专利名称：太阳能工质储能连续制冷装置的制作方法
技术领域：
太阳能工质储能连续制冷装置技术领域[0001]本实用新型属于太阳能转换与利用技术领域，具体涉及一种太阳能工质储能连 续制冷装置。
背景技术：
[0002]现有制冷和空调技术领域，一般都采用电能驱动制冷机制冷等。这种方法电能 消耗量大，制冷成本高，不利于保护环境和推动低碳经济的发展。为了降低不可再生能 源的消耗，考虑使用太阳能作为驱动能源，但是由于太阳能有昼夜和阴晴等变化，是一 种间歇性和不稳定性的能源，所以对丰富太阳能的储存成为制冷的关键问题，在已有的 利用太阳能制冷方法中很少有考虑高效的储能方法。[0003]常用的储能方法，主要利用蓄热水箱或相变蓄热的方法对太阳能的热能进行储 存。在一定制冷量要求下，蓄热水箱的体积较大，给安装、使用带来不便，还要考虑水 箱的保温。在使用相变蓄热的方法中相变材料的使用性能随着使用次数会降低，相变蓄 热装置也要考虑保温，会增加成本并会有能量损失。[0004]还有一种太阳热能驱动的储能制冷方法中提到，利用太阳能直接加热工作溶液 并转换成制冷潜能储存，在需要冷能时，将储存的制冷潜能转换成所需的冷能。这种太 阳能制冷方法存在不足其一、太阳能集热器采用工作溶液作为集热和换热介质，只能 实现部分蒸发潜热吸热，其余为显热吸热，集热效率较低；其二，工作溶液储罐还担负 着气液分离的功能，必须保温，当太阳辐射能热能不足，集热器温度较低时会由工作溶 液储罐向集热器产生逆向传热，易造成能量损失；其三，夜晚或阴雨天后太阳能再次加 热工作溶液时，由于此时工作溶液储罐温度较低，又存有吸收剂组分浓度较高的工作溶 液，会发生制冷剂蒸气直接被工作溶液储罐内的吸收剂吸收产生“短路”，到不了冷凝 器和蒸发器，系统将不能制冷。其四，当太阳能热能不足，制冷系统依靠储存的制冷潜 能工作时，工作溶液储罐内的制冷剂组分不断增加，吸收能力越来越差，将导致制冷系 统不能连续工作；其五，太阳能直接加热工作溶液的方法，工质充注量大，热惯性大， 制冷系统启动缓慢。发明内容[0005]本实用新型的目的是提供一种太阳能工质储能连续制冷装置，以克服现有的太 阳热能驱动的储能制冷系统及方法在太阳能很弱、没有或太阳能不充足时无法实现制冷 的问题。[0006]本实用新型所采用的技术方案是，一种太阳能工质储能连续制冷装置，包括太 阳能集热装置、发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器；太阳能集热装置内设置有换热介 质，发生器内设置有制冷工质；太阳能集热装置通过内置有换热介质的第一管道与设置 在发生器内部的第一换热管进口相通连接，第一换热管出口通过内置有换热介质的第二 管道与太阳能集热装置相通连接；[0007]发生器上部通过第三管道与冷凝器上部相通连接，冷凝器下部通过第四管道与 蒸发器相通连接；第四管道通过第五管道与制冷工质储罐相通连接；蒸发器上部通过第 六管道与吸收器上部相通连接；[0008]发生器下部分别通过第十一管道和第十管道与吸收器、稀溶液储罐相通连接， 稀溶液储罐通过第十二管道与吸收器相通连接；第十一管道上还通过第十四管道与浓溶 液储罐相通连接；[0009]设置在蒸发器内部的第三换热管与冷暖风机相通连接，第三换热管内置有载冷 剂。[0010]其中，太阳能集热装置为太阳能重力热管集热器，该太阳能重力热管集热器由 多个真空热管组成，每个真空热管包括玻璃管和重力热管，重力热管内密封有水质工作 液；多个玻璃管的上方设置有一个腔体；重力热管的蒸发段位于玻璃管内，冷凝段位于 腔体内；重力热管的蒸发段与玻璃管之间设置有集热元件，重力热管的冷凝段与腔体之 间充满换热介质。[0011]其特点还在于，冷凝器内设置有第二换热管，吸收器内设置有第四换热管；第 四换热管进口通过第十五管道与冷却塔连接，第四换热管出口通过第十六管道与第二换 热管的进口相通连接，第二换热管出口通过第十七管道与冷却塔连接；第十五管道上设 置有冷却泵。[0012]其中，设置在蒸发器内部的第三换热管进口通过第八管道与冷暖风机相通连 接，第三换热管出口通过第九管道与冷暖风机相通连接，第九管道上设置有载冷剂泵。[0013]其中，第十一管道上设置有发生泵。[0014]其中，第四管道与第六管道均通过第一热交换器；第一热交换器与蒸发器之间 的第四管道上还设置有第一节流阀。[0015]其中，第十一管道与第十二管道均通过第二热交换器；第二热交换器与吸收器 之间的第十二管道上设置有第二节流阀。[0016]本实用新型的有益效果是，[0017]1)利用制冷工质对溶液作为太阳能储能材料，在太阳辐射充足时将富余太阳辐 射热量转换成高纯度制冷工质液体后储存，在太阳辐射不足或很弱时，释放制冷工质储 存的冷能供吸收式制冷系统使用。解决了太阳辐射充足时，因为系统制冷量设计需求有 限，使太阳能得不到充分的利用的问题，和太阳辐射不足时制冷系统得不到足够的驱动 能源而使用辅助电能的问题；[0018]幻换热介质和制冷工质对彼此独立，工质注入量少，热惯性小；[0019]3)工质储能装置在常温下工作，不必保温，能量损失极少；[0020]4)采用吸收式制冷大、小循环制冷技术持续产生所需的制冷量，满足因太阳能 不稳定变化的制冷需要；小循环时，集热器、发生器和冷凝器均不工作，能量损失少；[0021]5)将太阳能重力热管集热、吸收式制冷、工质储能、大小循环技术集成应用。[0022]本发明利用太阳能集热装置在太阳能充足、很弱或不足时分别通过制冷系统的 大循环、小循环和大小同时循环的方法，大大降低制冷机受太阳能间歇性和不稳定性的 影响，同时也使太阳能得到充分利用。实现在太阳辐射能不稳定的情况下，全天候无辅 助能源的太阳能驱动连续制冷。且本发明在制冷过程没有污染，对保护环境十分有利。采用工质储能和大、小循环可以充分利用太阳能，解决了太阳能很弱或不足时制冷系统 持续稳定制冷的问题。运行成本低，经济效益高。
[0023]图1是本实用新型太阳能工质储能连续制冷系统的结构示意图；(箭头所指方 向为液体或气体流动方向)[0024]图2是太阳能重力热管集热器的结构示意图；[0025]图3是图2的A— A视图。[0026]图中，1.发生器，2.冷凝器，3.制冷工质储罐，4.第一热交换器，5.第一节流 阀，6.蒸发器，7.蒸发泵，8.载冷剂泵，9.冷暖风机，10.吸收器，11.吸收泵，12.浓溶 液储罐，13.发生泵，14.第二热交换器，15.第二节流阀，16.稀溶液储罐，17.热水泵， 18.太阳能重力热管集热器，19.冷却塔，20.冷却泵，21.玻璃管，22.重力热管，23.蒸 发段，24.冷凝段，25.铝翼片，26.腔体，27.换热介质，28.第一管道，29.第二管道， 30.第三管道，31.第四管道，32.第五管道，33.第六管道，34.第七管道，35.第八管道， 36.第九管道，37.第十管道，38.第十一管道，39.第十二管道，40.第十三管道，41.第 十四管道，42.第十五管道，43.第十六管道，44.第十七管道，45.第一换热管，46.第二 换热管，47.第三换热管，48.第四换热管。
具体实施方式
[0027]
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。[0028]如图1所示，本实用新型提供了一种太阳能工质储能连续制冷装置，包括太阳 能重力热管集热器18、发生器1、冷凝器2、蒸发器6和吸收器10。发生器1内设置有 制冷工质和第一换热管45，冷凝器2内设置有第二换热管46，蒸发器6内设置有第三换 热管47，吸收器10内设置有第四换热管48。[0029]如图2所示，太阳能重力热管集热器18由多个真空热管组成，每个真空热管包 括透明玻璃管21和重力热管22。透明玻璃管21上镀有选择性吸收涂层(目的是多吸收 太阳辐射热能)，重力热管22内密封有水质工作液，热管材料为铜管。多个透明玻璃管 21的上方设置有一个腔体沈；重力热管22的蒸发段23位于玻璃管21内，冷凝段M位 于腔体沈内；如图3所示，重力热管22的蒸发段23与玻璃管21之间设置有集热元件， 集热元件为铝翼片25用于吸收太阳能，重力热管22的蒸发段23与玻璃管21之间为真 空状态并密封。重力热管22的冷凝段M与腔体沈之间充满换热介质27。其工作原理 为由玻璃管21内的铝翼片25吸收太阳能，重力热管22蒸发段23的水质工作液受热蒸 发，蒸汽沿重力热管22升至冷凝段M放热凝结成液体后依靠重力从冷凝段M回流到蒸 发段23继续吸热蒸发，自动循环；水质工作液在冷凝段对放热将热量传给管外的换热介 质27，换热介质27进入制冷系统作为制冷系统的驱动热源。以太阳能重力热管集热器 18作为制冷系统的太阳能采集装置，密闭于重力热管22内的水质工作液蒸发吸热，吸收 太阳能，冷凝放热，加热换热介质，这一过程不逆向进行。实现了高效的潜热吸热、放 热和单向导热。换热介质27密闭于第一换热管45、第一管道观和第二管道四内，散热 面积小，易于保温，整体集热效率高，使用寿命长。[0030]如图1所示，太阳能重力热管集热器18的腔体沈通过第一管道观与发生器1 内的第一换热管45进口相通连接，第一换热管45出口通过第二管道四与腔体沈相通连 接；第二管道四上设置有热水泵17。[0031]发生器1上部通过第三管道30与冷凝器2上部相通连接，冷凝器2下部通过第 四管道31与蒸发器6相通连接；第四管道31还通过第五管道32与制冷工质储罐3相通 连接；蒸发器6上部通过第六管道33与吸收器10上部相通连接；第四管道31与第六管 道33均通过第一热交换器4，第一热交换器4与蒸发器6之间的第四管道31上设置有第 一节流阀5。[0032]发生器1下部分别通过第十一管道38和第十管道37与吸收器10、稀溶液储罐 16相通连接，稀溶液储罐16通过第十二管道39与吸收器10相通连接；第十一管道38与 第十二管道39均通过第二热交换器14，第二换热器14与吸收器10之间的第十二管道39 上设置有第二节流阀15 ；第十一管道38上还通过第十四管道41与浓溶液储罐12相通连 接，第十一管道38上设置有发生泵13。吸收器10内的顶部平行设置有两根喷淋管，这 两根喷淋管上设置有多个开口朝向第四换热管48的喷嘴；第十二管道39的一端与稀溶液 储罐16相通连接，另一端与吸收器10内其中一根喷淋管相通连接；吸收器10的下部与 另一根喷淋管之间设置有第十三管道40，第十三管道40上设置有吸收泵11。[0033]设置在蒸发器6内部的第三换热管47进口通过第八管道35与冷暖风机9相通连 接，第三换热管47出口通过第九管道36与冷暖风机9相通连接；第九管道36上设置有 载冷剂泵8。蒸发器6顶部设置有一根喷淋管，喷淋管上设置有多个开口朝向第三换热管 47的喷嘴；蒸发器6下部与该喷淋管之间设置有第七管道34，第七管道34上设置有蒸发 泵7。[0034]吸收器10内第四换热管48进口通过第十五管道42与冷却塔19连接，第四换热 管48出口通过第十六管道43与冷凝器2内第二换热管46进口相通连接，第二换热管46 出口通过第十七管道44与冷却塔19连接。第十五管道42上设置有冷却泵20。第四换 热管48、第二换热管46、第十五管道42、第十六管道43和第十七管道44内在冷却泵20 的驱动下循环流动着来自冷却塔19的冷却水。[0035]本实用新型太阳能工质储能连续制冷装置进行连续制冷的方法为[0036]一、当太阳能充足时，整个系统实现大循环[0037]被太阳能重力热管集热器18加热后的换热介质作为驱动热源通过第一管道观流 入发生器1内的第一换热管45内，对发生器1内的制冷工质浓溶液进行加热，产生制冷 工质蒸汽。在发生器1内放热之后的换热介质再通过第二管道四在热水泵17作用下流回 腔体沈中继续吸热，进行加热循环。制冷工质蒸汽通过第三管道30进入冷凝器2中，与 第二换热管46内的冷却水进行热交换，冷凝成高纯度的制冷工质液体；冷凝器2中的高 纯度制冷工质液体，一部分通过第四管道31，经过第一热交换器4和第一节流阀5流入到 蒸发器6中蒸发制冷，未能蒸发的高纯度制冷工质液体流向蒸发器6底部，汇聚成制冷工 质浓溶液，在蒸发泵7的作用下通过第七管道34流入蒸发器6顶部的喷淋管中充分蒸发 制冷；多余的高纯度制冷工质溶液通过第五管道32存储在制冷工质储罐3内。同时，发 生器1内蒸发后的制冷工质稀溶液首先通过第十管道37流入稀溶液储罐16中，多余的制 冷工质稀溶液在稀溶液储罐16中储存，而另一部分制冷工质稀溶液通过第十二管道39，并经过第二交换器14和第二节流阀15流入吸收器10中其中一个喷淋管中，喷向吸收器 10底部，在此过程中吸收来自蒸发器6的制冷剂蒸气，在吸收器10底部汇聚成制冷工质 稀溶液；为了保持吸收器10的吸收能力，吸收器10底部的制冷工质稀溶液在吸收泵11 的作用下通过第十三管道40流入吸收器10顶部另一根喷淋管中，喷向吸收器10底部。 由于吸收器10内制冷工质的浓度小于蒸发器6内制冷工质的浓度，吸收器10内制冷工质 稀溶液通过第六管道33对蒸发器6内的制冷工质浓溶液进行吸收，使得蒸发器6内的制 冷工质浓溶液蒸发并吸热，使第三换热管47中的载冷剂温度下降，启动载冷剂泵8，将 载冷剂输入冷暖风机9中，实现制冷。[0038]吸收器10在吸收蒸发器6内制冷工质过程产生的溶解热被第四换热管48内的冷 却水带走。在吸收过程中，吸收器10内的制冷工质稀溶液逐渐变浓，启动吸收泵13，通 过第十一管道38并经过第二热交换器14输入发生器1，加热后重新产生制冷剂蒸汽，循 环使用。[0039]二、当太阳能很弱或没有(夜晚或雨天)，不能驱动制冷系统工作时，整个系 统实现小循环[0040]存储在制冷工质储罐3内的高纯度制冷工质液体(阳光充沛时储存的)依次通 过第五管道32和第四管道31并经过第一热交换器4和第一节流阀5流入蒸发器6中； 同时，储存在稀溶液储存罐16内的制冷工质稀溶液(阳光充沛时储存的)通过第十二管 道39并经过第二热交换器14和第二节流阀15流入吸收器10中其中一根喷淋管中，喷向 吸收器10底部，在吸收器10底部汇聚成制冷工质稀溶液；为了保持吸收器10的吸收能 力，吸收器10底部的制冷工质稀溶液在吸收泵11的作用下通过第十三管道40流入吸收 器10顶部的另一根喷淋管中，喷向吸收器10底部。吸收器10内制冷工质稀溶液通过第 六管道33对蒸发器6内的制冷工质浓溶液进行吸收，使得蒸发器6内的制冷工质浓溶液 蒸发并吸热，使第三换热管47中的载冷剂温度下降，启动载冷剂泵8，将载冷剂输入冷 暖风机9中，实现制冷。在吸收过程中，吸收器10内的制冷工质稀溶液逐渐变浓，通过 第十四管道41储存在浓溶液储罐12中；等太阳光充沛，发生器1和发生泵13工作时， 在发生泵13的驱动下，储存在浓溶液储罐12中的制冷工质浓溶液通过第十一管道38输 入到发生器1中，加热后重新产生制冷剂蒸汽，在下一个大循环中使用。[0041]相对太阳能充足时段，太阳能很弱或没有时，太阳能重力热管集热器18、发生 器1和冷凝器2都没有工作，制冷系统只有蒸发器6和吸收器10在工作，利用储能释放 进行制冷。[0042]三、当太阳能不充足时(多云天太阳辐射较弱)，整个系统实现大小循环同时 进行[0043]被太阳能重力热管集热器18加热后的换热介质作为驱动热源通过第一管道观流 入发生器1内的第一换热管45内，对发生器1内的制冷工质进行加热，产生制冷工质蒸 汽。在发生器1放热之后的换热介质再通过第二管道四在热水泵17作用下流回腔体沈 中继续吸热，进行加热循环。制冷工质蒸汽通过第三管道30进入冷凝器2中，与第二换 热管46内的冷却水进行热交换，冷凝成高纯度的制冷工质液体；由于太阳能较弱，所以 产生的制冷工质蒸汽较少，冷凝的高纯度的制冷工质液体也较少，不足以满足制冷系统 的制冷需求，所以冷凝器2中产生的高纯度制冷工质液体和存储在制冷工质储罐3内的高纯度制冷工质液体(是在阳光充裕时储备的)，一起通过第四管道31，并经过第一热交 换器4和第一节流阀5流入到蒸发器6中蒸发制冷，未能蒸发的高纯度制冷工质液体流向 蒸发器6底部，并在蒸发器6底部汇聚成浓度较高的制冷工质；蒸发器6底部的制冷工 质浓溶液在蒸发泵7的作用下通过第七管道34流入蒸发器6顶部的喷淋管中，喷向蒸发 器6的底部。发生器1内蒸发后的制冷工质稀溶液首先通过第十管道37流入稀溶液储罐 16中，再与稀溶液储罐16内储存制冷工质稀溶液(是在阳光充裕时储备的)一起通过第 十二管道39，并经过第二交换器14和第二节流阀15流入吸收器10中的一根喷淋管中， 喷向吸收器10底部，在此过程中吸收来自蒸发器6的制冷剂蒸气，在其底部汇聚成制冷 工质稀溶液；为了保持吸收器10的吸收能力，底部的制冷工质稀溶液在吸收泵11的作用 下通过第十三管道40流入吸收器10顶部另一根喷淋管中，喷向吸收器10底部。由于吸 收器10内制冷工质的浓度小于蒸发器6内制冷工质的浓度，吸收器10内制冷工质稀溶液 通过第六管道33对蒸发器6内的制冷工质浓溶液进行吸收，蒸发器6内的制冷工质蒸发 并吸热，使第三换热管47中的载冷剂温度下降，启动载冷剂泵8，将载冷剂输入冷暖风 机9中，实现制冷。[0044]吸收器10在吸收蒸发器6内制冷工质过程产生的溶解热被第四换热管48内的冷 却水带走。在吸收过程中，吸收器10内的制冷工质稀溶液逐渐变浓，启动发生泵13，吸 收器10内的制冷工质浓溶液通过第十一管道38，并经过热交换器14输入发生器1，加热 后重新产生制冷剂蒸汽，循环使用。[0045]通过以上利用工质储能大小循环太阳能连续制冷方法，实现在太阳辐射能不稳 定的情况下，全天候无辅助能源的太阳能驱动连续制冷。[0046]综上所述，系统以大循环工作时，制冷工质储罐3和稀溶液储罐16进入储能状 态，存储量不断增多。系统以小循环工作时，制冷工质储罐3和稀溶液储罐16进入释能 状态，存储量不断减少，维持蒸发器6制冷和吸收器10正常工作，与此同时，吸收蒸气 后的浓溶液从吸收器10进入浓溶液储罐12，其容量应为制冷工质储罐3和稀溶液储罐16 之和。大小循环同时工作时，制冷工质储罐3和稀溶液储罐16存储量是减少的，浓溶液 储罐12液量是增加的。[0047]另外，制冷工质储罐3、稀溶液储罐16和浓溶液储罐12不需要保温，与此联接 的输送管道也在常温下工作。
权利要求1.一种太阳能工质储能连续制冷装置，其特征在于包括太阳能集热装置、发生器 (1)、冷凝器(2)、蒸发器(6)和吸收器(10)；太阳能集热装置内设置有换热介质，发生器(1)内设置有制冷工质；太阳能集热装置通过内置有换热介质的第一管 道(28)与设置在发生器(1)内部的第一换热管(45)进口相通连接，第一换热管(45)出口通过内置有换热介质的第二管道(29)与太阳能集热装置相通连接；发生器(1)上部通过第三管道(30)与冷凝器(2)上部相通连接，冷凝器(2)下部通过第四管道(31)与蒸发器(6)相通连接；所述第四管道(31)通过第五管道 (32)与制冷工质储罐(3)相通连接；蒸发器(6)上部通过第六管道(33)与吸收 器(10)上部相通连接；发生器(1)下部分别通过第十一管道(38)和第十管道(37)与吸收器(10)、 稀溶液储罐(16)相通连接，稀溶液储罐(16)通过第十二管道(39)与吸收器(10) 相通连接；所述第十一管道(38)上还通过第十四管道(41)与浓溶液储罐(12)相通 连接；设置在蒸发器(6)内部的第三换热管(47)与冷暖风机(9)相通连接，第三换热 管(47)内置有载冷剂。
2.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于所述太阳能集热装置为太阳能重 力热管集热器(18)，该太阳能重力热管集热器(18)由多个真空热管组成，每个真空 热管包括玻璃管(21)和重力热管(22)，重力热管(22)内密封有水质工作液；多个 玻璃管(21)的上方设置有一个腔体(26)；重力热管(22)的蒸发段(23)位于玻 璃管(21)内，冷凝段(24)位于腔体(26)内；重力热管(22)的蒸发段(23)与 玻璃管(21)之间设置有集热元件，重力热管(22)的冷凝段(24)与腔体(26)之 间充满换热介质。
3.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于冷凝器(2)内设置有第二换热管(46)，吸收器(10)内设置有第四换热管(48)；第四换热管(48)进口通过第十五 管道(42)与冷却塔(19)连接，第四换热管(48)出口通过第十六管道(43)与第 二换热管(46)的进口相通连接，第二换热管(46)出口通过第十七管道(44)与冷却 塔(19)连接；所述第十五管道(42)上设置有冷却泵(20)。
4.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于设置在蒸发器(6)内部的第三换 热管(47)进口通过第八管道(35)与冷暖风机(9)相通连接，第三换热管(47)出 口通过第九管道(36)与冷暖风机(9)相通连接，所述第九管道(36)上设置有载冷 剂泵(8)。
5.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于所述第十一管道(38)上设置有 发生泵(13)。
6.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于所述的第四管道(31)与第六管 道(33)均通过第一热交换器(4)；第一热交换器(4)与蒸发器(6)之间的第四管 道(31)上还设置有第一节流阀(5)。
7.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于所述第十一管道(38)与第十二 管道(39)均通过第二热交换器(14)；第二热交换器(14)与吸收器(10)之间的 第十二管道(39)上设置有第二节流阀(15)。
专利摘要本实用新型提供了一种太阳能工质储能连续制冷装置，包括太阳能集热装置、发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器；太阳能集热装置通过管道与设置在发生器内部的第一换热管进口相通连接，第一换热管出口与太阳能集热装置相通连接；发生器通过管道与冷凝器上部相通连接，冷凝器下部通过管道与蒸发器相通连接；蒸发器上部通过管道与吸收器上部相通连接；发生器下部分别通过管道与吸收器、稀溶液储罐相通连接，稀溶液储罐通过管道与吸收器相通连接；第十一管道上还通过第十四管道与浓溶液储罐相通连接。其优点是，可在太阳辐射能不稳定的情况下，实现全天候无辅助能源的太阳能驱动连续制冷。
文档编号F24J2/32GK201811485SQ20102051947
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者张鹏超, 杨永平, 王旭飞 申请人:陕西理工学院