CN1058642A - 太阳能压差制冷设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用太阳光的热能来制冷的 设备，本发明由太阳能加热器1、密封于同一涡壳5 中的喷嘴2、涡轮3、压缩机4及冷凝器、贮液桶、调节 阀、蒸发器和相应管路组成。本发明仅利用太阳能即 可连续工作，不会造成任何污染，且热效率高，造价较 低。本发明可使小型家用空调装置得到普及，可给在 缺电地区，如沙漠、海岛和野外驻地的人们带来方 便。

Description

本发明涉及一种利用太阳能使物体或一定范围空间的温度降低的设备。

利用太阳能来制冷，是人们长期的理想，现有的太阳能制冷设备，可分为两类，一类是采用光电池产生电流，再用该电流带动压缩机来制冷，此法费用高，效率低，难以得到推广。另一类是利用太阳能直接开动吸收式制冷装置，此法设备较庞大，还需要深井冷却水，效率仅12%，也不易普及。

本发明的目的是，提供一种利用太阳能运转的制冷设备，该设备的造价低，效率高，工作可靠，太阳光越强烈，制冷效果越好，易于推广和普及。

本发明设备主要由太阳能加热器，涡轮-压缩机组以及冷凝器、贮液桶、调节阀、蒸发器和相应管路组成。太阳能加热器产生高温高压的氨或氟里昂等制冷剂蒸汽，经涡轮-压缩机组作功和压缩后，制冷剂蒸汽进入冷凝器，被冷凝为液体并贮存于贮液桶内，制冷时液态制冷剂经调节阀进入蒸发器，吸收被冷却物体的热量而蒸发，然后经管道回流的蒸汽在冷凝器内被高温蒸汽预热后，又回到太阳能加热器，完成了制冷循环。

下面结合附图对本发明作详细的说明。

图1是本发明的原理系统图，本发明的工作原理和工作过程如图1所示，太阳能使充满加热器1的作为载热体，又是制冷剂的氨或氟里昂蒸汽的温度升高，其压力急剧增加，而密封涡轮3和压缩机4的涡壳5因置于阴处，故涡壳5内的温度和压力均较低，即在加热器1内和涡壳5内存在着“压差”，故将喷咀2打开后，高压蒸汽进入涡壳5内，冲击涡轮3使其旋转，涡轮3上的连杆6带动压缩机活塞7作往复运动，引起进气阀8和9轮流启闭，使涡壳内的蒸汽连续不断地被吸入压缩机汽缸并在活塞7两侧被压缩和排出。由于涡壳内的蒸汽被吸入汽缸，涡壳内的蒸汽密度减小，压力降低了，即保持着和加热器内之间的“压差，”于是加热器中的热蒸汽继续经喷咀2喷出，带动涡轮3旋转，涡轮旋转又使活塞7继续作往复运动并产生压差，即将涡轮-压缩机组置于阴处而产生压差后，加热器1内的热蒸汽可使压差得以维持，和使活塞作连续的往复运动。

从压缩机汽缸排出的高温高压蒸汽进入冷凝器10中，被冷凝为氨液或氟里昂液，贮存于贮液桶11，制冷时氨液或氟里昂液经调节阀12降压后，进入蒸发器13，在13内吸收被冷却物体的热量而汽化，这样，被冷却空间或物体得到冷却。13产生的低温低压蒸汽经回流管15在冷凝器10内被高温蒸汽预热后，又被自动抽吸到太阳能加热器进一步加热。

要使上述加热-作功-制冷-加热循环得以维持，有两个必要条件：

1、热蒸汽作功的力要大于系统阻力，系统阻力包括机械摩擦，被压缩蒸汽的反作用力，流体的沿程摩阻和局部摩阻等。

2、经喷咀2喷出的热蒸汽能够不断地回流到加热器1内。

在有太阳的天气第一个条件不难满足，因为制冷剂蒸汽压力随温度上升非线性地急剧增加，有足够的冲击力推动涡轮。夜晚降临后，制冷循环将逐渐停止，此时可靠载冷剂（水、盐水等）白天蓄积的冷量维持低温。至于第二个条件的满足，在下面作详细的说明。

太阳能加热器1由汇流管16，17和加热管18组成，在16与回流管15连接处安装有止回阀20，如图2所示。当喷咀2未打开时，加热器1内各处的蒸汽压力是相同的，止回阀20关闭，蒸汽不会流入或流出加热器。当喷咀打开后，高温蒸汽喷出，加热器1内的压力减小，当减小到小于回流管15内的压力时，止回阀20打开，回流的蒸汽进入汇流管16，因16的内径较15大得多，故回流蒸汽的体积膨胀，其温度和压力降低，即止回阀20在16一侧的温度和压力均较15一侧低，故阀20保持开启，蒸汽能够不断地回流到加热器1内，使制冷循环得以维持。

加热管18是多根并排排列的金属园管，其两端与直径较大的、一侧开有与加热管外径相等的园孔的汇流管焊接为一体，管的外表面均涂成黑色，以便充分吸收太阳能。若采用的载热体是F-11，F-12等低压高温制冷剂，则加热管和汇流管均可用铝管;如采用氨作为载热体，因氨的饱和蒸汽压在70℃时达38个大气压，故采用无缝钢管制造加热管和汇流管。

回流的蒸汽随着排汽管19管端的抽吸作用，沿加热管18向该端移动，其温度逐渐升高，至19管端达到最高温度和压力时排出。止回阀20可防止加热器温度过高时热蒸汽沿回流管15倒流;一旦发生倒流，阀20立即关闭，待加热器内的热蒸汽排出了一部分，压力下降时，阀20自动重新打开。

太阳能加热器安装于户外露天，安装时应使排汽管19管端稍高于回流管15管端，以利蒸汽的回流。

太阳能加热器1的另一种型式是将金属管弯曲成蛇形，底部用角钢或槽钢加固。

与涡轮一起密封于涡壳中的压缩机的构造示意图如图3所示，它由内径较大的一级缸21和内径较小的二级缸22组成，两缸的端部有连通管23连通，一级缸和二级缸都是双作用缸，其活塞作反向运动，即活塞7向右运动时，活塞24向左运动。压缩机工作的过程是：当活塞7作往复运动时，进汽阀8和9轮流启闭，将涡壳内的制冷剂蒸汽连续吸入一级缸21内，被初步压缩后，经连通管23和阀25、26进入二级缸22进一步压缩，使制冷剂蒸汽在其压力上升到超过冷凝器的阀值后进入冷凝器。采用两级压缩的原因是，要使涡轮作功力大，就要求涡壳内与加热器之间的压差大，也就要求进汽阀和缸内径较大，以便吸入较多的蒸汽，产生较大的压差，但内径增大又使缸内压力减小，达不到冷凝器的阀值。因此采用内径较大的一级缸吸入较多的蒸汽，内径较小的二级缸增加蒸汽的压力。止回阀25，26的作用是防止二级缸活塞在进行压缩行程时蒸汽回流到一级缸内。

一级缸活塞7和二级缸活塞24均由同一涡轮3带动，只是它们的运动方向相反。

在本发明设备的管路中加装换向阀，可以在冬天使冷凝器作为蒸发器、蒸发器作为冷凝器使用，即可以作为热泵使用，向室内供暖。

本发明装置也可以利用其它热源，如热水、蒸汽工作。

本发明的太阳能压差制冷设备的主要装置和工作原理即如上述。本发明的主要优点是：

1、热效率高。因为回流的低温低压蒸汽是经过冷凝器预热后，才进入太阳能加热器进一步加热的，即本发明设备的作功介质不仅从高温热源（太阳能）得到作功动力，还从低温热源（致冷空间）吸收能量，得到作功动力，故热效率很高。

2、设备体积较小，运行可靠。本发明的涡轮-压缩机组紧凑地密封于涡壳内，体积较小;利用成熟的现有加工技术，可使压缩机工作可靠。

本发明的制冷设备仅利用太阳能即可连续工作，不会造成任何污染，且热效率高，造价较低，因此有广阔的用途。

本发明为小型空调装置的普及创造了条件;

本发明设备可作为集中空调装置使用以节约能源;

在缺乏电源的地点，如沙漠、岛屿、野外驻地等处使用本发明装置，将给人们带来方便。

下面举例说明本发明的实施。

普及型太阳能压差制冷设备，采用氨作为制冷剂，其太阳能加热器由10根长1500、外径80的加热管和2根长1000、外径120的汇流管组成，加热管和汇流管均由壁厚为3的10号或20号冷轧无缝钢管制造。

涡轮的直径（叶片外缘）为160，涡轮通过连杆和活塞杆使装有缸套的一、二级缸的活塞作往复运动，不用曲轴。一级缸缸体长160，缸径100，活塞行程100;二级缸缸体长160，缸径50，活塞行程100。采用压力式油润滑系统，由涡轮带动的齿轮油泵将润滑油通过连杆和活塞杆中间的油路送到轴瓦、活塞等需要润滑的部位。采用两级干式氨油分离器以从氨蒸汽中分离出润滑油。

上述涡轮、压缩机和氨油分离器均密封于长560，内径252的园筒形涡壳内。

冷凝器为立式，回流的低温蒸汽从其下部进入冷凝器内的蛇形盘管，被高温蒸汽预热后，从其上部的出口回流至加热器。采用直立管式蒸发器，该蒸发器放在需要冷却的空间中。

上述普及型太阳能压差制冷设备在阳光强烈时制冷量为3千～4千大卡/小时。

附图说明：图1是本发明的原理系统图;图2是本发明设备中的太阳能加热器的构造图;图3是本发明设备中的压缩机组的构造示意图，其中：

1-太阳能加热器  2-喷咀  3-涡轮  4-压缩机

5-涡壳  6-连杆  7-一级缸活塞  8，9-进汽阀

10-冷凝器  11-贮液桶  12-调节阀  13-蒸发器

14-输汽管  15-回流管  16，17-汇流管  18-加热管

19-排汽管  20，25，26-止回阀  21-一级缸

22-二级缸  23-连通管  24-二级缸活塞

Claims (3)

1、一种太阳能压差制冷设备，由动力和压缩装置，冷凝器，贮液桶，调节阀，蒸发器和相应管路组成，其主要特征是，本发明的动力和压缩装置由置于露天的太阳能加热器1和密封于同一涡壳5中的喷咀2，涡轮3，压缩机4组成，太阳能加热器1由钢管或铝管制的、表面涂黑的汇流管16，17和加热管18组成，16与从冷凝器10内穿过的回流管15连接，连接处安装有止回阀20，17与排汽管19连接，压缩机4有一级缸21和二级缸22，两缸的端部有连通管23连通并安装有止回阀25，26，一级缸和二级缸均为双作用缸，两缸的活塞7和24均由同一涡轮带动并作反向的往复运动。

2、根据权利要求1所述的太阳能压差制冷设备，其特征还在于，太阳能加热器1内所充注的载热体为氨或氟里昂等制冷剂。

3、根据权利要求1所述的太阳能压差制冷设备，其特征还在于，太阳能加热器1的另一种形式是将金属管弯曲成蛇形，其底部用角钢或槽钢加固。

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