太阳能冷管制冷与供热特性实验研究

    能源作为国民经济的基础,对于社会、经济的发展和提高人民生活质量至关重要.在各种可再生能源中,太阳能具有其他常规能源无法相比的优越性.首先是太阳能储量巨大,取之不尽,用之不竭;其次,相对于其他能源来说,太阳能在地球上绝大多数地区具有存在的普遍性,可就地取用;再次,太阳能利用具有清洁性的特点,其开发利用时几乎不产生任何污染.太阳能作为一种清洁能源,用它来供热与制冷一直是人们研究、利用的热点,同时20世纪后期吸附式制冷技术的发展为太阳能热利用提供了一个很好的发展契机,它作为一种环保和节能技术在近20年得到迅速发展,在低品位能源(如太阳能、废热)利用方面得到广泛应用[1].由太阳能驱动的吸附制冷机结构简单,不破坏环境,运行中不会产生噪声,也不会泄漏造成/温室效应0的气体.因此,吸附式制冷被列为替代传统的蒸汽压缩式制冷的设备之一,尤其在没有电力的偏远地区,由太阳能驱动的吸附制冷机显示出很强的优势.传统的固体吸附式制冷系统基本上由太阳能集热器加吸附式制冷机,通过泵、阀门和管道连接,设备复杂、成本较高,难以保持较高的真空密封性能[2].本文介绍太阳能冷管[3-6]是在一根管子内完成太阳能集热与制冷循环,它是一种高效冷热联供的完全新颖的太阳能转换元件,并对太阳能冷管的制冷和供热性能做了实验研究.

    1 太阳能冷管的结构原理

    图1所示为太阳能冷管结构图.图中,太阳能冷管将集热/吸附器、换热芯管、冷凝器和蒸发器均安置在一根玻璃套管内,且加工成为一体.吸附/集热器采用双层同轴高硼硅玻璃太阳能真空集热管,内装填整体成形的吸附剂床,在吸附床中设置了蒸汽通道和换热芯管.太阳能冷管的冷凝器和蒸发器共用一根套管,冷凝器位于套管上部,为一与外界直接接触的单层玻璃管,其外壁可与外界直接进行热交换而使制冷剂蒸气充分得到冷凝.在白天脱附阶段,吸附床接受太阳辐射,温度升高,床内压力上升,加热后脱附出来的制冷剂蒸气沿着蒸汽通道流向冷凝器,由冷却水冷却凝结下来流入蒸发器,冷凝热和吸附热从太阳能冷管的上端输出.蒸发器位于套管的下部,太阳能冷管在晚间吸附阶段,吸附床通过换热芯管的冷却介质带出热量,使吸附床温度降低,床内压力下降,开始吸附,制冷剂在蒸发器内蒸发,吸收潜热,产生制冷效果,此时冷量从太阳能冷管的下端输出,换热芯管带出的热量用来产生生活热水.玻璃套管内部所围成的空间抽成真空.这样的结构设计可实现吸附/集热器在阳光下高效集热,离开阳光后有效散热.

    太阳能冷管利用昼夜温度变换周期地实现间歇式制冷,能够在一根管子内完成固体吸附式制冷与热泵循环,冷、热流从冷管的两端分别输出,效率高,结构紧凑.表1所示为太阳能冷管的结构参数.