太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统

摘要

本发明提出太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统，在白天，该系统利用光热、光冷太阳能转化装置收集太阳热能为发生器提供热量，同时将装置内的吸附质与吸附剂解附，在夜间，装置内的吸附剂吸收吸附质，吸附过程产生的吸附热可以为发生器的夜间运行提供热量，同时吸附质液体蒸发过程中产生冷量，该冷量可以为冷凝器和吸收器降温。光热、光冷太阳能转化装置包括外壳、密闭腔、聚光镜、内管道、吸附剂、集液腔和壁面等部件。所述壁面和聚光镜构成一个封闭的集液腔，所述内管道在集液腔中心穿过，所述壁面和外壳之间构成密闭腔，所述密闭腔通过管道与外部相通，所述内管道外表面固定有吸附剂。利用该装置实现了太阳能制冷、制热的两级利用，实现了吸收式制冷系统无辅助热源模式的夜间运行，提高了太阳能利用率。

权利要求

1.一种太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统，其特征在于，包括： 蒸发器（9），冷凝器（10）、发生器（11）、溶液热交换器（12）、吸收器（13）、第一泵（25）、第二泵（49）、第三泵（50）、地埋管换热器（14）、光热、光冷太阳能转化装置（15）和膨胀阀（23），其中，光热、光冷太阳能转化装置(15)包括：外壳(1)、密闭腔(2)、聚光镜(3)、内管道(5)、吸附剂(6)、集液腔(7)和壁面(8)，所述壁面(8)和聚光镜(3)构成一个封闭的集液腔(7)，所述内管道(5)沿着集液腔(7)中心线穿过，所述内管道(5)外表面固定有吸附剂(6)；所述壁面(8)、聚光镜(3)、内管道(5)、吸附剂(6)构成了一个可以制冷制热的太阳能利用单元；所述太阳能利用单元按阵列排列，并通过内管道(5)连通；所述阵列内的壁面(8)和外壳(1)构成密闭腔(2)；所述冷凝器（10）、膨胀阀（23）、蒸发器（9）、吸收器（13）、第一泵（25）、溶液热交换器（12）、发生器（11）和第一阀门（24）构成吸收式制冷循环管路；发生器（11）内的换热盘管（44）、第二泵（49）、第二阀门（17）、光热、光冷太阳能转化装置（15）和第三阀门（22）构成了日间加热循环管路；所述吸收器（13）内的换热盘管（46）、冷凝器（10）内的换热盘管（43）、第四阀门（19）、地埋管换热器（14）、第三泵（50）按顺序通过管道连接构成了日间冷却循环管路；发生器（11）内的换热盘管（44）、第二泵（49）、第五阀门（16）、光热、光冷太阳能转化装置（15）和第六阀门（20）构成了夜间加热循环管路；冷凝器（10）内的换热盘管（43）、第七阀门（18）、光热、光冷太阳能转化装置（15）、第八阀门（21）、第三泵（50）、吸收器（13）内的换热盘管（46）按顺序通过管道连接构成夜间冷却循环管路；日间、夜间不同循环模式通过阀门切换实现。

2.根据权利要求1所述的太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统，其特征在于，光热、光冷太阳能转化装置(15)通过第一管道(36)、第二管道(34)、第七阀门(18)、第三管道(33)和所述冷凝器(10)内的换热盘管(43)相连通；光热、光冷太阳能转化装置(15)通过第四管道(38)、第八阀门(21)、第五管道(41)、第六管道(31)、第三泵(50)和所述吸收器(13)内的换热盘管(46)相连通。

3.根据权利要求2所述的太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统，其特征在于，光热、光冷太阳能转化装置(15)通过第一管道(36)、第七管道(35)、第二阀门(17)、第八管道(47)、第二泵(49)和所述发生器(11)内的换热盘管(43)相连通；光热、光冷太阳能转化装置(15)通过第四管道(38)、第九管道(40)、第三阀门(22)、第十管道(48)和所述发生器(11)内的换热盘管(44)相连通。

4.根据权利要求3所述的太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统，其特征在于，光热、光冷太阳能转化装置(15)通过第十一管道(39)、第五阀门(16)、第十二管道(47)、第二泵(49)和所述发生器(11)内的换热盘管(43)相连通；光热、光冷太阳能转化装置(15)通过第十三管道(37)、第六阀门(20)、第十四管道(48)和所述发生器(11)内的换热盘管(44)相连通。

说明书

太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统

技术领域

[0001] 本发明涉及太阳能制冷、制热领域，更具体的涉及太阳能吸附、吸收梯级制冷 及制热系统。

背景技术

[0002] 太阳制冷系统主要有吸收式制冷与吸附式制冷两种形式。吸收式制冷系统中由 于夜间太阳热能的不足，往往需要辅助热源加热，降低了制冷系统效率。吸附式制 冷系统中，由于其原理所限，往往不能够连续循环制冷，只用在夜间才能提供冷量， 限制了其应用场合。为了解决这一问题，本发明将吸收式制冷及吸附式制冷结合， 提出了太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统，该系统的核心部件为光热、光冷太 阳能转化装置。该装置在白天收集太阳热能为发生器提供热量的同时，将装置内的 吸附质与吸附剂解附，在夜间，装置内的吸附剂吸收吸附质，吸附过程产生的吸附 热可以为发生器的夜间运行提供热量，同时吸附质液体蒸发过程中产生冷量，该冷 量可以为冷凝器和吸收器降温。因此该系统既解决了吸收式制冷系统夜间辅助加热 的问题，又实现了冷量的连续供给，还可以为用户提供热能，提高了制冷效率及太 阳能利用率，拓展了太阳能制冷系统的应用场合。

发明内容

[0003] 本发明基于上述现有技术问题，创新的提出太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统。该系统既减少了夜间辅助热源的应用，又可以实现向用户冷量与热量的连续供给。该系统核心部件为光热、光冷太阳能转化装置，该装置通过表面的聚光镜以及管道外围的吸附剂实现在白天对密闭腔内的工质进行加热，在夜晚对密闭腔内的工质进行冷却并且同时对管道内的工质进行加热。通过本发明所述的太阳能吸附、 吸收梯级制冷及制热系统，既减少了辅助热源的使用，降低了环境污染，又提高了制冷效率及太阳能利用率，实现了节能环保的目的。

[0004] 本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

[0005] 太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统，包括：蒸发器9，冷凝器10，膨胀阀 23，发生器11，溶液热交换器12，吸收器13，地埋管换热器14，光热、光冷太阳 能转化装置15，阀门和管道。其中光热、光冷太阳能转化装置包括：外壳1、密闭腔2、聚光镜3、内管道5、吸附剂6、集液腔7和壁面8，所述壁面8和聚光镜3 构成一个封闭的集液腔7，所述内管道5沿着集液腔7中心线穿过，所述内管道5 外表面固定有吸附剂6；壁面8、聚光镜3、内管道5、吸附剂6构成了一个可以制冷制热的太阳能利用单元；所述单元按阵列排列，并通过内管道5联通。所述阵列内的壁面8和外壳1构成密闭腔2，所述密闭腔2通过管道36及管道38与外部相通。

[0006] 进一步的根据本发明所述的太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统，在白天， 太阳光线4照射聚光镜3，聚集的太阳光线照射到吸附剂6上，吸附剂6被加热， 吸附剂解附出吸附质蒸汽，吸附质蒸汽在所述壁面8内表面凝结成液体并释放出潜 热，壁面外侧的水被加热，密闭腔2内的工质温度升高。白天系统运行时，阀门17、 19、22、23、24开启，阀门16、18、20、21关闭，密闭腔内的工质分别流经阀门 22、发生器11内的换热盘管44、泵49、阀门
17，最后回到所述光热、光冷太阳能 转化装置15内的密闭腔2完成加热循环，实现为发生器
11中稀溶液加热的目的， 同时，从所述冷凝器10的换热盘管43中流出的高温工质分别流经阀门19、管道32、 地埋管换热器14、吸收器13中的换热盘管46，最后回到所述冷凝器10完成循环， 实现将吸收器13和冷凝器10内的工质降温的目的。

[0007] 进一步的根据本发明所述的太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统，在夜间， 无太阳光线照射，吸附剂6温度降低，吸附剂吸附吸附质蒸汽，使得集液腔7内的 吸附质蒸汽压力降低，集液腔底部的吸附质液体蒸发。吸附质蒸发吸热，使得壁面 8外侧的工质温度降低；吸附剂吸收吸附质蒸汽后，放出吸附热，使得内管道5中 的工质温度升高。夜间系统运行时，阀门16、18、20、21、23、24开启，阀门17、 19、22关闭，从冷凝器10的换热盘管43流出的高温工质通过阀门18、流入光热、 光冷太阳能转化装置15内的密闭腔2，降温后通过阀门21流出，随后依次流经吸 收器13内的换热盘管46和冷凝器10内的换热盘管43完成循环，达到为吸收器13 和冷凝器10内的工质降温的目的，同时，从发生器11内的换热盘管44流出的低温 工质通过阀门20流入光热、光冷太阳能转化装置15的内管道5，低温工质被加热 升温后，流经阀门16，并流回所述发生器11的换热盘管44，实现为发生器中的工 质加热。

[0008] 通过本发明的技术方案至少能够达到以下技术效果：

[0009] 1)、本发明利用光热、光冷太阳能转化装置收集太阳热能为发生器提供热量， 同时将装置内的吸附质与吸附剂解附，在夜间，装置内的吸附剂吸收吸附质，吸附 过程产生的吸附热可以为发生器的夜间运行提供热量，同时吸附质液体蒸发过程中 产生冷量，该冷量可以为冷凝器和吸收器降温。实现了太阳能的两级利用，提高了 太阳能利用率。

[0010] 2)、本发明在夜间既可以为吸收式制冷系统蒸发器提供热量，又可以为吸收式 制冷系统冷凝器和吸收器提供冷量，减少了太阳能吸收式制冷系统夜间辅助加热量， 提高了制冷效率。

[0011] 3)、本发明所述的太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统设计新颖、结构简易、 容易实现，能够广泛的推广应用于各类建筑工程中，具有广阔的市场实用前景。

附图说明

[0012] 附图一是太阳能吸附、吸收梯级制冷及制热系统原理图

[0013] 附图二是光热、光冷太阳能转化装置侧面原理图

[0014] 附图三是光热、光冷太阳能转化装置的俯视原理图

[0015] 图中各附图标记的含义如下：

[0016] 1-外壳；2-密闭腔；3-聚光镜；4-太阳光线；5-内管道；6-吸附剂；7 -集液腔；8-壁面；9-蒸发器；10-冷凝器；11-发生器；12-吸收器； 13-溶液热交换器；14-地埋管换热器；15-光热、光冷太阳能转化装置； 16-阀门；17-阀门；18-阀门；19-阀门；20-阀门；21-阀门；
22-阀门；23 -膨胀阀；24-阀门；25-泵；26-外管道；27-外管道；28-外管道； 29-外管道；30-外管道；31-外管道；32-外管道；33-外管道；34-外管道； 35-外管道；36-外管道；37-外管道；38-外管道；39-外管道；40-外管道； 41-外管道；42-外管道；43-发生器内的换热盘管；
44-发生器内的换热盘管； 45-发生器内的换热盘管；46-吸收器内的换热盘管；47-外管道；
48-外管道；49 -泵；50-泵

具体实施方式

[0017] 以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能 够更加清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。

[0018] 本发明所述的太阳能吸附、吸收梯级耦合制冷及制热系统，其特征在于，包括： 蒸发器9，冷凝器10，发生器11，溶液热交换器12，吸收器13，泵25、49、50， 地埋管换热器14，光热、光冷太阳能转化装置15，膨胀阀23；所述冷凝器10，膨 胀阀23，蒸发器9，吸收器13，泵25，溶液热交换器12，发生器11，阀门24，构 成吸收式制冷循环管路；发生器11内的换热盘管44，泵49，阀门17、管道35， 光热、光冷太阳能转化装置15，阀门22，构成了吸收式制冷加热系统日间加热循环管路；所述吸收器13内的换热盘管46，冷凝器10内的换热盘管 43，阀门19，地埋管换热器14，泵50按顺序连接构成了吸收式制冷冷却系统日间冷却循环管路；发生器11内的换热盘管44，泵49，阀门16，光热、光冷太阳能转化装置15，阀门 20，构成了吸收式制冷加热系统夜间加热循环管路；冷凝器10内的换热盘管43，阀门18，光热、光冷太阳能转化装置15， 阀门21，泵50，吸收器13内的换热盘管46，按顺序连接构成吸收式制冷冷却系 统夜间循环管路。日间、夜间不同循环模式通过阀门 切换实现。

[0019] 所述光热、光冷太阳能转化装置，其特征在于，包括：外壳1、密闭腔2、聚光 镜3、内管道5、吸附剂6、集液腔7和壁面8，所述壁面8和聚光镜3构成一个封 闭的集液腔7，所述内管道5沿着集液腔7中心线穿过，所述内管道5外表面固定 有吸附剂6；所述壁面8、聚光镜3、内管道5、吸附剂6构成了一个可以冷制热的 太阳能利用单元；所述单元按阵列排列，并通过内管道5联通。所述阵列内的壁面 8和外壳1构成密闭腔2，所述密闭腔通过管道36和38与外部相通。

[0020] 因此本发明将吸收式制冷与吸附式制冷耦合，在白天，该系统利用光热、光冷太阳能转化装置收集太阳热能为发生器提供热量，同时将装置内的吸附质与吸附剂 解附，在夜间，装置内的吸附剂吸收吸附质，吸附过程产生的吸附热可以为发生器 的夜间运行提供热量，同时吸附质液体蒸发过程中产生冷量，该冷量可以为冷凝器 和吸收器降温。利用该装置实现了太阳能制冷、制热的两级利用，实现了吸收式制 冷系统无辅助热源模式的夜间运行，提高了太阳能利用率。

[0021] 在日间，太阳光线照射聚光镜3，聚集的太阳光线照射到所述吸附剂6，吸附剂 6被加热，吸附剂6解附出吸附质蒸汽，吸附质蒸汽在所述壁面8内表面凝结成液 体并释放出相变潜热，释放的热量以热传导的方式从所述壁面8内侧传到外侧，壁 面8外侧的工质被加热，工质温度升高。在泵49的驱动下，升温后的工质流出密闭 腔2，并依次流经管道38、管道40、阀门22、管道48，进入到发生器11内的换热 盘管44。在发生器11内，高温工质加热发生器11内的稀溶液，稀溶液中的水分蒸 发，蒸发后形成的水蒸汽通过管道29进入冷凝器10，降温后的工质流出发生器11， 依次流经管道47、水泵49、阀门17，管道35、管道36，最后回到光热、光冷太阳能 转化装置15内的密闭腔2完成吸收式制冷日间加热循环。

[0022] 在日间，进入地埋管中的高温工质与土壤换热，工质温度降低，在泵50的驱 动下，降温后的工质流经管道31进入吸收器13内的换热盘管46，在吸收器13内， 低温工质冷却吸收器13内的浓溶液，从蒸发器9流出的水通过管道27进入吸收器 13与冷却后的浓溶液混合为稀溶液，升温后的工质经过管道42进入冷凝器10内的 换热盘管43，在冷凝器10内，经过一次升温后的工质冷却冷凝器10内的水蒸汽， 工质温度再次升高，水蒸汽发生相变释放潜热，相变后的水经过膨胀阀23节流进入 蒸发器9，经过二次升温的工质流出冷凝器10，依次流经管道33、阀门19、管道 32回到地埋管换热器14完成日间冷却循环。

[0023] 在夜间，无太阳光线照射，吸附剂6温度降低，吸附剂6吸附吸附质蒸汽，放出吸附热，放出的热量以热传导的方式从所述内管道5外侧传到内测，内管道5中的工质被加热，工质温度升高。在泵49的驱动下，升温后的工质流出密闭腔2，并依此流经管道37、阀门20、管道48，进入到发生器内的换热盘管。在发生器11内， 高温工质加热发生器11内的稀溶液，稀溶液中的水分蒸发，蒸发后形成的水蒸汽通 过管道29进入冷凝器10，降温后的工质流出发生器11，依次流经管道47、水泵49、 阀门16，管道39，最后回到光热、光冷太阳能转化装置15内的密闭腔2完成夜间加热循环。

[0024] 在夜间，吸附剂6吸附吸附质蒸汽，使得集液腔7内的吸附质蒸汽压力降低， 所述集液腔7底部的吸附质液体蒸发，吸附质蒸发吸热，吸收的热量以热传导的方 式从壁面8外侧传到内测，壁面8外侧的的工质被冷却，工质温度降低。在泵50的 驱动下，降温后的工质流出密闭腔2，依次流经管道38、阀门21、管道31、泵50， 进入到吸收器13内的换热盘管46，在吸收器13内，低温工质冷却发生器11内的 浓溶液，从蒸发器9流出的水通过管道27进入吸收器13与冷却后的浓溶液混合为 稀溶液，升温后的工质经过管道42进入冷凝器10内的换热盘管43，在冷凝器10 内，经过一次升温后的工质冷却冷凝器10内的水蒸汽，工质温度再次升高，水蒸汽 发生相变释放潜热，相变后的水经过膨胀阀23节流进入蒸发器9，经过二次升温的 工质流出冷凝器，依次流经管道33、阀门18、管道34、管道36，最后回到光热、 光冷太阳能转化装置15内的密闭腔2完成夜间冷却循环。