專利名稱：低溫?zé)嵩打?qū)動的兩級吸附式冷凍循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種吸附冷凍循環(huán)系統(tǒng)，具體是一種低溫?zé)嵩打?qū)動的兩級吸 附式冷凍循環(huán)系統(tǒng)。屬于吸附制冷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前在空調(diào)應(yīng)用方面，吸附與吸收式制冷己經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化。代表性的產(chǎn)品 為溴化鋰一水吸收式制冷機(jī)組以及硅膠一水吸附式制冷機(jī)組。但對于冷凍工況， 尤其對于驅(qū)動溫度低于IO(TC的余熱，在實現(xiàn)制冷溫度低于0。C的冷藏以及冷凍 效果的工況，目前唯一可用的技術(shù)為吸附式制冷技術(shù)。但在低溫?zé)嵩?驅(qū)動溫度 低于9(TC)驅(qū)動的工況下，國內(nèi)外的研究中，吸附制冷設(shè)備的制冷溫度都是在 -5'C (TC左右，很難實現(xiàn)更低溫度的制冷。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，為了解決以上問題，N Le Pierres在 International Journal of Rfrigeration (2007; 30: 1050-1058)上面發(fā)表 了 "Experimental results of a solar powered cooling system at low temperature"("太陽能驅(qū)動的低溫冷卻系統(tǒng)的試驗結(jié)果"，《國際制冷雜志》， 2007; 30: 1050-1058)，該文章提出了采用氯化鋇的兩級循環(huán)。其具體原理是利 用一個氯化鋇吸附床(冷卻床)的制冷輸出，來冷卻另外一個氯化鋇吸附床(制 冷床)，使其冷卻溫度可以達(dá)到2(TC以下，從而可以實現(xiàn)-15 -20'C以下的制冷。 對于氯化物無機(jī)鹽工質(zhì)對，由于吸附熱的量級相對于制冷劑的潛熱來說，為2倍 左右(例如氯化鋇的吸附熱為2215kJ/kg，氨的汽化潛熱在-15。C時為 1312kJ/kg)，在這種條件下，冷卻床中吸附劑的質(zhì)量必須等于制冷床中吸附劑質(zhì) 量的兩倍以上，才可以完全帶走制冷床吸附過程中所產(chǎn)生的吸附熱，這導(dǎo)致了整 個系統(tǒng)的制冷COP非常低。該制冷系統(tǒng)的制冷COP低于0. 1，僅為0. 07 0. 09 左右。

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，提供一種低溫?zé)嵩打?qū)動的兩級吸附式冷凍循環(huán)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)在低溫?zé)嵩打?qū)動條件下一1(TC以下的冷量輸出， 并提高其制冷性能系數(shù)COP。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括冷卻水入口、冷凝器、冷 凝器換熱器、第一冷媒閥門、第一冷卻接管、第一熱媒閥門、熱媒入口、第一吸 附床換熱器出口、第二冷媒閥門、第二熱媒闊門、第一熱媒接管、第二熱媒接管、 第一吸附床換熱器、第一吸附床、第一氨接管、第一氨閥、截流閥、第二氨接管、 第二吸附床換熱器、第二吸附床、第二吸附床換熱器出口、第三氨接管、第二氨 閥、冷凍液入口、蒸發(fā)器換熱器、冷凍液出口、蒸發(fā)器、第三氨閥、第四氨接管、 第二冷卻接管。
冷卻水入口與冷凝器換熱器下部相連接，冷凝器換熱器放置于冷凝器內(nèi)部。 冷凝器換熱器上部與第一冷卻接管以及第二冷卻接管相連接。第一冷媒闊門連接 在第二冷卻接管上，第二冷媒閥門連接在第一冷卻接管上。第二冷卻接管與第一 吸附床換熱器下部相連接，第一吸附床換熱器上部與第一吸附床換熱器出口相連 接。熱媒入口通過第一熱媒接管與第二吸附床換熱器的上部相連接，第二熱媒閥 門連接在第一熱媒接管上。熱媒入口通過第二熱媒接管與第一吸附床換熱器相連 接，第一熱媒閥門連接在第二熱媒接管上。第一吸附床換熱器安裝在第一吸附床 內(nèi)部。第二吸附床換熱器安裝在第二吸附床內(nèi)部。第二吸附床換熱器出口與第二 吸附床換熱器的下部相連接。冷凍水入口與蒸發(fā)器換熱器的上部相連接，冷凍水 出口與蒸發(fā)器換熱器的下部相連接。蒸發(fā)器換熱器安裝在蒸發(fā)器的內(nèi)部。第一氨 接管安裝在第一吸附床與第二吸附床之間，第一氨閥安裝在第一氨接管上面。第 二氨接管安裝在蒸發(fā)器與冷凝器之間，截流閥安裝在第二氨接管上。第三氨接管 連接在第二吸附床與蒸發(fā)器之間，第二氨閥安裝在第三氨接管上面。第四氨接管 連接在冷凝器與第一吸附床之間，第三氨閥安裝在第四氨接管上。
該系統(tǒng)的工作過程包括兩個過程，一為第二吸附床與第一吸附床之間的加熱 解吸過程。第二吸附床采用氯化鈣為主要吸附劑，第一吸附床采用氯化鋇為主要 吸附劑。第二吸附床加熱解吸時，第二氨閥、第三氨閥以及節(jié)流閥關(guān)閉。第二冷 媒閥門、第一熱媒閥門關(guān)閉，第二吸附床在熱媒的加熱作用下開始解吸，第一吸 附床在冷卻水的冷卻作用下開始吸附。第一吸附床的吸附作用可以大大拉動第二吸附床的解吸效果，降低其對熱源溫度的要求。第二個工作過程為第二吸附床冷 卻吸附、第一吸附床加熱解吸。此時第一氨閥、第一冷卻閥門、第二熱媒閥門關(guān) 閉，第二吸附床在冷卻水的冷卻作用下吸附蒸發(fā)器中的氨制冷劑，產(chǎn)生制冷效果。 第一吸附床在熱媒的加熱作用下解吸，所解吸出來的制冷劑在冷凝器中冷凝。
這種兩級的制冷循環(huán)在解吸過程中通過第一氨接管以及第一氨闊將第一吸 附床與第二吸附床相連接，可以大大降低第二吸附床中氯化鈣對熱源的要求，并 可以利用氯化鈣對制冷劑良好的吸附效果降低制冷溫度，在70 8(TC熱源驅(qū)動 下即可以產(chǎn)生-10'C以下的制冷效果，制冷系數(shù)C0P可以達(dá)到0. 3左右。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實施例。
如圖l所示，本實施例包括冷卻水入口 1、冷凝器2、冷凝器換熱器3、 第一冷媒閥門4、第一冷卻接管5、第二冷媒閥門6、第二熱媒閥門7、第一熱媒 閥門8、第二熱媒接管9、熱媒入口 10、第一熱媒接管11、第一吸附床換熱器出 口 12、第一吸附床換熱器13、第一吸附床14、第一氨接管15、第一氨閥16、 截流閥17、第二氨接管18、第二吸附床換熱器19、第二吸附床20、第二吸附床 換熱器出口 21、第三氨接管22、第二氨閥23、冷凍液入口 24、蒸發(fā)器換熱器 25、冷凍液出口 26、蒸發(fā)器27、第三氨閥28、第四氨接管29、第二冷卻接管 30。
冷卻水入口 1與冷凝器換熱器3下部相連接，冷凝器換熱器3放置于冷凝器 2內(nèi)部。冷凝器換熱器3上部與第一冷卻接管5以及第二冷卻接管30相連接。 第一冷媒閥門4連接在第二冷卻接管30上，第二冷媒閥門6連接在第一冷卻接 管5上。第二冷卻接管30與第一吸附床換熱器13下部相連接，第一吸附床換熱 器13上部與第一吸附床換熱器出口 12相連接。熱媒入口 IO通過第一熱媒接管 11與第二吸附床換熱器19的上部相連接，第二熱媒閥門7連接在第一熱媒接管 11上。熱媒入口 10通過第二熱媒接管9與第一吸附床換熱器13相連接，第一熱媒閥門8連接在第二熱媒接管9上。第一吸附床換熱器13安裝在第一吸附床 14內(nèi)部。第二吸附床換熱器19安裝在第二吸附床20內(nèi)部。第二吸附床換熱器 出口 21與第二吸附床換熱器19的下部相連接。冷凍水入口 24與蒸發(fā)器換熱器 25的上部相連接，冷凍水出口 26與蒸發(fā)器換熱器25的下部相連接。蒸發(fā)器換 熱器25安裝在蒸發(fā)器27的內(nèi)部。第二氨接管18安裝在蒸發(fā)器27與冷凝器2之 間，截流閥17安裝在第二氨接管18上。
第二吸附床20通過第一氨接管15以及第一氨閥16與第一吸附床14相連通， 形成第二吸附床的解吸及第一吸附床的吸附回路。
第一吸附床14通過第三氨閥28以及第四氨接管29與冷凝器2相連通，形 成第一吸附床14的解吸回路；同時第二吸附床20通過第三氨接管22以及第二 氨閥23與蒸發(fā)器27相連通，形成第二吸附床20的吸附回路。
整個系統(tǒng)的工作過程包括兩個過程， 一為第二吸附床20與第一吸附床14之 間的加熱解吸過程。第二個工作過程為第二吸附床20冷卻吸附、第一吸附床14 加熱解吸。本發(fā)明可以實現(xiàn)70 8(TC低溫?zé)嵩礂l件下-IO'C以下的冷量輸出。
以下對于這兩部分的工作過程作詳細(xì)的描述
1、 第二吸附床20與第一吸附床14之間的加熱解吸過程。 此時第二熱媒閥門7開啟，第一熱媒閥門8關(guān)閉，熱媒水通過熱媒入口IO、
第二熱媒閥門7進(jìn)入到第二吸附床換熱器19，通過第二吸附床換熱器19對第二 吸附床20進(jìn)行加熱。同時第一冷媒閥門4開啟，第二冷媒閥門6關(guān)閉，冷卻水 通過冷卻水入口 1、第一冷媒閥門4進(jìn)入到第一吸附床換熱器13，通過第一吸附 床換熱器13對第一吸附床14進(jìn)行冷卻。第二吸附床20在加熱作用下開始解吸， 壓力升高。第一吸附床14在冷媒水的冷卻作用下，壓力降低，并開始恢復(fù)吸附 能力。當(dāng)?shù)诙酱?0的壓力高于第一吸附床14的壓力時，第一氨閥16開啟， 第二吸附床20所解吸出來的氨氣一方面在第一吸附床換熱器13的冷卻作用下冷 凝，另一方面在第一吸附床14的吸附作用下解吸。第一吸附床14的吸附作用與 第一吸附床換熱器13的冷凝作用的雙重耦合，可以大大拉動第二吸附床20的解 吸，從而提高吸附劑對低溫?zé)嵩吹倪m應(yīng)能力。除上訴閥門的工作狀態(tài)外，其他閥 門均關(guān)閉。
2、 第二吸附床20冷卻吸附、第一吸附床14加熱解吸此時第二熱媒閥門7關(guān)閉，第一熱媒閥門8開啟，第三氨閥28開啟。熱媒 水通過熱媒入口 10、第一熱媒閥門8進(jìn)入到第一吸附床換熱器13，通過第一吸 附床換熱器13對第一吸附床14進(jìn)行加熱，第一吸附床14在加熱作用下開始解 吸，壓力上升，所解吸出來的氣體通過第三氨閥28進(jìn)入到冷凝器2中，在冷凝 器換熱器3的冷卻作用下冷凝成液體。
同時第一冷媒閥門4關(guān)閉，第二冷媒閥門6開啟，冷卻水通過冷卻水入口 1 首先通過冷凝器換熱器3對冷凝器2進(jìn)行冷卻，然后通過第二冷媒閥門6進(jìn)入到 第二吸附床換熱器19，通過第二吸附床換熱器19對第二吸附床20進(jìn)行冷卻。 第二吸附床20在冷卻作用下壓力降低，并開始恢復(fù)吸附能力。當(dāng)?shù)诙酱驳?壓力低于蒸發(fā)器27的壓力時，第二氨閥23開啟，蒸發(fā)器27中的氨制冷劑在第 二吸附床20的吸附作用下開始汽化，其汽化潛熱所產(chǎn)生的制冷效果通過冷凍液 在冷凍液入口 24、蒸發(fā)器換熱器25以及冷凍液出口 26中間的循環(huán)，輸出到外 界。
這個過程中截流閥17開啟，冷凝器2中的液體通過截流閥流入到蒸發(fā)器27中。
這個過程中除上述閥門的工作狀態(tài)外，其他閥門均關(guān)閉。 本實施例良好的吸附效果降低制冷溫度，在70 8(TC熱源驅(qū)動下明顯產(chǎn)生 -l(TC以下的制冷效果。
權(quán)利要求
1、一種低溫?zé)嵩打?qū)動的兩級吸附式冷凍循環(huán)系統(tǒng)，包括冷卻水入口、冷凝器、冷凝器換熱器、第一冷媒閥門、第一冷卻接管、第一熱媒閥門、熱媒入口、第一吸附床換熱器出口、第二冷媒閥門、第二熱媒閥門、第一熱媒接管、第二熱媒接管、第一吸附床換熱器、第一吸附床、第一氨接管、第一氨閥、截流閥、第二氨接管、第二吸附床換熱器、第二吸附床、第二吸附床換熱器出口、第三氨接管、第二氨閥、冷凍液入口、蒸發(fā)器換熱器、冷凍液出口、蒸發(fā)器、第三氨閥、第四氨接管、第二冷卻接管，其特征在于冷卻水入口與冷凝器換熱器下部相連接，冷凝器換熱器放置于冷凝器內(nèi)部，冷凝器換熱器上部與第一冷卻接管以及第二冷卻接管相連接，第一冷媒閥門連接在第二冷卻接管上，第二冷媒閥門連接在第一冷卻接管上，第二冷卻接管與第一吸附床換熱器下部相連接，第一吸附床換熱器上部與第一吸附床換熱器出口相連接，熱媒入口通過第一熱媒接管與第二吸附床換熱器的上部相連接，第二熱媒閥門連接在第一熱媒接管上，熱媒入口通過第二熱媒接管與第一吸附床換熱器相連接，第一熱媒閥門連接在第二熱媒接管上，第一吸附床換熱器安裝在第一吸附床內(nèi)部，第二吸附床換熱器安裝在第二吸附床內(nèi)部，第二吸附床換熱器出口與第二吸附床換熱器的下部相連接，冷凍水入口與蒸發(fā)器換熱器的上部相連接，冷凍水出口與蒸發(fā)器換熱器的下部相連接，蒸發(fā)器換熱器安裝在蒸發(fā)器的內(nèi)部，第一氨接管安裝在第一吸附床與第二吸附床之間，第一氨閥安裝在第一氨接管上面，第二氨接管安裝在蒸發(fā)器與冷凝器之間，截流閥安裝在第二氨接管上，第三氨接管連接在第二吸附床與蒸發(fā)器之間，第二氨閥安裝在第三氨接管上面，第四氨接管連接在冷凝器與第一吸附床之間，第三氨閥安裝在第四氨接管上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫?zé)嵩打?qū)動的兩級吸附式冷凍循環(huán)系統(tǒng)，其特 征是，所述第二吸附床通過第一氨接管以及第一氨閥與第一吸附床相連通，形成 第二吸附床的解吸及第一吸附床的吸附回路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫?zé)嵩打?qū)動的兩級吸附式冷凍循環(huán)系統(tǒng)，其特 征是，所述第一吸附床通過第三氨閥以及第四氨接管與冷凝器相連通，形成第一吸附床的解吸回路，同時第二吸附床通過第三氨接管以及第二氨閥與蒸發(fā)器相連 通，形成第二吸附床的吸附回路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的低溫?zé)嵩打?qū)動的兩級吸附式冷凍循環(huán)系 統(tǒng)，其特征是，所述第二吸附床采用氯化鈣為吸附劑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的低溫?zé)嵩打?qū)動的兩級吸附式冷凍循環(huán)系 統(tǒng)，其特征是，所述第一吸附床采用氯化鋇為吸附劑。
全文摘要
一種低溫?zé)嵩打?qū)動的兩級吸附式冷凍循環(huán)系統(tǒng)，屬于吸附制冷領(lǐng)域。本發(fā)明的第一吸附床與第二吸附床通過第一氨接管以及第一氨閥相連通，第一吸附床通過第四氨接管與第三氨閥與冷凝器相連通，第二吸附床通過第三氨接管與第二氨閥與蒸發(fā)器相連通。冷卻水入口通過冷凝器換熱器、第一冷卻接管、第二冷卻接管分別與第一吸附床換熱器以及第二吸附床換熱器相連接，熱媒入口通過第一熱媒接管以及第二熱媒接管分別與第一吸附床換熱器以及第二吸附床換熱器相連接。本發(fā)明可以實現(xiàn)70～80℃低溫?zé)嵩礂l件下-10℃以下的冷量輸出。
文檔編號F25B17/08GK101303181SQ20081003883
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月12日
發(fā)明者吳靜怡, 律 徐, 王麗偉, 王如竹 申請人:上海交通大學(xué)