CN1196788A - 吸收剂对制冷系统 - Google Patents

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Abstract

一种吸收剂对制冷系统,它包括:一液体制冷剂源(46);一用来将液体制冷剂转变成蒸汽制冷剂使它温度低于液体制冷剂以提供冷却效果的蒸发器(48);一具有一定容量的、与蒸发器(48)连通的化学吸收剂(52);其特征在于,蒸汽制冷剂被吸收在化学吸收剂上;一用来将制冷剂从化学吸收剂上解吸出来而不会显著加热吸收剂的电磁波发生器(62);以及一与化学吸收剂连通、用来对那些已从化学吸收剂中解吸出来的蒸汽制冷剂进行冷凝的冷凝器(56)。

Description

吸收剂对制冷系统
本发明的背景
1.本发明的领域
本发明涉及一种吸收剂对制冷系统，其中制冷剂是利用电磁波能量尤其是微波能量而从一由制冷剂和化学吸收剂组成的络合物中解吸出来的。
2.已有技术的描述
现有的吸收剂对制冷系统采用的是气态制冷剂，它被交替地吸收到一化学吸收剂上并从其中解吸出来，从种属上说，有时候可以将所述化学吸收剂称为吸着剂。可以将制冷剂和吸收剂称为吸收剂对，一络合物是通过将制冷剂吸收到吸收剂上而形成的。在大部分系统中，由一低压极性气体组成的、已在蒸发器内被汽化的制冷剂被吸收到一吸收剂上。一旦所述制冷剂被完全吸收，对所述由制冷剂和吸收剂组成的络合物加热以馏出或解吸出所述制冷剂。最终形成的高压制冷剂气体随后被导引至一冷凝器，在那里将它转变回液态。所述高压液体制冷剂随后被导引至所述蒸发器，在所述蒸发器内对所述制冷剂进行蒸发，并由所述制冷剂从周围环境中吸收热量，以提供所需的冷却效果。
在这些已有技术系统中，采用了一电力或燃气加热器来加热所述络合物，以馏出所述制冷剂。所述热量主要是藉助热传导而传递给所述络合物的，并且其内装有吸收剂并且其内发生吸收和解吸反应的金属容器通常是由金属构造成的，以有助于传热。通常将金属容器、吸收剂和加热器组合在一起称为一吸附器(sorber)。所述金属容器通常设置有诸个内金属翅片或者其它类似传热装置，以分割所述吸收剂从而缩短金属容器壁和吸收剂之间的散热通道的长度，以进一步有助于将热量传递给络合物。
在解吸反应过程中，吸附器吸收大部分的显热，这些显热随后必须在吸收反应之前被排散出去，从而使吸收剂充分冷却，以使它能重新吸收制冷剂。这种显热降低了制冷系统的COP，并增大了解吸反应和吸收反应之间的循环时间，从而降低了吸收剂对的冷却能力。而且，已有技术系统常常采用外部冷却装置以在解吸反应和吸收反应之间的循环时间中冷却所述吸附器，所述的这段循环时间可以称为吸附器冷却循环时间。这些装置包括利用那些连接于金属容器外壁的冷却翅片和使制冷剂流过吸附器的芯部的管道。这些装置使得吸附器设计更为复杂并增加了成本。
本发明的概述
因此，本发明的一个目的在于提供一种吸收剂对制冷系统，其中解吸反应不依赖于加热络合物，并且可以最小化或消除吸附器冷却循环时间。
根据本发明，这些和其它目的和优点是通过提供一种吸收剂对制冷系统来实现的，它包括一盛有加压液体制冷剂的容器或储器；一位于所述容器下游、用来蒸发制冷剂并提供所需冷却效果的蒸发器；一位于蒸发器下游、盛有化学吸收剂的金属容器，所述气态制冷剂被吸收到所述化学吸收剂内从而能形成一络合物；一电磁波发生装置，诸如一微波发生器，用来将制冷剂从络合物中解吸出来；以及一冷凝器，它位于金属容器下游和容器上游，用来将最终形成的高压蒸汽制冷剂冷凝成高压液体制冷剂。
因此，本发明采用微波辐射来将制冷剂从吸收剂中解吸出来。因此，不再需要用传导、辐射和对流的方式加热络合物。与采用这些或其它随机加热方法来解吸出制冷剂的作法相反，例如通过使制冷剂分子内出现双极旋转现象，将微波能量转换为功以将制冷剂分子和吸收剂分子之间的键断开。因此，本发明可以直接将能量传递给制冷剂/吸收剂键，这样就消除了由吸附器所吸收的显热，从而可以大大地提高所述系统的COP和冷却能力。
本发明的这些和其它目的将从以下结合附图的具体描述中变得更为清楚。
附图的简要描述
图1是已有技术的吸收剂对制冷系统的示意图；
图2是本发明吸收剂对制冷系统的一实施例的示意图；
图3是本发明吸收剂对制冷系统的另一实施例的示意图；以及
图4是图3所示的本发明的某一部分的立体图。
较佳实施例的具体描述
简要回顾一下已有技术将有助于更好地理解本发明。请参阅图1，图中示出了由标号10总地标示出来的已有技术的吸收剂对制冷系统，它包括一装有一适当制冷剂14的储器或容器12、一借助管道18与容器12的一出口连接的蒸发器16、一借助管道22与蒸发器16的排放端连通的吸附器20、以及一借助管道26而与吸附器20的一出口相连的冷凝器24。吸附器20包括一金属容器28、一容纳在金属容器28内的化学吸收剂(未示)和一加热器30。
在制冷系统10的工作过程中，增压液体制冷剂14在一热膨胀阀或TEV 32的作用下被可控制地排放入蒸发器16内。由于制冷剂的压力迅速下降，制冷剂的温度就降低，所述制冷剂就从液态变为汽态，正如本技术领域的那些熟练人员所熟知的那样。蒸发器16通常位于一冷却室内或其附近，因此周围热量被蒸汽制冷剂所吸收，由此对冷却室进行了冷却。所述蒸汽制冷剂然后直接通过管道22而流至吸附器20，并被吸收到所述容纳在金属容器28内的化学吸收剂上。由于所述吸收剂和蒸汽制冷剂之间的亲和力，在吸收反应过程中，所述蒸汽制冷剂是通过管道22来抽送的，由此能使蒸发器16内保持一相对较低的压力。在将足量的蒸汽制冷剂吸收到所述化学吸收剂上之后，加热器30起动以进行解吸(desorb)反应，所述蒸汽制冷剂的数量是由TEV 32根据蒸发器16的温度来进行控制的，在所述解吸反应过程中，络合物被加热，从而可以将蒸汽制冷剂从所述吸收剂中馏出。所述热量给予所述制冷剂分子足够的能量从而可以断开所述制冷剂和所述吸收剂之间的化学键。这种依靠随机加热以便借助Boltzmann(波耳兹曼)分布的拖尾(tail)来热断开制冷剂/吸收剂键的作法要求大量的热能，所述大量热能将显著升高包括吸收剂和制冷剂在内的整个吸附器20的温度。最终形成的经加热、经增压的蒸汽制冷剂通过管道26而被迫流入冷凝器24内，其中所述蒸汽制冷剂的热量被排放到周围环境中，因此制冷剂就从汽态变为液态，从而使制冷剂的压力得到了一定程度的降低，并能使更多的蒸汽制冷剂从吸附器20而抽送到冷凝器24内。液体制冷剂随后借助管道34而排放入容器12内。管道22内的单向阀36可以防止所述高压蒸汽制冷剂回流到蒸发器16内。相反，管道22内的高压蒸汽制冷剂则被迫通过一单向阀38通过管道40而流入冷凝器24内。在这种发生在解吸反应之后但在吸收反应之前的吸附器冷却循环中，来自容器12的液体制冷剂可以在一TEV 42的作用下被可控地导引至吸附器20的芯部，以有助于所述吸收剂的冷却。
现请参阅图2，对本发明的吸收剂对制冷系统进行描述。图中示出了由标号44总地标示的本发明制冷系统，它包括一装有一适当制冷剂的储器或容器46、一借助适当的管道50与容器46的一出口相连的蒸发器48、一借助管道54与蒸发器48的排放端连通的吸附器52，以及一借助管道58与吸附器52相连的冷凝器56。根据本发明，吸附器52包括一金属容器60、一容纳在金属容器60内的化学吸收剂，以及一将所述制冷剂从所述络合物中解吸出来的电磁波发生装置62。
电磁波发生器62最好是一热离子或固体微波发生装置，诸如一磁控管、速调管或一行波管。由发生器62产生的微波最好是在以下标准ISM波段：915MHz(在英国是896MHz)、2.54Ghz(S波段)、或5.8Ghz(J波段)。此外，诸微波是藉助任何一种适当的微波传导装置(未示)，诸如波导管、同轴电缆、电极或为微波传输带而传送至一由金属容器60或一其内放置有金属容器60构成的谐振腔的。最好使用一铁淦氧循环器、混合电路或其它适当装置来将发生器62耦合至所述负载。至发生器62的输入也可以被调制，以使射频输出与所述负载相匹配。
在制冷系统44的工作过程中，来自储器46的液体制冷剂最好能在一TEV 64或其它类似装置的作用下而可控地排放入蒸发器48内。所述液体制冷剂在蒸发器48内蒸发以提供所需的冷却效果。最终形成的蒸汽制冷剂随后被抽送入吸附器52内，所述蒸汽制冷剂在其内被吸收到所述吸收剂上以形成一络合物。一旦完成所述吸收反应，发生器62就起动以开始解吸反应。在发生器62起动的那一时刻，制冷系统44的工作情况与上述已有技术的制冷系统10的工作情况是类似的。当发生器62起动时，藉助有选择地将电能泵送入每一制冷剂-吸着剂键内直到该键断开使所述制冷剂分子与所述吸着剂分子分开为止，诸微波可以将所述制冷剂从所述吸着剂中解吸出来。应予相信的是，诸微波将引起各制冷剂分子内出现双极旋转现象，从而能赋予足够的动能，以使它们能摆脱使它们与其相关的吸着剂分子相键联的电势能的影响。因此，与随机加热所述络合物以及利用热能来解吸制冷剂的作法相反，将微波能量转化为功，以断开制冷剂分子和与它们相关联的吸着剂分子之间的键。最终形成的高压蒸汽制冷剂膨胀入冷凝器56内，在该处蒸汽制冷剂被冷凝成液态。液体蒸汽随后借助管道66而流回到储器46。最好将一单向阀68设置在管道54内，以防止解吸反应过程中高压蒸汽制冷剂回流到蒸发器48内。此外，可以将一单向阀70设置在管道58内，以防止吸收反应过程中反应制冷剂回流到吸附器52内。
虽然可以将各种制冷剂和化学吸收剂与本发明一起使用，但是，本发明的几个较佳实施例都是将一种极性制冷剂，诸如氨、甲烷或酒精，以及一种惰性金属卤化物盐，诸如SrBr2，用作所述吸收剂。所述金属卤化物盐具有一较低的介电常数，从而可以使所述吸收剂发生解吸反应，而不会因所施加的微波辐射而受到明显加热。因此，所述吸收剂在解吸反应之后不需要冷却循环，它会立即准备开始吸收反应。此外，通过提供足够的微波发生器和散热性能，可以将解吸过程的持续时间制定得任意短。
而且，所述吸收反应是放出热量的，并且反应速率随温度升高而下降。因此，在本发明的另一实施例(未示)中，在吸收反应中，可以使用气冷或液冷的散热器(heat sink)来冷却所述吸收剂。
现请参阅图3和图4，图中示出了本发明的另一实施例，其中，凡是相同的标号均表示那些与结合图2所描述的相同的构件。在本实施例中，冷凝器56和吸附器52合并成一冷却装置72。在工作过程中，液体制冷剂从储器46流入蒸发器48。来自蒸发器48的蒸汽制冷剂随后被抽送给冷却装置72，由于将蒸汽制冷剂吸收在吸收剂74上，因此会使压力降低。吸收剂74最好是用一种诸如多孔聚合物(聚四氟乙烯)之类的多孔材料76而保持在位，这种多孔材料可以使所述蒸汽制冷剂与所述吸收剂进行有效混合。多孔材料76也可以在吸收反应过程中因吸收剂膨胀而引起的压力升高受到压缩但不会永久变形。在将待冷却的负载冷却到所需温度之后，来自微波发生器62的微波辐射就被导引至冷却装置72内的络合物，以象前述那样将制冷剂分子从吸收剂中解吸出来。最终所得到的高压制冷剂气体膨胀到冷却装置72的冷凝部分56。所述制冷剂随后冷凝并汇集在容器46内。随后根据以上描述重复所述过程。
图4示出了冷却装置72，所述冷却装置将被插设在与微波发生器62相连的波导管内。或者，可以将冷却装置72构造成与所述微波谐振腔形成一整体。冷却装置72上的诸冷却翅片78的作用是有助于冷凝所述制冷剂并从所述吸收剂中排出吸收热量。诸翅片78最好是由同一风扇来冷却的，所述风扇用来对微波发生器62的各构件进行冷却。
作为制冷系统44的工作情况的一例子，假定冷却装置72的一900瓦的微波炉箱的内部容积可以为250ml。四分钟过后，冷却装置72可以提供约400瓦的冷却功率，之后它将需要为时三分钟的重新充电或解吸。在重新充电之后，制冷系统44就立即准备好进行另外四分钟的冷却。如果需要进行连续的冷却，可以将所述吸收剂分成两个单独的部分，它们由微波发生器62交替激励。从本质上说，发生器62可以连续地循环一个容积或另一容积。这样作，可以增大发生器62的工作循环，从而可以提高冷却装置72的冷却能力。
在特别适于低温冷却的本发明的另一实施例中，可以将一诸如甲烷之类的冷却剂用作所述与冷却装置72一起使用的制冷剂。以此方式，可以实现超导磁体、电子元件和其它类似物的环路低温冷却。
在本发明的又一实施例中，制冷系统44可以与一传统的微波炉合并在一起，以提供一种既能加热又能冷却的装置。在本实施例中，使用微波炉的微波发生器以将制冷剂从吸收剂中解吸出来。由此，可以使用一个微波发生器来进行加热和冷却。在本实施例中，设置有适当的波导管和活门装置，以便在需要进行加热时将微波导入微波谐振腔内，或者在需要进行冷却时将微波导入吸附器内。
虽然本文中使用了术语吸收来描述其中制冷剂与吸着剂结合在一起进行的反应，但是可以根据所述反应是否改变所述吸着剂的化学成份将这样一种反应归入吸收类。本发明所揭示的内容同样可以应用于吸收反应系统。
应予认识的是，虽然已经结合本发明的几个较佳实施例对本发明进行了描述，但是，对于本技术领域的那些熟练人员来说，还可以对本发明的某些结构细节作出各种不背离本发明原理的变化。因此，所附的权利要求书可以被解释成能覆盖所有落在本发明范围和精神内的等同物。

Claims (7)

1.一种吸收剂对制冷系统，它包括：
一液体制冷剂源；
一用来将所述液体制冷剂转变成蒸汽制冷剂使它温度低于液体制冷剂以提供冷却效果的蒸发器；
一具有一定容量的、与所述蒸发器连通的化学吸收剂；
其特征在于，所述蒸汽制冷剂被吸收在所述化学吸收剂上；
用来将所述制冷剂从所述化学吸收剂上解吸出来的电磁波发生器；以及
一与所述化学吸收剂连通、用来对那些已从所述化学吸收剂中解吸出来的蒸汽制冷剂进行冷凝的冷凝器；
其特征在于，所述化学吸收剂没有被电磁波发生装置加热到足以将所述制冷剂从所述化学吸收剂中解吸出来的温度。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述化学吸收剂是金属卤化物盐。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述化学吸收剂是溴化锶，所述制冷剂是氨。
4.一种制冷系统，它包括：
一制冷剂；
用来蒸发所述制冷剂以提供冷却效果的装置；
一与所述蒸发装置连通的吸着剂；
其特征在于，吸着剂和来自所述蒸发装置的制冷剂发生吸着反应；
用来将所述制冷剂从所述吸着剂中解吸出来的电磁波发生装置；
其特征在于，来自电磁波发生装置的电磁能被转换为将所述制冷剂与所述吸着剂分开的功；以及
与所述吸着剂连通、用来对已从所述吸着剂中解吸出来的制冷剂冷凝的装置。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述吸着剂是金属卤化物盐。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述吸着剂是溴化锶，所述制冷剂是氨。
7.一种用来产生冷却效果的方法，它包括以下步骤：
提供一制冷剂；
提供一吸着剂；
使所述制冷剂与所述吸着剂性相结合，以发生吸着反应；
将电磁能施加给所述制冷剂/吸着剂结合体以将所述制冷剂从所述吸着剂中解吸出来；
其特征在于，将电磁能转换为将制冷剂与吸着剂分开的功；
使已从吸着剂中解吸出来的制冷剂蒸发，以获得冷却效果。
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