CN102141320B - 太阳能驱动两级风冷吸收式空调 - Google Patents

Abstract

一种空调设备技术领域的太阳能驱动两级风冷吸收式空调，包括：风冷却器、低压循环回路、高压循环回路、蒸发器控制组件和供风装置，其中：风冷却器分别与低压循环回路、高压循环回路、蒸发器控制组件和供风装置连接。本发明利用两级吸收循环，将热源需求温度降低，同时系统能够风冷冷却，解决了现有系统初投资和维护成本高且电力性能系数低的缺点，系统简单，成本低，能够充分利用低品位太阳能，实现很高的太阳能保障率。

Description

太阳能驱动两级风冷吸收式空调

技术领域

本发明涉及的是一种空调设备技术领域的装置，具体是一种太阳能驱动两级风冷吸收式空调。

背景技术

吸收式空调可与平板式集热器、真空管式集热器连接，利用太阳能集热器产生的热水驱动，形成太阳能制冷系统。但是要实现系统家用小型化目标，主要还有两大障碍，一是初投资和维护成本较高，二是电力性能系数仍较低。例如在以溴化锂-水溶液为工质的吸收式系统中，真空系统加工维护费用很高，同时其水冷冷却塔和真空泵的费用也进一步加大了系统的初投资。溶液泵、真空泵和冷却塔风扇的电能消耗将大大降低太阳能空调系统的电力性能系数，无法凸显节能优势。太阳能空调的主要定位是住宅用，制冷量5kW-10kW，如果无法脱离冷却塔，系统庞大，电耗较高，目前一般小型太阳能空调电力性能系数均小于5，因此住宅用太阳能空调需要采用风冷设计。国内外学者总结了太阳能驱动吸收、吸附制冷机的发展状况，市场上的主要公司及其产品，同样指出风冷吸收太阳能空调将是未来发展的主要方向。溴化锂-水系统由于结晶问题无法实现风冷冷却，而氨水工质对则不存在这一问题，例如Robur公司研制的商用风冷氨水吸收制冷机，但因其是直燃型，热源温度需150℃以上，无法与廉价的太阳能平板集热器配合，故需要采用两级氨水风冷循环实现这一目标。

经过对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为：CN1460825A，发明名称为“复合式太阳能制冷装置”的专利申请，该装置利用太阳能集热器与发生器、水泵构成了太阳能集热系统的循环；溶液热交换器与发生器、吸收器相连，构成了浓溶液的循环。在天气晴好的时候，由太阳能集热系统的循环和浓溶液的循环的联合系统工作，整个系统工作在单效吸收式制冷方式下，为空调空间提供冷量。这种装置的缺点主要有以下几方面：需要冷却塔，冷却塔的存在增加了系统出投资，并且极大的增加了系统电功耗；系统为真空系统，加工、运行维护成本高昂；系统所需热源温度较高，需使用价格较高的真空管集热器，太阳能保障率低，需配备较大功率的电制冷系统，以满足各种运行工况下的热负荷，系统非常复杂。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种太阳能驱动两级风冷吸收式空调，该装置利用两级吸收循环，将热源需求温度降低，同时系统能够风冷冷却，解决了现有系统初投资和维护成本高且电力性能系数低的缺点，系统简单，成本低，能够充分利用低品位太阳能，实现很高的太阳能保障率。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：风冷却器、低压循环回路、高压循环回路、蒸发器控制组件和供风装置，其中：风冷却器分别与低压循环回路、高压循环回路、蒸发器控制组件和供风装置连接。

所述的风冷却器由相互连接且平行排列的若干个分布为三排的翅片管组件组成，所述的三排翅片管组件由前至后依次设置为：冷凝器、低压吸收器和中压吸收器，中压吸收器后侧连接供风装置，其中：翅片管组件由依次串联连接的进口腔、管体和集液腔组成且作为低压吸收器的翅片管组件和作为中压吸收器的翅片管组件的进口腔和管体之间设有螺旋限位器。

所述的螺旋限位器为中空圆柱管，该圆柱管的外表面设有连通螺纹段和滚花结构，该圆柱管的中空部分包括：连通段和液体分布段，其中：连通段的截面为圆形，液体分布段为圆形渐扩结构，该渐扩结构末端直径与圆柱管外径相同，液体通过渐扩结构均匀引至管体的内表面。

所述的蒸发器控制组件包括：蒸发装置和液氨节流阀，其中：液氨节流阀的一端与冷凝器的集液腔连接，液氨节流阀的另一端依次与蒸发装置和低压吸收器的集液腔串联连接。

所述的低压循环回路包括：低压吸收储液罐、低压循环泵组件、低压溶液热交换器、低压发生器、中压气液分离组件和低压节流过滤组件，其中：低压吸收储液罐的一端与低压吸收器的集液腔连接，低压吸收储液罐的另一端与低压循环泵组件的一端连接，低压循环泵组件的另一端与低压溶液热交换器的循环泵端连接，低压溶液热交换器的液路回流端与低压节流过滤组件的一端连接，低压节流过滤组件的另一端与低压吸收器的进口腔连接，低压溶液热交换器的进液端与中压气液分离组件连接，低压溶液热交换器的出液端与低压发生器的进液端连接，低压发生器的出液端与中压气液分离组件连接。

所述的低压循环泵组件包括：低压溶液循环泵过滤器、低压溶液循环泵截止阀和低压溶液循环泵，其中：低压溶液循环泵过滤器的一端与低压吸收储液罐连接，低压吸收储液罐的另一端依次与低压溶液循环泵截止阀和低压溶液循环泵的一端连接，低压溶液循环泵的另一端与低压溶液热交换器的循环泵端连接。

所述的中压气液分离组件包括：中压气液控制罐、中压氨气截止阀和中压气液控制调节阀，其中：中压氨气截止阀的一端与中压吸收器的集液腔连接，中压氨气截止阀的另一端与中压气液控制罐的气液端连接，中压气液控制罐的出液端依次与中压气液控制调节阀和低压溶液热交换器的进液端串联连接，中压气液控制罐的进液端与低压发生器的出液端连接。

所述的高压循环回路包括：中压吸收储液罐、高压循环泵组件、高压溶液热交换器、高压发生器、高压气液分离组件和中压节流过滤组件，其中：中压吸收储液罐的一端与中压吸收器集液腔连接，中压吸收储液罐的另一端与高压循环泵组件的一端连接，高压循环泵组件的另一端与高压溶液热交换器的循环泵端连接，高压溶液热交换器的液路回流端与中压节流过滤组件的一端连接，中压节流过滤组件的另一端与中压吸收器的进口腔连接，高压溶液热交换器的进液端与高压气液分离组件连接，高压溶液热交换器的出液端与高压发生器的进液端连接，高压发生器的出液端与高压气液分离组件连接。

所述的高压循环泵组件包括：高压溶液循环泵过滤器、高压溶液循环泵截止阀和高压溶液循环泵，其中：高压溶液循环泵过滤器的一端与中压吸收储液罐连接，中压吸收储液罐的另一端依次与高压溶液循环泵截止阀和高压溶液循环泵的一端连接，高压溶液循环泵的另一端与高压溶液热交换器的循环泵端连接。

所述的高压气液分离组件包括：高压气液控制罐、高压氨气截止阀和高压气液控制调节阀，其中：高压氨气截止阀的一端与冷凝器的进口腔连接，高压氨气截止阀的另一端与高压气液控制罐的气液端连接，高压气液控制罐的出液端依次与高压气液控制调节阀和高压溶液热交换器的进液端连接，高压气液控制罐的进液端与高压发生器的出液端连接。

氨气输送管通入冷凝器的进口腔，冷凝后的氨液经过液氨节流阀连接蒸发装置，蒸发装置出口连接低压吸收器的集液腔，低压吸收器的布液腔连接含有氨水的低压溶液热交换器，低压溶液热交换器连接中压气液控制罐，中压气液控制罐连接低压发生器，低压发生器连接之前的低压溶液热交换器的另一通路，使低压溶液热交换器出口端与低压溶液循环泵组件出口相连，低压溶液循环泵组件入口与低压吸收储液罐连接，低压吸收储液罐连接低压吸收器的集液腔，完成低压溶液循环，中压气液控制罐的氨气出口与中压吸收器集液腔氨气输送管相连，集液腔下方连接中压吸收储液罐，中压吸收储液罐出口的溶液进入高压循环泵组件，高压循环泵组件依次与高压溶液热交换器和高压发生器连接，发生终了气液混合物进入高压气液控制罐，气液分离后的液体进入高压溶液热交换器的另一通道，换热后的液体进入中压吸收器的布液腔，完成氨水溶液高压循环，发生器加热热媒为来自平板式太阳能集热器的热水，能够逆流换热，达到良好的传热发生效果。

太阳能热水加热高压、中压发生器，将氨水浓溶液发生成为稀溶液以及氨蒸汽。氨水稀溶液分别流回至中压吸收器以及低压吸收器，与普通单级氨水吸收制冷循环不同的是，中压发生器发生出的氨蒸汽直接被中压吸收器中的稀溶液吸收，并不产生制冷效果，吸收终了的浓溶液被溶液泵输送回高压发生器，完成高压循环。低压循环过程与高压侧相似，高低压循环彼此分离，具有各自的循环倍率。高压发生器产生的氨水混合蒸汽精馏后进入冷凝器冷凝，在蒸发器中蒸发产生制冷效果，然后在低压吸收器内，被来自中压发生器的稀溶液吸收，完成整个低压循环。溶液热交换器用于溶液以及制冷剂的热回收，从而提高系统热力性能系数。由于制冷剂共发生两份，只产生一次制冷效果，故也可以叫做半效循环。采用双级循环的特点是可以扩大浓-稀溶液浓度差，在单级系统无法工作的工况运行，能够制取很低的制冷温度或者利用低品位热源驱动，缺点是发生器产生的冷剂蒸汽被中压吸收器吸收，这部分蒸汽不产生制冷效果，因此系统热力性能系数比起单级为低，通常是单级系统理论最大性能系数的50％左右。但由于无需冷却塔，并且溶液泵扬程被分为两部分，可选型号明显增多，泵效率相比单级系统使用的隔膜泵高50％，因此系统电力性能系数显著提高，达到20以上。

由冷凝器、低压吸收器和中压吸收器组成的风冷却器中：冷凝温度对系统性能系数影响最大，冷凝器放置在最前端，供风装置的供风效果由前到后依次减弱，即对冷凝器的供风效果最强，否则将会导致热力、电力性能系数的显著降低，冷凝器放置在最前端也能够降低系统最高压力，吸收传热传质分析研究表明，低压吸收器对于冷却空气温度非常敏感，应该将其放置在中压吸收器前，若反之，吸收器所需管长显著增加，所消耗金属大量增加，并且不利于系统小型化。确定风冷却器由前至后的布置顺序：冷凝器-低压吸收器-中压吸收器。

由于氨-水工质对本身特性，系统开始发生温度与发生终了温度相差较大，尤其是在低压循环侧，相比单级循环，能够使得低品位热源的热能得到充分利用。由于氨与水沸点相差不大，通常氨水吸收系统中必须有精馏塔以及分凝器，起到氨气提纯的作用，否则将会影响系统性能。风冷氨水吸收式空调中，精馏设备如果做成风冷形式很不方便，而且需要额外消耗电功率，能够采用吸收终了的浓溶液去冷却氨-水蒸汽混合物，但换热设备复杂，变工况下精馏性能波动较大，研究表明两级风冷系统高压发生器开始发生时的蒸汽浓度均在0.99以上，这部分氨蒸汽产生制冷量。发生器开始发生时的蒸汽浓度，部分工况无法达到0.99，但是这部分氨气并不产生制冷量，无需精馏可直接被中压吸收器吸收，长期运行造成的浓度不平衡只需定期调整即可。提馏设计是发生器的设计关键，采用换热器实现发生器的高效提馏。总之，由于冷凝温度较高，而热源温度又较低，因此两级风冷吸收式空调系统中，氨蒸汽无需精馏过程。

本发明通过螺旋布液限位器，稀氨水溶液只能沿螺旋槽道流下，通过计算伯努利方程，沿程阻力，合理设计的限位器能够使稀氨水液位高于管口，则管口高度的不均匀性能够忽略不计。同时稀溶液沿管壁向下螺旋流动，最后沿切线方向飞出，能够使溶液紧贴壁面流动，得到良好的传热传质效果。

本发明利用65℃-85℃太阳能平板集热器获得的热水驱动氨水两级吸收循环，将热源需求温度降低，同时系统能够风冷冷却，解决了现有系统初投资和维护成本高且电力性能系数低的缺点，系统简单，成本低，能够充分利用低品位太阳能，实现很高的太阳能保障率。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

图2为实施例的翅片管组件的结构示意图。

图3为实施例的螺旋限位器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：风冷却器1、低压循环回路2、高压循环回路3、蒸发器控制组件4和供风装置5，其中：风冷却器1分别与低压循环回路2、高压循环回路3、蒸发器控制组件4和供风装置5连接。

如图1和图2所示，所述的风冷却器1由相互连接且平行排列的三十个分布为三排的翅片管组件6组成，所述的三排翅片管组件6由前至后依次设置为：冷凝器7、低压吸收器8和中压吸收器9，中压吸收器9后侧连接供风装置5，其中：翅片管组件6由依次串联连接的进口腔10、管体12和集液腔13组成且作为低压吸收器8的翅片管组件6和作为中压吸收器9的翅片管组件6的进口腔10和管体12之间设有螺旋限位器11。

如图1所示，所述的蒸发器控制组件4包括：蒸发装置18和液氨节流阀19，其中：液氨节流阀19的一端与冷凝器7的集液腔连接，液氨节流阀19的另一端依次与蒸发装置18和低压吸收器8的集液腔串联连接。

所述的低压循环回路2包括：低压吸收储液罐20、低压循环泵组件21、低压溶液热交换器22、低压发生器23、中压气液分离组件24和低压节流过滤组件25，其中：低压吸收储液罐20的一端与低压吸收器8的集液腔连接，低压吸收储液罐20的另一端与低压循环泵组件21的一端连接，低压循环泵组件21的另一端与低压溶液热交换器22的循环泵端连接，低压溶液热交换器22的液路回流端与低压节流过滤组件25的一端连接，低压节流过滤组件25的另一端与低压吸收器8的进口腔连接，低压溶液热交换器22的进液端与中压气液分离组件24连接，低压溶液热交换器22的出液端与低压发生器23的进液端连接，低压发生器23的出液端与中压气液分离组件24连接。

所述的低压循环泵组件21包括：低压溶液循环泵过滤器26、低压溶液循环泵截止阀27和低压溶液循环泵28，其中：低压溶液循环泵过滤器26的一端与低压吸收储液罐20连接，低压吸收储液罐20的另一端依次与低压溶液循环泵截止阀27和低压溶液循环泵28的一端连接，低压溶液循环泵28的另一端与低压溶液热交换器22的循环泵端连接。

所述的中压气液分离组件24包括：中压气液控制罐29、中压氨气截止阀30和中压气液控制调节阀31，其中：中压氨气截止阀30的一端与中压吸收器9的集液腔连接，中压氨气截止阀30的另一端与中压气液控制罐29的气液端连接，中压气液控制罐29的出液端依次与中压气液控制调节阀31和低压溶液热交换器22的进液端串联连接，中压气液控制罐29的进液端与低压发生器23的出液端连接。

所述的高压循环回路3包括：中压吸收储液罐32、高压循环泵组件33、高压溶液热交换器34、高压发生器35、高压气液分离组件36和中压节流过滤组件37，其中：中压吸收储液罐32的一端与中压吸收器9的集液腔连接，中压吸收储液罐32的另一端与高压循环泵组件33的一端连接，高压循环泵组件33的另一端与高压溶液热交换器34的循环泵端连接，高压溶液热交换器34的液路回流端与中压节流过滤组件37的一端连接，中压节流过滤组件37的另一端与中压吸收器9的进口腔连接，高压溶液热交换器34的进液端与高压气液分离组件36连接，高压溶液热交换器34的出液端与高压发生器35的进液端连接，高压发生器35的出液端与高压气液分离组件36连接。

所述的高压循环泵组件33包括：高压溶液循环泵过滤器38、高压溶液循环泵截止阀39和高压溶液循环泵40，其中：高压溶液循环泵过滤器38的一端与中压吸收储液罐32连接，中压吸收储液罐32的另一端依次与高压溶液循环泵截止阀39和高压溶液循环泵40的一端连接，高压溶液循环泵40的另一端与高压溶液热交换器34的循环泵端连接。

所述的高压气液分离组件36包括：高压气液控制罐41、高压氨气截止阀42和高压气液控制调节阀43，其中：高压氨气截止阀42的一端与冷凝器7的进口腔10连接，高压氨气截止阀42的另一端与高压气液控制罐41的气液端连接，高压气液控制罐41的出液端依次与高压气液控制调节阀43和高压溶液热交换器34的进液端连接，高压气液控制罐41的进液端与高压发生器35的出液端连接。

如图3所示，所述的螺旋限位器11为中空圆柱管，该圆柱管的外表面设有连通螺纹段44和滚花结构45，该圆柱管的中空部分包括：连通段46和液体分布段47，其中：连通段46的截面为圆形，液体分布段47为圆形渐扩结构，该渐扩结构末端直径与圆柱管外径相同。

氨气输送管通入冷凝器7的进口腔，冷凝后的氨液经过液氨节流阀19，连接蒸发装置18，蒸发装置18出口连接低压吸收器8的集液腔，低压吸收器8的布液腔连接含有氨水的低压溶液热交换器22，低压溶液热交换器22连接中压气液控制罐29，中压气液控制罐29连接低压发生器23，低压发生器23连接之前的低压溶液热交换器22的另一通路，使低压溶液热交换器22出口端与低压循环泵组件21出口相连，低压循环泵组件21入口与低压吸收储液罐20连接，低压吸收储液罐20连接低压吸收器8的集液腔，完成低压溶液循环，中压气液控制罐29的氨气出口与中压吸收器9的集液腔氨气输送管相连，中压吸收器9的集液腔的下方连接中压吸收储液罐32，中压吸收储液罐32出口的溶液进入高压循环泵组件33，高压循环泵组件33依次与高压溶液热交换器34和高压发生器35连接，发生终了气液混合物进入高压气液控制罐41，气液分离后的液体进入高压溶液热交换器34的另一通道，换热后的液体进入中压吸收器9的布液腔，完成氨水溶液高压循环，气液分离后的气体进入冷凝器7的进口腔，完成整个管路连接，发生器加热热媒为来自平板式太阳能集热器的热水，能够逆流换热，达到良好的传热发生效果。

Claims (5)

1.一种太阳能驱动两级风冷吸收式空调，其特征在于，包括：风冷却器、低压循环回路、高压循环回路、蒸发器控制组件和供风装置，其中：风冷却器分别与低压循环回路、高压循环回路、蒸发器控制组件和供风装置连接；

所述的风冷却器由相互连接且平行排列的若干个分布为三排的翅片管组件组成，三排翅片管组件由前至后依次设置为：冷凝器、低压吸收器和中压吸收器，中压吸收器后侧连接供风装置，其中：每排翅片管组件分别由依次串联连接的进口腔、管体和集液腔组成且作为低压吸收器的翅片管组件和作为中压吸收器的翅片管组件的进口腔和管体之间设有螺旋限位器；

所述的螺旋限位器为中空圆柱管，该圆柱管的外表面设有连通螺纹段和滚花结构，该圆柱管的中空部分包括：连通段和液体分布段，其中：连通段的截面为圆形，液体分布段为圆形渐扩结构，该渐扩结构末端直径与圆柱管外径相同；

所述的蒸发器控制组件包括：蒸发装置和液氨节流阀，其中：液氨节流阀的一端与冷凝器的集液腔连接，液氨节流阀的另一端依次与蒸发装置和低压吸收器的集液腔串联连接；

所述的低压循环回路包括：低压吸收储液罐、低压循环泵组件、低压溶液热交换器、低压发生器、中压气液分离组件和低压节流过滤组件，其中：低压吸收储液罐的一端与低压吸收器的集液腔连接，低压吸收储液罐的另一端与低压循环泵组件的一端连接，低压循环泵组件的另一端与低压溶液热交换器的循环泵端连接，低压溶液热交换器的液路回流端与低压节流过滤组件的一端连接，低压节流过滤组件的另一端与低压吸收器的进口腔连接，低压溶液热交换器的进液端与中压气液分离组件连接，低压溶液热交换器的出液端与低压发生器的进液端连接，低压发生器的出液端与中压气液分离组件连接；

所述的中压气液分离组件包括：中压气液控制罐、中压氨气截止阀和中压气液控制调节阀，其中：中压氨气截止阀的一端与中压吸收器的集液腔连接，中压氨气截止阀的另一端与中压气液控制罐的气液端连接，中压气液控制罐的出液端依次与中压气液控制调节阀和低压溶液热交换器的进液端串联连接，中压气液控制罐的进液端与低压发生器的出液端连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能驱动两级风冷吸收式空调，其特征是，所述的低压循环泵组件包括：低压溶液循环泵过滤器、低压溶液循环泵截止阀和低压溶液循环泵，其中：低压溶液循环泵过滤器的一端与低压吸收储液罐连接，低压吸收储液罐的另一端依次与低压溶液循环泵截止阀和低压溶液循环泵的一端连接，低压溶液循环泵的另一端与低压溶液热交换器的循环泵端连接。

3.根据权利要求1所述的太阳能驱动两级风冷吸收式空调，其特征是，所述的高压循环回路包括：中压吸收储液罐、高压循环泵组件、高压溶液热交换器、高压发生器、高压气液分离组件和中压节流过滤组件，其中：中压吸收储液罐的一端与中压吸收器集液腔连接，中压吸收储液罐的另一端与高压循环泵组件的一端连接，高压循环泵组件的另一端与高压溶液热交换器的循环泵端连接，高压溶液热交换器的液路回流端与中压节流过滤组件的一端连接，中压节流过滤组件的另一端与中压吸收器的进口腔连接，高压溶液热交换器的进液端与高压气液分离组件连接，高压溶液热交换器的出液端与高压发生器的进液端连接，高压发生器的出液端与高压气液分离组件连接。

4.根据权利要求3所述的太阳能驱动两级风冷吸收式空调，其特征是，所述的高压气液分离组件包括：高压气液控制罐、高压氨气截止阀和高压气液控制调节阀，其中：高压氨气截止阀的一端与冷凝器的进口腔连接，高压氨气截止阀的另一端与高压气液控制罐的气液端连接，高压气液控制罐的出液端依次与高压气液控制调节阀和高压溶液热交换器的进液端连接，高压气液控制罐的进液端与高压发生器的出液端连接；

5.根据权利要求3所述的太阳能驱动两级风冷吸收式空调，其特征是，所述的高压循环泵组件包括：高压溶液循环泵过滤器、高压溶液循环泵截止阀和高压溶液循环泵，其中：高压溶液循环泵过滤器的一端与中压吸收储液罐连接，中压吸收储液罐的另一端依次与高压溶液循环泵截止阀和高压溶液循环泵的一端连接，高压溶液循环泵的另一端与高压溶液热交换器的循环泵端连接。

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