释放热量驱动的制冷系统，一旦开发成功可广泛应用于渔船冷藏、火车和卡车空调、太阳能或地热冰箱、直燃式吸附式中央空调等领域，有着巨大的市场前景，因此数十年来引起国内外众多研究机构、高等学府和生产企业的不断投入、关注和参与。
吸附式制冷的原理如下所述：热源加热吸附床时，随着吸附剂和吸附质温度的逐渐升高，吸附质饱和吸附量不断降低，吸附质逐渐脱附出来，导致吸附床空腔中的吸附质分压逐渐上升，当升高到吸附质在环境冷却条件下的冷凝压力时，开始进行吸附质脱附与吸附质冷凝的平衡过程，此时虽然吸附床温度随着加热过程的进行继续上升，但吸附质的脱附-冷凝压力维持不变，直到脱附-冷凝过程结束；吸附式制冷循环系统切换工作在环境冷却吸附床时，随着吸附剂和吸附质温度的逐渐降低，吸附质饱和吸附量不断升高，吸附质逐渐被吸附剂吸附，导致吸附床空腔中的吸附质分压逐渐降低，当降低到吸附质在制冷工况下的蒸发压力时，开始进行吸附质吸附与吸附质蒸发的平衡过程，此时虽然吸附床温度随着冷却过程的进行继续下降，但吸附质的吸附-蒸发压力维持不变，直到吸附-蒸发过程结束，开始新一轮吸附循环。
吸附式制冷循环系统切换利用：热源加热时的吸附床温升，提供脱附驱动力；环境冷却时的吸附床温降，提供吸附驱动力；从而控制吸附工质对的变温吸/脱附过程。亦即热源加热时，吸附床中吸附剂和吸附质的温度同时升高、能量增多，此时吸附质克服吸附剂的分子引力进入饱和层，导致其中吸附质饱和蒸气分压升高，从而向外流动，使饱和吸附量降低；反之环境冷却时，吸附床中吸附剂和吸附质的温度同时降低、能量减少，此时吸附质受吸附剂分子引力的作用从饱和层进入吸附剂，导致吸附质饱和蒸气分压降低，从而向内流动，使饱和吸附量升高。由于通过吸附床温度的改变，可实现饱和吸附量的变化，以使吸附式制冷循环系统既可利用太阳能、地热、发动机排气中的余热等低品位热源，也可利用燃料燃烧等高品位热源实现制冷。
由变温吸/脱附过程中吸附床空腔与换热器空腔所形成的吸附质浓度差，来实现吸附质蒸气的压出与吸入；再由吸附质与制冷剂的同一性，及其蒸气压出与吸入前后的相变过程实现制冷。其中吸附质的蒸气压出过程里，热媒对吸附剂的平均加热温差、吸附剂的有效导热系数、吸附床中吸附剂的空间填充率、吸附床的自由压气表面积，共同决定了脱附速率。在吸附质的蒸气吸入过程里，冷媒对吸附剂的平均冷却温差、吸附剂的有效导热系数、吸附床中吸附剂的空间填充率、吸附床的自由吸气表面积，共同决定了吸附速率。
在吸附床的优化设计中，由于吸附循环中的传热与传质之间，既为因果关系，又是同时进行，而其结构参数或热物性数值的变化会对传热与传质产生相反的影响，因此就必须综合考虑其结构参数或热物性数值的选取。例如吸附床中吸附剂的空间填充率与吸附床的自由压/吸气表面积相互制约，以及影响吸附剂传质速率的孔隙率与影响吸附剂传热速率的导热系数之间的相互制约；因此需在吸附剂颗粒的制造与选用中，以相同换热条件下提高吸附质的吸/脱附速率为目标，优化其取值。在吸附床温度的周期变化中，如果吸附床换热管、壳体、金属丝网等的质量过大，则其较大的有效热容会在加热升温时吸收较多热量，而在冷却降温时又吸收较多冷量；从而导致吸附式制冷循环系统COP值的减小和热力完善度的下降。
可直接利用无偿的太阳能、地热等新能源或发动机排气等余热驱动，没有(不可再生)矿物燃料的消耗过程及其排烟污染，所使用的制冷剂也不产生臭氧层破坏问题，且对大量工业余热的利用有助于减低温室效应，无运动部件，制造简便；从而使吸附式制冷方式既节能又环保且廉价，体现出可持续发展的要求，越来越受到人们的重视。
但同时，基于吸附循环的各种吸附式制冷循环系统存在着：加热与冷却时的热容损耗巨大、吸附剂-吸附质工质对受传热-传质性能的限制、COP值低等缺点；因此目前国内外研究工作主要集中在：
1.改进吸附循环的驱动方式，降低加热与冷却时的无效热容损耗；
2.改进吸附床结构，降低其加热与冷却时的有效热容损耗；
3.寻找和选取新型优良工质对，提高其传热-传质性能；
4.改进吸附循环驱动制冷循环的方式，以缩短吸附循环周期、增大制冷功率、提高COP值。
其中在改进吸附循环驱动制冷循环方式上，以基本循环为基础提出了双吸附床回热循环、双吸附床回质循环、双吸附床回热-回质复合循环等。基本循环适合于利用太阳能等间断热源情况，其单台吸附床一端进行加热-脱附-冷却-吸附，这单路吸附循环的四步过程；在另一端的换热器中相应进行绝热-冷凝与蒸发-绝热的交替过程，从而导致下列问题：
1.由于蒸发器只对应单路吸附循环中的吸附过程时才制冷，因此其制冷过程不仅间断，而且占吸附循环周期的份额较小；
2.由于蒸发器需历经蒸发至绝热的轮回切换，故存在蒸发温度至环境温度的波动，导致部分制冷量被环境放热所抵消；上述问题使基本循环难以商业化。
双吸附床回热循环、双吸附床回质循环和双吸附床回热-回质复合循环，部分程度地解决了上述问题，它采用两台吸附床进行反相位的双路吸附循环，并通过逆止阀回路确保：任一脱附状态的吸附床高压排气通至冷凝器，以及另一反相位吸附状态的吸附床低压吸气来自蒸发器；从而使蒸发器对应双路吸附循环的吸附过程时，均可制冷。然而吸附工质对的热物性决定了夏季环境冷却温度与其吸附平台温度很接近，故而冷却温差较小、冷却时间较长，通常是热源加热时间的几倍；从而导致双吸附床的各式循环存在下列问题：
1.或者吸附床过热，并使其后的冷却时间进一步延长；或者热源间歇排空，从而难以持续利用热源；
2.热媒加热循环、回热循环、冷媒冷却循环共用同一管路，导致加热、回热、冷却过程引起的温度波动和热容损耗，发生在吸附床(有效)、循环泵(无效)、管路(无效)及热/回/冷媒体(无效)等制冷系统的所有部件中，导致部分加热热量和冷却冷量的无效损耗；
3.蒸发器只在对应双路吸附循环中的两个吸附-蒸发过程才可制冷，从而使蒸发器历经蒸发、绝热、蒸发……的交替过程，其蒸发温度不断波动，导致部分制冷量损耗。
本发明的目的是综合现有各种技术中的所有优点且克服现有各种技术中的不足之处，提供一种：
1.可持续利用热源，无吸附床过热或热源间歇排空；
2.无管路和热/回/冷媒体的温度波动，根除无效热容损耗；
3.蒸发器连续而稳定地运行，无温度波动或制冷量损耗；
4.回收待冷却吸附床热量及待加热吸附床冷量，延长吸附过程和脱附过程，缩短吸附循环周期，从而增加制冷功率的吸附式制冷循环系统。
本发明采用的技术方案，即独立加热/回热/回质/冷却的多效吸附式制冷循环系统如附图1、附图2、附图3所示，其中：1-吸附床；2-排/吸气共用口；3-逆止阀；4-高压排气环管；5-低压吸气环管；6-冷凝器；7-节流阀；8-蒸发器；9-吸附床换热侧进口；10-四通-电磁阀组；11-热媒供给环管；12-回热供给环管；13-冷媒供给环管；14-吸附床换热侧出口；15-热媒回流环管；16-回热回流环管；17-冷媒回流环管；18-热媒循环泵；19-回热循环泵；20-冷媒循环泵；21-热媒加热换热器；22-冷媒冷却换热器；23-热/回/冷媒定压、膨胀箱；24-回质接口；25-电磁阀；26-回质环管；27-换热管；28-翅片；29-金属丝网；30-颗粒状吸附剂；31-管板；32-壳体；33-联箱端盖；34-隔热层；35-温度传感器；36-压力传感器。
附图1为本发明的系统流程图。
附图2为吸附床(1)的立面剖面图。
附图3为吸附床(1)的端面剖面图。
附图4为本发明回热、回质复合吸附循环的1gP-T图。
附图5为本发明实施例2的系统流程图。
按照附图1、附图2和附图3所示的独立加热/回热/回质/冷却的多效吸附式制冷循环系统：吸附床(1)台数n为吸附循环周期与其中定压加热时间的近似比值，以使单一热源在对多台吸附床(1)换热侧轮回加热过程中的任一时刻，各台吸附床(1)吸附侧分别依次对应吸附循环的所有各相邻阶段；吸附床(1)吸附侧的排/吸气共用口(2)，均通过管道、三通和两个逆止阀(3)分别与高压排气环管(4)和低压吸气环管(5)相连，高压排气环管(4)依次连接冷凝器(6)、节流阀(7)、蒸发器(8)，最后与低压吸气环管(5)构成制冷循环回路；每台吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道的进口(9)，均通过管道、四通-电磁阀组(10)分别与热媒供给环管(11)、回热供给环管(12)、冷媒供给环管(13)相连，每台吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道的出口(14)，均通过管道、四通-电磁阀组(10)分别与热媒回流环管(15)、回热回流环管(16)、冷媒回流环管(17)相连；热媒回流环管(15)由管道依次连接热媒循环泵(18)、热媒加热换热器(21)、热媒供给环管(11)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道、四通-电磁阀组(10)，以构成热媒循环回路；回热回流环管(16)由管道依次连接回热循环泵(19)、回热供给环管(12)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道、四通-电磁阀组(10)，以构成回热循环回路；冷媒回流环管(17)由管道依次连接冷媒循环泵(20)、冷媒冷却换热器(22)、冷媒供给环管(13)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道、四通-电磁阀组(10)，以构成冷媒循环回路；位于本发明最高处的热/回/冷媒定压、膨胀箱(23)通过管道、三通分别连接于热媒循环泵(18)、回热循环泵(19)、冷媒循环泵(20)的入口处；吸附床(1)吸附侧的回质接口(24)均通过管道、电磁阀(25)、三通分别与回质环管(26)相连；热源温度：60-2900℃，热媒温度：55-350℃，吸附床(1)吸附侧脱附温度：50-300℃，吸附床(1)吸附侧吸附温度：0-50℃，冷媒温度：0-45℃，环境温度：(-25)-40℃。
吸附床(1)为管壳式换热器，其中每根换热管(27)外侧均带有环型或螺旋型翅片(28)，翅片(28)外侧裹以同心圆柱状或同心六边形柱状金属丝网(29)，每根六边形的边既可为直边，也可为向外凸起的弧线，金属丝网(29)与换热管(27)、翅片(28)之间充满颗粒状吸附剂(30)；各金属丝网(29)之间相切接触，而其一头与管板(31)相接，另一头与管板(31)之间留有1-100mm的空隙，以和管板(31)内壁之间构成气道；壳体(32)外壁中部设置排/吸气共用口(2)；两块管板(31)的外侧各设置一块联箱端盖(33)，两块联箱端盖(33)的中部，分别设置一个进口(9)和一个出口(14)，吸附床(1)的壳体(32)和两块联箱端盖(33)的外壁裹以隔热层(34)。
吸附床(1)吸附侧中采用的吸附剂-吸附质可为下列工质对中的一种或数种，氯化钙-氨、氯化钙中添加氯化镁和硅胶-氨、氯化镁-氨、氯化锶-氨、氯化钡-氨、沸石-水、活性炭-R134a、活性炭-甲醇、活性炭-氨、硅胶-水。
热/回/冷媒循环回路中流过的热/回/冷媒为液态导热油或水中的一种。
本发明独立加热/回热/回质/冷却的多效吸附式制冷循环系统的工作原理，结合附图1、附图2、附图3和附图4说明如下：各独立加热/回热/回质/冷却循环回路从多台吸附床(1)换热侧轮回驱动其温度的周期变化，以实现多个彼此相接的回热-回质复合吸附循环，再由多个吸附循环中的相接传质过程来驱动吸附质的连续压缩；从而以吸附床(1)换热侧的切换传热为动力，实现吸附床(1)吸附侧的稳定制冷循环。具体的能量转换步骤为：多台吸附床(1)温度周期变化的轮回驱动、各吸附床(1)的回热-回质复合吸附循环、多吸附循环相接驱动的稳定制冷循环。
一、多台吸附床(1)温度周期变化的轮回驱动
1.持续运行的热媒循环：热媒在热媒循环泵(18)的驱动下，流经热媒加热换热器(21)，被发动机排气等热源持续加热，然后再通过热媒供给环管(11)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧、四通-电磁阀组(10)、热媒回流环管(15)，构成持续运行的热媒循环回路；从而在持续利用热源，且避免热媒循环回路温度波动和无效热容损耗的前提下，用以轮回加热各吸附床(1)换热侧。
2.持续运行的回热循环：回热媒在回热循环泵(19)的驱动下，通过回热供给环管(12)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧、四通-电磁阀组(10)、回热回流环管(16)，构成持续运行的回热循环回路；从而在避免回热循环回路温度波动和无效热容损耗的前提下，用以轮回把某一待冷却吸附床(1)换热侧放出的热量传递给另一待加热吸附床(1)换热侧。
3.持续运行的冷媒循环：冷媒在冷媒循环泵(20)的驱动下，流经冷媒冷却换热器(22)，被环境介质(空气、水)持续冷却，然后再通过冷媒供给环管(13)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧、四通-电磁阀组(10)、冷媒回流环管(17)，构成持续运行的冷媒循环回路；从而在持续利用环境冷量，且避免冷媒循环回路温度波动和无效热容损耗的前提下，用以轮回冷却各吸附床(1)换热侧。
4.持续切换的回质过程：吸附质蒸气通过由吸附床(1)吸附侧温度传感器(35)控制启闭的电磁阀(25)和回质环管(26)，从高温、高压待冷却吸附床(1)流向低温、低压待加热吸附床(1)，构成持续切换的回质通路；从而在避免回质通路温度波动和无效热容损耗的前提下，用以轮回平衡高压吸附床(1)和低压吸附床(1)的压力。
二、各吸附床(1)的回热-回质复合吸附循环
通过切换控制各吸附床(1)换热侧进口(9)、出口(14)处一对四通-电磁阀组(10)和吸附床(1)吸附侧电磁阀(25)的启闭，实现其回热-回质复合吸附循环的六个过程：吸附回质[0-1]、加热回热[1-2-3]、定压加热[3-4]、脱附回质[4-5]、冷却回热[5-6-7]、定压冷却[7-0]。
1.吸附回质[0-1]与脱附回质[4-5]过程：通过各吸附床(1)吸附侧吸附剂中设置的温度传感器(35)，控制温度已降到由环境冷却工况所确定最低值T0的吸附床(1)，和温度已升到依吸附剂的脱附平台所设定最高值T4的吸附床(1)，开启其各自的电磁阀(25)，通过回质环管(26)使其相通，从而导致低温、低压待加热吸附床(1)与高温、高压待冷却吸附床(1)，在绝热状态(关闭吸附床(1)换热侧进口(9)、出口(14)处一对四通-电磁阀组(10)，使其无加热、回热、冷却)下实现吸附质蒸气的混合。其中低温、低压待加热吸附床(1)吸附侧中的蒸气压力迅速从P0升高，当升高到高于低压逆止阀(3)设定的吸附-蒸发压力P0时(对应吸附床(1)温度T0)，低压逆止阀(3)自动关闭，最后压力平衡于脱附-冷凝压力P2与吸附-蒸发压力P0之间的P1值，并由压力传感器(36)控制关闭这两台吸附床(1)吸附侧的电磁阀(25)；压力平衡过程与温度平衡过程相比，可有效缩短吸附循环周期；而吸附床(1)吸附侧增压的同时也促进其吸附，以使下一步的脱附-冷凝过程得以延长，从而大幅度提高所得冷凝量；吸附床(1)温度随吸附热Ha从T0升至T1；随着吸附床(1)温度的逐渐升高，吸附质饱和吸附量不断降低，吸附质逐渐脱附出来，导致吸附床(1)吸附侧空腔中的吸附质分压逐渐上升。高温、高压待冷却吸附床(1)吸附侧中的蒸气压力迅速从P2降低，当降低到低于由冷凝器(6)中环境冷却工况和吸附质热物性所确定的脱附-冷凝压力P2时(对应吸附床(1)温度T4)，高压逆止阀(3)自动关闭，以避免冷凝器(6)中的吸附质蒸气倒流，最后压力平衡于脱附-冷凝压力P2与吸附-蒸发压力P0之间的P1值，并由压力传感器(36)控制关闭这两台吸附床(1)吸附侧的电磁阀(25)；压力平衡过程与温度平衡过程相比，可有效缩短吸附循环周期；而吸附床(1)吸附侧减压的同时也促进其脱附，以使下一步的吸附-蒸发过程得以延长，从而大幅度提高所得蒸发量；吸附床(1)温度随脱附热Hd从T4降至T5；随着吸附床(1)温度的逐渐降低，吸附质饱和吸附量不断升高，吸附质逐渐被吸附剂吸附，导致吸附床(1)吸附侧空腔中的吸附质分压逐渐下降。
2.加热回热[1-2-3]与冷却回热[5-6-7]过程：吸附回质[0-1]过程完毕的吸附床(1)，和脱附回质[4-5]过程完毕的吸附床(1)，开启其进口(9)、出口(14)处各自一对四通-电磁阀组(10)的回热循环回路，由回热循环泵(19)带动回热媒在回热循环回路中循环，从而将待冷却吸附床(1)换热侧放出的热量传递给待加热吸附床(1)换热侧。其中待加热吸附床(1)先经定容加热回热[1-2]过程，使其温度从T1逐渐升高，此时吸附质饱和吸附量不断降低，吸附质逐渐脱附出来，导致吸附床(1)吸附侧空腔中的吸附质分压逐渐从P1上升，当继续升高到由冷凝器(6)中环境冷却工况和吸附质热物性所确定的脱附-冷凝压力P2时(对应吸附床(1)温度T2)，高压逆止阀(3)自动开启，吸附床(1)吸附侧通过高压排气环管(4)向冷凝器(6)压出吸附质气体，开始进行吸附质脱附与吸附质(制冷剂)冷凝的平衡过程，此时虽然吸附床(1)温度随着回热过程的进行从T2开始继续上升，但吸附质(制冷剂)的脱附-冷凝压力P2维持不变，进行定压加热回热[2-3]过程，其温度从T2升高至设定值T3。待冷却吸附床(1)先经定容冷却回热[5-6]过程，使其温度从T5逐渐降低，此时吸附质饱和吸附量不断升高，吸附质逐渐被吸附剂吸附，导致吸附床(1)吸附侧空腔中的吸附质分压逐渐从P1降低，当继续降低到由蒸发器(8)中设定制冷工况和吸附质热物性所确定的吸附-蒸发压力P0时(对应吸附床(1)温度T6)，低压逆止阀(3)自动开启，吸附床(1)吸附侧通过低压吸气环管(5)从蒸发器(8)吸入吸附质气体，开始进行吸附质吸附与吸附质(制冷剂)蒸发的平衡过程，此时虽然吸附床(1)温度随着回热过程的进行从T6开始继续下降，但吸附质(制冷剂)的吸附-蒸发压力P0维持不变，进行定压冷却回热[6-7]过程，其温度从T6降低至设定值T7。回热过程的回热量可达吸附床(1)原需加热/冷却量的30％，从而大幅度提高了制冷循环的COP值。
3.定压加热[3-4]过程：定压加热回热[2-3]过程完毕的吸附床(1)，其换热侧进口(9)、出口(14)处一对四通-电磁阀组(10)从回热循环回路切换至热媒循环回路，由热媒循环泵(18)带动热媒在热媒循环回路中循环，热媒通过换热管(27)加热吸附床(1)时，随着吸附床(1)温度从T3逐渐升高，吸附质饱和吸附量不断降低，吸附质逐渐脱附出来，吸附床(1)吸附侧通过高压排气环管(4)向冷凝器(6)压出吸附质气体，进行吸附质脱附与吸附质(制冷剂)冷凝的平衡过程，此时虽然吸附床(1)温度随着定压加热[3-4]过程的进行继续上升，但吸附质(制冷剂)的脱附-冷凝压力P2维持不变，直到脱附-冷凝过程结束，此时吸附床(1)温度升到设定最高值T4，由温度传感器(35)控制关闭该吸附床(1)换热侧进口(9)、出口(14)处的一对四通-电磁阀组(10)，同时开启其电磁阀(25)，以开始其脱附回质[4-5]过程；而下一个吸附床(1)换热侧的进口(9)、出口(14)处的一对四通-电磁阀组(10)，则从回热循环回路切换至热媒循环回路，以开始其定压加热[3-4]过程。
4.定压冷却[7-0]过程：定压冷却回热[6-7]过程完毕的吸附床(1)，其换热侧进口(9)、出口(14)处一对四通-电磁阀组(10)从回热循环回路切换至冷媒循环回路，由冷媒循环泵(20)带动冷媒在冷媒循环回路中循环，冷媒通过换热管(27)冷却吸附床(1)时，随着吸附床(1)温度从T7逐渐降低，吸附质饱和吸附量不断升高，吸附质逐渐被吸附剂吸附，吸附床(1)吸附侧通过低压吸气环管(5)从蒸发器(8)吸入吸附质气体，进行吸附质吸附与吸附质(制冷剂)蒸发的平衡过程，此时虽然吸附床(1)温度随着定压冷却[7-0]过程的进行继续下降，但吸附质(制冷剂)的吸附-蒸发压力P0维持不变，直到吸附-蒸发过程结束，此时吸附床(1)温度降到设定的最低值T0，由温度传感器(35)控制关闭该吸附床(1)换热侧进口(9)、出口(14)处的一对四通-电磁阀组(10)，同时开启其电磁阀(25)，以开始其吸附回质[0-1]过程，开始新一轮吸附循环；而下一个吸附床(1)换热侧的进口(9)、出口(14)处的一对四通-电磁阀组(10)，则从回热循环回路切换至冷媒循环回路，以开始其定压冷却[7-0]过程。
三、多吸附循环相接驱动的稳定制冷循环
由于每台吸附床(1)的回热-回质复合吸附循环中，吸附回质[0-1]、加热回热[1-2-3]、定压加热[3-4]、脱附回质[4-5]、冷却回热[5-6-7]、定压冷却[7-0]等过程的时间之合——吸附循环周期，是其中定压加热[3-4]时间的几倍，因此本发明中吸附床(1)台数n设为吸附循环周期[0-1-2-3-4-5-6-7-0]与其中定压加热[3-4]时间的近似比值，以使热媒循环回路持续利用热源轮回加热各台吸附床(1)换热侧的任一时刻，其余吸附床(1)吸附侧分别依次对应回热-回质复合吸附循环的所有各相邻阶段，即高压排气环管(4)持续排气及低压吸气环管(5)持续吸气；从而驱动吸附质(制冷剂)在冷凝器(6)、节流阀(7)和蒸发器(8)中持续循环，以确保蒸发器(8)稳定地吸热制冷及冷凝器(6)稳定地放热冷却。
本发明解决了现有吸附式制冷技术所存在的各种问题，具有如下优点：
1.持续利用单一太阳能或工业余热或燃料燃烧等热源轮回加热多台吸附床(1)换热侧，既不存在吸附床(1)过热，也无需热源排空；
2.热媒循环回路、回热循环回路、冷媒循环回路、回质通路各自独立，且持续运行，故而除吸附床(1)换热侧至其进口(9)、出口(14)处的一对四通-电磁阀组(10)，及吸附床(1)吸附侧至其电磁阀(25)而外，其余管路、循环泵、热/回/冷媒体等均无温度波动和无效热容损耗；
3.蒸发器(8)和冷凝器(6)可连续而稳定地运行，没有温度波动所带来的制冷/供热量损耗；
4.制冷剂构成了循环回路，从而具有蒸气压缩式制冷循环的全部特征；
5.本发明中的吸附式压缩机完全由标准化的换热器、管路、电磁阀等组成，其制造成本低于普通制冷压缩机；
6.采用氨为吸附质时，制冷循环中形成的吸附-蒸发压力P0和脱附-冷凝压力P7均与常压接近，故可采用蒸气压缩式制冷循环中所用辅助设备；
7.回热循环同时节省吸附床(1)换热侧所需加热量和冷却量，大幅度提高了制冷循环的COP值；
8.回质过程缩短了吸附循环周期，并同时延长吸附循环中的吸附过程和脱附过程，从而大幅度提高每个吸附循环驱动的制冷量，最终增加系统的制冷功率；
9.回热-回质复合吸附循环所带制冷循环，其COP值高于单纯回热循环或单纯回质循环所带制冷循环的。
忽略热媒加热和冷媒冷却吸附床(1)时，其换热侧传热系数K值的变化，并假设热媒加热吸附床(1)的时间为t1，冷媒冷却吸附床(1)的时间为t2，加热平均温差为△T1，冷却平均温差为△T2，本发明中吸附床(1)台数为n，根据热媒加热热量与冷媒冷却冷量相等，可得
K*ΔT1*t1＝K*ΔT2*t2
n≌(t1＋t2)/t1＝(ΔT1＋ΔT2)/ΔT2＝1＋ΔT1/ΔT2因此加热平均温差ΔT1越高，冷却平均温差ΔT2越低，本发明所需的吸附床(1)台数n越多。
                            实施例1
独立加热/回热/回质/冷却的多效吸附式制冷循环系统的工作过程如附图1、附图2、附图3所示：6台长1.5m、外径0.3m、壳壁厚2mm、重90kg、传热面积25m2、总传热系数81W/m2.K的吸附床(1)吸附侧各填有27kg活性炭(30)，其直径15mm的排/吸甲醇共用口(2)，均通过直径15mm的管道、三通和两个逆止阀(3)，分别与直径15mm的高压排气环管(4)和直径15mm的低压吸气环管(5)相连，高压排气环管(4)依次连接冷凝器(6)、节流阀(7)、蒸发器(8)，最后与低压吸气环管(5)构成制冷循环回路；每台吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道的进口(9)，均通过直径15mm的管道、四通-电磁阀组(10)分别与直径15mm的热媒供给环管(11)、回热供给环管(12)、冷媒供给环管(13)相连，每台吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道的出口(14)，均通过直径15mm的管道、四通-电磁阀组(10)分别与直径15mm的热媒回流环管(15)、回热回流环管(16)、冷媒回流环管(17)相连；热媒回流环管(15)由直径15mm的管道依次连接热媒循环泵(18)、翅片管排气加热换热器(21)、热媒供给环管(11)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道、四通-电磁阀组(10)，以构成热媒循环回路；回热回流环管(16)由直径15mm的管道依次连接回热循环泵(19)、回热供给环管(12)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道、四通-电磁阀组(10)，以构成回热循环回路；冷媒回流环管(17)由直径15mm的管道依次连接冷媒循环泵(20)、翅片管空气冷却换热器(22)、冷媒供给环管(13)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道、四通-电磁阀组(10)，以构成冷媒循环回路；位于本发明最高处的长0.5m、外径0.2m的热/回/冷媒定压、膨胀箱(23)通过直径15mm的管道、三通分别连接于热媒循环泵(18)、回热循环泵(19)、冷媒循环泵(20)的入口处。吸附床(1)吸附侧直径15mm的回质接口(24)均通过直径15mm的管道、电磁阀(25)、三通分别与直径15mm的回质环管(26)相连。吸附床(1)类似于管壳式换热器，其中每根直径10mm、壁厚0.7mm的换热管(27)外侧均带有高10mm的环型翅片(28)，翅片(28)外侧裹以边长20mm的同心六边形柱状金属丝网(29)，每根六边形的边均向外呈弧状凸起，金属丝网(29)与换热管(27)、翅片(28)之间充满颗粒状活性炭(30)；各金属丝网(29)之间相切接触，而其一头与厚10mm的管板(31)之间留有12mm的空隙，以和管板(31)内壁之间构成气道，另一头则与管板(31)紧接触；厚10mm的壳体(32)外壁中部设置直径15mm的排/吸甲醇共用口(2)；两块管板(31)的外侧各设置一块厚10mm的联箱端盖(33)，两块联箱端盖(33)的中部，分别设置一个直径15mm的进口(9)和一个直径15mm的出口(14)。吸附床(1)壳体(32)和两块联箱端盖(33)的外壁裹以厚60mm的聚乙烯(34)。由火车发动机的排气提供热量，加热热媒；由行驶中火车顶部快速掠过的环境空气提供冷量，冷却冷媒；热/回/冷媒循环回路中流过的热/回/冷媒为同一型号的导热油；火车发动机的排气温度350℃，热媒温度200℃，吸附床(1)吸附侧的脱附温度100℃；环境空气温度31℃，冷媒温度35℃，吸附床(1)吸附侧的吸附温度39℃；可得火车驾驶室的空调制冷量4.5kW，本发明制冷循环的COP值0.49。
                         实施例2
独立加热/回热/回质/冷却的多效吸附式制冷循环系统的工作过程如附图2、附图5、附图6所示：6台长1.3m、外径0.4m、壳壁厚3mm、重100kg、传热面积29m2、总传热系数85W/m2.K的吸附床(1)吸附侧各填有30kg氯化钙(30)，其直径15mm的排/吸氨共用口(2)，均通过直径15mm的管道、三通和两个逆止阀(3)，分别与直径15mm的高压排气环管(4)和直径15mm的低压吸气环管(5)相连，高压排气环管(4)依次连接冷凝器(6)、节流阀(7)、蒸发器(8)，最后与低压吸气环管(5)构成制冷循环回路；每台吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道的进口(9)，均通过直径15mm的管道、四通-电磁阀组(10)分别与直径15mm的热媒供给环管(11)、回热供给环管(12)、冷媒供给环管(13)相连，每台吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道的出口(14)，均通过直径15mm的管道、四通-电磁阀组(10)分别与直径15mm的热媒回流环管(15)、回热回流环管(16)、冷媒回流环管(17)相连；热媒回流环管(15)由直径15mm的管道依次连接热媒循环泵(18)、太阳能热水器中的螺旋管加热换热器(21)、热媒供给环管(11)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道、四通-电磁阀组(10)，以构成热媒循环回路；回热回流环管(16)由直径15mm的管道依次连接回热循环泵(19)、回热供给环管(12)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道、四通-电磁阀组(10)，以构成回热循环回路；冷媒回流环管(17)由直径15mm的管道依次连接冷媒循环泵(20)、板式水冷换热器(22)、冷媒供给环管(13)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道、四通-电磁阀组(10)，以构成冷媒循环回路；位于本发明最高处的长0.5m、外径0.2m的热/回/冷媒定压、膨胀箱(23)通过直径15mm的管道、三通分别连接于热媒循环泵(18)、回热循环泵(19)、冷媒循环泵(20)的入口处。吸附床(1)吸附侧直径15mm的回质接口(24)均通过直径15mm的管道、电磁阀(25)、三通分别与直径15mm的回质环管(26)相连。吸附床(1)类似于管壳式换热器，其中每根直径10mm、壁厚0.7mm的换热管(27)外侧均带有高10mm的环型翅片(28)，翅片(28)外侧裹以直径40mm的同心圆柱状金属丝网(29)，金属丝网(29)与换热管(27)、翅片(28)之间充满颗粒状氯化钙(30)；各金属丝网(29)之间相切接触，而其一头与厚10mm的管板(31)之间留有12mm的空隙，以和管板(31)内壁之间构成气道，另一头则与管板(31)紧接触；厚10mm的壳体(32)外壁中部设置直径15mm的排/吸氨共用口(2)；两块管板(31)的外侧各设置一块厚10mm的联箱端盖(33)，两块联箱端盖(33)的中部，分别设置一个直径15mm的进口(9)和一个直径15mm的出口(14)。吸附床(1)壳体(32)和两块联箱端盖(33)的外壁裹以厚60mm的聚乙烯(34)。由太阳能热水器提供热量，加热热媒；由海水提供冷量，冷却冷媒；热/回/冷媒循环回路中流过的热/回/冷媒为水；太阳能热水器中的热水温度90℃，热媒温度85℃，吸附床(1)吸附侧的脱附温度75℃；海水温度33℃，冷媒温度37℃，吸附床(1)吸附侧的吸附温度41℃；可得海边别墅海鲜冷藏室的制冷量4.6kW，本发明制冷循环的COP值0.48。

Claims (4)

1、一种吸附式制冷循环系统，其特征在于：本独立加热/回热/回质/冷却的多效吸附式制冷循环系统，其吸附床(1)台数n为吸附循环周期与其中定压加热时间的近似比值，以使单一热源在对多台吸附床(1)换热侧轮回加热过程中的任一时刻，各台吸附床(1)吸附侧分别依次对应吸附循环的所有各相邻阶段；吸附床(1)吸附侧的排/吸气共用口(2)，均通过管道、三通和两个逆止阀(3)分别与高压排气环管(4)和低压吸气环管(5)相连，高压排气环管(4)依次连接冷凝器(6)、节流阀(7)、蒸发器(8)，最后与低压吸气环管(5)构成制冷循环回路；每台吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道的进口(9)，均通过管道、四通-电磁阀组(10)分别与热媒供给环管(11)、回热供给环管(12)、冷媒供给环管(13)相连，每台吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道的出口(14)，均通过管道、四通-电磁阀组(10)分别与热媒回流环管(15)、回热回流环管(16)、冷媒回流环管(17)相连；热媒回流环管(15)由管道依次连接热媒循环泵(18)、热媒加热换热器(21)、热媒供给环管(11)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道、四通-电磁阀组(10)，以构成热媒循环回路；回热回流环管(16)由管道依次连接回热循环泵(19)、回热供给环管(12)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道、四通-电磁阀组(10)，以构成回热循环回路；冷媒回流环管(17)由管道依次连接冷媒循环泵(20)、冷媒冷却换热器(22)、冷媒供给环管(13)、四通-电磁阀组(10)、吸附床(1)换热侧热/回/冷媒通道、四通-电磁阀组(10)，以构成冷媒循环回路；位于本发明最高处的热/回/冷媒定压、膨胀箱(23)通过管道、三通分别连接于热媒循环泵(18)、回热循环泵(19)、冷媒循环泵(20)的入口处；吸附床(1)吸附侧的回质接口(24)均通过管道、电磁阀(25)、三通分别与回质环管(26)相连；热源温度：60-1900℃，热媒温度：55-350℃，吸附床(1)吸附侧脱附温度：50-300℃，吸附床(1)吸附侧吸附温度：0-50℃，冷媒温度：0-45℃，环境温度：(-25)-40℃。
2、如权利要求1、所述的吸附式制冷循环系统，其特征在于：吸附床(1)为管壳式换热器，其中每根换热管(27)外侧均带有环型或螺旋型翅片(28)，翅片(28)外侧裹以同心圆柱状或同心六边形柱状金属丝网(29)，每根六边形的边既可为直线，也可为向外凸起的弧线，金属丝网(29)与换热管(27)、翅片(28)之间充满颗粒状吸附剂(30)；各金属丝网(29)之间相切接触，而其一头与管板(31)相接，另一头与管板(31)之间留有1-100mm的空隙，以和管板(31)内壁之间构成气道；壳体(32)外壁中部设置排/吸气共用口(2)；两块管板(31)的外侧各设置一块联箱端盖(33)，两块联箱端盖(33)的中部，分别设置一个进口(9)和一个出口(14)，吸附床(1)的壳体(32)和两块联箱端盖(33)的外壁裹以隔热层(34)。
3、如权利要求1、所述的吸附式制冷循环系统，其特征在于：吸附床(1)吸附侧中采用的吸附剂-吸附质可为下列工质对中的一种，氯化钙-氨、氯化钙中添加氯化镁和硅胶-氨、氯化镁-氨、氯化锶-氨、氯化钡-氨、沸石-水、活性炭-R134a、活性炭-甲醇、活性炭-氨、硅胶-水。
4、如权利要求1、所述的吸附式制冷循环系统，其特征在于：热/回/冷媒循环回路中流过的热/回/冷媒为液态导热油或水中的一种。
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