CN107163917A - 离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法和装置，首先，将工质溶液缓慢加入到磷酸酯类咪唑离子液体中，混合，即为基液，其中，磷酸酯类咪唑离子液体含量为工质溶液的60‑95wt％；然后，向基液中加入纳米颗粒，继续搅拌至完全混合，得到稳定的磷酸酯类咪唑离子液体溶液基纳米流体，纳米颗粒含量为磷酸酯类咪唑离子液体溶液基纳米流体的0.01‑0.5wt％，将磷酸酯类咪唑离子液体溶液基纳米流体在装置运行前灌注到装置中的溶液储罐中。本发明具有节能、环保，结构简单，容易小型化，性能可靠等特点。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能吸收式空调和热泵装置，是一种离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能的吸收式空调/热泵方法和装置。
背景技术
太阳能是丰富、廉价的清洁能源。夏天太阳强烈的辐射与人们对于制冷的需求相一致。因此，夏季利用太阳能替代常规的能源驱动吸收制冷机进行制冷和空调，冬季利用太阳辐射进行辅助供暖，不仅可以最大限度地利用清洁的自然资源，同时也具有节能和环保作用。当前世界各国都在加紧进行太阳能发电,太阳能热利用(太阳能热水器和太阳能空调)方面的研究和技术开发工作。许多国家已经建立或正在建立太阳能电站和太阳能空调系统。目前，大多数太阳能吸收式空调/热泵系统，主要是由表面涂层式太阳能集热器、蓄热水箱、吸收制冷机/热泵、冷却塔和辅助加热系统所构成。表面涂层式太阳能集热器提供的热水(80℃以上)为吸收制冷机/热泵提供驱动热源。表面涂层式太阳能集热器由于吸光表面温度较高，其热辐射和对流热损失较大,使其热效率较低。另外，传统的吸收制冷和热泵循环所采用的溴化锂水溶工质对易结晶和强腐蚀，严重影响装置的使用寿命，不便于工业和广大城乡居民住宅使用。
发明内容
本发明提供了一种咪唑类离子液体溶液基纳米流体太阳能直接吸收式空调/热泵方法和装置。克服了上述现有技术的不足，能有效地解决现有太阳能吸收式空调/热泵系统中，工质溶液易结晶，强腐蚀，太阳能集热效率低等问题。
本发明的技术方案：
离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法，步骤如下：
首先，将工质缓慢加入到磷酸酯类咪唑离子液体中，混合10-20分钟，即为基液，其中，磷酸酯类咪唑离子液体含量为工质溶液的60-95wt％；然后，向基液中加入纳米颗粒，继续搅拌至完全混合，得到稳定的磷酸酯类咪唑离子液体溶液基纳米流体，纳米颗粒含量为磷酸酯类咪唑离子液体溶液基纳米流体的0.01-0.5wt％，将磷酸酯类咪唑离子液体溶液基纳米流体在装置运行前灌注到装置中的溶液储罐ST中。
所述的磷酸酯类咪唑离子液体为磷酸二甲酯二甲基咪唑、磷酸二甲酯乙基甲基咪唑、磷酸二乙酯乙基甲基咪唑、磷酸二丁酯乙基甲基咪唑中的一种或两种以上混合。
所述的工质溶液为水、甲醇或乙醇。
所述的纳米颗粒为碳纳米管、石墨烯、氧化铜、三氧化二铝中的一种或两种以上混合。
当纳米颗粒为碳纳米管时，为了增加碳纳米管的亲水性，在碳纳米管加入到基液前，对其进行酸化处理。
本发明的有益效果：以磷酸酯类咪唑离子液体(磷酸二甲酯二甲基咪唑，磷酸二甲酯乙基甲基咪唑，磷酸二乙酯乙基甲基咪唑，磷酸二丁酯乙基甲基咪唑)与水，甲醇和乙醇所构成的二元和三元溶液为基液，通过向基液中加入微量的对太阳辐射能有优良吸收特性的纳米颗粒(碳纳米管，石墨烯，氧化铜，三氧化二铝等)构成磷酸酯类咪唑离子液体溶液基纳米流体，并作为吸收制冷/热泵循环的工作流体。这种工作流体不结晶，无腐蚀，克服了传统吸收式空调/热泵循环中溴化锂水溶工质对易结晶，强腐蚀的缺点。同时，利用集热器内纳米流体对太阳辐射能优良的吸收特性，将太阳能直接转化成工作流体的热能，在集热器内完成工作流体升温和部分汽化过程。克服了表面涂层太阳能集热器表面温度高，热损失高的缺点。同时，添加的纳米颗粒还能进一步强化工作流体在吸收和再生过程中的热质传递性能。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为直接吸收式太阳能集热/发生器主视图。
图3为直接吸收式太阳能集热/发生器俯视图。
图中：DASC/G太阳能集热/再生器；ST溶液储罐；AH辅助加热装置；SE气液分离器；C冷凝器；CT循环水冷却塔；A吸收器；HE板式换热器；E翅片管蒸发器；P1溶液泵；P2冷媒泵；P3循环水泵；P4稀溶液泵；
1溶液储罐ST的出口；2太阳能集热/发生器DASC/G的入口；
3太阳能集热/发生器DASC/G的出口；4气液分离器SE的入口；
5气液分离器SE的出口；6板式换热器HE的第一入口；
7板式换热器HE的第一出口；8吸收器A的第一入口；
9吸收器A的第一出口；10板式换热器HE的第二入口；
11板式换热器HE的第二出口；12溶液储罐ST的入口；
13分离器SE的出口；14冷凝器C的第一入口；15冷凝器C的第一出口；
16翅片管蒸发器E的入口；17翅片管蒸发器E的第一出口；
18翅片管蒸发器E的进口；19翅片管蒸发器E的第二出口；
20吸收器A第二入口；21吸收器A的第二出口；22冷凝器C的第二入口；
23冷凝器C的第二出口；24冷却塔CT的入口；25冷却塔CT的出口；
26吸收器A的第三入口；27出风口；28进风口；
V1第一阀门；V2第二阀门；V3第三阀门；V4第四阀门；V5第五阀门；
V6第六阀门；V7第七阀门；V8第八阀门；V9第九阀门；V10为阀门。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例
一种离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵装置，包括直接吸收太阳能集热/再生器DASC/G、气液分离器SE、冷凝器C、溶液储罐ST、翅片管蒸发器E、吸收器A、板式换热器HE、溶液循环泵、AH辅助加热装置和循环水冷却塔CT；
太阳能集热/再生器DASC/G根据制冷需求的热负荷并联或串联使用，太阳能集热/发生器DASC/G的入口2依次通过第一阀门V1、溶液泵P1、第二阀门V2与溶液储罐ST的出口1相连通，太阳能集热/发生器DASC/G的出口3通过第三阀门V3与气液分离器SE的入口4相连通；气液分离器SE的出口5通过管路与板式换热器HE的第一入口6相连通，板式换热器HE的第一出口7通过管路与吸收器A的入口8相连通，吸收器A的出口9依次通过第四阀门V4、稀溶液相泵P4、第五阀门V5与板式换热器HE的第二入口10相连通，板式换热器HE的第二出口11通过管路与溶液储罐ST的入口12相连通，构成离子液体纳米流体工质溶液的循环回路；
分离器SE的出口13通过管路与冷凝器C的第一入口14相连通，冷凝器C的出口15通过第六阀门V6与翅片管蒸发器E的入口16相连通，翅片管蒸发器E的第一出口17依次通过第七阀门V7、冷媒泵P2、第八阀门V8与翅片管蒸发器E的进口18相连通，翅片管蒸发器E的第二出口19通过管路与吸收器A第一入口20相连通，构成冷媒循环回路和外循环回路；翅片管蒸发器E上有进风口28和出风口27；
循环水冷却塔CT的出口25通过第九阀门V9、循环水泵P3、第十阀门V10与吸收器A的第二入口26相连通，吸收器A的出口21通过管路与冷凝器C的第二入口22相连通，冷凝器C的出口23通过管路与循环水冷却塔CT的入口24相连通，构成循环冷却水循环回路。
当太阳辐射不足时，可以启动溶液储罐ST上的辅助加热装置AH。
Claims (10)
1.一种离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法，其特征在于，步骤如下：
首先，将工质溶液缓慢加入到磷酸酯类咪唑离子液体中，混合，即为基液，其中，磷酸酯类咪唑离子液体含量为工质溶液的60-95wt％；然后，向基液中加入纳米颗粒，继续搅拌至完全混合，得到稳定的磷酸酯类咪唑离子液体溶液基纳米流体，纳米颗粒含量为磷酸酯类咪唑离子液体溶液基纳米流体的0.01-0.5wt％，将磷酸酯类咪唑离子液体溶液基纳米流体在装置运行前灌注到装置中的溶液储罐(ST)中。
2.根据权利要求1所述的离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法，其特征在于，所述的磷酸酯类咪唑离子液体为磷酸二甲酯二甲基咪唑、磷酸二甲酯乙基甲基咪唑、磷酸二乙酯乙基甲基咪唑、磷酸二丁酯乙基甲基咪唑中的一种或两种以上混合。
3.根据权利要求1或2所述的离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法，其特征在于，所述的工质溶液为水、甲醇或乙醇。
4.根据权利要求1或2所述的离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法，其特征在于，所述的纳米颗粒为碳纳米管、石墨烯、氧化铜、三氧化二铝中的一种或两种以上混合。
5.根据权利要求3所述的离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法，其特征在于，所述的纳米颗粒为碳纳米管、石墨烯、氧化铜、三氧化二铝中的一种或两种以上混合。
6.根据权利要求4所述的离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法，其特征在于，当纳米颗粒为碳纳米管时，为了增加碳纳米管的亲水性，在碳纳米管加入到基液前，对其进行酸化处理。
7.根据权利要求5所述的离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法，其特征在于，当纳米颗粒为碳纳米管时，为了增加碳纳米管的亲水性，在碳纳米管加入到基液前，对其进行酸化处理。
8.一种权利要求1、2、5、6或7所述的离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法所用的装置，其特征在于，所述的离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵装置包括直接吸收太阳能集热/再生器(DASC/G)、气液分离器(SE)、冷凝器(C)、溶液储罐(ST)、翅片管蒸发器(E)、吸收器(A)、板式换热器(HE)、循环水冷却塔(CT)和辅助加热装置(AH)；
太阳能集热/再生器(DASC/G)根据制冷需求的热负荷并联或串联使用，太阳能集热/发生器(DASC/G)的入口(2)通过依次通过第一阀门(V1)、溶液泵(P1)、第二阀门(V2)与溶液储罐(ST)的出口(1)相连通，太阳能集热/发生器(DASC/G)的出口(3)通过第三阀门(V3)与气液分离器(SE)的入口(4)相连通；气液分离器(SE)的出口(5)通过管路与板式换热器(HE)的第一入口(6)相连通，板式换热器(HE)的第一出口(7)通过管路与吸收器(A)的入口(8)相连通，吸收器(A)的出口(9)依次通过稀溶液相泵(P4)、第四阀门(V4)、第五阀门(V5)与板式换热器(HE)的第二入口(10)相连通，板式换热器(HE)的第二出口(11)通过管路与溶液储罐(ST)的入口(12)相连通，构成离子液体纳米流体工质溶液的循环回路；
分离器(SE)的出口(13)通过管路与冷凝器(C)的第一入口(14)相连通，冷凝器(C)的出口(15)通过第六阀门(V6)与翅片管蒸发器(E)的入口(16)相连通，翅片管蒸发器(E)的第一出口(17)依次通过第七阀门(V7)、冷媒泵(P2)、第八阀门(V8)与翅片管蒸发器(E)的进口(18)相连通，翅片管蒸发器(E)的第二出口(19)通过管路与吸收器(A)第一入口(20)相连通，构成冷媒循环回路和外循环回路；翅片管蒸发器E上有进风口(28)和出风口(27)；
循环水冷却塔(CT)的出口(25)通过第九阀门(V9)、循环水泵(P3)、第十阀门(V10)与吸收器(A)的第二入口(26)相连通，吸收器(A)的出口(21)通过管路与冷凝器(C)的第二入口(22)相连通，冷凝器(C)的出口(23)通过管路与循环水冷却塔(CT)的入口(24)相连通，构成循环冷却水循环回路；
当太阳辐射不足时，启动溶液储罐(ST)上的辅助加热装置(AH)。
9.一种权利要求3所述的离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法所用的装置，其特征在于，所述的离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵装置包括直接吸收太阳能集热/再生器(DASC/G)、气液分离器(SE)、冷凝器(C)、溶液储罐(ST)、翅片管蒸发器(E)、吸收器(A)、板式换热器(HE)、循环水冷却塔(CT)和辅助加热装置(AH)；
太阳能集热/再生器(DASC/G)根据制冷需求的热负荷并联或串联使用，太阳能集热/发生器(DASC/G)的入口(2)通过依次通过第一阀门(V1)、溶液泵(P1)、第二阀门(V2)与溶液储罐(ST)的出口(1)相连通，太阳能集热/发生器(DASC/G)的出口(3)通过第三阀门(V3)与气液分离器(SE)的入口(4)相连通；气液分离器(SE)的出口(5)通过管路与板式换热器(HE)的第一入口(6)相连通，板式换热器(HE)的第一出口(7)通过管路与吸收器(A)的入口(8)相连通，吸收器(A)的出口(9)依次通过稀溶液相泵(P4)、第四阀门(V4)、第五阀门(V5)与板式换热器(HE)的第二入口(10)相连通，板式换热器(HE)的第二出口(11)通过管路与溶液储罐(ST)的入口(12)相连通，构成离子液体纳米流体工质溶液的循环回路；
分离器(SE)的出口(13)通过管路与冷凝器(C)的第一入口(14)相连通，冷凝器(C)的出口(15)通过第六阀门(V6)与翅片管蒸发器(E)的入口(16)相连通，翅片管蒸发器(E)的第一出口(17)依次通过第七阀门(V7)、冷媒泵(P2)、第八阀门(V8)与翅片管蒸发器(E)的进口(18)相连通，翅片管蒸发器(E)的第二出口(19)通过管路与吸收器(A)第一入口(20)相连通，构成冷媒循环回路和外循环回路；翅片管蒸发器E上有进风口(28)和出风口(27)；
循环水冷却塔(CT)的出口(25)通过第九阀门(V9)、循环水泵(P3)、第十阀门(V10)与吸收器(A)的第二入口(26)相连通，吸收器(A)的出口(21)通过管路与冷凝器(C)的第二入口(22)相连通，冷凝器(C)的出口(23)通过管路与循环水冷却塔(CT)的入口(24)相连通，构成循环冷却水循环回路；
当太阳辐射不足时，启动溶液储罐(ST)上的辅助加热装置(AH)。
10.一种权利要求4所述的离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵方法所用的装置，其特征在于，所述的离子液体溶液基纳米流体直接吸收太阳能空调/热泵装置包括直接吸收太阳能集热/再生器(DASC/G)、气液分离器(SE)、冷凝器(C)、溶液储罐(ST)、翅片管蒸发器(E)、吸收器(A)、板式换热器(HE)、循环水冷却塔(CT)和辅助加热装置(AH)；
太阳能集热/再生器(DASC/G)根据制冷需求的热负荷并联或串联使用，太阳能集热/发生器(DASC/G)的入口(2)通过依次通过第一阀门(V1)、溶液泵(P1)、第二阀门(V2)与溶液储罐(ST)的出口(1)相连通，太阳能集热/发生器(DASC/G)的出口(3)通过第三阀门(V3)与气液分离器(SE)的入口(4)相连通；气液分离器(SE)的出口(5)通过管路与板式换热器(HE)的第一入口(6)相连通，板式换热器(HE)的第一出口(7)通过管路与吸收器(A)的入口(8)相连通，吸收器(A)的出口(9)依次通过稀溶液相泵(P4)、第四阀门(V4)、第五阀门(V5)与板式换热器(HE)的第二入口(10)相连通，板式换热器(HE)的第二出口(11)通过管路与溶液储罐(ST)的入口(12)相连通，构成离子液体纳米流体工质溶液的循环回路；
分离器(SE)的出口(13)通过管路与冷凝器(C)的第一入口(14)相连通，冷凝器(C)的出口(15)通过第六阀门(V6)与翅片管蒸发器(E)的入口(16)相连通，翅片管蒸发器(E)的第一出口(17)依次通过第七阀门(V7)、冷媒泵(P2)、第八阀门(V8)与翅片管蒸发器(E)的进口(18)相连通，翅片管蒸发器(E)的第二出口(19)通过管路与吸收器(A)第一入口(20)相连通，构成冷媒循环回路和外循环回路；翅片管蒸发器E上有进风口(28)和出风口(27)；
循环水冷却塔(CT)的出口(25)通过第九阀门(V9)、循环水泵(P3)、第十阀门(V10)与吸收器(A)的第二入口(26)相连通，吸收器(A)的出口(21)通过管路与冷凝器(C)的第二入口(22)相连通，冷凝器(C)的出口(23)通过管路与循环水冷却塔(CT)的入口(24)相连通，构成循环冷却水循环回路；
当太阳辐射不足时，启动溶液储罐(ST)上的辅助加热装置(AH)。
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