[发明专利]热能驱动的直接再生吸附制冷循环系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附制冷循环及采用该循环的吸附制冷系统，尤其涉及一种利用热能(工业余热、废热或太阳能等)等驱动，通过直接介质接触进行吸附器换热的新型循环，以及采用该新型循环的吸附制冷系统。

背景技术

固体吸附式制冷可采用热能驱动，因此，其不仅可减缓电力供应的紧张，而且能有效利用大量低品位热能；同时，相对传统压缩制冷，具有ODP(臭氧层破坏指数)和GWP(温室效应指数)均为0的环保优势；此外，吸附式制冷系统基本没有动设备，故特别适合车、船等移动装备，以及宇航等特殊领域的制冷。因此，固体吸附式制冷已成为制冷界关注的焦点之一。目前，欧、美和日本均有少量小规模的吸附制冷产品出现，包括太阳能吸附式冰箱和吸附冷水机组等。近期，国内也形成了小规模的吸附式渔船制冰机和低温位热源驱动的硅胶-水冷水机组。但是，由于吸附式制冷系统本身固有的缺陷，该系统尚未大规模工业化。

由于吸附式制冷系统中采用的固体吸附剂导热系数较小，因而吸附器层传热困难。即便吸附工质对的吸附性能较佳，如果传热问题得不到解决，系统制冷功率仍然会很小(表现在制冷循环周期长，设备体积庞大)。传统的吸附式制冷体系均采用间接换热的方式，所以强化传热的方法一般为增大吸附器换热面积、增加吸附剂导热性能及减小吸附剂和吸附器层接触热阻等方面，这些手段相应也会导致吸附器层传质性能恶化或床层金属热容的增加，降低制冷系统效率；此外，由于间接换热受到传热温差的限制，会进一步降低解吸时热源的品位，不利于低品位热能的高效利用。

另一方面，固体吸附式制冷中常用的制冷剂包括氨、水和甲醇等，在典型的制冷和空调工况下(-10-40℃，对水须高于0℃)其饱和蒸汽压处于高真空(水和甲醇)，因此制冷装置须工作于高真空状态，由于泄漏导致系统性能缺乏稳定性。

英国Critoph[Critoph R.E.Forced convection enhancement of adsorptlon cycle.Heat Recovery Systems & CHP，1994，14(4)：343-350]结合多孔介质特点，提出一种较新颖的强化床层传热的方法——对流热波循环，即利用泵驱动制冷剂气体(氨)和固体吸附剂(活性炭)间进行强制对流，通过高温、高压的制冷剂蒸汽和低温、低压的制冷剂蒸汽分别直接加热、冷却吸附剂而获得较高的热流密度；该循环吸附器层中会形成类似于热波循环中的温度波，但形成机理略有不同，因此称该循环为对流热波循环。Critoph针对活性炭-氨工质对建立了对流热波循环吸附空调系统样机。但是，该循环难点在于对驱动制冷剂蒸汽的气体循环泵要求较高：须耐高压(高达1.5-2.0MPa)。陈光明等在申请号为CN200410016337.8的专利中公开了“一种连续型吸附式制冷系统”，该发明采用流化床代替固定床，能够快速完成吸附剂与制冷剂之间的传质要求；而且，通过制冷剂气体吹送吸附剂颗粒在流化床内流动，能够迅速完成吸附剂跟外部流体之间的热传递，因而大大缩短了传热、传质时间。未见该系统形成可靠的实验装置报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有吸附制冷技术的缺点，提供一种热能驱动、制冷效率高的直接再生吸附制冷循环系统。

本发明的技术方案为采用惰性介质水(或其蒸汽)对吸附完成后的床层进行直接加热再生，吸附过程利用制冷剂蒸汽直接冲刷吸附剂进行降温吸附，换热效果好，再生效率高；由于采用新型的再生方式，系统再生温度较低，适合热能驱动。

本发明的具体技术方案为，一种热能驱动的直接再生吸附制冷循环系统，其特征在于由吸附器、冷凝器、冷却器、汽液分离器、贮液分离器、蒸发器、加热器和循环泵依次用管线串接构成；其中，吸附器、蒸发器、循环泵、冷却器和汽液分离器构成系统的吸附制冷回路，该回路通过制冷剂蒸汽直接和床层对流换热，制冷效率高；吸附器、冷凝器、汽液分离器、贮液分离器、循环泵和加热器构成系统的解吸再生回路，该回路通过再生介质直接加热、冲洗床层进行再生，换热效果好、解吸效率高两个回路交替运行，构成完整的制冷循环系统，系统采用热能驱动；该吸附制冷循环系统所用的吸附剂为亲油、疏水型吸附剂；制冷剂为烷烃、烯烃，或者烷烃、烯烃卤代物。

本发明的吸附器为普通柱状或筒状吸附器，也可以是具有其它形状特征的压力容器，吸附器内部没有任何换热元件。本发明的蒸发器和冷凝器与普通制冷系统采用的具有相似的特征，均可常规选配，或订制加工。本发明的气体和液体循环泵要求压头较小(可以克服系统运转时的阻力即可)；同时，循环泵严格不能污染输送的制冷剂和再生介质。上述循环泵可选配或订制。