CN100513931C - 流态化吸附连续制冷系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种流态化吸附连续制冷系统及其方法，所述系统包括由蒸发器(2)、节流阀(3)、贮液罐(4)、冷凝器(5)组成的制冷部分，使吸附剂吸附制冷剂并降温的吸附部分，及使吸附剂升温并将制冷剂脱附的脱附部分；所述吸附部分包括文氏管(1)、压缩机(6)、吸附床(7)和气固分离器(8)；所述脱附部分包括气固分离器(9)、真空阀(10，11)、脱附床(12)、换热器(14)和压缩机(13)；所述方法包括吸热增温、脱附、循环、制冷、吸附和再循环等步骤。该系统直接利用制冷剂与吸附剂进行热量交换和物质交换，实现了传热传质同时进行，使传热传质能力加强，并且实现连续制冷或制热，提高热利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种流态化吸附连续制冷系统及其方法，属于吸附制冷技术领域。
背景技术
目前，吸附式制冷技术日益成为人们的研究重点，但该技术存在两大问题：1、吸附剂本身多孔的特点使其导热系数较小；2、吸附剂与传热金属壁面间的接触热阻较大，当冷热流体交替通过间壁换热器(管壳式、螺旋板式、板翅式)以加热或冷却吸附剂实现对制冷剂的脱附和吸附时，换热器以及吸附剂本身显热变化会增加额外的热量损失。
目前，解决该问题的主要办法是：将吸附剂固化到金属管内或管外以减少接触热阻，并增加吸附剂内部传热系数；
但，随之出现的问题是：制冷剂(吸附质)在固体吸附剂内的扩散阻力较大，尤其是为提高吸附剂传热系数而将吸附剂固化时，而且，吸附剂固化后吸附阻力增加，要求吸附剂的厚度不能过大，一般需要控制在5mm以下。
由于吸附剂需要通过交替加热或冷却实现机械压缩机的功能，因而，单个吸附床的制冷或制热是不连续的。
为提高热利用效率及连续制冷或制热，常采用两个或多个吸附床配合使用，交替加热或冷却，并通过复杂的管路阀门系统实现回热回质以及近似连续地制冷或制热。
虽然国内外学者提出了旋转式吸附制冷系统，但仍不能完全克服上述问题。
为了解决以上问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种具有高效传热传质能力并能连续制冷或制热的流态化吸附连续制冷系统，还提供了一种流态化吸附连续制冷方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种流态化吸附连续制冷系统，包括由蒸发器2、节流阀3、贮液罐4、冷凝器5组成的制冷部分，该连续制冷系统还包括使吸附剂吸附制冷剂并降温的吸附部分，及使吸附剂升温并将制冷剂脱附的脱附部分；
所述吸附部分包括文氏管1、第一压缩机6、吸附床7和第一气固分离器8；
所述脱附部分包括第二气固分离器9、第一真空阀10、第二真空阀11、脱附床12、换热器14和第二压缩机13；
其中，所述第二真空阀11一端连通所述第二压缩机13一端，所述第二压缩机13另一端连通所述换热器14一端，所述换热器14另一端连通所述脱附床12底部；
所述脱附床12上部连通所述第二气固分离器9进口，所述第二气固分离器9气体出口分别连通所述第二真空阀11另一端和所述第一真空阀10一端，所述第二气固分离器9固体颗粒出口连通所述吸附床7下部；
所述吸附床7上部连通所述第一气固分离器8进口，所述第一气固分离器8固体颗粒出口连通所述脱附床12下部，所述第一气固分离器8气体出口连通所述第一压缩机6一端；
所述第一压缩机6另一端连通所述文氏管1进口，所述文氏管1出口连通所述吸附床7底部；
所述第一真空阀10另一端连通所述冷凝器5一端，所述冷凝器5另一端连通所述贮液罐4一端，所述贮液罐4另一端连通所述节流阀3一端，所述节流阀3另一端连通所述蒸发器2一端，所述蒸发器2另一端连通所述文氏管1。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步性，具体的说，该系统结构简单，活动部件少，无动密封，通过直接利用制冷剂(吸附质)作为热(或冷)媒介，并直接与吸附剂接触进行热量交换和物质交换，实现了传热传质同时进行，使两者(吸附剂与吸附质)间的传热传质能力大大加强，并且可以实现连续制冷或制热，同时，各个换热器、吸附床和脱附床不再交替升温降温，大大提高了热利用率。
附图说明
图1为本发明所述流态化吸附连续制冷系统的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示：一种流态化吸附连续制冷系统，包括向外界吸收或释放热量的制冷部分，使吸附剂吸附制冷剂并降温的吸附部分，及使吸附剂升温并将制冷剂脱附的脱附部分；
所述制冷部分包括由蒸发器2、节流阀3、贮液罐4和冷凝器5；
所述吸附部分包括文氏管1、压缩机6、吸附床7和气固分离器8；
所述脱附部分包括气固分离器9、真空阀10、真空阀11、脱附床12、换热器14和压缩机13；
其中，所述真空阀11一端通过管道连通所述压缩机13一端，所述压缩机13另一端通过管道连通所述换热器14一端，所述换热器14另一端通过管道连通所述脱附床12底部；
所述脱附床12上部通过管道连通所述气固分离器9进口，所述气固分离器9气体出口分别通过管道连通所述真空阀11另一端和所述真空阀10一端，所述气固分离器9固体颗粒出口通过管道连通所述吸附床7下部；
所述吸附床7上部通过管道连通所述气固分离器8进口，所述气固分离器8固体颗粒出口通过管道连通所述脱附床12下部，所述气固分离器8气体出口通过管道连通所述压缩机6一端；
所述压缩机6另一端通过管道连通所述文氏管1进口，所述文氏管1出口通过管道连通所述吸附床7底部；
所述真空阀10另一端通过管道连通所述冷凝器5一端，所述冷凝器5另一端通过管道连通所述贮液罐4一端，所述贮液罐4另一端通过管道连通所述节流阀3一端，所述节流阀3另一端通过管道连通所述蒸发器2一端，所述蒸发器2另一端通过管道连通所述文氏管1。
在图1中，黑色实心箭头表示气态制冷剂的流动方向，空心箭头表示颗粒吸附剂的流动方向，黑色半实心箭头表示气态制冷剂和颗粒吸附剂的混合物的流动方向。
一种流态化吸附连续制冷方法，包括以下步骤：
步骤1、将气态制冷剂I加速并经换热器吸热增温，得高速高温制冷剂；
步骤2、将所述高速高温制冷剂与吸附有制冷剂的颗粒吸附剂II引至脱附床相混合，所述高速高温制冷剂使所述颗粒吸附剂II升温脱附并流态化，得气态制冷剂和颗粒吸附剂I；
步骤3、将所述气态制冷剂和所述颗粒吸附剂I进行气固分离，所述颗粒吸附剂I进入吸附床循环吸附，所述气态制冷剂分流为气态制冷剂I和气态制冷剂II，所述气态制冷剂I返回步骤1中循环吸热增温；
步骤4、所述气态制冷剂II进入制冷部分释放热量冷却，得气态制冷剂III，所述制冷部分包括由蒸发器、节流阀、贮液罐和冷凝器；
步骤5、循环气态制冷剂IV经加速与所述气态制冷剂III混合，得气态制冷剂V，所述气态制冷剂V与所述颗粒吸附剂I在所述吸附床混合，所述气态制冷剂V使所述颗粒吸附剂I降温吸附制冷剂并流态化，得循环气态制冷剂IV和颗粒吸附剂II；
步骤6、将所述循环气态制冷剂IV和所述颗粒吸附剂II进行气固分离，所述循环气态制冷剂IV返回步骤5循环利用，所述颗粒吸附剂II返回步骤2循环升温脱附并流态化。
该系统的工作流程是：部分制冷剂气体由压缩机13加压后，再经换热器14升温，再进入脱附床12，高温高速的制冷剂气体在吸附床12底部与从气固分离器8中分离来的吸附有大量制冷剂的吸附剂充分接触并使其流态化，呈气体输送状态，制冷剂与吸附剂的混合物由脱附床12底部运动到顶部的过程中，吸附剂升温将其内部吸附的制冷剂脱附出来；
从脱附床12出来的气固混合物进入气固分离器9内进行气体和固体分离，固态吸附剂经管路进入吸附床7底部，气态制冷剂通过真空阀(10，11)调节后分两路，一路返回压缩机13、换热器14，充当载热体，另外一路制冷剂(量上等于从吸附剂中分离出的制冷剂的量)经冷凝器5冷凝后进入贮液罐4，再经节流阀3减压后进入蒸发器2，液态制冷剂在蒸发器2内吸收外界热量，经蒸发变成气体，并经文氏管1与从压缩机6出来的高速气体混合后进入吸附床7底部；
经文氏管1出来的气态制冷剂温度较低，其在吸附床7底部与从气固分离器9里分离出来的脱附后的吸附剂充分接触混合，并使吸附剂流化成气体，呈气体输送状态，在气固混合物向上运动过程中，完成吸附剂冷却吸附过程；从吸附床7里出来的气固混合物经气固分离器8分离后，气体返回到压缩机6，经加压后进入文氏管1与来自蒸发器2中的气体制冷剂混合；从气固分离器8中出来的吸附有制冷剂的吸附剂进入脱附床12底部。
制冷剂作为热(冷)媒及载体，直接与被其流态化的吸附剂接触，并在接触过程中实现换热换质同时进行。
吸附剂依次通过吸附床和脱附床并不断循环，实现连续的吸附和脱附。
吸附床和脱附床双床配合，使得连续脱附和吸附得以实现，从而达到连续制冷或制热。
制冷剂气体既充当热(冷)媒和吸附剂直接接触，又充当输送气体并夹带吸附剂使其流态化，既提高了吸附剂与制冷剂间的传热传质能力，又使吸附剂能够随其流动实现连续制冷。
需要特别说明的是：本发明所述流态化吸附连续制冷系统也可流态化吸附连续制热。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (1)
1、一种流态化吸附连续制冷系统，包括由蒸发器(2)、节流阀(3)、贮液罐(4)、冷凝器(5)组成的制冷部分，其特征在于：该连续制冷系统还包括使吸附剂吸附制冷剂并降温的吸附部分，及使吸附剂升温并将制冷剂脱附的脱附部分；
所述吸附部分包括文氏管(1)、第一压缩机(6)、吸附床(7)和第一气固分离器(8)；
所述脱附部分包括第二气固分离器(9)、第一真空阀(10)和第二真空阀(11)、脱附床(12)、换热器(14)和第二压缩机(13)；
其中，所述第二真空阀(11)一端连通所述第二压缩机(13)一端，所述第二压缩机(13)另一端连通所述换热器(14)一端，所述换热器(14)另一端连通所述脱附床(12)底部；
所述脱附床(12)上部连通所述第二气固分离器(9)进口，所述第二气固分离器(9)气体出口分别连通所述第二真空阀(11)另一端和所述第一真空阀(10)一端，所述第二气固分离器(9)固体颗粒出口连通所述吸附床(7)下部；
所述吸附床(7)上部连通所述第一气固分离器(8)进口，所述第一气固分离器(8)固体颗粒出口连通所述脱附床(12)下部，所述第一气固分离器(8)气体出口连通所述第一压缩机(6)一端；
所述第一压缩机(6)另一端连通所述文氏管(1)进口，所述文氏管(1)出口连通所述吸附床(7)底部；
所述第一真空阀(10)另一端连通所述冷凝器(5)一端，所述冷凝器(5)另一端连通所述贮液罐(4)一端，所述贮液罐(4)另一端连通所述节流阀(3)一端，所述节流阀(3)另一端连通所述蒸发器(2)一端，所述蒸发器(2)另一端连通所述文氏管(1)。
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