CN204421422U - 一种基于太阳能碟式聚光的吸附式冷热电联产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种基于太阳能碟式聚光的吸附式冷热电联产系统，包括太阳能碟式聚光连续吸附制冷系统和蒸汽涡轮发电系统，其特征是采用太阳能碟式聚光系统收集太阳能，采用制冷机实现制冷；由太阳能碟式聚光镜、球形旋转腔体接收器、贮热油箱、吸附制冷机、油泵和换热器构成的制冷系统，以导热油为传热介质，各部件通过循环管道连接；蒸汽涡轮发电机组、贮热水箱和连接管道构成的发电系统，以水为传热介质，各部件通过循环管道连接；贮热水箱的热水对外输出，最终实现热电联供；制冷机的两个吸附床交替受热/降温，解吸/吸附制冷剂，通过冷凝器冷凝，最终储存于蒸发器中，然后另一床由于降温而吸附蒸发器内的制冷剂，实现制冷。

Description

一种基于太阳能碟式聚光的吸附式冷热电联产系统

技术领域

 本实用新型涉及一种太阳能热利用系统，特别涉及一种基于太阳能碟式聚光冷热电联产吸附式制冷系统，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

随着化石能源的大量开采，油价煤价不断上涨，充分利用太阳能显然具有可持续发展和节能减排的双重伟大意义。太阳能技术的大力推广在很大程度上缓解了能源问题。综合近年来国内外碟式太阳能发电技术,碟式/Stirling太阳能发电系统最高热电转换率可达29.4%，输出效率26%左右。具有操作灵活、清洁、高效等诸多优点。

吸附式制冷在原理上和技术上都已经较为成熟，但在应用太阳能作为能源供应的时候，大多都是直接采用吸附床与集热器作为一体的技术，这就不可避免的只能实现间歇制冷。对于采用平板集热器收集太阳能，再通过热水加热吸附床的系统，由于集热器在85℃以上时集热效率不高，这就会造成整个系统的制冷性能较差。对于采用真空管集热器收集太阳能的再用于驱动吸附式制冷的系统，国内外学者对此做了大量的研究和试验，结果不算太理想，主要原因还是集热器收集的热水温度不够高，一般都低于100℃，使得吸附床的解吸量太少,导致吸附式制冷效率不高。

普遍来说，普通的间歇式吸附制冷机制冷效率约0.39，连续式吸附制冷机制冷效率一般可以大于1.3。连续式吸附制冷机可以实现连续制冷，相比间歇式吸附制冷技术，更有实用的前景和技术优势。

太阳能碟式聚光系统可以对太阳光进行有效聚光，并通过高效的聚光吸收集热器接收太阳辐射，最终可以稳定获得550℃以上的高温工质。目前碟式聚光系统已经在美国，澳大利亚，西班牙等发达国家投入工业应用，具有良好的性价比和系统稳定性。

综上分析，采用一种能稳定获得550℃以上的太阳能碟式聚光集热器，配合连续式吸附制冷机和发电机，将会获得较高的系统制冷效率和稳定的系统制冷性能以及稳定的系统发电功率。基于太阳能碟式聚光冷热电联产吸附式制冷系统，在实现高效率制冷和稳定连续运行的同时，还对外输出一定温度的热水和电量，对于太阳能吸附式制冷产品的商业化具有重要意义。

发明内容

本实用新型目的在于克服现有的太阳能吸附式制冷系统的缺陷，提供一种基于太阳能碟式聚光的吸附式冷热电联产系统，利用碟式聚光系统收集热量，驱动吸附式制冷机和发电机，在实现制冷的过程中对外输出热水和电能。本实用新型保证了常规天气下系统制冷性能的高效和稳定，克服了太阳能制冷技术的间歇式制冷的现象，同时还能输出热水和电能，提高了整个系统的运行效率和能量利用效率，更好的实现了能量的最大化利用和转换。

本实用新型通过以下技术方案完成：一种基于太阳能碟式聚光的吸附式冷热电联产系统，包括太阳能碟式聚光集热连续吸附制冷系统、贮热系统及蒸汽涡轮机发电系统，其特征是采用太阳能碟式聚光系统收集太阳能，采用贮热油箱和贮热水箱储存热量，采用连续式吸附制冷机实现制冷，采用蒸汽涡轮机实现热电联产；由太阳能碟式旋转抛物面反射镜、球形旋转腔体接收器、跟踪转动装置、机组支架和连接管道构成的集热系统，以导热油和水为传热介质，通过油泵和水泵传输到贮热油箱和水箱，各部件通过循环管道连接；由贮热油箱、油泵、换热器、循环管道构成的换热加热系统，通过油泵将导热油送入连续式吸附制冷机；连续式吸附制冷机的两个吸附床交替受热/降温，解吸/吸附制冷剂，并通过冷凝器冷凝，最终储存于蒸发器中，然后另一床由于降温而吸附蒸发器内的制冷剂，实现制冷。在进入冷凝器和进入蒸发器的管道间连接一个小型电泵，以便加速吸附床解吸；而在蒸汽涡轮发电系统中，经过蒸汽涡轮机吸热后的热水对外输出，最终可以实现热电联供。

上述的太阳能碟式聚光连续吸附式制冷系统由高精度旋转抛物面反射镜面、球形旋转腔体式接收器、油泵、吸附床、换热器和连接管道构成。通过碟式聚光镜面将太阳光汇聚到球形旋转腔体式接收器上，加热导热油，并通过油泵储存于贮热油箱内。

上述的太阳能蒸汽涡轮机发电系统由涡轮机、水泵、贮热水箱、换热器和连接管道组成。通过碟式聚光镜面将太阳光汇聚到球形旋转腔体式接收器上，加热水，加热后水变成水蒸气推动涡轮机转动发电，做功后水蒸气变成水，并通过水泵储存于贮热水箱内。

上述的换热加热系统，由水泵、循环管道、换热器构成。换热器内部设置为蛇形换热器，用于导热油管道和热水管道进行换热，有利于水管中热水的回热和热量的有效利用。

上述的连续式吸附制冷机由两个高效传热的翅片管式吸附床组成，并共用冷凝器和蒸发器，通过两个吸附床的交替加热解吸/降温吸附来实现制冷。

上述的翅片管式吸附床采用多管翅片管作为吸附床，翅片管内填充沸石分子筛-氨工质对。

相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：本实用新型通过使用太阳能完成制冷过程，使得室内制冷不再需要消耗大量能源、制冷过程不会产生氟氯烃物质。并且可以发电和稳定的热水。本实用新型适用于各种办公大楼中央空调的制冷、制热以及发电的联合应用。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1、采用碟聚光系统收集太阳能，能够获得比要求温度更高的热能供应；

2、球形旋转腔体式吸收集热器，与常用的真空管集热器相比，具有制作工艺简单，导热性能好，初始投资低，均匀吸收太阳辐射的优点；

3、以贮热油箱和贮热水箱为热能储备，配以连续式吸附制冷机有利于实现吸附式制冷系统稳定运行；

4、高效传热传质的铝合金吸附管，其管式结构更容易抗压和密封。

5、装置末端换热系统中水管和油管通过换热器换热，减少了能量的损失，油管对水管传热，使水管中的水进行了再热处理，有利于能量的利用，并且提高了制冷系统的COP。

6、与采用间歇制冷吸附制冷循环的太阳能吸附式制冷系统相比，本实用新型制冷系数高、连续制冷及可自动运行等特点。

7、制冷装置采用太阳能作为能源实现制冷，以满足室内供冷的要求，节约了能源，避免了环境污染。

附图说明：

    图1为本实用新型的一种总体连接结构示意图；

图2为本实用新型的吸附式制冷机工作原理图；

图3为本实用新型的蒸汽涡轮机发电系统工作原理图；

图4位本实用新型的吸附式制冷机内部结构图。

图中:1为碟式聚光镜面，2为球形旋转腔体接收器，3为油泵，4为贮热油箱，5为吸附式制冷机，6为换热器，7为换热水泵，8为蒸汽涡轮发电机，9为贮热水泵，10为贮热水箱，11为给水箱，12为发电机，13为蒸汽涡轮机，14、22为翅片管式吸附床，15、16、17、18、19为真空阀门，20为冷凝器，21为蒸发器，23、24为连接口，25为汇流导管，26为吸附管，27为热/冷油进口，28为热/冷油出口，29为小型电泵。

具体实施方式：

    系统主要组成部件如下：

本太阳能碟式聚光冷热电联产吸附式制冷系统由碟式聚光镜面1、球形旋转腔体接收器2、油泵3、贮热油箱4、吸附式制冷机5、换热器6 、换热水泵7、蒸汽涡轮发电机8、贮热水泵9、贮热水箱10、给水箱11组成，各系统子部件通过管道相连接，见图1。其中吸附式制冷机由翅片管式吸附床14、真空阀门15、真空阀门16、真空阀门17、真空阀门18、真空阀门19、翅片管式吸附床22、冷凝器20、蒸发器21 、小型电泵29组成，整个吸附式制冷机通过连接管道相连，如图2。蒸汽涡轮发电机系统由水泵9、贮热水箱10、蒸汽涡轮机13和发电机12组成，整个系统通过连接管道相连，如图3。翅片管式吸附床14和22的内部结构件图4，主要有连接口23、连接口24、汇流导管25、吸附管26、热/冷油进口27、热/冷油出口28构成。

     系统的连接运行过程如下：

   首先安装碟式聚光镜面1 及球形旋转腔体接收器2，一次环路为通过管道依次连接到贮热油箱4、油泵3、吸附式制冷机5及换热器6，最终返回球形旋转腔体接收器，二次环路为通过管道依次连接到蒸汽涡轮发电机组8、水泵9、贮热水箱10、给水箱11及换热器6，最终也返回球形旋转腔体接收器，两次环路共同构成太阳能碟式聚光集热贮热吸附式冷热电联产系统。一次环路中，贮热油箱依靠油泵3将热量从贮热油箱提取出来，通过热油进口27注入吸附式制冷机5 内的翅片管式吸附床14或者翅片管式吸附床22，吸附床吸收热量后的热油通过热油出口28向外输出，构成连续式吸附制冷的加热系统。吸附式制冷机5 通过吸收油的热量解吸制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽在冷凝器20内冷凝，最终贮存在蒸发器21内，在进入冷凝器和进入蒸发器的管道间连接一个小型电泵29，以便加速吸附床解吸，此时另一床吸附床对液体制冷剂开始吸附，实现蒸发制冷构成吸附制冷系统；最终实现制冷。二次环路中，水蒸气在蒸汽涡轮发电机组8中做功后，水泵9将热水送入贮热水箱10，热水通过换热器6与导热油换热后，由水泵7送入球形旋转腔体接收器2中加热，实现了蒸汽涡轮发电系统；最终实现了热电联供。

连续式吸附制冷运行过程如下：

制冷系统通过两个吸附床交替加热/冷却，并共用冷凝器和蒸发器来实现连续式制冷。具体过程：通过贮热器得来的热油先注入翅片管式吸附床14，同时翅片管式吸附床22通入冷却水。此时阀门16、阀门19打开，阀门15、阀门17、阀门18关闭，翅片管式吸附床14由于吸收热量而解吸出吸附质蒸汽，当蒸汽压力升至冷凝压力时，打开阀门17，并打开小型电泵29，制冷剂蒸汽被冷凝器20冷凝并贮存于蒸发器21内，而翅片管式吸附床14继续被加热。与此同时，翅片管式吸附床22由于冷却降温，吸附床内压力降低到蒸发压力时，打开阀门19，翅片管式吸附床22开始吸附蒸发器21内的液体制冷剂，实现蒸发制冷。在翅片管式吸附床14完全解吸和翅片管式吸附床22完全吸附后，上述过程逆转，从而完成循环。

蒸汽涡轮发电机组运行过程如下：

发电过程由蒸汽驱动发电机组工作，并通过水泵9、贮热水箱10和换热器6等实现连续发电过程。具体过程：通过水泵7将换热器6中再热过的热水通入腔体接收器2中经过碟式集热器加热变成水蒸汽，水蒸气驱动蒸汽涡轮机13转动，随即蒸汽涡轮机13带动发电机12发电，水蒸气驱动蒸汽涡轮机13后经水泵9送入贮热水箱10中，然后通过连接管道通入换热器6，从而完成循环。循环通过给水箱11进行补水。

Claims (5)

1.一种基于太阳能碟式聚光的吸附式冷热电联产系统，其特征是系统包括由太阳能碟式聚光镜、球形旋转腔体接收器、贮热油箱、吸附制冷机、油泵、换热器和连接管道构成的集热制冷系统，以导热油为传热介质，通过油泵把贮热油箱中的导热油送入连续式吸附制冷机，各部件通过循环管道连接和太阳能碟式聚光镜、球形旋转腔体接收器、蒸汽涡轮发电机组、贮热水箱、换热器和连接管道构成的蒸汽涡轮发电系统，以水为传热介质，通过贮热水泵把涡轮机中做功后的水送入贮热水箱，继而通过换热器由换热水泵送入球形旋转腔体接收器，各部件通过循环管道连接，贮热水箱中的热水对外输出，最终实现热电联供；其特征是采用太阳能碟式聚光系统收集太阳能，碟式聚光系统中球形旋转腔体接收器可以不停旋转均匀吸收太阳辐射并且可以追踪集热，采用贮热油箱和贮热水箱储存热量，贮热水箱对外提供热水，采用连续式吸附制冷机实现制冷，吸附制冷机中，在进入冷凝器和进入蒸发器的管道间连接的小型电泵的运行可以促使吸附床的解吸，提高制冷效率和制冷系统的COP。

2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能碟式聚光的吸附式冷热电联产系统，其特征是应用球形旋转腔体接收器收集太阳能，可以不停旋转均匀吸收太阳辐射并且可以追踪集热。

3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能碟式聚光的吸附式冷热电联产系统，其特征是直接利用导热油传热，通过油泵将设定温度的热油交替送入制冷机内的两个吸附床。

4.根据权利要求1所述的一种基于太阳能碟式聚光的吸附式冷热电联产系统，其特征是利用换热器对导热油和热水进行换热，通过换热器对水管中的热水进行了再热处理，有利于能量的有效利用和提高制冷系统的COP。

5.根据权利要求1所述的一种基于太阳能碟式聚光的吸附式冷热电联产系统，其特征是翅片管式吸附床采用多管翅片管作为吸附床，翅片管内填充沸石分子筛-氨工质对，性能稳定,在高温下不起反应,且经过多次的吸附-解析后,吸附性能基本不变。