專利名稱：基于分離熱管的高效可靠的吸附制冷機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種吸附制冷機(jī)，具體是一種基于分離熱管的高效可靠的吸附制冷機(jī)，用于制冷裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
吸附式制冷吻合了當(dāng)前能源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的總趨勢(shì)。固體吸附式制冷可采用余熱驅(qū)動(dòng)，不僅對(duì)電力供應(yīng)的緊張可起到減緩作用，而且能有效利用大量的低品味熱能。另外，吸附式制冷不采用氯氟烴類制冷劑，無CFCS問題也無溫室效應(yīng)作用，是一種環(huán)境友好型的制冷方式。吸附式制冷機(jī)械的應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在低溫余熱、太陽能利用、發(fā)動(dòng)機(jī)余熱利用等，其中90℃以下的低溫余熱利用是吸附式制冷機(jī)械競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)的領(lǐng)域。
目前設(shè)計(jì)開發(fā)的具有實(shí)用價(jià)值的吸附式制冷樣機(jī)主要集中在單床系統(tǒng)、雙床系統(tǒng)和三床系統(tǒng)。國際、國內(nèi)研制的此類系統(tǒng)較多采用兩床交替地被加熱和被冷卻過程以實(shí)現(xiàn)解吸和吸附。在這種系統(tǒng)中，如果利用甲醇或水作為制冷劑，為了使實(shí)際循環(huán)更接近于理想循環(huán)，需要在制冷劑回路使用四個(gè)真空擋板閥以控制吸附床內(nèi)的壓力，確保吸附床內(nèi)壓力上升到冷凝壓力(解吸工況)或下降到蒸發(fā)壓力(吸附工況)才將吸附床與冷凝器或蒸發(fā)器相連。在運(yùn)行過程中，除了要頻繁切換閥門之外，還會(huì)造成制冷劑流動(dòng)的壓力損失，致使解吸或吸附速度降低，不利于實(shí)際循環(huán)。如果采用氨作為制冷劑，制冷劑回路中需要加裝四個(gè)止回閥(兩床系統(tǒng))以實(shí)現(xiàn)氨氣的自動(dòng)切換，但是止回閥啟閉壓差的存在仍然無法避免系統(tǒng)的制冷能力的損失，而且止回閥的制造難度大，止回閥無法檢修和更換，啟閉可靠性要求高。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請(qǐng)?zhí)枮?9115216.6，專利名稱為雙發(fā)生器吸附制冷系統(tǒng)。該專利公開了一種雙發(fā)生器吸附制冷系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷且制冷溫度穩(wěn)定，缺點(diǎn)是冷量輸出依靠止回閥來實(shí)現(xiàn)，可靠性不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于分離熱管的高效可靠的吸附制冷機(jī)。使其真空切換閥門的數(shù)目大大減少，并連續(xù)輸出冷量，從而系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性顯著提高。該機(jī)組具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)運(yùn)行趨于自動(dòng)化等特點(diǎn)，且以硅膠-水或活性炭-甲醇作為工質(zhì)對(duì)，能有效的利用低品位熱能，無環(huán)境污染，是一種綠色節(jié)能型制冷機(jī)組。
本發(fā)明是以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括熱媒出口管，熱媒進(jìn)口管，左吸附床，左冷凝器，左隔離器，熱管工質(zhì)，蒸發(fā)器，外殼，冷水進(jìn)口管，冷媒出口管，冷媒進(jìn)口管，閥門組件，回質(zhì)真空閥，右吸附床，右冷凝器，制冷劑，右隔離器，冷水出口管，冷凝器出口接管，左吸附床進(jìn)口接管，左吸附床出口接管，右吸附床出口接管，右吸附床進(jìn)口接管，冷凝器進(jìn)口接管。其連接方式為左吸附床，左冷凝器和左隔離器組成真空左腔。右吸附床，右冷凝器和右隔離器組成真空右腔。真空左腔和真空右腔之間采用回質(zhì)真空閥相連，中間由隔板隔開。左右吸附床、左右冷凝器和左右隔離器在各自的真空腔中的設(shè)置方式有多種，可以是上、中、下或者中、上、下、布置，也可以是左、右、中等布置方式，但冷凝器的位置必須要高于隔離器的位置。蒸發(fā)器、左隔離器和右隔離器組成重力熱管工作腔。隔離器是制冷劑蒸發(fā)和熱管工質(zhì)冷凝換熱的部件，相當(dāng)于熱管的冷端；蒸發(fā)器是熱管工質(zhì)蒸發(fā)與冷水換熱的部件，相當(dāng)于熱管的熱端。由重力熱管的工作特點(diǎn)決定了隔離器和蒸發(fā)器的布置位置即隔離器的位置不能低于蒸發(fā)器的位置。真空右腔和真空左腔之間由隔板相隔，真空左右腔和熱管工作腔之間由隔離器隔開，左右真空腔和熱管工作腔由外殼包圍組成一個(gè)整體。工作時(shí)左右真空腔內(nèi)充有水(硅膠作為吸附劑)或者甲醇(活性炭作為吸附劑)作為制冷劑，熱管工作腔充有水、甲醇或者乙醇作為熱管工質(zhì)。與蒸發(fā)器相連的有冷水進(jìn)口管和冷水出口管，冷水進(jìn)入蒸發(fā)器被冷卻后從冷水出口管出來提供給冷水用戶(空調(diào)末端等)。與閥門組件相連的部件有左吸附床進(jìn)/出接管、右吸附床進(jìn)/出接管、冷凝器進(jìn)出/口接管、熱媒進(jìn)口管、熱媒出口管、冷媒進(jìn)口和冷媒出口管。吸附床的進(jìn)/出口管一頭連接吸附床，另一頭連接閥門組件，閥門組件把吸附床的進(jìn)/出口接管、冷凝器的進(jìn)/出口接管、熱媒進(jìn)/出口管和冷媒進(jìn)/出口管連接在一起。
兩個(gè)冷凝器的聯(lián)結(jié)可以采用串聯(lián)模式，也可以采用并聯(lián)模式。冷凝器的進(jìn)出口管都連接到閥門組件。冷媒首先進(jìn)入閥門組件，然后進(jìn)入冷凝器，之后才進(jìn)入吸附床。由于吸附床的加熱和冷卻是一個(gè)交變過程，因此，冷媒和熱媒首先進(jìn)入閥門組件，由閥門組件完成吸附床加熱和冷卻的切換過程。當(dāng)左邊的吸附床加熱、右邊的吸附床冷卻時(shí)，熱媒通過閥門組件進(jìn)入左邊的吸附床，冷媒通過閥門組件進(jìn)入右邊的吸附床；反之，當(dāng)左邊的吸附床冷卻、右邊的吸附床加熱時(shí)，閥門組件把熱水切換到右邊的吸附床，把冷水切換到左邊的吸附床，從而實(shí)現(xiàn)左右吸附床的交變加熱和冷卻過程。
左右吸附床是結(jié)構(gòu)尺寸相同的一種間壁式熱交換器，一側(cè)流動(dòng)的是冷熱媒，另一側(cè)是靜止不動(dòng)的固體吸附劑，它們的作用是通過冷熱媒的加熱和冷卻實(shí)現(xiàn)吸附劑(水或活性炭)的解吸和吸附過程。左右冷凝器是結(jié)構(gòu)尺寸相同的一種間壁式熱交換器，一側(cè)流動(dòng)的是冷媒，另一側(cè)制冷劑冷凝。左右隔離器實(shí)質(zhì)是結(jié)構(gòu)尺寸相同的一種間壁式蒸發(fā)冷凝器，一側(cè)制冷劑蒸發(fā)，另一側(cè)熱管工質(zhì)冷凝。蒸發(fā)器是一種間壁式熱交換器，一側(cè)冷水被冷卻，另一側(cè)熱管工質(zhì)蒸發(fā)。閥門組件由管道和電氣控制閥門組成，用于對(duì)進(jìn)出左右吸附床的冷熱媒實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。
本發(fā)明的工作方式包括以下幾種(1)左床解吸右床吸附過程。當(dāng)熱媒通過閥門組件切換到左吸附床時(shí)，左側(cè)吸附床內(nèi)吸附劑升溫，左真空腔中的蒸汽壓力上升，當(dāng)壓力超過左冷凝器溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓時(shí)，左冷凝器開始冷凝工作；此時(shí)，左隔離器蒸發(fā)面不工作，其溫度上升至冷凝溫度，該溫度將高于熱管工作腔內(nèi)的蒸發(fā)器溫度，因而實(shí)現(xiàn)了左隔離器與蒸發(fā)器之間的熱隔離。也就是說，盡管左隔離器的溫度高于蒸發(fā)器，但由于其位于蒸發(fā)器的上部，熱量不能傳給蒸發(fā)器，這里利用了重力熱管的單向傳熱特性。同時(shí)，冷媒進(jìn)入右吸附床，右吸附床開始降溫吸附，右真空腔內(nèi)的制冷劑蒸汽壓力隨之下降，當(dāng)壓力低于右隔離器溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓時(shí)，右隔離器的蒸發(fā)面開始蒸發(fā)制冷，其溫度迅速降至蒸發(fā)器溫度以下，熱管工作腔底部的蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的熱管工質(zhì)蒸汽在右隔離器傳熱表面上凝結(jié)，從而輸出制冷量。
(2)從左至右的回質(zhì)過程。當(dāng)左右吸附床內(nèi)的解吸和的吸附過程臨近結(jié)束時(shí)，回質(zhì)真空閥打開，左腔內(nèi)的制冷劑蒸汽就會(huì)在較大的壓差作用下迅速流到右腔，左隔離器溫度降低，右隔離器溫度上升，左右兩個(gè)腔體內(nèi)的壓力迅速趨于平衡。同時(shí)，左吸附床解吸出的制冷劑蒸汽通過回質(zhì)閥流入右吸附床被吸附劑吸附，從而實(shí)現(xiàn)二次解吸和吸附過程。由于左右隔離器的溫度高于蒸發(fā)器溫度，左右隔離器在此過程中均起到熱隔離作用。
(3)從左至右的回?zé)徇^程。當(dāng)左右腔體內(nèi)的壓力接近平衡時(shí)，關(guān)閉回質(zhì)真空閥，打開閥門組件中的相應(yīng)閥門進(jìn)行兩個(gè)吸附床之間的回?zé)?，回?zé)徇^程是左吸附床內(nèi)駐留的熱水流入右吸附床中，把其中的冷水排出。
(4)右床解吸左床吸附過程。當(dāng)熱媒通過閥門組件切換到右吸附床時(shí)，右側(cè)吸附床內(nèi)吸附劑升溫，右真空腔中的蒸汽壓力上升，當(dāng)壓力超過右冷凝器溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓時(shí)，右冷凝器開始冷凝工作；此時(shí)，右隔離器蒸發(fā)面不工作，其溫度上升至冷凝溫度，該溫度將高于熱管工作腔內(nèi)的蒸發(fā)器溫度，因而實(shí)現(xiàn)了右隔離器與蒸發(fā)器之間的熱隔離。同時(shí)，冷媒進(jìn)入左吸附床，左吸附床開始降溫吸附，真空左腔內(nèi)的制冷劑蒸汽壓力隨之下降，當(dāng)壓力低于左隔離器溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓時(shí)，左隔離器的蒸發(fā)面開始蒸發(fā)制冷，其溫度迅速降至蒸發(fā)器溫度以下，熱管工作腔底部的蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的熱管工質(zhì)蒸汽在左隔離器傳熱表面上凝結(jié)，從而輸出制冷量。
(5)從右至左的回質(zhì)過程。當(dāng)左右吸附床內(nèi)的解吸和的吸附過程臨近結(jié)束時(shí)，回質(zhì)真空閥打開，右腔內(nèi)的制冷劑蒸汽就會(huì)在較大的壓差作用下迅速流到左腔，右隔離器溫度降低，左隔離器溫度上升，左右兩個(gè)腔體內(nèi)的壓力迅速趨于平衡。同時(shí)，右吸附床解吸出的制冷劑蒸汽通過回質(zhì)閥流入左吸附床被吸附劑吸附，從而實(shí)現(xiàn)二次解吸和吸附過程。由于左右隔離器的溫度高于蒸發(fā)器溫度，右右隔離器在此過程中均起到熱隔離作用。
(6)從右至左的回?zé)徇^程。當(dāng)左右腔體內(nèi)的壓力接近平衡時(shí)，關(guān)閉回質(zhì)真空閥，打開閥門組件中的相應(yīng)閥門進(jìn)行兩個(gè)吸附床之間的回?zé)?，回?zé)徇^程是右吸附床內(nèi)駐留的熱水流入左吸附床中，把其中的冷水排出。
(7)回?zé)徇^程(6)結(jié)束后，系統(tǒng)又回到過程(1)，依次運(yùn)行，開始周而復(fù)始的循環(huán)過程。
本發(fā)明采用兩吸附床形式實(shí)現(xiàn)連續(xù)輸出冷水，驅(qū)動(dòng)熱源的溫度在65～125℃之間，輸出冷水溫度在7～10℃之間。該機(jī)組具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化等特點(diǎn)，且以硅膠-水或活性炭-甲醇作為工質(zhì)對(duì)，能有效的利用低品位熱能，無環(huán)境污染，是一種綠色節(jié)能型制冷機(jī)組。該機(jī)組由三個(gè)真空腔組成，真空側(cè)只保留一個(gè)回質(zhì)用真空閥并利用重力熱管的單向傳熱特性，實(shí)現(xiàn)冷量輸出的自動(dòng)切換，系統(tǒng)的解吸過程和吸附過程的切換靠外部冷媒和熱媒切換閥門組的動(dòng)作完成，并連續(xù)輸出冷量，從而系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性顯著提高。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括熱媒出口管1，熱媒進(jìn)口管2，左吸附床3，左冷凝器4，左隔離器5，熱管工質(zhì)6，蒸發(fā)器7，冷水進(jìn)口管8，冷媒出口管9，冷媒進(jìn)口管10，閥門組件11，回質(zhì)真空閥12，外殼13，右吸附床14，右冷凝器15，制冷劑16，右隔離器17，冷水出口管18，冷凝器出口接管19，左吸附床進(jìn)口接管20，左吸附床出口接管21，右吸附床出口接管22，右吸附床進(jìn)口接管23，冷凝器進(jìn)口接管24。其連接方式為左吸附床3，左冷凝器4和左隔離器5組成真空左腔。右吸附床14，右冷凝器15和右隔離器17組成真空右腔。蒸發(fā)器7、左隔離器5和右隔離器17組成熱管工作腔。真空左腔和真空右腔之間采用回質(zhì)真空閥12相連，吸附床3或14、冷凝器4或15和隔離器5或17在各自所組成的真空腔中的排列位置有多種，但冷凝器4或15的位置必須高于隔離器5或17的位置。真空右腔和真空左腔之間由隔板相隔，真空左右腔和熱管工作腔之間由隔離器隔開，真空左腔和真空右腔和熱管工作腔由外殼13包圍組成一個(gè)整體。工作時(shí)真空左腔和真空右腔內(nèi)充有水(硅膠作為吸附劑)或者甲醇(活性炭作為吸附劑)作為制冷劑16，熱管工作腔充有水、甲醇或者乙醇作為熱管工質(zhì)6。與蒸發(fā)器7相連的管路有冷水進(jìn)口管8和冷水出口管18。與閥門組件11相連的部件有左吸附床進(jìn)/出口接管20、21，右吸附床進(jìn)/出口接管23、22，冷凝器進(jìn)/出口接管24、19，熱媒進(jìn)口管2，熱媒出口管1，冷媒進(jìn)口管10和冷媒出口管9。左/右吸附床的進(jìn)口管20、23和左/右吸附床的出口管21、22一頭連接吸附床3和14，另一頭連接閥門組件11，閥門組件11把左吸附床進(jìn)/出口管20、21，右吸附床進(jìn)/出口管23、22，冷凝器的進(jìn)/出口接管24、19，熱媒進(jìn)出口管2、3和冷媒進(jìn)出口管9、10連接在一起。
左右冷凝器4、15的聯(lián)結(jié)形式是并聯(lián)或串聯(lián)，冷凝器的進(jìn)出口管24、19都連接到閥門組件11。
左吸附床3和右吸附床14是結(jié)構(gòu)尺寸相同的一種間壁式熱交換器，一側(cè)流動(dòng)的是冷熱媒，另一側(cè)是靜止的固體吸附劑。左冷凝器4和右冷凝器15是結(jié)構(gòu)尺寸相同的一種間壁式熱交換器，一側(cè)流動(dòng)的是冷媒，另一側(cè)制冷劑冷凝。左隔離器5和右隔離器17是結(jié)構(gòu)尺寸相同的一種間壁式蒸發(fā)冷凝器，一側(cè)制冷劑蒸發(fā)，另一側(cè)熱管工質(zhì)冷凝。蒸發(fā)器7是一種間壁式熱交換器，一側(cè)冷水被冷卻，另一側(cè)熱管工質(zhì)蒸發(fā)。閥門組件11由管道和電氣控閥門組成。
權(quán)利要求
1.一種基于分離熱管的高效可靠的吸附制冷機(jī)，包括熱媒出口管(1)，熱媒進(jìn)口管(2)，左吸附床(3)，左冷凝器(4)，蒸發(fā)器(7)，冷水進(jìn)口管(8)，冷媒出口管(9)，冷媒進(jìn)口管(10)，閥門組件(11)，外殼(13)，右吸附床(14)，右冷凝器(15)，制冷劑(16)，冷水出口管(18)，冷凝器出口管(19)，左吸附床進(jìn)口管(20)，左吸附床出口管(21)，右吸附床出口管(22)，右吸附床進(jìn)口管(23)，冷凝器進(jìn)口管(24)，其特征在于，還包括左隔離器(5)，熱管工質(zhì)(6)，回質(zhì)真空閥(12)，右隔離器(17)，連接方式為左吸附床(3)，左冷凝器(4)和左隔離器(5)組成真空左腔，右吸附床(14)，右冷凝器(15)和右隔離器(17)組成真空右腔，蒸發(fā)器(7)、左隔離器(5)和右隔離器(17)組成熱管工作腔，真空左腔和真空右腔和熱管工作腔由外殼(13)包圍組成一個(gè)整體，與蒸發(fā)器(7)相連的有冷水進(jìn)口管(8)和冷水出口管(18)，真空左腔和真空右腔之間采用回質(zhì)真空閥(12)相連并彼此相通，左右真空腔內(nèi)充有制冷劑(16)，熱管工作腔充有熱管工質(zhì)(6)，與閥門組件(11)相連的部件有左吸附床進(jìn)/出口管(20、21)，右吸附床進(jìn)/出口管(23、22)，熱媒進(jìn)口管(2)，熱媒出口管(1)，冷媒進(jìn)口管(10)和冷媒出口管(9)，左/右吸附床的進(jìn)口管(20、23)和左/右吸附床的出口管(21、22)一頭連接吸附床(3和14)，另一頭連接閥門組件(11)，閥門組件(11)把左右吸附床進(jìn)/出口管(20、21、23、22)，冷凝器的進(jìn)/出口接管(24、19)，熱媒進(jìn)出口管(2、3)和冷媒進(jìn)出口管(9、10)連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分離熱管的高效可靠的吸附制冷機(jī)，其特征是，制冷劑(16)為水或者甲醇，水采用硅膠作為吸附劑，甲醇采用活性炭作為吸附劑，熱管工質(zhì)(6)為水、甲醇或者乙醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分離熱管的高效可靠的吸附制冷機(jī)，其特征是，左右吸附床(3、14)是結(jié)構(gòu)尺寸相同的一種間壁式熱交換器；左右冷凝器(4、15)是結(jié)構(gòu)尺寸相同的一種間壁式熱交換器；左右隔離器(5、17)是結(jié)構(gòu)尺寸相同的一種間壁式蒸發(fā)冷凝器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分離熱管的高效可靠的吸附制冷機(jī)，其特征是，在左右真空腔中，冷凝器(4或15)的位置必須高于隔離器(5或17)的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分離熱管的高效可靠的吸附制冷機(jī)，其特征是，左右冷凝器(4、15)的聯(lián)結(jié)形式是并聯(lián)或串聯(lián)，左右冷凝器的進(jìn)出口管(24、19)都連接到閥門組件(11)。
全文摘要
一種基于分離熱管的高效可靠的吸附制冷機(jī)，用于制冷裝置技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明左吸附床，左冷凝器和左隔離器組成真空左腔，右吸附床，右冷凝器和右隔離器組成真空右腔，蒸發(fā)器、左隔離器和右隔離器組成熱管工作腔，真空左腔和真空右腔和熱管工作腔由外殼包圍組成一個(gè)整體，與蒸發(fā)器相連的有冷水進(jìn)口和冷水出口，真空左腔和真空右腔之間采用回質(zhì)真空閥相連并彼此相通，左右真空腔內(nèi)充有制冷劑，熱管工作腔充有熱管工質(zhì)，與閥門組件相連的部件有左右吸附床進(jìn)/出口管、熱媒進(jìn)出口管，冷媒進(jìn)出口管。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化，能有效的利用低品位熱能，無環(huán)境污染，是一種綠色節(jié)能型制冷機(jī)組。
文檔編號(hào)F25B17/08GK1595017SQ200410025398
公開日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2004年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
發(fā)明者夏再忠, 王如竹, 吳靜怡, 王德昌 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)