一种太阳能空调 【技术领域】
本发明涉及一种太阳能空调。
背景技术
目前市场上的空调主要以电能为动力，把室内热量加以吸收排除到室外的循环系统。这种空调装得越多，城市的大气温度会越高，则热岛效应会越强烈，另外，制冷循环介质氟里昂等氟化物的广泛使用，导致了大气臭氧层的破坏，恶化生态环境。近几年，取代氟里昂作为工作介质的新型空调已经投放市场，但耗能严重的问题依然存在。目前大量使用的大型商用中央空调和家用壁挂、立式空调不太适合一些高档的住宅，迫切需要一种新的节能、环保型空调。太阳能空调作为新型的节能环保型空调正逐渐被广泛应用，太阳能空调的季节适应性好，也就是说，系统制冷能力随着太阳辐射能的增加而增大，而这正好与夏季人们对空调的迫切要求一致。太阳能空调系统可以将夏季制冷、冬季采暖和其它季节提供热水结合起来，显著地提高了太阳能系统的利用率和经济性。然而现有的太阳能空调的制冷量往往达不到使用需求，如何开发一种具有优越制冷性能的太阳能空调正成为业内科研人员研发的方向。
【发明内容】
为提供一种具有高COP值(制冷机的性能系数)的太阳能空调，本发明提供以下技术方案。
一种太阳能空调，由U型热管集热器、溴化锂吸收式制冷机、储热水箱、储冷水箱、循环泵、冷却塔、风冷盘管、辅助燃油锅炉和自动控制系统组成，其中溴化锂吸收式制冷机由高压发生器、低压发生器、蒸发器、吸收器、冷却塔、冷热交换器、集中器、发生器泵组成，在高压发生器和低压发生器内各有一溴化锂-水分离器，其中在制冷剂溶液中添加了表面活性剂。反复实验后证明相比于现有的溴化锂吸收式制冷机可以使制冷量提高10％～20％。添加了表面活性剂后，主要有以下效果。
(1)提高吸收效果
添加表面活性剂后，溶液的表面张力大幅度下降，使溶液与水蒸汽的结合能力增强。另外，溴化锂水溶液的分压力降低，吸收推动力增大，提高了吸收效果。
(2)增强传热
添加表面活性剂后，冷凝器由膜状凝结变为珠状凝结，提高了冷凝效果，添加后起到了改善凝结表面的作用。由于表面活性剂可以使铜管受热面完全润湿，含有表面活性剂的水蒸气与铜管受热面接触后，随后形成一层液膜，水蒸气在表面活性剂液膜上呈现珠状凝结。珠状凝结的放热系数可比膜状凝结提高2倍以上，因而提高了冷凝器的传热效果。
表面活性剂的密度较小，它总是漂浮在吸收器液囊的液面上。为了使表面活性剂能随着溶液的喷淋进入吸收器的传热面，在吸收器液面上可以设冲管，冲击活性剂，使之与溶液混合，然后通过喷淋溶液把它带至吸收器传热管。
优选在蒸发器内设有上部蒸发器管簇和下部蒸发器管簇，上层冷剂水喷淋管和下层冷剂水喷淋管，由冷却泵输送的二次冷水剂分为上层二次冷水剂喷淋管和下层冷水剂喷淋管，吸收器内设有上部传热管蔟和下部传热管蔟，上层浓溶液喷淋头和下层浓溶液喷淋头。形成一个双层喷淋装置和双层管簇结构，使得冷水剂和浓溶液均匀地分别喷在蒸发器管簇和吸收传热管簇上，提高了蒸发器和吸收器的工作效率，实现快速制冷。
优选的方案中，发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器呈“田”字形排列，发生器与冷凝器之间，吸收器与蒸发器之间连通。这种结构布置方式能使蒸发器与吸收器之间的流道面积增加，流阻减小，增强吸收效果，提高热循环效率。
优选在U型热管集热器、发生器、吸收器中安装6孔板式换热器。以提高发生器热效率。
在优选的方案中由U型热管集热器加热后的热媒水温度在60℃以上。更优选90℃以上。
优选的方案中还设有生活用储热水箱。主要用于提供热媒水，一部分生活用热水也可以从生活用储热水箱中获得。
所谓太阳能空调，就是利用热管集热器为空调提供其发生器所需的热媒水，热媒水的温度越高，则制冷机的性能系数(亦称COP)越高，这样空调系统的制冷效率也越高。例如，若热媒水温度60℃左右，则制冷机COP约0～40；若热媒水温度90℃左右，则制冷机COP约0～75；若热媒水温度100℃左右，则制冷机COP可达110以上。
在夏季，被U型热管集热器加热的热水首先进入储水箱，当热水温度达到一定值时，由储水箱向制冷机组提供热媒水；从制冷机组流出并已降温的热水流回储水箱，再由U型热管集热器加热成高温热水；制冷机组产生的冷媒水通向空调箱，以达到制冷空调的目的。当太阳能不足以提供高温热媒水时，可由辅助燃油锅炉补充热量。
在冬季，同样先将U型热管集热器加热的热水进入储水箱，当热水温度达到一定值时，由储水箱直接向空调箱提供热水，以达到供热采暖的目的。当太阳能不能够满足要求时，也可由辅助燃油锅炉补充热量。
U型热管集热器具有效率高、耐冰冻、启动快、保温好、承压高、耐热冲击、运行可靠等诸多优点，是组成高性能太阳能空调系统的重要部件。U型热管集热器可为制冷机组提供88℃的热媒水，从而提高整个系统的制冷效率；还可在寒冷的冬季有效地工作，为建筑物供暖。
根据一天内太阳辐照度变化的固有特点，储热水箱不仅可以使系统稳定运行，还可以把太阳辐照高峰时的多余能量以热水形式储存起来。本发明所公开的技术方案与一般太阳能空调系统的不同之处在于设置了大、小两个储热水箱。小储热水箱主要用于保证系统的快速启动。从而满足制冷和供暖的要求。生活用储水箱为大储水箱。
尽管储热水箱可以储存能量，但它的能力毕竟是有限的。本发明所公开的技术方案专门设计了一个储冷水箱。在白天太阳辐照充裕的情况下，可以将制冷机产生地冷媒水储存在储冷水箱内，其优点在于这种情况下的系统热量损失显然要比以热媒水形式储存在储热水箱中低得多，因为夏季环境温度与冷媒水温度之间的温差要明显小于热媒水温度与环境温度之间的温差。
所有太阳能系统的运行都不可避免地要受到气候条件的影响。为使系统可以全天候发挥空调、采暖功能，辅助的常规能源是必不可少的。该太阳能空调系统选用了辅助燃油锅炉，在白天太阳辐照量不足以及夜间需要继续用冷或用热时，可随即启动辅助燃油锅炉，确保系统持续稳定地运行。
在利用太阳能部分地替代常规能源的系统中，系统启动、能量储存以及太阳能与常规能源之间切换等功能都采用CPU的自动化控制，5.7寸彩色触摸屏安装在室内一目了然，控制人性化；另外，由于设置了几个储水箱，因此在不同的工况下自动启用不同的水箱，走不同的管路，系统正常运行；本发明所公开的太阳能空调还有自动防过热和防冻结装置。
在非空调采暖季节，只要将U型热管集热器加热的热水直接通向生活用储水箱中的热交换器，就可将储水箱中的冷水逐渐加热以供使用。
本发明所公开的太阳能空调的优点：
以热能为动力，无需耗用大量电能，而且对热能的要求不高，在太阳能热源意外还能利用各种低势热能，如废气、废热，(高于20kPa(0.2kgf/cm2)(表压))饱和蒸汽，各种排气，高于75℃的热水等；有利于热源的综合利用，因此运转费用低，若利用各种废气、废热来制冷，则几乎不需要花费运转装费用，便能获得大量的冷源，具有很好的节电、节能效果，经济性高。
整个制冷装置除功率很小的循环泵外，没有其他运行部件，振动小、噪声低，运行比较安静。
以水为工质，制冷机又在真空状态下运行，无臭、无毒、无爆炸危险，安全可靠，被誉为无公害的制冷设备，有利于满足环境保护的要求。
冷量调节范围宽，随着外界负荷变化，机组可在10％-100％的范围内进行冷量无极调节，且低负荷调节时，热效率几乎不下降，性能稳定，能很好的适应变负荷的要求。
由于机组性能稳定，对外界条件变化的适应性强，因而操作比较简单，机组的维修保养方便。
安装简便，对安装基础的要求低。因运行是振动极小，故无需特殊的机座。可安装在室内、室外底层、楼层屋顶。
【附图说明】
图1为本发明所公开的太阳能空调的结构示意图。
图2为本发明所公开的太阳能空调的制冷循环示意图。
图3为本发明所公开的太阳能空调的制热循环示意图。
图4为本发明所公开的太阳能空调的蒸发器的内部结构示意图。
图5为图2中A部放大图。
【具体实施方式】
实施例1
如图1所示，一种太阳能空调，由U型热管集热器(1)、溴化锂吸收式制冷机(6)、储热水箱(9)、储冷水箱、循环泵(7)、冷却塔(5)、风冷盘管(3)、辅助燃油锅炉(2)和自动控制系统(4)组成，如图2、图3所示，其中溴化锂吸收式制冷机(6)由高压发生器(13)、低压发生器(11)、蒸发器(17)、吸收器(12)、冷却塔(5)、冷热交换器(8)、集中器、发生器泵(27)组成，在高压发生器(13)和低压发生器(11)内各有一溴化锂-水分离器，其中冷热交换器(8)由高温热交换器(15)和低温热交换器(16)组成，在制冷剂溶液中添加了表面活性剂。
制冷过程：
如图2所示，从吸收器(12)出来的稀溶液，由发生器泵(27)升压经溶液热交换器(8)，被高压发生器(13)出来的高温浓溶液加热温度提高后，进入发生器。在发生器中受到传热管内热源蒸汽加热，溶液温度提高直至沸腾，溶液中的水分逐渐蒸发出来，而溶液浓度不断增大。发生器中蒸发出来的制冷剂蒸汽向上经挡液板进入冷凝器(10)，挡板液起气液分离作用，防止液滴随蒸气进入冷凝器(10)，冷凝器(10)的传热管内通入冷却水，所以管外冷剂水蒸汽被冷却塔冷却，冷凝成水，此即冷剂水。积聚在冷凝器(10)下部的冷剂水节流后入蒸发器(17)内，因此冷凝器(10)中的压力比蒸发器(17)的压力要高。如：当冷凝器(10)温度为45℃时，冷凝压力为9580Pa(71.9mmHg)；蒸发温度为5℃时，蒸发压力为872Pa(6.45mmHg)，防止冷凝器(10)中的蒸汽直接进入蒸发器(17)。
冷剂水进入蒸发器(17)后，由于压力降低首先闪蒸出部分冷剂水。因蒸发器(17)为喷淋式热交换器，喷淋量要比蒸发量大许多倍，故大部分冷剂水是聚集在蒸发器(17)的水盘内的，然后有冷剂水泵升压后送入蒸发器(17)的喷淋管中，经喷淋嘴淋到管簇外表上，在吸取了流量管内的的冷媒水的热量后，蒸发成低压的冷剂水蒸汽。由于蒸发器(17)内压力较低。故可以得到生产工艺过程或空调系统所需要的低温冷媒水，达到制冷的目的，例如蒸发器(17)压力为872Pa时，冷剂水的蒸发温度为5℃，这时可以得到7℃的冷媒水。蒸发出来大的冷剂蒸气挡板液将其杂的液滴分离后进去吸收器(12)，被有吸收器泵(28)送来并均匀喷淋在吸收管簇外表中间溶液所吸收，溶液重新变稀。中间溶液是由来自溶液交换器放热降温后的浓溶液和吸收器(12)液囊中的稀溶液缓和得到的。为保证吸收过程的不断进行，需将吸收过程所放出的热量有传热管内的冷却说及时带走，中间的溶液吸收了一定量的水蒸气后成为稀溶液，聚集吸收器(12)底部液囊(26)中，再由发生器泵(27)送到发生器，如此循环不已。连续制冷的目的。
如图4所示，蒸发器(17)内设有上部蒸发器管簇(19)和下部蒸发器管簇(24)，上层冷剂水喷淋管(18)和下层冷剂水喷淋管(25)，吸收器(12)内设有上部传热管蔟(20)和下部传热管蔟(23)，上层浓溶液喷淋头(21)和下层浓溶液喷淋头(22)。
在U型热管集热器(1)、发生器、吸收器(12)中安装6孔板式换热器(29)。