CN100578116C - 一种以太阳能真空玻璃管集热器热水为能源的制冷空调机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以太阳能真空玻璃管集热器热水为能源的吸收制冷空调机，利用太阳能真空玻璃管集热器的热水作为热能，驱动硫氰酸钠—氨溶液两级交汇、循环，从而形成氨气产生—冷凝—蒸发制冷—吸收循环，达到吸收制冷空调机运行，产生足够的空调制冷量，带动冷风机对室内吹送冷气制冷。本发明吸收制冷空调机的制冷剂为氨，吸收剂为硫氰酸钠—氨溶液，运用该溶液对氨气的吸收与解吸原理以及溶液两级循环互相交汇的作用，实施热能驱动的吸收制冷，充分利用太阳能真空玻璃管集热器所产生的65-85℃的热水进行空调制冷，满足夏季室内空气降温的要求。

Description

一种以太阳能真空玻璃管集热器热水为能源的制冷空调机

技术领域

本发明涉及一种以太阳能真空玻璃管集热器热水为能源的制冷空调机。

背景技术

太阳能是广泛存在于温带、亚热带和热带地区的廉价能源与绿色能源。而空调设备已成为厂矿、机关、学校和家庭所必备的普及设备。空调机在社会上用量巨大，所耗电能巨大，成为各国家、各地区电网的主要负荷之一。太阳能空调的研制与开发对节约用电、减排与环保均具有重大意义。在已研制的各种太阳能空调机中，吸附制冷与吸收制冷空调机普遍使用超过100℃的热油、热水或蒸汽作为热源，这就对现有的太阳能集热器提出了更高的要求，因而难以实施。而社会上已经普遍使用的技术成熟的真空玻璃管型太阳能集热器，其热水温度通常在65～85℃之间，夏季最高温度也只能达到90℃左右。使用这种已经普及的技术成熟的真空玻璃管型太阳能集热器的热水作为吸附制冷或吸收制冷空调机的驱动能源是现实可行的。其中，吸附制冷空调机由于热效率比较低以及解吸温度比较高等因素，远不如吸收制冷空调机。

发明内容

本发明为了克服现有吸附制冷与吸收制冷空调机普遍使用超过100℃的热油、热水或蒸汽作为热源，而提供一种以太阳能真空玻璃管集热器热水为能源的制冷空调机，利用硫氰酸钠-氨溶液与氨形成的工质对在吸收制冷时的特性，以硫氰酸钠-氨溶液两级交汇循环进行吸收制冷，能够使用65～85℃的热水进行空调制冷。因为硫氰酸钠-氨溶液的两级循环吸收制冷所使用的热源温度可以大幅地降低，正好适合利用65～85℃的热水作为吸收制冷的热源。除此之外，其它各种制冷方式难以利用65～85℃的热水作为吸收制冷的热源。

一种以太阳能真空玻璃管集热器热水为能源的吸收制冷空调机，其制冷剂为氨，其吸收剂为含氨浓度0.50～0.60的硫氰酸钠-氨溶液，吸收制冷空调机包括太阳能真空玻璃管集热器、热水储罐、高压发生器，低压发生器、高压吸收器、低压吸收器、氨冷凝器、储液罐、节流阀、蒸发器、二台溶液热交换器、二台气液分离器、热水泵1台、冷水泵1台、若干台溶液泵，太阳能真空玻璃管集热器通过连通管道与热水储罐相连，高压发生器的氨出口端经一气液分离器与冷凝器的氨入口端相连，该气液分离器的液体输出端经一溶的液体输出端经一溶液热交换器与另一溶液热交换器的液体输入端相连，冷凝器的氨出口端与储液罐相连，储液罐的氨出口端经节流阀与蒸发器的氨入口端相连，蒸发器的氨出口端与低压吸收器的氨入口端相连，低压吸收器的溶液输出端经另一溶液热交换器分别与低压发生器、高压吸收器的溶液输入端相连，低压发生器的氨出口端经另一气液分离器与高压吸收器的氨入口端相连，该气液分离器的液体输出端经另一溶液热交换器与低压吸收器4液体输入端相连，高压吸收器溶液输出端经一溶液热交换器与高压发生器液体输入端相连，热水泵将热水储罐的热水泵出为高压发生器、低压发生器提供热水，冷水泵为氨冷凝器、高压吸收器、低压吸收器提供冷却水，溶液泵为溶液循环提供动力。

硫氰酸钠-氨溶液两级交汇循环吸收制冷的氨蒸发温度为t₀＝5-12℃吸收制冷热效率cop≥0.4

发生器为管壳式结构或板式换热器结构，要求发生器中的传热效率较高，发生器中溶液与热水之间的温差Δt₁≤10℃。

溶液两级循环所利用的热水温差Δt₂≥15℃。

热能吸收制冷系统的制冷工质对为硫氰酸钠-氨溶液与氨，其吸收剂为硫氰酸钠-氨溶液，制冷剂为氨。在高压发生器中，溶液受热释放氨气，在高压吸收器中，冷却的溶液吸收来自低压发生器的氨气；在低压发生器中，溶液受热释放氨气，在低压吸收器内，冷却的溶液吸收来自蒸发器的氨气，从而实现溶液的两级循环。两级循环中，高压发生器输出的稀释溶液与低压吸收器输出的较高含氨溶液在A点交汇，形成混合溶液，经过溶液热交换器9以后，到达B点进行分流，分别流向高压吸收器与低压发生器，从而充分地利用了溶液自身的热量，并改变了高压吸收器与低压发生器中溶液的含氨量，有利于高压吸收器的吸收与低压发生器的气体发生。

溶液在溶液泵的驱动下进行两级交汇循环。其中高压发生器产生的氨气经冷凝、储液、节流、蒸发实现制冷，蒸发产生的氨气进入低压吸收器被吸收。

高压吸收器与低压吸收器均为填料型吸收器，顶部装有喷淋器。高压吸收器吸收来自低压发生器的氨气，形成含氨浓度更高的溶液，该溶液加入第二级溶液循环，低压吸收器吸收来自蒸发器的氨气，形成中等浓度的含氨溶液。

来自高压发生器的稀释含氨溶液与低压吸收器输出的中等浓度含氨溶液在A点交汇，形成混全溶液，混合溶液经溶液热交换器9被加热后，分别流向高压吸收器与低压发生器。这就是溶液两级循环的交汇与分流。交汇与分流能够提高系统热效率，降低高压吸收器中溶液含氨浓度，从而降低高压吸收器的吸收压力，有利于提高高压吸收器的吸收能力。

蒸发器为氨液蒸发式的冷风机，冷风机将氨液蒸发时产生的制冷吹送到室内，实现室内空气降温。

溶液两级循环中，分别设置溶液热交换器9与溶液热交换器10，以提高溶液进入高压发生器或低压发生器的温度，降低溶液进入高压吸收器或低压吸收器的温度，既有利于高压发生器与低压发生器的气体发生，又有利于高压吸收器与低压吸收器的气体吸收。

高压发生器与低压发生器所用热水为串联，先供给高压发生器，再供给低压发生器。用后的热水回流到热水储罐14中。

系统的冷却水分为两路，一路供应氨冷凝器，另一路供应低压吸收器与高压吸收器。低压吸收器与高压吸收器的冷却水为串联，先供应低压吸收器，再供应高压吸收器。

基本原理

1、真空玻璃管太阳能集热器技术成熟，普及率高，空调机热源有充分保证。

以真空玻璃管太阳能集热器的热水作为吸收式制冷空调机的热源，热水温度为65～85℃。这种太阳能集热器技术成熟，已在各国家、各地区广泛推广使用。夏季，这种太阳能集热器所产生的热水的温度能够达到65-85℃或更高。而夏季正是使用空调进行室内降温的季节。因此，本发明太阳能空调机其驱动热源是有充分保证的。

2、特定浓度的硫氰酸钠-氨溶液两级交汇循环吸收制冷特点

含氨浓度为0.50～0.60的硫氰酸钠-氨溶液两级交汇循环吸收制冷能够恰好利用65～85℃的热水进行空调制冷。硫氰酸钠-氨溶液两级交汇吸收制冷原理图见图1。硫氰酸钠-氨溶液在两级发生器中，在65～85℃热水热能作用下释放出氨气，氨气经冷凝-储液-节流-蒸发而制冷。蒸发后的氨气又回到两级吸收器中被吸收，从而完成氨气从发生器中产生到吸收器中被吸收的氨循环。伴随氨循环的是硫氰酸钠-氨溶液的两级交汇循环。硫氰酸钠-氨溶液的两级循环可以大幅度降低作为热源的热水温度，即在第一级循环中利用65～75℃的热水使溶液中的氨解吸出来，在第二级循环中利用75～85℃的热水使溶液中的氨解吸出来。两级溶液循环，在热水温度不高的情况下，可以使高压发生器产生的氨气压力达到氨的冷凝压力，使氨气进行制冷循环，达到制冷效果；两级溶液循环，在热水温度不高的情况下，还可以使低压吸收器的吸收压力进一步降低，从而实现氨的蒸发温度降到5-12℃，满足空调制冷对氨蒸发压力与蒸发温度的要求。

3、溶液两级交汇循环能提高制冷系统的制冷热效率COP值

硫氰酸钠-氨溶液的两级交汇循环吸收制冷能进一步利用溶液自身的热能进行热交换，使进入两级发生器的溶液充分预热，使进入两级吸收器的溶液充分预冷，从而提高制冷系统的热效率cop值。同时，两级交汇循环能够降低高压吸收器中吸收溶液的氨浓度，从而有效地降低高压吸收器的吸收压力，有利于高压吸收器对氨气的吸收。两级交汇循环与纯粹两级循环相比，具有热效率较高，吸收器中溶液吸收压力更低的特点，有利于充分利用低品位热能进行空调制冷。

4、该太阳能空调机的主要技术指标

真空玻璃管太阳能集热器热水温度      t＝65-85℃

被利用的热水温度差                  Δt≥15-20℃

空调机制冷热效率                    cop≥0.40

每产生1000W制冷量所需太阳能集热器采光面积S≥3.5m²

冷却水温度                          T≤32℃

一种真空玻璃管太阳能集热器热水吸收制冷空调机实施例，技术参数如下：

制冷量                              Q≥3000W

氨蒸发温度                          t₀＝10℃

真空玻璃管太阳能集热器采光面积      S＝10.5m²

集热器热水温度                      t₁＝80-85℃

回流热水温度                        t₂＝60-65℃

空调机热效率                        cop≥0.45

系统工作压力                        P＝1.3Mpa

空调机工作过程是：高压发生器1产生的氨气经气液分离器进入冷凝器5冷凝为液态氨，液态氨进入储液罐6中储存。从储液罐6中输出的液态氨经节流阀7进入蒸发器8中进行蒸发制冷，其制冷量输出到所需要的房间中为空气降温。蒸发器8中蒸发出来的氨气输送到低压吸收器4中，被低压吸收器中蒸发压力更低的溶液吸收，溶液吸收氨气后成为含氨浓度中等的溶液。氨气从高压发生器出来到低压吸收器被吸收，完成了氨的制冷循环。低压吸收器4中溶液吸收氨气后，被输送到低压发生器2。在低压发生器2中，热水的热能使溶液中的氨蒸发出来，氨气经气液分离器12送往高压吸收器3，余下溶液经气液分离器12送往低压吸收器4，这就是溶液的第一级循环。溶液的第一级循环既吸收了来自蒸发器8的氨气，又发生了氨气供高压吸收器3吸收用。在溶液第一级循环中，设置溶液热交换器9进行溶液热交换。在溶液热交换器9中，来自低压发生器2的高温溶液与来自低压吸收器4的低温溶液进行热交换，提高了输往低压发生器2溶液的温度、降低了输往低压吸收器4溶液的温度，有利于低压发生器2的氨气的发生，也有利于低压吸收器4的氨气的吸收。

高压吸收器3中吸收来自低压发生器2的氨气，使高压吸收器3中的溶液含氨量升高，成为高浓度含氨溶液，该溶液被输往高压发生器1中，在高压发生器1中，热水的热能使溶液中的氨蒸发出来，氨气经气液分离器11进入冷凝器5中，余下溶液经气液分离器11被送到A点。这就是溶液的第二级循环。溶液的第二级循环既吸收了来自低压发生器的氨气，又产生了制冷循环所需要的氨气。在溶液的第二级循环中，设置溶液热交换器10进行溶液热交换。在溶液热交换器10中，来自高压发生器1的高温溶液与来自高压吸收器3的低温溶液进行热交换，提高了输往高压发生器1溶液的温度，降低了输往高压吸收器3溶液的温度，有利于高压发生器1的氨气的发生，也有利于高压吸收器3的氨气的吸收。

来自高压发生1的溶液与来自低压吸收器4的溶液在A点交汇，形成混合溶液，混合溶液经过溶液热交换器9完成热交换，至B点混合溶液分流，一部分流向低压发生器2，另一部分流向高压吸收器3，这就是两级溶液循环的交汇。

高压发生器1的热源热水与低压发生器2的热源热水串联，低压吸收器4的冷却水与高压吸收器3的冷却水串联。

硫氰酸钠-氨溶液的两级交汇循环既保证了两级发生器均依靠太阳能集热器的热水作为吸收制冷的驱动力，又在更大温差上截取了热水的热能，保证65-85℃的热水能用于空调吸收制冷。

附图说明

图1为真空玻璃管太阳能集热器热水吸收制冷空调机原理图。

图2为发生器结构示意图。

图3为吸收器结构示意图。

图中：1-高压发生器  2-低压发生器  3-高压吸收器，4-低压吸收器，5-氨冷凝器，6-储液罐，7-节流阀，8-蒸发器，9-溶液热交换器，10-溶液热交换器，11-气液分离器，12-气液分离器，13-真空玻璃管太阳能集热器，14-热水储罐，15-发生器管组，16-热水输入管，17-热水输出管，18-溶液与氨气混合输出管，19-浓氨溶液输入管，20-上管板，21-下管板，22-喷淋器，23-上网档，24-下网档，25-填料，26-稀氨溶液输入管，27-溶液输出管，28-溶液冷却输出管，29-溶液输入管，30-氨气输入管。

高压发生器工作压力：1.15～1.5Mpa

低压发生器工作压力：0.9～1.30Mpa

高压吸收器工作压力：0.9～1.30Mpa

低压吸收器工作压力：0.5～0.7Mpa。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步描述。

真空玻璃管太阳能集热器13将热水输送到热水储罐14中，热水泵将热水输送到高压发生器1与低压发生器2中。高压发生器1与低压发生器2均为管壳式结构，也可以采用不锈钢板式换热器结构，高压发生器1工作压力为1.3Mpa，低压发生器2工作压力为1.0Mpa。发生器管组15内氨浓度为0.55的硫氰酸钠-氨溶液，管组以外的空间为热水。热水由热水输入管16输送到发生器中，热水由热水输出管17流出后，进入低压发生器2再次被利用。低压发生器2流出的热水回流到热水储罐14中。发生器管组15受热后，发生器管组内溶液产生氨气，同时使溶液稀释。稀释后的溶液与氨气体一同由溶液与氨气混合输出管18送往气液分离器11。在气液分离器11中，气体氨与稀释溶液分离，氨气由气液分离器上部输出并进入冷凝器5，稀释溶液经气液分离器下部进入溶液热交换器10。氨气在冷凝器5中冷凝为液态氨，液态氨进入储氨罐6中储存。液态氨经节流阀7进入蒸发器8中蒸发制冷，通过冷风机将冷风吹入室内降温。在蒸发器8中，液态氨蒸发为气态氨，经氨气输入管30进入低压吸收器4内，低压吸收器工作压力为：0.6Mpa。

吸收器的结构是：上部设有喷淋器22，中间为填料25，填料上部有上网档23，填料下部有下网档24，吸收器外部设有氨气输入管30，稀氨溶液输入管26与溶液输入管29，溶液输出管27与溶液冷却输出管28。来自低压发生器2的稀释溶液由稀氨溶液输入管26输入到低压吸收器4内。为使低压吸收器4内的溶液处于良好的吸收状态，对吸收溶液进行冷却循环，冷却循环溶液由溶液冷却输出管28输出并冷却，冷却后的溶液经溶液输入管29输入到低压吸收器4中，并实施喷淋吸收，吸收来自蒸发器8的气态氨。吸收的过程使硫氰酸钠-氨溶液的含氨浓度增加。填料25能够显著增加溶液对氨气的吸收面积，从而增大吸收量。气态氨从高压发生器1产生出来，到低压吸收器4被吸收，完成了氨的循环制冷过程。低压吸收器4中的溶液吸收氨气以后，成为含氨浓度中等的溶液，并被送到低压发生器2中。

在低压发生器2中，溶液在热水热能的作用下蒸发出气态氨，溶液被稀释，气态氨与稀释溶液一同进入气液分离器12，气态氨由气液分离器上部输出至高压吸收器3，高压吸收器3工作压力为1.0Mpa，稀释溶液由气液分离器下部输出至低压吸收4。高压吸收器3接受来自低压吸收器4与高压发生器1的混合溶液。混合溶液在冷却条件下吸收来自低压发生器2的氨气，使溶液含氨浓度上升为浓氨溶液，浓氨溶液输往高压发生器1，为高压发生器1发生出达到冷凝压力的氨气作好溶液浓度上的准备。

为提高吸收制冷系统的热效率，在第一级溶液循环中设置溶液热交换器9，在第二级溶液循环中，设置溶液热交换器10，以确保溶液自身的热能得到充分利用，使得进入高压发生器1，低压发生器2的溶液得以预热；使得进入高压吸收器3、低压吸收器4的溶液得以预冷。

从以上可以看出：氨气的产生-冷凝-蒸发制冷-吸收的循环过程与硫氰酸钠-氨溶液的两级交汇循环过程相互依托，硫氰酸钠-氨溶液的两级交汇循环使65-85℃的热水被用于吸收制冷的驱动热源。这样，真空玻璃管太阳能集热器的热水就可以用于空调吸收制冷，实施例的制冷量为3000W。这是由于硫氰酸钠-氨溶液两级交汇吸收制冷能够较大幅度地降低作为热源的热水温度，并能较大幅度地截获热水的温差用于吸收制冷。

本发明真空玻璃管太阳能集热器热水吸收制冷空调机的原理可信，各大部件均为技术成熟的产品，化工原料无毒，易于采购。该空调机能够利用已普及的真空玻璃管太阳能集热器的热水作为驱动力，推动吸收制空调机正常运转，所需热水的温度为65-85℃，所截获的热水温差为15-20℃，其发生器、吸收器结构简单，易于制造，溶液的两级循环为等压循环，耗电能很少。这些特点决定了该空调机是典型的节能产品、环保产品，可以在机关、厂矿、学校以至家庭中推广使用。

Claims (5)

1、一种以太阳能真空玻璃管集热器热水为能源的吸收制冷空调机，其制冷剂为氨，其吸收剂为含氨浓度0.50～0.60的硫氰酸钠-氨溶液，吸收制冷空调机包括太阳能真空玻璃管集热器、热水储罐、高压发生器，低压发生器、高压吸收器、低压吸收器、氨冷凝器、储液罐、节流阀、蒸发器、二台溶液热交换器、二台气液分离器、热水泵1台、冷水泵1台、若干台溶液泵，其特征在于：太阳能真空玻璃管集热器通过连通管道与热水储罐相连，高压发生器的氨出口端经一气液分离器与冷凝器的氨入口端相连，该气液分离器的液体输出端经一溶液热交换器与另一溶液热交换器的液体输入端相连，冷凝器的氨出口端与储液罐相连，储液罐的氨出口端经节流阀与蒸发器的氨入口端相连，蒸发器的氨出口端与低压吸收器的氨入口端相连，低压吸收器的溶液输出端经另一溶液热交换器分别与低压发生器、高压吸收器的溶液输入端相连，低压发生器的氨出口端经另一气液分离器与高压吸收器的氨入口端相连，该气液分离器的液体输出端经另一溶液热交换器与低压吸收器(4)液体输入端相连，高压吸收器溶液输出端经一溶液热交换器与高压发生器液体输入端相连，热水泵驱动热水储罐的热水为高压发生器、低压发生器提供热水，冷水泵为氨冷凝器、高压吸收器、低压吸收器提供冷却水，溶液泵为溶液循环提供动力。

2、根据权利要求1所述的吸收制冷空调机，其特征在于：高压发生器和低压发生器均为管壳式结构或板式换热器结构，且发生器中的传热效率较高，发生器中溶液与热水之间的温差Δt₁≤10℃。

3、根据权利要求1所述的吸收制冷空调机，其特征在于：高压吸收器与低压吸收器均为填料型吸收器，顶部装有喷淋器。

4、根据权利要求1所述的吸收制冷空调机，其特征在于：蒸发器为氨液蒸发式的冷风机。

5、根据权利要求1所述的吸收制冷空调机，其特征在于：高压发生器工作压力：1.15～1.5Mpa，低压发生器工作压力：0.9～1.30Mpa，高压吸收器工作压力：0.9～1.30Mpa，低压吸收器工作压力：0.5～0.7Mpa。

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