[实用新型]太阳能冷管和跨临界CO2联合供能系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可实现制冷、制热和供热水功能的联合功能系统。

背景技术

由于全球气温变暖、气候异常等环境问题日益严重，常规一次能源(如石油、煤等)逐渐枯竭，环保、节能和寻找新能源已经成为目前整个国际社会的重大而紧迫的课题。

目前大量使用的氟利昂户式热泵空调系统，夏季室外冷凝器的放热量大，形成局部热污染，且室外气温越高制冷效率越低，能耗越高；在北方的过渡季节或南方的冬季，室外气温较低的时候，热泵供热效率很低，需要增加辅助的电加热装置来满足需求，能耗也大大增加；另外随着人们生活水平的提高，家庭生活热水的需求量也越来越大，其所需的能耗约占家庭总能耗的30％左右，一般采用电加热或燃气加热制得热水，空调系统和热水供应系统单独设立，设备利用率低，成本高。

太阳能冷管在一根玻璃管内就可完成太阳能吸附脱附制冷循环，它利用固体吸附式制冷原理，采用沸石分子筛—水作为吸附工质对(也可采用活性炭—甲醇等其他工质对)，吸附床填充复合吸附剂。单只太阳能冷管就是一个集制冷、供热水于一体的能量转换单元。吸附床由复合吸附剂整体成型，具有较好的传热传质与吸附脱附性能，其外壁为双层真空管(玻璃外管和玻璃内管)，外面还有一个带选择性涂层的玻璃套管，可以高效吸收太阳能并大大降低热损。在吸附床中部埋有热量导出管(中芯导热管)，吸附阶段其内流动的换热介质(冷水)，使吸附床迅速降温，实现吸附剂床在阳光下高效集热与离开阳光后有效散热。冷凝器位于吸附床下部，为一与冷凝水箱(热水箱)接通的单层壳管、通过与冷凝水箱冷却水进行热交换而使制冷剂蒸汽充分得到冷凝，并充分利用制冷剂的凝结热，用该热量来提供生活热水。蒸发器位于冷凝器下部，其内装有制冷剂，在吸附剂冷却吸附时，蒸发器通过制冷剂的蒸发吸收蒸发器水箱内冷冻水的热量达到制冷的目的，此时冷量从太阳能冷管的蒸发器输出。太阳能冷管的结构示意图见附图1、附图2。

太阳能冷管的制冷过程是：在白天时候，太阳能冷管吸附床接受太阳能辐射后吸附剂温度升高，床内制冷剂气体压力上升，当吸附床温度达到制冷剂脱附温度后开始脱附，当脱附出来的制冷剂蒸汽遇到冷凝器的时候，由于冷凝器温度低于制冷剂的此时压力下的饱和温度，于是制冷剂蒸汽开始在冷凝器上进行冷凝，变成了液体的制冷剂，为了强化冷凝效果，在冷凝器通入冷却水强化制冷剂的冷却效果，制冷剂冷凝热量通过热水向外输出。制冷剂液体靠自身重力作用流到蒸发器储存起来。傍晚时刻，太阳光辐射减弱，太阳能冷管的吸附床温度开始降低，为使其温度能有效快速降低，在中芯导热管中注入冷水，当吸附床温度降低至吸附剂吸附温度的时候，吸附床内的吸附剂开始吸附周围的制冷剂蒸汽，随着吸附过程的继续，太阳能冷管内制冷剂蒸汽的压力降低，当制冷剂蒸汽压力降至蒸发器内液体制冷剂的饱和蒸汽压力时候，蒸发器内的制冷剂开始汽化，在汽化的过程中，需要吸收汽化潜热来维持汽化，于是产生了制冷效果，蒸发器制取的冷量可以用冷冻水输出，输送到需要用冷的场所(如风机盘管等)，吸附制冷过程直至次日清晨吸附床不再吸附制冷剂蒸汽为止。

CO₂作为一种自然物质，是较为理想的制冷剂，其优点在于无毒、不燃、ODP值为零、温室效应较小、价格低廉、勿需回收、对环境没有副作用等。从1866年开始，至20世纪30年代，CO₂亚临界循环曾被广泛使用，但由于其效率较低，系统工作压力高，设备机械强度要求高等原因，被后来的氟利昂系统所取代。

所谓跨临界CO₂循环是指CO₂在低于临界压力条件下在蒸发器内吸热，而在超临界压力条件下在气体冷却器内放热(CO₂在该过程中始终为气态而没有冷凝)的循环。跨临界CO₂循环的放热过程温度较高，且存在一个相当大的温度滑移(约80～100℃)，用于热泵循环具有独特的优势。研究表明，同样工况下，(1)将水从10℃加热到60℃，CO₂热泵热水器要比电热水器和燃气热水器节能75％；(2)CO₂热泵热水器可以生产出温度达90℃的热水，而传统热泵系统的热水温度一般低于55℃；(3)采用CO₂热泵为商用和住宅建筑供应热水，可使其总用能量减少20％；(4)CO₂热泵系统在低温环境下能够维持较高的供热量，大大节约辅助加热设备所耗费的能量。

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