整体无阀结构的吸附式太阳能冰箱 技术领域：
本发明涉及一种太阳能冰箱，尤其涉及一种整体无阀结构的吸附式太阳能冰箱，属太阳能利用技术领域。背景技术：
进入21世纪后，人类对可持续发展的认识已开始广为接受。太阳能制冷的应用开发无论从环保还是能源的角度在今后的可持续发展中均占重要地位。其中太阳能固体吸附制冷具有装置结构简单、运行操作方便、无需运行成本等优点，在节能环保方面显示出其特有的优越性。法国学者在八十年代建造了平板型吸附式制冰机(Pons M，Guilleminot JJ.Design of an experimental solar-powered，solid-adsorption ice maker.Trans.of the ASME，Journal of Solar EnergyEngineering，1986，108(4)：332～337.)。这种制冰机是平板型集热器与吸附器做成一体的典型结构，其集热器由四块1.5m2的集热板组成，集热板所收集的太阳辐射能，通过集热板表面和传热肋片加热吸附剂，由于传热肋片的引入，增强了上下表面的承压能力，并改进了传热效果。为解决散热问题，在玻璃盖板与吸附床之间增设栅窗，以便在夜晚让外界冷空气直接冷却集热器，同时带走吸附热量，但带来了操作与制造上的不便。美国学者用抛物面聚焦(CPC)的集热器加热吸附床的太阳能制冷装置(Headley O S，Kohdiwala A F，Doom I A.Charcoal-methanol adsorption refrigerator powered by a compound parabolic concentrating solarcollect.Solar Energy，1994，53(2)：191～197)，这种装置的最大特点是加热吸附床地温度高，即使太阳能日照辐射强度较低或辐射时间较短，亦能使吸附筒内的吸附剂充分解吸制冷剂产生蒸发制冷。缺点是制造成本太高，且只有2％的太阳辐射能被转化成加热吸附床的热量，系统的造价是不经济的。尼日利亚学者构成的平板型太阳能制冰机装置(Headley O S，Kohdiwala A F，Doom I A.Charcoal-methanol adsorption refrigerator powered by a compound parabolic concentrating solar collect.Solar Energy，1994，53(2)：191～197)，将吸附剂(氯化钙、活性炭)填充至金属管中，在金属管中央布置一同心圆管作为制冷剂的传质通道，然后将金属管粘接到集热器的表面上。这种结构的优点是传热效率高，吸附床内吸附剂能达到很高的温度，从而可以使制冷剂得到很好地解吸；同时由于吸附床是圆型管状，具有较好的承压能力。这种结构的缺点是吸附筒内所堆积的吸附剂质量较少，故制冷量相对较小，制造成本比平板式的集热吸附器高；且吸附床的散热需要另加冷却回路，若要实用化，还需提高吸附床内吸附剂的堆积量并进一步降低制造成本。目前国内外的太阳能吸附式冰箱装置中，大都采用将吸附床、冷凝器、节流阀、蒸发器几大部件用阀门与管道进行联接，并在系统中增设一个贮液器接收从吸附剂解吸出来的制冷剂液体，这样的结构，使太阳能冰箱从制造成本到装置性能的稳定均遇到阻碍。从已知的各类研究报道中，没有将固化的吸附材料应用于系统的吸附发生器制作过程中。发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种整体无阀结构的吸附式太阳能冰箱，使整个装置结构紧凑，性能优越，运行稳定。
为实现这样的目的，本发明的技术方案中，直接将吸附床、冷凝器、蒸发器用管道连接，并安置于可移动的支架上。吸附床内填充若干个块状吸附材料，各个小方块的块状吸附材料由薄铜皮包裹，薄铜皮既可防止吸附材料松懈，又可兼作传热肋片。块状吸附剂采用固化的、具有良好传热传质特性的多孔介质。系统中的吸附床由不锈钢板(1-1.5mm厚)做成长方体形状，内部填充有吸附剂，吸附剂为活性炭或硅胶，制冷剂为甲醇或水，系统需要制冰时选用活性炭-甲醇工质对，系统作为冷藏箱时选用硅胶-水作为制冷工质对。吸附材料经固化而形成块状，保证系统在加热时具有较强的传热能力。此外，在吸附床内可放置具有传质通孔的不锈钢管来加强传质能力，亦可直接在吸附床的底部留有一定的空间作为传质通道，保证系统在解吸和吸附时具有较好的效果。吸附床本体做好后，四周填入40-50mm的保温材料，并在顶部涂上选择性材料来增加吸附床的吸热效果。此外，在离吸附床本体上表面50mm的地方放置透明纤维盖板，以便形成吸附床本体上的吸热温室效应。吸附床下方用一根管子直接联出与冷凝器相连。冷凝器用翅片管做成，翅片管采用不锈钢(或铜管)底管-铝翅片做成。蒸发器用不锈钢板做成梯型断面的形状，冰槽由不锈钢板做成上表面开口的方体形状，冰箱壳体由聚氨脂材料发泡而成。吸附床、冷凝器、蒸发器可直接相连，省去中间的阀门连接结构。蒸发器直接放在装水的冰槽里，在吸附剂吸附制冷剂时所产生的制冷量直接传递给水并在冰槽内形成冰块，并在冰箱壳体内保温，供用户使用。整个系统放置于有轮子的支架上，可方便地移动。
本发明将固化后性能优异的吸附剂代替传统颗粒状的堆积吸附剂材料，提高了吸附工质对的吸附性能，有效加强了吸附剂的传热性能，提高了系统的效率。块状吸附材料上的孔状结构构成了传质通道，有效保证了吸附剂的高效传热传质性能。本发明的无阀结构将吸附床、冷凝器、蒸发器直接连接为一体，省去了阀门连接，整个系统只需一个阀门来进行制冷剂的充注，使系统结构简单，拆装、维修都非常方便，便于推广应用。
本发明整个系统具有安全可靠、性能稳定等优点，既可方便地做成小集热面积的冰箱系统独立使用，亦可根据用户对制冷量的不同要求，将集热器集成为一定面积的小型系统使用，能普遍适用于太阳能资源较为丰富的地区。附图说明及具体实施方式：
附图1为本发明的结构示意图。
如图所示，本发明的吸附式太阳能冰箱主要由吸附床2、冷凝器5、蒸发器7、冰槽8等组成，由不锈钢板做成的长方体吸附床2内部填充由薄铜皮包裹的块状吸附材料，四周填有保温材料3，吸附床上表面放置透明纤维盖板1，吸附床2内放置不锈钢管加强传质能力。吸附床2通过下方连接管道6直接与不锈钢底管-铝翅片做成的冷凝器5相连，冷凝器5与不锈钢梯型断面状的蒸发器7相连，蒸发器7直接放在装水的冰槽8中，冰槽8由不锈钢板做成上表面开口的方体形状，冰箱壳体9由聚氨脂材料发泡而成。吸附床2、冷凝器5、蒸发器7之间直接相连，省去了中间的阀门连接结构。整个系统放置于有轮子的冰箱支架4上，可方便地移动。
系统循环的工作过程如下：循环从早上开始，当太阳升起时，吸附床2接受太阳能日照辐射能量，使吸附床内吸附剂的温度升高，制冷剂的压力相应升高，此时只有少量的制冷剂工质解吸出来。随着太阳能辐射能量的加强，当吸附床内制冷剂压力从蒸发压力升高到冷凝温度所对应的饱和压力时，被吸附床内吸附剂所吸附的制冷剂不断地解吸出来，并在冷凝器5中冷凝成液体后进入蒸发器7中。傍晚，吸附床随太阳日照的消失逐渐冷却，相应地吸附床内温度及压力下降，吸附剂开始吸附蒸发器中的制冷剂液体，从而开始蒸发制冷的过程，制冷剂蒸发过程中所释放出的冷量通过蒸发器7传给冰槽8中的水，并使水结冰，该过程一直进行到第二天早晨。系统运行时，白天为加热解吸过程，晚上为吸附制冷过程，晚上制成的冰块在白天供用户使用。所得出的冰通过冰箱外壳9进行保温，第二天取出后供用户使用。
实施例一(1m2的集热器)
采用本发明上述无阀结构的太阳能吸附式冰箱，在接受太阳能辐射能量为18～22MJ/m2的前提下，经过一天的循环，可向外界提供日制冰量4～6kg。该产品大约需要吸附剂20kg，制冷剂6kg，吸附式冰箱的容积为80升。该产品适合于三口人之家庭使用，产业化后产品的成本价格在1800元/台以内。
实施例二(3m2的集热器)
采用上述无阀结构的太阳能吸附式冰箱，在接受太阳能辐射能量为18～22MJ/m2的前提下，经过一天的循环，可向外界提供日制冰量15～18kg。该产品大约需要吸附剂60kg，制冷剂18kg，吸附式冰箱的容积为150升。该产品适合于边远地区医疗所保存医疗疫苗，产业化后产品的成本价格在5000元/台以内。
实施例三(5m2的集热器)
采用上述无阀结构的太阳能吸附式冰箱，在接受太阳能辐射能量为18～22MJ/m2的前提下，经过一天的循环，可向外界提供日制冰量30～35kg。该产品大约需要吸附剂100kg，制冷剂30kg，吸附式冰箱的容积为210升。该产品能满足小型农场、边防哨所等小集体日常生活中餐饮业制冷需要，产业化后产品的成本价格在8000元/台以内。
实施例四(10m2的集热器)
采用上述无阀结构的太阳能吸附式冰箱，在接受太阳能辐射能量为18～22MJ/m2的前提下，经过一天的循环，可向外界提供日制冰量60～70kg。该产品大约需要吸附剂200kg，制冷剂60kg，吸附式冰箱的容积为300升。该产品能满足小型村庄日常生活中餐饮业制冷用量的需求，产业化后产品的成本价格在15000元/台以内。
本发明还可根据用户特殊需要，设计20m2、30m2的大系统作冷贮藏箱使用。