【技术实现步骤摘要】
一种太阳能供能的空气制冷取水系统及设计方法
[0001]本专利技术涉及取水系统
，具体地说是一种结构简单、取水效率高、取水效果好、环保节能的太阳能供能的空气制冷取水系统及设计方法。
技术介绍
[0002]众所周知，随着淡水资源逐渐减少，如何高效的获取淡水资源十分重要，基于不同原理的多种取水装置受到广泛的使用，通过不同的方式从大气、海水等环境中获得淡水，可适用于水资源匮乏的地区。然而现有的取水装置通常存在以下几方面问题：
[0003]1)需要通电运行，不能保证零污染且系统无法独立运行；
[0004]2)受环境影响较大，同一装置无法广泛适用于多种环境；
[0005]3)结构复杂、装置庞大。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单、取水效率高、取水效果好、环保节能的太阳能供能的空气制冷取水系统及设计方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008]一种太阳能供能的空气制冷取水系统，其特征在于该系统包括太阳能供电装置、制冷循环装置、风机和集水器，所述的制冷循环装置包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，所述的风机包括第一风机和第二风机，所述的压缩机的入口与蒸发器的制冷剂出口相连，压缩机出口与冷凝器的制冷剂入口相连，冷凝器的制冷剂出口经膨胀阀与蒸发器的制冷剂入口相连，蒸发器的制冷剂出口与压缩机入口相连接，所述的冷凝器的风道入口经第二风机与集水器的出口相连，冷凝器的风道出口连接外部环境，所述的蒸发器
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种太阳能供能的空气制冷取水系统，其特征在于该系统包括太阳能供电装置、制冷循环装置、风机和集水器，所述的制冷循环装置包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，所述的风机包括第一风机和第二风机，所述的压缩机的入口与蒸发器的制冷剂出口相连，压缩机出口与冷凝器的制冷剂入口相连，冷凝器的制冷剂出口经膨胀阀与蒸发器的制冷剂入口相连，蒸发器的制冷剂出口与压缩机入口相连接，所述的冷凝器的风道入口经第二风机与集水器的出口相连，冷凝器的风道出口连接外部环境，所述的蒸发器的风道入口与第一风机的出口相连接，蒸发器的风道出口与集水器的入口相连接，第二风机的入口与空气连通。2.根据权利要求1所述的一种太阳能供能的空气制冷取水系统，其特征在于所述的太阳能供电装置包括太阳能电池板、控制器和蓄电池，太阳能电池板、控制器和蓄电池相互连接，太阳能电池板将太阳的辐射能转换为电能储存在蓄电池中，蓄电池为取水系统中各个设备供电。3.根据权利要求1所述的一种太阳能供能的空气制冷取水系统，其特征在于所述的冷凝器为空气冷却式冷凝器，蒸发器为冷却空气式蒸发器。4.根据权利要求1所述的一种太阳能供能的空气制冷取水系统，其特征在于所述的集水器的入口处横截面积小，中部横截面突增，下部设有集水槽，集水器出口设在侧面，高度设在中部横截面突增的部位。5.一种太阳能供能的空气制冷取水系统的设计方法，其特征在于所述的设计方法的步骤如下：(1)确定设计目的：已知根据空气温度、湿度以及空气流量确定冷凝器、蒸发器所需的最小换热面积以及太阳能需提供的功率；(2)将空气的温度T代入饱和水温度与压力的拟合关系式P
s
＝281.77738+168.40335T
‑
8.96425T2+0.3669T3‑
0.00525T4+5.24247
×
10
‑5T5‑
2.57134
×
10
‑7T6+7.67278
×
10
‑
10
T7‑
1.27082
×
10
‑
12
T8+8.94179
×
10
‑
16
T9，可得到当前温度下水蒸气的饱和压力P
s
，将空气的相对湿度带入公式可得到空气的含湿量d；(3)将空气的含湿量d带入湿空气的焓湿图可查得空气的露点温度T
d
即空气换热结束后的临界最高温度，设定露点温度T
d
低于查的的空气露点温度；(4)已知空气的温度T、露点温度T
d
、空气流量m
air
(m
air
取0.2～0.5kg/s)可得蒸发器所需的最小换热量Q＝C
pa
m
air
(T
‑
T
d
)；上述公式中C
pa
为空气的定压比热，取C
pa
＝1.005；(5)蒸发器出口处制冷剂为干饱和蒸汽，取出口处温度为T1，其中T1可取小于空气换热结束后温度的任意值，将T1分别带入R134a饱和蒸汽的热力性质拟合公式P＝292970.46223+10611.75631T
‑
149.35473T2+0.89577T3‑
1.08779
×
10
‑4T4+1.11894
×
10
‑5T5‑
6.49813
×
10
‑7T6‑
4.69843
×
10
‑9T7‑
6.51341
×
10
‑
11
T8+5.97429
×
10
‑
13
T9，h
″
＝397.99294+0.68754T
‑
0.00103T2‑
5.68765
×
10
‑6T3‑
5.68192
×
10
‑8T4‑
2.45359
×
10
‑9T5‑
3.50294
×
10
‑
11
T6+6.21621
×
10
‑
13
T7‑
3.42097
×
10
‑
15
T8‑
6.58928
×
10
‑
17
T9得到压强、焓值分别为P1、h1，由能量守恒可得进口处制冷剂焓值上述公式中m
ref
为制冷剂的质量流量，取m
ref
为(0.3～0.5)m
air
，
(6)已知制冷剂压强P1，焓值h0，将T1带入R134a饱和蒸汽的热力性质拟合公式h
′
＝199.99299+1.35031T
‑
0.00315T2‑
1.36465
×
10
‑6T3‑
1.78178
×
10
‑8T4‑
1.98432
×
10
‑9T5‑
2.37313
×
10
‑
11
T6‑
4.94197
×
10
‑
13
T7‑
2.27397
×
10
‑
15
T8+4.99691
×
10
‑
17
T9得到h
′
，若h0＞h
′
则制冷剂进口处温度T0＝T1，若h0＜h
′
，令A＝a1pr6+a2pr5+a3pr4+a4pr3+a5pr2+a6pr+a7，b＝a8pr6+a9pr5+a10pr4+a11pr3+a12pr2+a13pr+a14，c＝h0‑
h
′
，T0＝T1‑
y，a1＝0.66776，a2＝
‑
1.4065，a3＝1.0534，a4＝
‑
0.38299，a5＝0.062408，a6＝
‑
0.011048，a7＝
‑
4.6068
×
10
‑4，a8＝
‑
122.19，a9＝257.98，a10＝
‑
209.79，a11＝84.857，a12＝
‑
17.495，a13＝2.5732，a14＝1.2169，P
c
＝4.059
×
106，(8)选择迎风面积质量流速并计算迎风面积。为降低运行阻力，质量流速v
m
＝3～4kg/(m2·
s)，迎风面积迎风面的形状为矩形，F＝LW，上述公式中L为矩形的长边，一般作为翅片管的有效长度；W为迎风面的宽度，(9)根据翅片管的应用条件和应用经验，对于空冷器应用的翅片管，可选择紫铜管套铝片翅片管，在常用的翅片管规格Φ8mm
×
0.5mm、Φ10mm
×
0.5mm、Φ12mm
×
1mm中选定翅片管外径D0、翅片管内径D
i
，当规格为Φ8mm
×
0.5mm、Φ10mm
×
0.5mm时，翅片节距s
f
＝1.8～2.2mm，翅片厚度t＝0.15～0.2mm，当规格为Φ12mm
×
1mm时，翅片节距s
f
＝2.2～3mm，翅片厚度t＝0.2～0.3mm，翅片管横向管间距s1＝(2～3)D0，(10)确定迎风面上的横向管排数，取圆整值，一般为2～6，若不满足，可调整翅片管横向管间距s1，(11)迎风面上的基管传热面积A1＝πD0LN1，(12)计算最窄流通界面处质量流速(13)计算翅片管外换热系数，Nu＝0.35(S1/S2)
0.2
Re
0.6
Pr
0.36
，上述公式中，S1为横向管间距，S2为纵向管间距，对于等边三角形排列，S2＝0.866S1，上述公式中Re＝D0G
m
/μ。μ＝1.8
×
10
‑5pa
·
s为空气动力粘性系数，上述公式中为普朗特数，C
p
＝1.0036KJ/kg为空气定压比热，λ＝0.2554W/(m
·
K)为空气导热系数，(14)计算翅片效率η
f
，根据不同的翅片结构选取相应的翅片效率计算公式，本文所选用的翅片管式换热器为整体平板翅片，公式形式上与环形翅片相同，上述公式中h为翅片管外换热系数，λ
Al
为铝翅片导热系数，取λ
Al
＝203J/(kg
·
K)，上述公式中r1为圆管外径，为翅片外径，整体平板翅片的尺寸为a
×
W，a＝N2×
S2，n为圆管数量，n＝N1×
N2，N2为管列数，取6～12，上述公式中J1、K1、K0、J0为虚变量的贝塞尔函数，(15)计算基管外表面为基准的管外换热系数h
f
，上述公式中，A
f
为翅片本身的换热面积，A
b
为翅片之间的裸管面积，A0为基管外表面积，A0＝πD0Ln，Ln，(16)计算管内换热系数，当制冷剂为单相状态时，管内流体与内壁之间的对流换热系数h
i
计算公式采用，计算公式采用，上述公式中L为管内流体的流动长度，除粘度μ
w
按壁面温度取值外，其他物性均按流体的平均温度取值，当计算两相区时，当计算两相区时，上述公式中q为热流密度，单位W/m2，上述公式中c1为饱和液体的...
【专利技术属性】
技术研发人员：丛立新，魏对红，周军伟，高仁喜，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。