专利名称：太阳能驱动的有机郎肯-蒸汽压缩空调的制作方法
技术领域：
本发明涉及余热制冷和太阳能空调技术领域，特别涉及一种太阳能驱动的有机郎肯-蒸汽压缩空调。
背景技术：
近年来我国用电缺口逐渐增大，很多城市在夏天用电高峰时，电力供应不足，出现拉闸限电的情况，这给人民生活和经济建设带来了很大影响。空调用电在民用建筑耗电量中占了很大的比重，发达国家的空调能耗占全年民用能耗的25%，这给能源、电力和环境带来了很大的压力。我国太阳能储量相当丰富，全年日照时间约在2000 3300h，平均每年总辐射能量约在300 800MJ/m2。太阳能是一种丰富、清洁的可再生能源，太阳能空调就是利用太阳能来驱动制冷机的一种新型空调技术。与常规的电动或直燃式空调器相比，由于太阳能空调系统以太阳能作为制冷机的热源，不仅能节约大量的矿物能源，同时还能起到保护环境的作用。而且在太阳辐射最强的时候也是空调负荷基本达到最大的时候，所以用太阳能驱动空调可以很好的满足制冷需求。因此，利用太阳能替代或部分替代常规能源驱动空调系统对环保和节能都具有十分重要的意义。目前常用的太阳能空调主要有4种方式吸收式空调、吸附式空调、喷射式空调、除湿空调。太阳能吸收式空调主要是指溴化锂吸收制冷机组，该机组存在溴化锂易结晶、腐蚀性强、蒸发温度只能在o°c以上等缺陷，而且机组价格昂贵；太阳能吸附式空调存在COP低、热量利用率低、设备体积大、吸附和解吸时间长的缺点；太阳能喷射式制冷虽然系统简单，运行稳定，但是制冷效率较低；太阳能除湿空调存在对环境降温能力有限，常需要辅助制冷的缺点，而且理论研究尚未成熟。针对上述情况，急需开发一台价格低廉，运行可靠，效率高，体积小的太阳能空调，而太阳能驱动的有机郎肯-蒸汽压缩空调正好可以满足此要求。
发明内容
针对目前太阳能空调价格昂贵，体积大的现状，本发明提出了一种太阳能驱动的有机郎肯-蒸汽压缩空调，该空调价格低廉，运行可靠，效率高，体积小。为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案太阳能驱动的有机郎肯-蒸汽压缩空调，包括依次连接并构成回路的太阳能集热/发生器、膨胀机、压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、过热器、冷凝器、工质泵及太阳能集热/发生器，膨胀机和压缩机同轴连接，所述膨胀机出口流出的气体分成两路，一路直接进入冷凝器冷凝，另一路进入过热器加热蒸发器出口的气体，然后回到冷凝器，所述压缩机还与过热器连接。所述的冷凝器采用风冷冷凝器，功耗小。所述膨胀机和压缩机采用同种工质，可以是R245fa，R134a和R123等低沸点氟利昂类工质，也可以是异丁烷等碳氢化合物类工质。同种工质可以省去气体分离设备，结构简单。
所谓有机朗肯-蒸汽压缩系统主要包括膨胀机系统和压缩机系统，见图1。膨胀机系统采用低沸点的有机工质作为循环介质，利用热能加热有机工质驱动膨胀机输出动力；压缩机系统采用和膨胀机同轴的结构，膨胀机直接带动压缩机转动。膨胀机采用径向轴流式的透平膨胀机，压缩机采用离心式。有机朗肯-蒸汽压缩系统采用同轴结构，压缩机转速高，系统体积小，能量密度高，而且系统效率高。该系统能够利用工业余热，地热和太阳能等中低温热源。本申请中膨胀机系统也叫动力系统，压缩机系统也叫制冷系统。系统中，太阳能集热器和发生器合二为一，太阳能集热器集热的同时又充当了发生器，系统不用再专门配备发生器，结构简单，费用降低。工质在集热器内受热汽化，然后驱动膨胀机做功。考虑到膨胀机和压缩机轴端密封在长期运行过程中存在互相泄漏的可能，从实际运行过程中安全稳定的角度考虑，压缩机和膨胀机系统采用同种循环工质。动力侧和制冷侧的冷凝器可以采用风冷也可以采用水冷，与水冷相比，风冷的功耗较小，但是冷凝温度较水冷高。考虑到太阳能空调的实际运行场合，本申请选择风冷。为保证发生器的换热效果，同时为精确控制出冷凝器的两路工质的流量，发生器上装液位控制器，工质泵加变频器，通过液位控制器控制变频器调整工质泵的转速，始终维持发生器内的液位在上部位置。考虑到太阳能热源运行工况的多变性，所设计的制冷系统应能适用热源的多变工况。为此，膨胀机采用径向轴流式的透平膨胀机，该机适用范围广，能在变负荷工况下稳定运行。压缩机采用离心式，与膨胀机同轴。膨胀机和压缩机由于转速高，为防止叶轮受损，要求膨胀机和压缩机进口的气体中不能含有液滴，因此需要在膨胀机和压缩机进口设置过热器。本发明与现有技术相比，具有如下优点空调采用膨胀机和压缩机同轴的结构，膨胀机为径向轴流式，压缩机为离心式，采用低沸点的有机工质作为驱动膨胀机转动的介质。太阳能集热器和发生器合二为一，集热器集热的同时又充当发生器，系统不用再专门配备发生器，结构简单。采用风冷冷凝器，功耗小。集热器上部布置液位传感器，工质泵加变频器，通过变频器控制工质泵的转速达到控制集热器内液位的目的。
图1为本发明结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明的内容做进一步详细说明。实施例请参阅图1所示，太阳能驱动的有机郎肯-蒸汽压缩空调，包括依次连接并构成回路的太阳能集热/发生器A、膨胀机B、压缩机C、冷凝器D、节流阀E、蒸发器F、过热器G、冷凝器H、工质泵I及太阳能集热/发生器A，膨胀机B和压缩机C同轴连接，膨胀机B出口流出的气体分成两路，一路直接进入冷凝器H冷凝，另一路进入过热器G加热蒸发器F出口的气体，然后回到冷凝器H，所述压缩机C还与过热器G连接，膨胀机B为径向轴流式结构，压缩机C为离心式结构。冷凝器H采用风冷冷凝器，功耗小。膨胀机B和压缩机C采用同种工质，为R245fa或R134a或R123低沸点氟利昂类工质、或异丁烷等碳氢化合物类工质。同种工质可以省去气体分离设备，结构简单。整个系统的流程图如图1所示。系统中，太阳能集热器和发生器合二为一，太阳能集热器集热的同时又充当了发生器，即为太阳能集热/发生器，系统不用再专门配备发生器，结构简单，费用降低。工质在集热器内受热汽化，然后驱动膨胀机做功。考虑到膨胀机和压缩机轴端密封在长期运行过程中存在互相泄漏的可能，从实际运行过程中安全稳定的角度考虑，压缩机系统和膨胀机系统采用同种循环工质，可以是R245fa，R134a和R123等低沸点氟利昂类工质，也可以是异丁烷等碳氢化合物类工质。同种工质可以省去气体分离设备，结构简单。动力侧和制冷侧的冷凝器可以采用风冷也可以采用水冷，与水冷相比，风冷的功耗较小，但是冷凝温度较水冷高。考虑到太阳能空调的实际运行场合，本申请选择风冷。为保证发生器的换热效果，同时为精确控制出冷凝器的两路工质的流量，发生器上装液位控制器，工质泵加变频器，通过液位控制器控制变频器调整工质泵的转速，始终维持发生器内的液位在集热器的上部。考虑到太阳能热源运行工况的多变性，所设计的制冷系统应能适用热源的多变工况。为此，膨胀机采用径向轴流式的透平膨胀机，该机适用范围广，能在变负荷工况下稳定运行。压缩机采用离心式，与膨胀机同轴。太阳能驱动的有机郎肯-蒸汽压缩空调系统的工作原理为首先利用太阳能集热/发生器A内的有机工质使其汽化，汽化后的工质进入膨胀机B推动膨胀机B转动对外输出功。从膨胀机B出来的工质进入冷凝器H冷却为液体，通过工质泵I加压后，液体回到发生器A，完成一个循环。压缩机C和膨胀机B同轴，膨胀机B输出的功直接带动压缩机C转动，将低压气体压缩到高压进入冷凝器D，在冷凝器D内冷却为液体，液体经过节流阀E后进入蒸发器F蒸发吸热进行制冷，蒸发后的气体被压缩机C吸入，完成一个循环。膨胀机B和压缩机C由于转速高，为防止叶轮受损，要求膨胀机B和压缩机C进口的气体中不能含有液滴。为此，需要在太阳能集热/发生器A出口设置挡液板，太阳能集热/发生器A和膨胀机B进口之间的管道保温，杜绝液体颗粒进入膨胀机B。在蒸发器F的出口设置过热器G，也就是，从膨胀机B出口流出的气体分成两路，一路直接进入冷凝器H冷凝，另一路加热蒸发器F出口的气体，然后再回到冷凝器H。压缩机进口的过热器G有两个用途，一是加热蒸发器出口的蒸汽，确保进入压缩机的气体过热；二是回收能量，提高效率。过热器G的增设减小了冷凝器H的冷却负荷，提高了系统效率。上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
权利要求
1.太阳能驱动的有机郎肯-蒸汽压缩空调，其特征在于包括依次连接并构成回路的太阳能集热/发生器(A)、膨胀机(B)、压缩机(C)、冷凝器(D)、节流阀(E)、蒸发器(F)、过热器(G)、冷凝器(H)、工质泵(I)及太阳能集热/发生器(A)，膨胀机(B)和压缩机(C)同轴连接，所述膨胀机(B)出口流出的气体分成两路，一路直接进入冷凝器(H)冷凝，另一路进入过热器(G)加热蒸发器(F)出口的气体，然后回到冷凝器(H)，所述压缩机(C)还与过热器(G)连接，膨胀机(B)为径向轴流式结构，压缩机(C)为离心式结构。
2.如权利要求1所述的太阳能驱动的有机朗肯-蒸汽压缩空调，其特征在于所述冷凝器(H)采用风冷冷凝器。
3.如权利要求1所述的太阳能驱动的有机朗肯-蒸汽压缩空调，其特征在于所述膨胀机(B)和压缩机(C)采用同种工质，为R245fa或R134a或R123低沸点氟利昂类工质、或异丁烷等碳氢化合物类工质。
4.如权利要求1所述的太阳能驱动的有机朗肯-蒸汽压缩空调，其特征在于所述的太阳能集热器(A)上部布置液位传感器，工质泵(I)加变频器。
5.如权利要求1所述的太阳能驱动的有机朗肯-蒸汽压缩空调，其特征在于在太阳能集热器(A)出口设置挡液板，太阳能集热器(A)和膨胀机(B)进口之间的管道保温。
全文摘要
本发明公开了太阳能驱动的有机郎肯-蒸汽压缩空调，包括依次连接并构成回路的太阳能集热/发生器、膨胀机、压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、过热器、冷凝器、工质泵及太阳能集热/发生器，膨胀机和压缩机同轴连接，膨胀机出口流出的气体分成两路，一路直接进入冷凝器冷凝，另一路加热蒸发器出口的气体，然后回到冷凝器，所述压缩机还与过热器连接。太阳能集热器和发生器合二为一，集热器集热的同时又充当发生器，系统不用再专门配备发生器，结构简单。采用风冷冷凝器，功耗小。集热器上部布置液位传感器，工质泵加变频器，通过变频器控制工质泵的转速达到控制集热器内液位的目的。
文档编号F25B27/00GK103062954SQ201310030908
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者卜宪标, 李华山, 王令宝 申请人:中国科学院广州能源研究所