CN101619908A - 一种太阳热能驱动的蓄能制冷方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳热能驱动的蓄能制冷方法，属于太阳能利用技术领域。主要用于利用太阳热能驱动制冷、空调系统并进行能量储存。该太阳能驱动的蓄能制冷工作原理是由太阳能直接加热工作溶液，使工作溶液作自然循环并将制冷剂分离出来，工作溶液和制冷剂分别储存在各自的储罐内；当用户需要冷能时，将溶液储罐内的工作溶液和制冷剂储罐内的制冷剂分别引入吸收器和蒸发器，将储存的制冷潜能转换成所需的冷能。本发明的效果和益处是利用太阳能直接加热工作溶液并储存转换后的制冷潜能，使得太阳能不足时，制冷系统仍能正常工作，简化太阳能制冷系统，降低投资和运行费用；特别适用于太阳能丰富地区的制冷、空调应用。

Description

一种太阳热能驱动的蓄能制冷方法

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域。特别涉及到一种由工作溶液浓度变化所引起的工作溶液化学势能变化来完成太阳能量转换、储存和再转换的过程，在太阳能辐射时段通过太阳能集热器，将太阳能直接转换成工作溶液的制冷潜能，并以潜能的形式储存能量，当用户需要冷能时，采用吸收制冷方式将所储存的潜能转换为冷能。

背景技术

现有太阳能制冷技术主要有两种，一种为太阳热能驱动的吸收制冷技术，另一种为太阳热能驱动的吸附制冷技术。

对于采用太阳热能驱动的吸收制冷系统，目前采用的方法是先将太阳能通过太阳能集热器加热循环水，然后循环水再驱动吸收式制冷机的能量间接转换方式。循环热水一方面需要消耗循环泵功，能量间接转换方式增大了换热温差，导致太阳能集热器效率降低。另一方面难以采用显热或潜热蓄能技术来储存收集到的富裕的太阳能量。这样，制冷系统在太阳辐射能量不足时不能继续工作，制冷系统内必须考虑设置常规能源来驱动制冷机。导致太阳能驱动的制冷系统复杂，价格昂贵。

对于采用太阳热能驱动的吸附制冷系统，目前采用的方法基本与吸收制冷系统一样。即，仍采用循环热水的能量间接转换方式，所产生的问题与吸收制冷系统相同。如果太阳热能驱动的吸附制冷系统采用蓄能循环的工作方式，制冷系统只能作间隙工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在于提供一种太阳热能驱动的蓄能制冷方法以及由此方法所构成的蓄能制冷工作流程；即，一种通过太阳能集热器将太阳热能先直接转换成工作溶液的制冷潜能并以制冷潜能的形式储存能量，然后采用吸收制冷方式将储存的潜能转换成所需的冷能，可对随时间变化的太阳能量起到“削峰填谷”作用，并简化太阳能制冷、空调系统。

本发明的技术解决方案是：将通过太阳能集热器得到的太阳能直接转换为工作溶液的制冷潜能并加以储存，最终转换成用户所需的冷能；工作循环由能量收集/转换、能量储能、能量释放/制冷三个过程构成；能量收集/转换过程是将通过太阳能集热器得到的太阳能直接转换为工作溶液的制冷潜能，并使工作溶液储罐内工作溶液的能量不断增加，其特征是工作溶液储罐内工作溶液中的制冷剂组分降低，吸收剂组分增加；能量储存过程是将具有制冷潜能的工作溶液及制冷剂分别储存在工作溶液储罐和制冷剂储罐内；能量释放过程是当用户需要冷能时，将制冷剂储罐内的制冷剂和工作溶液储罐内的工作溶液分别引入蒸发器和吸收器，制冷剂在蒸发器内蒸发产生冷能，吸收器吸收蒸发后的制冷剂蒸气，吸收制冷剂后的工作溶液被泵送回工作溶液储罐，其特征是工作溶液储罐内工作溶液中的制冷剂组分增加，吸收剂组分降低；本发明是通过太阳能收集、转换、储存、再转换的方法来解决太阳能不足时由热驱动的吸收制冷机正常运行的问题。

本发明的效果和益处是：太阳能直接加热太阳能集热器内的工作溶液，工作溶液中的制冷剂气化，工作溶液平均密度降低，在太阳能集热器和工作溶液储罐之间形成热虹吸作用，工作溶液作自然循环，降低换热温差，消除了热水循环索消耗的泵功；将收集到的太阳能量直接转换成工作溶液的制冷潜能，并将富裕的制冷潜能储存起来；在太阳能量不足时段且用户需要冷能时，通过吸收制冷方式将储存的制冷潜能转换成所需的级冷能；对随时间变化的太阳能起到“削峰填谷”作用，简化太阳热能驱动的制冷系统，提高制冷系统的运行效率，降低太阳热能驱动的制冷系统费用；可以根据需要使用不同的工作溶液，制冷温度可以在较大的范围内变化；利用可再生的太阳热能驱动制冷机，且工作溶液均对环境无害，具有节能环保的作用；本项发明适用于太阳能较为丰富的地区利用太阳能驱动制冷机，为建筑空调、冷库等提供冷能。

附图说明

附图是一种由太阳热能驱动的蓄能制冷机组的工作循环流程；图中虚线表示制冷剂蒸气流，实线表示液体流，箭头所指方向为流动方向。

图中：1太阳能集热器，2工作溶液储罐，3冷却风扇，4冷凝器，5制冷剂储罐，6阀，7、15负荷控制调节阀，8过冷器，9蒸发器，10吸收器，11溶液泵，12溶液热交换器，13辅助溶液泵，14阀。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施例。

附图是一种由太阳热能驱动的蓄能制冷机组的工作循环流程图；其工作过程为：有太阳能时段，通过太阳能集热器1收集到的太阳热能加热流过太阳能集热器1芯管内的工作溶液，在被加热的工作溶液中产生制冷剂气泡，使得太阳能集热器1芯管内工作溶液密度降低，在热虹吸的作用下含气泡的工作溶液流入工作溶液储罐2，并在工作溶液储罐2内作气液分离；分理出的制冷剂蒸气进入冷凝器4内被冷凝成液体并进入制冷剂储罐5内储存；冷凝热通过冷却风扇3强制冷却方式或自然冷却方式排到环境中；由于分离出制冷剂蒸气后的工作溶液密度大于在太阳能集热器1芯管内工作溶液的密度，工作溶液在太阳能集热器1和工作溶液储罐2之间所构成的环路内作自然循环；随着工作溶液中的制冷剂组分不断地被分离出来，工作溶液储罐2内工作溶液中吸收剂组分增大，制冷潜能提高，收集到的富裕的太阳能量以工作溶液制冷潜能的形式在工作溶液储罐2内被储存起来；当用户需要冷能时，阀6开启，负荷控制调节阀7、15工作，根据冷负荷需求分别将制冷剂储罐5内的制冷剂经过冷器8降温和工作溶液储罐2内的工作溶液经溶液热交换器12降温后引入蒸发器9和吸收器10；在蒸发器9内制冷剂液体气化产生冷能，由载冷剂流股9a、9b带走或直接冷却需要被冷却的介质；制冷剂蒸气经过冷器8升温后进入吸收器10被工作溶液吸收，吸收热被冷却流股10a、10b带走；吸收制冷剂后的工作溶液经溶液泵11升压并通过溶液热交换器12升温后进入连接工作溶液储罐2和太阳能集热器1连接管路；有太阳能时，阀14开启，工作溶液进入太阳能集热器1；无太阳能时，阀14关闭，工作溶液进入工作溶液储罐2；随着储存在工作溶液储罐2内的制冷潜能不断地被转换成冷能，直至工作溶液储罐2内的制冷潜能全部被转换成冷能后，制冷过程终止，待下一个光照日再重新向工作溶液储罐2内充注能量，完成“能量收集/转换-储存-再转换”一个完整的工作循环。

太阳热能驱动的蓄能制冷循环流程内设置一台辅助溶液泵13，在溶液泵11未运转且太阳能辐射能量较弱，热虹吸产生的压力差不足以驱动太阳能集热器1与工作溶液储罐2之间环路内的工作溶液作自然循环时，辅助溶液泵13运行驱动工作溶液作强制循环。

Claims (5)

1.一种太阳热能驱动的蓄能制冷方法，其特征在于：将太阳热能先转换成工作溶液的制冷潜能并储存，然后再转换成所需的冷能；能量转换、储存及再转换过程如下：

(1)由太阳能直接加热太阳能集热器芯管内的工作溶液，使其温度升高，工作溶液中制冷剂部分气化，在太阳能集热器芯管内形成气液两相流动并流出太阳能集热器，进入工作溶液储罐；在工作溶液储罐内进行气液分离，分离出的制冷剂蒸气进入冷凝器内冷凝成液体并流入制冷剂储罐，因分离出制冷剂蒸气后的工作溶液密度大于太阳能集热器管芯内的工作溶液密度，工作溶液通过热虹吸作用在工作溶液储罐和太阳能集热器之间做自然循环，制冷剂组分逐渐地从工作溶液中分离出来，使得工作溶液内吸收剂浓度逐渐增加，储存在工作溶液储罐内的工作溶液具有了制冷潜能；

(2)当用户需要冷能时，将储存于工作溶液储罐和制冷剂储罐内的工作溶液和制冷剂通过负荷控制调节装置分别引入吸收器和蒸发器内，制冷剂在蒸发器内蒸发产生冷量，制冷剂蒸气进入吸收器内被工作溶液吸收，吸收制冷剂后的工作溶液通过溶液泵加压后返回工作溶液储罐；

(3)当太阳能不足或无太阳能时，太阳能蓄能制冷系统完全依靠储存于工作溶液储罐内工作溶液的制冷潜能进行制冷。

2.根据权利要求1所述的一种太阳热能驱动的蓄能制冷方法，其特征在于：太阳能集热器(1)内工作溶液被太阳能直接加热后温度升高产生气泡，使得太阳能集热器(1)内工作溶液密度降低而产生热虹吸作用，导致工作溶液流动，气液混合物流出太阳能集热器(1)，进入工作溶液储罐(2)，气液混合物在工作溶液储罐(2)内作气液分离，分离出的制冷剂蒸气进入冷凝器(3)内冷凝，冷凝热通过冷却风扇(4)由空气带走，冷凝后的制冷剂液体进入制冷剂储罐(5)内储存，分离出制冷剂蒸气后的工作溶液留在工作溶液储罐内，随着工作溶液中的制冷剂不断地从工作溶液中分离出来，工作溶液储罐(2)内的工作溶液中制冷剂组分降低，温度升高，制冷潜能增加，收集的太阳能量主要以溶液制冷潜能的形式在蓄能溶液储罐(8)内被储存起来；当用户需要冷能时，阀(6)开启，负荷控制调节阀(7、14)工作，将制工作溶液储罐(2)内的工作溶液和冷剂储罐(5)内的制冷剂液体分别引入吸收器(10)和蒸发器(9)，制冷剂液体在蒸发器(9)内气化产生冷能，冷能由载冷剂流股(9a、9b)带走或直接冷却需要被冷却的介质，出蒸发器(9)的制冷剂蒸气进入吸收器(10)被通过溶液热交换器(12)降温后具有制冷潜能的工作溶液吸收，使工作溶液中制冷剂浓度提高，然后经溶液泵(11)升压并通过溶液热交换器(12)升温后进入三通管，当有太阳能时工作溶液进入太阳能集热器(1)，无太阳能时进入工作溶液储罐(2)，当工作溶液储罐(2)内所储存的制冷潜能释放完后，完成太阳能收集、转换、储存、制冷一个工作循环。

3.根据权利要求2所述的一种太阳热能驱动的蓄能制冷方法，其特征还在于：采用一个保温的工作溶液储罐，储罐内有气空间，储罐内维持设定的液位高度，以保证工作溶液在太阳能集热器和工作溶液储罐之间所构成的环路内能够进行自然循环。

4.根据权利要求2所述的一种太阳热能驱动的蓄能制冷方法，其特征还在于：工作溶液储罐和太阳能集热器之间所构成的环路内设置一台辅助溶液泵(13)和控制阀(14)，在太阳能辐射强度低于设计值而工作溶液不能通过热虹吸作用进行自然循环并且溶液泵(11)不运转时，辅助溶液泵(13)运行且控制阀(14)关闭。

5.根据权利要求2所述的一种太阳热能驱动的蓄能制冷方法，其特征还在于：制冷温度低于0℃条件下，设置一台制冷剂液体过冷器(5)，冷却来自制冷剂储罐(8)的制冷剂液体，然后通过负荷控制调节阀(7)进入蒸发器(8)。

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