交互吸附式太陽能風能致冷裝置的製作方法

2023-05-18 23:21:36 2

專利名稱：交互吸附式太陽能風能致冷裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種交互吸附式太陽能風能致冷裝置，屬於太陽能風能吸附式致冷裝 置技術領域。
背景技術：
世界石油、煤炭資源日趨緊張，人類活動二氧化碳過度排放形成的溫室效應導致 全球氣候持續異常，這些已嚴重威脅到人類的生存和可持續發展，因而越來越受到各國政 府的強烈關注。在對傳統能源消耗實施節能減排的同時，人們也在積極開發可再生能源在 多方面的應用。在製冷領域，各種原理的致冷裝置是構建人工氣候環境空間(各種大小的 冷藏、冷凍空間，建築物內空氣溫溼度調節空間等)的核心部件，也是耗能比較大的一個方 面，人們在努力探索將太陽能、風能等用於致冷裝置，根據不同的制泠機制提出了許多方 案，其中吸附式製冷是眾多太陽能致冷的可能方法之一。上世紀80年代初，美國沸石動力公司(Zeopower Co.)研製出太陽能沸石製冰器， 以沸石分子篩為吸附劑，水為吸附工質，取得了製冰的效果，引起人們關注，我國也在這方 面做了一定的開發工作。中國專利(申請號)91200916.0、中國專利(申請號)02110912. 5、 中國專利(申請號)200620151611. 7其工作模式為，白天，陽光將放置於太陽能集熱器內的 吸附劑加熱，水汽(或其它工質)從吸附劑上脫附(又稱解吸附)後在冷凝器液化流入貯 水罐。夜間，集熱器內的吸附劑隨大氣環境自然冷卻，進行吸咐水汽，蒸發器的水不斷汽化 降溫致冷，直到吸附劑的最大水份吸附平衡二4小時為一個致冷循環周期。中國專利(申請 號)200820081302. 6設置了一個熱水箱，將白天吸附床集熱器上多餘的熱能在下午時間通 過水自然對流回收到熱水箱作為生活用水。已有的這類太陽能吸附式致冷裝置的運轉模式 遵循「不用電，沒有傳動機件」的原則，結構簡單，造價低廉，但太陽能利用效率及系統致冷 係數很低，難以形成商品。中國專利(申請號)03210152.X提出一種將太陽能吸附式製冷用於空調的技術 方案，設置有a、b兩臺吸附床，太陽能集熱器產生的熱水流進b吸附床使吸附劑增溫脫附， 熱水從b吸附床流出後，經風冷管道冷卻降到室溫，再流經a吸附床令其降溫吸附，低溫 水流從a流出後，進入太陽能集熱器去增溫。下一個循環從a吸附床開始。這個供熱與泠 卻串聯技術方案比較簡單，但熱損耗過大，導致太陽能致冷效率有一定程度減少。中國專 利(申請號)200410067146. 14提出的太陽能吸附中央空調冷卻塔的技術方案，方案中吸 附製冷裝置用了兩個吸附床，太陽能集熱器產生的熱水輪流對兩個吸附床加熱/脫附，自 來水對它們泠卻/吸附、對冷凝器噴淋降溫。該技術方案有一定創新但吸附製冷裝置不 適於在無自來水網地區使用，而且技術方案的製冷裝置中沒有設置運行物理參數的測量 與系統自動監控電子線路，將使整機系統難以有效自動連續致冷運轉。中國專利(申請 號)200910065128. 5其製冷裝置的運作模式與上述中國專利(申請號)200410067146. 14 大體相當，冷卻水源由自來水改成冷卻水塔。已有的太陽能吸附式致冷裝置致冷效率低，整機結構技術方案也普遍缺乏將太陽能風能資源互補綜合利用、微電子測控技術與吸附劑工質對吸附特性技術參數相結合。

發明內容
本發明的目的在於克服已有技術方案的不足，提供一種交互吸附式太陽能風能致 冷裝置，由吸附床單元與冷凝器、儲液器、蒸發器、單向壓力閥、毛細管及相應管路構成吸附 致冷器組件，以太陽能、風能互補能源轉化的熱源水和相配的冷卻水，在單片機工控單元指 令控制下，依程序驅動3臺吸附致冷器組件中的吸附床單元交互進行供熱/脫附、冷卻/吸 附的連續循環運行，太陽能電池板提供電控組件電力。本技術方案可以較大地提高可再生 能源致冷效率，獲取更多的致冷量，可以較快形成規範化定型產品投向市場。由吸附床單元與冷凝器、儲液器、蒸發器、單向壓力閥、毛細管及相應管路構建成 彼此獨立的吸附致冷器組件，每個組件內部是吸附劑和致冷工質的傳質空間，為與大氣相 隔離的封閉系統，將內部空間的空氣抽淨。吸附床單元是裝有吸附劑的箱體，箱體各面有聚 氨脂泡沫塑料保溫層，與外界隔熱。吸附床單元內敷設有對吸附劑加熱、冷卻的水管，以同 一出、入接口與熱源水或冷卻水環路相接。一組溫控水泵，將太陽能集熱器及風能風熱轉換 器產生的熱水共同存貯到絕熱良好的熱源水箱中，太陽輻射能及風能轉換為熱能，以水為 熱載體的熱源水依程序向彼此獨立的3臺(或2臺以上)吸附致冷器組件中的吸附床單 元A1、A2、A3...提供吸附劑脫附的熱能，以附圖上的3臺為例首先向Al供熱，電磁閥將熱 源水切向Al單元供熱時，Al的吸附劑增溫並將已吸附的致冷劑工質脫附，脫附的致冷劑氣 體經單向壓力閥進入翅式冷凝器，過飽和致冷劑工質氣體在翅式冷凝器凝結液化後流入貯 液器，貯液器內液化的致冷工質經毛細管回流到蒸發器。冷凝器上的氣化潛熱可以用熱交 換回收熱水或直排大氣。當Al單元的供熱脫附時段段完結後，電磁閥將熱源水切向A2單元供熱，A2單元構 建的吸附致冷器組件進入供熱/脫附/冷凝/貯液的工況時段。這時的Al單元被電磁閥 切向冷卻水源，Al單元構建的吸附致冷器組件進入冷卻/吸附/蒸發/致冷的工況時段， 由冷卻水箱提供大氣環境溫度的冷卻水使吸咐劑強制快速降溫直至環境溫度，吸咐時段開 始後，Al單元內致冷劑工質氣壓下降，通向蒸發器的單向壓力閥打開，蒸發器的致冷劑工質 液體不斷氣化並被吸附劑吸附，同時因液體氣化吸收潛熱生成相變致冷，通過交換器向外 輸出致冷量。當A2單元供熱/脫附時段完結後，熱源水切向下一個A3單元；A2單元切向冷卻 水源，A2單元構建的吸附致冷器組件同步進入冷卻/吸附/蒸發/致冷的工況時段。當A3的供熱/脫附時段完結後，開始了下一個輪迴周期，熱源水又切回Al ；A3單 元切向冷卻水源，A3單元構建的吸附致冷器組件同步進入冷卻/吸附/蒸發/致冷的工況 時段。管路中被單片機工控單元程序指令控制的電磁閥和微型水泵使吸附床單元Al、A2、 A3構建成彼此獨立的吸附致冷器組件，按給定的智能程序交互進行供熱/脫附/冷凝/貯 液、冷卻/吸附/蒸發/致冷的連續循環運行。吸附床單元的供熱/脫附、冷卻/吸附時段步長時間，主要由所選用吸附劑與致冷 劑組成工質對的等溫吸附曲線、等壓吸附曲線、定溫脫附時間曲線等技術參數而定，脫附與 吸附時段步長時間的比決定該製冷裝置系統需配置幾臺吸附床單元構建的吸附致冷器組 件做交互運行，對現有的多種吸附劑致冷工質對的吸附特性資料綜合分析表明，將脫附與吸附時段步長時間的比定為1 2為宜，如有需要，也可以定為1 1或其它，定為1 2， 致冷裝置系統中要配置有3臺吸附床單元構建的吸附致冷器組件做交互運行。在全機運轉 時期內，有1臺輪在供熱/脫附/冷凝/貯液工況，另2臺輪在冷卻/吸附/蒸發/致冷工 況。如果定為1 1，致冷裝置系統中要配置有2臺吸附床單元構建的吸附致冷器組件做交 互運行，在全機運轉時期內，1臺輪在供熱/脫附/冷凝/貯液工況，另1臺輪在冷卻/吸 附/蒸發/致冷工況，即多數情況應配置3臺；也可以2臺及3臺以上。多臺吸附床單元構 建的吸附致冷器組件按程序做脫附、吸附交互運行，總會有1臺是輪在供熱/脫附/冷凝/ 貯液狀態，其它在泠卻/吸附/蒸發/致冷的狀態。這就相當於太陽能風能轉換的熱能可 以連續通過吸附、脫附的過程機制產生致冷量，能源有效利用率大大提高，可以在同樣能量 輸入和同量吸附劑條件下獲取更多的致冷量，這是本發明技術方案的特點。本發明的另一特點是將微電子測控技術用於交互吸附式太陽能風能致冷裝置系 統，單片機及外圍器件構成的單片機工控單元按程序控制管路執行機構電磁閥和微型水泵 的運作，使各吸附床單元構建的吸附致冷器組件有序地在供熱/脫附/冷凝/貯液、冷卻/ 吸附/蒸發/致冷的狀況下交互運行。單片機工控單元按常規方法編程，編程的主要依據是 所用吸附劑致冷工質對的技術參數。脫附與吸附時段步長時間比(例如1 2、1 1等) 是不變的，步長的時間值依據所採用的吸附劑致冷工質對在不同環境條件下吸附、脫附的 時間變化特性及與環境因子的關連度，在程序中可以修正微調。溫度傳感器將實時採集的 熱源水溫度，冷卻水溫度，環境空氣溫度，各吸附床單元吸附劑的溫度，致冷工質的蒸發溫 度等數據輸送給單片機工控單元處理，可修正各吸附床單元交互在較佳的脫附、吸附工況 周期，以獲取儘量多的致冷量。單片機工控單元依據熱源水溫達到設定的閾值確定致冷裝置系統的啟動運轉及停機。單片機工控單元上有致冷裝置設備故障告警信號LED顯示與輸出，用戶可及時發 現並排除故障。氣候統計資料表明，許多中低緯度地區，不僅太陽輻射能資源豐富，而且風能資源 也豐富。本發明設置了一組溫差水泵，將太陽能集熱器及風能風熱轉換器產生的熱水共同 存貯到絕熱良好的熱源水箱中，應用太陽能與風能轉化的熱能互補驅動交互吸附式致冷裝 置運轉，可以在太陽高度角較低及雲霾天氣等太陽輻射能集熱功率較小的時候，由風能補 充能源，可以使本發明的致冷裝置在一天中能有更長的運轉時期；甚至在夜間，當風能足 夠，熱源水溫度到達額定值時，單片機工控單元同樣可以啟動致冷裝置系統運行。風能可以 採取實時供熱和蓄能供熱兩種方式。應用太陽能與風能互補向交互吸附式致冷裝置系統 提供更多更長時間的自然清潔能源，能夠獲取更多的致泠量，這是本發明的特點。冬季致冷 裝置不運轉時期，可從熱源水箱輸出太陽能風能產生的熱量。小型太陽能電池板通過充電控制器與蓄電池向致冷裝置的單片機工控單元、水 泵、電磁閥等全部電器提供12V或24V直流電源。本發明交互吸附式太陽能風能致冷裝置 整機系統的運轉無需電網或燃油機供電及自來水網供水，基本為零碳排放。


附圖是本發明技術方案的示意圖。如圖所示，太陽能集熱器1、風能風熱轉換器2將太陽輻射能及風能轉換為熱能，以水為熱載體存在絕熱良好的熱水箱3內，23為溫控微 型水泵(圖上P1、P2)，它根據1與3、2與3的水溫差值啟動。15為散熱器，16為冷卻水箱。 分別向各吸附床單元提供熱源水、冷卻水的微型水泵5 (圖上P3、P4)受單片機工控單元19 控制，圖上箭頭代表水流方向。7為吸附床單元，圖上Al、A2、A3等為相同結構的3臺吸附 床單元，每臺吸附床單元是以同一進、出水管接口與熱源水或冷卻水環路相接。單片機工控單元19控制電磁閥6 (圖上Fl、F2、F3、F4)及微型水泵5 (圖上P3、 P4)向處於供熱/脫附、冷卻/吸附運作時段的各吸附床單元7(A1、A2、A3等)分別提供熱 源水、冷卻水。吸附床單元7與冷凝器11、貯液器14、蒸發器12、單向壓力閥9和10、毛細 管13構成彼此獨立的吸附製冷器組件，圖上由A1、A2A3所構建的吸附製冷器組件配置和結 構完全一樣。水溫傳感器4 (圖上熱源水箱Tl、冷卻水箱1 ，環境氣溫傳感器22，吸附劑溫度傳 感器8、蒸發器制泠液工質溫度傳感器M (圖上每臺吸附床單元內、每臺蒸發器內都有嵌入 式溫度傳感器)將實時採集的熱源水溫度，冷卻水溫度，各吸附床單元吸附劑的溫度，蒸發 器內製冷工質蒸發溫度及環境空氣溫度數據輸送給單片機工控單元19，18為傳感器信息 輸入總線，17為控制信息輸出總線。單片機工控單元17上有系統告警信號LED顯示與輸 出ο小型太陽能電池板21通過充電控制與蓄電池單元20向單片機工控單元、水泵、電 磁閥等全部電器提供12V或24V直流電源。
具體實施例方式近年來，由於制泠及其它眾多領域的需要，吸附劑的研製有很大進展，國內外已經 開發出的多種復(組)合吸附劑，它們分別與水、甲醇、乙醇、氨等吸附質組成的吸附工質 對，具有吸附量更大、吸附、脫附速度更快的優良特性，其中不少品種在60°C -80°C條件下 就可以很好地脫附。它們還有取材方便，配製簡單，成本低的特點。這些成就對推動太陽能 風能吸附式製冷裝置技術領域的進一步發展起了重要作用。本發明的實施可以根據所要求 達到的平均最低溫度(致冷劑最低蒸發溫度)，選擇適用的吸附劑致冷工質對。吸附床單元 是以水為載體對吸附劑進行供熱/脫附和冷卻/吸附的核心部件，結構設計應充分考慮對 吸附床上的吸附劑有良好的傳熱傳質效果。由吸附床單元與冷凝器、儲液器、蒸發器、單向 壓力閥、毛細管及相關管路構建成吸附致冷器組件。每個吸附床單元的吸附劑吸附空間與 冷凝器、儲液器、蒸發器、單向壓力閥、毛細管及相關管路組成與大氣相隔離的封閉系統，將 內部空間的空氣抽淨。本發明中所用低壓直流微型水泵及溫控直流微型水泵、低壓直流電磁閥、單向壓 力閥、翅片式冷凝器及冷卻水翅片散熱器等都可選用市售標準化產品。熱電阻溫度傳感器 (及變換器)精度0. 5°C，這些傳感器穩定性好，價格低廉，雖精度較低，在本設備中已滿足 要求。單片微型計算機簡稱單片機，是現代微電子信息技術發展的重要標誌，可靠性好， 價格已很便宜。市場上規格較多，本發明製冷裝置系統可選用8位單片機配外圍器件構成 工控單元。單片機工控單元按常規方法編程，編程依據主要由所選用吸附劑吸附工質対的吸附、脫附特性曲線參數而定，要有完整詳細的實驗技術資料。吸附劑對它所吸附工質的相對 脫附、吸附量g(工質重)/g(幹吸附劑重)在一定環境條件下隨時間的變化曲線是非線性 的，起始階段很快，時間越長越緩慢。一般而言，在適用的常規工況條件下，吸附劑的脫附速 度要遠快於吸附速度，多數情況把脫附時段步長時間與吸附時段步長時間的比定為1 2 為宜，這時本吸附製冷裝置系統中要有3臺吸附床單元和它構建的致冷器組件做交互運 行。如果步長時間比定為1 1，系統中要有2臺吸附床單元和它構建的致冷器組件做交互 運行，也可以其它比值。脫附、吸附時段的步長時間可在分折所選用的吸附劑的時間變化曲 線，折選起始變化迅速，其變化量已有較大部份的一段；綜合分析脫附量、吸附量隨時間變 化特性，從有利於一天獲取最多製冷總量上找出較優的單次平均脫附與吸附步長時間及步 長比。依據所採用吸附劑的吸附、脫附特性與環境條件物理因數關連度，在程序中設有步長 時間值修正微調係數。熱源水溫、冷卻水溫、吸附劑溫度、致冷劑蒸發溫度、環境空氣溫度等 參數送入單片機工控單元，可修正各吸附床單元交互在較佳的脫附、吸附工況周期。市場現有的平板式、真空管式太陽能集熱器提供70°C -80°C的熱水一般都可做 到，風熱轉換器選用定型產品。根據需日平均產出的致冷量，吸附劑與致泠劑組成工質対的 技術特性，系統效率，工作環境條件範圍及系統損耗等預算出大致所需熱源水的輸入供熱 量，熱源水箱容量，冷卻水箱容量，吸附劑量(乾重)；參考所使用緯度地區的太陽輻射能及 風能氣候資料可估算出所需太陽能集熱器的功率及在太陽高度角低或雲霾天氣的時候互 補風力機的輸出熱功率。可從市場上選擇與本發明整機系統相匹配的太陽能集熱器、風能 風熱轉換器定型產品配套。根據製冷設置系統所用的微型水泵、電磁閥、工控單元等全部電器一天最大消耗 功率確定供電蓄電池容量，再根據所適用地區太陽輻射氣候資料等換算出所用太陽能電池 板的的輸出功率。為保證足夠的電能儲備，實際用的小型太陽能光伏供電系統容量比計算 值要大1-2倍。可從市場上按所需規格購置定型產品配套，其價位已較低廉。本發明可以較快形成產品進入市場，按日均產出製冷量區間製造出結構一致的 大、中、小型不同規格的規範化交互吸附式太陽能風能製冷裝置定型產品，以提供用戶構建 不同需求的人工氣候環境空間。整機系統由幾個組件構成，為模塊化的結構，插接集成，現 場安裝及維修都很方便。
權利要求
1.一種交互吸附式太陽能風能致冷裝置，包括有太陽能集熱器，風能風熱轉換器，熱源 水箱，冷卻水箱，由吸附床單元與冷凝器、儲液器、蒸發器、單向壓力閥、毛細管及聯接管路 構建的吸附致冷器組件，電磁閥，水泵和管路，單片機工控單元，溫度傳感器，太陽能電池板 供電器，其特徵是太陽能、風能互補能源轉化的熱源水和相配的冷卻水，在單片機工控單元 指令控制下，依程序驅動3臺吸附致冷器組件中的吸附床單元交互進行供熱/脫附、冷卻/ 吸附的連續循環運行，太陽能電池板提供電控組件電力。
2.如權利要求1所述的交互吸附式太陽能風能致冷裝置，其特徵是在太陽能集熱器和 熱源水箱之間及風能風熱轉換器和熱源水箱之間設置了溫控水泵，將太陽能與風能所轉化 的熱能，以水為載體，將熱能共同存貯到絕熱良好的熱源水箱中，應用太陽能與風能所轉化 的熱能進行互補，可以在太陽高度角較低或雲霾天氣等太陽輻射能集熱功率小的時候，由 風能補充能源，風能可以採取實時供熱和蓄能供熱兩種結構。
3.如權利要求1所述的交互吸附式太陽能風能致冷裝置，其特徵是由吸附床單元與冷 凝器、儲液器、蒸發器、單向壓力閥、毛細管及管路構建成彼此獨立的吸附致冷器組件，組件 內部是吸附劑和致冷工質的傳質空間，須抽盡空氣並與大氣隔離封閉；吸附床單元內敷設 對吸附劑加熱、冷卻的水管道是以同一出、入接口與熱源水或冷卻水環路相接。
4.如權利要求1所述的交互吸附式太陽能風能致冷裝置，其特徵是熱源水和相配的冷 卻水，通過管路中被單片機工控單元程序控制的電磁閥和微型水泵實現依序驅動3臺吸附 致冷器組件中的吸附床單元交互進行供熱/脫附、冷卻/吸附的連續循環運行。
5.如權利要求1所述的交互吸附式太陽能風能致冷裝置，其特徵是供熱/脫附、冷卻/ 吸附時段的步長時間是依據所用吸附劑致冷工質對的技術參數決定，脫附與吸附時段步長 時間的比決定該製冷裝置系統需配置幾臺吸附床單元構建的吸附致冷器組件做交互運行， 可定為1 2、1 1或其它，1 2要配置3臺、1 1要配置2臺，多數吸附劑致冷工質対 情況的配置如權利要求1內所說的是3臺，如有需要，也可以2臺及3臺以上，全機2臺以 上做脫附、吸附交互運行，總是有1臺依序輪處在供熱/脫附/冷凝/貯液狀態，其它是輪 處在泠卻/吸附/蒸發/致冷的狀態。
6.如權利要求1所述的交互吸附式太陽能風能致冷裝置，其特徵是設置有熱源水箱、 冷卻水箱的水溫傳感器，環境氣溫傳感器，每臺吸附床單元的吸附劑上及每臺蒸發器內都 嵌入溫度傳感器，實時採集熱源水溫、冷卻水溫、環境空氣溫度、各吸附床吸附劑溫度、各蒸 發器內致泠劑工質溫度數據送入單片機工控單元處理以進行系統運轉智能控制。
7.如權利要求1所述的交互吸附式太陽能風能致冷裝置，其特徵是由單片機及外圍器 件構成的單片機工控單元按已定的程序控制管路執行機構電磁閥和微型水泵的運作，使各 吸附床單元構建的吸附致冷器組件有序地在供熱/脫附/冷凝/貯液、冷卻/吸附/蒸發/ 致冷的狀況下交互智能運行，單片機工控單元編程的主要依據是所用吸附劑致冷工質對的 技術參數；單片機工控單元分析處理溫度傳感器所採集的數據指令控制各吸附床單元構建 的吸附致冷器組件交互在較佳的脫附、吸附工況周期，啟動或關閉設備運轉；單片機工控單 元上有致冷裝置設備系統故障告警信號LED顯示與輸出。
8.如權利要求1所述的交互吸附式太陽能風能致冷裝置，其特徵是設置了太陽能電池 板供電器向致冷裝置系統的全部電器提供12V或24V直流電源，致冷裝置整機系統的運轉 無需電網或燃油機供電及自來水網供水，基本為零碳排放。
9.如權利要求1所述的交互吸附式太陽能風能致冷裝置，其特徵是如果將太陽能、風 能互補能源轉化的熱源水更換為工業餘熱水、地熱水等其它低品味熱源水，本發明致冷裝 置可同樣運行。
全文摘要
本發明涉及一種交互吸附式太陽能風能致冷裝置，由吸附床單元與冷凝器、儲液器、蒸發器、單向壓力閥、毛細管及相應管路構成吸附致冷器組件，以太陽能、風能互補能源轉化的熱源水和相配的冷卻水，依程序驅動3臺吸附致冷器組件中的吸附床單元交互進行供熱/脫附、冷卻/吸附的連續循環運行，單片機工控單元指令控制整機系統智能運作；應用太陽能與風能互補向致冷裝置的運轉提供更多更長時間的自然清潔能源，小型太陽能電池板提供電控組件電力，無需電網或燃油機供電及自來水網供水，基本為零碳排放。本技術方案可以較大地提高可再生能源致冷效率。整機系統為模塊化組件插接集成，現場安裝及維修方便，可以較快形成規範化定型產品進入市場。
文檔編號F25B17/00GK102135343SQ20111000442
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月11日 優先權日2011年1月11日
發明者程剛 申請人:程剛