太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)及帶跟蹤聚光的太陽(yáng)能吸附制冷裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自動(dòng)聚焦拋物槽式太陽(yáng)能集熱管吸附床裝置，通過拋物槽的自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)，將太陽(yáng)光照實(shí)時(shí)地匯集到集熱管上，為吸附制冷系統(tǒng)提供充足的驅(qū)動(dòng)熱量。該裝置屬于吸附制冷和太陽(yáng)能利用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源和環(huán)境問題與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾日益突出，新能源和可再生能源經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)在世界能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)一席之地，并且受到各國(guó)政府的廣泛重視。太陽(yáng)輻射能是迄今為止世界上最大和最豐富的永久性清潔能源。我國(guó)太陽(yáng)能豐富和較豐富的地區(qū)占我國(guó)領(lǐng)土總面積的三分之二以上，太陽(yáng)能每年輻射到我國(guó)領(lǐng)土上的總量相當(dāng)于17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。許多國(guó)家的能源政策都提出利用新能源或者可再生能源的環(huán)境友好型系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制冷系統(tǒng)。吸附式制冷因采用無氟利昂的制冷劑，能夠直接由太陽(yáng)能和工業(yè)余熱等低品位能源驅(qū)動(dòng)，是一種環(huán)境友好的制冷技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。
[0003]吸附床是太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)的主要部件，吸附床單位時(shí)間內(nèi)的吸熱量或散熱量對(duì)系統(tǒng)的脫附及吸附過程起著重要影響。一方面，在脫附過程中應(yīng)提高吸附床的吸熱量，另一方面，在吸附過程中應(yīng)提高吸附床的散熱量。這對(duì)于提高太陽(yáng)能吸附式制冷系統(tǒng)的性能意義重大。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外以太陽(yáng)能為驅(qū)動(dòng)熱源的吸附式制冷系統(tǒng)的研究已取得階段性成果，但與商業(yè)化運(yùn)行還有一段距離。其主要原因是其制冷周期過長(zhǎng)，制冷系數(shù)低，成本過高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)吸附制冷系統(tǒng)吸附床集熱效率低，脫附困難而導(dǎo)致循環(huán)周期長(zhǎng)的問題，本發(fā)明旨在提出一種自動(dòng)聚焦拋物槽式太陽(yáng)能集熱管吸附床一體化裝置，該裝置組成的吸附制冷系統(tǒng)集熱效率高，操作方便，能夠滿足脫附過程所需的熱量供應(yīng)，從而縮短制冷循環(huán)時(shí)間。
[0006]本發(fā)明采取拋物槽式的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，通過拋物槽的自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，將太陽(yáng)光照實(shí)時(shí)地匯集到集熱管吸附床上，以保證為吸附制冷系統(tǒng)提供充足的熱量。
[0007]為此本發(fā)明提出了基于南北放置的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。如圖1所示，太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)主要由拋物槽集熱器(1)、絲杠(2)、絲杠螺母(4)、拋物槽轉(zhuǎn)軸(5)、手動(dòng)輪、蝸桿傳動(dòng)箱(9)和電機(jī)裝置(10)組成；拋物槽集熱器⑴中的拋物槽轉(zhuǎn)軸(5)南北方向、上下傾斜布置，使得拋物槽集熱器(1)每天自東向西跟蹤太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，依照太陽(yáng)高度角隨季節(jié)的變化適當(dāng)?shù)卣{(diào)整絲杠螺母(4)的高度，以保證太陽(yáng)光線最大限度地垂直于拋物槽轉(zhuǎn)軸(5)。
[0008]拋物槽轉(zhuǎn)軸(5)的一端與蝸桿傳動(dòng)箱(9)連接；
[0009]本太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中采用蝸桿傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)方式。蝸桿傳動(dòng)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括第一手動(dòng)輪￠)、手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換把手(13)、蝸桿(14)、蝸輪軸(15)、導(dǎo)線(16)、限位擋塊(17)、硬限位及行程開關(guān)座(18)、主動(dòng)齒輪(19a)、被動(dòng)齒輪(19b)，主動(dòng)齒輪(19a)依次與箱體外部電機(jī)裝置(10)中的減速器(12)和步進(jìn)電機(jī)(11)連接；通過蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)位置的跟蹤。系統(tǒng)選用單級(jí)普通圓柱蝸桿傳動(dòng)，蝸桿上置，傳動(dòng)比為1:50。蝸桿(14) 一端連接第一手動(dòng)輪(6)，另一端連接被動(dòng)齒輪(19b)，該被動(dòng)齒輪與手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換把手(13)相連；蝸桿(14)中間部位有一段絲杠，絲杠與蝸輪軸(15)上的齒輪嚙合，蝸輪軸上設(shè)置限位擋塊(17)，限位擋塊(17)左右兩端分別設(shè)置一個(gè)硬限位及行程開關(guān)座(18)，渦輪軸輸出端外部同軸固定連接拋物槽轉(zhuǎn)軸(5);當(dāng)將手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換把手(13)扳到手動(dòng)檔時(shí)，從動(dòng)齒輪(1%)和減速器(12)輸出端的主動(dòng)齒輪(19a)脫開嚙合，再通過轉(zhuǎn)動(dòng)第一手動(dòng)輪(6)就可實(shí)現(xiàn)拋物槽轉(zhuǎn)動(dòng)的手動(dòng)控制；當(dāng)將手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換把手扳到自動(dòng)檔時(shí)，從動(dòng)齒輪(19b)和減速器(12)輸出端的主動(dòng)齒輪(19a)進(jìn)入嚙合，通過單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，就實(shí)現(xiàn)拋物槽轉(zhuǎn)動(dòng)的自動(dòng)控制模式。螺杠裝置可實(shí)現(xiàn)反向自鎖，硬限位及行程開關(guān)用于控制拋物槽轉(zhuǎn)軸正反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的限位。每個(gè)硬限位及行程開關(guān)座均通過導(dǎo)線與控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)用于控制拋物槽轉(zhuǎn)軸(5)的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)限位擋塊(17)接觸左右任意一個(gè)硬限位及行程開關(guān)座(18)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，拋物槽集熱器立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]如圖3所示，拋物槽轉(zhuǎn)軸(5)的另一端，第二手動(dòng)輪(6’)連接金屬絲杠(2)，金屬絲杠(2)與絲杠螺母(4)嚙合，絲杠螺母(4)通過內(nèi)部安裝有深溝球軸承的上軸套(20)與拋物槽轉(zhuǎn)軸(5)連接；當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)第二手動(dòng)輪出’)使絲杠螺母在金屬桿上下移動(dòng)時(shí)，就會(huì)帶動(dòng)拋物槽轉(zhuǎn)軸上下移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)拋物槽轉(zhuǎn)軸與地面的夾角達(dá)到所需的角度。
[0011]基于上述太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的太陽(yáng)能吸附制冷裝置，其特征在于，在拋物槽轉(zhuǎn)軸
(5)上設(shè)有吸附床支撐架(3)，真空管吸附床(21)通過吸附床支撐架(3)置于拋物槽集熱器(1)的聚焦線上，真空管吸附床(21)的真空管分別通過管路與冷凝器(25)和蒸發(fā)器
(27)連接;
[0012]真空管吸附床(21)內(nèi)部管路依次通過管路與循環(huán)水栗(29)、水箱(30)連通并形成循環(huán)水路(28);
[0013]首先手動(dòng)調(diào)節(jié)拋物槽集熱器(1)的方位，并通過第二手動(dòng)輪(6)微調(diào)拋物槽集熱器的轉(zhuǎn)軸與地面的夾角，以使太陽(yáng)光線能夠垂直照射拋物槽集熱器。過程開始時(shí)，冷凝器
(25)和蒸發(fā)器(27)的管路全部呈關(guān)閉狀態(tài)，真空管吸附床(21)內(nèi)充滿了已經(jīng)吸附飽和的吸附劑；呈密閉狀態(tài)的真空吸附床在拋物槽集熱器(1)的加熱作用下溫度快速升高，導(dǎo)致制冷劑獲得能量從吸附劑表面脫附，同時(shí)床內(nèi)壓力升高；當(dāng)壓力達(dá)到冷凝溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力時(shí)，打開冷凝器(25)管路，制冷劑蒸汽通過管路進(jìn)入冷凝器(25)冷凝；當(dāng)真空吸附床
(21)內(nèi)壓力與冷凝器(25)中壓力相等時(shí)，關(guān)閉冷凝器(25)管路，脫附過程結(jié)束。
[0014]脫附過程完成后對(duì)真空吸附床(21)用遮陽(yáng)布進(jìn)行遮陽(yáng)處理，同時(shí)打開循環(huán)水路
(28)對(duì)吸附床進(jìn)行強(qiáng)制水冷，導(dǎo)致吸附床(21)內(nèi)溫度和壓力降低；當(dāng)壓力下降至蒸發(fā)溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力時(shí)，打開蒸發(fā)器(27)管路，蒸發(fā)器(27)內(nèi)的制冷劑液體將大量地蒸發(fā)吸熱，致使蒸發(fā)器(27)外的水箱(26)內(nèi)的水溫下降，產(chǎn)生制冷效果；蒸發(fā)出來的制冷劑蒸汽逐漸進(jìn)入真空吸附床(21)被吸附，當(dāng)真空吸附床(21)內(nèi)壓力與蒸發(fā)器(27)內(nèi)壓力相等時(shí)，關(guān)閉蒸發(fā)器(27)管路，吸附過程結(jié)束，開始下一個(gè)脫附過程。
[0015]由于按照天文公式計(jì)算出的正午時(shí)分的太陽(yáng)高度角每天最大變化量不到1度，因此可以定期通過手動(dòng)輪微調(diào)拋物槽集熱器的轉(zhuǎn)軸與地面的夾角，以使太陽(yáng)光線盡可能地垂直照射拋物槽集熱器。通過分析可知，拋物槽集熱器的南北轉(zhuǎn)軸與地面的夾角等于當(dāng)?shù)噩|度角減去赤瑋角。
[0016]本系統(tǒng)采用的太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)拋物槽轉(zhuǎn)軸南北方向傾斜布置，傾角根據(jù)不同季節(jié)進(jìn)行調(diào)整。此外，根據(jù)太陽(yáng)方位角的變化使拋物槽集熱器繞南北轉(zhuǎn)軸自東向西轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤太陽(yáng)，將太陽(yáng)光照實(shí)時(shí)地匯集到集熱管吸附床上，使吸附床快速升溫并保持較高的溫度，從而達(dá)到使系統(tǒng)盡快脫附的目的，進(jìn)而縮短制冷循環(huán)時(shí)間。定期通過手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的手輪來微調(diào)拋物槽集熱器的轉(zhuǎn)軸與地面的夾角，以適應(yīng)某季節(jié)的太陽(yáng)高度角，使太陽(yáng)光線盡可能地垂直照射拋物槽集熱器。循環(huán)水路能快速冷卻脫附完成后的吸附床，使系統(tǒng)盡快進(jìn)入吸附階段，水冷的冷卻效果明顯，由此縮短制冷循環(huán)時(shí)間，提高制冷效率。
【附圖說明】
[0017]圖1太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2蝸桿傳動(dòng)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3拋物槽傾角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4太陽(yáng)能固體吸附式制冷系統(tǒng)圖；
[0021]圖5拋物槽聚光對(duì)吸附床內(nèi)平均溫度的影響；
[0022]圖6水冷和風(fēng)冷對(duì)吸附床冷卻速度的影響對(duì)比圖；
[0023]圖中，1.拋物槽集熱器，2.絲杠，3.吸附床支撐架，4.絲杠螺母，5.拋物槽轉(zhuǎn)軸，6.第一手動(dòng)輪，6’第二手動(dòng)輪，7.支架，8.腳輪，9.蝸桿傳動(dòng)箱，10.電機(jī)裝置，11.步進(jìn)電機(jī)，12.減速器，13.手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換把手，14.蝸桿，15.蝸輪軸，16.導(dǎo)線(連接控制系統(tǒng))，
17.限位擋塊，18.硬限位及行程開關(guān)座，19a.主動(dòng)齒輪，19b.被動(dòng)齒輪，20.上軸套(內(nèi)安裝有深溝球軸承)，21.真空吸附床，22.壓力傳感器(測(cè)吸附床內(nèi)壓力)，23.壓力傳感器(測(cè)蒸發(fā)/冷凝器壓力)，24.真空栗(對(duì)系統(tǒng)抽真空處理)，25.冷凝器，26.絕熱水箱，27.蒸發(fā)器，28.循環(huán)水路，29.循環(huán)水栗，30.水箱，a