СОЛНЕЧНАЯ ТЕПЛОСБОРНАЯ АДСОРБЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИОННАЯ ТРУБКА, СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОСБОРНЫЙ АДСОРБЦИОННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ СЛОЙ, СОСТОЯЩИЙ ИЗ СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛОСБОРНЫХ АДСОРБЦИОННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ТРУБОК, И ОХЛАЖДАЮЩАЯ И НАГРЕВАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, ОБРАЗОВАННАЯ ИЗ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСБОРНОГО АДСОРБЦИОННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО СЛОЯ
SOLAR HEAT COLLECTING ADSORPTION COMPOSITION TUBE, SOLAR HEAT COLLECTING ADSORPTION COMPOSITE LAYER, CONSISTING OF SOLAR HEAT COLLECTING ADSORPTION COMPOSITE TUBES, AND COOLING AND HEATING SYSTEM, FORMED FROM THE SOLAR HEAT COLLECTING ADSORPTION COMPOSITE LAYER

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.