[发明专利]面向多年冻土区路基工程的太阳能吸附式制冷装置和方法

权利要求书

1.一种面向多年冻土区路基工程的太阳能吸附式制冷装置，其特征在于，该装置主要包括：不锈钢管、玻璃管、玻璃-金属封接节、弹簧支架以及机械密封结构，所述不锈钢管和所述玻璃管内外嵌套而成真空套管结构，所述不锈钢管和所述玻璃管由所述玻璃-金属封接节进行密封套接；所述玻璃管和所述不锈钢管之间安装所述弹簧支架进行位置固定，所述不锈钢管固定在装置的中心轴线上，所述机械密封结构置于所述真空套管结构的顶部；

所述真空套管结构埋设于冻土地基中的部分为蒸发制冷段，置于地表以上的部分分为集热/吸附段和冷凝段，所述集热/吸附段和所述蒸发制冷段内分别填充吸附剂和制冷剂，所述集热/吸附段自动将太阳能转化为热能驱动吸附式制冷循环，利用昼夜太阳强度的差异实现所述制冷剂脱附过程和吸附过程的往复进行；

所述装置还包括：

所述蒸发制冷段的底端、所述集热/吸附段的顶端和机械密封结构的底端分别焊接螺纹法兰；

所述蒸发制冷段底端的螺纹法兰通过螺栓和法兰垫片与法兰盲板进行连接；

所述机械密封结构底端的所述螺纹法兰通过所述法兰垫片和所述螺栓与所述集热/吸附段顶端的所述螺纹法兰进行连接；

所述集热/吸附段为所述真空套管结构置于地表以上部分的不锈钢管及其内部，所述集热/吸附段兼具集热和吸附功能；

不锈钢管的管壁上按照一定的间距钻设圆孔型的制冷剂蒸气通道；

所述不锈钢管的外管壁上溅射一层太阳能选择性吸收涂层，所述太阳能选择性吸收涂层在日照条件良好的白天进行太阳能的光热转化后，直接加热所述不锈钢管内部吸附床上的所述吸附剂；

所述不锈钢管的内部在地表以上的部分为吸附床，所述吸附床内填充所述吸附剂，并利用不锈钢丝网对所述吸附剂进行密封，用于防止所述吸附剂的泄漏；

所述冷凝段为所述真空套管结构置于地表以上部分的所述不锈钢管和所述玻璃管之间的夹层空间；

所述玻璃-金属封接节，用于缓解所述不锈钢管和所述玻璃管因温度不同而存在的纵向膨胀变形差；

所述玻璃管和所述不锈钢管之间安装弹簧支架，用于固定不锈钢管和玻璃管的相对位置，将所述不锈钢管固定在中心轴线上，用于防止所述不锈钢管外壁的高温太阳能选择性吸收涂层触碰到所述玻璃管而损坏；

所述机械密封结构包括：螺纹法兰、不锈钢管接头、泄压阀和单向阀；在所述不锈钢管接头的一侧焊接所述螺纹法兰，另一侧连接所述泄压阀，所述不锈钢管接头的中部焊接所述单向阀，构成所述机械密封结构；

所述单向阀仅可单向开启，不会因反向压力作用而开启，用于系统的抽真空、制冷剂灌装和封结；

所述泄压阀将装置内的压力控制在安全的量值范围内，用于防止脱附时的甲醇蒸气压力过高损坏所述玻璃管；

所述吸附剂和制冷剂作为本装置的吸附式制冷工质对，所述吸附剂采用活性炭，所述制冷剂采用甲醇；

所述甲醇属于低饱和蒸汽压制冷剂，在所述活性炭对所述甲醇进行初始吸附之前，在真空套管结构内设定较高的真空度，所述甲醇的蒸发制冷温度达到0℃以下，用于对多年冻土进行保护；

所述活性炭为直径3~6mm的柱状颗粒，所述活性炭的颗粒间隙为所述甲醇蒸气的运移通道，在所述吸附床低温环境下，利用真空套管结构内的真空度，所述活性炭通过所述单向阀吸附气态的所述甲醇，直至达到吸附平衡状态；所述活性炭在白天升温后对所述甲醇的吸附能力减弱，脱附出气态的所述甲醇，所述气态的所述甲醇通过所述冷凝段的所述玻璃管释放热量后液化为液态甲醇，所述液态甲醇在自重作用下流至所述蒸发制冷段进行储存；所述活性炭在夜间降温后对所述气态甲醇的吸附能力增强，所述蒸发制冷段的所述液态甲醇不断吸收热量后气化，并吸附至所述活性炭，产生制冷效应，由此在所述活性炭和所述甲醇组成的吸附式制冷工质对之间完成一个制冷循环；

所述玻璃管采用单层高硼硅3.3玻璃管体，所述玻璃管的太阳光透过率≥95.5%，真空度≤10^-3mbar，所述玻璃管用于提高所述集热/吸附段的光热转化效率和防止所述太阳能选择性吸收涂层的氧化；

所述玻璃管作为所述冷凝段的外壁，在脱附阶段，所述气态甲醇直接通过所述玻璃管与外界大气进行热交换后冷凝液化为所述液态甲醇。

2.根据权利要求1所述的面向多年冻土区路基工程的太阳能吸附式制冷装置，其特征在于，所述装置还包括：太阳能选择性吸收涂层、制冷剂蒸气通道、不锈钢丝网、填充物以及连接部件；

所述装置的连接部件包括：螺纹法兰、螺栓、法兰垫片和法兰盲板。