CN1912501A - 小户型太阳光热转换致冷系统 - Google Patents

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Abstract

一种小户型太阳光热转换致冷系统，包括太阳光电热能量转换器阵列、上水管、进水管、出水管、热交换/冷凝器、蒸发器、微型泵、止回阀、水盐溶液循环管路。太阳光电热能量转换器阵列作为总能量转换源器件将光量子能量转换为电与热两种形式能量，其中，电能输出至发电系统经DC－AC转换为交流电，热能则通过两个循环子系统，即热水供给子系统和吸收式致冷子系统，实现供热与致冷两大功能。供热子系统由进水管、热交换/冷凝器中的储热容器、上水管与出水管构成开放式热水供给系统；致冷子系统由热交换/冷凝器中的冷凝器、蒸发器、微型泵、止回阀与水盐溶液循环管路构成闭合吸收式致冷系统。整个系统结构极为简单、环保节能、性价比高。

Description

小户型太阳光热转换致冷系统
技术领域
本发明涉及的是一种能源技术领域的系统，具体是一种小户型太阳光热转换致冷系统。
背景技术
当前能源日益紧张和环保问题日益突出，太阳能作为可再生清洁能源的开发与利用已经被全球性地提上了工业化的议程。随着材料科学与基础工业的进步，如何有效利用太阳能的理论研究和实用技术开发均有了长足的发展，但是就当前的技术现状来看，仍然存在着阻碍太阳能高效转换与利用的技术瓶颈。
经对现有技术的检索发现，“超小型热水型溴化锂制冷空调系统的研制”(李鹏荣、张明方、张忠燕.《制冷技术》2005年第4期)采用热水加溶液泵循环系统建立一种吸收式制冷系统，系统是有效的，面向教学实验能收到良好的教学效果。但是，该系统题目虽然称之为“超小型”，实际上与现有同类技术并无区别，结构相当复杂而体积也较大，同时，该系统也根本没有采用太阳能取热的方式利用太阳能作为热源，因此，该系统只能作为一种吸收式制冷(或称致冷)的原理机演示给教学对象使用。
又发现，“一种全新型的太阳能供热与制冷联合循环复合系统”(李明.《能源工程》2000年第2期)利用太阳能供热通过溶液泵外力做功的方法提升循环工质的热值达到供热与制冷制冰的效果，系统的功能与工作效率值得肯定。但是，系统结构十分庞大复杂，该应用技术适用于大规模太阳能集热系统。
在进一步的检索中，尚未发现与本发明主题相同或者类似的文献报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种小户型太阳光热转换致冷系统。使其直接针对小户型，实现结构简单、造价低的技术经济指标。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：太阳光电热能量转换器阵列、上水管、进水管、出水管、热交换/冷凝器、蒸发器、微型泵、止回阀、水盐溶液循环管路。太阳光电热能量转换器阵列中的电极与发电系统连接；太阳光电热能量转换器阵列中的热水进/出口依次与自来水给水管和上水管连接，上水管的另一端(即出口端)接至热交换/冷凝器的储热容器入口，热交换/冷凝器的热容器的出口与下水管相接；热交换/冷凝器中的冷凝器的出口经水盐溶液循环管路通至蒸发器的入口，蒸发器的出口紧接至微型泵的入口，微型泵的出口经水盐溶液循环管路接至止回阀的输入端，止回阀的输出端经水盐溶液循环管路通至热交换/冷凝器中的冷凝器管的入口，如此构成吸收式致冷的循环结构。
太阳光电热能量转换器阵列作为总能量转换源器件将光量子能量转换为电与热两种形式能量，其中，电能输出至发电系统经DC-AC转换为交流电，热能则通过两个循环子系统，即热水供给子系统和吸收式致冷子系统，实现供热与致冷两大功能。供热子系统由进水管、热交换/冷凝器、上水管、出水管构成开放式热水供给系统；致冷子系统由热交换/冷凝器、蒸发器、微型泵、止回阀、水盐溶液循环管路构成闭合式吸收式致冷系统。两个热能循环子系统各自具有独立的循环工质，热水供给子系统以水为工质，吸收式致冷子系统以水盐溶液为工质，两者不发生物质交换，仅仅通过热交换/冷凝器的传热结构实现热值交换。由太阳光电热能量转换器阵列产生的热能通过供热系统的管路将热能传递到热交换/冷凝器中的储热容器，储热容器中的热水通过热传导将热值传递给热交换/冷凝器中冷凝器管内的水盐溶液，水盐溶液中的热值再通过循环管路进行吸收式致冷循环；在冷凝器中获得内能的水盐溶液在蒸发器中，随着微型泵的抽吸促使水盐溶液快速蒸发，吸收周边环境的热量使其温度下降，微型泵的出流经止回阀又对水盐溶液压缩使得热交换/冷凝器中冷凝器管内的水盐溶液热值在吸收储热容器热量的同时再次得到提升，如此周而复始，实现吸收式致冷的良好效果。
所述太阳光电热能量转换器是一种一体化的组件，包括：光伏电池板、辅助薄型水箱体。光伏电池板是由光生伏特传感小晶片组合于导热薄膜上构成具有设定几何形状、面积与电气输出参数的板状体，光伏电池板的电功率由光伏电池板电极输出，通过光电转换系统将电能输出至电网；所述辅助薄型水箱体，是一长方体水箱，该水箱的上表面是铝板材做成，与光伏电池板的导热薄膜紧密结合，底面与四个侧面为不锈钢箱体，在不锈钢箱体的两个对称侧面的对角位置上设有进/出水接口，光伏电池板通过导热薄膜与辅助薄型水箱体的上表面铝材板紧密结合将所生成的热量传递给辅助薄型水箱体中的水，水的热能再通过水循环系统，即光热转换系统将光伏电池板的寄生热能直接被终端用户所利用，或进行热能的二次转换，因此一体化的太阳光电热能量转换器是构建光电转换系统与光热转换系统的共同能量发生源——太阳能，经太阳光电热能量转换器转换后即生成两种形式——电与热的能量源。多个太阳光电热能量转换器经过几何排列并将电气及机械接口相互连接即构成太阳光电热能量转换器阵列。
所述热交换/冷凝器由储热容器与冷凝器两大部分组成，冷凝器被储热容器中的热水所包围，储热容器以水为工质，冷凝器以水盐溶液为工质，两者不发生物质交换，仅仅通过热交换/冷凝器的传热结构实现热值交换。该环节既实现水的热值与致冷系统水盐溶液热值的交换，又实现吸收式致冷系统中由微型泵出口压力所做的机械功转换成水盐溶液内能的冷凝过程，故将该环节部件称之为热交换/冷凝器。
所述蒸发器，在微型泵的抽吸作用下，在其出口产生水力学负压，而且该负压低于标准大气压数倍，使得蒸发器中的低沸点溴化锂溶液在蒸发器内迅速蒸发，蒸发过程对周围环境的吸热因此而引起周围环境温度的下降。
本发明中，热能直接被终端用户所利用，由热水循环子系统实现：在自来水给水压力的推动下，进入进水管，经过太阳光电热能量转换器将光伏电池板所吸收到的太阳能辐射热量传递给水，至热交换/冷凝器，与致冷系统的水盐溶液进行热交换，再经出水管流出，因此是一种开放式热水供给系统。
本发明中热能的二次转换，由吸收式致冷子系统实现：热交换/冷凝器、蒸发器、微型泵、止回阀、水盐溶液循环管路构成闭合循环系统，当水盐溶液从热交换/冷凝器获得热能后，传递至蒸发器，随着蒸发器出口处微型泵的高速运行，产生水力学负压，衍生水盐溶液的迅速蒸发，因此吸附了周边的热量而使其温度下降；微型泵的出流在止回阀的定向流动作用下，又通过出流管路在对热交换/冷凝器中水盐溶液进行压缩，将外力对水盐溶液所做的机械功再转化为水盐溶液的内能，进而将水盐溶液的热值进一步得到提升；也就是说，致冷系统不断地将太阳能辐射热量通过热交换/冷凝器带走，经蒸发器与微型泵的作用实现吸收式致冷而降低房间温度，起到空调的效果，同时，微型泵的出流又起到对热交换/冷凝器入流水盐溶液压缩做功，提高热值，再将光伏电池板被辐射所生成的热量带走，如此周而复始，以致无穷。
所述微型泵，扬程在75cm以上、流量在290L/h以上，而用电功率仅为3.5W以下，运行参数可控。
所述水盐溶液循环管路，其中的水盐溶液采用溴化锂溶液，这是一种低沸点溶液，实践已经证实，这是一种适合用作吸收式致冷系统的致冷剂。
本发明的有益的效果如下：
(1)利用光伏电池板阵列的附加产热，可以向终端用户直接提供热水供应，因此可以将现有的家用太阳能热水器取而代之，节省用户的家庭投资；
(2)利用光伏电池板阵列的附加产热，通过以溴化锂溶液作为致冷剂的吸收式致冷系统实现终端用户的空调效果，结构极为简单、价格低廉，大大减轻用户的经济负担；
(3)环保节能；
(4)循环水成为光伏电池板的冷却系统，使得光伏电池板处于相对较低的温度环境，促使半导体禁带宽度始终处于较小的范围，维持了光伏电池的恒流源特性，同时延长了光伏电池正常使用寿命；
(5)提高了太阳能转化与利用的整体效率，并提高了整个设备投入的性价比，直接降低了投资成本与运行费用。
附图说明
图1本发明系统结构图
图中，太阳光电热能量转换器阵列1，上水管2，进水管3，出水管4与热交换/冷凝器5中的储热容器12，构成热水供给子系统；由热交换/冷凝器5中的冷凝器13，蒸发器6，微型泵7，止回阀8与三个水盐溶液循环管路9～11，构成吸收式致冷子系统。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：太阳光电热能量转换器阵列1、上水管2、进水管3、出水管4、热交换/冷凝器5、蒸发器6、微型泵7、止回阀8、三个水盐溶液循环管路9～11。
太阳光电热能量转换器阵列1中的电极与发电系统连接；太阳光电热能量转换器阵列1中的热水进/出口依次与进水管3和上水管2连接，进水管3流入的水将太阳光电热能量转换器阵列1所产生的热量送至上水管2，上水管2的另一端(即出口端)接至热交换/冷凝器5的储热容器12入口，热交换/冷凝器5的储热容器12的出口与出水管4相接；热交换/冷凝器5中的冷凝器13的出口通过第一水盐溶液循环管路9至蒸发器6的入口，蒸发器6的出口紧接至微型泵7的入口，微型泵7的出口经第二水盐溶液循环管路10接至止回阀8的输入端，止回阀8的输出端经第三水盐溶液循环管路11通至热交换/冷凝器5中的冷凝器管13的入口，如此构成吸收式致冷的循环结构。太阳光电热能量转换器阵列1作为总能量转换源器件将光量子能量转换为电与热两种形式能量，其中，电能输出至发电系统经DC-AC转换为交流电，热能则通过两个循环子系统，即热水供给子系统和吸收式致冷子系统，实现供热与致冷两大功能。供热子系统由进水管3、热交换/冷凝器5、上水管2、出水管4构成开放式热水供给系统；致冷子系统由热交换/冷凝器5、蒸发器6、微型泵7、止回阀8、三个水盐溶液循环管路9～11构成闭合式吸收式致冷系统。两个热能循环子系统各自具有独立的循环工质，热水供给子系统以水为工质，吸收式致冷子系统以水盐溶液为工质，两者不发生物质交换，仅仅通过热交换/冷凝器5的传热结构实现热值交换。由太阳光电热能量转换器阵列1产生的热能通过供热系统的上水管2将热能传递到热交换/冷凝器5中的储热容器12，储热容器12中的热水通过热传导将热值传递给热交换/冷凝器5中冷凝器13管内的水盐溶液，水盐溶液中的热值再通过吸收式致冷子系统三个水盐溶液循环管路9～11进行吸收式致冷循环；在冷凝器13中获得内能的水盐溶液在蒸发器6中，随着微型泵7的抽吸促使水盐溶液快速蒸发，吸收周边环境的热量使其温度下降，微型泵7的出流经止回阀8又对水盐溶液压缩使得热交换/冷凝器5中冷凝器13管内的水盐溶液热值在吸收储热容器12热量的同时再次得到提升，如此周而复始，实现吸收式致冷的良好效果。
所述太阳光电热能量转换器是一种一体化的组件，包括：光伏电池板、辅助薄型水箱体。光伏电池板是由光生伏特传感小晶片组合于导热薄膜上构成具有设定几何形状、面积与电气输出参数的板状体，光伏电池板的电功率由光伏电池板电极输出，通过光电转换系统将电能输出至电网；所述辅助薄型水箱体，是一长方体水箱，该水箱的上表面是铝板材做成，与光伏电池板的导热薄膜紧密结合，底面与四个侧面为不锈钢箱体，在不锈钢箱体的两个对称侧面的对角位置上设有进/出水接口，光伏电池板通过导热薄膜与辅助薄型水箱体的上表面铝材板紧密结合将所生成的热量传递给辅助薄型水箱体中的水，水的热能再通过水循环系统，即光热转换系统将光伏电池板的寄生热能直接被终端用户所利用，或进行热能的二次转换，因此一体化的太阳光电热能量转换器是构建光电转换系统与光热转换系统的共同能量发生源——太阳能，经太阳光电热能量转换器转换后即生成两种形式——电与热的能量源。多个太阳光电热能量转换器经过几何排列并将电气及机械接口相互连接即构成太阳光电热能量转换器阵列1。
所述热交换/冷凝器5由储热容器12与冷凝器13两大部分组成，冷凝器13被储热容器12中的热水所包围，储热容器12以水为工质，冷凝器13以水盐溶液为工质，两者不发生物质交换，仅仅通过热交换/冷凝器5的传热结构实现热值交换。该环节既实现水的热值与致冷系统水盐溶液热值的交换，又实现吸收式致冷系统中由微型泵7出口压力所做的机械功转换成水盐溶液内能的冷凝过程，故将该环节部件称之为热交换/冷凝器5。
所述微型泵7，扬程在75cm以上、流量在290L/h以上，而用电功率仅为3.5W以下，运行参数可控。
当实施例为光伏电池板有效面积25m2，实验房间面积20m2。
具体实施结果如下：
(1)当环境温度为35℃、太阳辐照度为1000W/m2时，光伏电池板阵列背面的平均温度升至75℃以上，经过8个小时连续实验，由于溴化锂溶液被压缩后的热值提升，在热交换/冷凝器5中热水与溴化锂溶液的平均温度达到85℃左右；
(2)经吸收式致冷系统调节后的室内温度比室外温度降低超过10℃；
(3)直接耗电仅有蒸发器中风扇与致冷系统中的微型泵，两者8个小时总耗电：＜0.3kWh(即，0.3度电)；
(4)太阳光电转换系统的发电通过并网可以向电网馈电；当自备大容量蓄电池时，可以将电能储存，晚上通过逆变电路供夜间用电，平均发电功率达1kW。

Claims (5)

1、一种小户型太阳光热转换致冷系统，包括：太阳光电热能量转换器阵列(1)、上水管(2)、进水管(3)、出水管(4)、热交换/冷凝器(5)、蒸发器(6)、微型泵(7)、止回阀(8)、三个水盐溶液循环管路(9、10、11)，其特征在于：太阳光电热能量转换器阵列(1)中的热水进/出口依次与进水管(3)和上水管(2)连接，进水管(3)流入的水将太阳光电热能量转换器阵列(1)所产生的热量送至上水管(2)，上水管(2)的出口端接至热交换/冷凝器(5)的储热容器(12)入口，热交换/冷凝器(5)的储热容器(12)的出口与出水管(4)相接；热交换/冷凝器(5)中的冷凝器(13)的出口通过第一水盐溶液循环管路(9)至蒸发器(6)的入口，蒸发器(6)的出口紧接至微型泵(7)的入口，微型泵(7)的出口经第二水盐溶液循环管路(10)接至止回阀(8)的输入端，止回阀(8)的输出端经第三水盐溶液循环管路(11)通至热交换/冷凝器(5)中的冷凝器管(13)的入口，如此构成吸收式致冷的循环结构。
2、根据权利要求1所述的小户型太阳光热转换致冷系统，其特征是：所述热交换/冷凝器(5)由储热容器(12)与冷凝器(13)两大部分组成，冷凝器(13)被储热容器(12)中的热水所包围，储热容器(12)以水为工质，冷凝器(13)以水盐溶液为工质，两者不发生物质交换，仅仅通过热交换/冷凝器(5)的传热结构实现热值交换。
3、根据权利要求1所述的小户型太阳光热转换致冷系统，其特征是：所述太阳光电热能量转换器，包括：光伏电池板、辅助薄型水箱体，光伏电池板是由光生伏特传感小晶片组合于导热薄膜上构成具有设定几何形状、面积与电气输出参数的板状体，光伏电池板的电功率由光伏电池板电极输出，通过光电转换系统将电能输出至电网；所述辅助薄型水箱体，是一长方体水箱，该水箱的上表面是铝板材做成，与光伏电池板的导热薄膜紧密结合，底面与四个侧面为不锈钢箱体，在不锈钢箱体的两个对称侧面的对角位置上设有进/出水接口。
4、根据权利要求1所述的小户型太阳光热转换致冷系统，其特征是：所述微型泵(7)，扬程在75cm以上、流量在290L/h以上，用电功率为3.5W以下，运行参数可控。
5、根据权利要求1所述的小户型太阳光热转换致冷系统，其特征是：所述的三个水盐溶液循环管路(9、10、11)，其中的水盐溶液采用溴化锂溶液。
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