专利名称：直接式太阳能空调复合系统的制作方法
技术领域：
本发明属于空调制冷技术领域，尤其是涉及到一种利用太阳能能量的空调制冷与 制热技术。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高，空调器已经是一 种普及电器，但是常规的电压缩式制冷空调，消耗了大量电力资源，导致在夏季不得不拉闸 限电，影响了整个国民的生活水平。而目前中国所利用的大部份电能都是火力发电，这就更 进一步地消耗大量煤炭，从而产生更多的二氧化碳，导致了环境的进一步恶化；这就迫切需 要开发一些节能环保的空调制冷技术，而这个技术首选的就是太阳能空调技术；因为太阳 能空调技术是符合人类可持发展的一项技术，所以成为世界研究的热点。目前，就太阳能制冷技术最接近实用主要是两种制冷方式，吸收式制冷与吸附式 制冷；就吸附式制冷而言，目前还没能找到适合太阳能制冷方面的吸附工质对以及高效优 化的吸附床技术；因而还处在理论研究阶段，有关吸附式制冷的专利技术产品目前还不具 备实用化、市场化条件；而有关吸收式制冷的产品早达到实用化阶段，但驱动的能源还是常 规能源，如煤炭、燃气、燃油等；对太阳能热驱动吸收式制冷还局限于大型的空调制冷场合， 还没有小型化产品。对如当前太阳能吸收式制冷空调还未能走向实用、市场化，其总体原因可以归结 如下太阳能集热器与常规的吸收式制冷机进行功能组合，造成了太阳能空调系统造价 高昂，不适合市场推广与利用；且热效率不高，100°c左右的热源时，单效制冷机器的效率在 0. 6左右，提高吸收式制冷机的效率是降低成本的关键环节。其次，是太阳能的不稳定性，因为受气候的影响，不能保证太阳能制冷的连续性、 稳定性；这样，不得不增加辅助能源，这样，就增加了太阳能系统的复杂性，同时，也是造价
高昂的一个因素。查阅当前有关太阳能空调制冷的技术专利，总是存在多方面未能解决的技术问 题，这些问题基本上是制约太阳能制冷技术实用化、市场化的主导因素。如专利200620022789. 1 “新型太阳能空调装置”其技术路线是将采集到的太能转 换为热水，然后再由热水驱动吸收制冷机器，这样，经历了一个热水媒介的转换环节，由此 导致的太阳能光热利用的转换环节过多，将有限的太阳能能量一部分损失在了没有做功的 热水转换环节，这也是导致太阳能光热利用效率不高的一个原因，从而使得太阳能吸收式 制冷机的效率不高。又如，专利号为200520140241. 2“家用分体式太阳能冷暖空调器”介绍的是一种直 接加热制冷介质的太阳能辅助制冷方式，在储能箱中采用储能介质换热，增加了换热热阻， 不利于太阳能热量的传输，其次，这种结构布置方式不利于太阳能利用与建筑一体化集成， 妨碍建筑美观。
针对目前有关太阳能制冷技术热转换效率不高、能量交换次数比较多，设备复杂 且造价高昂的缺陷，本设计方案提出了相应的解决办法。1、使用全玻璃管真空管技术、平板集热技术将太阳集热装置与吸收制冷的发生器 装置集成一体化，这样提高了太阳能热能转换效率，同时降低了系统设备的成本。2、采用一体化压缩机辅助能源系统，为了克服太阳能制冷的不稳定性，采用了吸 收式制冷与压缩式制冷高度集成一体化，进一步提高了能源转换效率，同时降低了系统设 备的成本。3、采用了风冷绝热吸收器技术，克服了吸收式制冷的吸收器体积过大、成本过高、 控制不稳定的缺点；同时克服了缺水地区的适应性。4、采用新型制冷工质对，易于与常规电压缩式制冷各种设备集成，降低了太阳能 空调的制造成本及技术难度。
发明内容
本实发明的目的是为了克服现有太阳能空调技术不能实用化、经济化、市场化的缺陷。本发明设计了太阳能直接发生器，并以压缩机做为辅助动力系统，保证了在太阳 能不足时或完全没有时制冷的稳定性与连续性。本发明可以分为几种模式运行(1)、吸收 式制冷运行模式及储冷运行模式；(2)电压缩式制冷运行模式；(3)、吸收-压缩复合运行模 式；(4)、直膨式热水器运行模式。(1)、吸收式制冷运行模式，当太阳能充足时，制冷工质对溶液在太阳能直接发生 器1中受热蒸发，产生的制冷剂蒸汽进入气液分离器2，经冷凝器4冷却后，变为液态制冷 剂，液态制冷剂在蒸发器7中蒸发制冷，产生制冷效果；然后被吸收器9中的稀溶液吸收，溶 液转换为待生液，待生液在溶液泵10的加压作用下，经溶液热交换器11换热后再次被充入 太阳能直接发生器1内重新受热蒸发，产生制冷剂蒸汽；此时完成一个制冷循环。(2)、吸收_压缩复合运行模式，当太阳能不足时，采用压缩式与吸收式相互补充 的运行方式运行，在这一模式的运行过程当中，产生高温高压的制冷剂蒸汽由太阳能直接 发生器1和压缩机13共同承担当太阳能不充足时，从蒸发器7出来的制冷剂蒸汽经阀Fl分两路运行，一路制冷 剂蒸汽经F3被压缩机13吸入后，经压缩机压缩后，制冷剂蒸汽经直接发生器1、溶液热交 换器11换热后，再经冷凝器4降温降压后，制冷剂蒸汽转化为液态，液态制冷剂进入到蒸发 器7中，再次蒸发制冷；这一运行流程是按照压缩式制冷循环流程运行，其特征是制冷剂与 发生器、溶液热交换器进行回热交换；另一路制冷剂蒸汽经阀门F2、被吸收器9中的稀溶液吸收，变为待生液，所述的待 生液在溶液泵10的加压作用下，经溶液热交换器11将溶液泵入太阳能直接发生器1中，制 冷工质对溶液受热后产生制冷剂蒸汽，经气液分离器2、单向阀3、进入冷凝器4，在冷凝器 4中降温降压冷凝后、再次进入蒸发器7，制冷剂在蒸发器7中吸热蒸发，产生制冷效果；至 此，完成一个吸收式制冷循环。上述两路循环其特征是依据太阳能能量情况，在自动控制 装置下进行切换与互补，压缩式制冷循环与吸收式制冷循环可以互为补充，或互为单独运 行。
(3)电压缩式制冷运行模式，当太阳能完全不足或晚上时候，由制冷剂蒸汽压力传 感器进行模式切换，空调制冷负荷可以完全由电压缩式制冷循环流程这一环路承担；当压 力传感器检测到发生器1中所产生的制冷剂蒸汽压力低于最低阈值时，关闭吸收式制冷循 环环路，直接进入电压缩式制冷运行模式；当压力传感器检测到发生器1中所产生的制冷 剂蒸汽压力高于最低发生值时，自动开启吸收式制冷循环环路，进入吸收式或吸收-电压 缩式制冷运行模式。(4)、热水器运行模式，其特征是所述的该装置在不需要进行制冷的季节，将制冷 模式转换为直膨胀式太阳能热水器模式，此时，太阳能直接发生器相当于直接膨胀蒸发器
ο在本发明中设计了太阳能直接发生器、风冷式吸收器，所述的发生器是由太阳能 集热器与发生器合二为一的一个装置，按照集热器的类型不同，可以分为以下几种太阳能 直接发生器1、蛇管真空管直接发生器，所述的发生器由全玻璃管真空管加工构成；2、平 板式直接发器，所述的发生器由平板式集热器和发生器容器构成；3、直通真空管直接发生 器，所述的发生器由直通全玻璃真空管和压力容器构成。在本发明中，设计了风冷绝热吸收器、内通风风冷式吸收器。在本发明中，制冷工质对的使用也至关重要，有时候为了特定机组的性能，需要要 定制或研制合适的制冷工质对，制冷剂一般应具备如下的一些性质，如冷凝压力不要过高、 蒸发压力不要过低；蒸发潜热大，以减少制冷剂的流量；比容小，热力系数、传热系数高；各 相状态下粘度低、无毒无刺激，不爆炸且容易获得，价格便宜。虽然吸收剂的种类很多，但作 为吸收剂应该具有一定性质，以便使得制冷装置在经济上易于制造，效率高而又能安全运 行，在本实用新型的设计中，优选下列制冷工质对A、氨-水；B、C02-丙酮；C、NH3-LiN03 ；D、 NH3-NaSCN ；E、水-溴化锂；F、R22-DMF，R22-DMETEG。在本发明中，压缩机的性能也至关重要，可优选下列制冷压缩机:A、变频压缩机， B、数码蜗旋压缩机；C、直流变频压缩机；D、斜盘式压缩机。
图1，直接式太阳能空调复合系统流程图；图2，蛇管真空管直接发生器；图3，平板式直接发生器；图4，直通全玻璃真空管直接发生器；图5，风冷绝热吸收器；图6，内通风风冷式吸收器；图中，1太阳能直接发生器；2气液分离器；3单向阀；4冷凝器/储热水箱；5储液 器；6节流阀；7蒸发器/储冷装置；8风冷冷却器；9绝热吸收器；10溶液泵；11溶液热交 换器；12低温热交换器；13压缩机；14单向阀；15高温热交换器；16出气管；17进液管；18 全玻璃真空管；19中间集气导管；20再热管；21单向阀；22出液管；23蒸发槽；24上集箱； 25下集箱；26热交换器；27待生剂溶液出口 ；28吸收剂浓溶液进口 ；29溶液散流器；30风 冷冷却器；31填料层；32溶液泵；33溶液分隔板；34制冷剂蒸汽进口 ；35循环泵；36溶液喷 淋管；37内通风冷却器；38冷却风扇；39制冷剂进气管；40溶液器；41稀溶液出口管；Fl F9为阀门。
具体实施例方式下面通过具体的实施例结合附图对本本发明进行更详细的描述。实施例1吸收式制冷运行模式。如图1所式，当太阳能充足时，完全按吸收式制冷循环流程运行，此时，压缩机处 于待工状态；制冷工质对溶液在太阳能直接发生器1内受热，制冷剂蒸发，产生制冷剂蒸 汽，经气液分离器2、单向阀3，在冷凝器4中降温降压冷凝后，部分制冷剂液体储存在储液 器5中，制冷剂再经节流阀6进入蒸发器7，液态制冷剂在蒸发器中吸热气化，变为低温低压 制冷剂蒸汽，并产生制冷效果；低温低压制冷剂蒸汽经阀Fl、F2被来自吸收器9中的高浓度 吸收剂溶液吸收；变为含有高浓度制冷剂的待生液，所述的待生液经溶液泵10加压后，在 溶液热交换器11中进行热交换后，待生液溶液重新进入太阳能直接发生器1中，再次蒸发 受热，产生制冷剂蒸汽，此时，完成一个吸收式制冷循环。在这一运行模式的过程当中，当太阳能非常充足的时候，可以进入储冷模式运行， 此时的蒸发器7既是一个蒸发器，又是一个储冷器，达到充分利用太阳能的目的。实施例2电压缩式制冷运行模式当太阳能完全不足或晚上时候，按蒸汽压缩式制冷运行；这样，保证了太阳能制冷 系统运行的连续性，由制冷剂蒸汽压力传感器进行模式切换，空调制冷负荷可以完全由电 压缩式制冷循环流程这一环路承担；当压力传感器检测到发生器1中所产生的制冷剂蒸汽 压力低于最低阈值时，关闭吸收式制冷循环环路，直接进入电压缩式制冷运行模式。运行流程如下，当系统检测到发生器不能提供足够的冷凝压力时候，在自动控制 系统作用下，关闭阀门F2、单向阀3 ；制冷剂蒸汽经阀Fl、F3后直接被制冷压缩机抽吸，高温 高压制冷剂整齐经热交换器15、12、单向阀14后，直接进入冷凝器4进行冷凝，部分制冷剂 液体储存在储液器5中，制冷剂再经节流阀6进入蒸发器7，液态制冷剂在蒸发器中吸热气 化，产生制冷效果；低温低压制冷剂蒸汽经阀F1、F3压缩机抽吸，变为高温高压的制冷剂蒸 汽，此时，制冷剂蒸汽完成了 一个电压缩式制冷循环。实施例3吸收-压缩复合能源系统运行模式当压力传感器检测到发生器1中所产生的制冷剂蒸汽压力高于最低发生值时，自 动开启吸收式制冷循环环路，进入吸收-电压缩式复合能源系统运行模式。当太阳能不充足时，在自动控制装置作用下打开阀门F3，从蒸发器7出来的制冷 剂蒸汽经阀Fl分两路运行，一路制冷剂蒸汽经过阀门F3、被压缩机13抽吸，后续流程就是 按照电压缩式制冷循环流程运行；当太阳能完全不足或晚上时候，空调制冷负荷可以完全 由压缩式制冷循环流程这一环路承担；另一路制冷剂蒸汽经阀门F2、被吸收器9中的含有高浓度吸收剂的溶液吸收，变 成为待生浓溶液，后续流程就是按吸收式制冷循环流程运行；上述两路循环其特征是依 据太阳能能量情况，在自动控制装置下进行切换，压缩式制冷循环与吸收式制冷循环可以互为补充，或互为单独运行。实施例4直膨式太阳能热水器运行模式当在不需要制冷的季节时候，为了提高设备的使用效率，该系统可以切换为直膨 式太阳能热水器运行模式，运行流程如下在自动控制作用下，此时，单向阀3、F3、F9处于关闭状态，F7、F8处于开启状态，在 这一状态中，制冷剂的运行方向与电压缩式制冷运行方向相反，可以通过四通阀进行方向变换。从换热器12、15中吸取热量后的制冷剂变为低温低压的制冷剂蒸汽，被压缩机压 缩后变为高温高压的制冷剂蒸汽，然后在冷凝器4中放热，这些热量可以传递给储热水箱； 此时，制冷剂经冷凝放热后变为低温液态制冷剂，经过节流降压后在换热器12、15中蒸发 吸热，吸取太阳能集热器所产生的热量，液态制冷剂转换为低温低压的制冷剂蒸汽，此时， 制冷剂完成一个吸热循环，制冷剂吸收的热量传递给储热水箱。该模式的特征是制冷剂直 接在太阳能集热器里蒸发取热，提高了能源的转换效率；同时，也能保证在寒冷季节有热水 产生。在图2中，待生液从进液管口 17缓慢注入到蛇形全玻璃管集热器18中，待生液体 在全玻璃真空管内沿“S”形路径在重力作用下向下流动，在流动的过程当中，待生液中的制 冷剂因受热不断从待生液体中蒸发出来，当待生液流到发生器的底部时，制冷剂基本蒸发 完毕，待生液转化为吸收剂浓溶液，经单向阀21，会聚到底部全玻璃真空管，由吸收剂浓溶 液由出液管口 22导出；如果蒸发不完全的待生液在底部真空管还可以继续受热蒸发，蒸发 出来的制冷剂蒸汽由管道20导出，最后会聚到出气管口 16 ；在待生液制冷剂蒸发的过程当 中，为了充分排出蒸发出来的制冷剂蒸汽，在全玻璃真空管集热器18上设置了中间集气导 管19。纵上所述，图2说明的是待生液的一个再生流程图。在图3中，待生液从进液管口 17缓慢注入蒸发槽23中，待生液体在蒸发槽内沿 “S”形路径在重力作用下向下流动，在流动的过程当中，待生液中的制冷剂因受热不断从待 生液体中蒸发出来，当待生液流到发生器的底部时，吸收剂浓溶液由出液管口 22导出；受 热蒸发出来的制冷剂蒸汽由出气管口 16导出；纵上所述，图3说明的是待生液的一个再生 流程图。在图4中，待生液从进液管口 17注入下集箱25中，待生液与热交换器26初步换 热后，然后在直通式全玻璃真空管内再次受热蒸发，在上集箱24内，待生液中的制冷剂由 出气管口 16导出，待生液转化为吸收剂浓溶液，吸收剂浓溶液由出口管22导出；纵上所述， 图4说明的是待生液的一个再生流程图。在图5中，吸收剂浓溶液由管道28注入发生器29中，吸收剂浓溶液在循环泵35的 作用下，经风冷冷却器30冷却降温后，降温后的吸收剂浓溶液均勻喷洒在填料层31上，制 冷剂蒸汽由管口 34进入发生器，在填料层31内与降温后的吸收剂浓溶液进行逆流换热与 吸收，从而生成待生液，部分待生液体被降落到分隔板33的右边，与来自管道28的吸收剂 浓溶液再次混合，再由循环泵35泵入风冷冷却器30冷却降温；再次参与吸收制冷剂蒸汽。 另一部分待生液降落到分隔板33的左边，经溶液泵32加压后由管道27导出。纵上所述， 图5描述了制冷工质对的吸收流程，也就是产生一个待生液的流程。
在图6中，吸收剂浓溶液由喷淋管36均勻喷洒在内通风冷却器37上，与来自制冷 剂进气管39中的制冷剂蒸汽进行逆流吸收与换热，吸收剂浓溶液吸收制冷剂蒸汽后变成 待生液体，降落到溶液器40，最后由稀溶液出口管41导出，进入集热发生器里产生制冷剂 蒸汽。纵上所述，图6描述了制冷工质对的吸收流程，也是产生一个待生液的流程。对以上的各个实施例的描述，并不是对本发明的限定，凡是通过形式上的变换的 其他任何发明均是落在本发明思想范围之内，本发明的思想范围均应受到保护。
权利要求
一种直接式太阳能空调复合系统，包括由太阳能直接发生器(1)、气液净化器(2)、单向阀(3)、冷凝器(4)、储液器(5)、节流阀(6)、蒸发器(7)、风冷冷却器(8)、吸收器(9)、溶液泵(10)、溶液热交换器(11)、压缩机(13)、阀门及自动控制装置构成的复合系统；其特征在于所述的太阳能直接发生器(1)是集热器与发生器集成一体化装置，吸收器采用风冷式吸收器；所述的该系统，当太阳能不充足或完全不足时，可以启动压缩机进行辅助制冷或完全替代太阳能制冷。
2.根据权利要求1所述的直接式太阳能空调复合系统，其特征是所述的太阳能直接发 生器是由太阳能集热器与发生器合二为一的一个集成化装置。
3.根据权利要求1所述的直接式太阳能空调复合系统，其特征是所述的太阳能直接发 生器至少可以是下列一种装置A、蛇管真空管直接发生器，所述的该发生器由全玻璃真空 管加工成蛇管形状或组装成蛇管形状，呈“S”形设置，所述的该发生器上有进液管、出液管、 出气管、阀门等组成；B、平板型直接发发生器，所述的该发生器集热面上有凹槽，凹槽上有 一边突出集热平面，所述的该发生器上有进液管、出液管、出气管、阀门等组成；C、直通全玻 璃真空管集热发生器，所述的该发生器由直通式全玻璃真空管、上集箱、下集箱、进液管、出 液管、出气管、阀门等组成，所述的下集箱里设置有热交换器。
4.根据权利要求1所述的直接式太阳能空调复合系统，其特征足所述的风冷吸收器至 少可以是下列一种装置A、内通风风冷式吸收器，所述的该吸收器由吸收器容器、内通风换 热器、喷淋管、风机等组成；B、风冷绝热吸收器，所述的该吸收器由绝热吸收器、填料层、溶 液分隔板、风冷冷却器、溶液泵、循环泵、管道、阀门等组成。
5.根据权利要求1所述的直接式太阳能空调复合系统，其特征是所述的压缩机至少可 为下列一种压缩机，A、变频压缩机，B、数码蜗旋压缩机、C、直流变频压缩机，D、斜盘式压缩 机。
6.根据权利要求1所述的直接式太阳能空调复合系统，其特征是所述的该装置制冷工 质对有如下特征制冷剂的沸点在+100°c -130°c之间；可选下列制冷工质对A、氨-水； B、CO2-丙酮；C、NH3-LiNO3 ；D、NH3-NaSCN ；E、水-溴化锂；优选 R22-DMF，R22-DMETEG。
7.根据权利要求1所述的直接式太阳能空调复合系统，其特征是当太阳能充足时，按 吸收式制冷模式运行；当完全没有太阳能或在晚上时，按电压缩式制冷模式运行；当太阳 能不足时，按吸收一压缩复合能源模式运行；所述的各种模式运行其特征是压缩式制冷 循环与吸收式制冷循环可以互为补充，或互为单独运行。
8.根据权利要求1所述的直接式太阳能空调复合系统，其特征是所述的该装置在不需 要进行制冷的季节，可以进行模式转换，按直膨式太阳能热水系统运行。
9.根据权利要求1所述的直接式太阳能空调复合系统，其特征是所述的该装置在太阳 能充足时候，可以进入太阳能蓄冷模式运行。
全文摘要
本发明涉及到一种直接式太阳能空调，由太阳能直接发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、压缩机、风冷绝热吸收器、热交换器、溶液热交换器、自动控制装置等设备组成，是一种直接式太阳能空调复合系统；其特征是太阳能集热器与发生器集成一体化、采用风冷式吸收器的太阳能空调系统。
文档编号F25B33/00GK101893347SQ20091010735
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者刘应江 申请人:刘应江