太陽能冷管研究進(jìn)展

1、太陽能冷管的研究進(jìn)展 專業(yè)：制冷與低溫工程指導(dǎo)老師：趙惠忠 太陽能冷管的研究進(jìn)展前言 自從上個(gè)世紀(jì)七十年代的能源危機(jī)以來，世界各國(guó)逐步將目光由常規(guī)能源轉(zhuǎn)向新能源和可再生能源的領(lǐng)域，意識(shí)到常規(guī)能源利用過程中對(duì)地球生態(tài)的破壞，加之隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深入人心，因此作為一種用之不竭，取之不盡的可再生能源一太陽能，利用與開發(fā)重要意義不容置疑。在利用太陽能方面，有很多已經(jīng)普遍推廣的技術(shù)，像現(xiàn)在熟知的太陽能熱水器技術(shù)、光伏電池技術(shù)等等。在制冷領(lǐng)域太陽能的利用也備受關(guān)注，其中研究的一個(gè)重點(diǎn)及方向就是太陽能冷管吸附式制冷。1. 太陽能冷管的提出目前在實(shí)際生產(chǎn)生活中很少見到應(yīng)用太陽能吸附制冷技術(shù)的產(chǎn)品，究其原因

2、主要有以下四點(diǎn)：吸附器密封性要求高，而現(xiàn)在吸附床一般為一個(gè)或幾個(gè)平方米，難于長(zhǎng)期維持較高的真空度；吸附床在陽光下高效集熱和離開太陽后散熱是一個(gè)難于解決的矛盾；固體吸附劑是多孔介質(zhì)，導(dǎo)熱性能差而影響了吸附床的傳熱傳質(zhì)過程；有的吸附工質(zhì)對(duì)材料容易與壘屬起化學(xué)反應(yīng)而使系統(tǒng)性能逐漸降低。為了解決上述問題，上海交通大學(xué)劉震炎教授等在國(guó)際上率先提出并研制成功了“太陽能冷管”，以玻璃管代替金屬材料，在一根管子內(nèi)完成了熱泵與制冷循環(huán)，解決了系統(tǒng)真空密封性的問題，并對(duì)吸附床的傳熱傳質(zhì)問題進(jìn)行了改進(jìn)。在此基礎(chǔ)上，上海交通大學(xué)盧允莊、馬曉東、趙惠忠等人陸續(xù)研制出了：雙端式太陽能冷管（A型）、單端式太陽能冷管（B型）

3、、彎管式太陽能冷管（C型）、抗凍型冷管（F型）。2太陽能冷管的結(jié)構(gòu)原理太陽能冷管應(yīng)用固體吸附原理和真空集熱技術(shù)，在太陽輻照下在一根管內(nèi)完成制冷循環(huán)的制冷單元。冷管內(nèi)的吸附工質(zhì)對(duì)采用完全無污染的沸石分子篩"水，實(shí)現(xiàn)了一根管內(nèi)冷、熱分流向外輸出，無污染、無噪音、無運(yùn)動(dòng)部件。如圖1,2所示，太陽能冷管將冷凝器、吸附/集熱器和蒸發(fā)器三部分制成一體，吸附/集熱器為多層結(jié)構(gòu)，采用雙層同軸高硼硅玻璃管。吸附/集熱器內(nèi)裝填整體成形的帶孔道的吸附劑床，其外壁為帶選擇性涂層的雙層真空管，套管之間為真空隔熱夾層，可以高效吸收太陽能并大大降低熱損。在吸附床中部埋有熱量導(dǎo)出管，整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)吸附!集熱器

4、在陽光下高效集熱與離開陽光后有效散熱，利用晝夜溫度變換周期來實(shí)現(xiàn)間歇式制冷。冷凝器位于吸附/集熱器上部，在白天脫附階段：太陽能冷管受太陽輻射加熱后溫度上升，制冷劑以蒸汽狀態(tài)從吸附床脫附出來，在冷凝器中冷凝后流入蒸發(fā)器，冷凝器外壁可與外界直接進(jìn)行熱交換以利用它的冷凝熱，其熱量由上端輸出。蒸發(fā)器位于冷管的下部，晚間中芯管內(nèi)通入水后吸附床溫度降低，開始吸附蒸發(fā)器的制冷劑，制冷劑的蒸發(fā)使其溫度降低達(dá)到制冷目的，冷量從太陽能冷管的下端輸出，一個(gè)完整的循環(huán)周期為24h。 3.太陽能冷管的研究進(jìn)展3.1 雙端型太陽能冷管(A型)A型取端式太陽能冷管是一端輸出冷量、另一端輸出熱量的結(jié)構(gòu)，原理如圖3所示，圖4為

5、該冷管的實(shí)物照片。該冷管采用吸附集熱器、冷凝器、熱量導(dǎo)出管和蒸發(fā)器制成為一體，吸附床裝填整體成形的帶孔道的復(fù)合吸附劑。在吸附劑中部埋有熱量導(dǎo)出管。白天時(shí)中心管內(nèi)為空氣，減少熱量的損失，在晚唧吸附時(shí)，中心管充滿冷卻水，可以使得吸附床可迅速降溫，實(shí)現(xiàn)吸附床在陽光下高效集熱與離開陽光后有效散熱。該冷管采用外管上端為冷凝器結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)器在冷管的底部區(qū)域，冷管的外管與內(nèi)管所圍成的空間形成真空。由于冷凝器為外管冷凝的單層玻璃管、其外壁可與外界直接進(jìn)行熱變換而使制冷劑蒸汽充分得冷凝并充分利用制冷劑的凝結(jié)熱，冷凝熱和吸附熱從太陽能冷管的上端輸出。蒸發(fā)器位于吸附集熱器下部，在吸附制冷中蒸發(fā)器通過制冷劑的蒸發(fā)而使環(huán)

6、境溫度降低達(dá)到制冷的目的，此時(shí)冷量從太陽能冷管的下端輸出。圖4 A型雙端式冷管示意圖圖5 A型雙端式冷管實(shí)物圖3.2 單端式太陽能冷管（B型）B型單端式太陽能冷管的冷凝器與蒸發(fā)器均在冷管的頂部，冷凝器在蒸發(fā)器的上方，結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示，圖7為該冷管的實(shí)物照片該冷管吸附床采用的是整體成形的帶孔道的復(fù)合吸附劑，與A型管相同的是在吸附床中部也埋有熱量導(dǎo)出管，白天時(shí)，中心管內(nèi)為空氣，減少熱量的損失，在晚間吸附時(shí)，中心管充滿冷卻水，可以使得吸附床可迅速降溫，實(shí)現(xiàn)吸附床在陽光下商教集熱與離開陽光后有效散熱。該冷管的冷凝器白天輸出吸附劑的冷凝熱量，夜間通過中心管輸出吸附床的吸附熱。相比于A型管，B型單端式

7、太陽能嶺管吸附床采用的是直接真空管集熱，增加了太陽能輻射的吸收率，提高了單位面積下的吸附面積比率。圖6 B型單端式太陽能冷管示意圖圖7 B型單端式太陽能冷管實(shí)物圖3.3 彎管式太陽能冷管（C型）C型單端式太剛能冷管結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示，圖9為該冷管的實(shí)物照。該冷管的冷凝器與蒸發(fā)器均在冷管的頂部彎曲向下，該冷管吸附床采用的是整體成形的帶孔道的復(fù)合吸附劑，與A型B型管相同的是在吸附床中部也埋有熱量導(dǎo)出管。白天時(shí)，中心管內(nèi)為空氣，減少熱量的損失，在晚間吸附時(shí)，中心管充滿冷卻水，可以使得吸附床可迅速降溫，實(shí)現(xiàn)吸附床在陽光下高效集熱與離開陽光后有效散熱。該冷管的冷凝器白天輸出吸附劑的冷凝熱量。相比于A型

8、管和B型管，C型單端式太陽能冷管不僅吸附床采用了是直接真空管集熱，增加了太陽能輻射的吸收率，并且減少了直管段蒸發(fā)器和冷凝器的長(zhǎng)度，進(jìn)一步提高了單位安裝面積下的吸收太陽能輻射面積比率，C型彎管式太陽能冷管的冷凝器應(yīng)用同一位置，白天作為冷凝器，可以提供制冷劑的冷凝熱，晚間吸附制冷時(shí)作為蒸發(fā)器，向外界放出冷量。圖8 C型單端式太陽能冷管示意圖圖9 C型單端式太陽能冷管實(shí)物圖3.4 抗凍型太陽能冷管（F）管3.4.1 F1型抗凍型冷管F1型抗凍型冷管主要包括吸附集熱器、外管整體冷凝器、上下段過濾器和蒸發(fā)器，吸附床裝填活性炭。該冷管采用整體外管為冷凝器，蒸發(fā)器在冷管的底部區(qū)域，冷管的外管與內(nèi)管所圈成的空

9、間形成真空。圖10 F1型抗凍型冷管示意圖圖11 F1型抗凍型冷管示意圖3.4.2 F2型抗凍型太陽能冷管F2型抗凍型太陽能冷管采用雙層高硼硅玻璃管形式，即吸附床直接放置在太陽能真空管集熱器內(nèi)真空管外面不再使用外套管。該冷管主要包括吸附集熱器、外管整體冷凝器、熱量導(dǎo)出管和蒸發(fā)器等吸附床裝填圓柱形顆粒狀的活性炭吸附劑。圖12 F2型抗凍型冷管實(shí)物圖圖12 F2型抗凍型冷管示意圖4. 太陽能冷管的發(fā)展展望太陽能冷管具有很高的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力。由于太陽能冷管具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，它利用巨大、清潔的太陽能，高效地、無污染地同時(shí)提供冷量和熱量，制冷成本大大低于現(xiàn)有的太陽能制冷裝，并能替代太陽能熱水器。，綜合一次性投資、運(yùn)行費(fèi)用以及治理環(huán)境費(fèi)用由太陽能冷管組成的制冷與供熱水系統(tǒng)將在市場(chǎng)上有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。作為制，其產(chǎn)