以發(fā)動機尾氣為能源驅動的化學吸附式制冷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以發(fā)動機尾氣為能源驅動的化學吸附式制冷系統(tǒng)，包括N個吸附床組件，每個吸附床組件包括吸附床單元管組件、氨氣吸附管路和氨氣脫附管路、進煙氣管路、冷卻水進水管路和冷卻水出水管路；所述吸附床單元管組件包括M個吸附單元管，每個吸附單元管包括吸附外管、設置在吸附外管內的多個托盤、設置在多個托盤中部的濾網，每個托盤內設置有吸附劑，所述吸附外管的頂端連接氣總管；所述氨氣脫附管路和氨氣吸附管路之間依次連接有冷凝器、液氨儲罐、節(jié)流閥和蒸發(fā)器。本發(fā)明結構簡單、可靠性高、冷卻效果好。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種化學吸附式熱能制冷系統(tǒng)，具體涉及以發(fā)動機尾氣為能源驅動的 化學吸附式制冷系統(tǒng)。 以發(fā)動機尾氣為能源驅動的化學吸附式制冷系統(tǒng)

【背景技術】
[0002] 在利用發(fā)動機高溫尾氣的熱源進行熱能吸附式制冷的技術和產品研究中，以往常 常采用機械式煙板閥結構，用以控制切換發(fā)動機尾氣和冷卻水的通道，該機構存在以下缺 陷：由于尾氣溫度高達300-600°C，機械式煙板閥難以尋求到在該溫度條件下的密封材料， 因而無可避免地存在漏氣和漏水問題；機械式煙板閥機械加工工藝復雜、周期長、成本高； 在高溫條件下，機械式煙板閥易發(fā)生熱脹冷縮變形、卡殼等機械故障，影響系統(tǒng)正常運行 等；若用于海上船舶發(fā)動機尾氣制冷場合，機械煙板閥還存在難以抗拒的海水腐蝕問題。
[0003] 現有技術中，通過在發(fā)動機尾氣與吸附發(fā)生器之間的煙道管中增設浮筒裝置，將 煙道設置于發(fā)生器內部，發(fā)生器內壁與煙道管僅僅只一層鐵板相隔。但是實際應用時，由于 發(fā)動機尾氣熱量絕大部分加熱到浮筒上，以及浮筒附近的發(fā)生器內壁，使浮筒和發(fā)生器內 壁嚴重變形開裂，且堵塞了煙道管，嚴重浪費了吸附床所需要的發(fā)動機尾氣熱量。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種以發(fā)動機尾氣為能源驅動的化學吸附式制冷系統(tǒng)，包括 并聯連接的N個吸附床組件，每個吸附床組件包括吸附床單元管組件、氨氣吸附管路和氨 氣脫附管路、進煙氣管路、出煙氣管路、冷卻水進水管路和冷卻水出水管路；所述吸附床單 元管組件包括設置在吸附床容器內的Μ個吸附單元管，每個吸附單元管包括吸附外管、設 置在吸附外管內的多個托盤、設置在多個托盤中部的濾網，每個托盤內設置有吸附劑，所述 吸附外管的頂端連接氣總管；所述氣總管通過三通分別與氨氣吸附管路和氨氣脫附管路連 通，所述吸附床單元管組件的底端連通有U形水封管道，所述U形水封管道通過兩位三通電 動閥組連接冷卻水進水管路和冷卻水出水管路，所述吸附床容器上端與煙氣管路連通，所 述進煙氣管路連接至煙氣總管路，所述吸附床單元管組件的頂端與出煙氣管路連通；所述 氨氣脫附管路和氨氣吸附管路之間依次連接有冷凝器、液氨儲罐、節(jié)流閥和蒸發(fā)器；所述氨 氣吸附管路上設置有吸氨通路單向控制閥組，所述氨氣脫附管路上設置有脫氨通路單向控 制閥組，所述吸氨通路單向控制閥組包括氨氣吸附管路與吸附床組件之間連接的支路上設 置的閥al-nl，所述脫氨通路單向控制閥組包括氨氣脫附管路與吸附床組件之間連接的支 路上設置的閥a2-n2 ;所述吸氨通路單向控制閥組、脫氨通路單向控制閥組均與控制器連 接，所述N為整數，3 < 8,所述Μ為大于2的整數。
[0005] 上述技術方案中，所述吸附床容器的上端設置有溢流口，所述溢流口連接有冷卻 水溢流管，所述冷卻水溢流管和U形水封管道、兩位三通電動閥組、冷卻水進水管路、冷卻 水出水管路共同構成閥水封結構，在發(fā)動機高溫尾氣環(huán)境下，實現了以水通路控制高溫尾 氣通路的功能。
[0006] 上述技術方案中，所述冷卻水由冷卻水進水管路從吸附床容器下部進入吸附床容 器，溢滿整個吸附床容器，由吸附床容器上部冷卻水溢流管溢出，形成滿溢式冷卻方式。
[0007] 上述技術方案中，所述多個托盤層疊設置。
[0008] 上述技術方案中，所述吸附劑為一種堿土金屬齒化物或一種以上堿土金屬齒化物 的混合物。
[0009] 上述技術方案中，所述進煙氣管路通入300-600°C的發(fā)動機尾氣。
[0010] 本發(fā)明具有以下有益效果：一是打破傳統(tǒng)的單組吸附床，或雙組吸附床切換間歇 式的化學吸附熱能制冷結構，通過設置三組以上化學吸附床，并根據制冷深度的要求設置 化學吸附床單元總數，以及在該制冷深度的工況條件下，合理分配參加吸附和脫附的化學 吸附床的數量，保證任一時間點上，通過三組或以上吸附和脫附化學吸附床配合應用，能夠 達到不間斷地輸出制冷量，在同等熱源條件下，提高制冷量和制冷深度，整個系統(tǒng)能夠利用 低品位熱源；二是實現了利用發(fā)動機尾氣這種300?600°C發(fā)動機高溫且尾氣壓力輸出不 穩(wěn)定的脈沖式熱源，作化學吸附式熱能制冷系統(tǒng)的驅動能源；三是利用閥水封結構控制冷 卻水進出的同時，充分而可靠地控制了高溫煙氣切換和進出化學吸附床，結構簡單、而且彌 補了市場上機械式煙扳閥無高溫密封材料、閥體熱脹冷縮、腐蝕、結構復雜、可靠性低等控 煙氣手段乏力的問題；四是通過滿溢式冷卻方式，避免了噴淋式冷卻機構的噴淋孔堵塞，水 泵式冷卻方式消耗大量電能等不利因素，提高了冷卻功效。
[0011] 本發(fā)明以300?600°C發(fā)動機高溫尾氣這種熱源，作為化學吸附式制冷系統(tǒng)的驅 動能源，設計的閥水封結構，煙氣和水不能同時進入同一吸附床，充分而有效地實現了煙氣 和水的切換功能；利用化學吸附式熱能制冷系統(tǒng)在工作時，用一個控制冷卻水進出的閥門， 利用上下水封結構，在同一吸附床中，同時控制煙氣和水進出吸附床；通過水封結合吸附床 溢流管這種特殊的冷卻水進出化學吸附床，形成溢流式冷卻方式，較之常規(guī)的噴淋式冷卻 方式和水泵式強制冷卻方式而言，結構簡單、可靠性高、冷卻效果好。
[0012] 本發(fā)明實現了以下功能：一是實現了利用發(fā)動機尾氣這種300?600°C發(fā)動機高 溫且尾氣壓力輸出不穩(wěn)定的脈沖式熱源，作化學吸附式熱能制冷系統(tǒng)的驅動能源；二是利 用閥水封結構控制冷卻水進出的同時，充分而可靠地控制了高溫煙氣和切換和進出化學吸 附床，結構簡單、而且彌補了市場上機械式煙扳閥無高溫密封材料、閥體熱脹冷縮、腐蝕、結 構復雜、可靠性低等控煙氣手段乏力的問題；三是通過滿溢式冷卻方式，避免了噴淋式冷卻 機構的噴淋孔堵塞，水泵式冷卻方式消耗大量電能等不利因素，實現了冷卻功效。
[0013] 本發(fā)明以300?600°C發(fā)動機高溫尾氣這種熱源，作為化學吸附式制冷系統(tǒng)的驅 動能源，設計的閥水封結構，煙氣和水不能同時進入同一吸附床充分而有效地實現了煙氣 和水的切換功能；利用化學吸附式熱能制冷系統(tǒng)在工作時，用一個控制冷卻水進出的閥門， 利用上下水封結構，在同一吸附床中，同時控制煙氣和水進出吸附床；通過水封結合吸附床 溢流管這種特殊的冷卻水進出化學吸附床，形成溢流式冷卻方式，較之常規(guī)的噴淋式冷卻 方式和水泵式強制冷卻方式而言，結構簡單、可靠性高、冷卻效果好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結構原理圖；
[0016] 圖3是本發(fā)明的吸附單元管結構示意圖；
[0017] 圖4是本發(fā)明的二位三通閥控制閥水封結構示意圖；
[0018] 圖中：1、吸附床組件（1. 1、吸附外管；1. 2、托盤；1. 3、濾網；1. 4、吸附劑）；3、吸附 床單元管；4、溢流口；5、冷卻水溢流管；6、氣總管；8、冷凝器；9、液氨儲罐；10、節(jié)流閥；11、 蒸發(fā)器；12、控制器；13、氨氣脫附管路；14、冷卻水進水管路；15、進煙氣管路；16、脫氨通路 單向控制閥組；17、吸氨通路單向控制閥組；18、煙氣總管路；19、吸附床單元管組件；20、氨 氣吸附管路；21、冷卻水出水管路；22、吸附床容器；23、出煙氣管路；24、U形水封管道；25、 兩位三通電動閥組（包括25a3閥，25b3閥，25c3閥）。

【具體實施方式】
[0019] 以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述：
[0020] 以發(fā)動機尾氣為能源驅動的化學吸附式制冷系統(tǒng)，如圖1、圖2、圖3所示，包括并 聯連接的N個吸附床組件1，每個吸附床組件1包括吸附床單元管組件19、氨氣吸附管路20 和氨氣脫附管路13、進煙氣管路15、出煙氣管路23、冷卻水進水管路14和冷卻水出水管路 21 ;吸附床單元管組件19包括設置在吸附床容器22內的Μ個吸附單元管，每個吸附單元管 包括吸附外管1. 1、設置在吸附外管1. 1內的多個托盤1. 2、設置在多個托盤1. 2中部的濾 網1. 3,每個托盤1. 2內設置有吸附劑1. 4,吸附外管1. 1的頂端連接氣總管6 ;氣總管6通 過三通分別與氨氣吸附管路20和氨氣脫附管路13連通，吸附床單元管組件19的底端連通 有U形水封管道24, U形水封管道24通過兩位三通電動閥組25連接冷卻水進水管路14和 冷卻水出水管路21，吸附床容器22上端與煙氣管路15連通，進煙氣管路15連接至煙氣總 管路18,吸附床單元管組件1的頂端與出煙氣管路23連通；氨氣脫附管路13和氨氣吸附 管路20之間依次連接有冷凝器8、液氨儲罐9、節(jié)流閥10和蒸發(fā)器11 ;氨氣吸附管路20上 設置有吸氨通路單向控制閥組17,氨氣脫附管路13上設置有脫氨通路單向控制閥組16,吸 氨通路單向控制閥組17包括氨氣吸附管路20與吸附床組件1之間連接的支路上設置的閥 al-nl，脫氨通路單向控制閥組（16)包括氨氣脫附管路13與吸附床組件1之間連接的支路 上設置的閥a2-n2 ;吸氨通路單向控制閥組17、脫氨通路單向控制閥組16均與控制器12連 接，N為整數，3彡N彡8, Μ為大于2的整數。
[0021] 吸附床容器22的上端設置有溢流口 4,溢流口 4連接有冷卻水溢流管5,冷卻水溢 流管5和U形水封管道24、兩位三通電動閥組25、冷卻水進水管路14、冷卻水出水管路21 共同構成閥水封結構。
[0022] 冷卻水由冷卻水進水管路14從吸附床容器22下部進入吸附床容器22,溢滿整個 吸附床容器22,由吸附床容器22上部冷卻水溢流管5溢出，形成滿溢式冷卻方式。
[0023] 多個托盤1. 2層疊設置，吸附劑1. 4為一種堿土金屬鹵化物或一種以上堿土金 屬鹵化物的混合物。濾網1.3為鋼絲網制成，托盤1.2為鋁板制成。進煙氣管路15通入 300-600°C的發(fā)動機尾氣。吸附外管1. 1不銹鋼無縫鋼管，托盤1. 2橫截面呈圓環(huán)狀容器， 多個托盤1. 2同心布置。
[0024] 如圖1所示，每組吸附床組件1包括一組吸附床單元管3、氨氣脫附管路13和氨氣 吸附管路20,發(fā)動機尾氣進煙氣管路15、出煙氣管路23。其中，發(fā)動機尾氣通過出煙氣管路 23,與吸附床組件1下部相連接；吸附床組件1容器內腔底部設開口，由一段U型彎管結構 件構成U形水封管道24,將此開口與冷卻水出水管路21相連，連接處安裝有兩位三通電動 閥組25 ;兩位三通電動閥組25的三個接口分別與U形水封管道24、冷卻水出水管路21和 冷卻水進水管路14相連，連通的方式如圖2所示。在吸附床主機容器上方側面，另設一開 口，連接冷卻水溢流管，溢流管下部與冷卻水出水總管連接。
[0025] 兩位三通電動閥組25控制的U形水封管道24與冷卻水出水管路21相互連通時， U形水封管道24的水位與出水總管的水位在同一水平線上，此水位位于吸附床組件1容 器底部平面以下，發(fā)動機尾氣可沿煙氣總管進入進煙氣管路15,然后由吸附床組件1下方 進入主機容積內腔，給吸附床單元管3加熱，尾氣被管組吸熱后，從吸附床組件1上方出煙 氣管路23逸出。此時，U形水封管道24的水位最高點在出水總管的液面高度，最低點為U 形水封管道24的底部，這個水位差形成的水封，讓出了煙氣通道，使脫附過程順利進行；同 時，煙氣的壓力也可將水位向下壓，當水位差值大于煙氣壓力值時，U形水封管道24內的水 封信煙氣不得進入冷卻水出水管路21，也保護了兩位三通電動閥組25不受高煙氣過熱、損 壞，此時形成下水封。
[0026] 當兩位三通電動閥組25的U型水封管與冷卻水進水管路14連通時，冷卻水進水 管路14內的冷卻水沿U型水封管24通過吸附床組件1內腔底部開口，向吸附床組件1內 注水，水位持續(xù)上升至吸附床組件1內腔上部的溢流管開口處，然后從溢流管流出。進煙氣 管路15與溢流管內的水位也保持在同一高度。這樣，進煙氣管路15中的冷卻水封住了煙 道，隔絕了熱源，從而使冷卻水源源不斷自下進而由上溢流，帶走吸附床吸附氨氣形成絡合 物時產生的熱量。此時，整個吸附床主機系統(tǒng)的水位高點在溢流口，低點U型水封管24底 部，此時形成上水封。
[0027] 如圖1所示，在控制器12的控制下，當兩位三通電動閥組25處于圖2所示的連接 狀態(tài)時，A組吸附床處于下水封狀態(tài)，B組和N組吸附床處于上水封狀態(tài)，此時發(fā)動機尾氣 沿A組進煙氣管路15進入A組吸附床，加執(zhí)其吸附床管組，尾氣被吸熱降溫后由A組的出 煙氣管8逸出；與此同時，冷卻水進入其余B組和N組吸附床，從相應溢流管與溢出吸附床， 并帶走吸附劑與氨絡合反應的熱量。
[0028] 經過設定的時間后，B組兩位三通電動閥組25調至U形水封管道24與冷卻水出水 管路21相連通，其余A組至N組的U型水封管與冷卻水進水管路14相連通，此時，B組吸附 床處于下水封狀態(tài)，其余組吸附床處于上水封狀態(tài)，發(fā)動機尾氣沿B組的進煙氣管路15進 入B組吸附床，加熱其吸附床管組，尾氣被吸熱降溫后由B組的出煙氣管路23逸出，冷卻水 進入其余A組至N組吸附床，從相應溢流管與溢出吸附床，并帶走吸附劑與氨絡合反應掃熱 量。
[0029] 采用冷卻水經U形水封管道24由吸附床下部涌進，由上部溢流管流出這一形式， 形成了對吸附床的滿溢式冷卻方式，這相對于由上而下對吸附床管組噴淋冷卻而言，不僅 冷卻充分，而且可靠性好，不存在水中雜質堵塞噴淋孔而影響冷卻效果的事故現象。
[0030] 本發(fā)明的基本原理是利用堿土金屬鹵化物與氨的可逆絡合反應過程中的放熱和 吸熱完成的。以堿土金屬CaCl 2為例，可逆絡合反應過程如下：

【權利要求】
1. 一種以發(fā)動機尾氣為能源驅動的化學吸附式制冷系統(tǒng)，其特征在于：包括并聯連接 的N個吸附床組件（1)，每個吸附床組件（1)包括吸附床單元管組件（19)、氨氣吸附管路 (20)和氨氣脫附管路（13)、進煙氣管路（15)、出煙氣管路（23)、冷卻水進水管路（14)和冷 卻水出水管路（21); 所述吸附床單元管組件（19)包括設置在吸附床容器（22)內的Μ個吸附單元管，每個 吸附單元管包括吸附外管（1. 1)、設置在吸附外管（1. 1)內的多個托盤（1.2)、設置在多個 托盤（1. 2)中部的濾網（1. 3)，每個托盤（1. 2)內設置有吸附劑（1. 4)，所述吸附外管（1. 1) 的頂端連接氣總管（6); 所述氣總管（6)通過三通分別與氨氣吸附管路（20)和氨氣脫附管路（13)連通，所述 吸附床單元管組件（19)的底端連通有U形水封管道（24)，所述U形水封管道（24)通過兩 位三通電動閥組（25)連接冷卻水進水管路（14)和冷卻水出水管路（21)，所述吸附床容器 (22)上端與煙氣管路（15)連通，所述進煙氣管路（15)連接至煙氣總管路（18)，所述吸附 床單元管組件（1)的頂端與出煙氣管路（23)連通； 所述氨氣脫附管路（13)和氨氣吸附管路（20)之間依次連接有冷凝器（8)、液氨儲罐 (9)、節(jié)流閥（10)和蒸發(fā)器（11); 所述氨氣吸附管路（20)上設置有吸氨通路單向控制閥組（17)，所述氨氣脫附管路 (13)上設置有脫氨通路單向控制閥組（16)，所述吸氨通路單向控制閥組（17)包括氨氣吸 附管路（20)與吸附床組件（1)之間連接的支路上設置的閥al-nl，所述脫氨通路單向控制 閥組（16)包括氨氣脫附管路（13)與吸附床組件（1)之間連接的支路上設置的閥a2-n2 ; 所述吸氨通路單向控制閥組（17)、脫氨通路單向控制閥組（16)均與控制器（12)連接； 所述N為整數，3 < N < 8,所述Μ為大于2的整數。
2. 根據權利要求1所述的以發(fā)動機尾氣為能源驅動的化學吸附式制冷系統(tǒng)，其特征在 于：所述吸附床容器（22)的上端設置有溢流口（4)，所述溢流口（4)連接有冷卻水溢流管 (5)，所述冷卻水溢流管（5)和U形水封管道（24)、兩位三通電動閥組（25)、冷卻水進水管 路（14)、冷卻水出水管路（21)共同構成閥水封結構。
3. 根據權利要求2所述的以發(fā)動機尾氣為能源驅動的化學吸附式制冷系統(tǒng)，其特征在 于：所述冷卻水由冷卻水進水管路（14)從吸附床容器（22)下部進入吸附床容器（22)，溢 滿整個吸附床容器（22)，由吸附床容器（22)上部冷卻水溢流管（5)溢出，形成滿溢式冷卻 方式。
4. 根據權利要求1所述的以發(fā)動機尾氣為能源驅動的化學吸附式制冷系統(tǒng)，其特征在 于：所述多個托盤（1. 2)層疊設置。
5. 根據權利要求1或2所述的以發(fā)動機尾氣為能源驅動的化學吸附式制冷系統(tǒng)，其特 征在于：所述吸附劑（1.4)為一種堿土金屬鹵化物或一種以上堿土金屬鹵化物的混合物。
6. 根據權利要求1所述的以發(fā)動機尾氣為能源驅動的化學吸附式制冷系統(tǒng)，其特征在 于：所述進煙氣管路（15)通入300-60(TC的發(fā)動機尾氣。
【文檔編號】F25B27/02GK104048443SQ201410235599
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】殷明 申請人:武漢箕星制冷有限公司