[实用新型]自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及制冷装置领域，更具体地，涉及自然对流加热和/或冷却吸附床的吸附式制冷/热泵装置。

背景技术

由王如竹等编写的专著《吸附式制冷》、《吸附式制冷原理与应用》已经全面总结了国内外关于吸附式制冷的研发成果[1,2]。现有的吸附式制冷/热泵装置主要由吸附器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器、制冷剂及储罐等构成[3~12]。吸附制冷的原理简述为：吸附床吸附制冷剂蒸气使蒸发器内的制冷剂液体吸热蒸发来产生致冷效果；吸附床饱和后，用加热器加热吸附床，并使解吸出来的制冷剂蒸气在冷凝器内冷凝为液体；然后用冷却器冷却吸附床。上述即为吸附制冷的一个操作周期。由于在每个操作周期中都要加热吸附床一次，然后又要冷却吸附床一次，因此显而易见，吸附床加热升温和冷却降温的速度是影响吸附制冷效果的重要因素。如果吸附床能够被快速地加热升温和冷却降温，则操作周期时间短，单位时间的制冷量就较大。反之，如果吸附床加热升温和冷却降温速度缓慢，则制冷效果就较差。技术人员早已认识到吸附床的设计尤其是采用何种方式来加热和冷却吸附床是发展高效的吸附式制冷/热泵装置的关键技术问题之一[1,2,5~9]。

自从1848年英国科学家Faraday首次发现吸附制冷现象后，研究人员已尝试研制基于吸附制冷原理的制冷装置。在1931年，英国硅胶有限公司的A. Young发明了具有回热的吸附式制冷装置[13]，该装置是将高温烟气与吸附器外壁面直接接触来加热吸附床。美国HONEYWELL REGULATOR公司的A. Newton于1939年发明的吸附式制冷装置是在吸附床内部放置换热盘管，往换热盘管内通入加热或冷却介质，可以使与换热盘管相接触的吸附剂被加热或冷却[14]。此后，为了进一步改善传热效果，研究人员在换热盘管上增设许多的传热翅片，吸附剂被填充在传热翅片之间，获得了更大的接触传热面积。随后，研究人员在吸附床内部放置各种各样形式的换热器，研发了许多不同结构的吸附器。

这些传统的内置换热器的吸附器技术一直沿用至今。目前吸附式制冷/热泵装置所使用的吸附床按照内置换热器形式的不同可以划分为九种，参见文献[7]的p.446~7，以下括号内数字为该种形式吸附床的金属/吸附剂重量比kg/kg：1、螺旋式（13.2），2、管壳式（6.1），3、夹叉式(6.2)，4、同心圆管式(1.8)，5、板翅式(5.5)，6、管翅式(3.5)，7、板管式(3.2)，8、单管式(6.3)，9、板式(8.6)。各种形式的吸附器填充吸附剂后的实物照片见文献[7,9,11]。这些吸附器常用于各种类型的制冷/热泵装置[5,7~9,15~28]。类似地，太阳能吸附式制冷/热泵装置是在太阳能集热器内部设置传热翅片，并在传热翅片之间填充吸附剂[4,6,29~34]。

上述内置换热器的吸附器结构的优点就是可将吸附床、加热器和冷却器集成在同一个壳体内，换热器通入加热介质时起到加热器的作用，通入冷却介质时起到冷却器的作用，其结构紧凑，操作方便。但是，内置换热器的吸附器结构有多个明显的缺点[1,2,5,7,9,10a]：（1）吸附床加热不均匀：那些与传热翅片接触的吸附剂的温度较高，不与传热翅片接触的吸附剂的温度较低，吸附床内部温差较大；（2）吸附床加热速度慢：由于吸附剂的导热系数较小，吸附剂与传热翅片之间的接触热阻大，从传热翅片到吸附剂及其吸附床内部的传热速度缓慢；（3）吸附床金属热容过大：由于需要设置许多的传热翅片来增加传热面积，吸附床内的金属重量远远大于吸附剂重量，加热吸附床时需花费相当多的热量来加热吸附床内的金属部分。这些缺点导致吸附式制冷/热泵装置的操作周期长，制冷量偏小，热效率偏低，可能是目前吸附式制冷/热泵技术只得到小规模商业化应用的根本原因。为了克服这些缺点，国际上先进技术是将吸附材料用各种物理化学方法结合在换热器表面[7,34~36]，但由于吸附剂的装载量较小，较难获得更大的制冷量。因此，仍然需要研发能够克服上述缺点的吸附式制冷/热泵技术。

[1] 王如竹等，吸附式制冷，机械工业出版社，北京，2002

[2] 王如竹等，吸附式制冷原理与应用，科学出版社，北京，2007

[3] 李廷贤等，低品位热能驱动的高效热化学吸附式制冷研究，科学通报，53(2008), p.2978~2993

[4] 陈传涓等，太阳能吸附式空调研发进展与展望，制冷学报，29(2008), p.1~7

[5] 李肖斌等，吸附式制冷的研究进展，化工装备技术，29(2008), p.18~21