一种利用沸石吸附的多循环制冷系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种利用沸石吸附的多循环制冷系统，包括水源循环管路、冷却工质循环管路以及制冷管路三条回路。水源循环管路包括热源循环管路和冷源循环管路，分别为吸附装置提供高温和低温环境。冷却工质循环管路相当于传统制冷系统中的压缩机系统，吸附装置中填充沸石颗粒，低温环境下吸附装置吸附制冷工质蒸汽，使制冷工质蒸发不断蒸发带走制冷管路中低温冷水的潜热，使其温度降低，从而向外输出冷量，从而达到制冷效果，高温环境下吸附装置脱附制冷工质蒸汽，在冷凝器中冷凝为液态工质。工作中通过控制两位四通换向阀进行热源和冷源水路的切换，从而改变吸附装置的工作状态。

A multi cycle refrigeration system using zeolite adsorption

【技术实现步骤摘要】
一种利用沸石吸附的多循环制冷系统
本技术涉及一种新型制冷装置，特别是一种利用沸石吸附的环保节能的制冷装置。
技术介绍
制冷装置是给物料持续提供低温环境的设备，通过向物料输送低温的湿空气，使物料保持水分和新鲜度。制冷装置在工业和生活领域例如食品、饲料、化工、医学以及在微电子技术、光纤通信、新型原材料、宇宙开发、生物工程技术这些尖端科学领域中都有广泛的应用。传统的制冷行业中主要使用的是热泵循环系统，其耗电量大，在夏天给电网造成极大的冲击；循环管路中的制冷工质为氟利昂，导致臭氧层的严重破坏；在安装和维修过程中，制冷工质的泄漏导致爆炸等安全事故。吸附式制冷作为一种绿色环保的制冷技术，采用低温热源驱动，所使用的制冷剂为自然工质，如水、甲醇等，其臭氧破坏系数和温室效应系数都为零，对环境无污染。与吸收式制冷相比，驱动热源温度更低，热源在50℃以上的工业废热和太阳能余热就可以驱动制冷，并适用于震动、颠簸等场合，不会产生结晶、堵塞管路等问题，应用范围更广。与热泵制冷技术相比，其具有结构简单、用电少、运行费用低、无动力部件、噪音小、可靠性高、寿命长等优点。在能源与环境协调发展的研究背景下，发展和研究吸附式制冷技术，对目前工业中直接排放的大量余热、废热进行热量回收利用，减少对环境的热污染，节约能源具有重要的节能环保意义。同时，吸附式制冷技术利用低品位的热能驱动，对于目前采用平板型太阳能集热器和真空管型太阳能集热器的热源提供了一种可靠的利用方式，对于低温热源能源品位的提升具有现实的应用前景。<br>专利技术专利CN109405395A公布了一种便携式吸附冷藏箱，其在制冷过程中无需外部能源驱动，系统结构简单、性能稳定、体积较小、后期维护成本低，尤其适合于移动式制冷需求。但无法满足工业生产生活中大型制冷场合的需求。基于上述原因，有必要设计一种高度节能、对外“零排放”以及工作效率高的制冷设备，其在工业生产中的经济效益和环保效益的前景十分广阔。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本技术提出一种利用沸石对冷却工质的吸附能力随温度不同而不同的原理，其在高温时对冷却工质的吸附能力弱，低温时对冷却工质的吸附能力强，通过沸石颗粒对冷却工质蒸汽的吸收和脱附，从而实现制冷效果。本技术达成目的的技术方案是：一种利用沸石吸附的多循环制冷装置，包括水源循环管路、冷却工质循环管路以及制冷管路。水源循环管路包括冷源循环水路和热源循环水路，两条循环管路同时工作，对冷却工质交替进行吸附和脱附，持续向外输出制冷量。水源循环管路分为热源水路和冷源水路，包含两个循环水泵、两个两位四通换向阀、两个吸附装置以及管路，冷却工质循环管路包含四个真空阀门、一个循环水泵、一个蒸发器、一个冷凝器、一个喷嘴、一个集液器以及管路，制冷管路由一个蒸发器流路、一个循环水泵以及相应管路组成。系统主要由四个工作状态：状态一：冷源经冷源入口、第一循环水泵、第一两位四通换向阀、第二吸附装置、第二两位四通换向阀、冷凝器流路以及冷却水出口构成冷源水路；热源经热源入口、第二循环水泵、第一两位四通换向阀、第一吸附装置、第二两位四通换向阀以及热源出口构成热源水路。工作时第二真空阀门和第四真空阀门打开，第一真空阀门和第三真空阀门关闭，第二吸附装置与蒸发器连通吸附冷却工质蒸汽，蒸发器流路表面的液态制冷工质被不断蒸发，带走蒸发器流路中水的潜热，使冷水温度降低成为冰水，向外输出制冷量；第一吸附装置与冷凝器连通，脱附出来的制冷工质蒸汽在冷凝器中冷凝为液态通过冷凝器回流管路进入集液器。状态二：当第一吸附装置脱附过程完成，第二吸附装置吸附接近饱和时，切换第一两位四通换向阀，同时关闭第二真空阀门和第四真空阀门。冷源水先进入第一吸附装置，把其中残存的热水压回热源端，同时热源水进入第二吸附装置，把其中残存的冷源水压出冷源流路，直到吸附装置内残存的热源水和冷源水压出相应的流路，进入下一工作状态。状态三：切换第二两位四通换向阀，同时打开第一真空阀门和第三真空阀门，此时热源水路流经第二吸附装置，冷源水路流经第一吸附装置。第二吸附装置与冷凝器连通进行脱附再生冷却，第一吸附装置与蒸发器连通进行吸附蒸发制冷。当该过程脱附过程完成，吸附接近饱和时，进入下一状态。状态四：切换第一两位四通换向阀，同时关闭第一真空阀门和第三真空阀门，把第一吸附装置、第二吸附装置中残存的冷源水和热源水压出相应流路后，切换第二两位四通换向阀，打开第二真空阀门和第四真空阀门，回到状态一，如此循环，实现连续制冷。本制冷机中冷凝器与冷源水路通过第二两位四通换向阀相连，冷源水流经吸附装置带走吸附热后作为冷却水流入冷凝器，可以提高冷源水的利用率，减少泵消耗的功率，简化循环流路管道结构，减少流路的流阻损失。本制冷机制冷工质可选择水或甲醇等易挥发工质，制冷工质蒸汽从蒸发器内流入吸附装置被沸石颗粒吸附后，经过脱附进入冷凝器冷凝为液态制冷工质回收到集液器中，经第三循环水泵增压至喷嘴雾化为小液滴均匀喷洒在蒸发器流路表面，部分没来得及蒸发的液滴经蒸发器回流管路回收到集液器中。本吸附式制冷机在每一次吸附脱附完成后通过把吸附装置循环流路内的热源水和冷源水压回各自源端的方法进行能量回收，有效避免了冷热流体混合造成的能量损失，从而提高设备的工作性能。采用两位四通换向阀门进行切换，有效地减少循环管路的复杂性，从而增加了系统的可靠性。本技术的有益效果是：1、本制冷机采用沸石作为吸附工质，利用水或甲醇作为制冷工质，与传统的氟利昂制冷剂相比，更安全、成本更低，而且对环境无污染，臭氧破坏系数为零。2、本制冷机采用两个填充沸石颗粒的吸附床代替传统制冷机中的电动压缩机，整个系统中只有四个循环水泵需要输入能量，能耗更低，符合节能减排的政策。3、热源水可利用工厂中排放的低品位工业废热，对于工厂来说这部分成本为零，而且可以对工业中直接对外排放的余热、废热进行回收利用，减少对环境的热污染。4、通过四次状态交替工作，减少了能量损失，提高了制冷机的工作效率，高度节能和零排放的优点使得该技术可以广泛应用到很多工业领域。附图说明图1为一种利用沸石吸附的多循环制冷装置系统图；图2为水源循环管路示意图；图3为冷却工质循环管路示意图；图4为制冷管路示意图；图中：1、冷源入口；2、第一循环水泵；3、第一两位四通换向阀；4、第二循环水泵；5、热源入口；6、第三循环水泵；7、冰水出口；8、冷水入口；9、第四循环水泵；10、第一真空阀门；11、蒸发器回流管路；12、集液器；13、第一吸附装置；14、第二真空阀门；15、冷凝器回流管路；16、冷却水出口；17、冷凝器流路；18、第二两位四通阀们；19、热源出口；20、冷凝器；21、第三真空阀门；22、第二吸附装置；23、第四真空阀门；24、蒸发器流路；25、蒸发器；26、喷嘴。具体实施方式本实施例是一种利用沸石吸附的多循环制冷装置。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用沸石吸附的多循环制冷系统，其特征在于：包括水源循环管路、冷却工质循环管路以及制冷管路，水源循环管路包括冷源循环水路和热源循环水路，两条循环管路同时工作，对冷却工质交替进行吸附和脱附，持续向外输出制冷量。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用沸石吸附的多循环制冷系统，其特征在于：包括水源循环管路、冷却工质循环管路以及制冷管路，水源循环管路包括冷源循环水路和热源循环水路，两条循环管路同时工作，对冷却工质交替进行吸附和脱附，持续向外输出制冷量。


2.根据权利要求1所述的利用沸石吸附的多循环制冷系统，其特征在于：水源循环管路分为热源水路和冷源水路，包含冷源入口、热源入口、第一循环水泵、第二循环水泵、第一两位四通换向阀、第一吸附装置、第二吸附装置、第二两位四通换向阀、热源出口、冷凝器流路、冷却水出口以及相应管路，通过两位四通换向阀的切换控制热源和冷源水路的切换，改变吸附装置的吸附和脱附状态，有效地减少循环管路的复杂性，从而增加了系统的可靠性。


3.根据权利要求1所述的利用沸石吸附的多循环制冷系统，其特征在于：冷却工质循环管路包含第一真空阀门、第二真空阀门、第三真空阀门、第四真空阀门、第一吸附装置、第二吸附装置、第四循环水泵、蒸发器、冷凝器、集液器、喷嘴以及相应管路，通过真空阀门的开闭控制吸附装置与冷凝器和蒸发器的连接状态。


4.根据权利要求1所述的利用沸石吸附的多循环制冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：折磊，刘秋儒，王驰宇，罗凯，黄闯，李代金，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61