專利名稱：兩級(jí)低溫氣冷吸附冷卻單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷卻單元，其可以應(yīng)用于低級(jí)熱驅(qū)動(dòng)吸附冷卻器，冷卻單元使用的循環(huán)使用環(huán)境低溫的水和相對(duì)低溫的“熱”水，與先前的循環(huán)相比，能夠獲得相對(duì)較高效 率的冷卻效果。
背景技術(shù)：
利用熱產(chǎn)生冷卻效果的原理是眾所周知的，并且傳統(tǒng)的吸附循環(huán)也基于該原理。 然而，由于存在與傳統(tǒng)吸附循環(huán)相關(guān)的許多問(wèn)題，人們的關(guān)注點(diǎn)正轉(zhuǎn)向吸附。吸附不需要在 循環(huán)中使用液體溶液，從而明顯簡(jiǎn)化了循環(huán)，并且當(dāng)前對(duì)電子控制機(jī)構(gòu)的改進(jìn)使其更容易 以穩(wěn)定的操作運(yùn)行，即使具有可變的熱供給。之前提出的吸附在空氣調(diào)節(jié)和冷卻中的應(yīng)用有多種形式。在US5806323， US7082781, US4219341, US5806323, US20050103615A1， JP2002250573, JP4291751, W003046449, W02004/094948A1, CN1266168 和 US6170279 中可以找到實(shí)例。在US5806323，US7082781, US4219341, JP4291751 和 US5806323 中描述的技術(shù)基 于空氣去濕(干燥效果)原理，即可以從空氣中去除濕氣，隨后執(zhí)行蒸發(fā)冷卻。盡管從空氣 中去除濕氣基于吸附原理，但其存在某些問(wèn)題。干燥效果對(duì)濕空氣起作用但不能產(chǎn)生冷卻 水。它不被認(rèn)為是主動(dòng)冷卻過(guò)程，因?yàn)檎舭l(fā)冷卻在空氣調(diào)節(jié)過(guò)程中被用于降低空氣溫度并 且其不適用于工業(yè)應(yīng)用。即使對(duì)于住宅空調(diào)，它也具有兩個(gè)主要缺陷第一是它在干燥區(qū)域 中不起作用，第二是需要增加濕氣以降低空氣溫度，從而會(huì)變得不舒服并且消耗水。在市場(chǎng)上可以得到基于硅膠和單級(jí)操作的主動(dòng)吸附機(jī)械。這些機(jī)械采用水作為制 冷劑并且硅膠能夠吸附水蒸氣以產(chǎn)生冷卻水。然而，這些機(jī)械需要得到空氣冷卻并且由于 處于所需真空能級(jí)的水在35°C或40°C環(huán)境空氣溫度下不能冷凝，因此需要冷卻塔形成大 氣壓以下的冷卻水溫度。這些機(jī)械由于硅膠的低吸附能力而變得體積龐大并因此成本很 高。W02004/094928公開了一種改進(jìn)的硅膠吸附冷卻器，其高效率作業(yè)和相對(duì)“較低”的熱 水溫度下操作。然而，該機(jī)械仍然是水冷的，因?yàn)槠湫枰?0°C以下的冷卻溫度。其采用旋轉(zhuǎn) 芯以省去通常在吸附機(jī)械中采用的互換機(jī)構(gòu)。JP2002250573描述了一種太陽(yáng)能助推的冷卻/加熱裝置，其中采用太陽(yáng)能動(dòng)力吸 附冷卻器在夏天用來(lái)降低以傳統(tǒng)壓縮機(jī)為基礎(chǔ)的冷卻器的溫度并在冬天為反向循環(huán)熱泵 提供熱量，由此提高傳統(tǒng)冷卻器的效率。由于吸附冷卻器需要提供低溫并且僅需在大氣壓 以下降低冷凝器溫度，因此可以采用在相對(duì)較高的壓力下操作的硅膠吸附冷卻器，其無(wú)需 降低冷卻水溫度，并由此無(wú)需冷卻塔。然而，該裝置本身不能產(chǎn)生冷卻效果并且器需要與常 規(guī)蒸汽壓縮致冷循環(huán)相連以產(chǎn)生任何所需冷卻。為了避免使用冷卻塔，可以選擇使用與水硅膠不同的吸附劑-制冷劑對(duì)。因此， 制冷劑可以在比硅膠吸附冷卻器中所需的溫度更高的溫度下冷凝，由此不需要冷卻塔。通 過(guò)采用與硅膠吸附冷卻器相同的單級(jí)循環(huán)，在US20050103615、W003046449、CN1266168和 US6170279中描述的技術(shù)采用諸如活性碳、沸石和氯化鈣之類的吸附劑。所采用的制冷劑是氨和甲醇。盡管這些技術(shù)采用各種技術(shù)來(lái)利用不同的熱源和傳遞熱量的方法，但它們?cè)诮?吸過(guò)程中基本上都使用以制冷氣體的單級(jí)壓縮為基礎(chǔ)的相同操作循環(huán)。這種循環(huán)的主要缺 陷在于，來(lái)自吸附材料所有制冷吸附都發(fā)生在低壓下，同時(shí)所有解吸都發(fā)生在高壓下?；蛘?實(shí)現(xiàn)解吸過(guò)程所需要的高溫或者僅實(shí)現(xiàn)低效。US20050103615和W003046449描述了一種 系統(tǒng)，其中采用集中式太陽(yáng)能收集器達(dá)到大約130°C的溫度，甚至對(duì)于間歇循環(huán)(白天-黑 夜循環(huán))也可以實(shí)現(xiàn)中等效率(0. 2-0. 4的COP)。US6170279描述了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)采 用來(lái)自船用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣溫度獲得相似的效率等級(jí)。通過(guò)采用不具有集中器的太陽(yáng)能，在 CN1266168中描述的系統(tǒng)獲得了低效率等級(jí)(0. 05-0. 1的COP)。上述技術(shù)存在的問(wèn)題在于，它們或者不能在環(huán)境溫度下操作或者僅在低效率等級(jí) 下操作。本發(fā)明的目的是解決這些問(wèn)題，手段是采用兩級(jí)壓縮和解吸過(guò)程，使得大多吸附發(fā) 生在高壓下，同時(shí)大多解吸發(fā)生在低壓下。因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，更多制冷劑在同一溫度下 得到吸附和解吸，這就使得可采用相對(duì)低溫的能源，同時(shí)獲得相對(duì)較高的效率。此外，本發(fā) 明采用多種吸附劑-制冷劑對(duì)，從而可以構(gòu)建空氣冷卻器
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一方面提供一種熱量驅(qū)動(dòng)吸附冷卻單元，其包括-具有進(jìn)口端和出口端的冷凝器；-具有進(jìn)口端和出口端的蒸發(fā)器，進(jìn)口端經(jīng)由操作閥與冷凝器的出口端相連；以 及-一系列吸附_解吸發(fā)生器，它們各自具有用于與冷凝器和蒸發(fā)器相連以形成制 冷劑流動(dòng)回路的進(jìn)口端和出口端，以及用于在高溫和低溫下操作每個(gè)發(fā)生器的供熱裝置， 發(fā)生器可操作地使制冷劑穿過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器流動(dòng)以在蒸發(fā)器處提供冷卻效果；其中所述一系列發(fā)生器包括兩對(duì)發(fā)生器，每對(duì)包括-出口端經(jīng)由第一止回閥與冷凝器的進(jìn)口端相連的第一發(fā)生器，所述第一止回閥 被布置成阻止從冷凝器到第一發(fā)生器的流動(dòng)；以及-進(jìn)口端經(jīng)由第二止回閥與蒸發(fā)器的出口端相連并且出口端經(jīng)由第三止回閥與第 一發(fā)生器的進(jìn)口端相連的第二發(fā)生器，所述第二止回閥被布置成阻止從第二發(fā)生器到蒸發(fā) 器的流動(dòng)，所述第三止回閥被布置成阻止從第一發(fā)生器的進(jìn)口端到第二發(fā)生器的出口端的 流動(dòng)；每對(duì)發(fā)生器單獨(dú)可操作地驅(qū)動(dòng)流體穿過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器以提供冷卻效果。優(yōu)選地，供熱裝置包括向發(fā)生器供給傳熱流體以控制發(fā)生器的溫度。尤其優(yōu)選的是，供熱裝置包括用于將傳熱流體加熱到高溫的太陽(yáng)能加熱器。太陽(yáng) 能加熱器通常包括真空管太陽(yáng)能收集器。還可以設(shè)置用于在供給到發(fā)生器之前存儲(chǔ)熱的傳 熱流體的聚積器。供熱裝置通常還包括用于將傳熱流體冷卻到低溫的散熱器(例如由環(huán)境溫度的 空氣冷卻)。所述單元還包括用于使熱的或冷的傳熱流體循環(huán)到發(fā)生器的泵。傳熱流體優(yōu)選包括水。
本發(fā)明的另一方面包括一種操作上述冷卻單元的方法，其包括操作所述閥和將熱量供應(yīng)到每對(duì)發(fā)生器，以使每個(gè)發(fā)生器中的溫度在熱和冷之間 循環(huán)，從而圍繞穿過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器的回路驅(qū)動(dòng)制冷劑，所述第一發(fā)生器在被過(guò)量填充、被 排空和被填充狀態(tài)之間循環(huán)并且第二發(fā)生器相應(yīng)地在次排空、被填充和被排空狀態(tài)之間循 環(huán)。在溫度循環(huán)之前，所述方法包括執(zhí)行啟動(dòng)程序，該程序包括 i)在基本上恒定壓力下用制冷劑填充發(fā)生器、冷凝器和蒸發(fā)器，所述發(fā)生器保持 處于低溫下；ii)操作所述閥以防止制冷劑從冷凝器流到蒸發(fā)器；iii)加熱每對(duì)發(fā)生器中的第二發(fā)生器以驅(qū)動(dòng)制冷劑進(jìn)入每對(duì)發(fā)生器中的第一發(fā) 生器內(nèi)，使得第一發(fā)生器被填充并且第二發(fā)生器被排空；iv)冷卻第二發(fā)生器以從蒸發(fā)器中吸出制冷劑，從而至少部分地填充第二發(fā)生器； 以及ν)加熱第二發(fā)生器中的一個(gè)以進(jìn)一步增大與其相連的第一發(fā)生器中的制冷劑的 填充狀態(tài)。所述方法的第一步驟優(yōu)選包括-冷卻第一對(duì)發(fā)生器中被排空的第二發(fā)生器以使其處于次排空狀態(tài)；-加熱第一對(duì)發(fā)生器中相關(guān)的第一發(fā)生器以使其處于被過(guò)量填充狀態(tài)；以及-使得制冷劑穿過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器從第一發(fā)生器進(jìn)入第二發(fā)生器以在蒸發(fā)器處實(shí) 現(xiàn)冷卻效果。通常，第一步驟包括使第一發(fā)生器排放達(dá)到排空狀態(tài)以及填充第二發(fā)生器達(dá)到被 填充狀態(tài)。第二步驟優(yōu)選包括-加熱第二對(duì)發(fā)生器中被填充的第二發(fā)生器以將制冷劑排入相應(yīng)第一發(fā)生器并使 第二發(fā)生器處于排空狀態(tài)；以及-冷卻第二對(duì)發(fā)生器中相關(guān)的第一發(fā)生器以使其處于被填充狀態(tài)。第三步驟優(yōu)選包括-冷卻第二對(duì)發(fā)生器中被排空的第二發(fā)生器以使其處于次排空狀態(tài)；-加熱相應(yīng)被填充的第一發(fā)生器以使其處于被過(guò)量填充的狀態(tài)；以及-使得制冷劑穿過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器從第二對(duì)發(fā)生器中的第一發(fā)生器進(jìn)入第二對(duì)發(fā) 生器中的第二發(fā)生器以在蒸發(fā)器處實(shí)現(xiàn)冷卻效果。通常，第三步驟包括使第一發(fā)生器排放達(dá)到排空狀態(tài)以及填充第二發(fā)生器達(dá)到被 填充狀態(tài)。第四步驟優(yōu)選包括-加熱第一對(duì)發(fā)生器中被填充的第二發(fā)生器以將制冷劑排入相應(yīng)第一發(fā)生器并使 第二發(fā)生器處于被排空狀態(tài)；以及-冷卻第一對(duì)發(fā)生器中相關(guān)的第一發(fā)生器以使其處于被填充狀態(tài)。通過(guò)重復(fù)第一、第二、第三和第四步驟可以實(shí)現(xiàn)冷卻單元基本上連續(xù)操作。通過(guò)弓I導(dǎo)氣流經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器使得空氣得到冷卻，可以設(shè)置冷卻空氣供給裝置。



圖1-8表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的冷卻單元的各個(gè)啟動(dòng)和操作狀態(tài)；和圖9表示在總體系統(tǒng)中的圖1-8所示的實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的是采用“低”溫(低級(jí)能)產(chǎn)生與由具有電壓縮機(jī)的傳統(tǒng)蒸汽壓縮 制冷單元通常產(chǎn)生的級(jí)別相同的冷卻效果。本發(fā)明包括基于任何適當(dāng)?shù)奈絼制冷劑對(duì) 的兩級(jí)吸附致冷循環(huán)，這樣的循環(huán)在高壓下發(fā)生吸附同時(shí)在低壓下發(fā)生解吸。例如，該循環(huán) 可以被用于活性碳-甲醇、氯化鈣-氨、沸石甲醇或硅膠水吸附劑-制冷劑對(duì)。吸附單元的 氣體循環(huán)包括四個(gè)發(fā)生器，所述發(fā)生器被設(shè)計(jì)成在所需溫度下使吸附_解吸過(guò)程高效地進(jìn) 行。通過(guò)作為散熱片的通常散熱器的冷水循環(huán)來(lái)冷卻發(fā)生器，激活吸附劑吸附制冷劑。采 用任何熱水源，例如溫度最低至70°C的太陽(yáng)能收集器或任何廢熱源作為“高”溫?zé)嵩?。還可 以設(shè)置數(shù)字控制器控制氣體循環(huán)的冷熱水循環(huán)泵以及電磁三通閥。冷卻單元對(duì)于本發(fā)明是新的，尤其是采用四個(gè)發(fā)生器使“低”溫?zé)崴a(chǎn)生解吸效果 以實(shí)現(xiàn)高循環(huán)效率，同時(shí)可以在“高”環(huán)境溫度下實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)生器進(jìn)行冷卻以獲得吸附效果。在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“熱”和“冷”指的是可以利用特殊加熱和冷卻系統(tǒng)獲得的最熱 和最冷溫度。例如，在炎熱、陽(yáng)光充足的國(guó)家，有可能通過(guò)太陽(yáng)能獲得溫度在70°C -90°C范 圍的熱水。同樣，在這樣的地點(diǎn)利用環(huán)境空氣溫度進(jìn)行的冷卻能夠產(chǎn)生溫度在30°C -50C° 范圍的“冷”水。本發(fā)明可以在最小為20°C的冷熱溫差下進(jìn)行操作，盡管溫差越大，操作效 率越高。下文所述的冷卻單元包括具有發(fā)生器、壓縮機(jī)和蒸發(fā)器的制冷劑回路。在常規(guī)使 用中，壓縮機(jī)將在相對(duì)較高的壓力下操作并且蒸發(fā)器在相對(duì)較低的壓力下操作。所述回路 的其余部分將根據(jù)情形例如溫度、與回路的不同部分連通的閥的狀態(tài)在可變壓力下操作。 在本說(shuō)明書中，“高壓”意思是在冷凝器壓力下或其附近并且“低壓”意思是在蒸發(fā)器壓力下 或其附近。在這些極限之間的操作被描述為“中間壓力”。在冷卻單元的操作描述中，所述發(fā)生器在被吸附劑吸附的制冷劑的不同填充狀態(tài) 下操作。在下文描述中，術(shù)語(yǔ)“被填充的”用于表示，該發(fā)生器中被吸附的制冷劑的數(shù)量處 于或剛好在特定操作壓力和溫度下通常被吸附的最大量以下。術(shù)語(yǔ)“過(guò)量填充的”表示處 于所述水平之上的制冷劑的吸附量。術(shù)語(yǔ)“排空的”用于表示在特定操作壓力和溫度下于 解吸之后吸附劑上具有的制冷劑的剩余量。術(shù)語(yǔ)“次排空的”用于表示處于所述水平之下 的填充水平。多種多孔材料具備在冷卻時(shí)吸附(吸著)氣體以及在加熱時(shí)對(duì)氣體進(jìn)行解吸的能 力。對(duì)于給定的低壓力，溫度越低，吸附劑吸附的制冷劑越多(相反，對(duì)于給定低溫，壓力越 低，吸附劑容量越小)。同樣，對(duì)于給定的高壓力，溫度越高，吸附劑解吸的制冷劑越多(相 反，壓力越高，保持所吸附的制冷劑的吸附劑容量越大，并因此需要更高的溫度解吸最大量 的制冷劑)。以前的單級(jí)吸附循環(huán)被布置成使得所有解吸發(fā)生在高壓下，因此需要非常高的 溫度，同時(shí)所有吸附發(fā)生在低壓下，因此需要非常低的冷卻溫度。在本發(fā)明中，采用兩級(jí)循 環(huán)，使得大多吸附在高壓下完成并且解吸在低壓下發(fā)生，從而采用更低的“熱”水溫度和高“冷”水溫度。在本發(fā)明中，采用發(fā)生器對(duì)，使得成對(duì)發(fā)生器中的一個(gè)過(guò)量填充有制冷劑，而另一個(gè)完全被排空(激活)。隨后通過(guò)加熱對(duì)過(guò)量填充的發(fā)生器加壓(再次處于比之前所 需溫度更低的熱水溫度下)，并且被激活的發(fā)生器在比之前所需的溫度更高的冷卻溫度下 被冷卻以獲得高真空水平。制冷劑隨后通過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器從過(guò)量填充的發(fā)生器被解吸到 次排空發(fā)生器，從而這一過(guò)程中在蒸發(fā)器處產(chǎn)生冷卻效果。為了描述本發(fā)明的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)和操作，采用以下與附圖相關(guān)的縮略語(yǔ)E :蒸發(fā)器Ε. V.膨脹閥E.S.C.真空管太陽(yáng)能收集器G1，G2，G3，G4:發(fā)生器Ni，N2，N3，N4，N5，N6 止回閥PC 冷水循環(huán)泵PH 熱水循環(huán)泵Si:開關(guān)閥(電控)R 散熱器3W1，3W2，3W3，3W4 允許熱水或冷水進(jìn)入發(fā)生器的三通閥A. C.聚積腔根據(jù)圖1-8中所示的本發(fā)明的一種實(shí)施方式的冷卻單元包括-連接成兩對(duì)的四個(gè)發(fā)生器在單元右手側(cè)的Gl和G2以及在單元左手側(cè)的G3和 G4，它們通過(guò)帶有止回閥的制冷劑流動(dòng)管路彼此相連，所述止回閥(N1，N2，N3，N4，N5和N6) 位于每個(gè)發(fā)生器的進(jìn)口和出口，迫使制冷劑僅在如下文所述的一個(gè)方向上流動(dòng)，每個(gè)發(fā)生 器(G1，G2，G3，G4)具有與相應(yīng)的循環(huán)泵(PH)和(PC)相連的熱水和冷水出口、經(jīng)由三通閥 的熱水和冷水進(jìn)口、以及制冷劑進(jìn)口和出口 ；-冷凝器(C)單元，它與止回閥(N1，N2)的兩個(gè)制冷劑流動(dòng)管路的匯合處相連，所 述兩個(gè)制冷劑流動(dòng)管路與發(fā)生器(G1，G3)的出口相連；其次與流動(dòng)管路延伸到膨脹閥(EV) 的第一開關(guān)閥(Si)相連；-蒸發(fā)器(E)，其進(jìn)口端與膨脹閥(EV)相連，其出口端與引向止回閥(N3，N4)的兩 個(gè)制冷劑流動(dòng)管路的匯合處相連，所述兩個(gè)制冷劑流動(dòng)管路與發(fā)生器(G2，G4)的進(jìn)口端相 連；以及-四個(gè)三通閥(3W1，3W2，3W3，3W4)，其允許熱水或冷水經(jīng)由相應(yīng)的連接件進(jìn)入相 應(yīng)發(fā)生器(G1，G2，G3，G4)。有效形成兩個(gè)制冷劑回路發(fā)生器Gl和G2以及在右手側(cè)的冷凝器和蒸發(fā)器；發(fā) 生器G3和G4以及在左手側(cè)的冷凝器和蒸發(fā)器。為了將冷卻單元布置在適于操作的狀態(tài)下，必須具有啟動(dòng)時(shí)序。在啟動(dòng)時(shí)序的開 始，所述單元所有部分中的壓力均勻處于中間水平(在冷凝器的最大操作壓力與蒸發(fā)器的 最小操作壓力之間)，并且制冷劑氣體處于環(huán)境溫度下。啟動(dòng)程序的目的是使單元的每個(gè)部 件中的壓力和溫度轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)操作的起始點(diǎn)。雙位(電磁)閥(S)在啟動(dòng)操作的所有步驟 中都是閉合的，從而防止來(lái)自冷凝器和蒸發(fā)器的流動(dòng)并由此關(guān)閉制冷劑回路。啟動(dòng)步驟由 四個(gè)步驟組成。
啟動(dòng)步驟1-三通閥3W1和3W3使得冷水(C)穿過(guò)發(fā)生器Gl和G3，同時(shí)三通閥3W2 和3W4使得熱水(H)流到發(fā)生器G2和G4。因此，制冷劑氣體將從發(fā)生器G2和G4中被解吸 并被吸附到發(fā)生器Gl和G2內(nèi)，冷水流到Gl和G3，從而去除任何吸附熱量。這種情形持續(xù) 直至所有氣體從G2轉(zhuǎn)移到Gl以及從G4轉(zhuǎn)移到G3。由于存在止回閥N3和N4，因此制冷劑 不能從G4和G2到達(dá)蒸發(fā)器E。這樣，Gl和G3是冷的(C)并是被填充的(Ch)，并且G2和 G4是熱的(H)并是排空的(Em)(參見圖2)。 啟動(dòng)步驟2-三通閥3W1和3W3使得冷水(C)穿過(guò)發(fā)生器Gl和G3，同時(shí)三通閥3W2 使得冷水(C)流入G2，對(duì)其進(jìn)行冷卻(并降低其壓力)以吸附穿過(guò)止回閥N4來(lái)自蒸發(fā)器 (E)的制冷劑，同時(shí)三通閥(3W4)使得熱水(H)流過(guò)G4，從而將那里的壓力保持在蒸發(fā)器壓 力之上。到這一步驟結(jié)束，蒸發(fā)器中近50%的氣體已經(jīng)被吸附并且其壓力降低但未達(dá)到最 小水平。Gl和G3保持是冷的(C)和被填充的狀態(tài)(Ch)，G2也變冷(C)并被填充(Ch)，同 時(shí)G4保持是熱的(H)和被排空的(Em)以及處于比G2更高的壓力下，所以制冷劑僅流過(guò) G2，G4的更高壓力防止制冷劑從蒸發(fā)器穿過(guò)止回閥N3流到G4(參見圖3)。啟動(dòng)步驟3-三通閥3W1和3W3使得冷水(C)穿過(guò)發(fā)生器Gl和G3，同時(shí)三通閥3W2 使得熱水(H)流入G2，從而對(duì)在步驟2 (參見上文)吸附的氣體進(jìn)行解吸并升高其壓力。止 回閥N4防止制冷劑回流到蒸發(fā)器內(nèi)并且更高的壓力意味著被吸附的制冷劑穿過(guò)止回閥N5 到達(dá)G1，進(jìn)一步使其中的制冷劑的量增大。同時(shí)，三通閥3W4使得冷水(C)流到G4，使其冷 卻(并降低其壓力)以吸附蒸發(fā)器E中的其余制冷劑，從而進(jìn)一步降低其壓力。到這一步 驟為止，蒸發(fā)器中的壓力處于其最小水平，發(fā)生器Gl是冷的(C)并過(guò)量填充(SCh)有制冷 劑，G2是熱的(H)并被排空(Em)，G3和G4是冷的(C)并是被填充的(Ch)(參見圖4)。啟動(dòng)步驟4-三通閥3W1使得熱水(H)流到Gl以升高其壓力(以及冷凝器的壓 力)。因此隨著制冷劑的數(shù)量顯著超出在該溫度下吸附劑的容量，Gl得到極度過(guò)量填充。 同時(shí)，三通閥3W2使得冷水流到G2，使其冷卻并降低其壓力以達(dá)到蒸發(fā)器的壓力。因此當(dāng)排 空時(shí)與通常在該溫度和壓力下的剩余量相比，G2具有明顯更少的吸附制冷劑。在左手側(cè)， 三通閥3W4使得熱水(H)流到G4(其被填充)，對(duì)其進(jìn)行加熱以使其壓力升高并吸附從G4 到G3 (將開始過(guò)量填充)的制冷劑，并且三通閥3W3使得冷水(C)流到G3，從而去除吸附熱 量。到這一步驟為止，所述單元的每個(gè)部件的狀態(tài)都適于開始連續(xù)循環(huán)G1是熱的(H)并得 到過(guò)量填充(SCh)，G2是冷的(C)并為次排空(SEm)，G3是冷的(C)并得到部分填充(Ch) 以及G4是熱的(H)并得到填充(Ch)(參見圖5)。為了獲得基本上連續(xù)的冷卻效果，所述循環(huán)基本上由三個(gè)閉環(huán)循環(huán)組成制冷劑 循環(huán)、熱水循環(huán)和冷水循環(huán)。用于制冷劑循環(huán)的連續(xù)操作包括由數(shù)字控制器控制的四個(gè)步驟。第一操作步驟的 起始大體上與第四啟動(dòng)步驟的結(jié)束相同，但電磁閥S是打開的。操作步驟1-在該步驟的開始，發(fā)生器處于以下狀態(tài)Gl是熱的并且過(guò)量填充有制冷劑；G2是冷的并且次排空(非常低的制冷劑水平)；G3是冷的并且得到部分填充(較低水平的制冷劑但高于G2的水平)；G4是熱的并且填充有制冷劑但低于Gl的水平。在該步驟中，開關(guān)閥(S)打開。第一個(gè)三通閥3W1使得熱水(H)流到第一發(fā)生器G1，從而促使解吸發(fā)生在高壓下，同時(shí)第二個(gè)三通閥3W2使得冷水(C)流到初始為次排空的 第二發(fā)生器G2。由于第一發(fā)生器Gl因加熱(H)而被加壓到制冷劑冷凝壓力以上(例如對(duì) 于甲醇是在0. 4以上以及對(duì)于氨是在13巴以上)，因此制冷劑將從吸附劑中被解吸并穿過(guò) 第一止回閥m流到冷凝器C。第五止回閥N5防止制冷劑直接流到G2內(nèi)并且第二止回閥 N2防止流到左手回路內(nèi)，即使其處于更低的壓力下。因此，制冷劑不得不進(jìn)入冷凝器C。在 這一過(guò)程中，制冷劑在冷凝器中冷凝，而后流過(guò)膨脹閥EV，根據(jù)冷凝能級(jí)(可以很容易達(dá)到 最高-5C)在低溫下在蒸發(fā)器E中蒸發(fā)，并隨后在第二發(fā)生器(G2)中被吸附。在冷凝器的左手側(cè)，三通閥3W3使得冷水(C)流到G3，同時(shí)3W4使得熱水(H)流到 G4，從而促使制冷劑在中等壓力下從G4中釋放。止回閥N6使得制冷劑從G4自由流到G3， 在那里其在中等壓力下被吸附。在這一步驟過(guò)程中，因?yàn)槲桨l(fā)生在中等壓力下，G3將被 過(guò)量填充制冷劑，同時(shí)因?yàn)榻馕l(fā)生在相同的中等壓力下，G4被排空(激活)。 到這一步驟為止，G4是熱的(H)并在中等壓力下被排空(Em)，同時(shí)G3是冷的(C) 并在中等壓力下被過(guò)量填充(SCh)。Gl是熱的(H)并在高壓下被排空(Em)，G2是冷的(C) 并在低壓下被填充(Ch)(參見圖6)。操作步驟2-這是一個(gè)中間步驟，該步驟與操作步驟1相比持續(xù)相對(duì)較短時(shí)間，其 目的是為操作步驟3 (參見下文)制備發(fā)生器。在操作步驟2中，開關(guān)閥(S)閉合以在冷凝 器中保持高壓。三通閥3W1使得冷水(C)流到G1，降低其壓力并提高其吸附制冷劑的容量。 止回閥3W2使得熱水(H)流到G2，升高其壓力并降低其吸附制冷劑的容量。因此在G2中吸 附的制冷劑被解吸并經(jīng)由止回閥N5進(jìn)入G1。在中等壓力下實(shí)現(xiàn)G2中氣體的排出以及Gl 中氣體的吸附。當(dāng)與現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相比時(shí)，所述中等壓力對(duì)于排出步驟更低，對(duì)于吸附步 驟更高，從而對(duì)于給定溫差產(chǎn)生效率收益。在左手側(cè)，止回閥3W3使得熱水(H)流到G3，3W4 使得冷水(C)流到G4。在該步驟中，G3被加熱直至其壓力增大到冷凝器壓力，從而使其在 它的溫度下處于極度過(guò)量被填充狀態(tài)。G4被冷卻直至其達(dá)到蒸發(fā)器壓力(或更低)，從而 使其對(duì)于它的溫度和壓力來(lái)說(shuō)處于次排空狀態(tài)。止回閥m，N2限制制冷劑從冷凝器流到發(fā) 生器Gl和G3，止回閥N5和N6分別阻止制冷劑從Gl流到G2以及從G3流到G4。到這一步 驟為止，G3處于高壓下，是熱的(H)并被過(guò)量填充(SCh)狀態(tài)，G4處于低壓下，是冷的(C) 并被次排空(SEm)狀態(tài)。在另一側(cè)，G2是熱的(H)并被排空(Em)，Gl是冷的(C)、被填充 (Ch)并處于中等壓力下(參見圖7)。這一狀態(tài)大體上是結(jié)束啟動(dòng)步驟4時(shí)狀態(tài)的鏡像或 開始操作步驟1時(shí)的狀態(tài)的鏡像。操作步驟3-這一步驟大體上是操作步驟1的鏡像情形。在這里S被打開以實(shí)現(xiàn) 冷卻效果，并且三通閥的位置與操作步驟2(參見上文)所示相同。起始處于熱的、過(guò)量填 充狀態(tài)的發(fā)生器G3通過(guò)止回閥N2將在高壓下的制冷劑解吸到冷凝器C，并通過(guò)膨脹閥和蒸 發(fā)器E使制冷劑在冷的且初始處于次排空狀態(tài)的G4中被吸附。同時(shí)，G2中的制冷劑繼續(xù) 在高溫和中等壓力下被解吸，Gl繼續(xù)在中等壓力和低溫下被過(guò)量填充以及吸附來(lái)自G2的 制冷劑。這一步驟持續(xù)至G3中的所有制冷劑進(jìn)入G4，從而在蒸發(fā)器處實(shí)現(xiàn)冷卻效果并填充 G4，G2中的整個(gè)制冷劑進(jìn)入Gl，從而對(duì)其進(jìn)行過(guò)量填充以備下一步驟用(參見圖8)。操作步驟4-這是與操作步驟2類似的中間步驟，其中電磁閥S閉合并且3W1使得 熱水流入Gl以驅(qū)動(dòng)其達(dá)到熱的、過(guò)量填充的狀態(tài)，3W2使得冷水流到G2，降低其溫度和壓力 以使其處于次排空狀態(tài)。3W3使得冷水流到G3，3W4使得熱水流到G4，升高其壓力并解吸制冷劑，直至其達(dá)到排空狀態(tài)。3W3使得冷水流到G3，降低其壓力并使得其吸附從G4解吸的 制冷劑，直至其達(dá)到被填充狀態(tài)。到這一步驟為止，發(fā)生器狀態(tài)達(dá)到在啟動(dòng)步驟4的結(jié)束時(shí) 或操作步驟1的開始時(shí)所提到的狀態(tài)(參見圖5)。打開電磁閥S并且重復(fù)操作步驟1-4。只要供給熱水、冷水和操作閥的能量，就基 本上能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)操作。通過(guò)使發(fā)生器的溫度實(shí)現(xiàn)循環(huán)并采用防止回流的止回閥，在通過(guò) 冷凝器和蒸發(fā)器進(jìn)行排出之前，可以實(shí)現(xiàn)從G2和G4的兩個(gè)排放步驟，使G1和G3達(dá)到過(guò)量 填充狀態(tài)。圖9表示具有所示所有三個(gè)循環(huán)的總體系統(tǒng)。圖1-8所示的冷卻單元(CU)與熱水 供給回路相連，所述回路包括真空管太陽(yáng)能收集器(ESC)或其他熱源和熱水聚積器(AC)。 通過(guò)設(shè)置聚積器(AC)，在黑夜可以利用白天通過(guò)太陽(yáng)能加熱的熱水發(fā)生器以確保單元CU 的連續(xù)操作。在熱量供給是來(lái)自某些其他連續(xù)操作(例如工業(yè)操作)的廢熱的情況下，無(wú) 需聚積器。熱水通過(guò)熱水泵PH從聚積器被輸送到單元CU。冷水供給回路也與單元⑶相連。在這種情況下，通過(guò)采用散熱器R例如空冷散熱 器或其他散熱系統(tǒng)提供冷水。冷水通過(guò)冷水泵PC從散熱器R被輸送到單元CU。用于泵PH，PC和單元⑶中的各種閥的動(dòng)力通常由光電源PV(具有用于黑夜的適 當(dāng)聚積器)提供。可以采用其他電源。將會(huì)認(rèn)識(shí)到在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下可以對(duì)系統(tǒng)的所有方面做出其他改變。
權(quán)利要求
一種熱量驅(qū)動(dòng)吸附冷卻單元，包括-具有進(jìn)口端和出口端的冷凝器；-具有進(jìn)口端和出口端的蒸發(fā)器，其進(jìn)口端經(jīng)由操作閥與冷凝器的出口端相連；以及-一系列吸附-解吸發(fā)生器，它們各自具有用于與冷凝器和蒸發(fā)器相連以形成制冷劑流動(dòng)回路的進(jìn)口端和出口端，以及用于在高溫和低溫下操作每個(gè)發(fā)生器的供熱裝置，發(fā)生器可操作地使制冷劑穿過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器流動(dòng)以在蒸發(fā)器處提供冷卻效果；其中所述一系列發(fā)生器包括兩對(duì)發(fā)生器，每對(duì)包括-第一發(fā)生器，其出口端經(jīng)由第一止回閥與冷凝器的進(jìn)口端相連，所述第一止回閥被布置成阻止從冷凝器到第一發(fā)生器的流動(dòng)；以及-第二發(fā)生器，其進(jìn)口端經(jīng)由第二止回閥與蒸發(fā)器的出口端相連，并且出口端經(jīng)由第三止回閥與第一發(fā)生器的進(jìn)口端相連，所述第二止回閥被布置成阻止從第二發(fā)生器到蒸發(fā)器的流動(dòng)，所述第三止回閥被布置成阻止從第一發(fā)生器的進(jìn)口端到第二發(fā)生器的出口端的流動(dòng)；每對(duì)發(fā)生器單獨(dú)可操作地驅(qū)動(dòng)流體穿過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器以提供冷卻效果。
2.如權(quán)利要求1所述的冷卻單元，其特征在于，供熱裝置包括向發(fā)生器供給傳熱流體 以控制發(fā)生器的溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的冷卻單元，其特征在于，供熱裝置包括用于將傳熱流體加熱到 高溫的太陽(yáng)能加熱器。
4.如權(quán)利要求3所述的冷卻單元，其特征在于，太陽(yáng)能加熱器包括真空管太陽(yáng)能收集器。
5.如權(quán)利要求2，3或4所述的冷卻單元，其特征在于，還包括在將傳熱流體供給到發(fā)生 器之前存儲(chǔ)熱的傳熱流體的聚積器。
6.如在前權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的冷卻單元，其特征在于，供熱裝置包括用于將傳 熱流體冷卻到低溫的散熱器。
7.如權(quán)利要求6所述的冷卻單元，其特征在于，散熱器由處于環(huán)境溫度的空氣冷卻。
8.如權(quán)利要求2-7中任意一項(xiàng)所述的冷卻單元，其特征在于，還包括用于使熱的或冷 的傳熱流體循環(huán)到發(fā)生器的泵。
9.如權(quán)利要求2-8中任意一項(xiàng)所述的冷卻單元，其特征在于，傳熱流體包括水。
10.一種在前權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的冷卻單元的操作方法，包括操作所述閥和將熱量供應(yīng)給每對(duì)發(fā)生器，以使每個(gè)發(fā)生器中的溫度在熱和冷之間循 環(huán)，使得圍繞流過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器的回路驅(qū)動(dòng)制冷劑，第一發(fā)生器在被過(guò)量填充、被排空和 被填充狀態(tài)之間循環(huán)，第二發(fā)生器相應(yīng)地在次排空、被填充和被排空狀態(tài)之間循環(huán)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，包括，在溫度循環(huán)之前，執(zhí)行啟動(dòng)程序，該 程序包括i)在基本上恒定壓力下用制冷劑填充發(fā)生器、冷凝器和蒸發(fā)器，所述發(fā)生器保持處于 低溫下；ii)操作所述閥以防止制冷劑從冷凝器流到蒸發(fā)器；iii)加熱每對(duì)發(fā)生器中的第二發(fā)生器，以驅(qū)動(dòng)制冷劑進(jìn)入每對(duì)發(fā)生器中的第一發(fā)生器內(nèi)，從而第一發(fā)生器處于被填充狀態(tài)，第二發(fā)生器處于被排空狀態(tài)；iv)冷卻第二發(fā)生器以從蒸發(fā)器中吸出制冷劑，從而至少部分地填充第二發(fā)生器；以及v)加熱第二發(fā)生器中的一個(gè)以進(jìn)一步增大與其相連的第一發(fā)生器中的制冷劑的填充 狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，包括在第一步驟中 -冷卻第一對(duì)發(fā)生器中被排空的第二發(fā)生器以使其處于次排空狀態(tài)；-加熱第一對(duì)發(fā)生器中的相關(guān)第一發(fā)生器以使其處于過(guò)量填充狀態(tài)；以及 _使得制冷劑穿過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器從第一發(fā)生器進(jìn)入第二發(fā)生器以在蒸發(fā)器處實(shí)現(xiàn)冷 卻效果。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一步驟包括使第一發(fā)生器排放達(dá) 到排空狀態(tài)以及填充第二發(fā)生器達(dá)到被填充狀態(tài)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，在第二步驟中_加熱第二對(duì)發(fā)生器中被填充的第二發(fā)生器以將制冷劑排入相應(yīng)第一發(fā)生器并使第二 發(fā)生器處于排空狀態(tài)；以及-冷卻第二對(duì)發(fā)生器中相關(guān)的第一發(fā)生器以使其處于被填充狀態(tài)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在第三步驟中-冷卻第二對(duì)發(fā)生器中被排空的第二發(fā)生器以使其處于次排空狀態(tài)； -加熱相應(yīng)被填充的第一發(fā)生器以使其處于過(guò)量填充的狀態(tài)；以及 _使得制冷劑穿過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器從第二對(duì)發(fā)生器中的第一發(fā)生器進(jìn)入第二對(duì)發(fā)生器 中的第二發(fā)生器以在蒸發(fā)器處實(shí)現(xiàn)冷卻效果。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括使第一發(fā)生器排放達(dá)到排空狀態(tài) 以及填充第二發(fā)生器達(dá)到被填充狀態(tài)。
17.如權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，包括在第四步驟中_加熱第一對(duì)發(fā)生器中被填充的第二發(fā)生器以將制冷劑排入相應(yīng)第一發(fā)生器并使第二 發(fā)生器處于排空狀態(tài)；以及-冷卻第一對(duì)發(fā)生器中相關(guān)的第一發(fā)生器以使其處于填充狀態(tài)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括重復(fù)第一、第二、第三和第四步驟 以使冷卻單元基本上連續(xù)操作。
19.如權(quán)利要求10-18中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括引導(dǎo)空氣流經(jīng)過(guò)蒸 發(fā)器，使得空氣得到冷卻。
全文摘要
一種熱量驅(qū)動(dòng)吸附冷卻單元，包括具有進(jìn)口端和出口端的冷凝器；具有進(jìn)口端和出口端的蒸發(fā)器，所述進(jìn)口端經(jīng)由操作閥與冷凝器的出口端相連；以及一系列吸附解吸發(fā)生器，它們各自具有用于與冷凝器和蒸發(fā)器相連以形成制冷劑流動(dòng)回路的進(jìn)口端和出口端，以及用于在高溫和低溫下操作每個(gè)發(fā)生器的供熱裝置，所述發(fā)生器可操作地使制冷劑穿過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器流動(dòng)以在蒸發(fā)器處提供冷卻效果；其中所述一系列發(fā)生器包括兩對(duì)發(fā)生器，每對(duì)包括出口端經(jīng)由第一止回閥與冷凝器的進(jìn)口端相連的第一發(fā)生器，所述第一止回閥被布置成阻止從冷凝器到第一發(fā)生器的流動(dòng)；以及進(jìn)口端經(jīng)由第二止回閥與蒸發(fā)器的出口端相連并且出口端經(jīng)由第三止回閥與第一發(fā)生器的進(jìn)口端相連的第二發(fā)生器，所述第二止回閥被布置成阻止從第二發(fā)生器到蒸發(fā)器的流動(dòng)，所述第三止回閥被布置成阻止從第一發(fā)生器的進(jìn)口端到第二發(fā)生器的出口端的流動(dòng)；每對(duì)發(fā)生器單獨(dú)可操作地驅(qū)動(dòng)流體穿過(guò)冷凝器和蒸發(fā)器以提供冷卻效果。
文檔編號(hào)F25B17/02GK101874184SQ200880110671
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者艾曼·阿勒-馬艾塔, 阿德南·阿勒-馬艾塔 申請(qǐng)人:國(guó)際能源技術(shù)工業(yè)公司;千禧能源工業(yè)公司