CN208365866U - 一种太阳能供能的吸收式制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种太阳能供能的吸收式制冷系统，包括太阳能供能装置、制冷装置、控制器和压力罐；太阳能供能装置包括太阳能集热装置和相变储能箱，其中，太阳能集热装置包括非对称复合平面聚光器、吸收体和支架；制冷装置包括吸收器、蒸汽发生器、冷凝器和蒸发器；控制器根据预设程序，自动控制整个系统进行工作。本实用新型目的在于提供一种高效、清洁、节能的太阳能集热系统作为主要热源，电加热为辅助供能，并且采用相变储能箱，提高集热系统热能利用率的同时，为制冷系统提供稳定的热源。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种制冷系统，特别涉及一种复合平面聚光器供能的吸收式制冷系统，属于太阳能光热利用技术领域。
背景技术
随着经济的增长和技术的进步，以及人口的增加，人们对能源的需求量越来越大，未来我国经济对能源的依赖度也将不断增加，能源的可持续供应将面临很大的压力。随着世界能源需求量大增，传统化石能源由于其有限性和不可再生性，已不能满足人们日益增长的需要。随着化石能源的大量消耗和环境的急剧破坏，新能源技术已经成为本世纪世界经济发展中具有决定性影响的技术领域之一。太阳能因为具有取之不尽、无环境污染，不仅可以免费使用，而且不需运输等诸多优点而受到各国重视。
目前，人们在对太阳能的转换、收集、储存运输等方面的应用研究，正在取得显著的进展，太阳能的利用主要是通过光热、光伏、光化学、光生物等利用途径。太阳能的开发利用中，太阳能光热转换技术是最成熟、实际应用最多，且具有较好经济性的一种可再生资源利用技术。太阳能热利用的基本原理是用集热器将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的集热器可分为非聚光型集热器（平板型集热器、真空管集热器、热管式集热器等）和聚光型集热器（槽式聚焦集热器、塔式聚焦集热器、碟式聚焦集热器、菲涅尔聚光器等）两种。
非聚光型集热器通常以水为工质，通常用于生活用热，难以用于获得150℃以上更高温位的热源，作为吸收式制冷系统热源，驱动制冷系统持续的工作，产生源源不断的冷量，为人们所使用。跟踪型太阳能聚光集热系统，可使工质获得较高的集热温度（通常高于300℃），将其获得的高温热源用于驱动吸收式制冷机组，不具有良好的热利用效率。另一方面，由于跟踪型太阳能聚光集热系统自身难以构建、成本较高、维护复杂等因素，将其与吸收式制冷耦合使用，也不具有良好的经济效益。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种复合平面聚光器供能的吸收式制冷系统，通过非对称复合平面聚光器集热，使传热物质达到200℃左右，用于驱动吸收式制冷机组，且系统无需跟踪装置、易于集成构建、运行状态稳定、光场高效利用等特征。有效解决了非聚光太阳能集热系统为吸收式制冷机组供能温位不够问题，同时还提高了以太阳能为驱动力的制冷系统的经济性。实现了太阳能供能的吸收式制冷系统高效长期稳定运行。
本实用新型采用的技术方案是：
一种太阳能供能的吸收式制冷系统，包括太阳能供能装置、制冷装置、控制器1和压力罐23；
太阳能供能装置包括太阳能集热装置和相变储能箱28；其中，太阳能集热装置包括非对称复合平面聚光器40、吸收体43和支架39，其中，非对称复合平面聚光器40由复合抛物面聚光器改进而成，包括两个反光板，每个反光板由一块以上的平面镜组成，且两个反光板非对称设置；非对称复合平面聚光器40南北向（两个反光板分别朝向南北）安装在支架39上，吸收体43安装在非对称复合平面聚光器40的两个反光板连接处上方；吸收体出口41与相变储能箱入口Ⅰ29通过管道连通，管道上设有温度传感器Ⅰ42；相变储能箱出口Ⅰ31与吸收体入口44通过管道连通，管道上设有电磁阀Ⅰ32和循环泵35；相变储能箱28内设有温度传感器Ⅱ30；
制冷装置包括吸收器2、蒸汽发生器16、冷凝器11和蒸发器5；吸收器溶液出口45通过管道与蒸汽发生器溶液入口18连通，管道上设有溶液泵38；蒸汽发生器溶液出口14通过管道与吸收器溶液入口7连通，管道上设有减压阀Ⅰ9；蒸汽发生器蒸汽出口19通过管道与冷凝器入口12连通；冷凝器出口10通过管道与蒸发器入口6连通，管道上设有减压阀Ⅱ8；冷凝器11内设有冷却水装置Ⅰ13；蒸发器出口4通过管道与吸收器气体入口3连通；吸收器2内设有冷却水装置Ⅱ46；蒸汽发生器16内设有加热管17和辅助加热器15；
加热管17的入口通过管道与相变储能箱出口Ⅱ34连通，管道上设有变频泵37、温度控制阀27和温度传感器Ⅲ24；加热管17的出口通过管道与压力罐23的入口连通，管道上设有电磁阀Ⅱ21，压力罐23上设有压力罐控制器22，压力罐23内部设有压力传感器与压力罐控制器22连接；压力罐23的出口通过管道与相变储能箱入口Ⅱ26连通，管道上设有止回阀25；
吸收体43与相变储能箱28连接的管道内，以及相变储能箱28、蒸汽发生器16和压力罐23之间连接的管道内，均有传热物质；
减压阀Ⅰ9、减压阀Ⅱ8、电磁阀Ⅰ32、电磁阀Ⅱ21、压力罐控制器22、辅助加热器15、溶液泵38、变频泵37、温度控制阀27、温度传感器Ⅰ42、温度传感器Ⅱ30、温度传感器Ⅲ24、循环泵35均通过导线与控制器1连接。
优选地，吸收体43为圆形吸收体。
优选地，吸收器2内的溶液为溴化锂水溶液。
优选地，相变储能箱28内的相变储能材料为季戊四醇。
优选地，管道内的传热物质为导热油。
优选地，管道为无缝钢管（由于非对称复合平面聚光器可将传热物质升温至200℃左右，且相变材料不具腐蚀性，故采用无缝钢管作为输送管道）。
优选地，辅助加热器15为电加热装置。
工作过程：太阳能集热装置吸收太阳辐射能（太阳光通过两种方式到达吸收体：直射在吸收体43上；太阳光到达非对称复合平面聚光器40的反光板上，经二次反射到达吸收体43。）并转化为热能，管道内的传热物质吸热后在循环泵35的作用下在管道内流动，将热能传递到相变储能箱28中，相变储能材料吸热至相变温度后发生相变，由固态渐变为液态，继续吸收热能，将热能储存在相变储能箱28中，并为蒸汽发生器16提供热能；当温度传感器Ⅰ42测得的温度低于温度传感器Ⅱ30测得的温度时，电磁阀Ⅰ32和循环泵35关闭；
制冷装置采用溴化锂为吸收剂、水为制冷剂，将溴化锂水溶液置于吸收器2中，通过溶液泵38泵入蒸汽发生器16，在相变储能箱28或辅助加热器15提供的热能加热下（当相变储能箱28提供的热能低于蒸汽发生器16额定工作温度时，启动辅助加热器15进行加热），水蒸发生成高温高压的水蒸汽从蒸汽发生器蒸汽出口19逸出至冷凝器11，经冷却为高压低温气体，经减压阀Ⅱ8减压为低压低温气体，进入蒸发器5内蒸发，带走蒸发器内的热量，从而达到制冷的目的。蒸发后的水蒸汽回到吸收器2内（当蒸汽发生器16内压力过高时，蒸汽发生器16内的部分溴化锂水溶液通过减压阀Ⅰ9回流到吸收器2内，由于吸收器2内溴化锂浓度较高，水蒸汽从吸收器气体入口3被吸入吸收器2内），经冷凝变成水，溴化锂水溶液被稀释，再通过溶液泵38泵入蒸汽发生器16，此过程不断循环，实现制冷循环；
加热管17与相变储能箱28之间的管道上设有温度控制阀27、温度传感器Ⅲ24，通过温度控制阀27设定预设温度，当温度传感器Ⅲ24测得的温度低于预设温度时，温度控制阀27关闭，管内传热物质停止流动；
加热管17与压力罐23之间的管道上还设有电磁阀Ⅱ21，用于防止当相变储能箱28不向蒸汽发生器16提供热能时，管内传热物质消耗辅助加热装置15向蒸汽发生器16提供的热能，造成不必要的热能损耗；
压力罐23与相变储能箱28之间的管道上设有止回阀25，防止管道内传热物质逆流；
由于太阳辐射具有时效性，太阳能供能装置温度并不恒定，导致管道内压力不稳定，因此，采用压力罐23与变频泵37匹配对管道内的压力进行平衡；
控制器通过温度传感器及压力传感器采集数据，并根据预设程序，自动控制各个阀门及泵的开闭，以提高整个系统的工作效率并节省电量。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、集热装置采用非对称复合平面聚光器，非对称结构不受集热器倾角影响，复合平面结构没有表面张力，面型不易变形；并且非对称复合平面聚光器与传统抛物聚光器相比，制作简单且能接受更广角度的太阳光线，吸收更多的太阳辐射，有效的提高了系统的光热转换性能，提高了采光量和集热量，降低成本的同时，获得较高的集热效率，提高集热器的集热性能；
2、采用季戊四醇作为相变储能材料，相变温度为188℃，潜热大（290KJ/Kg），无毒无腐蚀性，价格便宜，易于制作。以“削峰填谷”的方式，将太阳辐射能存储到相变材料中，然后晚上及阴雨天气释放出来，不仅提高了集热系统的效率，同时节约了电量；
3、采用温度控制阀，平衡蒸汽发生器内的温度，避免了集热系统因太阳辐射的变化造成的温度不稳对制冷系统工作效率产生的影响；
4、采用压力罐与变频泵进行匹配，用于系统因温度变化造成压力不稳定时自动平衡压力，避免了变频泵因频繁启停而造成的器件损耗。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为非对称复合平面聚光器集热系统结构示意图；
图中：1-控制器，2-吸收器，3-吸收器气体入口，4-蒸发器出口，5-蒸发器，6-蒸发器入口，7-吸收器溶液入口，8-减压阀Ⅱ，9-减压阀Ⅰ，10-冷凝器出口，11-冷凝器，12-冷凝器入口，13-冷却水装置Ⅰ，14-蒸汽发生器溶液出口，15-辅助加热器，16-蒸汽发生器，17-加热管，18-蒸汽发生器溶液入口，19-蒸汽发生器蒸汽出口，20-加热管出口，21-电磁阀Ⅱ，22-压力罐控制器，23-压力罐，24-温度传感器Ⅲ，25-止回阀，26-相变储能箱入口Ⅱ，27-温度控制阀，28-相变储能箱，29-相变储能箱入口Ⅰ，30-温度传感器Ⅱ，31-相变储能箱出口Ⅰ，32-电磁阀Ⅰ，33-管道，34-相变储能箱出口Ⅱ，35-循环泵，36-导线，37-变频泵，38-溶液泵，39-支架，40-非对称复合平面聚光器，41-吸收体出口，42-温度传感器Ⅰ，43-吸收体，44-吸收体入口，45-吸收器溶液出口，46-冷却水装置Ⅱ。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种太阳能供能的吸收式制冷系统，包括太阳能供能装置、制冷装置、控制器1和压力罐23；
太阳能供能装置包括太阳能集热装置和相变储能箱28；其中，太阳能集热装置包括非对称复合平面聚光器40、吸收体43和支架39，如图2所示，其中，非对称复合平面聚光器40由复合抛物面聚光器改进而成，包括两个反光板，每个反光板由一块以上的平面镜组成，且两个反光板非对称设置；非对称复合平面聚光器40南北向（两个反光板分别朝向南北）安装在支架39上，吸收体43安装在非对称复合平面聚光器40的两个反光板连接处上方；吸收体出口41与相变储能箱入口Ⅰ29通过管道连通，管道上设有温度传感器Ⅰ42；相变储能箱出口Ⅰ31与吸收体入口44通过管道连通，管道上设有电磁阀Ⅰ32和循环泵35；相变储能箱28内设有温度传感器Ⅱ30；
制冷装置包括吸收器2、蒸汽发生器16、冷凝器11和蒸发器5；吸收器溶液出口45通过管道与蒸汽发生器溶液入口18连通，管道上设有溶液泵38；蒸汽发生器溶液出口14通过管道与吸收器溶液入口7连通，管道上设有减压阀Ⅰ9；蒸汽发生器蒸汽出口19通过管道与冷凝器入口12连通；冷凝器出口10通过管道与蒸发器入口6连通，管道上设有减压阀Ⅱ8；冷凝器11内设有冷却水装置Ⅰ13；蒸发器出口4通过管道与吸收器气体入口3连通；吸收器2内设有冷却水装置Ⅱ46；蒸汽发生器16内设有加热管17和辅助加热器15；
加热管17的入口通过管道与相变储能箱出口Ⅱ34连通，管道上设有变频泵37、温度控制阀27和温度传感器Ⅲ24；加热管17的出口通过管道与压力罐23的入口连通，管道上设有电磁阀Ⅱ21，压力罐23上设有压力罐控制器22，压力罐23内部设有压力传感器与压力罐控制器22连接；压力罐23的出口通过管道与相变储能箱入口Ⅱ26连通，管道上设有止回阀25；
吸收体43与相变储能箱28连接的管道内，以及相变储能箱28、蒸汽发生器16和压力罐23之间连接的管道内，均有传热物质；
减压阀Ⅰ9、减压阀Ⅱ8、电磁阀Ⅰ32、电磁阀Ⅱ21、压力罐控制器22、辅助加热器15、溶液泵38、变频泵37、温度控制阀27、温度传感器Ⅰ42、温度传感器Ⅱ30、温度传感器Ⅲ24、循环泵35均通过导线与控制器1连接。
实施例2
本实施例结构与实施例1基本相同，不同之处在于，吸收体43为圆形吸收体。
实施例3
本实施例结构与实施例1基本相同，不同之处在于，吸收器2内的溶液为溴化锂水溶液。
实施例4
本实施例结构与实施例1基本相同，不同之处在于，相变储能箱28内的相变储能材料为季戊四醇。
实施例5
本实施例结构与实施例1基本相同，不同之处在于，管道内的传热物质为导热油。
实施例6
本实施例结构与实施例1基本相同，不同之处在于，管道为GB3087无缝钢管。
实施例7
本实施例结构与实施例1基本相同，不同之处在于，辅助加热器14为电加热装置。
Claims (7)
1.一种太阳能供能的吸收式制冷系统，包括太阳能供能装置、制冷装置、控制器（1）和压力罐（23）；
太阳能供能装置包括太阳能集热装置和相变储能箱（28）；其中，太阳能集热装置包括非对称复合平面聚光器（40）、吸收体（43）和支架（39），其中，非对称复合平面聚光器（40）由复合抛物面聚光器改进而成，包括两个反光板，每个反光板由一块以上的平面镜组成，且两个反光板非对称设置；非对称复合平面聚光器（40）南北向安装在支架（39）上，吸收体（43）安装在非对称复合平面聚光器（40）的两个反光板连接处上方；吸收体出口（41）与相变储能箱入口Ⅰ（29）通过管道连通，管道上设有温度传感器Ⅰ（42）；相变储能箱出口Ⅰ（31）与吸收体入口（44）通过管道连通，管道上设有电磁阀Ⅰ（32）和循环泵（35）；相变储能箱（28）内设有温度传感器Ⅱ（30）；
制冷装置包括吸收器（2）、蒸汽发生器（16）、冷凝器（11）和蒸发器（5）；吸收器溶液出口（45）通过管道与蒸汽发生器溶液入口（18）连通，管道上设有溶液泵（38）；蒸汽发生器溶液出口（14）通过管道与吸收器溶液入口（7）连通，管道上设有减压阀Ⅰ（9）；蒸汽发生器蒸汽出口（19）通过管道与冷凝器入口（12）连通；冷凝器出口（10）通过管道与蒸发器入口（6）连通，管道上设有减压阀Ⅱ（8）；冷凝器（11）内设有冷却水装置Ⅰ（13）；蒸发器出口（4）通过管道与吸收器气体入口（3）连通；吸收器（2）内设有冷却水装置Ⅱ（46）；蒸汽发生器（16）内设有加热管（17）和辅助加热器（15）；
加热管（17）的入口通过管道与相变储能箱出口Ⅱ（34）连通，管道上设有变频泵（37）、温度控制阀（27）和温度传感器Ⅲ（24）；加热管（17）的出口通过管道与压力罐（23）的入口连通，管道上设有电磁阀Ⅱ（21），压力罐（23）上设有压力罐控制器（22），压力罐（23）内部设有压力传感器与压力罐控制器（22）连接；压力罐（23）的出口通过管道与相变储能箱入口Ⅱ（26）连通，管道上设有止回阀（25）；
吸收体（43）与相变储能箱（28）连接的管道内，以及相变储能箱（28）、蒸汽发生器（16）和压力罐（23）之间连接的管道内，均有传热物质；
减压阀Ⅰ（9）、减压阀Ⅱ（8）、电磁阀Ⅰ（32）、电磁阀Ⅱ（21）、压力罐控制器（22）、辅助加热器（15）、溶液泵（38）、变频泵（37）、温度控制阀（27）、温度传感器Ⅰ（42）、温度传感器Ⅱ（30）、温度传感器Ⅲ（24）、循环泵（35）均通过导线与控制器（1）连接。
2.根据权利要求1所述的吸收式制冷系统，其特征在于，吸收体（43）为圆形吸收体。
3.根据权利要求1所述的吸收式制冷系统，其特征在于，吸收器（2）内的溶液为溴化锂水溶液。
4.根据权利要求1所述的吸收式制冷系统，其特征在于，相变储能箱（28）内的相变储能材料为季戊四醇。
5.根据权利要求1所述的吸收式制冷系统，其特征在于，管道内的传热物质为导热油。
6.根据权利要求1所述的吸收式制冷系统，其特征在于，管道为无缝钢管。
7.根据权利要求1所述的吸收式制冷系统，其特征在于，辅助加热器（15）为电加热装置。
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| CN108645073B (zh) * | 2018-05-03 | 2023-12-26 | 昆明理工大学 | 一种太阳能供能的吸收式制冷系统 |
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