独立加热/回热/回质/冷却的多效吸附式制冷循环系统技术方案

本发明专利技术涉及一种独立加热／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。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。本专利技术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。本专利技术采用的技术方案，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附图说明图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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；位于本专利技术最高处的热／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℃。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侴乔力，刁鑫刚，
申请(专利权)人：大连冰山集团有限公司，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]