CN204593937U - 自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及制冷装置领域，更具体地，涉及自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置。其包括吸附器、加热器、冷却器、蒸发器和冷凝器，其特征在于，加热器的加热空间、冷却器的冷却空间分别与吸附器内部空间相互连通；加热器和/或冷却器在加热器的加热作用下和/或冷却器的冷却作用下引起吸附器内部空间与加热器的加热空间和/或冷却器的冷却空间之间的气体自然对流；蒸发器、冷凝器分别与吸附器内部空间相互连通。本实用新型可以较为快速地和均匀地加热/冷却吸附床。

Description

自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置

技术领域

本实用新型涉及制冷装置领域，更具体地，涉及自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置。

背景技术

由王如竹等编写的专著《吸附式制冷》、《吸附式制冷原理与应用》已经全面总结了国内外关于吸附式制冷的研发成果[1,2]。现有的吸附式制冷/热泵装置主要由吸附器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器、制冷剂及储罐等构成[3~12]。吸附制冷的原理简述为：吸附床吸附制冷剂蒸气使蒸发器内的制冷剂液体吸热蒸发来产生致冷效果；吸附床饱和后，用加热器加热吸附床，并使解吸出来的制冷剂蒸气在冷凝器内冷凝为液体；然后用冷却器冷却吸附床。上述即为吸附制冷的一个操作周期。由于在每个操作周期中都要加热吸附床一次，然后又要冷却吸附床一次，因此显而易见，吸附床加热升温和冷却降温的速度是影响吸附制冷效果的重要因素。如果吸附床能够被快速地加热升温和冷却降温，则操作周期时间短，单位时间的制冷量就较大。反之，如果吸附床加热升温和冷却降温速度缓慢，则制冷效果就较差。技术人员早已认识到吸附床的设计尤其是采用何种方式来加热和冷却吸附床是发展高效的吸附式制冷/热泵装置的关键技术问题之一[1,2,5~9]。

自从1848年英国科学家Faraday首次发现吸附制冷现象后，研究人员已尝试研制基于吸附制冷原理的制冷装置。在1931年，英国硅胶有限公司的A. Young发明了具有回热的吸附式制冷装置[13]，该装置是将高温烟气与吸附器外壁面直接接触来加热吸附床。美国HONEYWELL REGULATOR公司的A. Newton于1939年发明的吸附式制冷装置是在吸附床内部放置换热盘管，往换热盘管内通入加热或冷却介质，可以使与换热盘管相接触的吸附剂被加热或冷却[14]。此后，为了进一步改善传热效果，研究人员在换热盘管上增设许多的传热翅片，吸附剂被填充在传热翅片之间，获得了更大的接触传热面积。随后，研究人员在吸附床内部放置各种各样形式的换热器，研发了许多不同结构的吸附器。

这些传统的内置换热器的吸附器技术一直沿用至今。目前吸附式制冷/热泵装置所使用的吸附床按照内置换热器形式的不同可以划分为九种，参见文献[7]的p.446~7，以下括号内数字为该种形式吸附床的金属/吸附剂重量比kg/kg：1、螺旋式（13.2），2、管壳式（6.1），3、夹叉式(6.2)，4、同心圆管式(1.8)，5、板翅式(5.5)，6、管翅式(3.5)，7、板管式(3.2)，8、单管式(6.3)，9、板式(8.6)。各种形式的吸附器填充吸附剂后的实物照片见文献[7,9,11]。这些吸附器常用于各种类型的制冷/热泵装置[5,7~9,15~28]。类似地，太阳能吸附式制冷/热泵装置是在太阳能集热器内部设置传热翅片，并在传热翅片之间填充吸附剂[4,6,29~34]。

上述内置换热器的吸附器结构的优点就是可将吸附床、加热器和冷却器集成在同一个壳体内，换热器通入加热介质时起到加热器的作用，通入冷却介质时起到冷却器的作用，其结构紧凑，操作方便。但是，内置换热器的吸附器结构有多个明显的缺点[1,2,5,7,9,10a]：（1）吸附床加热不均匀：那些与传热翅片接触的吸附剂的温度较高，不与传热翅片接触的吸附剂的温度较低，吸附床内部温差较大；（2）吸附床加热速度慢：由于吸附剂的导热系数较小，吸附剂与传热翅片之间的接触热阻大，从传热翅片到吸附剂及其吸附床内部的传热速度缓慢；（3）吸附床金属热容过大：由于需要设置许多的传热翅片来增加传热面积，吸附床内的金属重量远远大于吸附剂重量，加热吸附床时需花费相当多的热量来加热吸附床内的金属部分。这些缺点导致吸附式制冷/热泵装置的操作周期长，制冷量偏小，热效率偏低，可能是目前吸附式制冷/热泵技术只得到小规模商业化应用的根本原因。为了克服这些缺点，国际上先进技术是将吸附材料用各种物理化学方法结合在换热器表面[7,34~36]，但由于吸附剂的装载量较小，较难获得更大的制冷量。因此，仍然需要研发能够克服上述缺点的吸附式制冷/热泵技术。

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实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种能够快速和均匀地加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置，包括吸附器、加热器、冷却器、蒸发器和冷凝器，其特征在于，所述加热器的加热空间、冷却器的冷却空间分别与吸附器内部空间相互连通；

所述吸附器、加热器和/或冷却器布置成所述加热器和/或冷却器在加热器的加热作用下和/或冷却器的冷却作用下引起吸附器内部空间与加热器的加热空间和/或冷却器的冷却空间之间的气体自然对流；

所述蒸发器、冷凝器分别与吸附器内部空间相互连通。

上述方案中，所述加热器和冷却器合二为一采用同一个换热器，吸附器、用作加热器和冷却器的换热器分别设置在顶端和底端相互连通的两个腔体内。

上述方案中，所述蒸发器和冷凝器合二为一采用同一个换热器，用作蒸发器和冷凝器的换热器与吸附器所在腔体的底端连通。

上述方案中，加热器、吸附器和冷却器分别置于三个空间分隔的腔体内，吸附器所在腔体的顶端和下端分别与加热器所在腔体的顶端和下端相互连通，吸附器所在腔体的顶端和下端分别与冷却器所在腔体的顶端和下端相互连通。

上述方案中，加热器和蒸发器合二为一采用同一个换热器，冷却器和冷凝器合二为一采用同一个换热器，用作加热器和蒸发器的换热器、吸附器、用作冷却器和冷凝器的换热器设置在同一个腔体内，该腔体内从从下到上次设置用作加热器和蒸发器的换热器、吸附器、用作冷却器和冷凝器的换热器。

上述方案中，加热器和蒸发器合二为一采用一个或者多个换热器，冷却器和冷凝器合二为一采用一个或者多个换热器；作为加热器和蒸发器的一个或多个换热器、作为冷却器和冷凝器的一个或多个换热器、吸附器设置在同一个腔体内；

吸附器包括若干段吸附床，作为加热器和蒸发器的一个或多个换热器、作为冷却器和冷凝器的一个或多个换热器以任意方式设置在若干段吸附床之间、最上段吸附床的上方和最下段吸附床的下方。

上述方案中，还包括制冷剂储罐；

吸附器、加热器、冷却器和冷凝器位于热源端，蒸发器和制冷剂储罐位于用户端，吸附器连通冷凝器的待冷凝气体进口，冷凝器的冷凝液出口通过输送管连接制冷剂储罐进口，制冷剂储罐出口连通蒸发器的待蒸发液体进口，蒸发器的蒸气出口通过输送管连接吸附器，制冷剂储罐出口与蒸发器的待蒸发液体进口之间有节流阀门；

或者，吸附器、加热器、冷却器、蒸发器和制冷剂储罐位于热源端，冷凝器位于用户端，吸附器通过输送管连通冷凝器的待冷凝气体进口，冷凝器的冷凝液出口通过输送管连通制冷剂储罐进口，制冷剂储罐出口连通蒸发器的待蒸发液体进口，蒸发器的蒸气出口连通吸附器，制冷剂储罐出口与蒸发器的待蒸发液体进口之间有节流阀门。

上述方案中，所述加热器为太阳能集热器。

上述方案中，吸附器包括若干个，其中的数个吸附器内有高温吸附剂，其余的吸附器内有低温吸附剂，所述内有高温吸附剂的吸附器与所述内有低温吸附剂的吸附器相互连通。

上述方案中，还包括循环风机，循环风机与吸附器的两端接通构成气体循环回路。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型的装置中，加热器处产生的热气体可以沿吸附器内部吸附剂颗粒空隙间流入吸附器各部分来加热吸附床。由此加热器的热量被热气体传递到达吸附床内各部分。又由于吸附剂的微观多孔结构包含许多的大孔{Macropores}，沿大孔又分布有许多中孔（Mesopores），沿中孔又分布有许多微孔（Micropores），热气体可以沿大孔进入中孔，再沿中孔进入微孔，从而深入渗透进入吸附剂颗粒内部来加热吸附剂。因为本实用新型装置的结构布置方式使得装置内的热气体可以发生较为显著的自然对流，所以热气体是作为传热介质和手段。对流换热是本实用新型装置中的主要传热机理。一般来说，以对流换热作用为主要传热机理时的传热量远大于以热传导作用为主要传热机理的传热量。因此，本实用新型可以较为快速地和均匀地加热/冷却吸附床。

附图说明

图1为本实用新型自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置具体实施例2的结构示意图。

图2为本实用新型自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置具体实施例3的结构示意图。

图3为本实用新型自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置具体实施例3改进式结构的示意图。

图4为本实用新型自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置具体实施例4的结构示意图。

图5为本实用新型自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置具体实施例5的结构示意图。

图6为本实用新型自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置具体实施例6的结构示意图。

图7为本实用新型自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置具体实施例7的结构示意图。

图8为图7的A-A剖视图。

图9为本实用新型自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置具体实施例8的结构示意图。

图10为本实用新型自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置具体实施例9的结构示意图。

其中，1为吸附器，1A、1B表示吸附床，2表示用作加热器和冷却器的换热器，2A、3A、4A、5A、2B、3B、4B、5B、108表示换热器，3表示前隔热板，4表示平板式换热器，5表示作为蒸发器的换热器，6表示第一换热器，7表示第二换热器，8表示封闭壳体，9表示隔热板，10表示后隔热板，11表示制冷剂液体，12表示制冷剂储罐，13表示第二布液器，14表示第一布液器，15表示集液器，16表示小管，17和18表示输送管，19表示循环风机，19A、19B、19C 表示风机，20表示透明盖板，21表示太阳能吸收板，22、23、24表示传热翅片，25表示散热板，26表示太阳辐射，27表示屋顶，28表示冰箱，29表示相变储冷材料，30表示太阳能集热器阵列，31~82表示阀门，91表示来自于室外的环境空气，92表示排向室外，93表示来自于室内的空气，94表示排向室内，100表示加热器，101表示冷却器，102表示作为冷凝器的换热器，103表示第三布液器，104表示用作加热器和蒸发器的换热器，105表示用作冷却器和冷凝器的换热器，106表示第三换热器，107表示第四换热器，110表示专门用于加热的换热器，111表示专门用于冷却的换热器，112表示冷凝器，113表示蒸发器，114表示满液式蒸发器。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

本实用新型拟解决的基本技术问题是如何快速地和均匀地加热和/或冷却吸附床，可以认为这是一个在吸附式制冷/热泵装置这种特殊条件下的传热学问题。该问题有以下的限制性因素：（1）吸附剂是微孔材料，其导热系数很小，相当于隔热保温材料的导热性能。（2）吸附剂解吸所需的热量（解吸热）较大，解吸热远大于使吸附剂本身加热升温所需的显热。（3）吸附剂有一定的耐热温度，过热会造成其微孔结构熔融消失，导致吸附性能下降。（4）吸附剂装载量较大，且密度小，体积大。（5）多数种类的制冷剂是易燃易爆的。（6）制冷剂有一定的耐热温度，过热会造成制冷剂降解失效。（7）在每个操作周期中，装置内温度、压力等参数是不断变化的。（8）选用高压制冷剂时，每个操作周期中总会出现远高于大气压的操作压力；选用低压制冷剂时，每个操作周期中总会出现远低于大气压的操作压力。因此对设备性能要求较高。（9）所述技术问题的解决手段必须是低成本的，因为目前常用的压缩机制冷设备成本已经相当低了，如果吸附式制冷装置过于复杂和昂贵，则没有市场竞争力。上述限制性因素给寻求所述技术问题的解决造成了相当大的困难。本实用新型提供自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置来解决上述技术问题。

实施例1

本实用新型自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置具体包括吸附器、加热器、冷却器、蒸发器和冷凝器，加热器的加热空间、冷却器的冷却空间分别与吸附器内部空间相互连通；

所述吸附器、加热器和/或冷却器布置成所述加热器和/或冷却器在加热器的加热作用下和/或冷却器的冷却作用下引起吸附器内部空间与加热器的加热空间和/或冷却器的冷却空间之间的气体自然对流；

蒸发器、冷凝器分别与吸附器内部空间相互连通。

在此具体实施例中，加热器和吸附器之间相互连通，加热器在加热作用下会引起吸附器内部空间与加热器加热空间之间的气体自然对流，形成对流换热，可以较为快速地和均匀地加热吸附器中的吸附床。同理，冷却器与吸附器之间相互连通，冷却器在冷却作用下会引起吸附器内部空间与冷却器的冷却空间之间的气体自然对流，同样可以较为快速地和均匀地冷却吸附器中的吸附床。

具体应用中，加热器和冷却器交替地通入加热和冷却介质，可以通过配置相应的切换阀门和管道来达到切换的目的。

下面结合几个具体实施例来进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上进行了如下至少一项的改进：

（1）加热器和冷却器合二为一采用同一个换热器，吸附器、用作加热器和冷却器的换热器分别设置在顶端和底端相互连通的两个腔体内；

（2）蒸发器和冷凝器合二为一采用同一个换热器，用作蒸发器和冷凝器的换热器与吸附器所在腔体的底端连通。

（3）吸附器、用作加热器和冷却器的换热器、用作蒸发器和冷凝器的换热器集成在同一个封闭壳体内。

（4）用作蒸发器和冷凝器的换热器采用平板式换热器，平板式换热器的平板之间的空间交替地设置为换热介质通道和制冷剂蒸发/冷凝通道，上层制冷剂蒸发/冷凝通道与下层制冷剂蒸发/冷凝通道之间通过管道相通，最上层制冷剂蒸发/冷凝通道与吸附器所在腔体的底端连通。

本实施例的一个应用实例如图1所示。

具有保温层的封闭壳体8的内部被隔热板9分隔为两个腔体，两个腔体顶端和底端分别相通；其中一个腔体内设置吸附器1；吸附器1可以是多个排列设置在同一个腔体内，如图1所示；另一个腔体设置用作加热器和冷却器的换热器2，在实际应用中，用作加热器和冷却器的换热器2设置有对外连接的接口；

封闭壳体8的底部密封连接有平板式换热器4。平板式换热器4中第一层平板的边沿与平板式换热器4外壳之间封闭，构成制冷剂液体11的第一储液室，第一层平板与第二层平板之间为换热介质通道，第二层平板与第三层平板的边沿封闭，构成制冷剂液体11的第二储液室，依次设置，通过平板之间的空间交替形成换热介质通道和制冷剂蒸发/冷凝通道。上层储液室与下层储液室之间通过若干个小管16相通，第一储液室与封闭壳体8底部连通，使得封闭壳体8的内部空间通过这些小管16与各层储液室的内部空间相通。在具体应用中，平板式换热器4设置有对外连接的出入口。

本实例具体工作时：

（A）冷却吸附-制冷：在此阶段，首先用作加热器和冷却器的换热器2通过对外连接的接口通入冷却介质，平板式换热器4通过对外连接的入口通入冷媒介质。吸附器1吸附制冷剂蒸气，因而降低该装置内部的制冷剂蒸气压力，使平板式换热器4中各层储液室内的制冷剂液体蒸发。平板式换热器4通入的冷媒介质在平板之间流过时与各层储液室有较大的换热面积，冷媒介质的显热供给制冷剂液体蒸发所需的热量，使得冷媒介质的温度下降，产生制冷效果，最后从平板式换热器4对外连接的出口流出。吸附器1吸附制冷剂蒸气时在吸附热的作用下吸附器1的温度升高，此时由于吸附器1内气体温度高于用作加热器和冷却器的换热器2处的气体温度，所以吸附器1处的气体向上流动，用作加热器和冷却器的换热器2处的气体向下流动，产生气体的自然循环流动，吸附器1被循环流动的气体所冷却。吸附器1吸附饱和后进入下一阶段。

（B）加热解吸-冷凝：在此阶段，用作加热器和冷却器的换热器2通过对外连接的接口通入加热介质，（当需要冷凝制冷剂蒸气时）平板式换热器4对外连接的入口通入冷却介质。

首先，用作加热器和冷却器的换热器2通入加热介质使用作加热器和冷却器的换热器2处的气体温度高于吸附器1的温度，用作加热器和冷却器的换热器2处的气体向上流动，吸附器1的气体向下流动，产生气体的自然循环流动，吸附器1被循环流动的气体所加热。吸附器1升温达到解吸温度后其吸附的制冷剂解吸进入气相。

当装置内制冷剂蒸气压力升高达到冷凝压力后，平板式换热器4通入冷却介质，制冷剂蒸气在平板式换热器4内冷凝为液体，这些液体储留在各层储液室内。继续上述操作直至吸附器1解吸和制冷剂冷凝完毕。以上为一个操作周期。

以上工作过程描述吸附器加热/冷却方式的主要传热机理是对流换热。与现有以热传导为主要传热机理的吸附器技术相比较有着实质性的区别。在具体应用时，吸附剂-制冷剂工质对的选择、吸附制冷循环的热力学过程、用于吸附制冷的高压/真空封闭容器、所需配置的蒸发器和冷凝器、装置的仪表自控等方面，可以参考现有技术，在此不再赘述。

本实用新型装置在加热和冷却操作时自然对流换热效果的主要影响因素是吸附器1与用作加热器和冷却器的换热器2的温度差。加热操作时使用具有较高温度的加热介质可取得较好的自然对流换热效果。例如，该装置用作汽车空调时加热介质可利用发动机废气（从发动机燃烧室排出的废气温度可达500℃），冷却介质为车外的环境空气，冷媒介质为需要降温的车内空气。将500℃的废气通入用作加热器和冷却器的换热器2可以在该装置内部产生很显著的自然对流换热，从而将加热介质的热量传递给吸附器1。当吸附器1与用作加热器和冷却器的换热器2之间的温度差较大时，吸附器1本身的流动阻力并非主要影响因素，即使采用颗粒状吸附剂散放来构成吸附器（床层空隙率约0.3~0.4），也可以有较好的加热效果。但是，如果吸附器1与用作加热器和冷却器的换热器2之间的温度差较小（例如，采用常规太阳能集热工程产生的温度约为80℃的热水作为本实用新型装置的加热介质时），则吸附器1必须有较低的流动阻力，此种情况适宜采用定型吸附剂（如空心圆柱形，或者蜂窝状吸附剂）按照低流动阻力堆放方式来构成吸附器1。另外，吸附器1与用作加热器和冷却器的换热器2之间的温度差不变时，吸附器1与用作加热器和冷却器的换热器2的高度越高，则其内部气体自然对流的推动力越大，加热效果越好。

在冷却吸附操作时，用作加热器和冷却器的换热器2通入环境空气，其温度接近常温。由于吸附热的作用，吸附器1的温度则高于常温（例如，活性炭床吸附甲醇时活性炭床温度可达65℃）。因此，该装置内部也会发生比较显著的自然对流换热，使该装置得到冷却，此时用作加热器和冷却器的换热器2起到冷却器的作用。

上述操作中，用作加热器和冷却器的换热器2需要交替地通入加热和冷却介质，平板式换热器4交替地通入冷却介质和冷媒介质，因此具体应用是可以通过配置相应的切换阀门和管道。这些切换阀门和管道要根据实际应用场合的具体情况来布置。因此，图1及本实用新型其它附图并没有画出这些切换阀门和管道。

与现有技术吸附器内置换热器的接触传热方式相比较，本实用新型这种自然对流换热方式的吸附制冷/热泵装置具有以下优点：

（1）本实用新型的加热器表面温度可以高于吸附剂的耐热温度。

本实用新型中加热器表面不与吸附剂接触，加热器表面温度不受吸附剂耐热温度的限制。而现有技术中加热器表面温度必须低于吸附剂耐热温度。

（2）本实用新型有较大的传热系数。

本实用新型采用对流换热方式，传热系数较大。现有技术由于吸附剂的热传导系数很小，加热器与吸附床的接触热阻大，传热系数较小。

（3）本实用新型可以快速地加热吸附器。

本实用新型有较高的加热器表面温度，传热温差大，并且有较大的传热系数，而且吸附器内全部吸附剂颗粒表面都能够受到热气流的加热，有较大的传热面积，因此，传热量较大，可以快速地加热吸附器。而现有技术依靠热传导方式只能缓慢地加热吸附器。

（4）本实用新型可以均匀地加热吸附器。

本实用新型利用热气流沿吸附剂颗粒间隙渗透进入吸附器内部，可使吸附器各部分被均匀加热。而现有技术中那些与传热翅片接触的吸附剂容易过热，远离传热翅片的吸附剂又难以得到加热。

（5）本实用新型可以使用高空隙率的吸附剂。

本实用新型可以使用床层空隙率在0.5以上的吸附剂，有利于同时提高吸附器的传热传质性能，无需另外设置专门的传质通道。现有技术不宜使用高空隙率的吸附剂，因为空隙率越大，则导热系数越小，依靠接触传热方式的吸附器的传热性能越差。现有技术通常选用低空隙率吸附剂，而且需要在吸附器内设置专门的传质通道。

（6）本实用新型可以使用化学吸附剂。

以化学吸附机理为主的化学吸附剂吸附时会出现吸附剂体积膨胀的现象。本实用新型可以预留吸附剂体积膨胀所需的空间（即图1中吸附器1各段以上的空间），因而本实用新型可以选用化学吸附剂。现有技术是在传热翅片之间填充吸附剂。当使用化学吸附剂时，吸附剂体积膨胀受压，容易结块，导致吸附性能下降因而现有技术一般不能选用化学吸附剂。

（7）本实用新型的金属热容较小。

本实用新型采用对流换热，所有吸附剂颗粒的外表面和部分内表面都是换热面。对流换热系数较大，无需设置很多的传热翅片来增加换热面积，因此金属热容较小。而现有技术吸附器内需要设置许多传热翅片来增加换热面积，其金属/吸附剂重量比达1.8~13.2。

（8）本实用新型结构简单，容易制造。

本实用新型在不同空间分别设置吸附器和换热器，加工和维护方便。现有技术在吸附器内有许多管道和翅片，结构复杂。有些技术将吸附剂结合在换热器表面，制造成本更高。

另外，本实施例将吸附器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器、制冷剂及储罐全部集成在同一个封闭壳体8内，装置的连接方式比现有技术大为简化。封闭壳体8内部没有任何管道和阀门，有利于制冷剂蒸气的流动。而且密封性好，制冷剂不容易泄漏。平板式换热器4集成了蒸发器和冷凝器，还用作制冷剂储罐，降低了装置的成本。本实施例这种集成布置方式也可以用于本实用新型的其它实施例。

本实例的装置单台只是间歇制冷，两台或两台以上联合运行可以连续制冷。当采用两台以上联合运行时，平板式换热器4可设置在封闭壳体8的外部，各吸附器通过管道可共同连通同一个蒸发器、同一个冷凝器和同一个制冷剂储罐，具体应用在此不再赘述。

实施例3

本实施例与实施例2类似，其不同之处主要在于，实施例2采用同一个换热器交替地加热和冷却吸附器，而本实施例有一个专门用于加热吸附器的换热器和另一个专门用于冷却吸附器的换热器。

具体地，加热器、吸附器和冷却器分别置于三个空间分隔的腔体内，吸附器所在腔体的顶端和下端分别与加热器所在腔体的顶端和下端相互连通，吸附器所在腔体的顶端和下端分别与冷却器所在腔体的顶端和下端相互连通；优选地各个连通处均设置有阀门。具体地如图2所示，吸附器1的上端和下端分别与加热器100的上端和下端相连通，并且吸附器1的上端和下端还分别与冷却器101的上端和下端相连通。加热器100总是通入加热介质，本实例中采用换热器作为加热器100；冷却器101总是通入冷却介质，本实例中采用换热器作为冷却器101。通过阀门31~34的切换，加热器100或冷却器101可以类似于实施例2所说明的自然对流换热方式来加热或冷却吸附器1。

进一步的，本实施例还对其他结构进行改进：

本实施例还包括制冷剂储罐；吸附器、加热器、冷却器和冷凝器位于热源端，蒸发器和制冷剂储罐位于用户端，吸附器连通冷凝器的待冷凝气体进口，冷凝器的冷凝液出口通过输送管连接制冷剂储罐进口，制冷剂储罐出口连通蒸发器的待蒸发液体进口，蒸发器的蒸气出口通过输送管连接吸附器，制冷剂储罐出口与蒸发器的待蒸发液体进口之间有节流阀门。具体如图2所示：

用户端的制冷剂储罐12通过节流阀门42连接至第一布液器14，第一布液器14安装在作为蒸发器/冷凝器的换热器5内，作为蒸发器/冷凝器的换热器5通过输送管18、阀门40连接至冷却器101，作为蒸发器/冷凝器的换热器5还通过输送管18、阀门38连接至吸附器1，作为蒸发器/冷凝器的换热器5还通过阀门43、输送管17、阀门36连接第二布液器13，第二布液器13置于作为冷凝器/蒸发器的换热器102内部上方，作为冷凝器/蒸发器的换热器102顶部通过管道、阀门35连接至冷却器101；吸附器1通过管道、阀门37连接作为冷凝器/蒸发器的换热器102，作为冷凝器/蒸发器的换热器102底部通过管道、阀门39以及输送管17、阀门41连接制冷剂储罐12。

本实施例包括有用于向用户供冷的制冷操作模式以及用于向用户供热的热泵操作模式。

首先说明制冷操作模式：此模式下，换热器5用作蒸发器，换热器102用作冷凝器。用户端的制冷剂储罐12内的制冷剂液体11经节流阀门42节流后由第一布液器14进入作为蒸发器的换热器5后吸热蒸发，作为蒸发器的换热器5的冷媒介质将冷量提供给用户。作为蒸发器的换热器5内制冷剂液体蒸发产生的制冷剂蒸气经输送管18、阀门40流入冷却器101内。阀门32、34打开，制冷剂蒸气被吸附器1吸附，同时吸附器1被冷却器101以自然对流换热的方式所冷却。吸附器1饱和后，转入加热解吸阶段。关闭阀门32、34，打开阀门31，加热器100内的高温高压制冷剂蒸气经阀门31进入吸附器1内加热吸附床，降温后的蒸气经吸附器1底部的管道、阀门37进入作为冷凝器的换热器102冷凝。打开阀门33，吸附器1被加热器100以自然对流换热的方式持续加热直至吸附器1解吸完毕。通过阀门37进入作为冷凝器的换热器102内的制冷剂蒸气被冷凝为制冷剂液体，这些制冷剂液体从作为冷凝器的换热器102底部的管道排出，经阀门39、输送管17、阀门41流入制冷剂储罐12。

热泵操作模式时，换热器5用作冷凝器，换热器102用作蒸发器。吸附器1加热解吸产生的制冷剂蒸气经阀门38、输送管18进入作为冷凝器的换热器5后冷凝放热，作为冷凝器的换热器5的热媒介质将热量提供给用户。制冷剂蒸气在作为冷凝器的换热器5内冷凝产生的制冷剂液体经阀门43、输送管17、阀门36节流后由第二布液器13进入作为蒸发器的换热器102后蒸发，所产生的制冷剂蒸气由作为蒸发器的换热器102顶端的管道、阀门35流入冷却器101内，此时阀门32、34打开，制冷剂蒸气被吸附器1吸附，同时吸附器1被冷却器101冷却。吸附器1饱和后，转入加热解吸阶段。关闭阀门32、34，打开阀门31，加热器100内的高温高压蒸气经阀门31进入吸附器1内加热吸附床，降温后的蒸气经吸附器1底部的管道、阀门38、输送管18进入作为冷凝器的换热器5冷凝。打开阀门33，吸附器1被加热器100持续加热直至吸附器1解吸完毕。

如上所述，在制冷操作模式下该装置利用热源端的热能向用户端供冷，在热泵操作模式下则向用户端供热。一般来说，这些基于制冷剂工质的逆卡诺热力学循环的热机，制冷剂工质在经历蒸发过程从液相转化为气相后，这些气相工质随后必然经历冷凝过程从气相转化为液相工质，才能完成其闭环的热力学循环。当这些热机的用途是利用制冷剂工质在蒸发器内蒸发的吸热效应来向用户供冷，则称为制冷装置；当这些热机的用途是利用制冷剂工质在冷凝器内冷凝的放热效应来向用户供热，则称为热泵装置。同一套装置既可以用作制冷装置，也可以用作热泵装置。例如，实施例2的图1装置除了用于制冷外，也可以利用制冷剂11在平板式换热器4的冷凝放热和/或吸附器1产生的吸附热来向用户供热，用作热泵。类似地，本实用新型的其它实施例也可以用作热泵。

本实施例的图2所示装置在制冷模式下，从热源端向用户端输送的是常温制冷剂液体（用输送管17）；由用户端向热源端返回的是常温制冷剂蒸气（用输送管18）。在热泵模式下，从热源端向用户端输送的是有较高温度的制冷剂蒸气（用输送管18）；由用户端向热源端返回的是常温制冷剂液体（用输送管17）。因此，输送管17不需要保温；输送管18需要保温。输送管17和18的长度可达数十公里。亦可以增设制冷剂的输送泵或风机。以上描述的装置实质上是将热源端的热能转换为制冷剂的化学能，然后通过管道输送制冷剂到达用户端，再将制冷剂的化学能转换为热能供用户使用。该装置其实就是进行低品位热能的远距离输送（本实用新型其它实施例增设制冷剂输送管后也可以用于这种用途）。

本实施例同样具有实施例2所列的八个优点。另外，本实施例还有以下两个优点：

（1）便于多个吸附器联合运行。

具体地，吸附器设置多个，多个吸附器分别通过管道和阀门连通加热器和冷却器，具体如图3所示，图3是图2的吸附床、加热器和冷却器部分的俯视图。如图3所示，六个吸附器1经过管道和阀门31、33（在31的下方，图中未显示33）连通同一个加热器100，并且经过管道和阀门32、34（在32的下方，图中未显示34）连通同一个冷却器101。该连接方式较为简单，便于根据需要来增加吸附器数目。操作时通过阀门切换，可以有多个吸附器1同时加热解吸，其它吸附器1同时冷却吸附。

（2）没有金属热容。

“金属热容”是指在每个吸附制冷操作周期中加热吸附床时所需要加热的换热器金属管道和翅片的热容。以实施例2的图1装置为例，每次加热解吸时首先要花费热量来加热用作加热器和冷却器的换热器2的管道和翅片，然后才能加热吸附器1；解吸完毕进行冷却吸附时，用作加热器和冷却器的换热器2的管道和翅片的热量就会被冷却介质带出而浪费掉，下一个周期又要重新加热用作加热器和冷却器的换热器2。可见，“金属热容”要浪费很多的热量。在本实施例的图2所示装置中，加热器100总是处于加热状态，用于加热吸附器1时是将加热器100内的已加热的高温气体通入吸附器1，不需要每个操作周期都重新加热这些加热器100的管道和翅片。从这个意义来说，图2装置的“金属热容”接近零（只有吸附器1的壳体及其吸附器1与阀门31、33之间的连接管道需要每个操作周期加热一次）。与现有技术吸附床内金属/吸附剂重量比高达1.8~13.2的情况相比较，本实施例可大幅度减少加热能耗。

另外，作为本实用新型的一个特例，图2装置的吸附器1吸附饱和后，打开阀门31，加热器100内的高温高压制冷剂蒸气经阀门31进入吸附器1内加热吸附床，其制冷剂蒸气的流动也是由温度差、压力差所驱动的，属于本实用新型所述自然对流加热方式的其中一种情形。如果经阀门31进入的制冷剂蒸气的显热足够提供吸附床解吸热，则可以省略阀门33及所在管道。

本实施例未提及的部分与实施例2类似，工作原理与实施例2相同，此处不再赘述。

在另一个具体实施方式中，还可以是：

吸附器、加热器、冷却器、蒸发器和制冷剂储罐位于热源端，冷凝器位于用户端，吸附器通过输送管连通冷凝器的待冷凝气体进口，冷凝器的冷凝液出口通过输送管连通制冷剂储罐进口，制冷剂储罐出口连通蒸发器的待蒸发液体进口，蒸发器的蒸气出口连通吸附器，制冷剂储罐出口与蒸发器的待蒸发液体进口之间有节流阀门。具体实例在此不再赘述。

实施例4

本实施例与实施例2、3类似，其不同之处主要在于，实施例2、3以自然对流换热方式加热吸附器1时气体是按预设的确定路径流动的，而本实施例中气体自然对流没有预设的确定路径。具体地，加热器和蒸发器合二为一采用同一个换热器，冷却器和冷凝器合二为一采用同一个换热器，用作加热器和蒸发器的换热器、吸附器、用作冷却器和冷凝器的换热器设置在同一个腔体内，该腔体内从下到上依次设置用作加热器和蒸发器的换热器、吸附器、用作冷却器和冷凝器的换热器。

此外，在上述方案中还可以作进一步改进：还包括制冷剂储罐12、第三布液器103、集液器15。具体地如图4所示：

本实施例还包括制冷剂储罐12、第三布液器103、集液器15，吸附器1置于腔体的中部，加热器和蒸发器合二为采用同一个换热器，用作加热器和蒸发器的换热器104置于腔体内并位于吸附器1的下方，冷却器和冷凝器合二为一采用同一个换热器，用作冷却器和冷凝器的换热器105置于腔体内并位于吸附器1的上方，集液器15通过管道连接制冷剂储罐12，制冷剂储罐12通过管道连接第三布液器103，第三布液器103设置在用作加热器和蒸发器的换热器104上方，集液器15设置在用作冷却器和冷凝器的换热器105的下方。

进一步的，本实施例的腔体采用封闭壳体8实现，吸附器1设置在封闭壳体1的中部位置，用作冷却器和冷凝器的换热器105置于封闭壳体8的顶部位置，用作加热器和蒸发器的换热器104置于封闭壳体8的底部位置。

具体工作时：在加热解吸阶段，用作加热器和蒸发器的换热器104通入加热介质，用作加热器和蒸发器的换热器104加热的气体向上流动，吸附器1内的较冷气体向下流动，形成气体的自然对流。

在这种布置方式中，冷热气体的自然对流并没有确切的流动路径，而是随机的和不断变动的。另外，第三布液器103一般采用若干根开有若干个喷液口的管子。当用作加热器和蒸发器的换热器104的表面温度较高时，从用作加热器和蒸发器的换热器104向吸附器1的辐射传热也是较为显著的。因此，通过自然对流和辐射传热机理，用作加热器和蒸发器的换热器104的热量传递给吸附器1，使其加热解吸。制冷剂从吸附态解吸为气态时，其体积显著增加，使得封闭壳体8内的压力增大。达到冷凝压力后，用作冷却器和冷凝器的换热器105通入冷却介质，制冷剂蒸气在用作冷却器和冷凝器的换热器105的表面冷凝为液体，然后被收集和储存在制冷剂储罐12。吸附器1解吸完毕后，用作加热器和蒸发器的换热器104和用作冷却器和冷凝器的换热器105通入冷却介质，以封闭壳体8内的冷热气体自然对流换热的方式来冷却吸附器1。在冷却吸附-制冷阶段，制冷剂液体被第三布液器103分布在用作加热器和蒸发器的换热器104的表面后蒸发制冷，产生的制冷剂蒸气被吸附器1吸附，吸附热的产生使得吸附器1的温度高于用作冷却器和冷凝器的换热器105的温度，此温度差引起冷热气体自然对流，吸附器1被冷却。

在具体实施方式中，可选地，本实施例还包括循环风机，循环风机与吸附器的两端接通构成气体循环回路。具体如图4所示：

循环风机19两端分别通过阀门46、47连接至封闭壳体8的顶部和底部；进一步的，在封闭壳体8顶部与阀门46连接处还外接阀门48和第一换热器6，在封闭壳体8底部与阀门47连接处还外接阀门49和第二换热器7。

循环风机19为用于常压下流体输送的耐腐蚀风机。当循环风机19作为制冷剂蒸气循环风机与封闭壳体8的两端相连时，如果封闭壳体8内制冷剂蒸气压力远高于大气压，则循环风机19内的制冷剂蒸气可能会在风机轴承机械密封处向外界泄漏；如果封闭壳体8内制冷剂蒸气压力远低于大气压，则外界空气可能会向循环风机19内泄漏。这两种情况都是不允许的。

吸附式制冷/热泵装置内部的制冷剂蒸气压力与其装载的制冷剂种类有关。目前所使用的制冷剂种类繁多。一般可划分为“高压制冷剂”（就是标准沸点在-10℃以上的制冷剂）和“低压制冷剂”（就是标准沸点在-10℃以下的制冷剂）。本实用新型原则上适用于各种制冷剂。尽管本实用新型使用高压制冷剂的传热传质性能优于选用低压制冷剂。因为相同温度差时，操作压力越高，自然对流的驱动力越大，传热传质性能越好。具体制冷剂的选用需要考虑装置的应用场合、要求达到的制冷温度、可利用的热源温度、冷却温度等具体情况。但不论使用何种制冷剂，吸附式制冷/热泵装置操作压力总会出现远高于或者远低于大气压的情况，因此现有技术一般难以利用风机驱动的强制对流换热。

本实用新型中：选用高压制冷剂时，加热解吸阶段的操作压力远高于大气压；冷却吸附的操作压力有可能调整至接近大气压。因此，其加热解吸阶段可采用自然对流换热方式；冷却吸附阶段可采用循环风机19驱动的强制对流换热方式。选用低压制冷剂时，加热解吸阶段的操作压力一般接近大气压；冷却吸附的操作压力则远低于大气压。因此，其加热解吸阶段可采用循环风机19驱动的强制对流换热方式；冷却吸附阶段可采用自然对流换热方式。

使用高压制冷剂时，本实施例的图4所示装置的操作步骤简述如下：加热解吸阶段用作加热器和蒸发器的换热器104通入加热介质使吸附器1解吸。加热解吸阶段结束转入冷却吸附-制冷阶段时，如果封闭壳体8内压力高于循环风机19能够承受的压力范围，则用作加热器和蒸发器的换热器104、用作冷却器和冷凝器的换热器105、第一换热器6、第二换热器7通入冷却介质，缓慢打开阀门48、49，使气体经用作加热器和蒸发器的换热器104、用作冷却器和冷凝器的换热器105冷却后进入第一换热器6、第二换热器7进一步冷却。由于各换热器的冷却作用和第一换热器6、第二换热器7的缓冲作用，封闭壳体8内压力降低至循环风机19能够承受的压力范围，打开阀门46、47，起动循环风机19，强制对流冷却吸附器1。由于强制对流换热系数远大于自然对流换热系数，采用强制对流能够显著地提高冷却效果。所述强制对流换热方式可以持续至加热解吸阶段的初期，直至封闭壳体8内压力升高至循环风机19能够承受的压力范围后，停止循环风机19，改用自然对流加热的方式。这种自然对流与强制对流组合的办法可以进一步提高吸附床加热/冷却的速度。

使用低压制冷剂时，图4所示装置的操作步骤是在加热解吸阶段利用循环风机19强制对流加热吸附器1；冷却吸附阶段采用自然对流冷却方式。具体操作步骤与以上类似。

第一换热器6、第二换热器7有两个作用：（a）自然对流方式与强制对流方式转换时的压力缓冲；以及（b）在封闭壳体8内进行其它操作步骤时按照需要在第一换热器6、第二换热器7内提前加热或冷却制冷剂蒸气，有利于缩短操作周期时间。

类似于本实施例所描述的增设循环风机用于当制冷/热泵装置在循环风机能够承受的压力范围内操作时进行强制对流换热，本实用新型的其它所有实施例也可以增设循环风机。例如，实施例2的图1装置的封闭壳体8的位于吸附器1中段的部位开设一个进气口与循环风机的排风口相连，并且封闭壳体8的位于用作加热器和冷却器的换热器2的中间高度部位开设一个排气口与循环风机的进风口相连，就构成强制对流循环系统。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，工作原理与以上实施例相同，此处不再赘述。

实施例5

本实施例与实施例4类似，其不同之处主要在于，实施例4有一个独立的制冷剂储罐12，本实施例的封闭壳体底部用作制冷剂储罐，具体如图5所示：

吸附器1设置在封闭壳体8的中部位置，在封闭壳体8内并位于吸附器的上方设置第三换热器106，在封闭壳体8内并位于吸附器1的下方设置第四换热器107，封闭壳体8的底部用作制冷剂储罐。

当通入加热、冷却或冷媒介质时，第四换热器107用作加热器、冷凝器/冷却器或蒸发器。当通入加热或冷却介质时，第三换热器106用作加热器或冷却器。本实施例的优点是结构紧凑，设备体积小，密封性能好。本实施例未提及的部分与以上实施例类似，工作原理与以上实施例相同，此处不再赘述。

实施例6

本实施例与实施例5类似，其不同之处主要在于，加热器和蒸发器合二为一采用一个或者多个换热器，冷却器和冷凝器合二为一采用一个或者多个换热器；作为加热器和蒸发器的一个或多个换热器、作为冷却器和冷凝器的一个或多个换热器、吸附器设置在同一个腔体内；

吸附器包括若干段吸附床，作为加热器和蒸发器的一个或多个换热器、作为冷却器和冷凝器的一个或多个换热器以任意方式设置在若干段吸附床之间、最上段吸附床的上方和最下段吸附床的下方。

其中一个具体实例如图6所示，该吸附器1包括两段吸附床，上段吸附床的上方、下段吸附床的下方以及两段吸附床之间都设置有换热器108，这些换热器108可以是用作加热器，也可以是用作冷却器。当换热器108都通入加热或冷却介质时，由于自然对流和辐射传热，吸附器1能被更快速地加热或冷却，这是本实施例的优点之一。本实施例未提及的部分与以上实施例类似，工作原理与以上实施例相同，此处不再赘述。

实施例7

本实施例与以上实施例类似，其不同之处主要在于，本实施例利用太阳能集热器来加热吸附器，而且太阳能集热器和吸附器被集成在同一个壳体内（简称为太阳能吸附器）。具体地如图7和8所示，保温的壳体8的前部至后部依次安装有透明盖板20、太阳能吸收板21、前隔热板3、吸附器1、后隔热板10、散热板25。太阳能吸收板21与前隔热板3之间的空间称为加热通道，其中设置有太阳能吸收板21的传热翅片22；后隔热板10与散热板25之间的空间称为冷却/冷凝通道，其中设置有散热板25的传热翅片23。散热板25后侧有用于向环境空气散热的传热翅片24。前隔热板3和后隔热板10的上端和下端与壳体8之间都有空隙。后隔热板10的上端与壳体8之间设置有阀门50，用来密封或开放后隔热板10的上端与壳体8之间的空隙。散热板25的下端连接有小管16，小管16穿过屋顶27进入室内再穿过冰箱28的外壳连通满液式蒸发器114，满液式蒸发器114浸泡在相变储冷材料29之中。小管16可以是垂直或倾斜走向的，也可以有一定的弯曲度。小管16的尺寸和铺设方式应保证在太阳能吸附器的冷却/冷凝通道内冷凝产生的制冷剂液体能够从散热板25的下端依靠重力流入满液式蒸发器114，并且在满液式蒸发器114内产生的制冷剂蒸气能够依靠压力差从满液式蒸发器114流入太阳能吸附器。

白天日出后利用太阳能加热解吸吸附器1时，关闭阀门50。太阳能吸收板21吸收太阳辐射26使得太阳能吸收板21升温，太阳能吸收板21及其传热翅片22将热量传递给加热通道内的制冷剂蒸气。加热通道内的制冷剂蒸气被加热升温后向上流动，吸附器1内的较冷制冷剂蒸气向下流动，形成制冷剂蒸气的自然对流循环，将太阳能吸收板的热量传递给吸附床1。吸附器1加热解吸，使得加热通道和吸附器1内制冷剂蒸气压力增大，部分制冷剂蒸气经后隔热板10下端与壳体8之间的空隙流入冷却/冷凝通道而被冷凝成制冷剂液体，这些制冷剂液体经小管16流入满液式蒸发器114。

傍晚日落后打开阀门50，冷却/冷凝通道内的制冷剂蒸气被冷却降温，冷却/冷凝通道内的冷气体与吸附器1内的热气体形成自然对流，使吸附器1冷却降温，壳体8内的压力下降。满液式蒸发器114内的制冷剂液体11蒸发，产生制冷效果。制冷剂蒸气经小管16流到壳体8内，然后被吸附器1吸附。在壳体8内部的冷热气体自然对流循环换热作用下，吸附器1的吸附热传递到散热板25后散发到环境空气。相变储冷材料29储存冷量，使冰箱28在白天也能保持低温。

本实施例同样具有实施例2所列的八个优点。另外，与现有的太阳能冰箱技术[6,29,30]相比较，本实施例还有以下三个优点：

（1）集热性能好。

本实施例壳体8为全封闭结构（壳体8与太阳能吸收板21和散热板25之间可焊接连接）。壳体8有保温层，太阳能吸收板21吸收太阳辐射能量，然后将热量传递给吸附器1，吸附器1与冷却/冷凝通道之间由后隔热板10隔热，太阳能加热时仅有少量热气体从后隔热板10下端空隙流入冷却/冷凝通道。该太阳能吸附器加热解吸时，一方面能够高效吸收太阳辐射能量，另一方面其散发到环境的热损失较小，因此该太阳能吸附器集热性能良好。相比较，现有技术中有些太阳能吸附器的侧壁或后盖可以打开（参见文献[6]），壳体不是全封闭的，热损失较大。

（2）散热性能好。

太阳能吸附器有以下两种情形需要散热：

（a）夜间的冷却吸附-蒸发操作阶段吸附器需要向环境排出吸附热。

（b）白天的加热解吸-冷凝操作阶段当太阳辐射过于强烈引起太阳能吸附器过热时需要散热。太阳辐射不是一种稳定的热源，其强度取决于气象条件。夏天某些气象条件下太阳辐射可能出现短时间极端强烈的情况。太阳能吸收板上负载的选择性吸收太阳辐射的膜层以及吸附剂和制冷剂都有一定的耐热温度。超过其耐热温度，太阳能吸收膜层可能脱落，吸附剂的微孔结构可能过热熔融消失使吸附性能下降，制冷剂可能降解。因此，太阳能冰箱必须有良好的散热能力才可能在所有气候情况下都能正常运行。

本实施例当接近设备耐热温度时，只要打开阀门50，就可以获得良好的散热效果。相比较，现有技术有些太阳吸附器采用全封闭的保温壳体，没有散热措施，夏天有可能过热失效（除非使用者判断太阳光过于强烈，用遮阳物盖上太阳能吸附器，但这样做很不方便）。另外一些太阳能吸附器的侧壁或后盖可以打开来散热[6]，但其操作可能过于繁琐。

（3）易于自动化运行。

本实施例的自控动作仅为白天加热解吸时关闭阀门50，夜间吸附和白天设备过热时打开阀门50。只要增设温度传感器、太阳光照传感器、定时器、温控器、电磁阀等即可实现全自动化运行。

在太阳能集热器方面，目前定型量产的产品主要有平板式太阳能集热器，其结构一般为全封闭保温壳体内设置有太阳能吸收板和加热流体通道，保温壳体下端有待加热流体进口，上端有已加热流体出口。本实用新型可以按以下方式利用这些定型量产的平板式太阳能集热器来构成自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置：内有吸附床的吸附器的上端和下端分别与平板式太阳能集热器的已加热流动出口和待加热流动进口相连通，用于向环境空气散热的冷却器（兼作冷凝器）的上端和下端分别与吸附器的上端和下端相连通，冷却器上端与吸附器上端的连接处设置有阀门，吸附器的下端连接有蒸发器，所有管道连接处必须圆滑过渡以减少气体流动阻力。

另外一种广泛应用于太阳能热水器和大中型太阳能集热工程的集热设备是太阳能真空集热管（简称为真空管）。研究人员曾利用真空管制作太阳能吸附式制冷装置（例如[1]，p.193，[31]）。通常做法是在真空管内部放置传热翅片（这些传热翅片与负载有太阳能吸收膜层的真空管内管相连），然后在传热翅片之间填充吸附剂。但是，太阳能真空管本来是用于加热冷水的。在管内没有冷水的情况下，真空管长时间空晒可能会损坏。真空管内填充吸附剂后在夏天太阳光照强烈时更加容易过热损坏。本实用新型提出的利用真空管制作自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置的方式是：将吸附剂置于用铁丝网做成的圆柱状盒（其直径小于真空管内管直径）的内部，然后放入真空管，并且保持吸附剂尽量不与真空管内管壁接触（可用其它铁丝作为圆柱状盒的支撑），使得真空管内管壁与圆柱状盒之间有一定空隙来允许管内气体产生较为显著的自然对流换热。

太阳能集热器种类繁多。本实施例已经提供了本实用新型的太阳能自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置的三种具体实施方式。本实用新型采用不同形式太阳能集热器来构成的自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置的具体细节都不尽相同。需要强调的是，在此不可能逐一列出本实用新型的所有实施方式，其它的任何根据本实用新型的技术思想和原则所设计的具体实施方式均包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，工作原理与以上实施例相同，此处不再赘述。

实施例8

本实施例与以上实施例类似，其不同之处主要在于，以上实施例是利用制冷剂的相变吸热来产生致冷效果，本实施例是利用制冷剂的解吸热和/或化学反应吸热来产生致冷效果。具体地如图9所示，吸附床1A和1B内分别有高温吸附盐和低温吸附盐，制冷剂蒸气为氨气。高温吸附盐和低温吸附盐有不同的氨吸附特性[2,3,10b]。该装置处于常温时，氨气由高温吸附盐吸附并发生络合反应生成氨盐络合物。关闭阀门55，换热器2A至5A通入加热介质，吸附床1A的高温吸附盐解络解吸，氨气压力增大。打开阀门55，氨气由吸附床1A流入吸附床1B，使吸附床1B内氨气压力增大，低温吸附盐吸附氨气并发生络合反应生成氨盐络合物，其吸附热/反应放热由换热器2B至5B内的常温冷却介质带出。然后，换热器2A至5A通入常温冷却介质，高温吸附盐被冷却降温后氨气又被高温吸附盐吸附并发生络合反应，使氨气压力下降，导致低温吸附盐解络解吸，此时换热器2B至5B通入冷媒介质，其显热提供给低温吸附盐解络解吸所需的反应吸热/解吸热，冷媒介质的温度降低，产生致冷效应。

以上利用高温和低温吸附盐的制冷循环称为再吸附循环（Resorption Cycle），为已有技术[2,3,10b]。高温吸附盐是高温吸附剂的其中一种。在相同的平衡压力下，高温吸附剂具有较高的平衡温度。低温吸附盐是低温吸附剂的其中一种。在相同的平衡压力下，低温吸附剂具有较低的平衡温度。

图9所示装置是利用制冷剂蒸气的解吸热/化学反应吸热来制冷，不是利用制冷剂蒸气的相变吸热来制冷，因此无需配置冷凝器和蒸发器，本领域专家认为吸附床同时起到了冷凝器和蒸发器的作用（参见文献[2]，p.164）。该装置亦可以利用吸附热/化学反应放热来供热，用作热泵。类似地，本实用新型的其它实施例同样可以利用制冷剂的解吸热/化学反应吸热来制冷（用作制冷装置）或者利用吸附热/化学反应放热来供热（用作热泵装置），此时，不需配置冷凝器和蒸发器。

本实施例与现有技术的主要区别在于吸附床的加热/冷却方式。再次说明图9装置的加热过程（以吸附床1A为例）：打开阀门51、53，各换热器同时通入相同的加热介质时，由于吸附床1A吸收热量，吸附床1A所在的吸附器的平均温度低于换热器2A内的平均温度，因此产生气体的自然对流换热。如果让相同的加热介质依次流过换热器2A、3A、4A、5A，则换热器2A有更高温度，自然对流效果更好。另外，在某些工业设施经常同时排出高温废热和低温废热，将高温废热通入换热器2A，将低温废热通入换热器3A、4A、5A，将使图9装置内部气体产生更加显著的自然对流换热。这些方式都可以使吸附床1A得到快速的和均匀的加热。可见，本实用新型的技术思想就是：首先将装置设计为其内部气体可以有自由流动的通道或空间，然后利用各种条件有意地在装置内造成较大的温度差，从而产生自然对流换热来加热吸附床。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，工作原理与以上实施例相同，此处不再赘述。

实施例9

本实施例与实施例8类似，都是使用了高温和低温吸附盐，其不同之处主要在于，实施例8利用制冷剂的解吸热和/或化学反应吸热来产生致冷效果，本实施例同时利用了制冷剂的相变吸热以及解吸热和/或化学反应吸热来产生致冷效果。具体地如图10和图3所示（图3是图10的吸附器、加热器和冷却器部分的俯视图），内有高温吸附盐的六个吸附器1连接同一个专门用于加热的换热器110和同一个专门用于冷却的换热器111。专门用于加热的换热器110的加热介质是来自于太阳能集热器阵列30的导热油。内有高温吸附盐的吸附器1和内有低温吸附盐的吸附床1A和1B之间依次连接有冷凝器112、制冷剂储罐12和蒸发器113，吸附床1A和1B并联连接共同接通专门用于冷却的换热器111（以往的再吸附循环的高温盐吸附器和低温盐吸附器之间是直接连通的，而本实施例高温盐吸附器和低温盐吸附器之间还串接了专门用于冷却的换热器111，这样有助于维持高温盐吸附器和低温盐吸附器的压力稳定）。

该装置的加热解吸操作是在白天利用太阳能集热器阵列30提供的热量进行的。只要太阳能集热器阵列30提供的热量能够维持专门用于加热的换热器110达到解吸温度，就应该尽可能使大多数吸附器1加热解吸，然后将制冷剂液体11储存在制冷剂储罐12。实质上，吸附床的加热解吸是一种化学储能过程，就是将太阳能转换为解吸的吸附剂和制冷剂共同构成的一种势能（化学能）。据计算，氨盐体系的化学储能密度约为0.8~1 GJ/m³-氨盐，远高于热水或导热油的显热储能密度，参见文献[10a]。本实施例与现有的太阳能集热系统不同的是，图10装置没有配置热水保温储能水箱或导热油保温储能油箱。在晚上，图10装置是依靠六个已解吸的吸附器1和制冷剂液体11所储存的化学能来维持其运行的。

冷却吸附操作时，吸附床1A和1B反相操作，当吸附床1A吸附来自蒸发器113的制冷剂蒸气时，吸附床1B与专门用于冷却的换热器111连通，由于专门用于冷却的换热器111内的制冷剂蒸气压力低于吸附床1B内低温吸附盐的平衡压力，吸附床1B解吸。反相操作后吸附床1B吸附来自蒸发器113的制冷剂蒸气，吸附床1A与专门用于冷却的换热器111连通而解吸。

该装置既可以在夏天作为制冷装置向用户供冷，也可以在冬天作为热泵向用户供热。夏天向用户供冷时，来自于室内的空气的一部分通入蒸发器113，在制冷剂蒸发吸热作用下，这部分空气被降温；另一部分来自于室内的空气通入吸附床1A或1B的换热器，在解吸热作用下降温。这两部分冷却降温后的空气混合后返回室内。冬天向用户供热时，来自于室内的空气的一部分通入冷凝器112，在制冷剂冷凝放热作用下，这部分空气升温；另一部分来自于室内的空气通入吸附床1A或1B的换热器，在低温吸附盐的吸附热作用下升温；另一部分来自于室内的空气通入专门用于冷却的换热器111，在高温吸附盐的吸附热作用下升温。这三部分加热升温后的空气混合后返回室内。

本实施例未提及的部分与以上实施例类似，工作原理与以上实施例相同，此处不再赘述。

以上给出的实施例1至9只是用单台（套）装置作为例子来讲授本实用新型的具体实施方式。当采用多台（套）装置联合运行时，为了进一步提高能量利用效率，各吸附器（床）之间还可以进行质量和能量的交换。本实用新型进而可以与其它的高级循环技术组合应用。这些高级循环技术包括但不限于：回热循环、回质循环、热波循环、复叠循环、多级循环、再吸附循环、多重多效循环、分步再生循环等。当本实用新型与其它技术组合使用时，涉及到本实用新型的那些部分仍然包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

显而易见地，本实用新型所讲授的吸附器加热/冷却方式适用于任何的基于物理吸附、化学吸附、或者首先吸附，然后发生化学反应的气-固相体系的制冷/热泵装置。

本实用新型仅涉及吸附器、换热器等常见热工设备，较容易制作为工业和民用产品。目前本实用新型的最有价值的应用场合是：（1）汽车空调：现在普遍使用的压缩机制冷空调要由汽车发动机带动压缩机，开空调时汽车油耗增加10%至20%。另一方面，汽车发动机向环境排放高温废气的热量未得到利用（这部分浪费的热量约占汽油燃烧总热量的35%）。吸附式制冷装置适合用作汽车空调，加热介质可利用发动机废气，冷却介质为车外环境空气，冷媒介质为车内空气。（2）太阳能空调：太阳能是清洁能源，使用太阳能既不消耗矿物燃料，又不排放污染物。本实用新型各实施例都可以用作太阳能供热供冷储能空调。加热介质为太阳能集热器的导热介质，冷却介质为环境空气或冷水。（3）低品位热能的远距离输送：向环境排放大量低品位热能的典型例子是燃煤电厂。燃煤电厂的发电效率一般为45%，向大气排放的烟气（温度约为110℃）和冷却水（温度约为60℃）的热量占了燃煤电厂所燃烧煤炭总热量的55%。这些低品位热能无法就地利用，烟气和冷却水的显热也无法远距离输送给其它用户。自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置可以将低品位热能转换为制冷剂的化学能，然后远距离输送制冷剂到达用户端，再转换为热能供用户使用。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置，包括吸附器、加热器、冷却器、蒸发器和冷凝器，其特征在于，所述加热器的加热空间、冷却器的冷却空间分别与吸附器内部空间相互连通；

所述吸附器、加热器和/或冷却器布置成所述加热器和/或冷却器在加热器的加热作用下和/或冷却器的冷却作用下引起吸附器内部空间与加热器的加热空间和/或冷却器的冷却空间之间的气体自然对流；

所述蒸发器、冷凝器分别与吸附器内部空间相互连通。

2.根据权利要求1所述的自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置，其特征在于，所述加热器和冷却器合二为一采用同一个换热器，吸附器、用作加热器和冷却器的换热器分别设置在顶端和底端相互连通的两个腔体内。

3.根据权利要求2所述的自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置，其特征在于，所述蒸发器和冷凝器合二为一采用同一个换热器，用作蒸发器和冷凝器的换热器与吸附器所在腔体的底端连通。

4.根据权利要求1所述的自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置，其特征在于，所述加热器、吸附器和冷却器分别置于三个空间分隔的腔体内，吸附器所在腔体的顶端和下端分别与加热器所在腔体的顶端和下端相互连通，吸附器所在腔体的顶端和下端分别与冷却器所在腔体的顶端和下端相互连通。

5.根据权利要求1所述的自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置，其特征在于，所述加热器和蒸发器合二为一采用同一个换热器，所述冷却器和冷凝器合二为一采用同一个换热器，用作加热器和蒸发器的换热器、吸附器、用作冷却器和冷凝器的换热器设置在同一个腔体内，该腔体内从下到上依次设置用作加热器和蒸发器的换热器、吸附器、用作冷却器和冷凝器的换热器。

6.根据权利要求1所述的自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置，其特征在于，加热器和蒸发器合二为一采用一个或者多个换热器，冷却器和冷凝器合二为一采用一个或者多个换热器；作为加热器和蒸发器的一个或多个换热器、作为冷却器和冷凝器的一个或多个换热器、吸附器设置在同一个腔体内；

吸附器包括若干段吸附床，作为加热器和蒸发器的一个或多个换热器、作为冷却器和冷凝器的一个或多个换热器以任意方式设置在若干段吸附床之间、最上段吸附床的上方和最下段吸附床的下方。

7.根据权利要求1、2、4任一项所述的自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置，其特征在于，还包括制冷剂储罐；

吸附器、加热器、冷却器和冷凝器位于热源端，蒸发器和制冷剂储罐位于用户端，吸附器连通冷凝器的待冷凝气体进口，冷凝器的冷凝液出口通过输送管连接制冷剂储罐进口，制冷剂储罐出口连通蒸发器的待蒸发液体进口，蒸发器的蒸气出口通过输送管连接吸附器，制冷剂储罐出口与蒸发器的待蒸发液体进口之间有节流阀门；

或者，吸附器、加热器、冷却器、蒸发器和制冷剂储罐位于热源端，冷凝器位于用户端，吸附器通过输送管连通冷凝器的待冷凝气体进口，冷凝器的冷凝液出口通过输送管连通制冷剂储罐进口，制冷剂储罐出口连通蒸发器的待蒸发液体进口，蒸发器的蒸气出口连通吸附器，制冷剂储罐出口与蒸发器的待蒸发液体进口之间有节流阀门。

8.根据权利要求1、4任一项所述的自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置，其特征在于，所述加热器为太阳能集热器。

9.根据权利要求1~6任一项所述的自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置，其特征在于，吸附器包括若干个，其中的数个吸附器内有高温吸附剂，其余的吸附器内有低温吸附剂，所述内有高温吸附剂的吸附器与所述内有低温吸附剂的吸附器相互连通。

10.根据权利要求1~6任一项所述的自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置，其特征在于，还包括循环风机，循环风机与吸附器的两端接通构成气体循环回路。