一种吸附式制冷装置

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，具体涉及一种吸附式制冷装置。

背景技术

目前，公知的利用空调、冰箱制冷技术有很多(例如专利文献1、专利文献2)，利用高温烟气余热和/或太阳能制冷、供暖或制取热水等。

专利文献1：中国专利(CN104896787B)提供了一种利用发动机尾气驱动的吸附制冷装置，用于解决汽车发动机排放的高温尾气回收利用这个技术难题，采用高温盐吸附床和中温盐吸附床并联运行的吸附制冷方式，实现连续制冷循环，具有良好适应恶劣工况的能力。

专利文献2：中国专利(CN109489151B)提供了一种可以提高系统效率的太阳能热空调系统，该发明通过得到的热介质即热水加热吸收式制冷机，利用从该热水加热吸收式制冷机得到的制冷剂进行制冷，确实是一种实施效果较好的技术。

目前国内城市及农村家庭现状是，家用电热水器、冰箱、空调等普遍采用电作为能源，用于烧制洗澡洗漱用热水、冰箱制冷、空调制冷等，具有方便快捷的特点。但电作为二次能源用于加热，实际综合热利用效率并不高，用于气体压缩制冷，也存在能耗较高的问题。

以家用燃气灶具为例，国内燃气灶具燃气的热利用效率在55％到63％之间，燃气燃烧用于加热炊具如蒸煮锅、热水壶、炒锅等，当灶具为敞开式火焰加热时，燃料的综合热利用效率在14％至20％之间；如燃气灶具采用围绕炊具下部的夹套或水夹套回收热量，燃气的综合热利用效率在35％左右。如能较大幅度提高灶具燃料的综合热利用效率，意义重大。

随着人们生活水平的提高，对舒适性空调的需求量不断提高，而作为耗能型产品，对电力的供应将是严峻的考验。据相关文献报道，美国每年约23％的电力用于生活制冷/空调，这种比例在中国也将迅速增加；根据国家统计局2005年9月发布的统计数据，上海每100户居民平均拥有空调器167.8台，上海市居民按600万户计，共有空调约1006.8万台，装机电力需求10000MW，一旦夏季来临，气温骤升，投入运行，必然带来严重的电力峰谷问题。最新公布数据也印证了这一点，全国各地2023年11月电网企业代理购电价格陆续公布，以35KV工商业两部制电价作为分析对象，储能和电力市场发现：13个区域峰谷价差超过0.7元/kWh，近五成的区域，11月峰谷价差同比增长，山东峰谷价差同比增长66.87％，江西则为60.82％，等等。而绝大部分空调家用冰箱、空调，采用气体压缩制冷、供热原理，都是家用能源系统中能量消耗的“大户”；汽车、船舶等对制冷空调负荷的需求亦极大，同时其发动机、柴油机等又排放大量的高温烟气而造成浪费及热污染等。因此制冷/空调领域的节能研究意义重大。

上述引用之处未一一注明，在此谨表谢意！

发明内容

本发明提供一种吸附式制冷装置：

所述吸附式制冷装置包括第一热介质循环过程、吸附式制冷器之制冷剂制冷循环过程、载冷体循环过程和冷却介质循环过程，

所述第一热介质循环过程，包括：

第一热介质吸热、蓄热循环过程：

所述蓄热罐40中的第一热介质经一号循环泵K1或二号循环泵K2、管道D1送入热回收器41，回收高温流体42的热量，高温流体42降低温度成为低温流体43排出，从热回收器41出来的第一热介质经管道D2返回蓄热罐40，从而形成第一热介质的吸热、蓄热循环过程；

和/或从蓄热罐40出来的第一热介质经一号循环泵K1或二号循环泵K2、管道D16、太阳能集热器61吸收太阳能的热量后，经管道D17返回蓄热罐40，从而形成第一热介质的吸热、蓄热循环过程；

第一热介质供热循环过程：

所述吸附式制冷器之吸附床45处于加热-解吸-冷凝过程时，从蓄热罐40出来的第一热介质经一号循环泵K1或二号循环泵K2、管道D3、二号三通切断阀S2之d和f(e关闭)送入吸附床45的加热/冷却通道48，加热吸附工质对，制冷剂47吸收热量从吸附剂46中解吸出来，从加热/冷却通道48出来的第一热介质再经管道D4、阀门E8返回蓄热罐40，从而形成第一热介质的供热循环过程；

吸附式制冷器之制冷剂制冷循环过程：

所述吸附式制冷器制冷循环过程由吸附床45之加热-解吸-冷凝与吸附床45之冷却-吸附-蒸发两个过程交替完成，

吸附床45被第一热介质加热，吸附床45中吸附剂46吸附的制冷剂47解吸出来，经管道D6、阀门E7送入冷凝器49，被一号增压器K3经管道D5、一号三通切断阀S1的a和b(c关闭)送来的冷却介质冷却形成液态制冷剂，储存在冷凝器49或储液罐50中(储液罐50可不设置)，从而完成制冷剂47的加热-解吸-冷凝过程；

吸附床45被一号增压器K3、管道D5、一号三通切断阀S1的a和c(b关闭)送来的冷却介质通过加热/冷却通道48时冷却，再经二号三通切断阀S2的f和e(d关闭)、管道D12排出，冷凝器49或储液罐50中(储液罐50可不设置)的液态制冷剂47，经管道D8、节流阀J1送入蒸发器51，吸收从用冷单元56送来的载冷剂的热量，蒸发产生的气态制冷剂经管道D11、阀门E9进入吸附床45，被其中的吸附剂46吸附，从而完成制冷剂47的冷却-吸附-蒸发过程；

载冷体循环过程：

包括相变蓄冷器52，所述载冷体循环回路中设有相变蓄冷器52，吸附式制冷器之制冷剂47处于冷却-吸附-蒸发过程时，载冷体由二号增压器K4提供载冷体循环的动力，经蒸发器51、相变蓄冷器52的载冷体通道54、管道D10返回用冷单元56，蒸发器51释放出来的冷量传递给载冷体，一部分供相变蓄冷器52中的相变工质53吸收，使相变工质53由液态变为固态而蓄冷，另一部分冷量通过载冷体供冷给用冷单元56，从而完成冷却-吸附-蒸发过程中载冷体在蒸发器51中的吸冷、载冷体对相变蓄冷器52充冷而使相变工质53相变蓄冷、载冷体再对用冷单元56进行的供冷过程；

吸附式制冷器之制冷剂47处于加热-解吸-冷凝过程时，所述蓄热罐40中的第一热介质作为吸附式制冷器的热源，蒸发器51停止运行，从用冷单元56出来的载冷体由二号增压器K4提供动力，经管道D9、蒸发器51、相变蓄冷器52的载冷体通道54、管道D10返回用冷单元56，相变蓄冷器52中的相变工质53由固态变为液态，所蓄的冷量释放给载冷体吸收，载冷体再将吸收的冷量供冷给用冷单元56，从而完成加热-解吸-冷凝过程中载冷体在相变蓄冷器52中的充冷、再对用冷单元56进行的供冷过程；

冷却介质循环过程：

所述吸附式制冷器之吸附床45处于加热-解吸-冷凝过程，

冷却介质为空气时，一号增压器K3为风机，采用开式循环方式，空气经一号增压器K3、管道D5、一号三通切断阀S1之a和b(c关闭)送入冷凝器49，冷却从吸附床45解吸出来的气态制冷剂47，气态制冷剂47液化成液体，储存在冷凝器49或储液罐50中(储液罐50可不设置)，从冷凝器49出来的升温的空气经管道D13排入大气，

当冷却介质为水或溶液时，一号增压器K3为液体循环泵，冷却介质经一号增压器K3、管道D5、一号三通切断阀S1之a和b(c关闭)送入冷凝器49，冷却从吸附床45解吸出来的气态制冷剂47，气态制冷剂47液化成液体，储存在冷凝器49或储液罐50中(储液罐50可不设置)，从冷凝器49出来的升温的冷却介质，经管道D13送入冷却塔57冷却，被冷却的冷却介质再从冷却塔57回到一号增压器K3，从而形成冷却介质的循环过程；

所述吸附式制冷器之吸附床45处于冷却-吸附-蒸发过程，

冷却介质为空气时，一号增压器K3为风机，采用开式循环方式，空气经一号增压器K3、管道D5、一号三通切断阀S1之a和c(b关闭)送入吸附床45之加热/冷却通道48，吸收吸附床45之吸附剂46吸附气态制冷剂47时释放的热量，从加热/冷却通道48出来的升温的空气再经二号三通切断阀S2的f和e(d关闭)、管道D12排入大气；

当冷却介质为水或溶液时，一号增压器K3为液体循环泵，冷却介质经一号增压器K3、管道D5、一号三通切断阀S1之a和c(b关闭)送入吸附床45之加热/冷却通道48，吸收吸附床45之吸附剂46吸附气态制冷剂47时释放的热量，从加热/冷却通道48出来的升温的冷却介质再经二号三通切断阀S2之f和e(d关闭)、管道D12送入冷却塔57冷却，被冷却的冷却介质再从冷却塔57回到一号增压器K3，从而形成冷却介质的循环过程；

上述四个过程交替进行，从而完成载冷体对用冷单元56的连续供冷过程。

设有暖风机60：从蓄热罐40出来的第一热介质经一号循环泵K1或二号循环泵K2、阀门E10、管道D14、暖风机60、管道D15返回蓄热罐40，从而完成蓄热罐40中第一热介质对暖风机的供热过程。

所述相变蓄冷器52由封装相变工质53的腔体空间和载冷体通道54的腔体空间组成，采用间壁传热换冷方式；

装填相变蓄冷器52相变工质53的腔体，留有足够的膨胀空间；

所述载冷体通道54的腔体连接引进、引出管道；

所述吸附式制冷器的吸附床45之吸附工质对腔体空间采取强化传热措施。

所述吸附式制冷器的吸附床45之加热/冷却通道48的腔体空间采取强化传热措施。

所述相变蓄冷器52之载冷剂通道54的腔体空间采取强化传热措施。

所述相变蓄冷器52之相变工质(53)的腔体空间采取强化传热措施。

所述载冷体为空气、水或乙二醇的水溶液等；

所述的用冷单元56为冰箱或制冷用空调、汽车制冷空调、船舶制冷空调等；

所述的相变蓄冷器52可按一定时间段的最大冷负荷的一半以上确定相变工质53用量，确保吸附式制冷器对载冷体的连续供冷输出。

所述的相变蓄冷器52采用耐相变工质腐蚀的材料如耐腐蚀不锈钢等。

由于相变蓄冷器52采用相变工质封闭在相变蓄冷器中的工艺设计，相变工质与载冷体工质并不接触，因此相变工质中的水不会形成蒸气挥发到载冷体中，从而有效避免了载冷体在蒸发器51处的结霜，从而减轻了除霜回路的能耗。

固态的吸附剂46和制冷剂47组成吸附工质对，包括但不限于活性炭-甲醇、沸石-水、硅胶-水、氯化钙-氨、氯化锶-氨、活性炭-乙醇等，吸附剂46在实际应用中多为与粘接剂复合而形成的复合吸附剂多孔固体颗粒。实际应用中，需要根据热源温度的高低选择适用的吸附工质对，并根据实际的要求选择合适的制冷循环方式。

所述的第一热介质为水、辛烷、乙醇、丙醇、丁醇和异丁醇等。

所述的高温流体42包括但不限于家庭灶具燃料、汽车发动机燃料、柴油机燃料、中小型渔船内燃机燃料等燃烧利用后释放的高温尾气。

所述的相变工质53包括但不限于水或者共晶盐，共晶盐蓄冷材料如NaCl、MgCl

本装置中设置必要的排气阀。

本装置的吸收式制冷器可采用必要的回热、回流、回质等措施。

本发明未涉及部分如安全附件、仪器、仪表、自动控制等，采用现有公知技术进行配套，可将现有的成熟可靠的合理技术措施应用于本系统。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、利用相变蓄冷器中封装的相变工质进行蓄冷，在吸附式制冷装置中吸附式制冷器之吸附床处于加热-解吸-冷凝阶段时，释放出相变蓄冷器所蓄的冷量进行供冷，从而实现间歇制冷方式的单台吸附式制冷器对用冷单元的连续供冷；

2、节电、节能效果显著：采用回收的高温烟气余热蓄热后，作为吸附式制冷器的热源，拖动冷用户如制冷空调或冰箱，与采用气体压缩制冷方式的空调或冰箱相比，因压缩式制冷机与能力、参数相仿的吸附式制冷装置两者辅助设备的电能消耗相近，而目前最先进的透平压缩机平均每制1千兆焦耳冷量，需要消耗292兆焦耳电能，通过对压缩式制冷机和吸收式制冷器的能量指标进行比较表明：利用废热加热的吸附式制冷器，显然具有极大的节电、节能潜力；

3、适用于汽车发动机等尾气余热的回收、制冷，结合相变工质蓄冷技术，装置紧凑且噪音极小，具有很大的应用前景。

附图说明

图1是一种吸附式制冷装置流程示意图。

图1中：40-蓄热罐，41-热回收器，42-高温流体，43-低温流体，44-蓄热罐气空间，45-吸附床，46-吸附剂，47-制冷剂，48-加热/冷却通道，49-冷凝器，50-储液罐，51-蒸发器，52-相变蓄冷器，53-相变工质，54-载冷体通道，55-相变工质膨胀空间，56-用冷单元，57-冷却塔，58-强化转热传质元件，59-风机，60-暖风机，61-太阳能集热器；K1-一号循环泵，K2-二号循环泵，K3-一号增压器(冷却介质为空气时，K3为风机；冷却介质为水或溶液时，K3为液体循环泵)，K4-二号增压器(载冷体为空气时，K4为风机；载冷体为水或溶液时，K4为载冷体循环泵)；E1至E10为阀门；S1-一号三通切断阀(a、b、c三个阀端进行切换操作，如a、c开通，b关闭；或a、b开通，c关闭)；S2-二号三通切断阀(f、e、d三个阀端进行切换操作，如f、d开通，e关闭；或f、e开通，d关闭)；J1-节流阀；B1-安全阀；D1至D17为连接管道。

图2一种吸附式制冷装置流程示意图。

图2中：40-蓄热罐，41-热回收器，42-高温流体，43-低温流体，44-蓄热罐气空间，45-吸附床，46-吸附剂，47-制冷剂，48-加热/冷却通道，49-冷凝器，50-储液罐，51-蒸发器，52-相变蓄冷器，53-相变工质，54-载冷体通道，55-相变工质膨胀空间，56-用冷单元，60-暖风机，61-太阳能集热器；K1-一号循环泵，K2-二号循环泵，K3-一号增压器(冷却介质为空气时，K3为风机；冷却介质为水或溶液时，K3为液体循环泵)，K4-二号增压器(载冷体为空气时，K4为风机；载冷体为水或溶液时，K4为载冷体循环泵)；E1至E10为阀门；S1-一号三通切断阀(a、b、c三个阀端进行切换操作，如a、c开通，b关闭；或a、b开通，c关闭)；S2-二号三通切断阀(d、e、f三个阀端进行切换操作，如f、d开通，e关闭；或f、e开通，d关闭)；J1-节流阀；B1-安全阀；D1至D17为连接管道。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示，一种吸附式制冷装置，具体实施例如下：

所述吸附式制冷装置包括第一热介质循环过程、吸附式制冷器之制冷剂制冷循环过程、载冷体循环过程和冷却介质循环过程，

所述第一热介质循环过程，包括：

第一热介质吸热、蓄热循环过程：

所述蓄热罐40中的第一热介质经一号循环泵K1或二号循环泵K2、管道D1送入热回收器41，回收高温流体42的热量，高温流体42降低温度成为低温流体43排出，从热回收器41出来的第一热介质经管道D2返回蓄热罐40，从而形成第一热介质的吸热、蓄热循环过程；

和/或从蓄热罐40出来的第一热介质经一号循环泵K1或二号循环泵K2、管道D16、太阳能集热器61吸收太阳能的热量后，经管道D17返回蓄热罐40，从而形成第一热介质的吸热、蓄热循环过程；

第一热介质供热循环过程：

所述吸附式制冷器之吸附床45处于加热-解吸-冷凝过程时，从蓄热罐40出来的第一热介质经一号循环泵K1或二号循环泵K2、管道D3、二号三通切断阀S2之d和f(e关闭)送入吸附床45的加热/冷却通道48，加热吸附工质对，制冷剂47吸收热量从吸附剂46中解吸出来，从加热/冷却通道48出来的第一热介质再经管道D4、阀门E8返回蓄热罐40，从而形成第一热介质的供热循环过程；

吸附式制冷器之制冷剂制冷循环过程：

所述吸附式制冷器制冷循环过程由吸附床45之加热-解吸-冷凝与吸附床45之冷却-吸附-蒸发两个过程交替完成，

吸附床45被第一热介质加热，吸附床45中吸附剂46吸附的制冷剂47解吸出来，经管道D6、阀门E7送入冷凝器49，被一号增压器K3经管道D5、一号三通切断阀S1的a和b(c关闭)送来的冷却介质冷却形成液态制冷剂，储存在冷凝器49或储液罐50中(储液罐50可不设置)，从而完成制冷剂47的加热-解吸-冷凝过程；

吸附床45被一号增压器K3、管道D5、一号三通切断阀S1的a和c(b关闭)送来的冷却介质通过加热/冷却通道48时冷却，再经二号三通切断阀S2的f和e(d关闭)、管道D12排出，冷凝器49或储液罐50中(储液罐50可不设置)的液态制冷剂47，经管道D8、节流阀J1送入蒸发器51，吸收从用冷单元56送来的载冷剂的热量，蒸发产生的气态制冷剂经管道D11、阀门E9进入吸附床45，被其中的吸附剂46吸附，从而完成制冷剂47的冷却-吸附-蒸发过程；

载冷体循环过程：

包括相变蓄冷器52，所述载冷体循环回路中设有相变蓄冷器52，吸附式制冷器之制冷剂47处于冷却-吸附-蒸发过程时，载冷体由二号增压器K4提供载冷体循环的动力，经蒸发器51、相变蓄冷器52的载冷体通道54、管道D10返回用冷单元56，蒸发器51释放出来的冷量传递给载冷体，一部分供相变蓄冷器52中的相变工质53吸收，使相变工质53由液态变为固态而蓄冷，另一部分冷量通过载冷体供冷给用冷单元56，从而完成冷却-吸附-蒸发过程中载冷体在蒸发器51中的吸冷、载冷体对相变蓄冷器52充冷而使相变工质53相变蓄冷、载冷体再对用冷单元56进行的供冷过程；

吸附式制冷器之制冷剂47处于加热-解吸-冷凝过程时，所述蓄热罐40中的第一热介质作为吸附式制冷器的热源，蒸发器51停止运行，从用冷单元56出来的载冷体由二号增压器K4提供动力，经管道D9、蒸发器51、相变蓄冷器52的载冷体通道54、管道D10返回用冷单元56，相变蓄冷器52中的相变工质53由固态变为液态，所蓄的冷量释放给载冷体吸收，载冷体再将吸收的冷量供冷给用冷单元56，从而完成加热-解吸-冷凝过程中载冷体在相变蓄冷器52中的充冷、再对用冷单元56进行的供冷过程；

冷却介质循环过程：

所述吸附式制冷器之吸附床45处于加热-解吸-冷凝过程，

冷却介质为水，一号增压器K3为液体循环泵，冷却介质经一号增压器K3、管道D5、一号三通切断阀S1之a和b(c关闭)送入冷凝器49，冷却从吸附床45解吸出来的气态制冷剂47，气态制冷剂47液化成液体，储存在冷凝器49或储液罐50中(储液罐50可不设置)，从冷凝器49出来的升温的冷却介质，经管道D13送入冷却塔57冷却，被冷却的冷却介质再从冷却塔57回到一号增压器K3，从而形成冷却介质的循环过程；

所述吸附式制冷器之吸附床45处于冷却-吸附-蒸发过程，

冷却介质为水，一号增压器K3为液体循环泵，冷却介质经一号增压器K3、管道D5、一号三通切断阀S1之a和c(b关闭)送入吸附床45之加热/冷却通道48，吸收吸附床45之吸附剂46吸附气态制冷剂47时释放的热量，从加热/冷却通道48出来的升温的冷却介质再经二号三通切断阀S2之f和e(d关闭)、管道D12送入冷却塔57冷却，被冷却的冷却介质再从冷却塔57回到一号增压器K3，从而形成冷却介质的循环过程；

上述四个过程交替进行，从而完成载冷体对用冷单元56的连续供冷过程。

设有暖风机60：从蓄热罐40出来的第一热介质经一号循环泵K1或二号循环泵K2、阀门E10、管道D14、暖风机60、管道D15返回蓄热罐40，从而完成蓄热罐40中第一热介质对暖风机的供热过程。

所述相变蓄冷器52由封装相变工质53的腔体空间和载冷体通道54的腔体空间组成，采用间壁传热换冷方式；

装填相变蓄冷器52相变工质53的腔体，留有足够的膨胀空间；

所述载冷体通道54的腔体连接引进、引出管道；

所述吸附式制冷器的吸附床45之吸附工质对腔体空间采取强化传热措施。

所述吸附式制冷器的吸附床45之加热/冷却通道48的腔体空间采取强化传热措施。

所述相变蓄冷器52之载冷剂通道54的腔体空间采取强化传热措施。

所述相变蓄冷器52之相变工质(53)的腔体空间采取强化传热措施。

所述载冷体为空气、水或乙二醇的水溶液等；

所述的用冷单元56为冰箱或制冷用空调、汽车制冷空调、船舶制冷空调等；

所述的相变蓄冷器52可按一定时间段的最大冷负荷的一半以上确定相变工质53用量，确保吸附式制冷器对载冷体的连续供冷输出。

所述的相变蓄冷器52采用耐相变工质腐蚀的材料如耐腐蚀不锈钢等。

由于相变蓄冷器52采用相变工质封闭在相变蓄冷器中的工艺设计，相变工质与载冷体工质并不接触，因此相变工质中的水不会形成蒸气挥发到载冷体中，从而有效避免了载冷体在蒸发器51处的结霜，从而减轻了除霜回路的能耗。

固态的吸附剂46和制冷剂47组成吸附工质对，包括但不限于活性炭-甲醇、沸石-水、硅胶-水、氯化钙-氨、氯化锶-氨、活性炭-乙醇等，吸附剂46在实际应用中多为与粘接剂复合而形成的复合吸附剂多孔固体颗粒。实际应用中，需要根据热源温度的高低选择适用的吸附工质对，并根据实际的要求选择合适的制冷循环方式。

所述的第一热介质为水、辛烷、乙醇、丙醇、丁醇和异丁醇等。

所述的高温流体42包括但不限于家庭灶具燃料、汽车发动机燃料、柴油机燃料、中小型渔船内燃机燃料等燃烧利用后释放的高温尾气。

所述的相变工质53包括但不限于水或者共晶盐，共晶盐蓄冷材料如NaCl、MgCl

本装置中设置必要的排气阀。

本装置的吸收式制冷器可采用必要的回热、回流、回质等措施。

本发明未涉及部分如安全附件、仪器、仪表、自动控制等，采用现有公知技术进行配套，可将现有的成熟可靠的合理技术措施应用于本系统。

实施例2：

如图2所示，一种吸附式制冷装置，具体实施例如下：

冷却介质循环过程：

所述吸附式制冷器之吸附床45处于加热-解吸-冷凝过程，

冷却介质为空气，一号增压器K3为风机，采用开式循环方式，空气经一号增压器K3、管道D5、一号三通切断阀S1之a和b(c关闭)送入冷凝器49，冷却从吸附床45解吸出来的气态制冷剂47，气态制冷剂47液化成液体，储存在冷凝器49或储液罐50中(储液罐50可不设置)，从冷凝器49出来的升温的空气经管道D13排入大气；

所述吸附式制冷器之吸附床45处于冷却-吸附-蒸发过程，

冷却介质为空气，一号增压器K3为风机，采用开式循环方式，空气经一号增压器K3、管道D5、一号三通切断阀S1之a和c(b关闭)送入吸附床45之加热/冷却通道48，吸收吸附床45之吸附剂46吸附气态制冷剂47时释放的热量，从加热/冷却通道48出来的升温的空气再经二号三通切断阀S2的f和e(d关闭)、管道D12排入大气；

其余同实施例1。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的为准。