碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统，包括N个吸附床组件，每个吸附床组件包括吸附床单元管组件、氨气吸附管路和氨气脱附管路、热源进入管路、冷却水进水管路和冷却水回水管路；所述吸附床单元管组件包括M个吸附单元管，每个吸附单元管包括吸附外管、设置在吸附外管内的多个托盘、设置在多个托盘中部的滤网，每个托盘内设置有吸附剂，所述吸附外管的顶端连接气总管；所述氨气脱附管路和氨气吸附管路之间依次连接有冷凝器、液氨储罐、节流阀和蒸发器。本发明通过吸附和脱附化学吸附床配合应用，达到不间断地加热或冷却，在同等热源条件下，提高制冷量和制冷深度。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种化学吸附式热能制冷系统，具体涉及碱土金属卤化物化学吸附式 热能制冷系统。 碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统
【背景技术】
[0002] 热能制冷技术分为吸收式制冷和吸附式制冷两大类。由于目前吸收式制冷产品主 要以溴化锂的水溶液作制冷剂，且工艺复杂，只能应用于空调工况（7°C以上）制冷场所，而 且无法小型化（功率至少40kw)，同时，这类产品所需求的能源也是较高的品质，如工业饱 和蒸汽、天燃气或煤气，虽有溴气锂热水机组，但驱动该机组的热水需较大的扬程和流量进 行热交换，其泵功所耗电能已与同类压缩机系统耗电量接近同一数量级。
[0003] 在吸附制冷技术中，又分为物理式吸附式制冷和化学吸附式制冷。由于物理式吸 附制冷技术存在需对吸附材料定期清洗，吸附材料易老化、失效等诸多运营和工艺上的缺 陷，很少有商业化的产品应用。而化学吸附式制冷技术的优点在于：可利用内燃机烟气及低 压废蒸汽等低品位热源，化学吸附剂吸附量大，可深度制冷。但是，当前化学吸附式制冷仍 然存在一些问题，也导致化学吸附式制冷产品也没有开始商业化应用：一是当前学术界对 化学吸附式制冷的研究，大多以单组吸附床为主，构成单向化学吸附热能制冷系统，或双向 切换间歇式的化学吸附热能制冷系统，化学吸附充分反应时间无穷长的，这种特性无法在 产品中得到应用，而一些前沿研究者从事的双吸附床研究，将一组吸附床处于冷却状况，吸 附制冷剂，同时，另一组吸附床加热，脱附制冷剂，两组吸附床加上制冷系统核心配套组成 制冷循环回路，由于化学吸附剂对制冷剂吸附的效率与脱附的效率不相同，产生两组吸附 床工作不平衡状况，影响制冷效果，加上在两组吸附床切换的过程中，有段时间是停止加热 或冷却，两组吸附床同时都未处于吸附和脱附状态，由于没有吸附就不能制冷，这一过程形 成制冷空挡的间歇，只能达到非连续制冷的较差效果，现有的这种单向的、间歇的制冷工况 没有实用价值。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统，包括并联连 接的N个吸附床组件，每个吸附床组件包括吸附床单元管组件、氨气吸附管路和氨气脱附 管路、热源进入管路、冷却水进水管路和冷却水回水管路；所述吸附床单元管组件包括Μ个 吸附单元管，每个吸附单元管包括吸附外管、设置在吸附外管内的多个托盘、设置在多个托 盘中部的滤网，每个托盘内设置有吸附剂，所述吸附外管的顶端连接气总管；所述气总管通 过三通分别与氨气吸附管路和氨气脱附管路连通，所述吸附床单元管组件的顶端与所述冷 却水进水管路连通，所述吸附床单元管组件的底端与所述冷却水回水管路连通，所述吸附 床单元管组件的顶端连接有热源出口；
[0005] 所述氨气脱附管路和氨气吸附管路之间依次连接有冷凝器、液氨储罐、节流阀和 蒸发器；所述氨气吸附管路上设置有单向回气控制阀组，所述氨气脱附管路上设置有单向 出气控制阀组，所述冷却水进水管路上设置有冷却水进水控制阀组，所述热源进入管路上 设置有热源输入控制阀组，所述单向出气控制阀组包括氨气脱附管路与每个吸附床单元管 组件之间连接的支路上设置的阀al-nl，所述单向回气控制阀组包括氨气吸附管路与每个 吸附床单元管组件之间连接的支路上设置的阀a2-n2,所述冷却水进水控制阀组包括冷却 水进水管路与每个吸附床单元管组件之间连接的支路上设置的阀a3-n3,所述热源输入控 制阀组包括热源进入管路与每个吸附床单元管组件之间连接的支路上设置的阀a4-n4 ;所 述单向回气控制阀组、单向出气控制阀组、冷却水进水控制阀组、热源输入控制阀组均与电 控箱连接，所述N为整数，3 < N < 8,所述Μ为大于2的整数。
[0006] 上述技术方案中的多个托盘层叠设置。
[0007] 上述技术方案中的吸附剂为一种碱土金属齒化物或一种以上碱土金属齒化物的 混合物。
[0008] 上述技术方案中的滤网为钢丝网制成。
[0009] 上述技术方案中的热源进入管路通入热源温度在300°C以上的内燃机尾气。
[0010] 上述技术方案中的热源进入管路通入压力在〇. 2Mpa以上或温度在110°C以上的 饱和蒸汽。
[0011] 上述技术方案中的吸附外管为不锈钢无缝钢管。
[0012] 上述技术方案中的托盘横截面呈圆环状，多个托盘同心布置。
[0013] 上述技术方案中的托盘为铝板制成。
[0014] 本发明在低品位热源条件下，以制冷配套和终端产品持续运行为条件，为获得实 际吸附和脱附切换时间的最佳效率，设计了 N个吸附床组件，通过在N个吸附床组件，分配 各个吸附床组件处于吸附和脱附相配合的工作状态，提高了在同等热源条件下制冷量和制 冷深度，提高了吸附制冷能力，促进吸附制冷技术由科研成果向产业化发展迈出了新的步 伐。
[0015] 本发明的化学吸附床单元管中，设置有多层托盘，这种多层式的托盘结构可将外 界进入的热能充分而均匀地传导给托盘内的化学吸附剂，同时在环形托盘的中间设置钢丝 滤网，钢丝网之间的间隙以及多层托盘之间的间隙，可确保制冷剂进出化学吸附剂的通路 通畅。
[0016] 本发明将氨气吸附管路和氨气脱附管路、热源进入管路、冷却水进水管路和冷却 水回水管路集合到化学吸附床单元内，并通过电控箱进行单独控制，相互间互不干扰，控制 精确度高。
[0017] 本发明打破传统的单组吸附床，或双组吸附床切换间歇式的化学吸附热能制冷结 构，通过设置三组以上化学吸附床，并根据制冷深度的要求设置化学吸附床单元总数，以及 在该制冷深度的工况条件下，合理分配参加吸附和脱附的化学吸附床的数量，保证任一时 间点上，通过三组或以上吸附和脱附化学吸附床配合应用，能够达到不间断地加热或冷却， 在同等热源条件下，提高制冷量和制冷深度，整个系统能够利用低品位热源，如低压蒸汽和 发动机尾气等废余热源等，作为驱动能源，达到梯级利用废余热源的节能减排功效。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本发明的系统结构示意图；
[0019] 图2是本发明的系统结构原理图；
[0020] 图3是本发明的吸附单元管结构示意图；
[0021] 图中：1、吸附床组件（1. 1、吸附外管；1.2、托盘；1.3、滤网；1.4、吸附剂）；3、吸 附床单元管；5、连管；6、气总管；7、吸附床组；8、冷凝器；9、液氨储罐；10、节流阀；11、蒸发 器；12、电控箱；13、氨气脱附管路；14、冷却水进水管路；15、热源进入管路；16、单向出气控 制阀组；17、单向回气控制阀组；18、冷却水进水控制阀组；19、热源输入控制阀组；20、氨气 吸附管路；21、冷却水回水管路；22、热源进口；23、热源出口；24、冷却水进口；25、冷却水出 □。
【具体实施方式】
[0022] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
[0023] 碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统，如图1、图2所示，包括并联连接的N个 吸附床组件1，每个吸附床组件1包括吸附床单元管组件、氨气吸附管路20和氨气脱附管路 13、热源进入管路15、冷却水进水管路14和冷却水回水管路21 ;吸附床单元管组件包括Μ 个吸附单元管，每个吸附单元管包括不锈钢无缝钢管制成的吸附外管1. 1、设置在吸附外管 1. 1内的多个托盘1. 2,多个托盘1. 2层叠设置，以及设置在多个托盘1. 2中部的滤网1. 3， 如图3所示，滤网1. 3为钢丝网制成，每个托盘1. 2内设置有吸附剂1. 4,吸附剂1. 4为一种 碱土金属卤化物或一种以上碱土金属卤化物的混合物。吸附外管1. 1的顶端连接气总管6 ; 气总管6通过三通分别与氨气吸附管路20和氨气脱附管路13连通，吸附床单元管组件的 顶端与冷却水进水管路14连通，所述吸附床单元管组件的底端与所述冷却水回水管路21 连通，所述吸附床单元管组件的顶端连接有热源出口 23 ;氨气脱附管路13和氨气吸附管路 20之间依次连接有冷凝器8、液氨储罐9、节流阀10和蒸发器11 ;氨气吸附管路20上设置 有单向回气控制阀组17,氨气脱附管路13上设置有单向出气控制阀组16,冷却水进水管路 14上设置有冷却水进水控制阀组18,热源进入管路15上设置有热源输入控制阀组19,单 向出气控制阀组16包括氨气脱附管路13与每个吸附床单元管组件1之间连接的支路上设 置的阀al-nl，所述单向回气控制阀组17包括氨气吸附管路20与每个吸附床单元管组件1 之间连接的支路上设置的阀a2-n2,冷却水进水控制阀组18包括冷却水进水管路14与每个 吸附床单元管组件1之间连接的支路上设置的阀a3-n3,热源输入控制阀组19包括热源进 入管路15与每个吸附床单元管组件1之间连接的支路上设置的阀a4-n4 ;单向回气控制阀 组17、单向出气控制阀组16、冷却水进水控制阀组18、热源输入控制阀组19均与电控箱12 连接，N为3-8的整数，Μ为大于2的整数。
[0024] 热源进入管路15通入热源温度在300°C以上的内燃机尾气，或者在热源进入管路 15通入压力在0. 2Mpa以上或温度在110°C以上的饱和蒸汽。
[0025] 吸附外管1. 1为不锈钢无缝钢管，托盘1. 2为铝板制成，托盘1. 2横截面呈圆环 状，多个托盘1. 2同心布置。
[0026] 如图3所示，每组吸附床组系统，是集氨通路、热通路和水通路的三位一体结构， 艮P :在一个相对封闭的主机容器内，由吸附床单元管组成的管组居中，气总管6出口通过一 个三通接头分别连接了两个热源输入控制阀组组，其中一个热源输入控制阀组组是单向出 气控制阀组16,另一个为单向进气控制阀组17 ;进水管通过一个冷却水进水控制阀组18， 将进水口延伸进主机容器内，在主机容器下方，冷却水流出，汇入冷却水回水管路21 ;热源 沿专门管路通过一个热源输入控制阀组19,进入主机容器内，传热降温后，从热源出口 23 逸出主机容器。
[0027] 本发明的基本原理是利用碱土金属卤化物与氨的可逆络合反应过程中的放热和 吸热完成的。以碱土金属CaCl2为例，可逆络合反应过程如下：
【权利要求】
1. 一种碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统，其特征在于：包括并联连接的N个 吸附床组件（1)，每个吸附床组件（1)包括吸附床单元管组件、氨气吸附管路（20)和氨气脱 附管路（13)、热源进入管路（15)、冷却水进水管路（14)和冷却水回水管路（21); 所述吸附床单元管组件（1)包括Μ个吸附单元管，每个吸附单元管包括吸附外管 (1.1)、设置在吸附外管（1.1)内的多个托盘（1.2)、设置在多个托盘（1.2)中部的滤网 (1.3)，每个托盘（1.2)内设置有吸附剂（1.4)，所述吸附外管（1.1)的顶端连接气总管 (6)； 所述气总管（6)通过三通分别与氨气吸附管路（20)和氨气脱附管路（13)连通，所述 吸附床单元管组件的顶端与所述冷却水进水管路（14)连通，所述吸附床单元管组件的底 端与所述冷却水回水管路（21)连通，所述吸附床单元管组件的顶端连接有热源出口（23); 所述氨气脱附管路（13)和氨气吸附管路（20)之间依次连接有冷凝器（8)、液氨储罐 (9)、节流阀（10)和蒸发器（11); 所述氨气吸附管路（20)上设置有单向回气控制阀组（17)，所述氨气脱附管路（13) 上设置有单向出气控制阀组（16)，所述冷却水进水管路（14)上设置有冷却水进水控制阀 组（18)，所述热源进入管路（15)上设置有热源输入控制阀组（19)，所述单向出气控制阀 组（16)包括氨气脱附管路（13)与每个吸附床单元管组件（1)之间连接的支路上设置的 阀al-nl，所述单向回气控制阀组（17)包括氨气吸附管路（20)与每个吸附床单元管组件 (1)之间连接的支路上设置的阀a2-n2,所述冷却水进水控制阀组（18)包括冷却水进水管 路（14)与每个吸附床单元管组件（1)之间连接的支路上设置的阀a3-n3,所述热源输入控 制阀组（19)包括热源进入管路（15)与每个吸附床单元管组件（1)之间连接的支路上设 置的阀a4-n4 ;所述单向回气控制阀组（17)、单向出气控制阀组（16)、冷却水进水控制阀组 (18)、热源输入控制阀组（19)均与电控箱（12)连接；所述N为整数，3 8,所述Μ为 大于2的整数。
2. 根据权利要求1所述的碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统，其特征在于：所 述多个托盘（1.2)层叠设置。
3. 根据权利要求1或2所述的碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统，其特征在于： 所述吸附剂（1.4)为一种碱土金属卤化物或一种以上碱土金属卤化物的混合物。
4. 根据权利要求3所述的碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统，其特征在于：所 述滤网（1.3)为钢丝网制成。
5. 根据权利要求1所述的碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统，其特征在于：所 述热源进入管路（15)通入热源温度在300°C以上的内燃机尾气。
6. 根据权利要求1所述的碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统，其特征在于：所 述热源进入管路（15)通入压力在0. 2Mpa以上或温度在110°C以上的饱和蒸汽。
7. 根据权利要求3所述的碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统，其特征在于：所 述吸附外管（1. 1)为不锈钢无缝钢管。
8. 根据权利要求2所述的碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统，其特征在于：所 述托盘（1.2)横截面呈圆环状，多个托盘（1.2)同心布置。
9. 根据权利要求2或8所述的碱土金属卤化物化学吸附式热能制冷系统，其特征在于： 所述托盘（1.2)为铝板制成。
【文档编号】F25B17/00GK104048440SQ201410235766
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】殷明 申请人:武汉箕星制冷有限公司