CN101021348A

CN101021348A - 一种动态高温蓄冷空调系统

Info

Publication number: CN101021348A
Application number: CNA2006101226725A
Authority: CN
Inventors: 高强; 赵薰; 林运龄; 林少衡
Original assignee: GIRONY AIR-CONDITIONER EQUIPMENT Co GUANGDONG
Current assignee: Guangdong Jirong Air-Conditioner Co., Ltd.
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2026-10-12
Also published as: CN100470152C

Abstract

本发明涉及一种动态蓄冷空调系统，特别是一种采用共晶盐溶液作为蓄冷介质的高温蓄冷空调系统。它包括制冷系统、蓄冷系统、释冷系统和末端系统，制冷系统的制冷输出与蓄冷系统、释冷系统和末端系统并联连接，其蓄冷系统的蓄冷介质、蓄冷循环和释冷循环中负责热量迁移的载冷剂介质为共晶盐溶液，所述共晶盐溶液为硫酸钠Na₂SO₄·10H₂O溶液，整个蓄冷系统介质单一，无需增加第二载冷剂和相应的换热设备。蓄冷方式采用半透膜装置，通过半透膜的在一定压力下的反渗透作用，调节共晶盐溶液的浓度，从而使盐溶液发生相变；系统工作温度在0℃以上，制冷系统蒸发温度高，主机的运行效率高。具有结构简单、运行可靠性高的优点，可广泛应用于对效率要求较高的区域供冷空调制冷环境中。

Description

一种动态高温蓄冷空调系统

技术领域：

本发明涉及一种动态蓄冷空调系统，特别是一种采用共晶盐溶液作为蓄冷介质的高温蓄冷空调系统。

背景技术：

目前，随着空调器的使用越来越普及，空调设备的能耗占单位GDP耗能的比重已接近30％，而空调冷热源系统的能耗约占空调总能耗的50～70％。由于空调耗电主要集中在夏季温度较高的时间区间内，夜间需求则显著降低，从而造成用电高峰与低谷间的负荷差很大，近几年全国主要电网的峰谷负荷差已达25～35％。逐年增加的峰谷差给电站的调峰运行带来困难。2005年，全国虽然新增投产发电机组达到6000万千瓦，总装机容量将超过5亿千瓦，全国电力供需形势依然紧张，国家电网公司系统预计最大缺口在2500万千瓦。为此，国家计划用经济杠杆促使电力负荷需求侧管理(DSM)，实行电力供应峰谷不同的电价政策，鼓励用户开发使用低谷电力，最大程度地利用现有的发电设备，实现“削峰填谷”并计划每年在前一年的基础上，再转移电力负荷1400MW～1700MW，以缓解电网高峰缺电的矛盾。

冰蓄冷空调技术就是在用电低谷时段利用制冷机组制冰，将冷量储存起来，在第二天用电高峰时段，化冰取冷，从而可以充分利用低谷电能，错开用电高峰期，减小负荷峰谷差、提高负荷率。该技术可广泛应用在商场、宾馆、饭店、写字楼等场所，同时随着冰蓄冷技术的不断发展，该技术也逐渐扩展到食品加工和建筑、化工等行业中。

冰蓄冷由于其单位质量蓄冷量约为水的17倍而具有很好的应用优势。冰蓄冷的制冰方式可以分为静态制冰和动态制冰两种方式。静态制冰方式系冰体由生长、增厚至蓄冰完成的整个过程是稳定、不发生移动的。动态蓄冰则指在冷表面的冷却作用下，形成一定规模的冰层时使其分离，再重新结冰、分离的变化过程。静态制冰的主要方式为盘管外蓄冰(外融冰盘管、内融冰盘管、蛇形盘管、圆形盘管)、封装冰蓄冷(冰球、蕊芯摺囊式冰球、冰板)。动态制冰的主要方式为冰片滑落式、冰浆式，直接接触式、二元溶液制冰。冰蓄冷制冷机通常采用双工况运行的冷水机组，联合蓄冰装置可实现蓄冰、取冷等5种运行模式。冰蓄冷空调系统通常与大温差送风技术结合，可以实现低温送风。

动态冰具有流动性，可以直接用泵输送，不需要二次冷媒和换热器，不仅降低了系统的费用并使系统的工作效率提高。同时在蓄冷溶液中形成的冰浆有较高的蓄能密度，单位容积蓄冷密度比冷冻水高4～6倍。由于蓄冷溶液流经蒸发器后可以直接形成冰浆，因此，构成蒸发器的制冷剂管路长度可以缩短，制冷剂泄漏风险可以降低。

一般冰蓄冷装置采用的是乙二醇溶液作为载冷剂，以冰作为蓄冷介质。冰的熔点为0℃，因此冰蓄冷空调的制冰过程中制冷机组的蒸发温度须低于0℃。按照热力学基本定律，在相同冷凝温度的情况下，制冷系统的蒸发温度越低，其制冷循环的COP越低，也即单位制冷量所消耗的功越大。目前，冰蓄冷空调由于蒸发温度低，机组的能效比大约只相当于普通水冷冷水机组的60％，综合能效比比普通水冷冷水机组低30％。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有蓄冷空调的现状缺点，提供一种动态高温蓄冷空调系统，使得蓄冷空调系统既能工作在较高的温度范围，降低了制冷机组的能耗，也克服了常规动态蓄冰系统复杂的部件。

本发明，它包括制冷系统、蓄冷系统、释冷系统和末端系统，制冷系统的制冷输出与蓄冷系统、释冷系统和末端系统并联连接，制冷系统由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、膨胀阀以及蒸发器依次连接而成。

本发明，在蓄冷系统中的蓄冷介质溶液为共晶盐溶液，相变温度在5℃～10℃，且其相变温度随着溶液浓度的变化而发生变化；在所述蓄冷循环和释冷循环中负责热量迁移的载冷剂介质为共晶盐溶液，可省去了中间载冷剂和换热器，且运行浓度稳定。所述共晶盐溶液为硫酸钠(Na₂SO₄·10H₂O)溶液，其运行时的质量浓度5～30％。

本发明，所述蓄冷系统可由增压泵、电动阀、制冰机、蓄冷罐、储液器和电动三通阀连接而成，制冰机设置半透膜装置，在半透膜装置之前设置高浓度溶液出口C，在半透膜装置之后设置低浓度溶液出口D，低浓度溶液出口D与蓄冷罐的溶液进口E连接，蓄冷罐设置两个溶液出口F和G，蓄冷罐的溶液出口G通过电磁阀与储液器的溶液进口连接，储液器的溶液出口与电动三通阀连接，制冰机的高浓度溶液出口C通过节流阀之后与蓄冷罐的溶液出口F合并后与电动三通阀连接；所述释冷系统由电磁阀和换热盘管连接而成，换热盘管置于蓄冷罐之中。末端系统由溶液泵、电磁阀和空气处理机组连接而成。

本发明，其蓄冷方式采用半透膜装置，通过半透膜的在一定压力下的反渗透作用，调节共晶盐溶液的浓度，从而使盐溶液发生相变。

本发明，可在所述制冰机半透膜装置的后部，设置浓度测量仪，所述浓度测量仪与制冰机前端的电动阀电连接；在电动三通阀的出液口，设置浓度测量仪，所述浓度测量仪与电动三通阀电连接。

本发明，与现有的静态蓄冰系统和动态蓄冰系统相比，具有以下优点：

1、能通过溶液浓度的调节连续稳定地产生微细冰浆，该制冰机制冰过程稳定，结构简单，无需常规动态蓄冰系统所需的过冷却消除装置，占地面积小，初投资少，制冰速率快。

2、系统工作温度在0℃以上，制冷系统蒸发温度高，主机的运行效率高，可利用现有的单工况冷水机组，无需改动。

3、蓄冷运行和供冷运行过程，溶液浓度稳定，不会发生由于蓄冷相变产生浓度上升以及供冷时水融化引起的浓度下降现象。

4、各系统运行介质均为共晶盐溶液，介质单一，无需增加第二载冷剂和相应的换热设备。

5、蓄冷系统运行以浓度控制其流量，蓄冷过程和供冷过程均可满足负荷变化特性。

6、由于制冷系统、蓄冷系统、释冷系统和末端系统并联连接，分别可以实现：①制冷主机供冷、②制冷主机蓄冷、③制冷主机供冷+蓄冷、④蓄冷装置供冷和⑤制冷主机供冷+蓄冷系统供冷等5种方式。

综上所述，本发明，具有结构简单、运行可靠性高的优点；可广泛应用于对效率要求较高的区域供冷空调制冷环境中。

附图说明：

图1是本发明的一个实施例的系统原理图。

图中，1、半封双螺杆压缩机，2、冷凝器，3、干燥过滤器，4、膨胀阀，5、壳管式蒸发器，6、电磁阀，7、溶液泵，8、制冰机，9、电动阀，10、增压泵，11、节流阀，12、浓度测量仪，13、蓄冷罐，14、换热盘管，15、半透膜装置，16、储液器，17、电动三通阀，18、空气处理机组，19、过滤板，20、电磁阀，21、电磁阀，22、电磁阀。

具体实施方式：

参照图1，一种动态高温蓄冷空调系统，它包括制冷系统、蓄冷系统、释冷系统和末端系统，制冷系统的制冷输出与蓄冷系统、释冷系统和末端系统并联连接。制冷系统由压缩机1、冷凝器2、干燥过滤器3、膨胀阀4以及蒸发器5依次连接而成。蓄冷系统由增压泵10、电动阀9、制冰机8、蓄冷罐13、储液器16和电动三通阀17连接而成，制冰机8设置半透膜装置15，所述半透膜装置采用聚酰胺型复合膜，在半透膜装置之前设置高浓度溶液出口C，在半透膜装置之后设置低浓度溶液出口D，低浓度溶液出口D与蓄冷罐13的溶液进口E连接，蓄冷罐13设置两个溶液出口F和G，蓄冷罐13的溶液出口G通过电磁阀22与储液器16的溶液进口连接，储液器16的溶液出口与电动三通阀17连接，制冰机8的高浓度溶液出口C通过节流阀11之后与蓄冷罐13的溶液出口F合并后与电动三通阀17连接。释冷系统由电磁阀20和换热盘管14连接而成，换热盘管14置于蓄冷罐13之中。末端系统由溶液泵7、电磁阀6和空气处理机组18连接而成。在所述制冰机8半透膜装置15的后部，设置浓度测量仪12，所述浓度测量仪12与制冰机8前端的电动阀9电连接；在电动三通阀17的出液口，设置浓度测量仪12，所述浓度测量仪12与电动三通阀17电连接。

本实施例，在蓄冷系统中的蓄冷介质溶液为共晶盐溶液，相变温度在5℃～10℃，且其相变温度随着溶液浓度的变化而发生变化；在所述蓄冷循环和释冷循环中负责热量迁移的载冷剂介质也是共晶盐溶液，运行浓度稳定。所述共晶盐溶液以Na₂SO₄·10H₂O为主体，其余少量NaCl、KCl、NH₄Cl、NaB₄O₂·10H₂O，SiO₂和硅胶作为添加剂，其运行时的质量浓度(重量比)为5～30％。

本动态高温蓄冷空调系统，由于其制冷系统、蓄冷系统、释冷系统和末端系统并联连接，分别可以实现：①制冷主机供冷、②制冷主机蓄冷、③制冷主机供冷+蓄冷、④蓄冷装置供冷和⑤制冷主机供冷+蓄冷系统供冷等5种方式。工作原理如下：

①在制冷机供冷时，电磁阀6和电磁阀21打开，电磁阀20以及电动阀9关闭，载冷剂液体(硫酸钠溶液)以12℃进入蒸发器内，以7℃离开蒸发器，从A处通过溶液泵7和电磁阀6输送到空气处理机组18，吸收被冷却空间的热量，从B处回到蒸发器不断循环。

②在制冷机蓄冷时，电磁阀6、20和22关闭，电动阀9和电磁阀21打开。12％浓度的硫酸钠溶液以12℃进入蒸发器5内，以7℃离开蒸发器，通过增压泵10进入制冰机8内，由于压力增大，在半透膜的反渗透作用下，一部分硫酸钠溶液通过半透膜15，浓度变为8％(其浓度依据电动阀9和节流阀11的开度调节)，由于其相变温度为7.5℃，该稀溶液进入蓄冷罐13后发生相变，得到冰浆，过滤板19打开，析出冰浆后的溶液浓度提高至10％并离开蓄冷罐13；另一部分截留的硫酸钠溶液的浓度为15％，压力较高，通过节流阀11后与从蓄冷罐出来的10％浓度的溶液混合为13％浓度的溶液。电动三通阀17调节从储液器16出来的水量，混合后的溶液浓度恢复到12％，并进入蒸发器5内重新冷却。电动阀9的开度依据浓度测量仪12的结果调节。

③在制冷机同时供冷和蓄冷时，蓄冷工作过程如上相同，同时，电磁阀6打开，部分冷冻水进入空气处理机组，冷却被冷却空间后与蓄冷后的溶液混合，回到蒸发器进行循环。

④在蓄冷系统供冷时，电磁阀6、20、22打开，电磁阀21、电动阀9关闭，电动三通阀控制储液器内的水不进入循环管路。从溶液泵7循环的共晶盐溶液进入空气处理机组18后温度变为12℃，进入蓄冷罐13内的换热盘管14，与冰浆换热后，温度降为8℃，并回到溶液泵7进行循环。过滤板19打开融化的水则通过电磁阀22进入储液器16内。

⑤在蓄冷系统和制冷主机同时供冷时，电磁阀21打开，其余运行过程同上面所述。

Claims

1、一种动态高温蓄冷空调系统，其特征在于：它包括制冷系统、蓄冷系统、释冷系统和末端系统，制冷系统的制冷输出与蓄冷系统、释冷系统和末端系统并联连接，制冷系统由压缩机(1)、冷凝器(2)、干燥过滤器(3)、膨胀阀(4)以及蒸发器(5)依次连接而成。

2、根据权利要求1所述的动态高温蓄冷空调系统，其特征在于：在蓄冷系统中的蓄冷介质溶液为共晶盐溶液，相变温度在5℃～10℃，且其相变温度随着溶液浓度的变化而发生变化；在所述蓄冷循环和释冷循环中负责热量迁移的载冷剂介质为共晶盐溶液，运行浓度稳定。

3、根据权利要求2所述的动态高温蓄冷空调系统，其特征在于：所述共晶盐溶液为硫酸钠Na₂SO₄·10H₂O溶液，其运行时的质量浓度5～30％。

4、根据权利要求1所述的动态高温蓄冷空调系统，其特征在于：所述蓄冷系统由增压泵(10)、电动阀(9)、制冰机(8)、蓄冷罐(13)、储液器(16)和电动三通阀(17)连接而成，制冰机(8)设置半透膜装置(15)，在半透膜装置之前设置高浓度溶液出口(C)，在半透膜装置之后设置低浓度溶液出口(D)，低浓度溶液出口(D)与蓄冷罐(13)的溶液进口(E)连接，蓄冷罐(13)设置两个溶液出口(F和G)，蓄冷罐(13)的溶液出口(G)通过电磁阀(22)与储液器(16)的溶液进口连接，储液器(16)的溶液出口与电动三通阀(17)连接，制冰机(8)的高浓度溶液出口(C)通过节流阀(11)之后与蓄冷罐(13)的溶液出口(F)合并后与电动三通阀(17)连接；所述释冷系统由电磁阀(20)和换热盘管(14)连接而成，所述换热盘管(14)置于蓄冷罐(13)之中；所述末端系统由溶液泵(7)、电磁阀(6)和空气处理机组(18)连接而成。

5、根据权利要求4所述的动态高温蓄冷空调，其特征在于：在所述制冰机(8)半透膜装置(15)的后部，设置浓度测量仪(12)，所述浓度测量仪(12)与制冰机(8)前端的电动阀(9)电连接；在电动三通阀(17)的出液口，设置浓度测量仪(12)，所述浓度测量仪(12)与电动三通阀(17)电连接。