一种基于CPC的太阳能水浴式制冷系统的制作方法

本发明涉及一种制冷系统，特别涉及一种基于cpc的太阳能水浴式制冷系统，属于太阳能热利用领域。

背景技术：

据统计，中国的建筑能耗占社会总能耗25%以上，而在建筑能耗中，空调能耗占到50%以上，并且建筑物空调的需求量呈逐年上升趋势，给能源、电力和环境带来很大的压力，在这种情况下，推广和发展太阳能制冷空调系统可以节约大量的一次能源并减少能源转换污染物的排放，符合可持续发展战略的要求。

随着太阳能制冷技术的不断发展和常规能源价格的持续上涨，太阳能制冷空调系统的投资将越来越低，系统性能将越来越好，运行经济性和环保效益将更加突出，将会有更多的建筑在空调制冷系统中推广利用的太阳能这一取之不尽的免费清洁能源。

目前，太阳能制冷技术主要包括光伏制冷和喷射式、吸收式、吸附式等光热方式制冷。光伏制冷主要是利用太阳电池组件将太阳能转换为电能，然后使用电能驱动冰箱压缩机工作，实现制冷目的。近年来太阳电池组件价格明显降低，为太阳能光伏制冷技术的应用创造了有利条件，但仍然存在光伏组件能量转化效率低，系统控制不方便的问题。在光热制冷方式中，太阳能吸附式制冷则是利用制冷工质对的吸附/解吸作用实现制冷。当吸附器未有热源供给（无太阳照射）时温度较低，吸附剂将制冷工质从蒸发器中吸附，实现蒸发制冷；当太阳照射加热吸附器时，制冷工质从吸附剂中解吸并被冷凝为液态，之后存储在蒸发器中，如此反复来完成循环制冷过程。吸附式制冷采用环境友好型制冷工质，对热源输入温度要求不高，可以利用太阳能等低品位能源作为驱动能源。可见，从缓解化石能源紧张和保护生态环境的角度来看，吸附式制冷是一种非常具有前景的制冷方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于cpc的太阳能水浴式制冷系统，通过一种复合抛物面聚光器进行太阳光聚光提供热能，与吸附式制冷相结合，不仅实现节约能源，而且更能够实现高效无污染制冷的功能。

本发明主要通过以下技术方案实现：一种基于cpc的太阳能水浴式制冷系统，主要包括保温水箱、太阳能复合抛物面聚光器（cpc）、泵、阀门、保温层、真空压力表、吸附床、吸附器、冷凝器、蓄冰槽、保温箱、冷水箱、冷凝水出口、吸附剂、吸附器翅片和必要的连接管道，利用太阳能的热量来驱动吸附床和吸附器中的制冷剂，通过吸附制冷来实现制冷，保温箱中热水可二次户用或冷却后循环至保温水箱。

所述储热箱中设有辅助热源，在太阳光不足时，可以通过辅助热源给吸附床和吸附器供热，以保证制冷系统的运行。

所诉储热箱、水阀、水泵、太阳能复合抛物面聚光器（cpc）吸附床总成构成一个太阳能热水循环系统。

所述吸附器内部的吸附剂为活性炭—甲醇。

所示水浴式吸附床内的温度达到145℃左右时，打开连接水浴式吸附床的阀门，对其进行换热。水浴式吸附床继续被加热，直到其内部的制冷剂被解析完毕；此时，打开阀门，将吸附床内的热水放入保温箱中，带热水放尽后，关闭阀门（3-8），启动水泵，将冷水箱中的冷水抽到水浴式吸附床中，从而完成水浴式吸附制冷的过程，保温箱中的热水便可供用户使用。

所述吸附发生器部分与集热部分分开设计，二者相互独立。在加热解吸阶段，利用太阳能热水器所收集到的太阳辐射热能对吸附床进行加热解吸；在冷却吸附阶段，将冷水输入制冷系统保温水箱以降低吸附床温度。

所述太阳能复合抛物面聚光器（cpc）、保温水箱以及储热水箱之间采用耐热性较好的pvc管道进行连接，吸附发生器、冷凝器以及蒸发器之间则采用口径较大且传热性能较好的铝制管道进行连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过太阳能复合抛物面聚光器（cpc）的作用代替传统能源加热保温水箱中水，同时热箱中设有辅助热源，在太阳光不足时，可以通过辅助热源给吸附床和吸附器供热，以保证制冷系统的运行。

2、本发明综合考虑吸附床的设计要求，采用本实验室自主设计的强化传热传质的翅片式吸附器，该吸附器是基于采用增大吸附管管径强化传热、增设翅片强化传热的理念设计而成的。

附图说明

图1：一种基于cpc的太阳能水浴式制冷系统示意图。

图1中，1—保温水箱，2—太阳能复合抛物面聚光器（cpc），3、3-1—水泵，3-2—真空泵，4-1、4-2、4-3、4-4、4-7—球阀，4-5、4-6—真空阀，5、5-1、5-2、5-3—保温层，6—真空压力表，7—吸附床，8—吸附器，9—冷凝器，10—蓄冰槽，11—保温箱，12—冷水箱，13—冷汽出口，14—蒸发器。

图2：翅片式吸附器截面示意图。

图2中，15—吸附翅片，16—吸附剂。

具体实施方式

本发明将太阳能复合抛物面聚光器（cpc）和水浴式吸附制冷相结合，提出了一种基于cpc的太阳能水浴式制冷系统。下面将结合说明书附图对本发明进行详细说明：

如图1、图2所示，一种基于cpc的太阳能水浴式制冷系统，主要包括保温水箱（1），太阳能复合抛物面聚光器（cpc）（2），水泵（3、3-1），真空泵（3-2），球阀（4-1、4-2、4-3、4-4、4-7），真空阀（4-5、4-6），保温层（5、5-1、5-2、5-3），真空压力表（6），吸附床（7），吸附器（8），冷凝器（9），蓄冰槽（10），保温箱（11），冷水箱（12），冷汽出口（13），蒸发器（14），吸附翅片（15），吸附剂（16）和必要的连接管道。

在白天，主要进行制冷剂的脱附过程，太阳能复合抛物面聚光器（cpc）吸收太阳辐射能并加热其保温水箱（1）中的工质水，通过水泵（3）将热水器中的热水输入到制冷系统的保温水箱（1）内。吸附器（8）吸收热水工质的能量，其内部温度逐渐升高，制冷剂（甲醇）便从吸附器（8）内的吸附剂中慢慢解吸出并被冷凝为液态，最终流到蒸发器（14）中进行贮存。

夜间，主要进行吸附过程，太阳能复合抛物面聚光器（cpc）停止对吸附床进行供热，将保温水箱（1）中的热水排出并转移至保温箱（11）存储之后，通过水泵（3-1）将冷水箱（12）中冷水通入保温水箱（1）内使吸附器（8）进行快速降温。随着冷水的不断输入，吸附器（8）内部的温度及压力也逐渐下降，当压力下降到一定范围时，便打开真空阀（4-6）阀门，此时吸附剂（16）（活性炭）对制冷工质发生吸附作用而使其蒸发，最终产生冷量。系统热源由太阳能复合抛物面聚光器（cpc）提供，当太阳辐射较弱或云层较厚而导致热源温度不高时则采用电加热作为辅助热源进行加热。此外保温箱（11）中的热水便可供用户使用。

技术特征：

技术总结
本发明提出了一种基于CPC的太阳能水浴式制冷系统，主要包括保温水箱，太阳能复合抛物面聚光器（CPC），水泵，真空泵，球阀，真空阀，保温层，真空压力表，吸附床，吸附器，冷凝器，蓄冰槽，保温箱，冷水箱，冷汽出口，蒸发器，吸附翅片，吸附剂和必要的连接管道；在白天，主要进行制冷剂的脱附过程，利用太阳能复合抛物面聚光器（CPC）吸附器吸收热水工质的能量，制冷剂便从吸附器内的吸附剂中慢慢解吸出并被冷凝为液态，最终流到蒸发器中进行贮存。夜间，主要进行吸附过程，太阳能复合抛物面聚光器（CPC）停止对吸附床进行供热，此时吸附剂（活性炭）对制冷工质发生吸附作用而使其蒸发，最终产生冷量。

技术研发人员：季旭;韩景阳;徐海洋;衡圆圆;邓佳;王岳;杨德龙
受保护的技术使用者：云南师范大学
技术研发日：2019.01.17
技术公布日：2019.03.19