CN101137874A - 具有热回收***的吸附机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸附机，其包括至少一个第一吸附器单元和第二吸附器单元，它们分别连接至进流管线(VL)和回流管线(RL)，以便将热量从载热介质输送至吸附器单元，该载热介质通过进流管线(VL)流入到吸附器单元中，或者将热量从吸附器单元排散至载热介质；每个吸附器单元交替地在解吸阶段作为解吸器工作，其中热量从载热介质排散至解吸器，并且在吸附阶段作为吸附器工作，其中热量从吸附器排散至载热介质；吸附机还包括至少两个载热介质回路，即一个具有用于加热载热介质的热源的加热回路，和一个具有用于冷却载热介质的冷却源的冷却回路。本发明的特征在于，设置有控制单元，该控制单元分别如此交替地使进流管线(VL)和回流管线(RL)接通到加热回路和冷却回路中，即回流管线(RL)总是以最高的温度将载热介质提供给加热回路。

Description

具有热回收***的吸附机
技术领域
本发明涉及一种吸附机，特别是一种用于制冷的吸附式冷冻机。
背景技术
基于用于加热和制冷目的的固体吸附的热驱动吸附机很久以来就已公开了。在此，通常会使用的工质对(吸附材料和被吸附物)，例如沸石和水。具有这种工质对的吸附机例如在DE19834696、DE19961629、DE10038636、DE10159652或者DE10217443中描述。
对吸附机提出了不同的技术要求。对高换热比、高功率密度和简单的放热可调节性的要求是特别重要的。用于换热驱动的有效热的换热比(这里和下面称为性能系数)基本上取决于在工作循环时吸收热转换和感热转换的多个部分。吸收转换被认为是在吸附工作气体时形成的吸附热量的释放或者用于需要解吸的吸附热量的吸附，相反，感热转换描述了在加热或者冷却整个***时的能量转换。
为了实现特别高的换热比，总是研发日臻完善的***，其中特别是通过布置多个吸附单元实现尽可能高的热量回收，这些载热介质依次从这些吸附器单元流过并且在多个回路中转换。在此，热量(吸收的热以及感热)回收可以认为是在吸附阶段中的热的每次回收，其中，为了降低用于解吸的外部热源的能量消耗，所回收的热可以用于解吸阶段。
具有两个吸附器单元的吸附机通常应用于制冷。在该制冷机中，吸附器单元交替地作为吸附器和解吸器工作。通常的控制装置在具有多个热量回收阶段的吸附阶段之间工作，这些热量回收阶段将仍然热的吸附器单元的热能部分地传递到仍然冷的吸附器单元中。通过这些热量回收阶段，在设备中存在的能量的某些部分被再次应用，从而仅需从外部输送较少的能量。该热量回收的效能对于整个吸附机的效能来说是决定性的。
通常的控制方案使载热介质在热量回收阶段平行或者连续地通过两个吸附器。对此，在载热介质循环***中需要额外的组件，诸如转换阀或泵。此外，该热量回收回路与其它的回路分离地驱动。这导致了，大多外部连接于吸附机的泵在热量回收时可以不泵送穿过设备的体积流，并且该泵或者必须关掉或者必须在旁路中在设备旁流过。该***的缺点在于较大的技术复杂度、易受干扰性以及较高的生产及维修费用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种吸附机和用于在吸附机中回收热量的方法，鉴于上述缺点对该吸附机进行改进。特别是相对于已知的吸附机减少了部件的数量，而不降低热量回收的效果，而是在可能的情况下改善热量回收。特别是热量回收应该可以在没有中断外部供应体积流的情况下实施。
本发明的目的通过具有权利要求1的特征的吸附机和具有权利要求12的特征的方法实现。从属权利要求描述了本发明有利且特别实用的设计方案。
换句话说，根据本发明的吸附机包括至少一个第一吸附器单元和一个第二吸附器单元、载热介质和至少两个具有温差ΔTx的载热介质回路，其中一个载热介质回路是加热回路，且另一个载热介质回路是冷却回路。每个吸附器单元在第一解吸阶段中作为解吸器工作，并且在第二吸附阶段中作为吸附器工作，其中载热介质在回流管线中从解吸器开始具有比在通向解吸器的进流管线中的载热介质更低的温度，并且载热介质在回流管线中从吸附器开始具有比在通向吸附器的进流管线中载热介质更高的温度。
进而，因为载热介质中的热量传递给吸附器单元，来自进流管线的载热介质在作为解吸器的吸附器单元中冷却，并且因为因为热载体中的热量在吸附器单元上传递，来自进流管线的载热介质在作为吸附器工作的吸附器单元中被加热。
加热回路基本上用于，热量从接通到加热回路中的热源传递给载热介质，进而该载热介质可以加热解吸器。冷却回路基本上用于，借助于接通到冷却回路中的冷却源，热量从载热介质中排出，进而该载热介质可以冷却该吸附器。
加热回路也可以称为高温回路(HT-Circle)，冷却回路也可以称为中温回路(MT-Circle)。相应地，HT-Source理解为加热回路的热源，MT-Sink理解为冷却回路中的冷却源(见图1)。
在高温回路和中温回路之间的温差表示为ΔTx，其中温度TH对应于两个载热介质回路的温差ΔTx的上限。该温度TH是载热介质在高温回路中应该调节到的温度。
温度TM对应于两个载热介质回路的温差ΔTx的下限并且对应于应该在中温回路中应该调节到的那个温度。
通过根据本发明的设计方案可以实现一种吸附机，该吸附机的热量回收至少与传统的吸附机同样大，并且该吸附机在没有额外的部件集成到该机器中的情况下也能有效工作。
特别是，根据本发明吸附机的热力回收可以作为集成在整个过程中的部分过程而实现，其中可以实现不中断体积流。该热量回收可以只是利用在***中的阀和特别是泵来实现，这些阀和泵对于吸附阶段本来就是必要的。
特别是，在根据本发明的吸附机中，温差ΔTX至少为10℃，尤其至少为20℃，特别优选至少为25℃。特别可以设计为，在高温回路中的载热介质具有至少70℃的温度TH，最高90℃，特别是由75℃至85℃。原则上，根据本发明的吸附机或者根据本发明的方法适用于任何温差和温度水平。
在本发明的可选设计方案中，根据本发明的吸附机具有三个载热介质回路，其中高温回路相对于第二中温回路具有温差ΔTx，相对于第三低温回路具有温差ΔTY，且其中温差ΔTY大于温差ΔTx。
利用根据本发明的吸附机，每个吸附器单元没有像通常一样与载热介质回路固定连接或者配属该载热介质回路，而是基于其在回流中的温度配属于载热介质回路。这特别是由此实现，即在部件的进流管线和回流管线中的阀在调节阶段未将二者置于同样的方向(特别是通向相同的载热介质回路)，而是基于邻近的温度水平来调节。在根据本发明的吸附机中，在热量回收阶段开始的时候，阀在两个吸附器单元的进流管线中如此调节，即“新”解吸器由高温回路中获得载热介质，进而被加热。然而，该“新”吸器的仍然冷的回流管线继续通向中温回路，直到温度水平明显地升高，特别是升高预定的大小，或者升高到等同于或高于“旧”解吸器的回流管线温度，该“旧”解吸器为“新”吸附器。与此类似，“新”吸附器的进流管线与中温回路接通，直至温度水平明显地下降，特别是下降到预定的大小，或者下降到等同于或者低于“旧”吸附器的回流管线温度，该“旧”吸附器为“新”解吸器。
附图说明
图1示出了根据本发明的吸附器的实施例的液力示意图。
具体实施方式
在图1中看出，进流管线组(..-VL-..)的多个阀在热量回收时与回流管线组(..-RL-..)的多个阀不一样地接通。吸附机的优点在于，热量回收可以在不中断外部体积流的情况下实现。
因此在热量回收时，载热介质在任何时候以在***回流管线中的最高温度输送到高温回路中。因此，一方面使必须由外部引入到***中的能量最小化，另一方面通过吸附机的设计同样确保了，载热介质在任何时候以最低的温度输送到冷却回路中，从而只要再冷却尽可能少的能量。特别是，当根据本发明实施例精简泵(鉴于已知的控制方案在说明书导言中描述)时，降低了电能需求。
特别是，根据本发明的吸附机包括两个吸附器单元。该吸附机特别可以在二级的、循环的过程中制冷。为了产生持续的冷却流，至少两个吸附器单元彼此相对错接，从而一个吸附器单元刚好被干燥，而另一个吸附器单元被制冷。这个过程越有效地进行，越可以尽早地使吸附材料干燥，这最好还是以较高的驱动温度实现。
相应地，本发明的目的还在于提出一种吸附式冷冻机。该吸附式冷冻机包括至少两个吸附器单元、载热介质、至少两个具有温差ΔTx的载热介质回路和一个控制单元，其中每个吸附器单元在第一解吸阶段中作为解吸器工作且在第二吸附阶段中作为吸附器工作，并且其中载热介质在回流管线中从解吸器开始具有比在通向解吸器的进流管线中的载热介质更低的温度，并且其中载热介质在回流管线中从吸附器开始具有比在通向吸附器的进流管线中的载热介质更高的温度，并且其中载热介质以最高的温度在从第一或者每个其他的吸附器单元开始的回流管线中与高温回路连接。
除了吸附机本身，本发明的目的还在于提出一种根据权利要求12所述的用于在吸附机中热量回收的方法。在特别优选的方式中，回流管线的温度相互比较，并且具有最高温度的回流管线配属于高温回路。
根据本发明的吸附机的工作流程可以如下进行。首先，具有较大内表面的矿物(特别是沸石或者硅胶)在解吸阶段时通过热传递被干燥。如果该材料被充分干燥，热传递停止且通向水箱的阀被打开。基于较大的内表面和特别的晶体结构，会发生很强地水蒸气吸取作用或者使在第二容器中的水蒸发。如在每个蒸发过程时一样，即刻在水中会发生很明显的温度下降，视运行状态而定直至变冷。
为了生成持续的冷却流，两个这种设备彼此相对错接，从而一个吸附器单元刚好被干燥，而另一个制冷。可选地，该吸附机包括三个或者至少三个吸附器单元。特别是由此设计为，一个吸附机包括最高五个吸附器单元。原则上，通过简单地添加其他的吸附器单元而可以持续地扩大吸附机的效率。
利用根据本发明的吸附机，特别是通过减少所需要的泵，而可以明显地减少流量需求和噪音的产生。同时改善了电效率。例如吸附机可以仅在外部载热介质回路中(这就是说在热源和/或冷却源和吸附器单元之间)具有泵，例如每个外部回路具有唯一的泵(如在图1中所示)。吸附器单元本身可以不具有泵。
来自于已存在的***，例如像闭合式热电联产发电机、太阳能设备或者过程废热的废热或余热可以作为热源使用。

Claims (15)

1.一种吸附机，包括
1.1至少一个第一吸附器单元(1)和第二吸附器单元(2)，所述第一吸附器单元和第二吸附器单元分别连接至进流管线(VL)和回流管线(RL)，以便将热量从通过所述进流管线(VL)导入到所述吸附器单元(1、2)中的载热介质输送至所述吸附器单元(1、2)，或者将热量从所述吸附器单元(1、2)排散至所述载热介质；
1.2每个所述吸附器单元(1、2)交替地在解吸阶段中作为解吸器工作，其中热量从所述载热介质排散至所述解吸器，并且所述吸附器单元在吸附阶段作为吸附器工作，其中热量从所述吸附器排散至所述载热介质；
1.3此外，所述吸附机包括至少两个载热介质回路，即一个具有用于给所述载热介质加热的热源(3)的加热回路，和一个具有用于使所述载热介质冷却的冷却源(4)的冷却回路，
其特征在于，
1.4所述吸附机设置有控制单元，所述控制单元分别如此交替地使所述进流管线(VL)和所述回流管线(RL)接通到所述加热回路和冷却回路中，即所述回流管线(RL)总是以最高的温度将所述回流管线的载热介质提供给所述加热回路。
2.根据权利要求1所述的吸附机，其特征在于，所述控制单元如此设计，即所述控制单元总是以最低的温度如此接通所述回流管线(RL)，即所述回流管线将其载热介质提供到所述冷却回路中。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的吸附机，其特征在于，所述控制单元如此设计，在所述第一吸附器单元(1)从解吸阶段转换到吸附阶段且所述第二吸附器单元(2)从吸附阶段转换到解吸阶段时，反之亦然，所述控制单元首先将作为新解吸器接通的所述吸附器单元(1、2)的进流管线(VL)与所述加热回路接通，从而新解吸器由所述加热回路供给进而加热所述新解吸器，并且所述新解吸器的回流管线(RL)继续与所述冷却回路接通，直至在所述回流管线(RL)中所述载热介质的温度水平升高了预定的大小，或者比其他的所述吸附器单元(1、2)的回流管线(RL)更热，并且所述新吸附器(1、2)的进流管线(VL)与所述冷却回路接通，从而所述新吸附器(1、2)被冷却，且所述新吸附器的仍然热的回流管线(RL)继续与所述加热回路保持接通，直至在所述回流管线(RL)中载热介质的温度下降了预定的大小，或者直到或低于其他的所述吸附器单元(1、2)的回流管线(RL)的温度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的吸附机，其特征在于，在所述加热回路和所述冷却回路之间的温差ΔTX至少为10℃，或者至少为20℃，或者至少为25℃。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的吸附机，其特征在于，所述吸附机包括三个载热介质回路。
6.根据权利要求5所述的吸附机，其特征在于，第三载热介质回路是低温回路，并且相对于所述加热回路具有温差ΔTY，其中所述温差ΔTY大于所述温差ΔTX。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的吸附机，其特征在于，具有最低温度的所述载热介质配属于所述低温回路。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的吸附机，其特征在于，所述吸附机包括至少三个所述吸附器单元(1、2)。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的吸附机，其特征在于，水、水蒸气或者油作为载热介质使用。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的吸附机，其特征在于，每个所述吸附器单元(1、2)包括作为吸附介质的沸石。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的吸附机，其特征在于，所述吸附机是冷冻机。
12.一种用于在吸附机中回收热量的方法，所述吸附机包括至少一个第一吸附器单元(1)和一个第二吸附器单元(2)，所述第一吸附器单元和第二吸附器单元分别连接至进流管线(VL)和回流管线(RL)，以便将热量从通过所述进流管线(VL)到达所述吸附器单元(1、2)的载热介质输送至所述吸附器单元(1、2)，或者将热量从所述吸附器单元(1、2)排散至所述载热介质；此外，所述吸附机包括至少两个载热介质回路，即一个具有用于给所述载热介质加热的热源(3)的加热回路，和一个具有用于使所述载热介质冷却的冷却源(4)的冷却回路，其中
其特征在于，
12.1每个所述吸附器单元(1、2)交替地在解吸阶段中作为解吸器工作，其中热量从所述载热介质排散至所述解吸器，并且在吸附阶段作为吸附器工作，其中热量从所述吸附器排散至所述载热介质；
12.2所述进流管线(VL)和所述回流管线(RL)分别如此交替地接通到所述加热回路和冷却回路中，即所述回流管线(RL)总是以最高的温度将所述回流管线的载热介质提供给所述加热回路。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述回流管线(RL)总是以最低的温度如此接通，即所述回流管线将其载热介质提供给所述冷却回路。
14.根据权利要求12或13任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一吸附器单元(1)从解吸阶段转换到吸附阶段且所述第二吸附器单元(2)从吸附阶段转换到解吸阶段时，反之亦然，作为新解吸器接通的所述吸附器单元(1、2)的进流管线(VL)与所述加热回路接通，从而新解吸器由所述加热回路提供并被加热，并且所述新解吸器的回流管线(RL)继续与所述冷却回路接通，直至在所述回流管线(RL)中所述载热介质的温度水平升高了预定的大小，或者比其他的所述吸附器单元(1、2)的回流管线(RL)更热，并且所述新吸附器(1、2)的进流管线(VL)与所述冷却回路接通，从而所述新吸附器(1、2)被冷却，且所述新吸附器的仍然热的回流管线(RL)继续与所述加热回路保持接通，直至在所述回流管线(RL)中载热介质的温度下降了预定的大小，或者下降至或低于其他的所述吸附器单元(1、2)的回流管线(RL)的温度。
15.根据权利要求12至14所述的方法，其特征在于，所述进流管线(VL)和所述回流管线(RL)的转换借助于控制单元实现，所述控制单元相互比较所述回流管线(RL)的温度。
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