CN201463400U - 集成化太阳能空调冷热复合能源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到一种集成化太阳能空调冷热复合能源装置，由太阳能直接发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、压缩机、吸收器、热交换器、溶液热交换器等设备组成，太阳能直接发生器(1)是集热器与发生器集成一体化装置；太阳能直接发生器(1)、气液分离器(11)、自动阀(2)相连接，冷凝器(3)与储液器(3)相连接，节流阀(5)与蒸发器(6)相连接。

Description

集成化太阳能空调冷热复合能源装置

技术领域

本发明属于空调制冷技术领域，尤其是涉及到一种太阳能空调制冷与制热技术。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高，空调器已经是一种普及电器，但是常规的电压缩式制冷空调，消耗了大量电力资源，导致在夏季不得不拉闸限电，影响了整个国民的生活水平。而目前中国所利用的大部份电能都是火力发电，这就更进一步地消耗大量煤炭，从而产生更多的二氧化碳，导致了环境的进一步恶化；这就迫切需要开发一些节能环保的空调制冷技术，而这个技术首选的就是太阳能空调技术；因为太阳能空调技术是符合人类可持发展的一项技术，所以成为世界研究的热点。

目前，就太阳能制冷技术最接近实用主要是两种制冷方式，吸收式制冷与吸附式制冷；就吸附式制冷而言，目前还没能找到适合太阳能制冷方面的吸附工质对以及高效优化的吸附床技术；因而还处在理论研究阶段，有关吸附式制冷的专利技术产品目前还不具备实用化、市场化条件；而有关吸收式制冷的产品早达到实用化阶段，但驱动的能源还是常规能源，如煤炭、燃气、燃油等；对太阳能热驱动吸收式制冷还局限于大型的空调制冷场合，还没有小型化产品。

对如当前太阳能吸收式制冷空调还未能走向实用、市场化，其总体原因可以归结如下：

太阳能集热器与常规的吸收式制冷机进行功能组合，造成了太阳能空调系统造价高昂，不适合市场推广与利用；且热效率不高，100℃左右的热源时，单效制冷机器的效率在0.6左右，提高吸收式制冷机的效率是降低成本的关键环节。

其次，是太阳能的不稳定性，因为受气候的影响，不能保证太阳能制冷的连续性、稳定性；这样，不得不增加辅助能源，这样，就增加了太阳能系统的复杂性，同时，也是造价高昂的一个因素。

查阅当前有关太阳能空调制冷的技术专利，总是存在多方面未能解决的技术问题，这些问题基本上是制约太阳能制冷技术实用化、市场化的主导因素。

如专利200620022789.1“新型太阳能空调装置”其技术路线是将采集到的太能转换为热水，然后再由热水驱动吸收制冷机器，这样，经历了一个热水媒介的转换环节，由此导致的太阳能光热利用的转换环节过多，将有限的太阳能能量一部分损失在了没有做功的热水转换环节，这也是导致太阳能光热利用效率不高的一个原因，从而使得太阳能吸收式制冷机的效率不高。

又如，专利号为200520140241.2“家用分体式太阳能冷暖空调器”介绍的是一种直接加热制冷介质的太阳能辅助制冷方式，在储能箱中采用储能介质换热，增加了换热热阻，不利于太阳能热量的传输，其次，这种结构布置方式不利于太阳能利用与建筑一体化集成，妨碍建筑美观。

针对目前有关太阳能制冷技术热转换效率不高、能量交换次数比较多，设备复杂且造价高昂的缺陷，本设计方案提出了相应的解决办法.

1、使用热管技术、CPC集热技术将太阳集热装置与吸收制冷的发生器装置集成一体化，这样提高了太阳能热能转换效率，同时降低了系统设备的成本。

2、采用一体化压缩机辅助能源系统，为了克服太阳能制冷的不稳定性，系统采用了吸收式制冷与压缩式制冷高度集成一体化，进一步提高了能源转换效率，同时降低了系统设备的成本。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有太阳能空调技术不能实用化、经济化的缺陷。

本实用新型设计了包括由太阳能直接发生器1、冷凝器3、热交换器4、节流阀5、蒸发器6、吸收器7、溶液泵8、溶液热交换器9、压缩机10、气液分离器11、热水器热交换装置12、阀门及自动控制装置构成的复合能源装置；其特征在于：所述的太阳能直接发生器1是集热器与发生器集成一体化装置；以压缩机作为辅助动力系统，太阳能直接发生器1、气液分离器11、自动阀2相连接，冷凝器3与储液器3^·相连接，节流阀5与蒸发器6相连接。

本实用新型设计了太阳能直接发生器1，其特征是所述的太阳能直接发生器1是由太阳能集热器与吸收式发生器合二为一的一个集成化装置。

更进一步，太阳能直接发生器1至少可是下列一种构件：A、紧凑式太阳能直接发生器，所述的紧凑式太阳能直接发生器由热管真空管16、发生器容器14、气液分离器15、管道、阀门及自动控制装置构成；B、热管平板式太阳能直接发发生器，所述的热管平板式太阳能直接发生器由平板式热管17、平板18、发生器容器14、气液分离器15、管道、阀门及自动控制装置构成；C、分离式热管太阳能直接发生器，所述的分离式热管太阳能直接发生器由蒸汽上升管19、冷凝段20、发生器容器14、气液分离器15、蒸发段21、液体下降管22、阀门及自动控制装置构成；D、CPC太阳能直接发生器，所述的CPC太阳能直接发生器由槽式CPC太阳能集热器23、发生器容器14、气液分离器15、管道、阀门及自动控制装置构成。

更进一步，所述的集成化太阳能空调冷热复合能源装置，其特征是所述的压缩机至少可为下列一种压缩机：A、数码蜗旋压缩机；B、氨压缩机；C、CO₂压缩机。

更进一步，所述的集成化太阳能空调冷热复合能源装置，其特征是所述的该装置制冷工质对有如下特征：制冷剂的沸点在+100℃～-130℃之间。

本实用新型设计了太阳能直接发生器，并以压缩机做为辅助动力系统，保证了在太阳能不足时或完全没有时制冷的稳定性与连续性。本实用新型可以分为几种模式运行：(1)、吸收式制冷运行模式；(2)电压缩式制冷运行模式；(3)、吸收-压缩复合运行模式；(4)、间歇制冰模式；(5)、热水器运行模式。

(1)、吸收式制冷运行模式，当太阳能充足时，制冷工质对溶液在太阳能直接发生器1中受热蒸发，产生的制冷剂蒸汽进入气液分离器11，经冷凝器3冷却后，变为液态制冷剂，液态制冷剂在蒸发器6中蒸发制冷，产生制冷效果；然后被吸收器7中的稀溶液吸收，溶液转换为浓溶液，浓溶液在溶液泵8的加压作用下，经溶液热交换器9换热后再次被充入太阳能直接发生器1内重新受热蒸发，产生制冷剂蒸汽；此时完成一个制冷循环。

(2)压缩式制冷运行模式，当太阳能完全没有或在晚上时，按电压缩式制冷运行模式，从蒸发器6中出来的制冷剂蒸汽在压缩机10的动力作用下，转化为高温高压的制冷剂蒸汽，在冷凝器3中降温降压后，经过节流阀节流降压后进入蒸发器6中，液态制冷剂在在蒸发器6中蒸发制冷产生制冷效果，此时完成一个制冷循环.

(3)、吸收-压缩复合运行模式，当太阳能不足时，采用压缩式与吸收式相互补充的运行方式运行，在这一模式的运行过程当中，与(1)、(2)运行模式相比较，产生高温高压的制冷剂蒸汽由太阳能直接发生器1和压缩机10共同承担：

当太阳能不充足时，从蒸发器6出来的制冷剂蒸汽经阀F1分两路运行，一路制冷剂蒸汽被压缩机10吸入后，经压缩机压缩后，进入冷凝器3，经冷凝器降温降压后，制冷剂蒸汽转化为液态，液态制冷剂进入到蒸发器6中，再次蒸发制冷；这一运行流程是按照压缩式制冷循环流程运行；当太阳能完全不足或晚上时候，空调制冷负荷可以完全由压缩式制冷循环流程这一环路承担；

另一路制冷剂蒸汽经阀门F2、被吸收器7中的稀溶液吸收，变成为含有高浓度制冷剂的浓溶液，所述的含有高浓度制冷剂的浓溶液在溶液泵8的加压作用下，经溶液热交换器9将溶液泵入太阳能直接发生器1中，制冷工质对溶液受热后产生制冷剂蒸汽，经气液分离器11、自动阀2、进入冷凝器3，在冷凝器3中降温降压冷凝后、再次进入蒸发器6，制冷剂在蒸发器6中吸热蒸发，产生制冷效果，至此，完成一个吸收式制冷循环。上述两路循环其特征是：依据太阳能能量情况，在自动控制装置下进行切换与互补，压缩式制冷循环与吸收式制冷循环可以互为补充，或互为单独运行。

(4)、间歇制冰模式，在白天，太阳能直接发生器吸收太阳光热后，制冷工质对受热产生制冷剂蒸汽，经气液分离器11、自动阀2、进入冷凝器3降温降压冷凝，制冷剂液体进入冷凝器中的储液器3^·储存；在夜间，在自动控制装置作用下，使用者从白天模式转换到夜间模式，此时太阳能直接发生器作为吸收器使用，利用热虹吸效应来冷却吸收器中的溶液，制冷剂在蒸发器6中蒸发制冷，利用产生的冷量来制冰，产生的制冷剂蒸汽经阀门F13进入太阳能直接发生器1(此时当吸收器使用)中重新被稀溶液吸收，此时，制冷剂完成一个制冷循环；这一模式的运行是间歇制冰模式。

(5)、热水器运行模式，其特征是所述的该装置在不需要进行制冷的季节，可以启动热水器热交换装置12将制冷模式转换为太阳能热水器模式，此时，太阳能直接发生器相当于太阳能热水器的功能。

在本实用新型设计了太阳能直接发生器，所述的发生器是由太阳能集热器与发生器合二为一的一个构件，按照集热器的类型不同，可以分为一下几种太阳能直接发生器：1、紧凑式太阳能直接发生器，所述的发生器由热管真空管和发生器容器构成；2、热管平板式太阳能直接发器，所述的发生器由热管式平板集热器和发生器容器构成；3、分离式热管太阳能直接发生器，所述的发生器由分离式热管和发生器容器构成；4、CPC太阳能直接发生器，所述的发生器由CPC太阳能集热器和发生器容器构成，CPC太阳能集热器聚焦太阳辐射能来给发生器提供热量。

在本实用新型中使用了热管技术，热管是一种传热能力很强的元件，热管真空管是一种在真空集热管内无水而代之以金属热管传递太阳热能的构件。

在本实用新型中，制冷工质对的使用也至关重要，有时候为了特定机组的性能，需要要定制或研制合适的制冷工质对，制冷剂一般应具备如下的一些性质，如冷凝压力不要过高、蒸发压力不要过低；蒸发潜热大，以减少制冷剂的流量；比容小，热力系数、传热系数高；各相状态下粘度低、无毒无刺激，不爆炸且容易获得，价格便宜.虽然吸收剂的种类很多，但作为吸收剂应该具有一定性质，以便使得制冷装置在经济上易于制造，效率高而又能安全运行，在本实用新型的设计中，优选下列制冷工质对：A、氨-水；B、CO₂-丙酮；

C、NH₃-LiNO₃；D、NH₃-NaSCN；E、水-溴化锂。

在本实用新型中，压缩机的性能也至关重要，可优选下列制冷压缩机：A、变频压缩机，B、数码蜗旋压缩机；更进一步优选专用氨压缩机、CO₂压缩机、变频氨压缩机、变频CO₂压缩机。

本实用新型装置提高了太阳能转换效率，同时降低了系统设备的成本。

附图说明

图1，简化模式运行(一)；

图2，简化模式运行(二)；

图3，发生-吸收回热模式(一)；

图4，发生-吸收回热模式(二)；

图5，紧凑式太阳能直接发生器；

图6，热管平板式太阳能直接发生器；

图7，分离式热管太阳能直接发生器；

图8，CPC集热太阳能直接发生器；

图中，太阳能直接发生器1；自动阀2；冷凝器3；储液器3^·；热交换器4；节流阀5；蒸发器6；吸收器7；溶液泵8；溶液热交换器9；压缩机10；气液分离器11；热水器热交换装置12；回热换热器装置13；发生器容器14；气液分离器15；热管真空管16；平板式热管真空管17；集热平板18；蒸汽上升管19；冷凝段20；蒸发段21；液体下降管22；CPC集热器23；F1～F13为阀门。

具体实施方式

下面通过具体的实施例结合附图对本本实用新型进行更详细的描述。

实施例1

如图1所式，该图为简化模式运行(一)。

如图1所式，当太阳能充足时，完全按吸收式制冷循环流程运行，此时，压缩机处于待工状态；制冷工质对溶液在太阳能直接发生器1内受热，制冷剂蒸发，产生制冷剂蒸汽，经气液分离器11、自动阀2，在冷凝器3中降温降压冷凝后，经热交换器4、节流阀5进入蒸发器6，液态制冷剂在蒸发器中吸热气化，产生制冷效果；低压制冷剂蒸汽经阀F1、F2被来自吸收器7中的高浓度吸收剂溶液吸收；变为含有高浓度制冷剂的浓溶液，所述的浓溶液经溶液泵8加压后，在溶液热交换器9中进行热交换后，制冷工质对溶液重新进入太阳能直接发生器1中，再次蒸发受热，产生制冷剂蒸汽，此时，完成一个吸收式制冷循环。

当太阳能不足时，按吸收-压缩复合能源系统模式运行，当完全没有太阳能时，按蒸汽压缩式制冷运行，这样，保证了太阳能制冷系统运行的连续性，运行流程如下：

当太阳能不充足时，自动控制装置打开阀门F8，从蒸发器6出来的制冷剂蒸汽经阀F1分两路运行，一路制冷剂蒸汽经过阀门F8、热交换器4、被压缩机10吸入后，经压缩机压缩后，经过单向阀2°进入冷凝器3，经冷凝器降温降压后，制冷剂蒸汽转化为液态，液态制冷剂在热交换器4中换热后，进入到蒸发器6中，再次蒸发制冷；这一运行流程是按照压缩式制冷循环流程运行；当太阳能完全不足或晚上时候，空调制冷负荷可以完全由压缩式制冷循环流程这一环路承担；

另一路制冷剂蒸汽经阀门F2、被吸收器7中的含有高浓度吸收剂的溶液吸收，变成为含有高浓度制冷剂的浓溶液，所述的含有高浓度制冷剂的浓溶液在溶液泵8的加压作用下，经溶液热交换器9将溶液泵入太阳能直接发生器1中，制冷工质对溶液受热后产生制冷剂蒸汽，经气液分离器11、自动阀2、进入冷凝器3，在冷凝器3中降温降压冷凝、经过热交换器4、再次进入蒸发器6，制冷剂在蒸发器中吸热蒸发，产生制冷效果，至此，完成一个吸收式制冷循环。上述两路循环其特征是：依据太阳能能量情况，在自动控制装置下进行切换，压缩式制冷循环与吸收式制冷循环可以互为补充，或互为单独运行。

实施例2

如图2所式，该图为简化模式运行(二)。

如图2所式，该运行模式和图1所示运行模式基本相同，但不同之处在于图2所式的运行流程增加了一个在太阳能直接发生器中的一个回热换热器装置13，具体运行流程如下：

当太阳能不充足时，自动控制装置打开阀门F8，从蒸发器6出来的制冷剂蒸汽经阀F1分两路运行，一路制冷剂蒸汽经过阀门F8、被压缩机10吸入后，经压缩机压缩后，经阀门F9，高温高压制冷剂蒸汽进入回热换热器装置13，在太阳能直接发生器中进行热交换，交换后的制冷剂蒸汽经过单向阀2°进入冷凝器3，经冷凝器降温降压后，制冷剂蒸汽转化为液态，进入到蒸发器6中，再次蒸发制冷；这一运行流程是按照压缩式制冷循环流程运行；当太阳能完全不足或晚上时候，空调制冷负荷可以完全由压缩式制冷循环流程这一环路承担；

另一路制冷剂蒸汽经阀门F2、被吸收器7中的含有高浓度吸收剂的溶液吸收，变成为含有高浓度制冷剂的浓溶液，所述的含有高浓度制冷剂的浓溶液在溶液泵8的加压作用下，经溶液热交换器9将溶液泵入太阳能直接发生器1中，制冷工质对在所述的发生器中与回热换热器装置13进行热交换，制冷工质对溶液受热后产生制冷剂蒸汽，经气液分离器11、自动阀2、进入冷凝器3，在冷凝器3中降温降压冷凝、再次进入蒸发器6，制冷剂在蒸发器中吸热蒸发，产生制冷效果，至此，完成一个吸收式制冷循环。上述两路循环其特征是：依据太阳能能量情况，在自动控制装置下进行切换，压缩式制冷循环与吸收式制冷循环可以互为补充，或互为单独运行。

实施例3

如图3所式，发生-吸收回热模式(一)。

如图3所式，该运行模式和图2所示运行模式基本相同，但不同之处在于图3所式的运行流程增加了一个在吸收器中的一个回热换热器装置13‘，从压缩机出来的高温高压制冷剂蒸汽在太阳能直接发生器1中的回热换热器装置13内参与热交换后，再次折回到吸收器中的回热换热器装置13‘参与热交换，制冷剂蒸汽才再进入冷凝器3降温降压冷凝。其余运行流程可与实施例2相同，其具体运行流程模式可参照实施例2。

实施例4

如图4所式，发生-吸收回热模式(二)。

如图4所式，该运行模式和图1所示运行模式基本相同，但不同之处在于图4所式的运行流程图在太阳能直接发生器中增加了一个回热换热器装置13，在吸收器中增加了一个回热换热器装置13^·；压缩机出来的高温高压制冷剂蒸汽在太阳能直接发生器1中的回热换热器装置13内参与热交换后，再次折回到吸收器中的回热换热器装置13‘参与热交换，制冷剂蒸汽才再进入冷凝器3降温降压冷凝。其余运行流程与实施例1相同，其具体运行流程模式可参照实施例1。

实施例5

如图1所式，该图为简化模式运行(一)。

根据如图1所式，在自动控制装置作用下，进入太阳能间歇式制冰模式，关闭阀门F2、F8、F4、F5、F6、F7，溶液热交换器、热交换器、吸收器、压缩机、回热换热器均处于待工状态，所述的该装置按间歇式制冰模式运行制冰。具体运行流程如下：

白天模式：在白天，太阳能直接发生器吸收太阳光热后，制冷工质对受热产生制冷剂蒸汽，经气液分离器11、自动阀2、进入冷凝器3降温降压冷凝，制冷剂液体进入冷凝器中的储液器3^·储存；在夜间，在自动控制装置作用下，使用者从白天模式转换到夜间模式，太阳能直接发生器作为吸收器使用，利用热虹吸效应来冷却吸收器中的溶液，制冷剂在蒸发器6中蒸发制冷，利用产生的冷量来制冰，产生的制冷剂蒸汽经阀门F13进入太阳能直接发生器(此时当吸收器使用)中重新被稀溶液吸收，此时，制冷剂完成一个制冷循环。

上述几种模式的运行不能理解为对本实用新型思想方案的限制，凡是通过具体设备的增减与运行模式的切换，均认为是本实用新型的方案思想。

Claims (5)

1.一种集成化太阳能空调冷热复合能源装置，包括由太阳能直接发生器(1)、冷凝器(3)、热交换器(4)、节流阀(5)、蒸发器(6)、吸收器(7)、溶液泵(8)、溶液热交换器(9)、压缩机(10)、气液分离器(11)、热水器热交换装置(12)、阀门及自动控制装置构成的复合能源装置；其特征在于：所述的太阳能直接发生器(1)是集热器与发生器集成一体化装置；以压缩机作为辅助动力系统，太阳能直接发生器(1)、气液分离器(11)、自动阀(2)相连接，冷凝器(3)与储液器(3)相连接，节流阀(5)与蒸发器(6)相连接。

2.根据权利要求1所述的集成化太阳能空调冷热复合能源装置，其特征是所述的太阳能直接发生器是由太阳能集热器与吸收式发生器合二为一的一个集成化装置。

3.根据权利要求1所述的集成化太阳能空调冷热复合能源装置，其特征是所述的太阳能直接发生器至少可是下列一种构件：A、紧凑式太阳能直接发生器，所述的紧凑式太阳能直接发生器由热管真空管(16)、发生器容器(14)、气液分离器(15)、管道、阀门及自动控制装置构成；B、热管平板式太阳能直接发发生器，所述的热管平板式太阳能直接发生器由平板式热管(17)、平板(18)、发生器容器(14)、气液分离器(15)、管道、阀门及自动控制装置构成；C、分离式热管太阳能直接发生器，所述的分离式热管太阳能直接发生器由蒸汽上升管(19)、冷凝段(20)、发生器容器(14)、气液分离器(15)、蒸发段(21)、液体下降管(22)、阀门及自动控制装置构成；D、CPC太阳能直接发生器，所述的CPC太阳能直接发生器由槽式CPC太阳能集热器(23)、发生器容器(14)、气液分离器(15)、管道、阀门及自动控制装置构成。

4.根据权利要求1所述的集成化太阳能空调冷热复合能源装置，其特征是所述的压缩机至少可为下列一种压缩机：A、数码蜗旋压缩机；B、氨压缩机；C、CO₂压缩机。

5.根据权利要求1所述的集成化太阳能空调冷热复合能源装置，其特征是所述的该装置制冷工质对有如下特征：制冷剂的沸点在+100℃-130℃之间。

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