CN109682115A - 太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能‑半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置，属于制冷设备技术领域。该装置由扩散‑吸收式制冷系统、太阳能集热系统、半导体制冷系统相耦合构成；该装置以氨‑水工质对为制冷剂，以氢气(或氦气)为扩散剂；含有以管路相连接的发生器、精馏器、冷凝器、气体热交换器、蒸发器、储液器、吸收器、溶液热交换器、半导体制冷器、水箱、太阳能集热器。该装置根据不同的太阳光条件，决定太阳能集热器与半导体制冷器的开启或关闭，决定太阳能集热器与半导体制冷器单独或联合驱动扩散吸收式制冷系统制冷，决定扩散吸收式制冷系统单独制冷或扩散吸收式制冷系统联合半导体制冷器混合制冷。该发明装置适用于制造室外小型制冷设备。

Description

太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置
技术领域
本发明属于制冷设备技术领域，具体涉及一种太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置。
背景技术
国内外的制冷技术中，多数采用的是机械压缩式，其制冷方式消耗大量电力能源，而且使用的氟利昂及其替代制冷剂工质会对大气臭氧层造成严重的破坏。采用氨水作为扩散吸收式制冷的工质对，其特点是直接以热能为动力，便可以实现制冷循环，其系统安全，密闭性好，运转无噪音，使用寿命长。环境问题的日益突出和能源短缺状况的突显使得世界各国都投入大量人力物力进行太阳能的开发利用，于是出现了以太阳能驱动的扩散吸收式制冷系统，但是由于天气的不连续、不稳定，导致了制冷的不连续、不稳定。
在解决中、大型的太阳能吸收式制冷系统稳定工作的问题方面，一般会增加辅助热源弥补太阳能的不稳定性，相关专利如：“一种燃气辅热蓄能型太阳能吸收式制冷装置”(专利号为201210589560.6)，提供一种燃气辅热蓄能型太阳能吸收式制冷装置，解决了太阳能吸收式制冷系统无法在环境、天气变化时稳定工作的问题。但是对于小型的太阳能扩散-吸收式制冷系统，对体积要求较为严格，不宜使用燃烧化石能源进行辅热。
半导体制冷是帕尔帖效应在制冷技术方面的应用，半导体制冷结构简单，无机械运动部件，体积小，可靠性强，无噪声，无振动；半导体制冷器件热惯性非常小，制冷制热反应时间快，调节电流大小即可调控制冷制热量输出。但是半导体制冷器的冷端制冷效率一般不高，但热端制热效率较高，永远大于1，在制冷应用时，冷端的制冷量被热端能否有效散发热量所限制。在将半导体制冷和吸收式制冷相结合方面，有相关专利：“一种节能环保空调”(专利号为201020555616.2)，提供一种节能环保空调，采用吸收式制冷、半导体制冷和湿帘蒸发制冷的多重制冷技术，其半导体制冷模块包括半导体制冷片及与半导体制冷片的冷端贴合的储水仓，发生器外侧的加热源为半导体制冷片的热端，充分利用半导体制冷片产生的冷、热能量；但由于其并未使用可再生能源，使得节能效果并不十分明显，又由于其使用的是溴化锂吸收式制冷装置，其体积大，部件多，至今在一些需要体积小、结构简单、坚固耐用的特殊环境中应用的嗅化埋吸收式制冷装置尚未有突破，故在小型制冷设备方面，使用半导体制冷和溴化锂吸收式制冷结合，具体实现较为困难。
在上述背景之下提出了本项发明，使用半导体制冷器的热端和太阳能集热器联合驱动扩散吸收式制冷系统制冷，半导体制冷器的冷端和扩散吸收式制冷系统的蒸发器并联连接制冷对象，实现半导体制冷器与扩散吸收式制冷系统混合制冷。
扩散吸收式制冷系统直接以热能为动力便可以实现制冷；太阳能集热器季节适应性强，制冷冷负荷基本正相关于太阳能条件；对于半导体制冷器，如果其热端可以实现有效的散热，冷端则能更好地制冷。本项发明结合太阳能集热、扩散吸收式制冷、半导体制冷的机理和特点，形成互补，显得非常有价值。
到目前为止，市场上尚未见到太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷的制冷设备。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置及该装置采用的制冷方法，由半导体制冷器的热端和太阳能集热器联合驱动扩散吸收式制冷系统制冷，实现了扩散吸收式制冷系统的蒸发器与半导体制冷器的冷端混合制冷，保证了制冷设备的稳定高效运行，达到节能环保的目的。
本发明所提供的一种太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置，该装置由扩散吸收式制冷系统、太阳能集热系统、半导体制冷系统相耦合构成；该装置以氨-水为工质对，以氢气(或氦气)为扩散剂；含有以管路相连接的发生器1、精馏器2、冷凝器3、气体热交换器4、蒸发器5、储液器6、吸收器7、溶液热交换器8、半导体制冷器9、水箱10、太阳能集热器11；在发生器1与吸收器7之间经溶液热交换器8设有循环管路，该循环管路用于稀氨水回流，在该循环管路上设有溶液泵14和溶液节流阀15；在吸收器7与蒸发器5之间经气体热交换器4设有循环管路，该循环管路用于扩散剂的回流，在该循环管路上设有气体扩散泵16；在太阳能集热器11与水箱10之间设有循环管路，在该循环管路上设有集热器侧泵19和集热器侧节流阀20；在水箱10与发生器1之间设有循环管路，在该循环管路上设有发生器侧泵17和发生器侧节流阀18；所述的扩散吸收式制冷系统由发生器1、精馏器2、冷凝器3、气体热交换器4、气体扩散泵16、蒸发器5、储液器6、吸收器7、溶液热交换器8、溶液泵14、溶液节流阀15、以及之间的循环管路组成；所述的太阳能集热系统由太阳能集热器11、水箱10、集热器侧泵19、集热器侧节流阀20以及之间的循环管路组成；所述的半导体制冷系统由半导体制冷器9、水箱10、半导体制冷器热端换热设备12以及半导体制冷器冷端换热设备13组成；半导体制冷器9的热端通过半导体制冷器热端换热设备12和太阳能集热器11并联连接水箱10，半导体制冷器9的冷端通过半导体制冷器冷端换热设备13和蒸发器5并联连接制冷对象。
该装置中的发生器形式为热虹吸管外置式，即浓溶液管位于稀溶液管外侧由半导体制冷器的热端与太阳能集热器联合提供的热源直接加热，相比稀溶液管外置能够较大降低发生温度。
上述的的太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置，其采用的制冷方法为：在太阳光条件良好时，半导体制冷器关闭，由太阳能集热器单独加热水箱中的载热介质驱动扩散吸收式制冷系统制冷；在太阳光条件极差或没有太阳光时，太阳能集热器关闭，半导体制冷器开启，此时半导体制冷器的冷端制冷，同时其热端的产热单独加热水箱中的载热介质驱动扩散吸收式制冷系统制冷；在太阳光条件不理想但仍可利用时，太阳能集热器和半导体制冷器同时开启，此时半导体制冷器的冷端制冷，其热端联合太阳能集热器共同加热水箱中的载热介质驱动扩散吸收式制冷系统制冷。
本发明的有益效果：(1)本装置由半导体制冷器的热端和太阳能集热器联合驱动扩散吸收式制冷系统制冷，实现了扩散吸收式制冷系统的蒸发器与半导体制冷器的冷端混合制冷，解决了一般的太阳能扩散吸收式制冷方式由于天气的不连续、不稳定导致制冷不连续、不稳定的问题。本发明保证了制冷装置的全天候稳定高效运行。(2)体积小，除了装置中的太阳能集热器和水箱，体积小的半导体制冷器的使用最大限度地控制了制冷系统的整体体积，为制造室外小型制冷设备提供了可能。(3)本装置可以最大限度地利用太阳能为扩散吸收式制冷系统的发生器提供能量，季节适应性强；半导体制冷器工作时其冷端不仅可以制冷，而且其热端制热效率高，永远大于1，具有突出的节能性。(4)本装置为无氟化制冷、利用可再生能源制冷，具有突出的环保性。
附图说明
图1是太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置结构示意图。
图中：发生器1、精馏器2、冷凝器3、气体热交换器4、蒸发器5、储液器6、吸收器7、溶液热交换器8、半导体制冷器9、水箱10、太阳能集热器11、半导体制冷器热端换热设备12、半导体制冷器冷端换热设备13、溶液泵14、溶液节流阀15、气体扩散泵16、发生器侧泵17、发生器侧节流阀18、集热器侧泵19、集热器侧节流阀20。
具体实施方式
如图1所示，太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置由扩散吸收式制冷系统、太阳能集热系统、半导体制冷系统相耦合构成；该装置以氨-水为工质对，以氢气(或氦气)为扩散剂；含有以管路相连接的发生器1、精馏器2、冷凝器3、气体热交换器4、蒸发器5、储液器6、吸收器7、溶液热交换器8、半导体制冷器9、水箱10、太阳能集热器11；在发生器1与吸收器7之间经溶液热交换器8设有循环管路，该循环管路用于稀氨水回流，在该循环管路上设有溶液泵14和溶液节流阀15；在吸收器7与蒸发器5之间经气体热交换器4设有循环管路，该循环管路用于扩散剂的回流，在该循环管路上设有气体扩散泵16；在太阳能集热器11与水箱10之间设有循环管路，在该循环管路上设有集热器侧泵19和集热器侧节流阀20；在水箱10与发生器1之间设有循环管路，在该循环管路上设有发生器侧泵17和发生器侧节流阀18；所述的扩散吸收式制冷系统由发生器1、精馏器2、冷凝器3、气体热交换器4、气体扩散泵16、蒸发器5、储液器6、吸收器7、溶液热交换器8、溶液泵14、溶液节流阀15、以及之间的循环管路组成；所述的太阳能集热系统由太阳能集热器11、水箱10、集热器侧泵19、集热器侧节流阀20以及之间的循环管路组成；所述的半导体制冷系统由半导体制冷器9、水箱10、半导体制冷器热端换热设备12以及半导体制冷器冷端换热设备13组成。
该装置中的半导体制冷器位于水箱底部，半导体制冷器热端换热设备全部没在水箱底部，将热端的产热传递到水箱；其冷端通过半导体制冷器冷端换热设备将产冷传递到制冷对象。其中，半导体制冷器的热端和半导体制冷器热端换热设备紧密贴合；半导体制冷器的冷端和半导体制冷器冷端换热设备紧密贴合。
该装置中的发生器形式为热虹吸管外置式，即浓溶液管位于稀溶液管外侧由半导体制冷器的热端与太阳能集热器联合提供的热源直接加热，相比稀溶液管外置能够较大降低发生温度。
该装置中的水箱外表面包覆有保温材料；利用电能作为作为制冷系统中所述半导体制冷器的驱动能源。
半导体制冷器的冷端通过半导体制冷器冷端换热设备和蒸发器并联连接制冷对象，半导体制冷器的热端通过半导体制冷器热端换热设备和太阳能集热器并联连接水箱，水箱中的热水为发生器提供热源，发生器中的浓氨水溶液吸热蒸发，产生气泡，气泡推动溶液稳定上升，当气、液混合物到达发生器的上部后，含有的少量水蒸气的氨气继续上升至精馏器，在精馏器内受到进一步冷凝，使所得较纯的氨汽进入冷凝器，而冷凝的氨水溶液则向下流至发生器底部，与稀溶液混合，混合后的稀溶液通过溶液热交换器，与来自储液器的浓溶液换热后进入吸收器。经过精馏过程，高纯度的氨蒸气进入冷凝器冷凝成液态氨，与来自气体热交换器的氨-氢(氦)混合气体合流，在蒸发器中液氨吸收热量而蒸发制冷；没有冷凝的氨蒸气通过旁通管路进入储液器顶部。从蒸发器出来的氨气-氢气(氦气)-液氨混合物与来自吸收器的氨-氢(氦)混合气体在气体热交换器中换热，换热后的氨气-氢气(氦气)-液氨混合物进入储液器。从储液器出来的氨-氢(氦)混合气体逆流与从吸收器顶端进入的稀溶液混合，氨气被吸收。发生吸收作用后，稀溶液变成浓溶液通过储液器进入溶液热交换器加热，然后进入发生器。未被吸收的氨-氢(氦)混合气体进入气体热交换器换热，然后再进入蒸发器，如此循环。
上述的的太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置，其采用的制冷方法为：在太阳光条件良好时，半导体制冷器关闭，由太阳能集热器单独加热水箱中的载热介质驱动扩散吸收式制冷系统制冷；在太阳光条件极差或没有太阳光时，太阳能集热器关闭，半导体制冷器开启，此时半导体制冷器的冷端制冷，同时其热端的产热单独加热水箱中的载热介质驱动扩散吸收式制冷系统制冷；在太阳光条件不理想但仍可利用时，太阳能集热器和半导体制冷器同时开启，此时半导体制冷器的冷端制冷，其热端联合太阳能集热器共同加热水箱中的载热介质驱动扩散吸收式制冷系统制冷。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，并非用以限制本发明的专利范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置，该装置由扩散吸收式制冷系统、太阳能集热系统、半导体制冷系统相耦合构成；该装置以氨一水工质对为制冷剂，以氢气(或氦气)为扩散剂；含有以管路相连接的发生器(1)、精馏器(2)、冷凝器(3)、气体热交换器(4)、蒸发器(5)、储液器(6)、吸收器(7)、溶液热交换器(8)、半导体制冷器(9)、水箱(10)、太阳能集热器(11)；在发生器(1)与吸收器(7)之间经溶液热交换器(8)设有循环管路，该循环管路用于稀氨水回流，在该循环管路上设有溶液泵(14)和溶液节流阀(15)；在吸收器(7)与蒸发器(5)之间经气体热交换器(4)设有循环管路，该循环管路用于扩散剂的回流，在该循环管路上设有气体扩散泵(16)；在太阳能集热器(11)与水箱(10)之间设有循环管路，在该循环管路上设有集热器侧泵(19)和集热器侧节流阀(20)；在水箱(10)与发生器(1)之间设有循环管路，在该循环管路上设有发生器侧泵(17)和发生器侧节流阀(18)；所述的扩散吸收式制冷系统由发生器(1)、精馏器(2)、冷凝器(3)、气体热交换器(4)、气体扩散泵(16)、蒸发器(5)、储液器(6)、吸收器(7)、溶液热交换器(8)、溶液泵(14)、溶液节流阀(15)、以及之间的循环管路组成；所述的太阳能集热系统由太阳能集热器(11)、水箱(10)、集热器侧泵(19)、集热器侧节流阀(20)以及之间的循环管路组成；所述的半导体制冷系统由半导体制冷器(9)、水箱(10)、半导体制冷器热端换热设备(12)以及半导体制冷器冷端换热设备(13)组成；半导体制冷器(9)的热端通过半导体制冷器热端换热设备(12)和太阳能集热器(11)并联连接水箱(10)，半导体制冷器(9)的冷端通过半导体制冷器冷端换热设备(13)和蒸发器(5)并联连接制冷对象。
2.根据权利要求1所述的太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置，其特征在于：在太阳光条件良好时，半导体制冷器(9)关闭，由太阳能集热器(11)单独加热水箱(10)中的载热介质驱动扩散吸收式制冷系统制冷；在太阳光条件极差或没有太阳光时，太阳能集热器(11)关闭，半导体制冷器(9)开启，此时半导体制冷器(9)的冷端制冷，同时其热端的产热单独加热水箱(10)中的载热介质驱动扩散吸收式制冷系统制冷；在太阳光条件不理想但仍可利用时，太阳能集热器(11)和半导体制冷器(9)同时开启，此时半导体制冷器(9)的冷端制冷，其热端联合太阳能集热器(11)共同加热水箱(10)中的载热介质驱动扩散吸收式制冷系统制冷。
3.根据权利要求1所述的太阳能-半导体驱动的扩散吸收式混合制冷装置，其特征是：该装置中的发生器(1)形式为热虹吸管外置式，浓溶液管位于稀溶液管外侧，半导体制冷器(9)的热端与太阳能集热器(11)联合提供的热源直接加热浓溶液管。
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