一種分離式的太陽能吸收式製冷系統的製作方法

2023-05-30 08:11:36

專利名稱：一種分離式的太陽能吸收式製冷系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種分離式的太陽能吸收式製冷系統，更具體的說，涉及一種採用熱 管直接蒸髮式、採用毛細管塑料材質為換熱器、太陽能驅動的分離式溴化鋰吸收式製冷/ 供熱與溶液除溼一體化的系統形式。
背景技術：
太陽能吸收式製冷技術最早源於20世紀上半葉，作為一種低電耗、無汙染和不破 壞臭氧層的可再生能源利用技術與吸收式製冷技術的結合，太陽能製冷與空調的關鍵技術 已經成熟。但與壓縮式系統相比，太陽能製冷與空調技術還有很多有待提高的地方，比如簡 化結構、降低成本、優化系統、小型化與多樣化。在太陽能製冷中，目前吸收式製冷應用最 多。常規系統採用平板或熱管型真空管集熱器來收集太陽能，用來驅動雙效、單效或雙級的 溴化鋰吸收式制冷機，當太陽能不足時採用鍋爐來進行輔助加熱，這種系統除了能製冷和 制熱，還能提供生活用的熱水。由於吸收式循環在技術上的日趨成熟和多樣化，以吸收式循 環構建的太陽能空調系統將是今後研究和發展的重點。總的來說，太陽能空調已經進入實 用化示範階段，選擇性能更好的製冷工質、對現有系統進一步優化和小型化將是研究者和 市場關注的焦點，但由於已經商品化的都是大型的溴化鋰吸收式制冷機，目前尚只適用於 大型的中央空調，應當積極研發小型的吸收式制冷機，以便將小型制冷機與太陽能集熱器 配套，逐步進入千家萬戶。本發明將提供一種適合小型化吸收式制冷機用戶的分離式太陽能吸收式製冷系 統，該系統將吸收器/蒸發器與發生器/冷凝器分離，以濃溶液、稀溶液和冷媒水(製冷劑) 連接管實現循環，末端採用小型制冷機適合分散用戶，而且系統與太陽能溶液除溼相結合， 實現溴化鋰溶液蓄能和溶液濃度梯級利用，提高了太陽能綜合利用小時數和利用效率，系 統可滿足夏季空調、冬季供熱和生活熱水需求。另外，傳統的太陽能吸收式製冷熱源一般為太陽能集熱器間接提供，熱源溫度低 將造成系統效率低，而且，冷凝器仍為外接冷卻塔，同樣為間接換熱。國內外對熱管式真空 管太陽能集熱器進行了深入的研究，取得了較好的應用效果，以玻璃真空管內插熱管式太 陽集熱管為例，內插熱管熱水系統的升溫較快，集熱器通過熱管傳熱，熱管傳熱效率非常 高，幾乎是等溫傳熱，熱管內工質熱容很小，集熱器內的熱量很快就被傳遞到水箱中，所以 水箱中的水升溫很快，而且玻璃真空管內插熱管式太陽集熱管在防結垢、防凍以及熱性能 方面明顯優於全玻璃真空管熱水系統。因此，本發明採用熱管式真空管太陽能集熱器作為 熱源直接加熱稀溶液，抑或採用導熱油型真空管熱管集熱裝置作為熱源，以提高太陽能使 用效率，同時，可採用另一組熱管直接連接冷凝器散熱且冷卻水。同時，傳統的太陽能吸收式製冷採用銅管金屬換熱器，造成設備體積大，作為溴冷 機工質的溴化鋰溶液是鹼性的強腐蝕介質，所以存在各部件換熱面易被溶液腐蝕以及由此 引起的製冷量衰減等問題。因此，為了解決這些問題，中外學者進行了大量的研究，如在溴 化鋰溶液中添加緩蝕劑，在換熱器的金屬管壁上用氟塑料做納米級的塗層，雖然這些方法取得了一定的成效，但總體效果尚不如人意。有研究者提出採用薄壁細管徑聚四氟乙烯塑 料(PTFE)傳熱管代替銅傳熱管想法，並對塑料管單效溴化鋰吸收式制冷機進行理論研究， 為塑料管溴冷機的結構設計及實驗研究提供了理論依據。通過研究認為，塑料管作為溴化 鋰吸收式制冷機的換熱面是可行的，塑料管單效溴化鋰吸收式制冷機的研製成功將會對溴 化鋰吸收式製冷的發展、應用帶來重大變革。聚四氟乙烯塑料的導熱係數雖然只有銅材導 熱係數的1/2529，但其熱阻在塑料管管壁較薄時，與溴化鋰吸收式制冷機換熱部件的管內 外放熱係數引起的熱阻相比，基本上處於同一數量級，可用於溴化鋰吸收式制冷機各部件。 與傳統銅材作為傳熱管的溴冷機作比較，塑料管溴冷機的各部件傳熱係數為銅材的1/2 1/5，所需的傳熱面積是銅材的2 5倍，若進一步採用小管徑塑料管，換熱器單位體積中能 布置的傳熱面積(即面體比)可以大大增加。因此，本發明進一步提出採用毛細管技術作為 溴化鋰吸收機組的換熱器材料，以聚丙烯毛細管為例，比如管徑X壁厚為3. 4X0. 55mm或 4.3X0. 8mm的毛細管，毛細管網由兩根供回水主管以及若干毛細管組成，主管之間、主管與 毛細管之間可以熱熔連接，這種結構可以使得換熱均勻、水力損失小。製作毛細管網的原料 是PP-R、PE-RT、PB和PTFE等可熱塑性塑料。可熱熔成型綠色環保，同時具有耐高溫、耐高 壓、耐腐蝕的特點，因此有廣泛的推廣應用領域，是理想的高效換熱器。毛細管網薄、柔、輕， 管壁面光滑，表面粗糙度小，比摩阻和壓力損失小。從建築材料全生命周期來看，毛細管技 術使用的聚丙烯材料是一種可以不斷被重複利用的塑料，比起金屬，生產聚丙烯時使用的 一次能源更少，生產銅消耗的一次能源是聚丙烯的5. 5倍。綜上，本發明解決了傳統技術存在的重要問題，形成一種太陽能吸收式製冷和供 熱系統。系統以太陽能作為主要熱源，採用熱管式真空管和毛細管作為換熱方式，提高換熱 效率的同時降低系統重量，增強了防腐能力，實現機組小型化；同時，該系統將吸收式機組 分離為吸收器/蒸發器與發生器/冷凝器兩部分，實現多個用戶末端，利用溴化鋰溶液蓄 能，減少了太陽能不連續影響，提高太陽能綜合利用效率，結合溶液除溼，實現溶液濃度梯 級利用；夏季吸收器、冷凝器可採用室外空氣、地源、水源等低位自然熱源，提高系統效率； 冬季採用第一類增熱型吸收式熱泵原理供熱，蒸發器的冷媒水可以為室外空氣、地源、水源 等低位自然熱源，提取熱量，實現可再生能源綜合利用。同時，考慮到新型工質的進一步應 用，本系統具有腐蝕性小，相變壓力較高，真空度要求較低的特點。因此，系統滿足節能、減 排、舒適和安全等工程要求。

發明內容
本發明的目的是提供一種適合小型化吸收式制冷機用戶的分離式太陽能吸收式 製冷和供熱系統。為實現上述目的，本發明的技術方案以太陽能作為主要熱源，其它熱源形式為輔 助熱源，採用熱管式真空管和毛細管作為換熱方式，將吸收式機組分離為吸收器/蒸發器 與發生器/冷凝器兩部分，實現多個用戶末端，同時，系統與太陽能溶液除溼相結合，利用 溴化鋰溶液蓄能，系統可滿足夏季空調、冬季供熱和生活熱水需求。在上述技術方案中，系統提供了一種熱管式真空管太陽能集熱器的換熱技術，其 特徵在於熱管式真空管可直接加熱稀溶液，另一組熱管直接連接冷凝器散熱且冷卻水，抑 或採用導熱油型熱管式真空管集熱裝置間接加熱稀溶液，冷凝器散熱採用冷卻塔。
在上述技術方案中，系統採用分離式的吸收式製冷循環，其特徵在於發生器/冷 凝器與吸收器/蒸發器之間分離，通過濃溶液連接管、稀溶液連接管和冷媒水(製冷劑)連 接管實現循環。在上述技術方案中，系統吸收式制冷機組中由發生器/冷凝器組成的機組部分作 為能源站，其特徵在於循環的溴化鋰濃溶液集中存於濃溶液罐、溴化鋰稀溶液集中存於稀 溶液罐，冷凝水集中存於冷凝水箱，冷媒水集中供應至分散的蒸發器，其特徵還在於設置獨 立濃溶液-末端-稀溶液系統，濃溶液罐實現蓄能功能，濃溶液依次通過吸收器、溶液除溼 裝置實現溴化鋰溶液的濃度梯級利用。在上述技術方案中，系統採用小型制冷機分散末端適合多個用戶，其特徵在於由 吸收器/蒸發器組成的小型機組作為分散末端。在上述技術方案中，系統中吸收式機組冷凝器、吸收器和蒸發器採用毛細管為換 熱器材料，其特徵在於採用PP-R、PE-RT和PIFE等可塑料的毛細管換熱器與溴化鋰-水溶 液進行換熱。綜上，本發明所形成的一種太陽能吸收式製冷和供熱系統，由於採用發生器/冷 凝器與吸收器/蒸發器分離形式，實現了多個用戶末端；由於採用熱管式真空管集熱器提 高了熱源溫度從而提高系統效率；由於採用毛細管作為換熱器，降低了系統重量，增強了防 腐能力，實現機組小型化；由於採用濃溶液罐的蓄能減少了太陽能不連續影響，提高太陽能 綜合利用效率；由於結合了溶液除溼，實現溶液濃度梯級利用。


下面結合附圖，通過具體的系統技術方案加以說明，以使得本發明變得更加清楚。圖1.為本發明的系統2.為本發明的夏季製冷系統3.為本發明的冬季供熱系統4.為本發明系統夏季製冷與溶液除溼系統一體化的示意5.為本發明的發生器和冷凝器組成能源站方式一的示意6.為本發明的發生器和冷凝器組成能源站方式二的示意7.為本發明的發生器和冷凝器組成能源站方式三的示意8.為本發明中吸收式循環的毛細管換熱器應用示意9.為本發明中毛細管換熱器的網柵結構形式一圖10.為本發明中毛細管換熱器的網柵結構形式二附圖中標號1為發生器，2為冷凝器，3為吸收器，4為蒸發器，5為稀溶液罐，6為 濃溶液罐，7為溶液熱交換器，8為節流閥，9為太陽能熱管式真空管集熱器，10為自然冷源 (冷卻塔、地源或水源)，11為濃溶液連接管，12為稀溶液連接管，13為冷媒水連接管，14為 自然冷源出水管，蒸發器進水幹管(夏季)，15為自然冷源出水管(夏季為蒸發器出水幹 管)，16為供熱回水幹管(冬季)，17為供熱供水幹管(冬季)，18為虹吸管，19為真空發生 泵，20為翅片散熱器，21為輔助風機，22為導熱油型換熱器，23為新風溶液除溼機組，24為 發生器補燃熱源的換熱器，25為冷凝器中的毛細管換熱器，26為吸收器中毛細管換熱器， 27為蒸發器中毛細管換熱器，28為冷卻熱管，29為冷凝水箱，30為毛細管網柵的幹管，31為毛細管，32為毛細管網柵卡條；P1為濃溶液泵，P2為稀溶液泵，P3為冷媒水泵，P4為冷卻水 泵(夏季開啟)，P5為末端冷媒水泵，P6為冷凍水泵(冬季開啟)，P7為供熱循環水泵(冬 季開啟)，P8為溶液除溼循環泵；fl flO為冬夏季轉換閥門。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
詳細闡述本發明的內容。應該理解本發明並不局限 於下述優選實施方式，優選實施方式僅僅作為本發明的示例性說明。如圖1.所示，分離式的太陽能吸收式製冷/供熱系統主要包括由發生器1、冷凝器 2、稀溶液罐5、濃溶液罐6、熱管式真空管太陽能集熱器9、集中自然冷源(冷卻塔、地源或水 源等)10和冷凝水箱29以及系統管路組成的能源站，由吸收器3和蒸發器4組成以及系統 管路組成的末端設備，通過濃溶液連接管11、稀溶液連接管12和冷媒水(製冷劑)連接管 13以及濃溶液泵P1、稀溶液泵P2和冷媒水泵P3實現循環。通過閥門控制實現夏季和冬季 循環轉換，夏季關閉閥門fl、f4、f5、f6、f9和flO，冬季關閉閥門f2、f3、f7和f8。如圖2.的夏季製冷系統所示，太陽光照射在熱管式真空管9上，高吸收比的太陽 能選擇性吸收塗層將太陽輻射能轉化為熱能，將熱管蒸發段內的工質氣化，工質上升到熱 管的冷凝段，冷凝段向蒸發器1中的稀溶液加熱，放出氣化潛熱後冷凝成液體，在重力作用 下流回熱管蒸發段，達到利用熱管內工質的氣液相變循環，連續將吸收的太陽輻射能傳遞 到冷凝段加熱稀溶液，將水分蒸發，比重較大的濃溶液由虹吸管18從發生器1溶液槽底部 吸至集液槽，從集液槽出來的濃溶液先經過溶液熱交換器7，與從稀溶液罐5進入發生器的 稀溶液進行熱交換，然後進入分離的濃溶液罐6儲存，製備並經由濃溶液泵P1進入分布式 的吸收器3，經過吸收蒸發器4的水蒸氣後變為稀溶液返回到稀溶液罐5，形成溶液循環；從 蒸發器1產生的水蒸汽進入冷凝器2，由冷卻管冷卻凝結成冷劑水經過冷媒水泵P3和節流 閥8進入蒸發器4，並產生冷凍水用於用戶製冷空調；冷卻水循環迴路從分布式末端依次通 過吸收器3的a，b，c，d連接管路儲存在冷凝水箱29並流入冷凝器2，經由冷卻水泵P4送 入自然冷源10冷卻送入管路a，形成冷卻水循環。如圖3.的冬季供熱系統圖所示，冬季採用第一類增熱型吸收式熱泵原理供熱，利 用太陽能熱管式集熱器的高溫驅動，提取低位可再生自然冷源熱量，提供中溫供熱水或生 活熱水。與夏季不同的是，蒸發器的冷凍水通過自然冷源出水管14和自然冷源出水管15 依次流入蒸發器4和自然冷源10 ；用戶的供熱回水從供熱回水幹管16流入a，依次從吸收 器3流經b，c, d連接管路儲存在冷凝水箱29並流入冷凝器2實現冷凝升溫，再由供熱循環 水泵P7送入供熱用戶供水管17。如圖4.的太陽能驅動溴化鋰吸收式製冷與溶液除溼一體化系統示意圖所示，吸 收器3流出的稀溶液經由溶液除溼循環泵P8送入新風溶液除溼機組23後再集中流回稀溶 液罐，同時冷卻水先經由除溼機組帶走除溼機組產生的熱量再進入吸收器3，溶液除溼單獨 分離，可實現多個末端。如圖5.、圖6.和圖7.所示的分離式能源站方式，能源站主要由發生器1和冷凝 器2組成，其中，真空發生泵19用於保證機器真空度，虹吸管18作用是將發生器1中溶液 槽底部的濃溶液吸至集液槽，換熱器24用於發生器補燃熱源與溶液換熱，冷凝器中的毛細 管換熱器25用於冷卻發生器產生的水蒸氣。方式二是同時採用冷卻熱管28將熱量帶入翅
6片散熱器20，通過輔助風機21進行風冷冷卻。方式三是鑑於導熱油為高溫載熱體，採用導 熱油型換熱器22將太陽能熱管式真空集熱器9產生的熱量通過導熱油與發生器1的溶液 進行間接換熱。如圖8.、圖9.和圖10.所示，為了實現多個末端的分離式蒸發器/吸收器，實現 機組小型化，降低機組重量同時提供機組防腐能力，系統中吸收式機組的冷凝器2、吸收器 3和蒸發器4採用毛細管為換熱器材料，毛細管換熱器可為聚丙烯PP-R、聚乙烯PE-RT、聚丁 烯PB和聚四氟乙烯PTFE塑料材質，比如採用管徑X壁厚為3. 4X0. 55mm或4. 3X0. 8mm 的毛細管31，毛細管換熱器由兩根供回水主管30以及若干排毛細管網柵組成，同時，採用 塑料套管及其配件輸送溴化鋰濃溶液、溴化鋰稀溶液、冷媒水溶液、冷凝水溶液和用戶供回 水幹管和末端等管路系統。綜上，通過具體實施方式
，本發明可實現以下幾點目的1)採用熱管式真空管集 熱器提高了熱源溫度，提高吸收式製冷系統效率；2)採用毛細管作為換熱器，實現機組小 型化；3)採用發生器/冷凝器與吸收器/蒸發器分離形式，實現多個用戶末端；4)溶液除溼 與吸收式製冷均採用溴化鋰溶液，再生均採用太陽能，均通過濃溶液貯存方式蓄能，溴化鋰 可共用一套再生、蓄能系統，系統結合溶液除溼，實現溶液濃度梯級利用，採用足夠容積的 濃/稀溶液儲罐結合發生器補熱裝置(燃燒、電加熱)，減少了太陽能不連續的影響。
權利要求
一種分離式太陽能吸收式製冷系統，該系統包括由發生器(1)、冷凝器(2)、稀溶液罐(5)、濃溶液罐(6)、太陽能熱管式真空管集熱器(9)、集中自然冷源(10)和冷凝水箱(29)以及系統管路組成的能源站，由吸收器(3)、蒸發器(4)和溶液除溼機組(23)以及系統管路組成的多個末端設備，其特徵在於將吸收式機組的發生器/冷凝器與吸收器/蒸發器分離為能源站和末端設備，其特徵還在於毛細管(31)作為冷凝器(2)、吸收器(3)和蒸發器(4)的換熱器材料。
2.根據權利要求1所述的分離式太陽能吸收式製冷系統，其特徵在於發生器(1)採用 太陽能熱管式真空管集熱器(9)，產生的濃溶液由虹吸管(18)導入集液槽儲存在濃溶液罐 (6)。
3.根據權利要求2所述的分離式太陽能吸收式製冷系統，其特徵在於所述太陽能熱管 式真空管集熱器(9)直接加熱發生器(1)的稀溶液。
4.根據權利要求2所述的分離式太陽能吸收式製冷系統，其特徵在於所述太陽能熱管 式真空管集熱器(9)直接加熱導熱油裝置，通過導熱油型換熱器(22)間接加熱稀溶液。
5.根據權利要求2所述的分離式太陽能吸收式製冷系統，其特徵在於所述冷卻熱管 (28)直接連接冷凝器散熱且冷卻水。
6.根據權利要求1所述的分離式太陽能吸收式製冷系統，其特徵在於所述發生器(1)、 冷凝器(2)、自然冷源(10)、稀溶液罐(5)、濃溶液罐(6)和和冷凝水箱(29)集中設置在能 源站，通過濃溶液連接管(11)、稀溶液連接管(12)和冷媒水連接管(13)，與多個設置在末 端的吸收器(3)、蒸發器(4)和溶液除溼機組(23)設備連接循環。
7.根據權利要求1所述的分離式太陽能吸收式製冷系統，其特徵在於所述系統循環中 溴化鋰溶液再生和蓄能系統一體化，溴化鋰溶液集中存於稀溶液罐(5)和濃溶液罐(6)，濃 溶液串聯供應吸收器(3)和溶液除溼機組(23)，溶液濃度梯級利用，冷卻水依次通過溶液 除溼機組(23)和吸收器(3)，其特徵還在於溶液除溼單獨分離，多個末端。
8.根據權利要求1所述的分離式太陽能吸收式製冷系統，其特徵在於所述毛細管換熱 器由材料為塑料的毛細管網柵組成，其特徵還在於採用的毛細管換熱器與溴化鋰-水溶液 進行換熱。
9.根據權利要求8所述的分離式太陽能吸收式製冷系統，其特徵在於所述毛細管換熱 器塑料材料為聚丙烯PP-R、聚乙烯PE-RT、聚丁烯PB和聚四氟乙烯PTFE塑料材質。
10.根據權利要求1所述的分離式太陽能吸收式製冷系統，其特徵在於所述低位自然 熱源(10)夏季提供冷卻水用於冷凝器(2)、吸收器(3)和溶液除溼機組(23)，冬季則提取 低位自然熱源(10)熱量用於供熱。
全文摘要
一種分離式太陽能吸收式製冷系統。該系統包括由發生器(1)、冷凝器(2)、稀溶液罐(5)、濃溶液罐(6)、太陽能熱管式真空管集熱器(9)、集中自然冷源(10)和冷凝水箱(29)以及系統管路組成的能源站，由吸收器(3)、蒸發器(4)和溶液除溼機組(23)以及系統管路組成的多個末端設備，其特徵在於將吸收式機組的發生器/冷凝器與吸收器/蒸發器分離為能源站和多個末端設備，將毛細管作為冷凝器(2)、吸收器(3)和蒸發器(4)的換熱器材料。該系統將結合吸收式製冷和溶液除溼一體化，將太陽能和低品位自然冷源等可再生能源綜合利用，提高了系統能源利用效率，實現能源梯級利用，滿足節能減排的要求。
文檔編號F25B15/06GK101929765SQ20101011338
公開日2010年12月29日 申請日期2010年1月28日 優先權日2010年1月28日
發明者郭海新 申請人:郭海新;崑山開思拓空調技術有限公司