基本信息
- 項目名稱：
- 新型太陽能光熱冰箱
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 基于CPC集熱器的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計出新型CPC熱管式真空管集熱器，并對集熱器進行了集熱分析；采用Matlab建模仿真技術(shù)對該集熱器進行建模和動態(tài)仿真來模擬該新型CPC熱管式真空管集熱器的運行情況；基于擴散吸收式制冷系統(tǒng)對能量品位要求較低，工質(zhì)環(huán)保性較好，運行無噪音等特點，將CPC熱管式真空管集熱器用于該制冷系統(tǒng)，研發(fā)了新型太陽能光熱冰箱。
- 詳細介紹：
- 太陽能光熱冰箱是一種利用太陽能為驅(qū)動力實現(xiàn)制冷的產(chǎn)品，該冰箱節(jié)能、環(huán)保，發(fā)展空間廣闊，尤其是太陽能驅(qū)動的擴散吸收式冰箱，成本低、結(jié)構(gòu)簡單，具有較強的市場競爭優(yōu)勢，但其受地理位置、氣相參數(shù)影響較大，目前尚未有成型產(chǎn)品。 本文所研究的新型太陽能光熱冰箱是結(jié)合擴散-吸收式制冷原理與CPC 復(fù)合拋物面聚光器工作機理實現(xiàn)制冷。本團隊利用MATLAB語言構(gòu)建了制冷和CPC聚光兩大系統(tǒng)模型，并開發(fā)了相應(yīng)的程序軟件。針對制冷系統(tǒng)開發(fā)出的軟件實現(xiàn)了通過制冷工質(zhì)焓值、壓力、溫度、濃度等六個參數(shù)中已知任意兩項求知其他參數(shù)的過程，并繪制壓力、濃度、溫度關(guān)系圖和焓值、濃度、溫度關(guān)系曲面圖；CPC聚光系統(tǒng)模型程序軟件優(yōu)化了CPC 復(fù)合拋物面聚光器的開口寬度、槽深、聚光比等參數(shù)。利用所開發(fā)的兩大程序軟件優(yōu)化了冰箱的負荷參數(shù)和工藝參數(shù)，為太陽能驅(qū)動擴散吸收式冰箱批量生產(chǎn)提供了可能。為了使太陽能集熱器與制冷系統(tǒng)高效連接，根據(jù)熱管的等溫特性，本文創(chuàng)造性地提出并設(shè)計錐型發(fā)生器內(nèi)置熱管的方案，使得系統(tǒng)制冷部分和集熱部分具有可拆卸性，不僅可以在太陽能不足的情況下變更驅(qū)動方式（如燃油、燃氣），而且方便運輸。此外，在制冷機部分，還提出雙吸收器結(jié)構(gòu)設(shè)計，以便充分吸收制冷工質(zhì)，提高制冷效率。 本項目榮獲中華環(huán)保基金會“必勝客”第五批大學生環(huán)保公益活動小額資助項目（編號：2009038）
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 發(fā)明目的：目前市場上的太陽能冰箱主要以光電冰箱為主，但其所用光能電池會造成環(huán)境污染。本團隊設(shè)計開發(fā)的新型太陽能光熱冰箱，真正實現(xiàn)了太陽能冰箱的無污染，在電力匱乏的地區(qū)更具使用價值。 基本思路：基于擴散吸收式制冷系統(tǒng)對能量品位要求較低、工質(zhì)環(huán)保性較好、運行無噪音等特點，將CPC熱管式真空管集熱器應(yīng)用于該制冷系統(tǒng)。并通過Matlab分別對集熱器和制冷系統(tǒng)進行建模，優(yōu)化設(shè)計出新型CPC集熱器的工作尺寸，得出制冷工質(zhì)的灌裝濃度和壓力，最終設(shè)計開發(fā)出新型太陽能光熱冰箱。 創(chuàng)新點：1.在傳統(tǒng)CPC熱管式真空管集熱器的真空內(nèi)管和熱管之間加入導熱油及充填物，縮短啟動時間，提高了傳熱效率。2.建立擴散吸收式制冷系統(tǒng)模型，通過軟件逆算得出系統(tǒng)運行的最佳灌裝濃度和壓力，指導樣機加工，實現(xiàn)機組批量化生產(chǎn)。3.設(shè)計錐型發(fā)生器，將熱管蒸發(fā)端置于集熱器內(nèi)，冷凝端置于錐型發(fā)生器內(nèi)，提高傳熱效率；同時獨特的發(fā)生器設(shè)計也使得機組和熱管可拆卸，實現(xiàn)了在太陽照度不足的情況下供熱形式可被替代（燃油等）。4.雙吸收器的設(shè)計，使氨—氫混合氣體流經(jīng)吸收器時氨氣被完全吸收，提高擴散效率。 技術(shù)關(guān)鍵：1.CPC集熱器的建模與設(shè)計；2.建模并逆算制冷系統(tǒng)工質(zhì)參數(shù)，確定工質(zhì)工況；3.解決擴散吸收式制冷機效率低的問題；4.機組部分可拆卸。 主要技術(shù)指標:1.新型CPC熱管式真空管集熱器集熱效率達92.1%；2.通過Matlab建模逆算出工質(zhì)壓力、濃度值等參數(shù)；3.制冷溫度范圍為-5～8℃，制冷效率在0.15左右。
科學性、先進性
- 1.新型CPC熱管式真空管集熱器內(nèi)充有導熱性非常好的導熱油，提高導熱效率，縮短機組啟動時間。 2.利用Matlab軟件對新型集熱器和擴散吸收式制冷系統(tǒng)進行建模和動態(tài)仿真，得到各單元的最優(yōu)設(shè)計。 3.通過錐形發(fā)生器將熱管和制冷機組高效銜接。使整個機組可拆卸，便于更換驅(qū)動熱源。 4.本作品全系統(tǒng)無電力驅(qū)動，無任何運動部件，與太陽能光電冰箱相比，高環(huán)保、高效率、長壽命、加工方便。 5.在太陽照度不足時，本作品可以通過冰蓄冷、燃油、燃氣供熱的方式維持冰箱的正常使用。 基于上述特點，本作品適用于海灘景點（由于漲落潮緣故，海灘無電力供應(yīng)）、西部沙漠、游牧草原、以及其他日照充足電力匱乏的地區(qū)。這些都體現(xiàn)出其獨特的優(yōu)點和良好的市場前景。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 獲得： 中華環(huán)?；饡氨貏倏汀钡谖迮髮W生環(huán)保公益活動小額資助項目（編號：2009038） 校第八屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽 特等獎 第四屆“挑戰(zhàn)杯”省大學生課外學術(shù)科技競賽 特等獎
作品所處階段
- 中試階段： 一系列機組匹配實驗在進行中
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品 、模型、圖紙、現(xiàn)場演示、圖片、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 通過Matlab軟件對CPC集熱器和氨水擴散吸收制冷系統(tǒng)建模，得到各部件和工質(zhì)的參數(shù)，指導樣機的加工，為產(chǎn)品批量化生產(chǎn)提供方便。獨特的錐型發(fā)生器設(shè)計使機組安裝和拆卸更加簡便。這樣在海灘景點等無電地區(qū)體現(xiàn)其突出優(yōu)勢。另外在我國西部地區(qū)、沙漠、草原地帶以及印尼、非洲等日照充足的地區(qū)也突顯其更高的市場價值。與市場上主流的太陽能光電冰箱相比，更加環(huán)保，而且成本下降40%，所開發(fā)的50L冰箱成本只有500元（150L冰箱，預(yù)計成本僅有1300元），壽命增長一倍。
同類課題研究水平概述
- 一、太陽能集熱器的發(fā)展 1、太陽能集熱器雛形：上世紀70年代，美國就在亞利桑那州建成了一臺37千瓦的拋物面聚焦的太陽能熱動力水泵。 2、槽式太陽能集熱器的發(fā)明：1976年，墨西哥人首次開發(fā)了槽式太陽能集熱器這項技術(shù)，使用了一個6m 長、2m寬的槽式集熱器，在接收器中直接產(chǎn)生蒸汽，并輸出給一個125W的活塞式發(fā)動機。在大約4小時內(nèi)，太陽輻射強度為700W/m2的條件下，太陽能轉(zhuǎn)化為機械能的效率大約為2%。 3、槽式太陽能集熱器的投產(chǎn)應(yīng)用：1984年，世界上第一個槽式太陽能發(fā)電廠投入運行。在1984年至1990年的6年時間內(nèi)，在美國加利福尼亞州共建立了9個槽式太陽能發(fā)電廠，規(guī)模從14MW到80MW。到目前為止，這些發(fā)電廠已經(jīng)累計生產(chǎn)了大約75億千瓦小時的電量。 4、太陽能集熱器的發(fā)展：2000年悉尼奧運會時，奧林匹克綜合委員會擬建了帶有太陽能熱力循環(huán)的電站。它由平面或彎度不大的曲面鏡制成，把太陽能聚集在由真空管構(gòu)成的儲能器上，真空管內(nèi)部裝有薄壁管狀吸熱器，吸熱器設(shè)有吸熱肋板，并覆蓋一層選擇性吸收層。熱量通過管子由吸熱器傳給蒸汽發(fā)生器，并產(chǎn)生蒸汽。 二、擴散吸收式制冷技術(shù)的發(fā)展 1、擴散吸收式制冷技術(shù)發(fā)展初期：氨水-氫擴散-吸收式冰箱的研究始于1920年，有C.Munters和B.V Platen首次制成。在國內(nèi)外文獻中，關(guān)于擴散-吸收式制冷機的研究數(shù)量有限。 2、擴散吸收式制冷技術(shù)逐步成熟與制冷機的制造：1957年Watts和Gulland等人對擴散吸收制冷系統(tǒng)的氣體循環(huán)進行了理論和試驗研究，提出輔助氣體的流速存在一個最佳值使得系統(tǒng)的性能達到最佳。1982年，茅以惠給出擴散-吸收式制冷系統(tǒng)的熱力計算，提出擴散-吸收式制冷機選定循環(huán)參數(shù)和熱力計算的方法。2005年，以色列本-古里安大學A-Zohar和M.Jelinek在制冷機結(jié)構(gòu)冷凝器后設(shè)置了過冷器，并建立了有無過冷器兩種不同的系統(tǒng)模型，分析得到無過冷器時系統(tǒng)COP比有過冷器提高20%，但是在無過冷器的系統(tǒng)中蒸發(fā)溫度卻高15℃。2009年，英國N.Ben Ezzine和R.Garma等人開發(fā)了一種由太陽能驅(qū)動，制冷工質(zhì)為二元氫烴混合物，惰性氣體為氫氣的擴散吸收式制冷機，通過實驗對其部件熱虹吸管進行實驗研究并探討了不同功率下的性能
