[發(fā)明專利]一種壓縮驅動吸附制冷方法及熱泵系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102679617A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設計）人: 賴艷華;董震;呂明新
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F25B25/02
• 分類號: F25B25/02;F25B41/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄧建國

技術領域

本發(fā)明涉及一種制冷及熱泵領域的系統(tǒng)，尤其涉及一種壓縮驅動吸附制冷方法及熱泵系統(tǒng)。

背景技術

傳統(tǒng)機械壓縮制冷系統(tǒng)常用的CFCs制冷劑是臭氧層破壞主要因素，同時也是引起全球變暖原因之一。因此，實現CFCs替代等成為全世界共同關注的問題，然而目前并沒有找到一系列性能達到或超過CFCs的環(huán)保制冷劑。吸附式制冷或熱泵系統(tǒng)所用制冷劑一般為天然工質，基本不存在環(huán)境問題，但僅僅能應用到具有余熱和大量空間的地方，這就大大限制了這類系統(tǒng)的應用范圍。為進一步擴展吸附式系統(tǒng)的應用范圍，一些學者提出壓縮機驅動吸附制冷及熱泵系統(tǒng)。

經對現有技術的公開文獻檢索發(fā)現，中國專利公開號CN102022854A，專利名稱為：一種復合制冷及熱泵系統(tǒng)。該專利采用反應器替代傳統(tǒng)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器，利用解吸吸熱及吸附放熱的吸附或反應過程來替代原有的液體蒸發(fā)吸熱及冷凝放熱相變過程。該系統(tǒng)具有結構簡單緊湊，制冷效率高，適用范圍廣，熱泵工況運行過程壓力低，安全性高、抗震性能好等優(yōu)勢。然而，該類系統(tǒng)也存在一些缺點。一方面，由于壓縮機壓縮功的存在，處于吸附態(tài)的反應床換熱量要高于處于解吸態(tài)的反應床換熱量，因此，在同樣換熱面積情況下，吸附態(tài)的反應床內換熱溫差大于解吸態(tài)反應床內換熱溫差，這就導致系統(tǒng)效率的降低。若直接增大其內部換熱器的換熱面積強化傳熱，又會增加反應床內金屬熱容比，進而會降低系統(tǒng)運行效率。另一方面，其采用質量回收過程需要額外增加回質閥門組及回質管道，增加了初投資，并且浪費了兩邊的壓差能量。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種壓縮驅動吸附制冷及熱泵系統(tǒng)。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現的。

本發(fā)明所述的壓縮驅動吸附制冷熱泵系統(tǒng)包括反應器組、三向閥門組、壓縮機和氣體冷卻器；反應器組中設有至少4個反應器，反應器組中的各反應器內有吸附劑和換熱器，反應器組中各反應器上口與三向閥門組中對應的三向閥門的下口連接，三向閥門組中各三向閥門的上口與壓縮機進口連接，壓縮機出口與氣體冷卻器進口連接，氣體冷卻器出口與三向閥門組中對應的三向閥門右口連接；所述的吸附劑包括物理吸附劑（如活性炭、沸石等）和化學吸附劑（如金屬鹽、有機金屬骨架材料等）。

吸附劑可添加一些固化成型、強化傳熱的輔料，以便制作成型，既可強化導熱又能防止吸附劑粉末或顆粒進入壓縮機內部。

系統(tǒng)運行一個周期中每個反應器依次經歷低壓解吸、延時解吸、高壓吸附和延時吸附四個狀態(tài)。

低壓解吸狀態(tài)，反應器對應的三向閥門連通上口與下口，換熱器內通入冷流體，由于壓縮機的抽吸作用，吸附劑從冷流體吸熱并解吸出低壓制冷劑蒸汽。

延時解吸狀態(tài)，換熱器內通入冷流體，反應器對應的三向閥門截止。由于剛經歷低壓解吸狀態(tài)，密閉的反應器內制冷劑氣體的壓力低于吸附劑的平衡壓力，吸附劑尚能繼續(xù)解吸出低壓制冷劑蒸汽并從冷流體吸熱，直到反應器內制冷劑氣體的壓力接近或達到吸附劑的平衡壓力。該過程能夠回收一部分壓力能，提高系統(tǒng)效率。

高壓吸附狀態(tài)，反應器對應的三向閥門連通下口與右口，換熱器內通入熱流體，吸附劑吸附高壓制冷劑蒸汽并向熱流體放熱。

延時吸附狀態(tài)，換熱器內通入熱流體，反應器對應的三向閥門截止。由于剛經歷高壓吸附狀態(tài)，密閉的反應器內制冷劑氣體的壓力高于吸附劑的平衡壓力，吸附劑尚能繼續(xù)吸附制冷劑蒸汽并向熱冷流體放熱，直到反應器內制冷劑氣體的壓力接近或達到吸附劑的平衡壓力。該過程能夠回收一部分壓力能，提高系統(tǒng)效率。

在系統(tǒng)運行過程中，反應器組內至少有一個反應器處于低壓解吸狀態(tài)，至少有一個反應器處于高壓吸附狀態(tài)。

低壓解吸狀態(tài)的反應器解吸的低壓制冷劑蒸汽進入壓縮機后被壓縮成高溫高壓制冷劑氣體，高溫高壓制冷劑進入氣體冷卻器冷卻，然后進入高壓吸附狀態(tài)的吸附床。在壓縮機出口增加了氣體冷卻器，制冷劑中的壓縮顯熱直接經氣體冷卻器散入環(huán)境中，減少了制冷劑帶入高壓吸附狀態(tài)吸附床的熱量，進而減小了高壓吸附狀態(tài)吸附床內的換熱溫差，但不會增加吸附床的金屬比熱容，從而提高了系統(tǒng)的效率。

本發(fā)明的有益效果是，回收了部分系統(tǒng)壓力能，減小了高壓吸附狀態(tài)吸附床內換熱溫差，提高了系統(tǒng)的運行效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結構示意圖。

圖1中：1是反應器、2是吸附劑、3是反應器、4是三向閥門、5是壓縮機、6是氣體冷卻器。

圖中實線箭頭表示制冷劑的流動方向，虛線箭頭方向表示換熱盤管中傳熱流體的流動方向。

具體實施方式