CN101319829B - 双效双重吸附式制冷循环*** - Google Patents

双效双重吸附式制冷循环*** Download PDF

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Abstract

一种双效双重吸附式制冷循环***，属于制冷空调技术领域。本发明中，高温反应器通过高温调节阀与冷凝器连接，冷凝器通过节流阀与蒸发器进口连接，蒸发器左出口通过左低温调节阀与左低温反应器连接，左低温反应器出口通过左再吸附调节阀与高温反应器进口连接。蒸发器右出口通过右低温调节阀与右低温反应器进口连接，右低温反应器出口通过右再吸附调节阀与中温反应器连接，中温反应器出口通过中温调节阀与冷凝器右连接。高温反应器、中温反应器、低温反应器中分别安装反应器加热及冷却盘管，并填充吸附剂，冷凝器、蒸发器中分别安装换热盘管。本发明不仅显著提高了固体吸附式制冷循环***的工作性能，且解决了制冷过程不连续的问题。

Description

双效双重吸附式制冷循环***
技术领域
本发明涉及一种制冷空调技术领域的***，具体是一种基于吸附-再吸附过程和内部化学反应热回收过程的双效双重吸附式制冷循环***。
背景技术
近些年来，随着经济的发展和人民生活水平的提高，整个社会的生产生活能耗急剧增加，尤其是随着人们对环境舒适性需求的不断增加，建筑能耗几乎占了整个社会能耗总值的一半，而制冷空调的逐步普及应用又使制冷空调能耗在建筑能耗中占了绝大部分比重。因此，在制冷空调领域开发并实施高效节能技术有着十分重大的意义；与此同时，我国每年有大量的低品位余热(如废热、工业余热等)因得不到合理利用而被排放，造成极大的能源浪费。固体吸附式制冷作为一种可有效利用太阳能和低品位余热的绿色制冷技术，已成为国内外制冷空调节能技术领域关注的热点。
固体吸附式制冷循环***根据制冷产生机理的不同可分为吸附制冷循环和再吸附制冷循环，前者利用制冷剂的蒸发相变潜热来实现制冷，后者采用两种不同的化学吸附剂，利用低温反应器中的吸附剂在解吸过程中吸收解吸热实现制冷。无论是吸附制冷循环还是再吸附制冷循环，其不足之处是基本型循环的制冷过程均是间歇的，且都是一次高温解吸热输入，一次制冷量(蒸发相变潜热制冷或解吸热制冷)输出，即高温解吸热的输入和制冷量的输出在循环次数上是相等的，只是能量数量不同而已，因此，这种热量输入和制冷量输出的方式在一定程度上限制了吸附、再吸附制冷循环中***工作性能的提高。
经对现有技术的公开文献检索发现，目前提高固体吸附式制冷工作性能的主要措施是采用强化换热和回热回质技术，而不是以改进传统固体吸附式制冷循环方式为主要手段，例如中国专利申请号为CN01111038.4的“独立加热/回热/回质/冷却的多效吸附式制冷循环***”专利，即是通过采用回热回质技术来提高固体吸附式制冷循环的工作性能，且回热过程仅仅是部分显热的回收；中国专利申请号为CN200410025398.0的“基于分离热管的高效可靠的吸附制冷机”专利，即是通过采用热管强化换热技术来提高制冷***的工作性能；并没有涉及新型固体吸附式制冷循环***的开发。
发明内容
本发明的目的在于针对传统吸附制冷循环和再吸附制冷循环的不足，提供一种基于吸附-再吸附过程和内部化学反应热回收过程的双效双重吸附式制冷循环***。本发明***中，每输入一次高温解吸热就可以得到四次制冷量的输出，相对传统吸附制冷循环和再吸附制冷循环，本发明可显著提高固体吸附式制冷循环***的工作性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：高温反应器、高温反应器加热及冷却盘管、高温调节阀、冷凝器、冷凝器换热盘管、节流阀、蒸发器、蒸发器换热盘管、低温调节阀、低温反应器、低温反应器加热及冷却盘管、再吸附调节阀、中温调节阀、中温反应器、中温反应器加热及冷却盘管、几种不同反应温度的化学吸附剂(其中高温反应器内填充高温反应化学吸附剂，中温反应器内填充中温反应化学吸附剂，低温反应器内填充低温反应化学吸附剂)。
高温反应器出口与高温调节阀进口连接，高温调节阀出口与冷凝器左进口连接，冷凝器出口与节流阀进口连接，节流阀出口与蒸发器进口连接，蒸发器左出口与左低温调节阀进口连接，左低温调节阀出口与左低温反应器进口连接，左低温反应器出口与左再吸附调节阀进口连接，左再吸附调节阀出口与高温反应器进口连接，蒸发器右出口与右低温调节阀进口连接，右低温调节阀出口与右低温反应器进口连接，右低温反应器出口与右再吸附调节阀进口连接，右再吸附调节阀出口与中温反应器进口连接，中温反应器出口与中温调节阀进口连接，中温调节阀出口与冷凝器右进口连接。高温反应器中填装高温反应化学吸附剂、并安装加热及冷却盘管，冷凝器中安装冷凝器换热盘管，蒸发器中安装蒸发器换热盘管，中温反应器中填装中温反应化学吸附剂、并安装加热及冷却盘管，低温反应器中填装低温反应化学吸附剂、并安装加热及冷却盘管。
本发明的工作流程包括两个阶段：
第一阶段包括：(1)高温反应器中高温反应化学吸附剂的加热解吸过程；(2)制冷剂的冷凝和节流过程；(3)左低温反应器中低温反应化学吸附剂的吸附制冷过程；(4)左低温反应器中低温反应化学吸附剂与高温反应器中高温反应化学吸附剂之间的再吸附制冷过程。
第二阶段包括：(1)中温反应器内中温反应化学吸附剂的加热解吸过程，此过程也为高温反应器与中温反应器之间的内部化学反应热回收过程；(2)制冷剂的冷凝和节流过程；(3)右低温反应器中低温反应化学吸附剂的吸附制冷过程；(4)右低温反应器中低温反应化学吸附剂与中温反应器内中温反应化学吸附剂之间的再吸附制冷过程。
本发明具有积极的效果：其一，双效双重吸附式制冷***在每次循环过程中，仅对高温反应器输入一次高温解吸热，就能实现四次制冷量的输出，即左低温反应器与蒸发器之间发生的制冷剂相变潜热制冷；右低温反应器与蒸发器之间发生的制冷剂相变潜热制冷；高温反应器与左低温反应器之间发生的再吸附制冷及中温反应器和右低温反应器之间发生的再吸附制冷。其二，双效双重吸附式制冷循环***可实现连续制冷，第一阶段制冷过程为左低温反应器与蒸发器之间发生制冷剂相变潜热制冷以及中温反应器与右低温反应器之间发生再吸附制冷；第二阶段制冷过程为左低温反应器和高温反应器之间的再吸附制冷以及右低温反应器和蒸发器之间发生的制冷剂相变潜热制冷。其三，双效双重制冷循环***可实现高温反应器与中温反应器之间的内部化学反应热回收过程。当高温反应器与左低温反应器之间发生再吸附制冷时，高温反应器中的高温反应化学吸附剂会产生大量的吸附热，同时中温反应器处于解吸状态，将高温反应器的吸附热回收利用可以加热解吸中温反应器中的中温反应化学吸附剂，一方面避免了高温反应器吸附热的浪费，另一方面减少了***对外界高温热源的热量需求，从而实现整个制冷循环***的节能目的。其四，双效双重吸附式制冷循环***具有较大的制冷能力。与吸附制冷循环相比，制冷能力高出利用解吸热产生的制冷量；与再吸附制冷循环相比，其制冷能力高出制冷剂蒸发潜热的制冷量；与基于吸附-再吸附过程的双效双重吸附制冷循环相比，制冷能力高出中温反应器与右低温反应器之间的再吸附制冷量以及右低温反应器与蒸发器之间的吸附制冷量。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
其中：1是高温反应器，2是高温反应器加热及冷却盘管，3是高温反应化学吸附剂，4是高温调节阀，5是冷凝器换热盘管，6是冷凝器，7是中温调节阀，8是中温反应器，9是中温反应器加热及冷却盘管，10是中温反应化学吸附剂，11是中温反应器8与低温反应器12之间的再吸附调节阀，12是低温反应器，13是低温反应器12的加热及冷却盘管，14是低温反应化学吸附剂，15是低温反应器12与蒸发器18之间的低温调节阀，16是蒸发器换热盘管，17是节流阀，18是蒸发器，19是低温反应器20与蒸发器18之间的低温调节阀，20是低温反应器，21是低温反应器20的加热及冷却盘管，22是高温反应器1与低温反应器20之间的再吸附调节阀；
图中：管内实线箭头方向表示制冷剂的流动方向，管外实线箭头方向表示盘管中传热流体的流动方向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括高温反应器1，高温反应器加热及冷却盘管2，高温反应化学吸附剂3，高温调节阀4，冷凝器换热盘管5，冷凝器6，，中温调节阀7，中温反应器8，中温反应器加热及冷却盘管9，中温反应化学吸附剂10，中温反应器8与低温反应器12之间的再吸附调节阀11，低温反应器12，低温反应器12的加热及冷却盘管13，低温反应化学吸附剂14，低温反应器12与蒸发器18之间的低温调节阀15，蒸发器换热盘管16，节流阀17，蒸发器18，低温反应器20与蒸发器18之间的低温调节阀19，低温反应器20，低温反应器20的加热及冷却盘管21，高温反应器1与低温反应器20之间的再吸附调节阀22。
高温反应器1出口与高温调节阀4进口连接，高温调节阀4出口与冷凝器6左进口连接，冷凝器6出口与节流阀17进口连接，节流阀17出口与蒸发器18进口连接，蒸发器18左出口与低温调节阀19进口连接，低温调节阀19出口与低温反应器20进口连接，低温反应器20出口与再吸附调节阀22进口连接，再吸附调节阀22出口与高温反应器1进口连接，蒸发器18右出口与低温调节阀15进口连接，低温调节阀15出口与低温反应器12进口连接，低温反应器12出口与再吸附调节阀11进口连接，再吸附调节阀11出口与中温反应器8进口连接，中温反应器8出口与中温调节阀7进口连接，中温调节阀7出口与冷凝器6右进口连接。高温反应器1中安装加热及冷却盘管2，冷凝器6中安装冷凝器换热盘管5，蒸发器18中安装蒸发器换热盘管16，中温反应器8中安装加热及冷却盘管9，低温反应器12中安装加热及冷却盘管13，低温反应器20中安装加热及冷却盘管21。高温反应化学吸附剂3填充于高温反应器1内，中温反应化学吸附剂10填充于中温反应器8内，低温反应化学吸附剂14填充于低温反应器12和20内。
在相同的工作压力下，所述高温反应化学吸附剂3的工作温度高于中温反应化学吸附剂10及低温反应化学吸附剂14。
在相同的工作压力下，所述中温反应化学吸附剂10的工作温度高于低温反应化学吸附剂14。
所述高温反应化学吸附剂3在每次循环过程中，由外界高温热源输入一次解吸热，中温反应化学吸附剂10的解吸热由高温反应化学吸附剂3的吸附热提供。
本***中，制冷剂的流动有两个循环环路：在第一个循环过程中，制冷剂依次经过高温反应器1、冷凝器6、蒸发器18、低温反应器20，再回到高温反应器1，形成第一个环状的流动循环回路；在第二个循环过程中，制冷剂依次经过中温反应器8，冷凝器6，蒸发器18，低温反应器12，再回到中温反应器8，形成第二个环状的流动循环回路。
在制冷剂的第一个循环环路中，工作过程：①高温反应器1中高温反应化学吸附剂3的加热解吸过程；②制冷剂的冷凝和节流过程；③左低温反应器20中低温反应化学吸附剂14的吸附制冷过程；④左低温反应器20中低温反应化学吸附剂14与高温反应器1中高温反应化学吸附剂3之间的再吸附制冷过程。
①高温反应器1中高温反应化学吸附剂3的加热解吸过程。在加热解吸过程中，关闭高温反应器1与左低温反应器20之间的再吸附调节阀22，通过高温反应器中的加热盘管2对高温反应器1中的高温反应化学吸附剂3进行加热，当吸附剂3的温度上升到解吸温度后，开启高温反应器1与冷凝器6之间的高温调节阀4，制冷剂从高温反应器1中的高温反应化学吸附剂3中解吸出来，完成高温反应器1的解吸过程。
②制冷剂的冷凝和节流过程。从高温反应器1中高温反应化学吸附剂3解吸出来的制冷剂蒸汽进入冷凝器6并与冷凝器换热盘管5进行换热，放出热量凝结成液态制冷剂，然后流经节流阀17节流形成低温低压的液态制冷剂进入蒸发器18，完成制冷剂的凝结及节流过程。
③左低温反应器20中低温反应化学吸附剂14的吸附制冷过程。在吸附制冷过程中，仍然关闭高温反应器1与左低温反应器20之间的再吸附调节阀22，通过左低温反应器20的冷却盘管21对左低温反应器20中的低温反应化学吸附剂14进行冷却，当吸附剂14的温度降低到吸附温度后，打开左低温反应器20与蒸发器18之间的低温调节阀19，左低温反应器20中的低温反应化学吸附剂14开始对蒸发器18中的制冷剂进行吸附，蒸发器18中的低温低压液态制冷剂在低温反应化学吸附剂14的吸附作用下发生相变吸收蒸发器换热盘管16中传热流体的热量，产生吸附制冷效果，实现本发明双效双重吸附式制冷循环***中的第一次冷量输出。
④左低温反应器20中低温反应化学吸附剂14与高温反应器1中高温反应化学吸附剂3之间的再吸附制冷过程。在再吸附过程中，高温反应器1与冷凝器6之间的高温调节阀4和左低温反应器20与蒸发器18之间的低温调节阀19均关闭，高温反应器1中高温反应化学吸附剂3因解吸过程完成后具有较强的吸附性能，同时，左低温反应器20中低温反应化学吸附剂14因吸附过程完成已达到吸附饱和状态，利用高温反应器冷却盘管2对高温反应器1中的高温反应化学吸附剂3进行冷却使其温度降低，当高温反应器1中高温反应化学吸附剂3的温度下降到吸附温度后，开启高温反应器1与左低温反应器20之间的再吸附调节阀22，此时，高温反应器1内高温反应化学吸附剂3发生高温下的吸附反应，左低温反应器20内低温反应化学吸附剂14发生低温下的解吸反应。高温反应器1中高温反应化学吸附剂3释放的吸附热通过高温反应器冷却盘管2中的传热流体进行回收利用，为填充于中温反应器8中的中温反应化学吸附剂10提供解吸热，左低温反应器20中低温反应化学吸附剂14在解吸阶段向低温反应器加热盘管21中的传热流体吸收热量，产生再吸附制冷效果，实现本发明双效双重吸附式制冷循环***中的第二次冷量输出。
在制冷剂的第二个循环环路中，工作过程：①中温反应器8内中温反应化学吸附剂10的加热解吸过程，此过程也为高温反应器1与中温反应器8之间的内部化学反应热回收过程；②制冷剂的冷凝和节流过程；③右低温反应器12中低温反应化学吸附剂14的吸附制冷过程；④右低温反应器12中低温反应化学吸附剂14与中温反应器8中的中温反应化学吸附剂10之间的再吸附制冷过程。
①中温反应器8中的中温反应化学吸附剂10的加热解吸过程，此过程也为高温反应器1与中温反应器8之间的内部化学反应热回收过程。在内部化学反应热回收阶段，高温反应器1与冷凝器6之间的高温调节阀4、左低温反应器20与蒸发器18之间的低温调节阀19、中温反应器8与右低温反应器12之间的再吸附调节阀11均关闭。回收利用高温反应器1中高温反应化学吸附剂3在再吸附过程中产生的吸附热，通过中温反应器加热盘管9对中温反应器8中的中温反应化学吸附剂10进行加热解吸，当中温反应器8中吸附剂10的温度上升到解吸温度后，开启中温反应器8与冷凝器6之间的中温调节阀7，制冷剂从中温反应器8中的中温反应化学吸附剂10中解吸出来，完成中温反应器8的解吸过程。
②制冷剂的冷凝和节流过程。从中温反应器8中的中温反应化学吸附剂10解吸出来的制冷剂蒸汽进入冷凝器6并与冷凝器换热盘管5进行换热，放出热量凝结成液态制冷剂，然后流经节流阀17节流形成低温低压的液态制冷剂进入蒸发器18，完成制冷剂的凝结及节流过程。
③右低温反应器12中低温反应化学吸附剂14的吸附制冷过程。在冷却吸附过程中，仍然关闭中温反应器8与右低温反应器12之间的再吸附调节阀11，通过右低温反应器12的冷却盘管13对右低温反应器12中的低温反应化学吸附剂14进行冷却，当吸附剂14的温度降低到吸附温度后，打开右低温反应器12与蒸发器18之间的低温调节阀15，右低温反应器12中的低温反应化学吸附剂14开始对蒸发器18中的制冷剂进行吸附，蒸发器18中的低温低压液态制冷剂在低温反应化学吸附剂14的吸附作用下发生相变吸收蒸发器换热盘管16中传热流体的热量，产生吸附制冷效果，实现本发明双效双重吸附式制冷循环***中的第三次冷量输出。
④右低温反应器12中低温反应化学吸附剂14与中温反应器8内中温反应化学吸附剂10之间的再吸附制冷过程。在再吸附过程中，中温反应器8与冷凝器6之间的中温调节阀7和右低温反应器12与蒸发器18之间的低温调节阀15均关闭，利用中温反应器冷却盘管9对中温反应器8中的中温反应化学吸附剂10进行冷却使其温度降低，当中温反应器8中的中温反应化学吸附剂10的温度下降到吸附温度后，开启中温反应器8与右低温反应器12之间的再吸附调节阀11，此时，中温反应器8内中温反应化学吸附剂10发生中温下的吸附反应，右低温反应器12内低温反应化学吸附剂14发生低温下的解吸反应。中温反应器8内中温反应化学吸附剂10释放的吸附热通过中温反应器冷却盘管9中的传热流体带走，右低温反应器12中低温反应化学吸附剂14在解吸阶段向低温反应器加热盘管13中的传热流体吸收热量，产生再吸附制冷效果，实现本发明双效双重吸附式制冷循环***中的第四次冷量输出。

Claims (6)

1.一种双效双重吸附式制冷循环***，包括：高温反应器(1)，高温反应器加热及冷却盘管(2)，高温反应化学吸附剂(3)，高温调节阀(4)，冷凝器换热盘管(5)，冷凝器(6)，中温调节阀(7)，中温反应器(8)，中温反应器加热及冷却盘管(9)，中温反应化学吸附剂(10)，第一再吸附调节阀(11)、第二再吸附调节阀(22)，第一低温反应器(12)、第二低温反应器(20)，第一低温反应器加热及冷却盘管(13)、第二低温反应器加热及冷却盘管(21)，低温反应化学吸附剂(14)，第一低温调节阀(15)、第二低温调节阀(19)，蒸发器换热盘管(16)，节流阀(17)，蒸发器(18)，其特征在于：高温反应器(1)出口与高温调节阀(4)进口连接，高温调节阀(4)出口与冷凝器(6)左进口连接，冷凝器(6)出口与节流阀(17)进口连接，节流阀(17)出口与蒸发器(18)进口连接，蒸发器(18)左出口与第二低温调节阀(19)进口连接，第二低温调节阀(19)出口与第二低温反应器(20)进口连接，第二低温反应器(20)出口与第二再吸附调节阀(22)进口连接，第二再吸附调节阀(22)出口与高温反应器(1)进口连接，蒸发器(18)右出口与第一低温调节阀(15)进口连接，第一低温调节阀(15)出口与第一低温反应器(12)进口连接，第一低温反应器(12)出口与第一再吸附调节阀(11)进口连接，第一再吸附调节阀(11)出口与中温反应器(8)进口连接，中温反应器(8)出口与中温调节阀(7)进口连接，中温调节阀(7)出口与冷凝器(6)右进口连接；高温反应器(1)中设有加热及冷却盘管(2)，冷凝器(6)中设有冷凝器换热盘管(5)，蒸发器(18)中设有蒸发器换热盘管(16)，中温反应器(8)中设有加热及冷却盘管(9)，第一低温反应器(12)中设有第一加热及冷却盘管(13)，第二低温反应器(20)中设有第二加热及冷却盘管(21)，高温反应化学吸附剂(3)填充于高温反应器(1)内，中温反应化学吸附剂(10)填充于中温反应器(8)内，低温反应化学吸附剂(14)填充于第一低温反应器(12)和第二低温反应器(20)内。
2.根据权利要求1所述的双效双重吸附式制冷循环***，其特征是，在相同的工作压力下，所述高温反应化学吸附剂(3)的工作温度高于中温反应化学吸附剂(10)的温度及低温反应化学吸附剂(14)的温度。
3.根据权利要求1所述的双效双重吸附式制冷循环***，其特征是，在相同的工作压力下，所述中温反应化学吸附剂(10)的工作温度高于低温反应化学吸附剂(14)的温度。
4.根据权利要求1所述的双效双重吸附式制冷循环***，其特征是，所述高温反应化学吸附剂(3)在每次循环过程中，由外界高温热源输入一次解吸热，实现四次制冷过程，其中制冷过程由吸附过程中制冷剂蒸发相变制冷和再吸附过程中低温反应化学吸附剂的解吸热组成。
5.根据权利要求1所述的双效双重吸附式制冷循环***，其特征是，所述高温反应器(1)与中温反应器(8)之间采用内部化学反应热回收技术，中温反应化学吸附剂(10)的解吸热由高温反应化学吸附剂(3)的吸附热提供。
6.根据权利要求1所述的双效双重吸附式制冷循环***，其特征是，所述制冷剂的流动有两个循环环路：在第一个循环过程中，制冷剂依次经过高温反应器(1)、冷凝器(6)、蒸发器(18)、第二低温反应器(20)，再回到高温反应器(1)，形成第一个环状的流动循环回路；在第二个循环过程中，制冷剂依次经过中温反应器(8)、冷凝器(6)、蒸发器(18)、第一低温反应器(12)，再回到中温反应器(8)，形成第二个环状的流动循环回路。
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