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基本信息

項(xiàng)目名稱：
新型太陽能光熱冰箱
小類：
能源化工
簡介：
基于CPC集熱器的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出新型CPC熱管式真空管集熱器，并對(duì)集熱器進(jìn)行了集熱分析；采用Matlab建模仿真技術(shù)對(duì)該集熱器進(jìn)行建模和動(dòng)態(tài)仿真來模擬該新型CPC熱管式真空管集熱器的運(yùn)行情況；基于擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)對(duì)能量品位要求較低，工質(zhì)環(huán)保性較好，運(yùn)行無噪音等特點(diǎn)，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(xì)介紹：
太陽能光熱冰箱是一種利用太陽能為驅(qū)動(dòng)力實(shí)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(dòng)的擴(kuò)散吸收式冰箱，成本低、結(jié)構(gòu)簡單，具有較強(qiáng)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(kuò)散-吸收式制冷原理與CPC 復(fù)合拋物面聚光器工作機(jī)理實(shí)現(xiàn)制冷。本團(tuán)隊(duì)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(duì)制冷系統(tǒng)開發(fā)出的軟件實(shí)現(xiàn)了通過制冷工質(zhì)焓值、壓力、溫度、濃度等六個(gè)參數(shù)中已知任意兩項(xiàng)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(fù)荷參數(shù)和工藝參數(shù)，為太陽能驅(qū)動(dòng)擴(kuò)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(jì)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(dòng)方式（如燃油、燃?xì)猓曳奖氵\(yùn)輸。此外，在制冷機(jī)部分，還提出雙吸收器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以便充分吸收制冷工質(zhì)，提高制冷效率。 本項(xiàng)目榮獲中華環(huán)保基金會(huì)“必勝客”第五批大學(xué)生環(huán)保公益活動(dòng)小額資助項(xiàng)目（編號(hào)：2009038）

作品圖片

  • 新型太陽能光熱冰箱
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

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(huì)造成環(huán)境污染。本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)的新型太陽能光熱冰箱，真正實(shí)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(jià)值。 基本思路：基于擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)對(duì)能量品位要求較低、工質(zhì)環(huán)保性較好、運(yùn)行無噪音等特點(diǎn)，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(duì)集熱器和制冷系統(tǒng)進(jìn)行建模，優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)開發(fā)出新型太陽能光熱冰箱。 創(chuàng)新點(diǎn)：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(dǎo)熱油及充填物，縮短啟動(dòng)時(shí)間，提高了傳熱效率。2.建立擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)模型，通過軟件逆算得出系統(tǒng)運(yùn)行的最佳灌裝濃度和壓力，指導(dǎo)樣機(jī)加工，實(shí)現(xiàn)機(jī)組批量化生產(chǎn)。3.設(shè)計(jì)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(shí)獨(dú)特的發(fā)生器設(shè)計(jì)也使得機(jī)組和熱管可拆卸，實(shí)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(jì)，使氨—?dú)浠旌蠚怏w流經(jīng)吸收器時(shí)氨氣被完全吸收，提高擴(kuò)散效率。 技術(shù)關(guān)鍵：1.CPC集熱器的建模與設(shè)計(jì)；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(kuò)散吸收式制冷機(jī)效率低的問題；4.機(jī)組部分可拆卸。 主要技術(shù)指標(biāo):1.新型CPC熱管式真空管集熱器集熱效率達(dá)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(xué)性、先進(jìn)性

1.新型CPC熱管式真空管集熱器內(nèi)充有導(dǎo)熱性非常好的導(dǎo)熱油，提高導(dǎo)熱效率，縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。 2.利用Matlab軟件對(duì)新型集熱器和擴(kuò)散吸收式制冷系統(tǒng)進(jìn)行建模和動(dòng)態(tài)仿真，得到各單元的最優(yōu)設(shè)計(jì)。 3.通過錐形發(fā)生器將熱管和制冷機(jī)組高效銜接。使整個(gè)機(jī)組可拆卸，便于更換驅(qū)動(dòng)熱源。 4.本作品全系統(tǒng)無電力驅(qū)動(dòng)，無任何運(yùn)動(dòng)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(shí)，本作品可以通過冰蓄冷、燃油、燃?xì)夤岬姆绞骄S持冰箱的正常使用。 基于上述特點(diǎn)，本作品適用于海灘景點(diǎn)（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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和良好的市場前景。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

獲得： 中華環(huán)保基金會(huì)“必勝客”第五批大學(xué)生環(huán)保公益活動(dòng)小額資助項(xiàng)目（編號(hào)：2009038） 校第八屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽 特等獎(jiǎng) 第四屆“挑戰(zhàn)杯”省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競賽 特等獎(jiǎng)

作品所處階段

中試階段： 一系列機(jī)組匹配實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行中

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

合作開發(fā)

作品可展示的形式

實(shí)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(diǎn)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(jì)效益預(yù)測

通過Matlab軟件對(duì)CPC集熱器和氨水?dāng)U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(dǎo)樣機(jī)的加工，為產(chǎn)品批量化生產(chǎn)提供方便。獨(dú)特的錐型發(fā)生器設(shè)計(jì)使機(jī)組安裝和拆卸更加簡便。這樣在海灘景點(diǎn)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(jià)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(jì)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(jì)70年代，美國就在亞利桑那州建成了一臺(tái)37千瓦的拋物面聚焦的太陽能熱動(dòng)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(xiàng)技術(shù)，使用了一個(gè)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(gè)125W的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。在大約4小時(shí)內(nèi)，太陽輻射強(qiáng)度為700W/m2的條件下，太陽能轉(zhuǎn)化為機(jī)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(gè)槽式太陽能發(fā)電廠投入運(yùn)行。在1984年至1990年的6年時(shí)間內(nèi)，在美國加利福尼亞州共建立了9個(gè)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(jì)生產(chǎn)了大約75億千瓦小時(shí)的電量。 4、太陽能集熱器的發(fā)展：2000年悉尼奧運(yùn)會(huì)時(shí)，奧林匹克綜合委員會(huì)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(chǔ)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(kuò)散吸收式制冷技術(shù)的發(fā)展 1、擴(kuò)散吸收式制冷技術(shù)發(fā)展初期：氨水-氫擴(kuò)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(xiàn)中，關(guān)于擴(kuò)散-吸收式制冷機(jī)的研究數(shù)量有限。 2、擴(kuò)散吸收式制冷技術(shù)逐步成熟與制冷機(jī)的制造：1957年Watts和Gulland等人對(duì)擴(kuò)散吸收制冷系統(tǒng)的氣體循環(huán)進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，提出輔助氣體的流速存在一個(gè)最佳值使得系統(tǒng)的性能達(dá)到最佳。1982年，茅以惠給出擴(kuò)散-吸收式制冷系統(tǒng)的熱力計(jì)算，提出擴(kuò)散-吸收式制冷機(jī)選定循環(huán)參數(shù)和熱力計(jì)算的方法。2005年，以色列本-古里安大學(xué)A-Zohar和M.Jelinek在制冷機(jī)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(shí)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(dòng)，制冷工質(zhì)為二元?dú)錈N混合物，惰性氣體為氫氣的擴(kuò)散吸收式制冷機(jī)，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)其部件熱虹吸管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并探討了不同功率下的性能
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