CN101975487B - 应用太阳能的扩散吸收制冷和热水系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用三氟乙醇和二甲醚四甘醇作为工质的制冷和热水系统，能够同时提供冷水和热水，所用热源为太阳能。系统包括：太阳能集热器，气泡提升泵，冷凝器，U形管，蒸发器，吸收器，溶液热交换器，气体热交换器，储液罐等。由于TFE和TEGDME沸点差大，系统无需设置精馏器，系统中充入氦气作为辅助气体，采用TFE-He-TEGDME三组分作为工质的扩散吸收方式进行制冷水和热水，该方式既解决了TFE-TEGDME两组分作为工质时的真空泄漏问题，同时又解决了氨水作为工质时吸收制冷系统压力过大的问题，整个系统的压力维持在一个大气压附近。系统中无溶液泵、无压缩机，无节流阀，无震动和噪声，不消耗电能，节约能源。制冷工质不包括氟利昂类工质，减少了对臭氧层的破坏。

Description

应用太阳能的扩散吸收制冷和热水系统
技术领域
本发明一种应用太阳能的扩散吸收制冷和热水系统，涉及的是暖通空调技术领域，特别是涉及利用太阳能的制冷和制热水技术领域，应用于家庭的制冷和热水以及办公区和生活区的冷热联供。
背景技术
国内外的制冷技术中，多数采用机械压缩式，以氟利昂及其替代工质或者氨作为制冷剂，系统复杂，设备昂贵，能耗大。采用氨水作为工质的吸收制冷技术，由于制冷剂氨和吸收剂水的标准沸点差只有133.4℃，发生器的蒸汽中会含有少量水蒸气，为此需要设置精馏器，将水蒸气从氨气中分离出来，致使设备庞大。氨水吸收式制冷系统压力高，系统很容易达到2MPa的压力，为安全考虑，管道壁要加厚，导致系统投资大。而且氨水对人体有害，腐蚀碳钢和铜，在金属材料的选择方面受限。利用太阳能制冷水和热水的技术，目前主要有：吸附式冷热联产技术，溴化锂吸收式冷热联产技术，太阳能热水器技术。对于吸附式冷热联产技术，由于受吸附剂性能的限制，制冷系统整体性能始终无法迈出大的步伐。溴化锂吸收技术由于机组难以小型化，系统庞大，造价高，而且真空度要求高，技术复杂，目前普及率较小。对于太阳能热水器产热水，目前应用比较多，普及率也很大，但是太阳能热水器只能产热水不能产冷水。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种克服上述缺陷的冷热联产技术。理论和实验证实，以TFE-TEGDME作为吸收制冷工质时，系统性能较好，但是蒸发器侧的真空度较大，系统容易漏进空气，影响制冷性能。为此，本发明提出了充入氦气作为辅助气体，提高整个系统压力，系统采用TFE-He-TEGDME三工质的扩散吸收制冷制热水方式。该制冷制热水方式整个系统的压力维持在一个大气压附近，采用太阳能集热器驱动，集热温度达到80℃即可使本系统正常运行。与压缩式制冷相比，扩散吸收式制冷系统没有任何运动部件(由于系统压力平衡，没有溶液泵、也没有节流阀和压缩机)，运行时无震动与噪声，可以采用多种能源驱动，无CFC替代问题，是一种有广泛应用前景的吸收式制冷方式。
为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：应用太阳能的扩散吸收制冷和热水系统，包括依次连接的太阳能集热器、气泡提升泵、稀溶液罐、上升管、冷凝器、U形管、蒸发器、气体热交换器、浓溶液罐、吸收器、溶液热交换器，还包括有氦气瓶，所述氦气瓶连接在蒸发器上，溶液热交换器的外管和稀溶液罐的一端相连，内管和浓溶液罐连接，所述吸收器还与气体热交换器连接；以及与吸收器连接的自来水接管、与冷凝器连接的热水出口，冷凝器和吸收器之间通过管道连通。
所述的系统将太阳能集热器和气泡提升泵直接连在一起，无需沸腾室，简化了系统结构，实现了系统的无泵循环；所述的系统采用溶液热交换器和气体热交换器回收热量；所述的太阳能扩散吸收制冷系统可以同时产生冷水和热水，既可以制冷也可以提供生活热水，可以代替夏季空调以及太阳能热水器；所述的太阳能扩散吸收制冷系统运行压力在一个大气压附近，运行压力小，工质对金属无腐蚀，因此可以采用全铝结构，制造容易，造价小。
所述系统采用TFE-He-TEGDME三组分作为工质。所采用的系统将太阳能，工质TFE-He-TEGDME以及扩散吸收制冷方式紧密的结合在一起，既合理利用了太阳能集热器的集热温度范围、又巧妙的将工质TFE-He-TEGDME的工作压力和工作温度范围以及扩散吸收特有的工作方式进行了有机的结合。
在所述蒸发器内充入有作为工质TFE-TEGDME的辅助气体氦气，解决了系统的真空度过大的问题，防止系统漏进空气影响系统性能。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：TFE蒸发温度在-25～10℃之间，系统运行压力低，运行安全可靠。制冷工质对金属无腐蚀，可以采用全铝结构，制造方便，而且造价低。吸附器采用喷淋降膜吸收技术，传热系数大，吸收效果好。整个系统无震动、无噪声、不需消耗电能，只需放在有阳光的地方即可以生产冷水和热水，系统无需人看管，寿命长。采用真空集热器，每平米集热器每天可产7℃冷水55L，50℃热水100-120L。经济效益可观，完全可以替代现有的制冷系统和太阳能热水器，节约大量能源，拥有巨大的推广价值。虽然本发明是应用太阳能进行制冷水和热水，但研究成果也可以推广到其它驱动热源，比如工业余热驱动，也可以利用地热能或者其它中低温热源驱动，拓宽了吸收制冷的应用范围。另外，应用TFE-He-TEGDME工质的制冷系统也可以用来制冰。
附图说明
图1为本发明的应用太阳能的扩散吸收制冷和热水系统；
附图标记说明：1-太阳能集热器，2-气泡提升泵，3-稀溶液罐，4-上升管，5-冷凝器，6-U形管，7-氦气瓶，8-蒸发器，9-气体热交换器，10-吸收器，11-浓溶液罐，12-溶液热交换器，E1-自来水接管，E2-吸收器水出口，E3-冷凝器水进口，E4-热水出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
请参阅图1所示，应用太阳能的扩散吸收制冷和热水系统包括依次连接的太阳能集热器1、气泡提升泵2、稀溶液罐3、上升管4、冷凝器5、U形管6、蒸发器8、气体热交换器9、浓溶液罐11、吸收器10、溶液热交换器12，还包括有氦气瓶7，所述氦气瓶7连接在蒸发器8上，溶液热交换器12的外管和稀溶液罐3的一端相连，内管和浓溶液罐11连接，吸收器10还与气体热交换器9连接；以及与吸收器10连接的自来水接管E1、与冷凝器5连接的热水出口E4，冷凝器5和吸收器10之间通过管道连通，管道上设有吸收器水出口E2，冷凝器水进口E3。
具体连接方式为：太阳能集热器1的底端和来自溶液热交换器12的浓溶液相连，上端和气泡提升泵2相连，稀溶液储罐3上端和上升管4相连，下端连接溶液热交换器12的外管，右端连接气泡提升泵2；U形管6将蒸发器8和冷凝器5连接在一起；气体热交换器9上端是蒸发器8，下端是浓溶液罐11和吸收器10。整个系统是全铝的，封闭式的，无阀门(和氦气瓶7连接的阀门除外)，这解决了系统运行阻力大的问题。
本系统采用TFE-He-TEGDME三组分作为工质。
本系统采用氦气作为工质TFE-TEGDME的辅助气体，该氦气充入到蒸发器8内。
热源温度要求：太阳能集热器的集热温度不小于80℃即可。具体实施方式如下：
制冷和热水系统运行前向系统内充注一定量的TFE-TEGDME和He。太阳能集热器1受到阳光的照射，集热器内的TFE和TEGDME溶液受热蒸发出TFE蒸汽，通过气泡提升泵2的提升，集热器内的溶液和TFE气体流进稀溶液罐3，在稀溶液罐内，稀溶液流到罐体下部，而TFE气体向上经过上升管4进入冷凝器5，在冷凝器内冷凝成TFE液体，TFE液体经过U形管6后进入蒸发器8，由于蒸发器8内存在辅助气体He，降低了TFE的分压，所以TFE液体蒸发吸热，达到制冷的目的。蒸发出的TFE气体和辅助气体氦气经过气体热交换器9进入储液罐11，然后再进入吸收器10，在吸收器内，被来自稀溶液罐3的稀溶液吸收；稀溶液吸收TFE气体后变为浓溶液，浓溶液回到浓溶液储罐11，在液体热交换器12内和来自稀溶液储罐3的溶液进行热交换后，浓溶液返回太阳能集热器继续进行蒸发，完成一个循环。而在吸收器内未被吸收的氦气，在重力和密度差的作用下，经过气体热交换器9和从蒸发器8出来的气体换热后回到蒸发器中。在系统中存在两个热交换器，一个是气体热交换器，另一个是液体热交换器。通过气体热交换器来降低进入蒸发器的气体温度，提高系统的制冷性能。同样，经过液体热交换器，提高了进入太阳能集热器的浓溶液温度，提高了系统的性能。
冷水是在蒸发器侧产生的。热水是在吸收器和冷凝器侧产生的，自来水接到自来水接管E1上，依次流过吸收器和冷凝器后，从热水出口E4出来就变为热水。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1.应用太阳能的扩散吸收制冷和热水系统，其特征在于：包括依次连接的太阳能集热器(1)、气泡提升泵(2)、稀溶液罐(3)、上升管(4)、冷凝器(5)、U形管(6)、蒸发器(8)、气体热交换器(9)、浓溶液罐(11)、吸收器(10)、溶液热交换器(12)，还包括有氦气瓶(7)，所述氦气瓶(7)连接在蒸发器(8)上，溶液热交换器(12)的外管的右端入口端和稀溶液罐(3)的下端相连，溶液热交换器(12)的外管的左端出口端和吸收器(10)管程的上端口相连，溶液热交换器(12)内管的右端出口端和太阳能集热器(1)的下端相连，溶液热交换器(12)内管的左端入口端和浓溶液罐(11)的右端相连；气体热交换器(9)外管的上端口入口端和蒸发器(8)的下端相连，气体热交换器(9)外管的下端口出口端和浓溶液罐(11)的上端相连，气体热交换器(9)内管的左端出口端和蒸发器(8)的上端相连，气体热交换器(9)内管的右端入口端和吸收器(10)管程的上端口相连，吸收器(10)壳程的入口自来水接管(E1)和自来水相连，吸收器(10)壳程的吸收器水出口(E2)和冷凝器(5)壳程的冷凝器水进口(E3)相连，吸收器(10)管程的下端口和浓溶液罐(11)相连，冷凝器(5)管程的上端口和上升管(4)的上端相连，冷凝器(5)管程的下端口通过U形管(6)和蒸发器(8)的上端相连，所述系统采用TFE-He-TEGDME三组分作为工质；在所述蒸发器(8)内充入有作为工质TFE-TEGDME的辅助气体的氦气。
2.如权利要求1所述的应用太阳能的扩散吸收制冷和热水系统，其特征在于：所述系统的吸收器(10)采用喷淋降膜吸收技术。
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