Солнечная теплосборная адсорбционная композиционная трубка, солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой, состоящий из солнечных теплосборных адсорбционных композиционных трубок, и охлаждающая и нагревательная система, образованная из солнечно - RU2660309C1

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

[1] Настоящее изобретение относится к технологии использования солнечной энергии и, более конкретно, к солнечной теплосборной адсорбционной композиционной трубке, солнечному теплосборному адсорбционному композиционному слою, состоящему из солнечных теплосборных адсорбционных композиционных трубок, и охлаждающей и нагревательной системе, образованной из солнечного теплосборного адсорбционного композиционного слоя.

Уровень техники, к которой относится изобретение

[2] С 1970-х годов под воздействием нефтяного кризиса многие страны усилили поддержку возобновляемых источников энергии. Таким образом, в технологии солнечной энергии осуществляются огромные разработки, область исследований продолжает расширяться, и были осуществлены многочисленные важные достижения, например сложный параболический концентратор, вакуумный трубчатый коллектор, аморфные кремниевые солнечные элементы, солнечное производство тепловой энергии и фотолиз воды. В 1992 г. в Бразилии была проведена Всемирная конференция ООН по окружающей среде и развитию, и на этой конференции был принят ряд важных документов, такие как принятая в Рио-де-Жанейро Декларация по окружающей среде и Повестка дня 21. С тех пор мировое производство солнечной энергии вступило в новый период развития, который характеризуют использование солнечной энергии, тесная интеграция всемирного устойчивого развития и защиты окружающей среды, сосредоточение на превращении научных и технологических достижений в производительные силы, развитие промышленного производства солнечной энергии, а также расширение области и увеличение масштабов применения солнечной энергии. В Китае использование солнечной энергии быстро растет в течение последнего десятилетия, и ее область применения также значительно расширяется. Однако использование солнечной энергии ограничивается только производством электроэнергии и теплоснабжением, в то время как остаются весьма желательными развитие производства и применения солнечной энергии.

Сущность изобретения

[3] Техническая проблема, которую должно решить настоящее изобретение, заключается в том, чтобы предложить солнечную теплосборную адсорбционную композиционную трубку и образованную из нее охлаждающую и нагревательную систему. Охлаждающая и нагревательная система функционирует в обоих режимах, включая охлаждение и нагревание, и предназначается для использования единицы теплосборной площади, чтобы осуществлять нагревание воды в дневное время и охлаждение воды в ночное время или непрерывное круглосуточное охлаждение и нагревание. Когда система должна осуществлять непрерывное охлаждение, два блока системы необязательно работают поочередно, и когда один блок системы находится в состоянии десорбции, другой блок системы находится в состоянии адсорбции.

[4] Техническая схема настоящего изобретения заключается в следующем.

[5] Чтобы решить вышеупомянутую техническую проблему, одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить солнечную теплосборную адсорбционную композиционную трубку. Солнечная теплосборная адсорбционная композиционная трубка включает солнечную вакуумную трубку, имеющую два открытых торца. Наружная металлическая трубка и внутренняя металлическая трубка коаксиально располагаются внутри солнечной вакуумной трубки. Водный тракт образуется между наружной металлической трубкой и солнечной вакуумной трубкой. Твердый адсорбент находится между наружной металлической трубкой и внутренней металлической трубкой для теплообмена с водой снаружи наружной металлической трубки. Множество сквозных отверстий располагаются на внутренней металлической трубке. Адсорбат находится во внутренней металлической трубке. Адсорбат и адсорбент образуют рабочую пару для адсорбции и десорбции в целях осуществления тепловыделения и теплопоглощения.

[6] Согласно вышеупомянутой технической схеме, сквозные отверстия на внутренней металлической трубке имеют диаметры, составляющие от 1 до 2 мм.

[7] Согласно вышеупомянутой технической схеме, рабочая пара, которую образуют адсорбат и адсорбент, включает газообразный адсорбат и твердый адсорбент.

[8] Согласно вышеупомянутой технической схеме, рабочая пара, которую образуют адсорбат и адсорбент, включает метанол и активированный уголь или аммиак и активированный уголь.

[9] Чтобы решить вышеупомянутую техническую проблему, одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой, который образует солнечная теплосборная адсорбционная композиционная трубка. Солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой включает: нижний коллектор, верхний коллектор и солнечные теплосборные адсорбционные композиционные трубки, сообщающиеся с нижним коллектором и верхним коллектором. Каждый из нижнего коллектора и верхнего коллектора образуют корпус и внутренние вкладыши. Водяной коллектор располагается между корпусом и внутренними вкладышами. Внутренние вкладыши представляют собой коллекторы адсорбата. Водяной коллектор нижнего коллектора сообщается с водяным коллектором верхнего коллектора через водные тракты солнечных теплосборных адсорбционных композиционных трубок. Коллекторы адсорбата нижнего коллектора сообщаются с коллекторами адсорбата верхнего коллектора через внутренние металлические трубки теплосборных адсорбционных композиционных трубок. Число солнечных теплосборных адсорбционных композиционных трубок составляет от 15 до 20.

[10] Чтобы решить вышеупомянутую техническую проблему, одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить охлаждающую и нагревательную систему, которую образует солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой. Система включает: по меньшей мере один солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой, расположенный параллельно с каждым солнечным теплосборным адсорбционным композиционным слоем, который образуют солнечные теплосборные адсорбционные композиционные трубки, подсистему циркуляции адсорбата, подсистему циркуляции воды, трубки, посредством которых присоединяются различные подсистемы и устройства, а также водяные насосы и клапаны, расположенные на трубках. Подсистема циркуляции адсорбата включает: конденсатор, жидкостной резервуар-накопитель и испаритель. Впуск рабочей среды конденсатора присоединяется к коллектору адсорбата верхнего коллектора солнечного теплосборного адсорбционного композиционного слоя. Выпуск рабочей среды испарителя присоединяется к коллектору адсорбата нижнего коллектора солнечного теплосборного адсорбционного композиционного слоя. Подсистема циркуляции воды включает: резервуар-накопитель горячей воды, резервуар холодной воды и резервуар-накопитель холодной воды; водный выпуск резервуара-накопителя горячей воды, водный выпуск резервуара холодной воды и водяной коллектор нижнего коллектора солнечного теплосборного адсорбционного композиционного слоя сообщаются друг с другом. Водный впуск резервуара-накопителя горячей воды, водный впуск резервуара холодной воды и водяной коллектор верхнего коллектора солнечного теплосборного адсорбционного композиционного слоя сообщаются друг с другом. Резервуар-накопитель холодной воды, резервуар холодной воды и испаритель сообщаются друг с другом через циркуляционные водопроводы для осуществления теплообмена. Резервуар-накопитель горячей воды и резервуар-накопитель холодной воды, соответственно, присоединяются к потребителю для осуществления регулируемого нагревания или охлаждения потребителя.

[11] По сравнению с предшествующим уровнем техники, преимущества настоящего изобретения кратко описываются следующим образом.

[12] Солнечная теплосборная адсорбционная композиционная трубка имеет функцию охлаждения, и в то же самое время вакуумная трубка аккумулирует тепло, то есть солнечная энергия способна передавать тепло абсорбенту в композиционных трубках через вакуумные трубки, чтобы осуществлять аккумулирование тепла в дневное время. Абсорбент нагревается до определенной температуры, а затем осуществляет теплообмен с адсорбатом, чтобы адсорбат десорбировался. Адсорбат после десорбции охлаждается и содержится в испарителе. В ночное время абсорбент охлаждается водой из системы водяного охлаждения, адсорбент после охлаждения осуществляет теплообмен с адсорбатом, чтобы способствовать адсорбции адсорбата. При этом охлаждающая способность производится в процессах испарения и охлаждения адсорбата в испарителе. Теплосборная, адсорбционная, теплоаккумулирующая, регенерационная и охлаждающая функции солнечного теплосборного адсорбционного композиционного слоя осуществляются посредством подсистемы циркуляции адсорбата и подсистемы циркуляции воды. Таким образом, повышается эффективность использования солнечной энергии. Система согласно настоящему изобретению интегрируется с охлаждающей трубопроводной системой и нагревательной трубопроводной системой, в которой часть циркуляции холодной воды является инновационной и решает проблему рассеивания тепла при адсорбционном охлаждении, и в то же время регенерируется некоторое количество поглощенного тепла. Если функции непрерывного охлаждения и нагревания требуются круглосуточно, необходимы два блока системы, имеющие одинаковые размеры; в то время, когда один блок системы находится в состоянии адсорбции, другой блок системы находится в состоянии десорбции. В дневное время, когда солнечное излучение является сильным, в процессе адсорбции должен использоваться солнцезащитный занавес, чтобы экранировать солнечное излучение. Адсорбционный слой должен облучаться под определенным углом, солнцезащитный занавес покрывает адсорбционный слой и устанавливается на ведущих рельсах на двух сторонах адсорбционного слоя. Скольжение солнцезащитного занавеса вверх и вниз осуществляется посредством вращения двигателя, и, таким образом, обеспечивается работа в закрытом и открытом состоянии для осуществления процессов адсорбции и десорбции. Интегрированная система согласно настоящему изобретению содержит нагревательную и охлаждающую трубопроводные системы, причем часть циркуляции холодной воды является инновационной и решает проблему рассеивания тепла при адсорбционном охлаждении, и в то же время регенерируется некоторое количество поглощенного тепла.

Краткое описание чертежей

[13] Фиг. 1 представляет структурную диаграмму солнечного теплосборного адсорбционного композиционного слоя в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

[14] фиг. 2 представляет изображение поперечного сечения солнечной теплосборной адсорбционной композиционной трубки на фиг. 1; и

[15] фиг. 3 представляет систему нагревания/охлаждения, которую образует солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[16] На чертежах используются следующие численные обозначения: 1. солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой; 1.1. нижний коллектор; 1.2. солнечная теплосборная адсорбционная композиционная трубка; 1.3. верхний коллектор; 1.2.1. солнечная вакуумная трубка; 1.2.2. наружная металлическая трубка; 1.2.3. внутренняя металлическая трубка; 1.2.4. адсорбент; 2.1-2.6. водяной насос; 3. резервуар-накопитель горячей воды; 4. конденсатор; 5. жидкостной резервуар-накопитель; 6. испаритель; 7. потребитель; 8. резервуар холодной воды; 9. резервуар-накопитель холодной воды; 10.1-10.10. клапаны; и 11.1-11.2. вакуумные клапаны.

Подробное описание вариантов осуществления

[17] Далее конкретные варианты осуществления настоящего изобретения подробно описываются в сочетании с чертежами.

[18] Как представлено на фиг. 2, солнечная теплосборная адсорбционная композиционная трубка 1.2 включает солнечную вакуумную трубку 1.2.1, имеющую два открытых торца, которые функционируют в тепловом сообщении, и изоляцию. Наружная металлическая трубка 1.2.2 и внутренняя металлическая трубка 1.2.3 коаксиально располагаются внутри солнечной вакуумной трубки 1.2.1, и наружная металлическая трубка 1.2.2 и внутренняя металлическая трубка 1.2.3 предпочтительно изготавливаются из металлических материалов, имеющих хорошую теплопроводность. Водный тракт образуется между наружной металлической трубкой 1.2.2 и солнечной вакуумной трубкой 1.2.1. В процессе использования вода нагревается и поступает непосредственно к потребителю. Твердый адсорбент 1.2.4 располагается между наружной металлической трубкой 1.2.2 и внутренней металлической трубкой 1.2.3 для теплообмена с водой снаружи наружной металлической трубкой 1.2.2, и, таким образом, осуществляется десорбция адсорбента 1.2.4. В качестве внутренней металлической трубки 1.2.3 необязательно выбираются медные трубки, на которых располагаются многочисленные сквозные отверстия, имеющие диаметры, составляющие от 1 до 2 мм. Внутренняя металлическая трубка 1.2.3 используется для введения адсорбата. Рабочую пару образуют адсорбат и описанный выше адсорбент 1.2.4 для осуществления адсорбции и десорбции адсорбата, и, таким образом, осуществляются процессы тепловыделения и теплопоглощения. Конструкция сквозных отверстий, у которых диаметр составляет от 1 до 2 мм, основана, главным образом, на учете скорости адсорбции и скорости десорбции рабочей пары. В результате экспериментов было обнаружено, что сквозные отверстия, у которых диаметр составляет от 1 до 2 мм, упрощают адсорбцию адсорбата для адсорбента 1.2.4; при этом скорость десорбции может эффективно регулироваться в течение десорбции, и, таким образом, обеспечивается непрерывное выделение десорбированного тепла.

[19] Рабочая пара, которую образуют адсорбат и адсорбент 1.2.4, включает газообразный адсорбат и твердый адсорбент, который преимущественно является таким, что температура пиролиза не является обязательной в высокой степени и может регулироваться в зависимости от солнечной энергии, адсорбции и величины пиролиза, и значение КПД является относительно высоким. Не требуется никакое дополнительное энергетическое устройство. Предпочтительная схема включает метанол и активированный уголь или аммиак и активированный уголь, причем в активированный уголь необязательно добавляется металлический порошок, имеющий хорошую теплопроводность, такой как алюминиевый порошок, затем в смесь добавляется органическое связующее вещество, и после этого смесь прикрепляется к наружной стенке внутренней металлической трубки 1.2.3, и масса металлического порошка не превышает 30 мас.%.

[20] Как представлено на фиг. 1, солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой 1 образуют солнечные теплосборные адсорбционные композиционные трубки. Солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой 1 включает: нижний коллектор 1.1, верхний коллектор 1.3 и множество солнечных теплосборных адсорбционных композиционных трубок 1.2, сообщающихся с нижним коллектором 1.1 и верхним коллектором 1.3. Каждый из нижнего коллектора 1.1 и верхнего коллектора 1.3 образуют корпус и внутренние вкладыши. Водяной коллектор располагается между корпусом и внутренними вкладышами. Внутренние вкладыши представляют собой коллекторы адсорбата. Водяной коллектор нижнего коллектора 1.1 сообщается с водяным коллектором верхнего коллектора 1.3 через водные тракты солнечных теплосборных адсорбционных композиционных трубок 1.2. Коллекторы адсорбата нижнего коллектора 1.1 сообщаются с коллекторами адсорбата верхнего коллектора 1.3 через внутренние металлические трубки 1.2.3 теплосборных адсорбционных композиционных трубок 1.2.

[21] Как представлено на фиг. 3, охлаждающая и нагревательная система, которую образует солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой, включает: три солнечных теплосборных адсорбционных композиционных слоя 1, расположенные параллельно, подсистему циркуляции адсорбата, подсистему циркуляции воды, трубки, посредством которых присоединяются различные подсистемы и устройства, а также водяные насосы 2.1-2.6, клапаны 10.1-10.10 и вакуумные клапаны 11.1-11.2, расположенные на трубках. Подсистема циркуляции адсорбата включает: конденсатор 4, жидкостной резервуар-накопитель 5 и испаритель 6. Впуск рабочей среды конденсатора 4 присоединяется к коллектору адсорбата верхнего коллектора 1.3 солнечного теплосборного адсорбционного композиционного слоя. Выпуск рабочей среды испарителя 6 присоединяется к коллектору адсорбата нижнего коллектора 1.1 солнечного теплосборного адсорбционного композиционного слоя. Подсистема циркуляции воды включает: резервуар-накопитель горячей воды 3, резервуар холодной воды 8 и резервуар-накопитель холодной воды 9. Водный выпуск резервуара-накопителя горячей воды 3, водный выпуск резервуара холодной воды 8 и водяной коллектор нижнего коллектора 1.1 солнечного теплосборного адсорбционного композиционного слоя 1 сообщаются друг с другом. Водный впуск резервуара-накопителя горячей воды 3, водный впуск резервуара холодной воды 8 и водяной коллектор верхнего коллектора 1.3 солнечного теплосборного адсорбционного композиционного слоя 1 сообщаются друг с другом. Резервуар-накопитель холодной воды 9, резервуар холодной воды 8 и испаритель 6 сообщаются друг с другом через циркуляционные водопроводы для осуществления теплообмена. Резервуар-накопитель горячей воды 3 и резервуар-накопитель холодной воды 9, соответственно, присоединяются к потребителю 7 для осуществления регулируемого нагревания или охлаждения потребителя 7.

[22] Принцип работы охлаждающей и нагревательной системы заключается в следующем:

[23] 1) Процесс нагревания: в дневное время, когда солнечное излучение является сильным, солнечную энергию адсорбирует солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой 1, и вода в солнечной вакуумной трубке 1.2.1 нагревается. Когда температура воды достигает установленной температуры, включается водяной насос 2.1, открываются клапаны 10.2, 10.3 и закрывается клапан 10.1, чтобы вода в резервуаре-накопителе горячей воды 3 могла поступать в солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой 1 через нижний коллектор 1.1; после нагревания вода выпускается из верхнего коллектора 1.3 и возвращается в резервуар-накопитель горячей воды 3 для хранения.

[24] 2) Процесс охлаждения: в дневное время, когда солнечное излучение является сильным, в течение процесса нагревания, нагретая вода передает тепло адсорбенту 1.2.4, который присутствует в форме комплекса посредством адсорбции метанола. Вакуумный клапан 11.1 открывается, как правило, когда температура адсорбента 1.2.4 достигает уровня от 60 до 70°C, и метанол в качестве адсорбата начинает десорбироваться. Когда температура достигает 85°C, большое количество метанола в качестве адсорбата десорбируется, аммиак поступает во внутреннюю металлическую трубку 1.2.3 через сквозное отверстие, а затем проходит через верхний коллектор 1.3, чтобы поступить в конденсатор 4 для охлаждения. Жидкий метанол поступает в жидкостный резервуар-накопитель 5 и, наконец, поступает в испаритель 6 для хранения до тех пор, пока не завершается десорбция адсорбента 1.2.4.

[25] После заката солнца или в дневное время, когда солнечное излучение отражается солнцезащитным занавесом, в подсистеме циркуляции воды: температура воды в солнечном теплосборном адсорбционном композиционном слое 1 уменьшается, клапаны 10.2, 10.4 закрываются, клапаны 10.1, 10.3 открываются, и водяной насос 2.2 начинает выводить холодную воду температуре ниже 20°C из резервуара холодной воды 8 в солнечный теплосборный адсорбционный композиционный слой 1 через нижний коллектор 1.1. Холодная вода осуществляет теплообмен с адсорбентом 1.2.4, температура адсорбента 1.2.4 уменьшается, и он находится в состоянии адсорбции. Количество тепла, которое выделяется в процессе адсорбции, передается воде, и, таким образом, температура воды постепенно увеличивается. Нагретая вода выпускается из верхнего коллектора 1.3 и вводится в резервуар-накопитель горячей воды 3, и, таким образом, адсорбированное количество тепла регенерируется посредством резервуара-накопителя горячей воды 3. При этом в подсистеме циркуляции адсорбата, когда температура адсорбента 1.2.4 уменьшается до уровня от 40 до 50°C, вакуумный клапан 11.2 открывается, таким образом, что адсорбент 1.2.4 начинает адсорбировать метанол. Когда температура адсорбента 1.2.4 уменьшается до 30°C, адсорбируется большое количество метанола в качестве адсорбата, при этом метанол в качестве хладагента в испарителе 6 испаряется для охлаждения. Охлаждающая способность хладагента передается охлажденной воде, и охлажденная вода хранится в резервуаре-накопителе холодной воды 9, чтобы обеспечивать охлаждающую способность для потребителя 7 в течение продолжительного периода времени. При этом испаритель 6 или резервуар-накопитель холодной воды 9 используется для повышения охлаждающей способности резервуара холодной воды 8, и, таким образом, обеспечивается нормальная эксплуатация системы.

[26] В итоге, резервуар-накопитель горячей воды 3 выполняет функцию хранения нагретой воды для потребителя 7, а также регенерации адсорбированного количества тепла; и резервуар-накопитель холодной воды 9 выполняет функцию хранения холодной воды для потребителя 7 и повышения охлаждающей способности резервуара холодной воды 8. Резервуар холодной воды 8 выполняет функцию упрощения адсорбции адсорбата и процесса тепловыделения.

[27] Основная технология согласно настоящему изобретению представляет собой структурную конфигурацию, которую имеют солнечная вакуумная трубка 1.2.1, наружная металлическая трубка 1.2.2, внутренняя металлическая трубка 1.2.3 и адсорбент 1.2.4 в солнечном теплосборном адсорбционном композиционном слое. Солнечная теплосборная адсорбционная композиционная трубка выполняет теплосборную, адсорбционную и десорбционную функции. Подсистема циркуляции адсорбата и подсистема циркуляции воды используются для осуществления функций сбора тепла, теплопоглощения, хранения, регенерации и охлаждения солнечного теплосборного адсорбционного композиционного слоя. Сберегается эффект использования солнечной энергии, уменьшается занимаемая площадь, и повышается эффективность использования энергии. Таким образом, объем патентной защиты настоящего изобретения не ограничивается описанными выше вариантами осуществления. Для специалистов в данной области техники является очевидным, что могут быть произведены изменения и модификации без отклонения от действительной идеи и объема настоящего изобретения. Например, выбор рабочей пары не ограничивают описанные выше активированный уголь и метанол; кроме того, могут использоваться рабочие пары, включающие аммиак и активированный уголь, для которых не являются в высокой степени обязательными температура пиролиза и относительно высокие величины адсорбции при пиролизе и значения КПД, и они могут быть приспособлены к солнечной системе. Соответственно, трубопроводы и устройства подсистемы циркуляции адсорбата могут регулироваться надлежащим образом. Технические характеристики и число солнечных теплосборных адсорбционных композиционных трубок 1.2 в солнечном теплосборном адсорбционном композиционном слое 1, а также технические характеристики и число солнечных теплосборных адсорбционных композиционных слоев 1 в системе нагревания и охлаждения определяются согласно практическим потребностям. Если изменения и модификации находятся в пределах объема формулы настоящего изобретения и эквивалентной технологии согласно настоящему изобретению, то предусматривается, что настоящее изобретение включает такие изменения и модификации.

Реферат

Настоящее изобретение относится к технологии использования солнечной энергии и, более конкретно, к солнечной теплосборной адсорбционной композиционной трубке, солнечному теплосборному адсорбционному композиционному слою, состоящему из таких трубок, и охлаждающей и нагревательной системе, образованной из такого слоя. Солнечная теплосборная адсорбционная композиционная трубка включает солнечную вакуумную трубку, имеющую два открытых торца; наружную металлическую трубку и внутреннюю металлическую трубку, коаксиально расположенные внутри солнечной вакуумной трубки; причем между наружной металлической трубкой и солнечной вакуумной трубкой образован водный тракт; между наружной металлической трубкой и внутренней металлической трубкой находится твердый адсорбент для теплообмена с водой снаружи наружной металлической трубки; множество сквозных отверстий расположены на внутренней металлической трубке; адсорбат расположен во внутренней металлической трубке; и адсорбат и адсорбент образуют рабочую пару для адсорбции и десорбции для осуществления тепловыделения и теплопоглощения. Система, содержащая такую трубку, функционирует в обоих режимах, включая охлаждение и нагревание, и предназначается для использования единицы теплосборной площади, чтобы осуществлять нагревание воды в дневное время и охлаждение воды в ночное время или непрерывное круглосуточное охлаждение и нагревание. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула