[發明專利]自然對流加熱和/或冷卻吸附床的吸附式制冷/熱泵裝置

有效

• 申請號: 201510237643.2
• 申請日: 2015-05-11
• 公開（公告）號: CN104819596B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 黃海濤
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: F25B17/08
• 分類號: F25B17/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及制冷裝置領域，更具體地，涉及自然對流加熱和/或冷卻吸附床的吸附式制冷/熱泵裝置。

背景技術

由王如竹等編寫的專著《吸附式制冷》、《吸附式制冷原理與應用》已經全面總結了國內外關于吸附式制冷的研發成果[1,2]。現有的吸附式制冷/熱泵裝置主要由吸附器、加熱器、冷卻器、蒸發器、冷凝器、制冷劑及儲罐等構成[3~12]。吸附制冷的原理簡述為：吸附床吸附制冷劑蒸氣使蒸發器內的制冷劑液體吸熱蒸發來產生致冷效果；吸附床飽和后，用加熱器加熱吸附床，并使解吸出來的制冷劑蒸氣在冷凝器內冷凝為液體；然后用冷卻器冷卻吸附床。上述即為吸附制冷的一個操作周期。由于在每個操作周期中都要加熱吸附床一次，然后又要冷卻吸附床一次，因此顯而易見，吸附床加熱升溫和冷卻降溫的速度是影響吸附制冷效果的重要因素。如果吸附床能夠被快速地加熱升溫和冷卻降溫，則操作周期時間短，單位時間的制冷量就較大。反之，如果吸附床加熱升溫和冷卻降溫速度緩慢，則制冷效果就較差。技術人員早已認識到吸附床的設計尤其是采用何種方式來加熱和冷卻吸附床是發展高效的吸附式制冷/熱泵裝置的關鍵技術問題之一[1,2,5~9]。

自從1848年英國科學家Faraday首次發現吸附制冷現象后，研究人員已嘗試研制基于吸附制冷原理的制冷裝置。在1931年，英國硅膠有限公司的A.?Young發明了具有回熱的吸附式制冷裝置[13]，該裝置是將高溫煙氣與吸附器外壁面直接接觸來加熱吸附床。美國HONEYWELL?REGULATOR公司的A.?Newton于1939年發明的吸附式制冷裝置是在吸附床內部放置換熱盤管，往換熱盤管內通入加熱或冷卻介質，可以使與換熱盤管相接觸的吸附劑被加熱或冷卻[14]。此后，為了進一步改善傳熱效果，研究人員在換熱盤管上增設許多的傳熱翅片，吸附劑被填充在傳熱翅片之間，獲得了更大的接觸傳熱面積。隨后，研究人員在吸附床內部放置各種各樣形式的換熱器，研發了許多不同結構的吸附器。

這些傳統的內置換熱器的吸附器技術一直沿用至今。目前吸附式制冷/熱泵裝置所使用的吸附床按照內置換熱器形式的不同可以劃分為九種，參見文獻[7]的p.446~7，以下括號內數字為該種形式吸附床的金屬/吸附劑重量比kg/kg：1、螺旋式（13.2），2、管殼式（6.1），3、夾叉式(6.2)，4、同心圓管式(1.8)，5、板翅式(5.5)，6、管翅式(3.5)，7、板管式(3.2)，8、單管式(6.3)，9、板式(8.6)。各種形式的吸附器填充吸附劑后的實物照片見文獻[7,9,11]。這些吸附器常用于各種類型的制冷/熱泵裝置[5,7~9,15~28]。類似地，太陽能吸附式制冷/熱泵裝置是在太陽能集熱器內部設置傳熱翅片，并在傳熱翅片之間填充吸附劑[4,6,29~34]。

上述內置換熱器的吸附器結構的優點就是可將吸附床、加熱器和冷卻器集成在同一個殼體內，換熱器通入加熱介質時起到加熱器的作用，通入冷卻介質時起到冷卻器的作用，其結構緊湊，操作方便。但是，內置換熱器的吸附器結構有多個明顯的缺點[1,2,5,7,9,10a]：（1）吸附床加熱不均勻：那些與傳熱翅片接觸的吸附劑的溫度較高，不與傳熱翅片接觸的吸附劑的溫度較低，吸附床內部溫差較大；（2）吸附床加熱速度慢：由于吸附劑的導熱系數較小，吸附劑與傳熱翅片之間的接觸熱阻大，從傳熱翅片到吸附劑及其吸附床內部的傳熱速度緩慢；（3）吸附床金屬熱容過大：由于需要設置許多的傳熱翅片來增加傳熱面積，吸附床內的金屬重量遠遠大于吸附劑重量，加熱吸附床時需花費相當多的熱量來加熱吸附床內的金屬部分。這些缺點導致吸附式制冷/熱泵裝置的操作周期長，制冷量偏小，熱效率偏低，可能是目前吸附式制冷/熱泵技術只得到小規模商業化應用的根本原因。為了克服這些缺點，國際上先進技術是將吸附材料用各種物理化學方法結合在換熱器表面[7,34~36]，但由于吸附劑的裝載量較小，較難獲得更大的制冷量。因此，仍然需要研發能夠克服上述缺點的吸附式制冷/熱泵技術。

[1]?王如竹等，吸附式制冷，機械工業出版社，北京，2002

[2]?王如竹等，吸附式制冷原理與應用，科學出版社，北京，2007

[3]?李廷賢等，低品位熱能驅動的高效熱化學吸附式制冷研究，科學通報，53(2008),?p.2978~2993

[4]?陳傳涓等，太陽能吸附式空調研發進展與展望，制冷學報，29(2008),?p.1~7

[5]?李肖斌等，吸附式制冷的研究進展，化工裝備技術，29(2008),?p.18~21