擺動式熱管吸附式製冷發生器的製作方法

2023-06-11 21:14:26 3

專利名稱：擺動式熱管吸附式製冷發生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製冷發生器，特別是涉及一種利用熱管原理的擺動式熱管吸附式 製冷發生器，屬於製冷技術領域。
背景技術：
吸附式製冷技術是通過工質對的吸附和解吸來獲取冷量，是一種低品位熱源驅動 的綠色製冷技術。吸附床在吸附式製冷中的作用相當於傳統製冷循環中的壓縮機。吸附 法製冷技術的核心是吸附床的設計，其性能直接影響整個系統的效率。目前常見的吸附床 (製冷發生器)存在的最大問題就是吸附床的傳質和傳熱效率不高。目前常見的吸附式床 強化換熱的方式為增加吸附床的換熱面積。但是這樣導致吸附床金屬熱容比(吸附床本 身金屬材料與所填充吸附劑的熱容比)增加，從而使得冷卻過程中冷卻工質需帶走更多的 金屬顯熱，減少系統運行能效比。經文獻檢索發現，專利申請號為02139061. 4、公開號為 CN148397
公開日為2004年3月24日的中國專利申請提供了一種「熱管吸附式製冷發生 器」，文中介紹了整體式和分體式熱管發生器，均採用熱管對吸附劑進行加熱，採用冷工質 管對吸附劑進行冷卻，熱管和冷工質管交錯布置在發生器內，加熱時僅僅熱管工作，冷卻時 僅僅冷工質管工作，該結構在傳熱上得到一定程度的強化，但採用上述方式布置(熱管和 冷工質管交錯布置)增加了吸附式製冷發生器的金屬熱容，降低了整體系統的製冷效率。 而且上述「熱管吸附式製冷發生器」的結構仍較複雜。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有的吸附床的傳質、傳熱效率不高，進而影響製冷效 率的問題，提供一種擺動式熱管吸附式製冷發生器。本發明為解決上述技術問題採取的技術方案是本發明所述發生器包括發生器主 體，所述發生器主體由殼體和設置在殼體內的多個換熱單元構成，所述發生器還包括擺動 裝置；殼體由容器、隔板和端蓋構成；每個換熱單元由熱管、若干個翅片、銅絲網和吸附介 質構成，所述熱管由光管段和翅片段構成，若干個翅片依次分散套裝在熱管的翅片段上，銅 絲網罩在若干個翅片上，銅絲網與翅片段之間均布設有吸附介質；隔板固設在容器的內腔 中且與容器的底端面平行，隔板將容器的內腔沿其底端至開口端分成第一腔室和第二腔室 兩部分，多個熱管平行插裝在隔板上，且所述多個熱管均位於容器的下半部分，熱管的光管 段位於第一腔室內，翅片段位於第二腔室內，每個熱管的軸線均與容器的中軸線平行，端蓋 密閉設置在容器的開口端上；發生器主體的殼體的外側壁安裝在擺動裝置上且所述擺動裝 置可使發生器主體擺動，即發生器主體的軸線與水平面之間的夾角可改變；容器的底端面 的邊緣上開有工質入口和工質出口，且所述工質入口靠近擺動裝置，工質出口靠近與擺動 裝置相對的容器的外側壁，且所述工質入口和工質出口均與第一腔室連通；在容器的外側 壁上開有製冷劑出入口，且所述製冷劑出入口與第二腔室連通。本發明的有益效果是
本發明利用了熱管單向傳熱的特性，並通過設置擺動裝置使發生器主體兩端沿發 生器主體橫軸(上下)擺動，進而實現了同一發生器主體可進行吸附劑(吸附介質)解吸 (加熱)、吸附劑吸附(冷卻)兩個過程交替進行，而且在每個過程中，所有的換熱單元均工 作，這樣不會增加本發明(吸附式製冷發生器)的金屬熱容，從而可大幅度提高本發明的制 冷效率，本發明的製冷效率可達0. 5。本發明為了強化傳質，沿吸附床不鏽鋼隔板方向預留 了空間(即所述多個熱管均位於容器的下半部分，容器的上半部分不安裝熱管)，作為額外 的傳質通道使用。發明採用熱管技術來實現了吸附床(吸附式製冷發生器)的加熱和冷卻 交替，解決了現有的吸附床的傳熱難題，從而提高吸附式製冷效率。本發明通過底部的擺動裝置3實現了角度調整。吸附床需要加熱時，光管側通入 加熱工質，並通過吸附床底部的擺動裝置，讓吸附床處於附圖1位置。吸附床需要冷卻時， 光管側通入冷卻工質，並通過吸附床底部的擺動裝置，讓吸附床處於附圖2位置。本發明還 具有結構簡單的優點，本發明可以根據不同吸附式製冷的需要組成單床、雙床或多床系統， 各種用於廢熱利用場合。本發明的具體優點表現為 1、本發明利用熱管技術對吸附劑進行加熱與冷卻，有效降低了吸附床本體的金屬 熱容(即降低金屬熱量消耗)，能有效提高系統製冷效率(COP)值與單位質量吸附劑的製冷 功率(SCP)值，提高了吸附劑的加熱和冷卻效率。2、本發明利用熱管技術對吸附劑進行加熱與冷卻，實現了吸附床的結構簡化，提 高系統的可靠性。3、本發明應用範圍廣，適用於溫度範圍80°C至400°C餘熱廢熱利用。可適用於沸 石-水，矽膠-水，活性炭_氨，氯化鈣_氨等多種吸附式製冷工質對。


圖1是本發明的吸附劑解吸(加熱)過程的狀態圖(殼體1內的一條點劃線代表 一個換熱單元)，圖2是本發明的吸附劑吸附(冷卻)過程的狀態圖(殼體1內的一條點劃 線代表一個換熱單元)，圖3是圖1的A-A剖面圖，圖4是換熱單元的放大圖。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖1 4所示，本實施方式所述的擺動式熱管吸附式製冷發生 器包括發生器主體，所述發生器主體由殼體1和設置在殼體1內的多個換熱單元2構成，所 述發生器還包括擺動裝置3 ；殼體1由容器1-1、隔板1-2和端蓋1-3構成；每個換熱單元2 由熱管2-1、若干個翅片2-2、銅絲網2-3和吸附介質2-4構成，所述熱管2_1由光管段2_1_1 和翅片段2-1-2構成，若干個翅片2-2依次分散套裝在熱管2-1的翅片段2-1-2上，銅絲網 2-3罩在若干個翅片2-2上，銅絲網2-3與翅片段2-1-2之間均布設有吸附介質2_4 ；隔板 1-2固設在容器1-1的內腔中且與容器1-1的底端面平行，隔板1-2將容器1-1的內腔沿其 底端至開口端分成第一腔室I和第二腔室II兩部分，多個熱管2-1平行插裝在隔板1-2上， 且所述多個熱管2-1均位於容器1-1的下半部分，熱管2-1的光管段2-1-1位於第一腔室 I內，翅片段2-1-2位於第二腔室II內，每個熱管2-1的軸線均與容器1-1的中軸線平行， 端蓋1-3密閉設置在容器1-1的開口端上；發生器主體的殼體1的外側壁安裝在擺動裝置3上且所述擺動裝置3可使發生器主體擺動，即發生器主體的軸線與水平面之間的夾角可 改變；容器1-1的底端面的邊緣上開有工質入口 1-1-1和工質出口 1-1-2，且所述工質入口 1-1-1靠近擺動裝置3，工質出口 1-1-2靠近與擺動裝置3相對的容器1-1的外側壁，且所 述工質入口 1-1-1和工質出口 1-1-2均與第一腔室I連通；在容器1-1的外側壁上開有制 冷劑出入口 1-1-3，且所述製冷劑出入口 1-1-3與第二腔室II連通。發生器主體通過擺動裝置實現發生器主體兩端沿發生器主體橫軸上下擺動(即 發生器主體的軸線與水平面的夾角可改變)。每個銅絲網均勻覆蓋在每個熱管翅片段上，吸 附劑分布在熱管翅片段周圍，由於銅絲網的傳熱性能好，可更進一步提高製冷效率。可根據 吸附工質對的性質更換熱管的材質和結構尺寸。
具體實施方式
二 本實施方式所述發生器主體相對於水平面的擺動角度α 在-90° +90°範圍內變化。即發生器主體在-90° +90°範圍內可任意角度擺動，可 根據冷熱介質的溫度確定擺動角度，實現要求的解吸和吸附速率。其它組成及連接關係與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1 2所示，本實施方式所述擺動裝置3包括底座3-1、轉 動軸3-2和支撐架3-3，支撐架3-3的外形呈U形，轉動軸3-2安裝在底座3_1，容器1_1的 側壁與支撐架3-3的兩端端面固接在一起，支撐架3-3的底端面外壁與轉動軸3-2的外側 壁固接；轉動軸3-2的軸線與熱管2-1的軸線垂直。所述支撐架3-3可設計成三角形形狀， 而且依靠充入第一腔室I內工質重力作用，可使發生器主體的軸線與水平面傾斜成一定角 度。這樣設置的擺動裝置結構簡單，其它組成及連接關係與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四如圖1 2所示，本實施方式所述擺動裝置3還包括驅動電機 3-4、主動鏈輪3-5、鏈條3-6、從動鏈輪3-7，主動鏈輪3_5安裝在驅動電機3_4的輸出軸上， 主動鏈輪3-5通過鏈條3-6與從動鏈輪3-7連接，從動鏈輪3-7固裝在轉動軸3_2上，通過 從動鏈輪3-7將驅動電機3-4輸出的動力傳遞給轉動軸3-2 ；進而使發生器主體與水平面 傾斜設置。由於採用了鏈傳動，使所述擺動裝置具有自鎖功能。其它組成及連接關係與具 體實施方式三相同。
具體實施方式
五本實施方式所述吸附介質2-4為矽膠顆粒、活性炭或沸石。其它 組成及連接關係與具體實施方式
一、二、三或四相同。
具體實施方式
六本實施方式所述隔板1-2是不鏽鋼隔板。保證熱管吸附式製冷 發生器採用各種吸附式製冷工質對都不會發生腐蝕。其它組成及連接關係與具體實施方式
五相同。本發明的工作原理一、吸附劑(吸附介質2-4)解吸(加熱)過程，轉動發生器主體，讓裝有吸附劑的 熱管翅片段2-1-2 —側轉動到右上方，另一側熱管光管段2-1-1轉動到左下方，然後將熱工 質(熱水或熱蒸汽)通過(冷熱)工質入口 i-1-i進入到第一腔室I內(加熱冷卻倉室)， 熱管內工質吸收熱工質的熱量相變換熱生成蒸汽快速經過熱管光管段2-1-1進入到熱管 翅片段2-1-2，在熱管翅片段2-1-2冷凝放熱將熱量傳遞給吸附劑自身冷凝成液體靠重力 流回到光管端重新吸熱蒸發，吸附劑被加熱解吸出熱的製冷劑蒸氣，完成吸附劑解吸過程， 熱的製冷劑蒸氣從製冷劑出入口 1-1-3流出後，經冷凝器冷卻變成液態的製冷劑流到儲液 器，經節流閥流入蒸發器，在蒸發器吸收冷凍水的熱量變成氣態再返回發生器完成解吸製冷過程。二、吸附劑吸附(冷卻)過程，轉動發生器主體，讓裝有吸附劑的熱管翅片段2-1-2 一側轉動到右下方，另一側熱管光管段2-1-1轉動到左上方，然後將冷工質(冷水或冷空 氣)通過(冷熱)工質入口 i-1-i進入到第一腔室I內(加熱冷卻倉室)內，此時熱管光 管段2-1-1溫度低，熱管翅片段2-1-2溫度高，熱管內介質吸收熱管翅片段2-1-2吸附劑 的熱量，相變生成蒸汽快速經過熱管翅片段2-1-2進入到熱管光管段2-1-1，在熱管光管段 2-1-1放熱冷凝成液體在重力作用下再流回熱管翅片段2-1-2進行下一個熱力循環過程。 腔室I內冷工質不斷的將熱管翅片段2-1-2吸附劑(矽膠或活性炭)的熱量帶走，實現第 二腔室II內吸附劑冷卻。蒸發器出來的冷的製冷劑(完成製冷過程的製冷劑)蒸汽從製冷 劑出入口 1-1-3進入第二腔室II內被吸附到吸附劑上以完成吸附過程。本發明的製冷劑可選用甲醇(對應的吸附介質為活性炭)、水(對應的吸附介質為 矽膠、沸石) 、氨(對應的吸附介質為活性炭、氯化鈣)。
權利要求
一種擺動式熱管吸附式製冷發生器，所述發生器包括發生器主體，所述發生器主體由殼體(1)和設置在殼體(1)內的多個換熱單元(2)構成，其特徵在於所述發生器還包括擺動裝置(3)；殼體(1)由容器(1-1)、隔板(1-2)和端蓋(1-3)構成；每個換熱單元(2)由熱管(2-1)、若干個翅片(2-2)、銅絲網(2-3)和吸附介質(2-4)構成，所述熱管(2-1)由光管段(2-1-1)和翅片段(2-1-2)構成，若干個翅片(2-2)依次分散套裝在熱管(2-1)的翅片段(2-1-2)上，銅絲網(2-3)罩在若干個翅片(2-2)上，銅絲網(2-3)與翅片段(2-1-2)之間均布設有吸附介質(2-4)；隔板(1-2)固設在容器(1-1)的內腔中且與容器(1-1)的底端面平行，隔板(1-2)將容器(1-1)的內腔沿其底端至開口端分成第一腔室(Ⅰ)和第二腔室(Ⅱ)兩部分，多個熱管(2-1)平行插裝在隔板(1-2)上，且所述多個熱管(2-1)均位於容器(1-1)的下半部分，熱管(2-1)的光管段(2-1-1)位於第一腔室(Ⅰ)內，翅片段(2-1-2)位於第二腔室(Ⅱ)內，每個熱管(2-1)的軸線均與容器(1-1)的中軸線平行，端蓋(1-3)密閉設置在容器(1-1)的開口端上；發生器主體的殼體(1)的外側壁安裝在擺動裝置(3)上且所述擺動裝置(3)可使發生器主體擺動，即發生器主體的軸線與水平面之間的夾角可改變；容器(1-1)的底端面的邊緣上開有工質入口(1-1-1)和工質出口(1-1-2)，且所述工質入口(1-1-1)靠近擺動裝置(3)，工質出口(1-1-2)靠近與擺動裝置(3)相對的容器(1-1)的外側壁，且所述工質入口(1-1-1)和工質出口(1-1-2)均與第一腔室(Ⅰ)連通；在容器(1-1)的外側壁上開有製冷劑出入口(1-1-3)，且所述製冷劑出入口(1-1-3)與第二腔室(Ⅱ)連通。
2.根據權利要求1所述的擺動式熱管吸附式製冷發生器，其特徵在於所述發生器主 體相對於水平面的擺動角度(a)在-90° +90°範圍內變化。
3.根據權利要求1或2所述的擺動式熱管吸附式製冷發生器，其特徵在於所述擺動 裝置(3)包括底座(3-1)、轉動軸(3-2)和支撐架(3-3)，支撐架(3-3)的外形呈U形，轉動 軸(3-2)安裝在底座(3-1)，容器(1-1)的側壁與支撐架(3-3)的兩端端面固接在一起，支 撐架(3-3)的底端面外壁與轉動軸(3-2)的外側壁固接；轉動軸(3-2)的軸線與熱管(2-1) 的軸線垂直。
4.根據權利要求3所述的擺動式熱管吸附式製冷發生器，其特徵在於所述擺動裝置 (3)還包括驅動電機(3-4)、主動鏈輪(3-5)、鏈條(3-6)、從動鏈輪(3_7)，主動鏈輪(3-5) 安裝在驅動電機(3-4)的輸出軸上，主動鏈輪(3-5)通過鏈條(3-6)與從動鏈輪(3-7)連 接，從動鏈輪(3-7)固裝在轉動軸(3-2)上，通過從動鏈輪(3-7)將驅動電機(3-4)輸出的 動力傳遞給轉動軸(3-2)。
5.根據權利要求1、2或4所述的擺動式熱管吸附式製冷發生器，其特徵在於所述吸 附介質(2-4)為矽膠顆粒、活性炭或沸石。
6.根據權利要求5所述的擺動式熱管吸附式製冷發生器，其特徵在於所述隔板(1-2) 是不鏽鋼隔板。
全文摘要
擺動式熱管吸附式製冷發生器，它涉及一種製冷發生器。本發明解決了現有的吸附床的傳質、傳熱效率不高，進而影響製冷效率的問題。技術要點所述多個熱管均位於容器的下半部分，且熱管的光管段於第一腔室內，翅片段位於第二腔室內；發生器主體的殼體的外側壁安裝在擺動裝置上且所述擺動裝置可使發生器主體擺動；容器的底端面的邊緣上開有工質入口和工質出口；在容器的外側壁上開有製冷劑出入口。本發明通過設置擺動裝置使發生器主體上下擺動，實現了同一發生器主體可進行吸附劑解吸、吸附劑吸附兩個過程交替進行，在每個過程中，所有的換熱單元均工作，這樣不會增加本發明的金屬熱容，提高了製冷效率。
文檔編號F25B35/00GK101865571SQ20101021231
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月29日 優先權日2010年6月29日
發明者付忠斌, 周毅, 李炳熙, 賀志宏 申請人:哈爾濱工業大學