CN2325718Y

CN2325718Y - 回热式固体吸附制冷机改进

Info

Publication number: CN2325718Y
Application number: CN 98203034
Authority: CN
Inventors: 徐靖中
Original assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Current assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2008-04-03

Abstract

本实用新型涉及回热式固体吸附制冷机的结构改进,其中包括有:喷淋式薄膜蒸发器、板式冷凝器、真空挡板阀和磁力泵;其特征在于,两吸附床,其一端分别通过连接管道和两个真空挡板阀与喷淋式薄膜蒸发器相连接;其另一端分别通过连接管道和两个真空挡板阀与板式冷凝器相连接;一真空流量调节阀,其通过管道连接在两吸附床之间。

Description

回热式固体吸附制冷机改进

本实用新型涉及制冷机结构的改进，特别是指一种回热式固体吸附制冷机的改进。

现有回热式固体吸附制冷机中的固体吸附床所用的吸附剂均为固体颗粒型，其本身的导热系数很小，同时，固体颗粒与换热壁面为点接触，接触热阻很大，导致床内热阻过大，吸附脱附过程速率慢，比功率输出小，床体体积庞大。同时，现有的双床吸附循环的吸附、脱附过程，一般均在等压条件下，只通过改变吸附床内温度来实现的。并没有充分利用双床压力相位差180°的条件，进一步协同改善吸附、脱附过程的进行。

本实用新型的目的在于提供一种回热式固体吸附制冷机的改进，其可克服现有吸附床热阻过大、过程进行速率过慢的缺点，达到大幅度提高吸附床内总传热系数，并同时兼顾吸附床内传质过程的改善，提高比功率输出，缩小吸附床体体积，加快过程速率，从而提高系统制冷功率。

实现本实用新型一种回热式固体吸附制冷机结构改进的技术解决方案包括：喷淋式薄膜蒸发器、板式冷凝器、真空挡板阀和磁力泵；其特征在于：两吸附床，其一端分别通过连接管道和两个真空挡板阀与喷淋式薄膜蒸发器相连接；其另一端分别通过连接管道和两个真空挡板阀与板式冷凝器相连接；一真空流量调节阀，其通过管道连接在两吸附床之间；吸附床内采用固体吸附块，吸附床内结构为类似于板翅式换热器分层结构；其中，流体侧由多层相互间隔的扁矩形截面通道构成，通道内设置翅片；流体通道的外侧即为固相侧，固体吸附块的一个平面直接焊接在与之相邻接的一个通道外侧，固体吸附块的另一个平面与另一个相邻通道的外侧保持0.1mm左右的微量距离；吸附床体外壳为带有加强筋的立方体真空容器；吸附床内芯体与壳体内壁面之间的距离不超过2mm，其中固体吸附块为泡沫金属与粉末状改性硅胶复合固化制成。

采用本实用新型的技术方案可达到以下的目的和功效：

1，吸附块材料表面经特殊处理后直接焊接到换热器表面，大幅度降低吸附剂材料与换热表面之间的接触热阻。

2，吸附床内结构采用类似于板翅式换热器的分层结构，其中，流体侧由多层相间的扁矩形截面通道构成。流体侧的外侧即为固相侧，固体吸附块一个平面直接焊接到相邻的流体通道外侧，另一平面与另一相邻通道外侧表面保持微量距离，以利冷剂蒸汽流通。从而，不仅大幅度提高了床内总传热系数。而且，也充分兼顾了床内传质性能的改善。

3，吸附床体外壳为带有加强筋的立方体真空容器，最大限度减小床内空容积，提高床内压力响应灵敏度。

4，通过连接双吸附床的一个真空流量调节阀以及调整热媒流体流向切换周期，改进现有的吸附热力循环，用等压及等温两个过程代替单一的等压过程，加快了过程速率。

为进一步描述本实用新型的结构特征及功能和工作方式，以下结合附图说明如下，

其中：

图1为采用改进的吸附循环设计的双床回热式吸附系统示意图。

图2为吸附床内芯体单元结构示意图。

图3为现有的吸附循环P-T图。

图4为改进的吸附循环P-T图。

请参阅图1，本实用新型回热式固体吸附制冷机改进，其中包括有，一喷淋式薄膜蒸发器8，喷淋式薄膜蒸发器8通过管道和两个真空挡板阀5、6分别与两吸附床1、2的一端相连接，吸附床1、2的另一端通过两真空挡板阀3、4与管道和板式冷凝器7相连接；其中，两吸附床1、2之间通过管道连接有一真空流量调节阀9，在喷淋式薄膜蒸发器8的一侧装有磁力泵10，板式冷凝器7通过管道11与喷啉式薄膜蒸发器8相连接，在图2中，吸附床1、2内采用固体吸附块21，吸附床1、2内结构为类似于板翅式换热器分层结构，其中流体侧由多层相互间隔的扁矩形截面通道22构成，通道内设置翅片，流体通道的外侧即为固相侧，固体吸附块21的一个平面直接焊接在与之相邻的一个通道外侧壁24，固体吸附块21的另一平面与另一个相邻通道的外侧壁25保持0.1mm左右的微量距离，其中吸附床体外壳为带有加强筋的立方体真空容器，吸附床内芯体与壳体内壁面之间的距离不超过2mm。

本实用新型的工作过程为：

图1中，设吸附床1处于冷态，开始被热媒流体加热。与吸附床1相连的两个真空挡板阀3、5开始时均处于关闭状态。吸附床1内吸附剂由于温度升高，吸附剂内被吸附的冷剂蒸汽释放，吸附床1内压力升高。当吸附床1内的压力升高到冷凝器压力时，真空档板阀3打开，释放出的冷剂蒸汽流入板式冷凝器7凝结成液体通过节流管11流回蒸发器8，吸附床1内的吸附剂被脱附。与此同时，吸附床2处于热态，开始被冷媒流体冷却。与吸附床2相连的两个真空挡板阀4、6开始时处于关闭状态。吸附床2内吸附剂由于温度降低，吸附剂吸附冷剂蒸汽，吸附床2内压力下降。当吸附床2内的压力降低到蒸发器压力时，真空挡插板阀6打开，喷淋式薄模蒸发器8内的冷剂蒸汽流入吸附床2，被吸附床2内的吸附剂吸附，喷淋式薄模蒸发器8维持蒸发状态而制冷。当吸附床1内温度达到最大值，吸附床2内温度达到最小值时，关闭阀3、6，继续维持冷、热媒介流体流向不变，同时，打开真空流量调节阀9，使吸附床1内高温高压的冷剂蒸汽通过真空流量调节阀9直接流入吸附床2，吸附床1内压力下降，而温度维持不变，其中的吸附剂被进一步脱附，而吸附床2内由于蒸汽压升高，温度维持不变，吸附剂继续吸附冷剂蒸汽。当两吸附床压1、2力平衡时，关闭真空流量调节阀9，切换冷、热流体流向，此时，冷媒流体开始流入吸附床1，吸附床内温度下降，吸附床内吸附剂开始吸附冷剂蒸汽，吸附床1内压力下降。当吸附床1内蒸汽压降到蒸发器压力时，真空挡板阀5打开，喷淋式薄模蒸发器8内的冷剂蒸汽流入吸附床1，被吸附床1内的吸附剂吸附，喷淋式薄模蒸发器8维持蒸发状态而制冷。与此同时，热媒流体开始流入吸附床2，吸附床内温度升高，吸附剂内被吸附的冷剂蒸汽被释放，吸附床2内压力升高。当吸附床2内压力升高到冷凝器压力时，真空档板阀4打开，被释放的冷剂蒸汽，流入板式冷凝器7，凝结成液体，通过节流管11流回蒸发器8。完成一个循环。与现有吸附循环不同的是：通过增加一个真空流量调节阀9，吸附循环由原来的四个过程(等量升压过程、等压脱附过程、等量减压过程、等压吸附过程)，改变为六个过程(等温升压过程、等量升压过程、等压脱附过程、等温减压过程、等量减压过程、等压吸附过程)。在相同的外界冷、热源温度条件下，增加了冷剂蒸汽有效循环量，加快了过程速率，从而，提高了吸附系统制冷功率。

图2为吸附床内芯体单元结构示意图。吸附块21，在吸附块21上下为扁矩形截面流体通道，媒介流体23从扁通道中流过，吸附块21下平面直接焊接在邻接的流体通道外侧壁24，其上平面与上面相邻接的通道外侧壁25保持0.1mm左右的微量距离。由于材料本身的导热系数比现有的颗粒型吸附剂导热系数大10倍以上，而接触热阻降低约两个数量级，故吸附床内总传热系数从现有的10w/m²℃提高到约200w/m²℃左右。同时，吸附块21的一个平面与相邻的一个流体通道外侧、吸附块21之间均保持微量距离，吸附块21厚度不超过5mm，因此，吸附床内传质过程也得到改善。

图3为现有的吸附循环P-T图。其中横坐标为吸附床内温度，纵坐标为吸附床内蒸汽分压。qi为等吸附量线。1-2为等量升压过程，2-3为等压脱附过程，3-4为等量减压过程，4-1为等压吸附过程。其吸附循环量为(q1-q5)。同时，四个过程均通过传热来完成。速率比较缓慢。

图4为改进后的吸附循环P-T图。其中，1-2为等温升压过程，2-3为等量升压过程，3-4为等压脱附过程，4-5为等温减压过程，5-6为等量减压过程，6-1为等压吸附过程。其吸附循环量为(q0-q6)＞(q1-q5)。同时，1-2和4-5两个过程是通过传质来完成的，速率加快。从而增加了系统的制冷功率。

固体吸附制冷机使用硅胶、分子筛、活性炭等作为固体吸附剂，而用水、甲醇等作为制冷剂。吸附床内的固体吸附剂通过置于吸附床内的热交换器与传热流体换热。当热流体流入吸附床1内的换热器流体侧，加热吸附床1到所期望的温度，完成脱附过程。与此同时，冷流体进入吸附床2内的换热器，冷却吸附床2到所期望的温度，完成吸附过程。然后，冷、热流体通过换向阀改变流向，使热流体流入吸附床2内的换热器，加热吸附床2到所期望的温度，而冷流体流入吸附床1内的换热器，冷却吸附床1到所期望的温度。双吸附床交替循环，使得蒸发器连续运行，达到连续制冷的目的。

本实用新型与现有技术相比，有以下不同的特点：

1，以新型固体吸附块作为吸附剂。

2，吸附床体结构采用类似于板翅式换热器的分层结构。其中，流体侧由相距一定间隔的多层扁矩形截面通道构成。通道内设置翅片。通道外侧即为固相侧。固体吸附块一个平面直接焊接到相邻的流体通道外侧。

3，吸附床体外壳为带有加强筋的立方体真空容器，吸附床内芯体与壳体内壁面间的距离保持在2mm左右。

4，控制热媒流体流速，使床内流体侧在一定时间段内形成温度波推进的传热方式，以充分利用吸附潜热。

5，双吸附床之间设置一真空流量调节阀，并调整热媒流体流向切换周期，实现改进的吸附热力循环。

Claims

1．一种回热式固体吸附制冷机改进，其中包括有：喷淋式薄膜蒸发器、板式冷凝器、真空挡板阀和磁力泵；

其特征在于：

两吸附床，其一端分别通过连接管道和两个真空挡板阀与喷淋式薄膜蒸发器相连接；其另一端分别通过连接管道和两个真空挡板阀与板式冷凝器相连接；

一真空流量调节阀，其通过管道连接在两吸附床之间。

2．按权利要求1所述的回热式固体吸附制冷机改进，其特征在于，吸附床内采用新型固体吸附块，吸附床内结构为类似于板翅式换热器分层结构；其中，流体侧由多层相互间隔的扁矩形截面通道构成，通道内设置翅片；流体通道的外侧即为固相侧，固体吸附块的一个平面直接焊接在与之相邻接的一个通道外侧，固体吸附块的另一个平面与另一个相邻通道的外侧保持0.1mm左右的微量距离。

3．按权利要求1所述的回热式固体吸附制冷机改进，其特征在于，吸附床体外壳为带有加强筋的立方体真空容器；吸附床内芯体与壳体内壁面之间的距离不超过2mm。

4．按权利要求2所述的回热式固体吸附制冷机改进，其特征在于，其中所述的新型固体吸附块为泡沫金属与粉末状改性硅胶复合固化制成。