CN203758076U

CN203758076U - 一种高效太阳能吸附制冷系统

Info

Publication number: CN203758076U
Application number: CN201420016191.6U
Authority: CN
Inventors: 季旭; 冷从斌; 李明; 余琼粉; 张华�; 谭礼军
Original assignee: Yunnan Normal University
Current assignee: Yunnan Normal University
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2024-01-13

Abstract

本实用新型设计的一种高效太阳能吸附制冷系统主要由太阳能集热吸附床、压力表、单向真空阀、冷凝器、蒸发器、节流阀及必要的管道等组成。本实用新型设计的双通道单向循环系统在多云天气即可实现制冷，克服了单通道吸附式制冷循环周期长，而且只在晚上制冷的缺点。所设计的三棱柱翅片套管式吸附腔体，能有效减少入射光的反射，增加太阳能的利用率，而且腔体的受光面积大，管内温度均匀，制冷剂解吸更快更完全，避免了吸附床内局部温度过高导致的制冷剂分解和局部温度低解吸不完全的缺点，延长系统使用寿命的同时提高了系统的能效比（COP），达到高效利用太阳能进行制冷的目的。

Description

一种高效太阳能吸附制冷系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能制冷系统，特别是一种高效太阳能吸附制冷系统，属于太阳能热利用领域。

背景技术

目前，我国建筑能耗约占全社会总能耗的1/3，其中最主要的是采暖和制冷。尤其是在夏季，巨大的制冷需求常常消耗大量常规能源，甚至导致用电高峰期的电力紧张。太阳能是一种清洁的、总量接近无限的能源。在中国，三分之二以上的国土面积年太阳辐射总量超过6000MJ/m²，年日照时间大于2200小时；且对制冷需求最大的夏季通常也是太阳辐射最强的季节，太阳辐射资源和制冷用能需求具有良好的季节匹配性。

太阳能吸附式制冷利用吸附剂对制冷工质的吸附/解吸作用实现制冷循环。当吸附床未有热源供给（无太阳照射）时温度较低，吸附剂将制冷工质从蒸发器中吸附，实现蒸发制冷；当太阳照射加热吸附床时，制冷工质从吸附剂中解吸；解吸出来的制冷工质蒸汽在冷凝器中冷凝为液体，之后存储在蒸发器中。如此反复来完成循环制冷过程。吸附式制冷采用环境友好型制冷剂，对热源输入温度要求不高，可以利用太阳能等低品位能源作为驱动能源。

吸附集热床的结构形式和制冷工质的循环方式通常影响着吸附制冷系统解吸温度的高低、吸附剂的传热和传质速率以及吸附阶段的显热和吸附热的散失速率等，而这些对吸附式制冷系统效率来说都有非常大的影响。所以在设计吸附式制冷系统时，吸附床的结构和制冷工质循环方式显得尤为重要。

经文献检索，中国发明专利“太阳能吸附式制冷保鲜库”（公开号：CN 1971184A）公开了一种用于保鲜库的太阳能吸附制冷的系统，该系统采用分层箱，进行了二次换热，增加了热损失，降低了太阳能的利用率。中国实用新型专利“一种翅片管式太阳能吸附制冷系统”（公开号：CN 202209810 U）公开的太阳能吸附制冷系统采用单通道循环系统，解吸和吸附制冷两阶段被完全分开，制冷只能在晚上进行，与冷量需求不匹配；且圆柱形翅片管向阳面温度过高，会导致制冷剂分解，降低系统的使用寿命；背阴面又因温度不够，解吸不完全，制冷剂得不到充分利用。针对以上问题，本发明设计了高效太阳能双通道单向循环吸附制冷系统。

发明内容

本发明设计了双通道单向循环吸附制冷系统，有效提高了太阳能吸附制冷系统的制冷效率和制冷量，达到高效利用太阳能进行制冷的目的。该双通道单向循环吸附制冷系统，主要由太阳能集热吸附床（2）、压力表（3）、单向真空阀（4）、冷凝器（5）、保温箱（6）、蒸发器（7）、节流阀（9）和管道（1）及支架组成。

本发明在多云天气状况下，太阳辐射减弱导致吸附床温度降低时即可进行吸附产生制冷，克服了单通道吸附式制冷循环周期长，解吸与吸附过程分界明显，只能晚上制冷的缺点。本发明设计的三棱柱翅片套管式集热腔体（2-3），可有效减少入射光的反射，提高太阳能的利用率，而且腔体（2-3）的受光面积大，管内温度均匀，制冷剂解吸更快更完全，避免了集热吸附床内局部温度过高导致的制冷剂分解或局部温度低解吸不完全的缺点，提高了系统整体的能效比（COP）。

双通道单向循环吸附制冷系统：太阳能集热吸附床（2）上下各有一个开口，上部是制冷剂蒸汽出口——解吸口（2-5），下部是制冷剂吸附入口——吸附口（2-6）。解吸口（2-5）通过管道（1）与真空压力表（3）一端连接，压力表（3）另一端连接单向真空阀（4），单向真空阀（4）导通方向为从吸附床到冷凝器（5），真空阀的另一端与冷凝器入口（5-3）连接，冷凝器出口（5-6）接蒸发器入口（7-1），蒸发器出口（7-2）与吸附床的制冷剂吸附口（2-6）相接，其间连有节流阀-Ⅰ（9）和节流阀-Ⅱ（9），节流阀-Ⅱ与制冷剂添加口（8）相接。

从集热吸附床（2）解吸后的制冷剂蒸汽在冷凝器（5）内冷凝后，流到蒸发器（7）内存储，其间的单向真空阀（4）只允许制冷剂从吸附床流向蒸发器（7）。同时也使制冷剂得到及时冷凝并存储，避免了吸附床温度变化引起压力变小而导致吸附床（2）反向吸附制冷剂。这样，吸附床（2）解吸的制冷剂蒸汽得到及时冷凝，吸附床内的蒸汽压降低，有利于制冷剂的解吸，从而提高太阳能的利用率。当太阳因云层遮挡或是晚上未有太阳时，吸附床（2）温度降低，蒸发器（7）内存储的制冷剂即被吸附床吸附，产生制冷，其间的节流阀（9）可调节吸附床的吸附速率，保证系统运行稳定。真空压力表（3）可以查看系统内的真空度和压力，可方便观察系统的运行情况。

太阳能集热吸附床（2）为长方体结构，其下表面和四周填充保温绝热材料（2-1）保温，上表面是双层玻璃盖板（2-2），双层盖板可减少散热。中间是并列排布的三棱柱翅片套管式集热腔体（2-3），腔体（2-3）粘接于保温层（2-1）上，腔体（2-3）两端焊接集气管（2-4），集气管（2-4）两端封住，并分别与解吸口（2-5）及吸附口（2-6）相通。腔体（2-3）中装填吸附剂（2-3-3），如活性炭、硅胶等，中心空腔为制冷剂蒸汽通道（2-3-5），腔体（2-3）两腰的表面镀有太阳能吸收涂层。集热吸附床（2）的集热腔体（2-3）为三棱柱翅片套管，横截面为两相互倒置的相似三角形，顶角（2-3-4）介于60°~120°之间，由导热性好的金属及其合金制成，如铝、铝合金、铜等。

冷凝器（5）由径向翅片铜管（5-5）和横管（5-4）焊接而成，其进出口分别位于上下两横管（5-4）的左右两端以保证制冷剂蒸汽的充分冷却；蒸发器（7）是底板呈波浪形（倒V形）的金属及其合金制成的长方形容器，整体置于长方体保温箱（6）内。

附图说明：

图1：高效太阳能吸附制冷系统示意图；

图2：太阳能集热吸附床（a-主视图，b-左视图，c-俯视图，d-剖面图）

图3：冷凝器（a-主视图，b-左视图，c-俯视图，d-安装效果图）

图4：蒸发器（a-主视图，b-左视图，c-俯视图）

图5：三棱柱翅片套管式集热腔体（a-三维效果图，b-腔体横截面）

图1中：1-管道，2-太阳能集热吸附床，3-压力表，4-单向真空阀，5-冷凝器，6-保温箱，7-蒸发器， 8-制冷剂添加口/抽真空孔，9-节流阀；

图2中：2-1-保温层，2-2-双层玻璃盖板，2-3-吸附腔体，2-4-集气管，2-5-解吸口，2-6-吸附口；

图3中：5-1-排水口，5-2-水箱，5-3-冷凝器入口，5-4-横管，5-5-翅片铜管，5-6-冷凝器出口；

图4中：7-蒸发器，7-1-制冷剂入口，7-2-制冷剂出口；

图5中：2-3-1腔体外壳，2-3-2-腔体腰面，2-3-3吸附剂，2-3-4-腔体顶角，2-3-5-制冷剂蒸汽通道，2-3-6-腔体开口

具体实施方式：

本发明采用太阳能提供能源，集热吸附床中的三棱柱翅片套管式集热腔体（2-3）（以下简称腔体（2-3））吸收太阳能并转化为热能，进而传递给吸附剂（2-3-3），吸附剂（2-3-3）受热后解吸出吸附的制冷剂，制冷剂蒸汽在冷凝器（5）中冷凝为液体存储于蒸发器（7）中，当吸附床降温后，压力降低，制冷剂在蒸发器（7）中蒸发并被吸附床重新吸附，从而产生制冷。该双通道单向循环吸附制冷系统的设计如下：

太阳能集热吸附床（2）的设计制作：吸附床类似于太阳能平板集热器，首先焊接长方体金属边框，接着安装底板和侧板（可以是金属板也可使用有机材料），之后于四周边框及底部制作4~8cm厚的绝热保温层（2-1），如采用聚氨酯发泡制得。再粘接腔体（2-3）并焊接集气管（2-4），最后盖上双层玻璃盖板（2-2），两层玻璃间距4mm~10mm。吸附腔体（2-3）采用导热性能好的金属或合金（如铝、铝合金、铜等）通过模具一体化拉制而成，并在两腰面镀上太阳能吸收涂层。腔体（2-3）中填充吸附剂（2-3-3），为防止吸附剂（2-3-3）进入制冷剂蒸汽通道（2-3-5），在腔体开口（2-3-6）处用金属丝网隔开。腔体（2-3）两端焊接封住，制冷剂蒸汽通道（2-3-5）两端通过金属管道（1）与集气管（2-4）焊接，并与集气管（2-4）相通，集气管（2-4）两端封住，中部焊接解吸口（2-5），腔体（2-3）另一端的集气管（2-4）中部焊接吸附口（2-6）。腔体（2-3）间紧挨着并列排布，数量根据制冷量和设计的吸附床大小确定。

腔体（2-3）的横截面为等腰三角形，顶角（2-3-4）在60°~120°之间，外三角形高7~15cm之间，内外两三角形的面积比在1:9~3:7之间，为能充分利用太阳能，高纬度地区顶角（2-3-4）相对大些，低纬度地区相对小些。

冷凝器（5）：如图3所示，径向翅片铜管（5-5）平行放置，两端焊接于横管（5-4）上，横管（5-4）一端封住，上横管（5-4）的左端焊接冷凝器入口（5-3），下横管（5-4）右端焊接冷凝器出口（5-6），整体置于水箱（5-2）中。焊接安装时，横管（5-4）与水平面呈5°~10°夹角，有利于制冷剂的流动和冷凝，水箱（5-2）底部焊接排水口（5-1）。横管（5-4）为铜管，水箱（5-2）可以是金属及其合金制作，也可以选用其他耐腐蚀的材料制作。

蒸发器（7）：如图4所示，采用导热性能好，与制冷剂相容的金属及其合金制作。底面是平板弯折而成锯齿状（倒V形），弯折顶角为30°~60°夹角，弯折高度为蒸发器（7）高的40%~70%之间，四周及其顶部与底部弯折边沿焊接成长方体形状的容器，顶部的两侧分别焊接有制冷剂进、出口（7-1,7-2），进、出口连线与折痕垂直。为防止抽真空时变形，可根据材料及大小在蒸发器（7）内部添加支柱支撑。

制冷系统的组装及运行：如图1所示，首先固定好吸附床，依次通过管道（1）连接真空压力表（3）、单向真空阀（4）、冷凝器（5）、蒸发器（7）、节流阀（9）等，图中省略了必要的支架及连接器件。制作、安装过程中应保证焊接和连接的密封性，且所有裸露于空气中的管道（1）表面均包覆保温层（2-1），特别是制冷剂由蒸发器蒸发并吸附到吸附床的部分。制冷系统组装好后从抽真空口（8）抽真空，抽真空应多次进行，直到真空度符合制冷工质对的要求，并能够长时间维持该真空度为止。真空度因吸附制冷工质对的不同而不同，抽真空后再从制冷剂添加口（8）添加制冷剂，如甲醇、氨等，并在冷凝器（5）的水箱（5-2）内充入冷却水。关闭节流阀-Ⅰ（9），调节节流阀-Ⅱ（9），使吸附床的吸附速度适中，并置于太阳光无遮挡处，制冷系统即可正常运行。

Claims

1.一种高效太阳能吸附制冷系统，其特征是该系统主要由太阳能集热吸附床（2）、压力表（3）、单向真空阀（4）、冷凝器（5）、保温箱（6）、蒸发器（7）、节流阀（9）和管道（1）组成；且太阳能集热吸附床（2）的解吸口（2-5）通过管道（1）与真空压力表（3）一端连接，压力表（3）另一端连接单向真空阀（4），单向真空阀（4）导通方向为从吸附床到冷凝器（5），真空阀的另一端与冷凝器入口（5-3）连接，冷凝器出口（5-6）接蒸发器入口（7-1），蒸发器出口（7-2）与吸附床的制冷剂吸附口（2-6）相接，其间连有节流阀-Ⅰ（9）和节流阀-Ⅱ（9），节流阀-Ⅱ与制冷剂添加口（8）相接构成的双通道单向循环吸附环制冷系统。

2.根据权利要求1所述的一种高效太阳能吸附制冷系统，其特征是：太阳能集热吸附床（2）的集热腔体（2-3）为三棱柱翅片套管，其横截面为两倒置的相似三角形。

3. 根据权利要求1所述的一种高效太阳能吸附制冷系统，其特征是：蒸发器（7）底面呈锯齿状。