专利名称：内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种吸附制冷单元，具体地说，涉及一种内置吸附剂浮头式 吸附床制冷单元，属于吸附制冷技术领域。
背景技术：
目前，吸附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、在吸附制冷系统工作时，吸附制冷单元被交替加热和冷却，由于吸 附制冷单元换热管(面)与壳体的温度和材料不一致，而在它们之间产生 交变的热应力，易破坏吸附制冷单元管板的连接，并使吸附制冷单元发生 泄漏；由实验可知，即使是少量不凝性气体进人吸附制冷单元内部，也将 使得吸附制冷系统的制冷性能大幅下降；以上暴露出了吸附制冷单元仍旧 存在结构设计不科学、不完善的问题；2、由于吸附剂需要通过交替加热或 冷却实现机械压縮机的功能，因而，单个吸附制冷单元的制冷或制热是不 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制 冷单元配合使用，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，以近似连续地制冷或制热；虽然国内外学者提出了众多技术方案， 但其管路阀门系统复杂，易出现泄露，且换热效率低，所以，真正实现连 续的吸附制冷仍存在一定难度。
现有的吸附制冷单元多采用包括吸附床、冷凝器和蒸发器的三段式结 构，虽然能够实现连续制冷，但由于吸附制冷单元采用单根管形式，这使 得在使用过程中，发现存在如下问题
1、吸附床内传质通道长径比过大，当循环周期较短时，使得远离进口 的吸附剂因周围的制冷剂蒸汽少而无法发挥全部作用，而为让该处吸附剂 发挥全部作用时，循环时间又将延长，但这将导致吸附制冷单元的制冷功
3率和C0P下降；
2、 为保证制冷剂蒸汽通过吸附床时能够全部冷凝，则冷凝器的长度将
不能过短；由于吸附床冷凝器采用与吸附床同样的直径，则冷凝器内部空 间体积有可能超过一个最佳体积；过大的冷凝器体积将影响系统的制冷性
能，因为在系统工作时单元内的制冷剂蒸汽压力是周期性变化的，则在冷 凝器中将滞留部分制冷剂蒸汽，该部分制冷剂不但不参与制冷而且还将消 耗部分吸附剂的吸附能力；
3、 由于吸附床是长径比较大的细长管子，在选择吸附剂填充厚度时存 在一些问题；如果管内径固定，采用厚度较厚的吸附剂则将导致传热距离 增大热阻增加，传质阻力增加，虽然通过采用内翅片增大传热面积，但无 法降低传质阻力；采用厚度较薄的吸附剂虽然縮短传热距离减小传热热阻， 但将造成吸附床的金属比热容较大，并且吸附床内部的空间较大，造成部 分制冷剂蒸汽"滞留"，降到其吸附制冷性能。
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，从而提供一种设计科学、适应交 变的热应力、结实耐用、无泄漏的内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元。
为了实现上述目的，本发明提供一种内置吸附剂浮头式吸附床制冷单 元，包括吸附床、冷凝器和蒸发器，该单元还包括隔热连通密闭体和绝热 连通密闭体；所述吸附床由至少两根外翅片管构成，所述吸附床外翅片管 的管内壁固化有一层吸附剂，所述吸附床的外翅片管中心设置有传质通道； 所述冷凝器由至少两根外翅片管构成，所述蒸发器由至少一根外翅片管构 成；其中，所述吸附床的外翅片管上端密闭，所述吸附床的外翅片管下端 连通所述隔热连通密闭体的上端，所述隔热连通密闭体的下端连通所述冷 凝器的外翅片管上端，所述冷凝器的外翅片管下端连通所述绝热连通密闭 体的上端，所述绝热连通密闭体的下端连通所述蒸发器的外翅片管上端，所述蒸发器的外翅片管下端密闭。
基于上述，所述隔热连通密闭体是中部具有收縮过渡段的筒状密闭体。 基于上述，所述绝热连通密闭体是中部具有收縮过渡段的筒状密闭体。 基于上述，所述吸附床由六根外翅片管构成，六根所述吸附床外翅片
管均匀分布于同一圆上；所述吸附床外翅片管长度小于等于30cm，所述吸 附床外翅片管直径15 mm 30mm;所述吸附床外翅片管管内壁固化的吸附 剂厚度为2mm 6mm。
基于上述，所述冷凝器由四根外翅片管构成。
基于上述，所述蒸发器由四根外翅片管构成，所述外翅片管内壁衬有 一层毛细材料。
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，具体的说， 该内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元结构设计科学、完善，具有很强的适应 交变热应力的能力，结实耐用，运行中无泄漏，保障了系统的稳定运行，换 热效率高，吸附制冷效果突出，具有很强的工业应用价值。
图1为本发明所述内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元的结构示意图； 图2为本发明所述吸附连续制冷系统的结构示意图。
具体实施例方式
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。 为减小吸附床管板所受热应力、提高系统可靠性，本发明综合各吸附 制冷单元的技术优点，提出一种新型内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元结 构，如图l所示 一种内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元10，所述内置吸 附剂浮头式吸附床制冷单元10包括依次连通的吸附床12、隔热连通密闭
体17、冷凝器13、绝热连通密闭体19和蒸发器14;
所述吸附床12由六根外径20mm的外翅片管构成，且六根所述外翅片 管均匀分布于同一圆上；所述吸附床的外翅片管内壁面粘结固化的吸附剂，或者，釆用散装吸 附剂，但要加装金属筛网以固定散装吸附剂，所述外翅片管管内壁固化的
吸附剂厚度为2mm 6mm，吸附剂固化在外翅片管内壁，使得传热面积增加 传质面积减小；在吸附床外翅片管中心设置有制冷剂的传质通道；
所述吸附床12的外翅片管长度为30 cm，与传统的制冷管吸附段的长 度400 600mm相比，縮短了一半左右，使得制冷剂在吸附床内部的传质距 离縮短，利于热交换和提高热交换效率；增加了吸附管的数量，使得长径 比大大减小，使得吸附床内部的传质通道面积增加，利于热交换和提高热 交换效率；而且吸附床一端固定，另一端自由，可以有效减少吸附床管板 上的热应力；
所述冷凝器13由呈方形排列的四根外翅片管构成，且每两根外翅片管 组成一组，以利于热交换；
所述蒸发器14由一根外翅片管构成，所述外翅片管内壁衬有一层毛细 材料，以保证蒸发时管内壁的充分浸润；
其中，所述吸附床12的金属管上端密闭，所述吸附床12的金属管下 端连通所述隔热连通密闭体17的上端，所述隔热连通密闭体17的下端连 通所述冷凝器13的外翅片管上端，所述冷凝器13的外翅片管下端连通所 述绝热连通密闭体19的上端，所述绝热连通密闭体19的下端连通所述蒸 发器14的外翅片管上端，所述蒸发器14的外翅片管下端密闭。
基于上述，所述隔热连通密闭体17和所述绝热连通密闭体19的内壁 均设置有绝热材料；在吸附床12、冷凝器13和蒸发器14之间设置绝热段， 即所述隔热连通密闭体17和所述绝热连通密闭体19，有利于克服运行过 程中的热(冷)损失，而且冷凝器和蒸发器分离，为实现连续制冷创造了 条件；
所述隔热连通密闭体17是中部具有收縮过渡段18的筒状密闭体，所 述绝热连通密闭体19是中部具有收縮过渡段20的筒状密闭体；在所述隔热连通密闭体17中部设置收縮过渡段18，在所述绝热连通密闭体19中部 设置收缩过渡段20，是为了以避免部件与部件之间出现突缩或突扩的不连 续情况，同时，均可充当集液器使用；
该内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元工作原理如下热或冷气体从吸 附床外流过，对吸附剂进行加热或冷却，同时补充脱附热或带出吸附热； 脱附时，由吸附床流出的蒸气在冷凝器内冷却并冷凝，热量经流经冷凝器 的冷却流体带走并向环境释放，冷却下的液体经过渐縮段汇集，通过绝热 段，流进蒸发器内；吸附时，蒸发器内的制冷剂液体因压力降低而蒸发， 吸收蒸发器周围冷媒水(气)的热量，实现制冷，制冷剂蒸气经冷凝器进 人吸附床。
该制冷单元结合了热管和浮头换热器的优点，没有真空阀，管板连接 处热应力小，可靠性得到提高，同时由于吸附床、冷凝器、蒸发器可以分 别设计，使其都能在最佳状态下工作；该内置吸附剂浮头式吸附床制冷单 元适合以高温气体为冷热媒体的吸附制冷系统。
为了能够充分说明本发明所述的内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元， 下面给出一种采用本单元的吸附连续制冷系统
如图2所示，采用4个新型的内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元，组 成一个吸附连续制冷系统，该系统包括两套吸附制冷换热器(A， B)， 一 个空气风机2， 一个热源风机3， 一个四通切换阀4， 一个三通切换阀9， 一个循环泵8和一组制冷盘管7;
所述吸附制冷换热器A包括两组以上所述的内置吸附剂浮头式吸附床 制冷单元IO、吸附床换热罩l和冷媒循环箱5，其中，两组所述内置吸附 剂浮头式吸附床制冷单元10的吸附床均设置在一个所述吸附床换热罩1 内，两组所述内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元10的蒸发器均设置在一个 所述冷媒循环箱5内；
所述吸附制冷换热器B包括两组以上所述的内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元IO、吸附床换热罩11和冷媒循环箱15,其中，两组所述内置吸 附剂浮头式吸附床制冷单元10的吸附床均设置在一个所述吸附床换热罩 11内，两组所述内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元10的蒸发器均设置在 一个所述冷媒循环箱15内；
其中，所述空气风机2和所述热源风机3分别连通所述四通切换阀4 的两进口，所述四通切换阀4的两出口分别连通两套所述吸附床换热罩(l， 11)的进口，两套所述冷媒循环箱(5， 15)的一端分别连通所述制冷盘管 7的一端，所述制冷盘管7的另一端连通所述循环泵8的进口，所述循环 泵8的出口连通所述三通切换阀9的进口，所述三通切换阀9的两出口分 别连通两套所述冷媒循环箱(5， 15)的另一端。
基于上述，对应所述吸附制冷换热器(A， B)的冷凝器分别设置有冷 凝风机(6， 16)，以利于冷凝；需要说明的是，在其它实施例中，所述吸 附制冷换热器(A， B)的冷凝器可共享一台冷凝风机。
该系统通过四通切换阀和三通切换阀，控制了冷热载体有规律的、交 替通过各个吸附床，进而实现连续的吸附制冷；对冷凝段则不考虑交替冷 却或加热问题，冷凝段四根管始终以环境空气或水(25 45°C)冷却；蒸 发段同样是始终处于冷媒水或空气当中，这样系统可以实现连续制冷。
该吸附连续制冷系统工作原理如下系统运行时，采用双套吸附制冷
换热器，即两套吸附制冷换热器交替着吸附和脱附；当吸附制冷换热器A 脱附时，切换阀将高温流体切换至吸附制冷换热器A的吸附床，高温流体 进入吸附床，将吸附床升温脱附，脱附出的制冷剂蒸汽经过冷凝器放出气 化潜热，变成液态制冷剂，液态制冷剂集聚在制冷单元的蒸发器处；在吸 附制冷换热器A进行脱附的同时，吸附制冷换热器B进行吸附，风机经切 换阀将新风送到吸附制冷换热器B，吸附制冷换热器B的吸附床降温吸附， 此时冷管内的蒸汽压力下降，内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元蒸发器内 的液态制冷剂开始蒸发，吸收冷媒传给的热量，冷媒经过制冷盘管吸收热量制冷；需要说明的是，吸附制冷使用不同的制冷剂和吸附剂时其脱附温 度是不同的，比如硅胶60度就可以脱附，活性炭IOO度以上可以脱附，分 子筛差不多要200度可以脱附，而制冷剂用水时，制冷温度在10度左右， 而用甲醇、氨等是可以制冰的。
一种吸附连续制冷方法，包括以下步骤
步骤1、打开四通切换阀和三通切换阀，使空气和热源气体分别进入 两套吸附制冷换热器(A， B)，吸附制冷换热器A进行吸附，蒸发器内的 制冷剂液体因压力降低而蒸发，吸收蒸发器周围冷媒的热量，冷媒温度降 低，并经制冷盘管进行循环吸热，进而实现制冷，同时，吸附制冷换热器 B进行脱附，由吸附床流出的蒸气在冷凝器内冷却并冷凝，热量经流经冷 凝器的冷却流体带走并向环境释放，冷却下的液体经过渐縮过渡段汇集， 通过绝热段，流进蒸发器内，以备下一步骤进行吸附；
步骤2、经过时间T后，切换四通切换阀和三通切换阀，使空气和热 源气体分别进入两套吸附制冷换热器(B， A)，吸附制冷换热器B进行吸 附，蒸发器内的制冷剂液体因压力降低而蒸发，吸收蒸发器周围冷媒的热 量，冷媒温度降低，并经制冷盘管进行循环吸热，进而实现制冷，同时， 吸附制冷换热器A进行脱附，由吸附床流出的蒸气在冷凝器内冷却并冷凝， 热量经流经冷凝器的冷却流体带走并向环境释放，冷却下的液体经过渐縮 过渡段汇集，通过绝热段，流进蒸发器内，以备下一步骤进行吸附；
步骤3、经过时间T后，再次切换四通切换阀和三通切换阀，依此循 环，以实现吸附连续制冷。
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。
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权利要求
1、一种内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元，包括吸附床、冷凝器和蒸发器，其特征在于该单元还包括隔热连通密闭体和绝热连通密闭体；所述吸附床由至少两根外翅片管构成，所述吸附床外翅片管的管内壁固化有一层吸附剂，所述吸附床的外翅片管中心设置有传质通道；所述冷凝器由至少两根外翅片管构成，所述蒸发器由至少一根外翅片管构成；其中，所述吸附床的外翅片管上端密闭，所述吸附床的外翅片管下端连通所述隔热连通密闭体的上端，所述隔热连通密闭体的下端连通所述冷凝器的外翅片管上端，所述冷凝器的外翅片管下端连通所述绝热连通密闭体的上端，所述绝热连通密闭体的下端连通所述蒸发器的外翅片管上端，所述蒸发器的外翅片管下端密闭。
2、 根据权利要求1所述的内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元，其特征 在于所述隔热连通密闭体是中部具有收縮过渡段的筒状密闭体。
3、 根据权利要求1所述的内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元，其特征 在于所述绝热连通密闭体是中部具有收縮过渡段的筒状密闭体。
4、 根据权利要求1所述的内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元，其特征 在于所述吸附床由六根外翅片管构成，六根所述吸附床外翅片管均匀分 布于同一圆上。
5、 根据权利要求1或4所述的内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元，其 特征在于所述吸附床外翅片管长度小于等于30cm，所述吸附床外翅片管 直径15 mm 30mm。
6、 根据权利要求5所述的内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元，其特征 在于所述吸附床外翅片管管内壁固化的吸附剂厚度为2腿 6mm。
7、 根据权利要求1所述的内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元，其特征 在于所述冷凝器由四根外翅片管构成。
8、 根据权利要求1所述的内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元，其特征在于所述蒸发器由四根外翅片管构成，所述外翅片管内壁衬有一层毛细材料。
全文摘要
本发明提供一种内置吸附剂浮头式吸附床制冷单元，它包括吸附床、隔热连通密闭体、冷凝器、绝热连通密闭体和蒸发器；吸附床由至少两根外翅片管构成，吸附床外翅片管的管内壁固化有吸附剂，吸附床的外翅片管中心设置有传质通道；冷凝器由至少两根外翅片管构成，蒸发器由至少一根外翅片管构成；吸附床的外翅片管上端密闭，吸附床的外翅片管下端连通隔热连通密闭体的上端，隔热连通密闭体的下端连通冷凝器的外翅片管上端，冷凝器的外翅片管下端连通绝热连通密闭体的上端，绝热连通密闭体的下端连通蒸发器的外翅片管上端，蒸发器的外翅片管下端密闭。该制冷单元结构设计科学，具有很强的适应交变热应力的能力，运行中无泄漏，换热效率高。
文档编号F25B39/04GK101532751SQ20091006466
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月16日 优先权日2009年4月16日
发明者孟祥睿, 军 张, 王定标, 马新灵, 魏新利 申请人:郑州大学