CN102261764B - 一种复合制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于制冷技术领域，是一种复合制冷系统。包括冷凝器、节流阀、蒸发器、压缩机、流向阀、吸附单元，冷凝器出口与节流阀进口连接，节流阀出口与蒸发器进口连接，蒸发器出口与压缩机进口连接，吸附单元内吸附阀出口与吸附床进口连接，吸附床出口与解吸回质阀进口连接，不同吸附单元内解吸回质阀下口通过管道连通，形成回质通道；蒸发器出口与吸附阀下进口连接，压缩机出口与流向阀进口连接，流向阀右出口与冷凝器进口连接，流向阀上出口与吸附阀右进口连接，解吸回质阀左出口与冷凝器进口连接。本发明可利用热能及电能单独或耦合驱动，实现能量的梯级利用；引入回质循环，并回收高温高压制冷剂蒸汽携带的部分热量，有效提高系统运行效率。

Description

一种复合制冷系统
技术领域
本发明属于制冷技术领域，具体是一种机械压缩与吸附复合的制冷系统。
背景技术
据国际制冷学会提供数据，仅制冷及空调设备就消耗了全世界约15％的电能，电压缩制冷装置广泛应用导致的能源问题日益突出。电压缩制冷装置中液态制冷剂节流后，进入蒸发器内，吸收被冷却对象的热量，转变成低压蒸汽，再通过压缩机压缩成高温高压蒸汽，经冷凝器冷却后放出大量的热量，凝结成高压液态制冷剂，来实现热量由低温物体向高温物体的转移。在冷凝器冷凝过程中，高温高压制冷剂蒸汽的高温显热直接以废热形式排入环境，导致部分热能的浪费。
另一方面，目前我国能源利用效率约为40％，其余大部分热能以70-500℃的废热形式排入环境，造成巨大的能源浪费。同时，自然界还存在大量可利用的太阳能等可再生能源。以上中低温热源可驱动吸附或吸收式制冷系统供冷，但存在设备庞大、热源供应不稳定等问题，严重限制了这两类系统的应用范围。N.D.Banker在Applied ThermalEngineering(2009：29(11-12)：2257-2264)上发表了“Activated carbon+HFC 134a basedtwo stage thermal compression adsorption refrigeration using low grade thermalenergy sources”一文，文章提出了吸附/机械压缩的复合制冷循环系统，该系统利用R134a作为制冷剂，活性炭作为吸附剂。其工作原理是，首先蒸发器内低压制冷剂蒸汽经压缩机压缩到中压蒸汽，然后利用物理吸附剂活性炭吸附中压蒸汽，随后利用高温热源来加热吸附剂，解吸出的高压蒸汽进入冷凝器冷凝。该系统实现了能量的梯级耦合利用，但仍存在较多问题，比如系统运行效率不高、经压缩机压缩后形成的高温高压的制冷剂蒸汽所具有的高温显热没有被进一步利用、缺乏应对供应热源问题的方法等。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种综合电压缩制冷和吸附制冷系统优点的复合制冷系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种复合制冷系统，包括冷凝器、节流阀、蒸发器、压缩机、流向阀、吸附单元，吸附单元包括吸附阀、吸附床和解吸回质阀，吸附床填充有吸附剂，吸附床内设有换热器，冷凝器出口与节流阀进口连接，节流阀出口与蒸发器进口连接，蒸发器出口与压缩机进口连接；其特征是：吸附单元内吸附阀出口与吸附床进口连接，吸附床出口与解吸回质阀进口连接，不同吸附单元内解吸回质阀下口通过管道连通，形成回质通道；蒸发器出口与吸附阀下进口连接，压缩机出口与流向阀进口连接，流向阀右出口与冷凝器进口连接，流向阀上出口与吸附阀右进口连接，解吸回质阀左出口与冷凝器进口连接。其中，吸附剂可添加一些固化成型、强化传热的辅料，以便制作成型，在强化导热的同时又防止吸附剂粉末或颗粒进入压缩机内部。
所述吸附单元数量为2～6个，其可处于六种状态：在蒸发吸附状态时，吸附阀左口与下口连通，解吸回质阀关闭；在压缩吸附状态时，吸附阀左口与右口连通，解吸回质阀关闭；在热解吸状态时，解吸回质阀左口与右口连通，吸附阀关闭；在压缩热解吸态时，吸附阀左口与右口连通，解吸回质阀左口与右口连通；在回质状态时，解吸回质阀下口与右口连通，吸附阀关闭；在关闭状态时，解吸回质阀，吸附阀关闭。
压缩机可采用干式压缩机；压缩机为含油压缩机时，在压缩机出口装有油分器，蒸发器与吸附床之间装有滤油装置，防止润滑油污染吸附剂。
所述的复合制冷系统可单独利用热能或电能驱动，也可同时利用电能和热能耦合驱动。
所述的复合制冷系统单独利用电能驱动时，系统运行方式分为两种：第一种方式，压缩机运行，流向阀左口与上口连通，每一个吸附单元依次经历蒸发吸附状态、回质状态、压缩热解吸状态、回质状态四个状态，完成一个制冷循环；第二种方式，吸附单元全部处于关闭状态，压缩机运行，流向阀左口与右口连通，进行单纯电压缩式制冷。
所述的复合制冷系统单独利用热能驱动时，压缩机停机，流向阀关闭，每一个吸附单元依次经历蒸发吸附状态、回质状态、热解吸状态、回质状态四个状态，完成一个制冷循环。
所述的复合制冷系统利用热电驱动时，系统运行方式分为两种：第一种方式，压缩机运行，流向阀左口与上口连通，每一个吸附单元依次经历压缩吸附状态、回质状态、热解吸状态、回质状态四个状态，完成一个制冷循环；第二种方式，每一个吸附单元依次经历蒸发吸附状态、回质状态、热解吸状态、回质状态四个状态，完成热驱动制冷循环，同时，压缩机运行，流向阀左口与右口连通，进行电压缩式制冷。
本发明的有益效果：其一，引入回质过程，能够有效提高系统运行效率；其二，压缩机和冷凝器之间、吸附床和蒸发器之间均增加了连通管道，使得系统可以单独采用热能或电能驱动，也可同时采用热能与电能耦合驱动；其三，设计一种新的运行方式，回收高温高压制冷剂蒸汽携带的部分热量，用以实现吸附床的解吸，有效提高整个系统的运行效率。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图。
图中：1冷凝器、2节流阀、3蒸发器、4压缩机、5流向阀、I吸附单元、6吸附阀、7吸附床、8解吸回质阀、9吸附剂、10换热器。
图中实线箭头表示制冷剂的流动方向。
具体实施方案
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
如图1所示，本实施例包括：冷凝器1、节流阀2、蒸发器3、压缩机4、流向阀5，吸附单元I包括吸附阀6、吸附床7和解吸回质阀8，吸附床7填充有吸附剂9，吸附床7设有换热器10。
本实施例中，吸附单元I内吸附阀6出口与吸附床7进口连接，吸附床7出口与解吸回质阀8进口连接，不同吸附单元I内解吸回质阀8下口通过管道连通，形成回质通道；蒸发器3出口与吸附阀6下进口连接，压缩机4出口与流向阀5进口连接，流向阀5右出口与冷凝器1进口连接，流向阀5上出口与吸附阀6右进口连接，解吸回质阀8左出口与冷凝器1进口连接。
本实施例中，所述吸附单元数量为2个，其可处于六种状态：在蒸发吸附状态时，吸附阀左口与下口连通，解吸回质阀关闭；在压缩吸附状态时，吸附阀左口与右口连通，解吸回质阀关闭；在热解吸状态时，解吸回质阀左口与右口连通，吸附阀关闭；在压缩热解吸状态时，吸附阀左口与右口连通，解吸回质阀左口与右口连通；在回质状态时，解吸回质阀下口与右口连通，吸附阀关闭；在关闭状态时，解吸回质阀，吸附阀关闭。
本实施例中，所述的复合制冷系统利用60℃以上热能驱动。压缩机停机，流向阀关闭，每一个吸附单元依次经历蒸发吸附状态、回质状态、热解吸状态、回质状态四个状态，完成一个制冷循环；其中一个吸附单元处于吸附状态时，另一个吸附单元处于热解吸状态，或两者同时处于回质状态。
实施例二
本实施例中，所述吸附单元数量为4个。
本实施例中，所述的复合制冷系统利用电能驱动。压缩机运行，流向阀左口与上口连通，每一个吸附单元依次经历蒸发吸附状态、回质状态、压缩热解吸状态、回质状态四个状态，完成一个制冷循环。在运行过程中，始终有一个吸附单元处于蒸发吸附状态、一个吸附单元处于压缩热解吸状态，两个吸附单元处于回质状态。
本实施例其余过程与实施例一相同。
本实施例中，系统制冷效率(COP)可提高0.3～0.6。
实施例三
本实施例中，所述吸附单元数量为3个。
本实施例中，所述的复合制冷系统利用电能驱动。吸附单元全部处于关闭状态，压缩机运行，流向阀左口与右口连通，进行单纯电压缩式制冷。
本实施例其余过程与实施例一相同。
实施例四
本实施例中，所述吸附单元数量为6个。
本实施例中，所述的复合制冷系统利用(90℃以上)热能与电能耦合驱动。压缩机运行，流向阀左口与上口连通，每一个吸附单元依次经历压缩吸附状态、回质状态、热解吸状态、回质状态四个状态，完成一个制冷循环。在运行过程中，始终有两个吸附单元处于回质状态，两个吸附单元处于压缩吸附状态、两个吸附单元处于热解吸状态。
本实施例其余过程与实施例一相同。
本实施例中，在同样的制冷工况下，系统耗电量可降低30％～70％。
实施例五
本实施例中，所述吸附单元数量为5个。
本实施例中，所述的复合制冷系统利用(60℃以上)热能与电能耦合驱动。每一个吸附单元依次经历蒸发吸附状态、回质状态、热解吸状态、回质状态四个状态，完成热驱动制冷循环，在运行过程中，始终有一个吸附单元处于热解吸状态，两个吸附单元处于蒸发吸附状态，两个吸附单元处于回质状态。同时，压缩机运行，流向阀左口与右口连通，进行电压缩式制冷。
本实施例其余过程与实施例一相同。

Claims (6)

1.一种复合制冷系统，包括冷凝器（1）、节流阀（2）、蒸发器（3）、压缩机（4）、流向阀（5）、吸附单元（Ⅰ），吸附单元（Ⅰ）包括吸附阀（6）、吸附床（7）和解吸回质阀（8），吸附床（7）填充有吸附剂（9），吸附床内设有换热器（10），冷凝器（1）出口与节流阀（2）进口连接，节流阀（2）出口与蒸发器（3）进口连接，蒸发器（3）出口与压缩机（4）进口连接；其特征是：吸附单元（Ⅰ）为2～6个，每个吸附单元（Ⅰ）内吸附阀（6）出口与吸附床（7）进口连接，吸附床（7）出口与解吸回质阀（8）进口连接；全部吸附单元（Ⅰ）内解吸回质阀（8）下口通过管道连通，形成回质通道；蒸发器（3）出口与吸附阀（6）下进口连接，压缩机（4）出口与流向阀（5）进口连接，流向阀（5）右出口与冷凝器（1）进口连接，流向阀（5）上出口与吸附阀（6）右进口连接，解吸回质阀（8）左出口与冷凝器进口连接。
2.根据权利要求1所述的复合制冷系统，其特征是，吸附单元（Ⅰ）可处于六种状态：在蒸发吸附状态时，吸附阀（6）左口与下口连通，解吸回质阀（8）关闭；在压缩吸附态时，吸附阀（6）左口与右口连通，解吸回质阀（8）关闭；在热解吸状态时，解吸回质阀（8）左口与右口连通，吸附阀（6）关闭；在压缩热解吸状态时，吸附阀（6）左口与右口连通，解吸回质阀（8）左口与右口连通；在回质状态时，解吸回质阀（8）下口与右口连通，吸附阀（6）关闭；在关闭状态时，解吸回质阀（8），吸附阀（6）关闭。
3.根据权利要求1所述的复合制冷系统，其特征是，复合制冷系统可单独利用热能或电能驱动，也可同时利用电能和热能耦合驱动。
4.根据权利要求3所述的复合制冷系统，其特征是，复合制冷系统单独利用电能驱动时，系统运行方式分为两种：第一种方式，压缩机（4）运行，流向阀（5）左口与上口连通，每一个吸附单元（Ⅰ）依次经历蒸发吸附状态、回质状态、压缩热解吸状态、回质状态四个状态，完成一个制冷循环；第二种方式，吸附单元（Ⅰ）全部处于关闭状态，压缩机（4）运行，流向阀（5）左口与右口连通，进行单纯电压缩式制冷。
5.根据权利要求3所述的复合制冷系统，其特征是，复合制冷系统单独利用热能驱动时，压缩机（4）停机，流向阀（5）关闭，每一个吸附单元（Ⅰ）依次经历蒸发吸附状态、回质状态、热解吸状态、回质状态四个状态，完成一个制冷循环。
6.根据权利要求3所述的复合制冷系统，其特征是，复合制冷系统利用热电耦合驱动时，系统运行方式分为两种：第一种方式，压缩机（4）运行，流向阀（5）左口与上口连通，每一个吸附单元（Ⅰ）依次经历压缩吸附态、回质状态、热解吸状态、回质状态四个状态，完成一个制冷循环；第二种方式，每一个吸附单元（Ⅰ）依次经历蒸发吸附状态、回质状态、热解吸状态、回质状态四个状态，完成热驱动制冷循环，同时，压缩机（4）运行，流向阀（5）左口与右口连通，进行电压缩式制冷。
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