CN101235995A - 新型热管太阳能空调系统 - Google Patents

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Abstract

一种新型热管太阳能空调系统。在本设计方案中，使用热管太阳能集热器中的分离式热管直接加热溴冷机发生器中的溶液，驱动溴冷机制冷，对房间进行空调。这个系统中，采用分离式热管作为集热系统传热元件，分离式热管特有的双热源结构可以将辅助热源和太阳能热源更好结合在一起，保证溴冷机的稳定、高效运行；溴冷机发生器加热管(热管冷凝段)采用双螺旋结构，两根下降管交错下降，可以保证管外降膜蒸发的有效性和热管运行的可靠性；内外式结构的发生-冷凝器，可以减少散热损失、降低壳体的材料要求和制造成本；使用“暖冰”蓄冷装置，可以将白天多余的冷量储存起来，提供夜间制冷；以冷却水作为生活热水，进一步提高热利用率。通过这些措施，可以提高综合利用太阳能，提高太阳能空调系统的热效率，并降低制造成本，使太阳能空调系统更加经济、实用。

Description

新型热管太阳能空调系统
所属技术领域
这种新型太阳能空调系统是一种新型节能环保空调系统。它利用太阳能作为空调能源，节省电能；使用溴化锂吸收式制冷方式，以溴化锂溶液为制冷剂，无毒无污染；采用重力分离热管技术传热，可以提高系统热效率，减小设备体积。
背景技术
随着生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高，空调器也越来越普及。但是常规压缩式制冷空调，消耗大量电力资源，造成电网峰谷差增大，使得电网不稳定。同时，所使用的制冷剂——氟利昂会对破坏大气臭氧层。在《蒙特利尔协议》签订以后，国际上将逐渐禁用氟氯烃化合物，中国国家环保总局也表示将在2007年7月1日全面淘汰氯氟烃。
溴化锂吸收式制冷方式是一种环保的制冷方式。使用溴化锂溶液作为制冷剂，无毒无味、清洁无污染，并且负压运行，安全可靠；以热能作为驱动方式，便于利用废热、余热、太阳能等低势热源，也可以由燃油、燃气驱动，节省电能。目前溴化锂吸收式制冷主要应用于燃气或余热驱动的大型中央空调系统。
随着环保意识逐渐深入人心，以及能源短缺的状况，世界各国在太阳能利用方面做了大量的研究。20世纪90年代，我国分别在山东和广东建立了两个太阳能空调示范工程，采用的就是溴化锂吸收式制冷方式。
但是由于太阳能能量密度较低，需要的集热面积比较大，成本较高。一般集热器成本占总成本一半。集热器的集热效率随着集热温度提高而降低，所以集热温度一般不高，从而溴冷机的效率也较低。单效溴冷机在热源温度86℃以上才能正常工作，而常规的太阳能集热器集热温度在100℃左右，可利用温差较小。双效溴冷机虽然可利用温差得到提高，但是热效率较低。如果提高集热温度的话，则集热效率降低，且集热器需定制，不利于太阳能空调系统的普及应用。
本文提出的设计方案就是针对太阳能空调的具体情况，通过对空调系统的整体设计以及集热系统和发生一冷凝器部分的改进，提高系统换热效率，减少能量损耗，并降低系统成本，从而提高太阳能空调系统的经济性和实用性。
发明内容
本发明的目的，是为了设计一种经济、实用的太阳能空调系统。
对于当前的太阳能空调来说，最大的问题在于效率低、成本高，无法普及推广。其原因主要有以下几点：
1、太阳能不稳定。夜间或太阳辐射不足时，集热器集热量少，影响溴化锂制冷机运行。
2、溴化锂制冷机热效率较低，100℃左右热源时，单效制冷机的效率在0.7左右。
3、集热温度较低、成本较高。集热器集热温度越高、成本越高、效率越低，.所以热管集热器集热温度一般在100℃左右。一般情况下，集热器成本占整个空调系统成本的一半。
4、热能损耗。太阳能空调热源系统通常是使用集热器加热热媒水，然后由热媒水加热溴化锂溶液。热媒水传热过程中，会引起热能品质降低。
5、热源温度在86℃以上时，溴冷机才能正常运行，热源的可利用温差小。
6、溴化锂溶液对金属有较强的腐蚀性，上下式、左右式结构的壳体材料都需要考虑耐腐蚀性问题，增加了制造成本。
技术方案
针对以上问题，本设计方案中提出了相应的解决办法：
1、使用分离式热管直接加热溴化锂溶液，减少传热过程中的热能损耗。由于热管的特性，热管具有很高的传热效率，且在发生器中的整个换热面温度恒定，始终保持在较高水平，提高了发生器换热效率。分离式热管的多热源特性，燃气辅助热源可以通过热管加热溶液，而不需要在发生器中布置额外加热面，减小了发生器体积。并且分离式热管可以现场排气、充液，方便安装和维护。
2、使用喷淋式结构，在热源温度较低时，可以大大的提高发生器的换热系数。加热管采用螺旋式结构，不仅可以保证管外降膜蒸发的有效性，也能保证热管的正常运行。
3、使用内外式结构，可以降低发生-冷凝器外壳的材料要求，降低制造成本。同时也可以减少散热损失，提高系统热效率。
4、采用“暖冰”(气体水合物)蓄冷装置(制冷剂为HFC134a和HCFC141b 15∶85的混合物)将白天多余的冷量储存起来，提供夜间空调使用。该制冷剂密度略大于水，温度低于9℃时，水会在制冷剂的作用下发生相变，产生笼状结晶物，结晶物的密度介于水和制冷剂之间。气体水合物的相变热略大于冰，常压下很小的过冷度(1.5℃)就能快速反应，具有结冰负膨胀的特点，且材料成本仅为优态盐的1/8，是一种非常优秀的蓄冷介质。
5、以冷却水作为生活热水，综合利用太阳能，提高能源利用效率。
6、设置燃气辅助热源，太阳能热源供热不足时，启动燃气加热器辅助加热，保证系统的正常、高效运行。
有益效果
本发明的有益效果是，充分利用太阳能低势热源，减少传热过程中的热能损失，提高换热效率，并降低制造成本，使太阳能空调系统更加经济实用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是热管太阳能空调系统结构示意图。
图2是双筒单效溴化锂制冷机结构示意图。
图3是溴化锂制冷机发生-冷凝器结构示意图。
图4是分离式热管结构示意图。
图5是分离式热管发生器部分结构示意图。
图6是“暖冰”蓄冷装置示意图
图中，1.燃气加热器，2.热管太阳能集热器，3.分离式热管，4.双筒单效溴化锂制冷机，5.热水箱，6.冷却塔，7.蓄冷装置，8.空调箱，9.发生器，10.冷凝器，11.蒸发器，12.吸收器，13.冷却水管，14.冷水管，15.溶液泵，16.喷淋口，17.溶液热交换器，18.冷水区，19.气体水合物区，20.制冷剂区，21.冷水盘管
具体实施方式
如图1所示，太阳能集热器(2)集热，通过分离式热管(3)驱动溴化锂制冷机(4)制冷，产生的冷量流经蓄冷装置(7)进入空调箱(8)对房间进行空调。太阳辐射不足时，开启燃气加热器(1)进行辅助加热，保证系统的稳定运行。白天多余的冷量使用“暖冰”蓄冷装置(7)储存起来，提供夜间空调所需的冷量。冷凝器出来的冷却水，进入热水箱(5)中，作为生活用水，多余的进入冷却塔(6)中冷却，循环利用。
如图2所示，分离式热管(3)加热发生器(9)中的溴化锂溶液，产生的蒸汽进入冷凝器(10)中冷凝，冷凝水经过节流阀进入蒸发器(11)蒸发吸热。发生器中浓溶液经溶液热交换器(17)后，进入吸收器(12)吸收来自蒸发器(11)中的水蒸汽，促进蒸发器(11)中冷水进一步蒸发降温，从而实现制冷的目的。吸收蒸汽后的稀溶液由溶液泵经溶液热交换器(17)输送至发生器，完成制冷循环。
如图3所示，在发生-冷凝器中，使用冷凝器(10)包围发生器(9)，可以减少发生器(9)对环境的散热损失。冷凝器(10)布置在外层，其对外的散热有利于提高其冷凝效果。溴化锂溶液由溶液泵(15)输送至喷淋口(16)喷淋，进行降膜蒸发换热，水蒸汽进去冷凝器(10)中冷凝，实现发生-冷凝器的功能。
如图4所示，分离式热管(3)特有的双热源结构，将两个热源的热量汇合在一起，在发生器(9)中加热溶液，驱动溴化锂制冷机(4)运行。通过调整燃气加热器的功率，可以使热管的传热量始终保持在稳定的设计工况，保证溴化锂制冷机稳定、高效运行。
如图5所示，分离式热管(3)在发生器中的换热面采用双螺旋结构，便于将热管内的冷凝水导回加热段，同时外部的喷淋溶液也可以在管外形成降膜蒸发换热，提高发生器的换热效率。
如图6所示，溴化锂制冷机(4)工作时，冷水流经盘管(21)，吸收热量使其中的水和制冷剂的混合物在水合物区(19)凝结，然后进入空调箱(8)。溴冷机(4)停止工作时，冷水流经盘管(21)释放热量，降温后进入空调箱(8)。

Claims (6)

1. 种新型热管太阳能空调，由热管太阳能集热器(2)、分离式热管(3)、溴化锂制冷机(4)、燃气加热器(1)、蓄冷装置(7)、空调箱(8)组成，其特征是：太阳能集热器(2)通过分离式热管(3)加热溴化锂溶液，驱动溴化锂制冷机(4)制冷，通过空调箱(8)对房间进行空调；多余的冷量储存在蓄冷装置(7)中，提供夜间制冷；太阳辐射不足时，启动燃气加热器(1)辅助加热，保证系统正常运行；部分热冷却水进入热水箱(5)中，作为生活用热水。
2. 据权利要求1所述的新型热管太阳能空调，特征是：太阳能集热器(2)中的热管采用分离式热管(3)，双热源布置，太阳能集热器(2)和燃气加热器(1)分别作为分离式热管(3)的两个热源，太阳能集热器(2)供热不足时，开启燃气加热器(1)辅助驱动溴化锂制冷机(4)运行。
3. 据权利要求1所述的新型热管太阳能空调，特征是：溴化锂制冷机的发生器采用喷淋加热方式，内外式结构，冷凝器(10)包围发生器(9)。
4. 据权利要求1、3所述的新型热管太阳能空调，特征是：溴化锂制冷机发生器内，分离式热管(3)冷凝段采用双螺旋结构，两根下降管交错下降，保持一定的倾角。
5. 据权利要求1所述的新型热管太阳能空调，特征是：溴化锂制冷机(4)、蓄冷装置(7)、空调箱(8)串联布置。蓄冷装置使用“暖冰”作为蓄冷介质，制冷剂为HFC134a和HCFC141b15∶85的混合物。
6. 据权利要求1所述的新型热管太阳能空调，特征是：从溴化锂制冷机冷凝器(10)出来的冷却水，部分进入冷却塔冷却，部分储存在热水箱(5)中，作为生活用热水。
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