多效吸附式製冷循環系統的製作方法

2023-05-13 06:22:36

專利名稱：多效吸附式製冷循環系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製冷空調技術領域的系統，具體是一種基於內部熱量回收過 程的多效吸附式製冷循環系統。
背景技術：
固體吸附式製冷是一種以熱能為驅動力的綠色製冷技術，與傳統的以電為驅 動力的蒸汽壓縮式製冷相比，其特點是可有效利用太陽能和低品位餘熱作為驅動 力實現製冷效果，同時因採用環境友好型製冷劑作為工作介質，具有臭氧消耗系 數(ODP)和溫室效應係數(GWP)均為零的環保優點，適合當前的環保要求。特別是 近些年來隨著人們對舒適性空調需求量的不斷增多，夏季製冷空調的耗電比例迅 速增加，致使能源問題進一步加劇，如何提高能源綜合利用效率迫在眉睫。從環 境保護和能源綜合利用的角度看，固體吸附式製冷在太陽能等新能源的開發及工 業餘熱等低品位能源利用中具有很大的發展潛力和應用前景。
早期的固體吸附式製冷循環系統採用單床間歇循環，製冷過程不連續且製冷 效率C0P較低。為此國內外研究者提出了多種先進的吸附式製冷循環方式，典型 的有熱波循環、對流熱波循環、回熱循環、回質循環、回質回熱循環和多級循環 等。這些循環方式的提出促進了吸附式製冷技術的發展，都不同程度的提高了系 統的工作性能。然而，這些循環的不足之處是都存在系統輸入一次高溫解吸熱， 只能得到一次製冷量的輸出，即高溫解吸熱的輸入次數和製冷量的輸出次數是相 等的。由於吸附式製冷循環中加熱吸附劑解吸所需的解吸熱遠大於製冷劑的蒸發 相變潛熱，因此，這種熱量輸入和製冷量輸出的方式在一定程度上限制了吸附制 冷工作性能的提高。製冷效率低是吸附製冷技術面臨的主要問題之一。
經對現有技術的文獻檢索發現，目前提高固體吸附式製冷工作性能的主要措 施是採用強化換熱技術、吸附床間的回質回熱技術以及不同製冷系統間的復疊技 術，例如中國專利申請號為CN200410025398.0的"基於分離熱管的高效可靠的 吸附制冷機"專利，即是通過採用熱管強化換熱技術來提高製冷系統的工作性能；例如中國專利申請號為CN01111038.4的"獨立加熱/回熱/回質/冷卻的多 效吸附式製冷循環系統"，即是採用吸附床間回質回熱技術來提高製冷系統的工 作性能，且回熱過程僅僅是部分顯熱的回收；又如中國專利申請號為 CN200710057666.0的"三效吸附-吸收複合式製冷裝置"專利，即是通過吸附 製冷系統與吸收製冷系統之間的復疊技術，提高複合製冷系統的工作性能。但由 於以上循環系統中不同吸附床中均填裝相同的吸附劑，導致吸附床間的熱量回收 效率較低、回熱過程不徹底，使得高溫熱量輸入次數與製冷量輸出次數仍然相等， 極大地限制了吸附製冷效率的提高幅度。

發明內容
本發明的目的在於針對傳統吸附式製冷循環系統的不足，提供一種基於內部 熱量回收過程的多效吸附式製冷循環系統。本發明系統中，對系統每輸入一次高 溫解吸熱就可以得到三次製冷量的輸出；相對傳統的吸附式製冷循環系統，本發 明可解決吸附製冷循環系統製冷效率較低的問題。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括高溫反應器、高溫反應器 解吸閥門、高溫反應器加熱及冷卻盤管、高溫反應器吸附閥門、中溫反應器、中 溫反應器解吸閥門、中溫反應器加熱及冷卻盤管、中溫反應器吸附閥門、低溫反 應器、低溫反應器解吸閥門、低溫反應器加熱及冷卻盤管、低溫反應器吸附閥門、 冷凝器、冷凝器換熱盤管、節流閥、蒸發器、蒸發器換熱盤管，幾種不同反應溫 度的化學吸附劑(其中高溫反應器內填充高溫反應化學吸附劑，中溫反應器內填 充中溫反應化學吸附劑，低溫反應器內填充低溫反應化學吸附劑)。
高溫反應器進口與高溫反應器吸附閥門出口連接，高溫反應器出口與高溫反 應器解吸閥門進口連接；中溫反應器進口與中溫反應器吸附閥門出口連接，中溫 反應器出口與中溫反應器解吸閥門進口連接；低溫反應器進口與低溫反應器吸附 閥門出口連接，低溫反應器出口與低溫反應器解吸閥門進口連接；高溫反應器解 吸閥門出口 、中溫反應器解吸閥門出口以及低溫反應器解吸閥門出口均與冷凝器 進口連接，冷凝器出口與節流閥進口連接，節流閥出口與蒸發器進口連接，蒸發 器出口分別與高溫反應器吸附闊門進口、中溫反應器吸附閥門進口以及低溫反應 器吸附閥門進口連接。高溫反應器內填裝高溫反應化學吸附劑、並安裝加熱及冷 卻盤管，中溫反應器內填裝中溫反應化學吸附劑、並安裝加熱及冷卻盤管，低溫 反應器內填裝低溫反應化學吸附劑、並安裝加熱及冷卻盤管，冷凝器內安裝冷凝器換熱盤管，蒸發器內安裝蒸發器換熱盤管。 本發明的工作過程包括兩個階段
第一階段包括(l)高溫反應器內高溫反應化學吸附劑的加熱解吸過程；(2) 中溫反應器內中溫反應化學吸附劑的冷卻吸附過程；(3)低溫反應器內低溫反應 化學吸附劑的加熱解吸過程，其中低溫反應化學吸附劑消耗的解吸熱由中溫反應 化學吸附劑釋放的吸附熱提供。
第二階段包括(4)高溫反應器內高溫反應化學吸附劑的冷卻吸附過程；(5) 中溫反應器內中溫反應化學吸附劑的加熱解吸過程，其中中溫反應化學吸附劑消 耗的解吸熱由高溫反應化學吸附劑釋放的吸附熱提供；(6)低溫反應器內低溫反
應化學吸附劑的冷卻吸附過程。
本發明具有積極的效果多效吸附式製冷循環系統在每次循環過程中，僅對
高溫反應器內高溫反應化學吸附劑輸入一次高溫解吸熱，就能實現三次製冷量的 輸出，可顯著提高吸附製冷技術的製冷效率。多效吸附式製冷循環系統中，由於 採用內部熱量回收過程，中溫反應化學吸附劑的解吸熱由高溫反應化學吸附劑的 吸附熱提供、低溫反應化學吸附劑的解吸熱由中溫反應化學吸附劑的吸附熱提 供，因而減少了系統對外界熱源熱量的需求，有利於節能。


圖l為本發明結構示意其中1是高溫反應器，2是高溫反應器解吸閥門，3是高溫反應化學吸附 劑，4是高溫反應器加熱及冷卻盤管，5是高溫反應器吸附閥門，6是中溫反應 器，7是中溫反應器解吸閥門，8是中溫反應化學吸附劑，9是中溫反應器加熱 及冷卻盤管，IO是中溫反應器吸附閥門，ll是低溫反應器，12是低溫反應器解 吸閥門，13是低溫反應化學吸附劑，14是低溫反應器加熱及冷卻盤管，15是低 溫反應器吸附闊門，16是冷凝器，17是冷凝器換熱盤管，18是節流閥，19是蒸 發器，20是蒸發器換熱盤管；
圖中實線箭頭方向表示製冷劑的流動方向，虛線箭頭方向表示盤管中傳熱 流體的流動方向。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括高溫反應器1、高溫反應器解吸閥門2、高溫反 應化學吸附劑3、高溫反應器加熱及冷卻盤管4、高溫反應器吸附閥門5、中溫 反應器6、中溫反應器解吸閥門7、中溫反應化學吸附劑8、中溫反應器加熱及 冷卻盤管9、中溫反應器吸附閥門10、低溫反應器ll、低溫反應器解吸閥門12、 低溫反應化學吸附劑13、低溫反應器加熱及冷卻盤管14、低溫反應器吸附閥門 15、冷凝器16、冷凝器換熱盤管17、節流閥18、蒸發器19、蒸發器換熱盤管 20。
高溫反應器1進口與高溫反應器吸附閥門5出口連接，高溫反應器1出口與 高溫反應器解吸閥門2進口連接；中溫反應器6進口與中溫反應器吸附閥門10 出口連接，中溫反應器6出口與中溫反應器解吸閥門7進口連接；低溫反應器 11進口與低溫反應器吸附閥門15出口連接，低溫反應器11出口與低溫反應器 解吸閥門12進口連接；高溫反應器解吸閥門2出口、中溫反應器解吸闊門7出 口以及低溫反應器解吸閥門12出口均與冷凝器16進口連接，冷凝器16出口與 節流閥18進口連接，節流閥18出口與蒸發器20進口連接，蒸發器20出口分別 與高溫反應器吸附閥門5進口、中溫反應器吸附閥門10進口以及低溫反應器吸 附閥門15進口連接。高溫反應器1內填裝高溫反應化學吸附劑3、並安裝加熱 及冷卻盤管4，中溫反應器6內填裝中溫反應化學吸附劑8、並安裝加熱及冷卻 盤管9,低溫反應器ll內填裝低溫反應化學吸附劑13、並安裝加熱及冷卻盤管 14，冷凝器16內安裝冷凝器換熱盤管17，蒸發器19內安裝蒸發器換熱盤管20。
在相同的工作壓力下，所述高溫反應化學吸附劑3的工作溫度高於中溫反 應化學吸附劑8及低溫反應化學吸附劑13。
在相同的工作壓力下，所述中溫反應化學吸附劑8的工作溫度高於低溫反應 化學吸附劑13。
所述高溫反應化學吸附劑3在每次循環過程中，由外界高溫熱源輸入解吸 熱。中溫反應化學吸附劑8的解吸熱由高溫反應化學吸附劑3的吸附熱提供，低 溫反應化學吸附劑13的解吸熱由中溫反應化學吸附劑8的吸附熱提供。
多效吸附式製冷循環系統的具體實施過程為
第一階段包括(l)高溫反應器l內高溫反應化學吸附劑3的加熱解吸過程；
(2)中溫反應器6內中溫反應化學吸附劑8的冷卻吸附過程；(3)低溫反應器11內低溫反應化學吸附劑13的加熱解吸過程，其中低溫反應化學吸附劑13消耗的 解吸熱由中溫反應化學吸附劑8釋放的吸附熱提供。
(l)高溫反應器1內高溫反應化學吸附劑3的加熱解吸過程。在加熱解吸過 程中，關閉高溫反應器1與蒸發器19之間的高溫反應器吸附閥門5，利用外界 高溫熱源通過高溫反應器1中的加熱盤管4對高溫反應器1內的高溫反應化學吸 附劑3進行加熱，當高溫反應化學吸附劑3的溫度上升到解吸溫度後，開啟高溫 反應器1與冷凝器16之間的高溫反應器解吸閥門2，製冷劑從高溫反應化學吸 附劑3中解吸出來，解吸出的製冷劑蒸汽進入冷凝器16並與冷凝器換熱盤管17 進行換熱，冷卻成液態的製冷劑流經節流閥18進入蒸發器19，完成高溫反應器 1的加熱解吸過程。
(2) 中溫反應器6內中溫反應化學吸附劑8的冷卻吸附過程。在冷卻吸附過 程中，關閉中溫反應器6與冷凝器16之間的中溫反應器解吸閥門7，採用內部 熱量回收技術，回收低溫反應器11中低溫反應化學吸附劑13在解吸階段消耗的 解吸熱，利用該解吸熱通過中溫反應器冷卻盤管9對中溫反應器6內中溫反應化 學吸附劑8進行冷卻，當中溫反應化學吸附劑8的溫度降低到吸附溫度後，開啟 中溫反應器6與蒸發器19之間的中溫反應器吸附閥門10，中溫反應化學吸附劑 8開始對蒸發器19中的製冷劑進行吸附，蒸發器19中的低溫低壓液態製冷劑在 中溫反應化學吸附劑8的吸附作用下發生相變吸收蒸發器換熱盤管20中傳熱流 體的熱量，產生製冷效果，實現本發明多效吸附式製冷循環系統中第一次冷量的 輸出。
(3) 低溫反應器11內低溫反應化學吸附劑13的加熱解吸過程，也為低溫反 應器11與中溫反應器6之間的內部熱量回收過程。此過程中低溫反應器11內低 溫反應化學吸附劑13消耗的解吸熱由中溫反應器6內中溫反應化學吸附劑8釋 放的吸附熱提供。在加熱解吸過程中，關閉低溫反應器11與蒸發器19之間的低 溫反應器吸附閥門15，採用內部熱量回收技術，回收中溫反應器6內中溫反應 化學吸附劑8釋放的吸附熱，利用該吸附熱通過低溫反應器加熱盤管14對低溫 反應器11內低溫反應化學吸附劑13進行加熱，當低溫反應化學吸附劑13的溫 度上升到解吸溫度後，開啟低溫反應器與11冷凝器16之間的低溫反應器解吸閥 門12，製冷劑從低溫反應器11內低溫反應化學吸附劑13中解吸出來，解吸出 的製冷劑蒸汽進入冷凝器16並與冷凝器換熱盤管17進行換熱，冷卻成液態的制
8冷劑流經節流閥18進入蒸發器19，完成低溫反應器11的加熱解吸過程。
第二階段包括(4)高溫反應器1內高溫反應化學吸附劑3的冷卻吸附過程; (5)中溫反應器6內中溫反應化學吸附劑8的加熱解吸過程，其中中溫反應化學 吸附劑8消耗的解吸熱由高溫反應化學吸附劑3釋放的吸附熱提供；(6)低溫反 應器11內低溫反應化學吸附劑13的冷卻吸附過程。
(4) 高溫反應器1內高溫反應化學吸附劑3的冷卻吸附過程。在冷卻吸附過 程中，關閉高溫反應器1與冷凝器16之間的高溫反應器解吸閥門2，採用內部 熱量回收技術，回收中溫反應器6內中溫反應化學吸附劑8在解吸階段消耗的解 吸熱，利用該解吸熱通過高溫反應器冷卻盤管4對高溫反應器1內高溫反應化學 吸附劑3進行冷卻，當高溫反應化學吸附劑3的溫度降低到吸附溫度後，開啟高 溫反應器1與蒸發器19之間的高溫反應器吸附閥門5，高溫反應化學吸附劑3 開始對蒸發器19中的製冷劑進行吸附，蒸發器19中的低溫低壓液態製冷劑在高 溫反應化學吸附劑3的吸附作用下發生相變吸收蒸發器換熱盤管20中傳熱流體 的熱量，產生製冷效果，實現本發明多效吸附式製冷循環系統中第二次冷量的輸 出。
(5) 中溫反應器6內中溫反應化學吸附劑8的加熱解吸過程，此過程也為中 溫反應器6與高溫反應器1之間的內部熱量回收過程，中溫反應器6內中溫反應 化學吸附劑8消耗的解吸熱由高溫反應器1內高溫反應化學吸附劑3釋放的吸附 熱提供；在加熱解吸過程中，關閉中溫反應器6與蒸發器19之間的中溫反應器 吸附閥門10，採用內部熱量回收技術，回收高溫反應器1內高溫反應化學吸附 劑3釋放的吸附熱，利用該吸附熱通過中溫反應器加熱盤管9對中溫反應器6內 中溫反應化學吸附劑8進行加熱，當中溫反應化學吸附劑8的溫度上升到解吸溫 度後，開啟中溫反應器與6冷凝器16之間的中溫反應器解吸閥門7，製冷劑從 中溫反應器6內中溫反應化學吸附劑8中解吸出來，解吸出的製冷劑蒸汽進入冷 凝器16並與冷凝器換熱盤管17進行換熱，冷卻成液態的製冷劑流經節流閥18 進入蒸發器19，完成中溫反應器6的加熱解吸過程。
(6) 低溫反應器11內低溫反應化學吸附劑13的冷卻吸附過程。在冷卻吸附 過程中，關閉低溫反應器11與冷凝器16之間的低溫反應器解吸閥門12，外界 冷源通過低溫反應器冷卻盤管14對低溫反應器11內低溫反應化學吸附劑13進 行冷卻，當低溫反應化學吸附劑13的溫度降低到吸附溫度後，開啟低溫反應器11與蒸發器19之間的低溫反應器吸附閥門15，低溫反應化學吸附劑13開始對 蒸發器19中的製冷劑進行吸附，蒸發器19中的低溫低壓液態製冷劑在低溫反應 化學吸附劑13的吸附作用下發生相變吸收蒸發器換熱盤管20中傳熱流體的熱 量，產生製冷效果，實現本發明多效吸附式製冷循環系統中第三次冷量的輸出。
權利要求
1、一種多效吸附式製冷循環系統，包括高溫反應器(1)、高溫反應器解吸閥門(2)、高溫反應化學吸附劑(3)、高溫反應器加熱及冷卻盤管(4)、高溫反應器吸附閥門(5)、中溫反應器(6)、中溫反應器解吸閥門(7)、中溫反應化學吸附劑(8)、中溫反應器加熱及冷卻盤管(9)、中溫反應器吸附閥門(10)、低溫反應器(11)、低溫反應器解吸閥門(12)、低溫反應化學吸附劑(13)、低溫反應器加熱及冷卻盤管(14)、低溫反應器吸附閥門(15)、冷凝器(16)、冷凝器換熱盤管(17)、節流閥(18)、蒸發器(19)、蒸發器換熱盤管(20)，其特徵在於高溫反應器(1)進口與高溫反應器吸附閥門(5)出口連接，高溫反應器(1)出口與高溫反應器解吸閥門(2)進口連接；中溫反應器(6)進口與中溫反應器吸附閥門(10)出口連接，中溫反應器(6)出口與中溫反應器解吸閥門(7)進口連接；低溫反應器(11)進口與低溫反應器吸附閥門(15)出口連接，低溫反應器(11)出口與低溫反應器解吸閥門(12)進口連接，高溫反應器解吸閥門(2)出口、中溫反應器解吸閥門(7)出口以及低溫反應器解吸閥門(12)出口均與冷凝器(16)進口連接，冷凝器(16)出口與節流閥(18)進口連接，節流閥(18)出口與蒸發器(20)進口連接，蒸發器(20)出口分別與高溫反應器吸附閥門(5)進口、中溫反應器吸附閥門(10)進口以及低溫反應器吸附閥門(15)進口連接；高溫反應器(1)中設有高溫反應器加熱及冷卻盤管(4)，中溫反應器(6)中設有中溫反應器加熱及冷卻盤管(9)，低溫反應器(11)中設有低溫反應器加熱及冷卻盤管(14)，冷凝器(16)中設有冷凝器換熱盤管(17)，蒸發器(19)中設有蒸發器換熱盤管(20)，高溫反應化學吸附劑(3)填裝於高溫反應器(1)內，中溫反應化學吸附劑(8)填裝於中溫反應器(6)內，低溫反應化學吸附劑(13)填裝於低溫反應器(11)內。
2、 根據權利要求1所述的多效吸附式製冷循環系統，其特徵是，在相同的 工作壓力下，所述高溫反應化學吸附劑(3)的工作溫度高於中溫反應化學吸附劑 (8)及低溫反應化學吸附劑(13)。
3、 根據權利要求1所述的多效吸附式製冷循環系統，其特徵是，在相同的 工作壓力下，所述中溫反應化學吸附劑(8)的工作溫度高於低溫反應化學吸附劑(13) 。
4、 根據權利要求1所述的多效吸附式製冷循環系統，其特徵是，所述高溫 反應化學吸附劑(3)在每次循環過程中，由外界高溫熱源輸入一次解吸熱，實現 三次製冷過程。
5、 根據權利要求1所述的多效吸附式製冷循環系統，其特徵是，所述高溫 反應器(1)與中溫反應器(6)之間釆用內部熱量回收技術，中溫反應化學吸附劑(8) 的解吸熱由高溫反應化學吸附劑(3)的吸附熱提供。
6、 根據權利要求1所述的多效吸附式製冷循環系統，其特徵是，所述中溫 反應器(6)與低溫反應器(11)之間採用內部熱量回收過程，低溫反應化學吸附劑 (13)的解吸熱由中溫反應化學吸附劑(8)的吸附熱提供。
全文摘要
一種多效吸附式製冷循環系統，屬於製冷空調技術領域。本發明中，高溫反應器與高溫反應器解吸閥門連接；中溫反應器與中溫反應器解吸閥門連接；低溫反應器與低溫反應器解吸閥門連接；高溫反應器解吸閥門出口、中溫反應器解吸閥門出口以及低溫反應器解吸閥門出口均與冷凝器進口連接，冷凝器與節流閥連接，蒸發器出口分別與高溫反應器吸附閥門進口、中溫反應器吸附閥門進口以及低溫反應器吸附閥門進口連接。高溫反應器、中溫反應器、低溫反應器分別安裝反應器加熱及冷卻盤管，並填充有吸附劑。本發明在每次循環過程中，輸入一次高溫解吸熱，就能實現三次製冷量的輸出，顯著提高吸附製冷技術的製冷效率，同時減少了系統對外界熱源熱量的需求。
文檔編號F25B17/08GK101315227SQ20081004045
公開日2008年12月3日 申請日期2008年7月10日 優先權日2008年7月10日
發明者吳靜怡, 李廷賢, 王麗偉, 王如竹 申請人:上海交通大學