CN103175277A

CN103175277A - 一种双模态制冷系统系统及方法

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Publication number: CN103175277A
Application number: CN2013101329806A
Authority: CN
Inventors: 夏文庆; 夏思璇; 夏晓斌
Original assignee: NANJING GUDE AIDI ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING GUDE AIDI ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2013-06-26

Abstract

本发明的双模态制冷系统系统及方法，属于环境空调制冷系统的节能增效技术领域。包括有流体输送装置、一级冷源系统和二级冷源系统，所述的流体输送装置处于一级冷源系统的一侧，二级冷源系统位于一级冷源系统的另一侧。本发明通过对被控环境进行二级或者多级的逐级制冷，可以有效地对被控环境进行降温，另外可以通过采用自然界存在的水或者空气等介质，有效地利用外界的冷却介质，能够节约能耗。由于对被控环境进行了逐渐制冷，冷源系统的工作效率得到了提高。

Description

一种双模态制冷系统系统及方法

技术领域

本发明的双模态制冷系统系统及方法，属于环境空调制冷系统的节能增效技术领域。

背景技术

我国已向国际承诺：到2020年，单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降40%～45%，而实现这一目标，2010～2020年，我国能源消耗总量平均每年只能增加8500万吨标准煤。如何突破自然、环境的制约是当前和今后我国工业面临的紧迫任务和战略课题。实现减排目标有希望但难度非常大，取得环境质量的同步改善十分困难，持续稳定减排更是一个长期的任务。解决上述困难的手段只能是依靠技术的进步，每年国内用于暖通制冷的能源达到1/3以上，本技术的推广应用将使现有的空调制冷系统的能耗得到降低，无论是制冷或制热运行，且无除霜环节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种节能、方便、高效的空调制冷系统。采用的技术方案是：

一种双模态制冷系统，包括有流体输送装置、一级冷源系统和二级冷源系统，所述的流体输送装置处于一级冷源系统的一侧，二级冷源系统位于一级冷源系统的另一侧。

采用上述的双模态制冷系统工作时，一般是要将一级冷源系统和二级冷源系统置于被控环境中。在使用该装置时，可以通过流体输送装置将被控环境中的热沉从沿着一级冷源系统、二级冷源系统进行通过，由此达到逐级冷却的作用。一般来说，需要将被控环境温度降低至所需温度范围时，如果降温的温度差过大，会导致冷源系统的制冷效率的降低，因此会造成能耗偏高。当采用两级的冷源系统对被控环境进行降温时，每一级的冷源系统分别将环境温度降温一定量。当将环境温度降低至相同温度时，采用两级的冷源系统逐级降温的制冷效率要高于采用一级降温的系统。被冷却的环境可以是空气、水等介质，流体输送装置可以采用泵、风机等常见设备。

作为本发明进一步的改进方案，一级冷源系统最好是采用自然冷源制冷，为被控环境提供初级的降温，所述的自然冷源可以是空气、水、土壤等。其结构是：包括有依次连接的输送装置、一级换热器、排出管路。在实际使用时，可以将温度较低的空气、地下水、江河水、土壤作为冷却介质，其与被控环境温差愈大利用价值愈大；通过输送装置将冷却介质送至一级换热器，由于一级冷源系统位于被控环境中，再通过流体输送装置将需要降温的环境介质例如水、空气等送至一级换热器的冷边，由于冷却介质的温度较低，在一级换热器中可以将被控环境的温度有效地降低。

另外，一级冷源系统也可以采用其它的制冷装置，例如：自然冷源制冷、吸收式制冷、电磁制冷、蒸汽喷射式制冷、半导体制冷、空气膨胀制冷等，只要能够将被控环境的温度降温一定数值，就可以实现本发明的目的。

作为本发明进一步改进的方案，二级冷源系统较优的结构是：包括有依次连接的输送装置、级间换热器、排放管路，在所述的级间换热器上还依次连接有节流装置、二级换热器、四通阀，所述的四通阀通过一条管路与压缩机相连，所述压缩机上通过另一条管路经过四通阀再与级间换热器连接。

采用这样的结构，可以通过输送装置从外界向二级冷源系统输送换热工质(例如江河水、空气等)，换热工质在经过级间换热器时，吸收二级冷源系统中的热量，再从排放管路中流出；对于二级冷源系统，由级间换热器、节流装置、二级换热器、四通阀、压缩机构成的循环回路中，填充的是制冷剂，通过常见的制冷剂的压缩、释放、循环完成将被控环境中的温度从级间换热器中移送出去的目的。这种结构另一个优选的目的在于：在需要的时候，可以改变四通阀的连接的转换，使制冷剂改变流动方向，实现从换热工质中吸收热量，达到制热的功能。

另外，第一冷源系统和第二冷源系统上的输送装置可以分别设置，即可以分别从空气或者自然界中的水进行采集并送入冷源系统中，最好是采用同一个输送装置，这样可以将自然界中的空气或者水得到充分的利用。再进一步地，在输送装置与第一冷源系统和第二冷源系统的连接管路上分别设置有阀门。这样，通过开启/关闭阀门达到使第一冷源系统和第二冷源系统分别单独运行的效果。例如，当自然冷源可以使环境温度降低至合适值时，只需要将水输送进第一冷源装置，通过对流方式换热，即可以达到被控环境降温的目的。另外，如果需要进行制热操作时，根据内外温差可以开启或关闭第一冷源（此时为热源）系统，同时将自然界中的水、空气送入第二冷源系统吸收热量，达到制暖的目的。

再进一步地，还可以包括有一个以上的冷源系统。这样可以将制冷系统扩增为多个冷源系统，使被控环境的介质通过这些冷源系统逐级降温，相比于一级制冷，多级制冷的工作效率更高。

本发明的另一个目的是提供了一种双模态制冷方法，包括如下步骤：通过一级冷源系统和二级冷源系统对被控环境温度进行逐级降温。

对于该方法进行进一步的改进，一级冷源系统通过自然对流方式进行制冷。例如：将水或者空气与被控环境进行热交换，以达到使被控环境初级降温的目的。

作为本方法的改进，二级冷源系统通过蒸发循环制冷、吸收式制冷、电磁制冷、蒸汽喷射式制冷、半导体制冷、空气膨胀制冷方式对被控环境温度进一步降温。更优选的，是采用蒸发循环制冷方式。

技术效果

本发明通过对被控环境进行二级或者多级的逐渐制冷，可以有效地对被控环境进行降温，另外可以通过采用自然界存在的水或者空气等介质，有效地利用外界的冷却介质，能够节约能耗。由于对被控环境进行了逐渐制冷，冷源系统的工作效率得到了提高。

附图说明

图1是本发明提供的双模态制冷系统的结构示意图；

图2是本发明提供的双模态制冷系统在制冷模式下的结构示意图；

图3是本发明提供的双模态制冷系统在制暖模式下的结构示意图。

1是引水井；2是输送装置；3a和3b是阀门；4是被控环境；5是流体输送装置；6是一级换热器；7是二级换热器；8是节流装置；9是级间换热器；10是四通阀；11是压缩机；12是回灌井；13是一级冷源系统；14是二级冷源系统；15是排放管路；16是排出管路。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种双模态制冷系统，包括有流体输送装置5、一级冷源系统13和二级冷源系统14，所述的流体输送装置5处于一级冷源系统13的一侧，二级冷源系统14位于一级冷源系统13的另一侧。

本实施例中，一级冷源系统13的结构是：包括有依次连接的输送装置2、一级换热器6、排出管路16。二级冷源系统14的结构是：包括有依次连接的输送装置2、级间换热器9、排放管路15，在所述的级间换热器9上还依次连接有节流装置8、二级换热器7、四通阀10，所述的四通阀10通过一条管路与压缩机11相连，所述压缩机11上通过另一条管路经过四通阀10再与级间换热器9连接。

一级冷源系统13和二级冷源系统14使用同一个输送装置2连接于引水井1中；在输送装置2与一级冷源系统13和二级冷源系统14连接的管路上，分别设置有阀门3a、3b。输送装置2采用常规水泵。流体输送装置5采用风机，通过使被控环境4中的空气流过一级换热器6和二级换热器7达到制冷的目的。

在使用时，开启输送装置2，使引水井1中的井水通过管路进入到一级换热器6中，同时需要开启流体输送装置5，将被控环境4中的空气流过一级换热器6和二级换热器7，由于井水的温度较低，因此空气首先在一级换热器6处首先被降温，接下来，井水由排出管路16进入回灌井；另外，由于井水也通过输送装置2被送达至二级冷源系统14的级间换热器9，在这个部位，井水吸收二级冷源系统14中制冷剂的热量，然后通过管路离开级间换热器9，，再通过排放管路15排入回灌井12。二级冷源系统14是蒸发循环制冷系统，在该系统中，制冷剂由压缩机11压缩成高温高压蒸汽，排出后流经四通阀10、进入级间换热器9排出冷凝散热量成为中温高压液体，经节流装置8节流降压成低温低压两相流体，在二级换热器7内通过风机5强制对流，与经过一级换热器6预冷的被控环境空气4进行热交换，吸收空气热量从而提供等值的二级制冷量，同时变成低温低压气体进入压缩机11完成一个循环。

以上为一二级冷源系统联合运行的工况，选定控制参数，如温度、湿度等，一二级冷源系统可单独运行，对于一级冷源系统13，此时只要手动或自动关闭流经一级冷源系统13的阀门3，即可停止其运行；对于二级冷源系统14，此时只要手动或自动关闭流经二级冷源系统14的阀门3及关闭压缩机，即可停止其运行。

本实施例的优点在于利用了低温的井水对被控环境4进行初次降温，同时利用二级冷源系统14对被控环境4进行二级降温。初级降温的过程中，利用了自然界中的冷源，使能耗降低；另外，由于将被控环境4进行了初次降温，则可以使得二级冷源系统14中的蒸发循环制冷步骤的制冷效率得到了提高，进一步地节约了能量。

另外，如图3所示，将四通阀10进行换向后，可以使二级冷源系统14中的制冷剂流动方向相反，可以实现制热的目的。

必要时，可以在本实施例中的一级冷源系统13和二级冷源系统14后，再继续加入多级的冷源系统，达到多级制冷的目的，使制冷的效率得到提高。

理论分析：

传统的制冷空调，制冷时载冷剂通过蒸发器时，如家用空调蒸发温度t_0，回风温度t，空气流量G，其制冷量为：

Q₀=GC_p(t-t₀)

一般所耗功率为制冷量的0.4，采用本发明后，制冷量由两级冷源承担，回风温度经一级冷源初降后变为t₁，此时蒸发器提供的制冷量为

Q₀=GC_p(t₁-t₀)

由于实施例中采用了自然冷源作为冷却介质，所示一级冷源耗能甚少，可忽略，由于采用地下水冷源冷却冷凝器，空调功耗与空气相比降低，一般所耗功率为制冷量的0.3，这样可计算出节能效果：

W=0.4GC_p(t-t₀) -0.3GC_p(t₁-t₀)

据测算，可节能一半以上。

Claims

1.一种双模态制冷系统，包括有流体输送装置(5)、一级冷源系统(13)和二级冷源系统(14)，所述的流体输送装置(5)处于一级冷源系统(13)的一侧，二级冷源系统(14)位于一级冷源系统(13)的另一侧。

2.根据权利要求1所述的双模态制冷系统，其特征在于：所述的一级冷源系统(13)包括有依次连接的输送装置(2)、一级换热器(6)、排出管路(16)。

3.根据权利要求1所述的双模态制冷系统，其特征在于：所述的二级冷源系统(14)包括有依次连接的输送装置(2)、级间换热器(9)、排放管路(15)，在所述的级间换热器(9)上还依次连接有节流装置(8)、二级换热器(7)、四通阀(10)，所述的四通阀(10)通过一条管路与压缩机(11)相连，所述压缩机(11)上通过另一条管路经过四通阀(10)再与级间换热器(9)连接。

4.根据权利要求1所述的双模态制冷系统，其特征在于：所述的一级冷源系统(13)的制冷方式是自然冷源制冷、吸收式制冷、电磁制冷、蒸汽喷射式制冷、半导体制冷、空气膨胀制冷中的一种。

5.根据权利要求1所述的双模态制冷系统，其特征在于：所述的二级冷源系统(14)的制冷方式是蒸发循环制冷、吸收式制冷、电磁制冷、蒸汽喷射式制冷、半导体制冷、空气膨胀制冷方式中的一种。

6.根据权利要求1所述的双模态制冷系统，其特征在于：所述的输送装置(2)与第一冷源系统(13)和第二冷源系统(14)的连接管路上分别设置有阀门。

7.根据权利要求1所述的双模态制冷系统，其特征在于：还包括有一个以上的冷源系统。

8.一种双模态制冷方法，包括如下步骤：通过一级冷源系统和二级冷源系统对被控环境温度进行逐级降温。

9.根据权利要求8所述的双模态制冷方法，其特征在于：所述的一级冷源系统通过自然冷源方式进行制冷。

10.根据权利要求8所述的双模态制冷方法，其特征在于：所述的二级冷源系统通过蒸发循环制冷方式进行制冷。