CN2615597Y - 互动热波循环制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种互动热波循环制冷系统，由吸附质管路67依次连接吸附床3、冷凝器5，贮液器6、节流阀8、蒸发器12，热源65向两吸附床3交替传热，用两床内部回热装置或用自来水经管路对两吸附床3交替回热或降温，构成制冷循环，所述冷凝器5为交叉换热冷凝器，贮液器6前的热吸附质66与出蒸发器12后的冷吸附质66在冷凝器内进行热交换。它提供了吸附床回热的新方式，提高了连续回热的热波循环制冷系统的效率。

Description

互动热波循环制冷系统

技术领域

本实用新型涉及一种固体吸附式制冷或制热系统，特别是指一种互动热波循环制冷系统。

背景技术

吸附式制冷能利用太阳能、地热、余热等热能源，具有环保节能的优点，但目前开发和应用中存在的问题是“效率太低、功率小、周期长等”。现有连续回热热波循环技术在国际国内尚未成熟，回热效率不高，传热结构不理想，没能将冷凝热合理回收用于回热，总体的制冷效率低下。

详见文献：王如竹等著《吸附式制冷》第1章第4节第5小节；第4章第5、6节。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种互动热波循环制冷系统，进贮液器6前的热吸附质66与出蒸发器12后的冷吸附质66在冷凝器内进行热交换，提供了回热的新方式，提高了连续回热的热波循环制冷系统的效率。

它在两个吸附床间增加了回热体或回热棒作为热交换部件，提供了两吸附床直接回热的新方式，提高了回热效率，使连续运转的吸附式制冷系统制冷周期缩短，效率提高。

它在两个吸附床间增加了带动力的回热装置，提供了两吸附床直接回热的新方式，提高了回热效率，使连续运转的吸附式制冷系统制冷周期缩短，制冷功率得到有效保障。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种互动热波循环制冷系统，吸附床3及吸附质管路67内有吸附质66，由吸附质管路67依次连接吸附床3、冷凝器5，贮液器6、节流阀8、蒸发器12，热源65向两吸附床3交替传热，用两床内部回热装置或用自来水经管路对两吸附床3交替回热或降温，构成制冷循环，吸附质管路67包括管道和阀35、36、39、40，所述冷凝器5为交叉换热冷凝器，进贮液器6前的热吸附质66与出蒸发器12后的冷吸附质66在冷凝器内进行热交换。

所述两床内部回热装置，它包括：两个吸附床3，交替处于吸附态和解吸态，每个吸附床分别设有吸附质通道49、吸附剂50、吸附质通道口43、导热片55，吸附床内还设有回热体48，回热体为封闭的中空体或由管道连通的两个中空体，内部形成空腔，为传热介质通道52，空腔内设有传热介质62，并抽成一定真空度，传热介质62为液态或气态或气液混合态，回热体48外壁分为两端，其两端面为导热体51，回热体48一端的导热体51置于一个吸附床内，其另一端的导热体51置于另一个吸附床内，设有一根或多根回热体。

所述两床内部回热装置，它包括：两个吸附床3，交替处于吸附态和解吸态，每个吸附床分别设有吸附质通道49、吸附剂50、吸附质通道口43、导热片55，两吸附床内还设有带动力的回热装置，包括有：回热介质64、节流阀45、回热泵46、回热管道47，两个吸附床内各设有半个回路的回热管道47，第一个吸附床的回热管道入口与第二个吸附床的回热管道出口经回热泵46连接，第一个吸附床的回热管道出口与第二个吸附床的回热管道入口经节流阀45连接，构成整体回路，回热管道47内设有回热介质64，当回热泵运转时，对一个吸附床吸热，同时对另一个吸附床放热，回热泵反转时，吸放热对调，回热介质64在回热管道47内的循环方向对调。

本实用新型有以下优点和积极效果：

它从吸附床内的传热这一影响热波的根本因素(见文献：王如竹等著《吸附式制冷》第81页第28行)上解决热波循环问题，本实用新型创造出自律热波循环(即在不违背热力学第二定律的情况下，利用自律回热体两端分别处于两个不同温度状态的吸附床内，传热介质自动沿着顺势温差在低端吸热汽化随升力流动到高端放热冷凝液化流回低端进行回热的热波循环)、被动热波循环(即在不违背热力学第二定律的情况下，利用回热泵、节流阀、管道在两个不同温度状态的吸附床之间进行内部强化回热的热波循环)、互动热波循环(即在两个吸附床进行内部回热的同时，解吸态床受热后析出的吸附质蒸汽在交叉换热冷凝器内将热量传给吸附态床吸附的吸附质带回吸附态床，再由两床内部回热传给解吸态床，形成互动回热的热波循环)，充分利用吸附床显热、吸附热、冷凝热、空气热等环境热能，提高回热率，加快热传递，降低太阳光照不足对制冷的影响，将废弃在大气中的热能回收利用，变废为宝，合理用于固体吸附式制冷、制热，通过系统的内部回热高效运转，提高了总体效率，为固体吸附式制冷、制热的工业化应用，创造了条件。

(1)自律热波循环，能利用两环境间的顺势温差，自动将高温环境的热能跨距离传递给低温环境，有效利用能源，降低能源消耗，是更合理的传热、回热方式。

(2)被动热波循环，能克服两环境间的逆向温差，用动力驱动将低温环境的热能跨距离传递给高温环境，能使热波循环达到最后的吸附、解吸状态，适合用于外来热源不足或需要提高回热速度或仅作为一种补充的情况，应该特别指出的是这种内部强化传热、回热方式不同于普通空调的地方在于不向外排冷或排热而浪费能源，因而它有冷、热共用的显著进步和高效合理性。

(3)互动热波循环，克服了现有技术中未将冷凝热合理用于回热的缺点，让蒸发器里蒸发出来的吸附质蒸汽在交叉换热冷凝器内带走显热，送到吸附床内进行回热，为解吸态床补充解吸热，由于这部分热是随回热多少互动产生的，又被回热传走，多余的热量也能被冷却水等吸收，所以不会给吸附态床造成无法克服的温度压力，况且还能按需要在床外进行调控，它不仅为冷凝热找到了好的出路，也减少了对外来热源的依赖，加快了回热速度，提高了总体效率。

(4)自律回热棒，简单巧妙，科学高效，自动按规律发挥功效，与现有技术相比降低了系统结构的复杂性，成本低廉，提高了功效。

(5)联体吸附床内置回热泵，提高内部换热效率，一举两得，克服了现有技术的外部依赖。

(6)互动换热技术即交叉换热冷凝器5，克服了现有技术中多余的冷却降温换热装置及其对能源的浪费，变废为宝，协调工作。

附图说明

图1是本实用新型的示意图；

图2是联体吸附床内被动强化回热结构图；

图3是自律回热棒结构图；

图4是联体吸附床内部传热传质结构示意图；

图5是活塞式水箱剖面图；

图6～8是联体吸附床工作状态图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详细说明本实用新型。

(1)如图所示，图中附图标记如下：

太阳能集热器1、总水阀2、吸附床3、水箱4、冷凝器5、贮液器6、节流阀8、蒸发器12、水阀、24、25、水箱28、三位五通阀30、蓄能器31、支点32、循环管路33、水箱34、阀35、36、活塞式水箱37、联体吸附床38、阀39、40、活塞式水箱隔热仓41、热水仓42、吸附质通道口43、吸附床隔热仓44、节流阀45、回热泵46、回热管道47、回热体或回热棒48、吸附质通道49、吸附剂50、导热体51、传热介质通道52、隔热体53、导热层54、导热片55、传热介质62、隔热层63、回热介质64、热源65、吸附质66、吸附质管路67、热水仓隔热层68。

用电动或液压或自来水压力驱动回热体或回热棒交替变换倾斜方向，高度低的一端向吸附床吸热，高度高的一端向另一吸附床放热。图中箭头表示吸附质流动方向，实线箭头和虚线箭头分别表示两种不同工作状态，图中箭头旁边的“冷”、“热”分别表示吸附质按箭头指向流动时的温度状态。

本实用新型固体吸附式制冷制热装置，热源65可采用太阳能、地热、余热等热能。

(2)固体吸附式制冷制热装置设置有吸附床3、交叉换热冷凝器5、贮液器6、节流阀8、蒸发器12、阀35、阀36、阀39、阀40、连接管路或这几部分的必要搭配组合，所述吸附床可为联体吸附床38，吸附床内设置有吸附质通道口43、隔热仓44、隔热层63、节流阀45、回热泵46、回热管道47、回热棒48、吸附质通道49、吸附剂50、导热层54、导热片55；所述回热棒(也可是自律回热系统)设置有导热体51、传热介质通道52、隔热体53；所述交叉换热冷凝器设有换热调节装置。

(3)太阳能热水装置设置有太阳能集热器1、保温水箱4、28、34、活塞式水箱37、蓄能器31、循环管路33、水泵29、阀门2、19、22、23、24、25、27、三位五通阀30、管路或这几部分的必要搭配组合，在太阳能不足时可通过其他辅助热源如天然气、电等辅助加热；所述活塞式水箱37设有隔热仓41热水仓42、热水仓隔热层68。

实施例：

图1、图6～8所示的实施例中，打开总水阀2给蓄能器31充水蓄能，设开始状态为图6即左吸附床处于解吸态结束，床位高，温度高；右吸附床处于吸附态结束，床位低，温度低，回热棒48内传热介质冷凝在此停止循环。此时将三位五通阀30向左移动给水箱4左边上水同时水箱4右边的水排进水箱28供用户使用，在水的压力作用下，通过支点32左床降低，右床升高；在水的推力作用下，将活塞式热水箱37推至中间空位即图7的状态，使左、右两床与冷、热水源隔绝，同时，回热棒48内传热介质流至左床开始自律热波循环；在回热的作用下，左床开始快速吸附，右床开始快速解吸，形成热波，制冷剂从右床中析出将热量经阀40带到冷凝器5释放，又被左床吸附的制冷剂交叉换热经阀35带到左床继续用于回热，直到左、右两床温度平衡时为止，自律热波循环结束，吸附、解吸逐渐减速停止，冷凝器5内的换热随之暂停，互动热波循环也随之停止；此时(也可按需要提前到图6或图7状态的某一阶段)，若是按第一种方式即启动回热泵46将左吸附床的热量强化回热给右吸附床进行被动热波循环，或者按第二种方式即再次将三位五通阀30向左打开给左床冷水箱继续上水直接进入图8的状态给右床加热给左床降温(适合夏季太阳能充足时或热源充足时如汽车尾气)，或者按第三种方式即先启动回热泵46再转入图8的状态(适合按需要选择热波或其他非平衡吸附循环)，新一轮热波即会产生；如果选择第三种方式进入图8的状态，先进行被动热波循环和互动热波循环，产生热波，之后，左床被冷水箱的冷水冷却，右床被活塞式热水箱37加热，左、右两床分别在冷却、加热的驱动下，再次进入快速吸附、解吸状态，随着吸附平衡的到来，吸附、解吸逐渐减慢速度，直至停止；如果选择第二种方式进入图8的状态，因床内回热停止互动热波循环无法进行，可暂停冷凝器5内的交叉换热；等吸附、解吸过程完成时，左床处于吸附态结束，床位低，温度低，回热棒48内的回热介质冷凝在此，而右床处于解吸态结束，床位高，温度高。反向循环时将三位五通阀30向右打开给右床冷水箱上水同时水箱4左边的水带走冷却热排进水箱28供用户使用，在水的压力作用下，通过支点32右床降低，左床升高；在水的推力作用下，将活塞式热水箱37推至中间空位即图7的状态，使左、右两床与冷、热水源隔绝，同时，回热棒48内回热介质流至右床开始自律热波循环；在回热的作用下，右床开始快速吸附，左床开始快速解吸，形成热波，制冷剂从左床中析出将热量经阀36带到冷凝器5释放，又被右床吸附的制冷剂交叉换热经阀39带到右床继续用于回热，直到左、右两床温度平衡时为止，自律热波循环结束，吸附、解吸逐渐减速停止，冷凝器5内的换热随之暂停，互动热波循环也随之停止；此时，若是反向启动回热泵46将右吸附床的热量强化回热给左吸附床进行被动热波循环和互动热波循环，或按其他方式回到图6状态即可结束整个循环过程。有益的是在这整个过程中蒸发器12可连续不间断的制冷，还可根据需要和进行组合控制达到理想热波循环的高效节能目的，另外，自律热波循环、被动热波循环、互动热波循环能够不用或少用外来热源即可实现解吸目的，这对固体吸附式制冷、制热技术的推广应用必然产生积极影响。

图2中，回热管道47将节流阀45和回热泵46连成两床内部的强化回热回路，其与导热片55接触的部位为导热体51。

图3中，设置隔热体53防止不必要的热传导；传热介质通道52内，根据工作环境需要设置适当的真空度和传热介质，以实现相应的工作目的。自律传热的工作原理为：吸热端处于低位，受重力作用传热介质能自动流入，当低端环境温度高于设计的传热介质蒸发温度时传热介质开始蒸发，使传热介质通道内的压力升高，当压力升高到一定程度达到平衡状态时，传热介质停止蒸发，此时，若将高端环境温度降低到低端环境温度以下使传热介质蒸汽冷凝液化流回低端，从而降低传热介质通道内的蒸汽压力，促使传热介质继续蒸发，如此循环达到将低端环境的热量自动传递到高端环境的目的。在应用中将高端置于户外冷却水箱、汽车外等地方，通过冷却水、行使风等散热，还可达到低端制冷的目的。

图4中，吸附质通道口43与均布在吸附剂50内的吸附质通道49连通，使吸附质能与吸附剂50顺利进行吸附和解吸；导热片55把回热棒48上的导热体51与导热层54紧密连为一体；与吸附剂压合成形的导热片55采用导热性好且与工质对适应的金属薄片(如铝片)；隔热仓44、隔热层63保障了吸附床与外环境的必要隔离。

图5中，隔热仓41、热水仓隔热层68对热水仓42起保温隔热作用，热水仓42可为耐压仓，当升高水箱34通过水管33给热水仓42加压(或用其他方式加压)使水温能达到100度以上可提高解吸速度和选用更多的工质对。

Claims (3)

1.一种互动热波循环制冷系统，吸附床(3)及吸附质管路(67)内有吸附质(66)，由吸附质管路(67)依次连接吸附床(3)、冷凝器(5)，贮液器(6)、节流阀(8)、蒸发器(12)，热源(65)向两吸附床(3)交替传热，用两床内部回热装置或用自来水经管路对两吸附床(3)交替回热或降温，构成制冷循环，吸附质管路(67)包括管道和阀(35、36、39、40)，其特征在于：所述冷凝器(5)为交叉换热冷凝器，进贮液器(6)前的热吸附质(66)与出蒸发器(12)后的冷吸附质(66)在冷凝器内进行热交换。

2.根据权利要求1所述的互动热波循环制冷系统，其特征在于：所述两床内部回热装置，它包括：两个吸附床(3)，交替处于吸附态和解吸态，每个吸附床分别设有吸附质通道(49)、吸附剂(50)、吸附质通道口(43)、导热片(55)，吸附床内还设有回热体(48)，回热体为封闭的中空体或由管道连通的两个中空体，内部形成空腔，为传热介质通道(52)，空腔内设有传热介质(62)，并抽成一定真空度，传热介质(62)为液态或气态或气液混合态，回热体(48)外壁分为两端，其两端面为导热体(51)，回热体(48)一端的导热体(51)置于一个吸附床内，其另一端的导热体(51)置于另一个吸附床内，设有一根或多根回热体。

3.根据权利要求1所述的互动热波循环制冷系统，其特征在于：所述两床内部回热装置，它包括：两个吸附床(3)，交替处于吸附态和解吸态，每个吸附床分别设有吸附质通道(49)、吸附剂(50)、吸附质通道口(43)、导热片(55)，两吸附床内还设有带动力的回热装置，包括有：回热介质(64)、节流阀(45)、回热泵(46)、回热管道(47)，两个吸附床内各设有半个回路的回热管道(47)，第一个吸附床的回热管道入口与第二个吸附床的回热管道出口经回热泵(46)连接，第一个吸附床的回热管道出口与第二个吸附床的回热管道入口经节流阀(45)连接，构成整体回路，回热管道(47)内设有回热介质(64)，当回热泵运转时，对一个吸附床吸热，同时对另一个吸附床放热，回热泵反转时，吸放热对调，回热介质(64)在回热管道(47)内的循环方向对调。

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