CN104374025B - 一种太阳能空调的三相蓄能方法 - Google Patents

一种太阳能空调的三相蓄能方法 Download PDF

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Abstract

一种太阳能空调的三相蓄能方法，属于太阳能空调领域。该发明以吸收式制冷工质对作为蓄能介质，将三相蓄能器与传统太阳能吸收式制冷系统中的发生器并联联接，太阳能集热介质分别为三相蓄能器和发生器提供热量，通过实时调节进入三相蓄能器的集热介质流量，将多余的太阳能集热量以蓄能介质化学势能形式蓄存在三相蓄能器中，实现驱动热源与空调负荷的优良匹配。该发明避免了以往采用两相蓄能装置与发生器串联联接中结晶所带来的危险，且能以汽液固三相的高蓄能密度实现蓄能系统对太阳能空调的调荷作用，50％的结晶率可使蓄能器的体积比两相蓄能方式减小一半以上。系统简单，调节方便灵活，释冷量稳定，很容易将普通的太阳能空调系统改造成为蓄能型。

Description

一种太阳能空调的三相蓄能方法
技术领域
本发明属于太阳能空调技术领域，特别涉及一种与传统太阳能吸收式制冷空调系统有机结合的三相蓄能方法。
背景技术
太阳能热利用是太阳能的主要利用形式之一。为提高太阳能的利用率及解决太阳能供能与空调用冷的不平衡问题，蓄能方式及其与制冷空调方式的有机结合是太阳能空调进一步高效化、低成本、规模化应用的关键所在。太阳能吸收式制冷空调系统的蓄能通常采用显热蓄能和相变蓄能，前者采用蓄热水或蓄冷水形式，主要缺点是蓄能密度小，后者蓄能密度比水显热蓄能大，但传热温差大、蓄能和释能速率低。基于吸收原理的化学溶液蓄能具有蓄能密度高、采用环保型工质对，储存装置只是结构非常简单的储液罐，与其相关的吸收式制冷技术比较成熟，易于将太阳能空调改造成蓄能型空调等优点，拥有巨大的发展空间和应用前景。但目前采用汽液两相蓄能方法的蓄能型太阳能空调，蓄能装置与吸收式制冷系统中的发生器串联联接，这种蓄能方式存在几点严重不足：1)蓄能结束时溶液的浓度不宜过高，以避免结晶带来的危险，或通过添加复杂装置来溶解晶体；2)太阳能不能被充分利用，日落前数小时不能产生制冷剂蒸气；3)系统复杂，驱动热源与空调负荷大小的匹配控制比较困难；4)释能过程系统制冷能力越来越低。为克服现有技术的不足，发明了可直接与传统太阳能吸收式制冷空调系统相结合的三相蓄能方法。
发明内容
本发明提供一种太阳能吸收式制冷空调的三相蓄能方法，通过改变蓄能装置在系统中的联接方式，使得白天太阳能蓄能过程与同步的太阳能空调用能过程实现了内部解耦，方便系统构建，实现驱动热源与空调负荷的优良匹配，简化了控制系统；该三相蓄能方法不仅可避免结晶带来的危险，还以汽液固三相的高蓄能密度实现蓄能系统对太阳能空调的调荷作用，解决太阳能供能与空调用冷的不平衡问题。
一种太阳能吸收式制冷空调的三相蓄能方法，其特征在于：应用如下一种三相蓄能装置，该装置包括传统太阳能吸收式制冷空调系统和三相蓄能器，传统太阳能吸收式制冷空调系统2包括太阳能集热器5，太阳能集热器集热介质箱6、发生器7、冷凝器8、吸收器9、蒸发器10、节流装置11、冷却塔12和空调末端13；
将三相蓄能器1联接到传统太阳能吸收式制冷空调系统2，三相蓄能器1由三相蓄能罐3和液态制冷剂蓄罐4组合而成，二者共用太阳能集热器5，吸收器9、蒸发器10和节流装置11；太阳能集热器集热介质箱6出口端被分为两个并联管路，分别连接到三相蓄能罐3和发生器7上；
制冷剂蓄罐4中的换热装置与冷却塔12连成一个回路，制冷剂蓄罐4通过管路经过节流装置11连接到蒸发器10，三相蓄能罐3中的换热装置与太阳能集热器集热介质箱6连成一个回路，三相蓄能罐3与吸收器9连成一个回路；制冷剂蓄罐4底部通过液态制冷剂喷淋泵15及管路连接到制冷剂蓄罐4顶部；三相蓄能罐3底部通过溶液喷淋泵14及管路连接到三相蓄能罐3顶部；
采用吸收式制冷工质对作为蓄能介质，太阳能集热器集热介质箱6出口端被分为两个并联管路，作为热源分别为三相蓄能罐3和发生器7提供热量，在满足空调冷量需求的基础上，通过实时调节进入三相蓄能器1的集热介质流量，将多余的太阳能集热量以蓄能介质化学势能形式蓄存在三相蓄能罐3中，蓄能时，太阳能集热介质直接为三相蓄能罐3提供热量，加热三相蓄能罐3中的蓄能介质，产生的制冷剂蒸汽进入液态制冷剂蓄罐4，制冷剂蒸汽在液态制冷剂蓄罐4中受来自冷却塔12冷却水的冷却，由蒸汽冷凝为制冷剂液体，并蓄存在液态制冷剂蓄罐4中；释能时，液态制冷剂蓄罐4中的液态制冷剂经节流装置11降压后进入蒸发器10，在蒸发器10中吸收空调水的热量而汽化，制冷剂蒸汽进入吸收器9，而三相蓄能罐3中的溶液也流到吸收器9，吸收来自蒸发器10的制冷剂蒸汽，随后，吸收器9中被稀释后的溶液又流回到三相蓄能罐3中，蒸发器10中被吸热的空调冷水流经空调末端13，提供空调所需冷量。
所述的传统太阳能吸收式制冷空调系统2提供白天所需空调冷量，来自集热介质箱6的集热介质为发生器7提供发生用热，产生的制冷剂蒸汽进入冷凝器8，被来自冷却塔12的冷却水冷却冷凝成液态制冷剂，液态制冷剂经节流装置11降压后进入蒸发器10，在蒸发器10吸热汽化为制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽进入吸收器9，被吸收器9中的浓溶液吸收，变稀的溶液流回到发生器7、再次被加热，再次产生制冷剂蒸汽，发生器7中的浓溶液再次流入吸收器9，而蒸发器10产生的空调冷水提供给空调末端13，满足空调所需冷量。
进一步，三相蓄能罐3的换热装置采用表面多孔管换热器17，对三相蓄能罐3中的蓄能介质进行加热，并在加热过程中依靠溶液喷淋泵14加压及溶液喷嘴18喷淋，溶液被加热浓缩，直到产生结晶，结晶物分布在三相蓄能罐3内的结晶物分布器16中，而加热所产生的制冷剂蒸汽进入液态制冷剂蓄罐4，液态制冷剂蓄罐4的换热装置采用换热盘管20，换热盘管20对进入的制冷剂蒸汽进行冷却，使制冷剂蒸汽冷凝成为液态制冷剂，并依靠液态制冷剂喷淋泵15加压及液态制冷剂喷嘴19喷淋。
所述的三相蓄能方法采用吸收式制冷工质对(如：溴化锂-水溶液)作为蓄能介质，将三相蓄能器联接到传统太阳能吸收式制冷空调系统，二者共用太阳能集热器，吸收器、蒸发器和节流装置。太阳能集热器集热介质箱出口端被分为两个并联管路，作为热源分别为三相蓄能罐和发生器提供热量，在满足太阳能空调负荷的基础上，通过实时调节进入三相蓄能器的集热介质流量，将多余的太阳能集热量以蓄能介质化学势能形式蓄存在三相蓄能罐中，从而实现驱动热源与空调负荷的优良匹配。具体来讲，蓄能时，太阳能集热介质直接为三相蓄能罐提供热量，加热三相蓄能罐中的蓄能介质，产生的制冷剂蒸汽进入液态制冷剂蓄罐(如，溴化锂-水溶液作蓄能介质时，水为制冷剂)，制冷剂蒸汽在液态制冷剂蓄罐中受来自冷却塔冷却水的冷却，由蒸汽冷凝为制冷剂液体，并蓄存在液态制冷剂蓄罐中；释能时，液态制冷剂蓄罐中的液态制冷剂经节流装置降压后进入蒸发器，在蒸发器中吸收空调水的热量而汽化，制冷剂蒸汽进入吸收器，而三相蓄能罐中的溶液也流到吸收器，吸收来自蒸发器的制冷剂蒸汽，随后，吸收器中被稀释后的溶液又流回到三相蓄能罐中，蒸发器中被吸热的空调冷水流经空调末端，提供空调所需冷量。
所述的传统太阳能吸收式制冷空调系统提供白天所需空调冷量，来自集热介质箱的集热介质为发生器提供发生用热，产生的制冷剂蒸汽进入冷凝器，被来自冷却塔的冷却水冷却冷凝成液态制冷剂，液态制冷剂经节流装置降压后进入蒸发器，在蒸发器吸热汽化为制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽进入吸收器，被吸收器中的浓溶液吸收，变稀的溶液流回到发生器、再次被加热，再次产生制冷剂蒸汽，发生器中的浓溶液再次流入吸收器，而蒸发器产生的空调冷水提供给空调末端，满足空调所需冷量。
本发明的特征还在于：蓄能是以蓄能介质汽液固三相态实现蓄能，从而有效增强蓄能能力，提高蓄能密度。利用表面多孔管换热器对三相蓄能罐中的蓄能介质进行加热，并在加热过程中依靠溶液喷淋泵加压及溶液喷嘴喷淋，溶液被加热浓缩，直到产生结晶，结晶物分布在结晶物分布器中，而加热所产生的制冷剂蒸汽进入液态制冷剂蓄罐，其内的换热盘管对进入的制冷剂蒸汽进行冷却，使制冷剂蒸汽冷凝成为液态制冷剂，并依靠液态制冷剂喷淋泵加压及液态制冷剂喷嘴喷淋。
有益效果
本发明专利提出的太阳能空调的三相蓄能方法，与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果，避免了采用蓄能装置与吸收式制冷系统中的发生器串联联接中结晶带来的危险，通过简单控制进入三相蓄能器的集热介质流量，实现了驱动热源与太阳能空调负荷的优良匹配，而且释冷量稳定；系统构建简单，很容易将普通的太阳能空调系统改造成为蓄能型太阳能制冷空调系统，太阳能利用更加充分，调节方便灵活；蓄能能力强，蓄能密度比两相蓄能方式明显提高，50％的结晶率可使蓄能密度提高50％以上，换言之，50％的结晶率，蓄能装置的体积缩小一半以上。
附图说明
图1为本发明专利提供的太阳能空调三相蓄能方法的管路部件连接图。
图2为三相蓄能器的构造图。
图中：各部件的序号和名称如下：
1—三相蓄能器；2—传统太阳能吸收式制冷空调系统；
3—三相蓄能罐；4—液态制冷剂蓄罐；5—太阳能集热器；6—集热介质箱；7—发生器；8—冷凝器；9—吸收器；10—蒸发器；11—节流装置；12—冷却塔；13—空调末端；14—溶液喷淋泵；15—液态制冷剂喷淋泵；16—结晶物分布器；17—表面多孔管换热器；18—溶液喷嘴；19—液态制冷剂喷嘴；20—换热盘管
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
参见图1和图2，三相蓄能器1包括三相蓄能罐3和液态制冷剂蓄罐4；传统太阳能吸收式制冷空调系统2包括发生器7、冷凝器8、吸收器9、蒸发器10和节流装置11。
三相蓄能器1将白天多余的太阳能储存在蓄能器1中，太阳能集热器5出口的集热介质通过集热介质箱6为三相蓄能罐3提供热量，根据建筑空调冷负荷的变化，调节从集热介质箱6进入三相蓄能罐3的集热介质流量，蓄能罐3内的溶液被加热不断浓缩，产生的制冷剂蒸汽在液态制冷剂蓄罐4内经来自冷却塔12的冷却水冷却，被冷凝为液态制冷剂，并存入液态制冷剂蓄罐4，随着加热过程的不断进行，三相蓄能罐3内的溶液越来越接近饱和，当加热到溶液饱和点时，就会开始有结晶物产生，随着加热的继续进行，蓄罐内的结晶物会越来越多，直到蓄能结束；释能时，储存在液态制冷剂蓄罐4内的液态制冷剂经节流装置11降压后进入传统太阳能吸收式制冷空调系统2的蒸发器10中，在蒸发器10中吸收空调水的热量而汽化，制冷剂蒸汽进入吸收器9，被来自三相蓄能罐3的饱和溶液吸收，溶液被稀释，变成非饱和溶液，随后返回三相蓄能罐3被喷淋到结晶物上，部分结晶物便融化到非饱和溶液中，使得溶液再次变为饱和溶液，随后进入吸收器9，如此周而复始，直到全部结晶物融于溶液中，直至释能过程结束，溶液浓度恢复到初始浓度。蒸发器中被吸热的空调冷水流经空调末端13，提供空调所需冷量。
传统太阳能吸收式制冷空调系统2满足白天建筑所需空调冷负荷，太阳能集热器5为发生器7提供发生用热，产生的制冷剂蒸汽进入冷凝器8，被来自冷却塔12的冷却水冷却冷凝成液态制冷剂，液态制冷剂经节流装置11降压后进入蒸发器10，在蒸发器10吸热气化，蒸发器10产生的空调冷水提供给空调末端13，制冷剂蒸汽进入吸收器9，被吸收器9中的浓溶液吸收，变稀的溶液流回发生器7、再次被加热，再次产生水蒸汽，发生器7中的浓溶液再次流入吸收器9，而蒸发器10产生的空调冷水提供给空调末端13，满足空调所需冷量。
三相蓄能器1利用表面多孔管换热器17对三相蓄能罐3中的蓄能介质进行加热，并在加热过程中依靠溶液喷淋泵14加压及溶液喷嘴18喷淋，溶液被加热浓缩，直到产生结晶，结晶物分布在结晶物分布器16中，而加热所产生的制冷剂蒸汽进入液态制冷剂蓄罐4，其内的换热盘管20对进入的制冷剂蒸汽进行冷却，使制冷剂蒸汽冷凝成为液态制冷剂，并依靠液态制冷剂喷淋泵15加压及液态制冷剂喷嘴19喷淋。

Claims (2)

1.一种太阳能空调的三相蓄能方法，其特征为：应用如下一种三相蓄能装置，该装置包括传统太阳能吸收式制冷空调系统和三相蓄能器，传统太阳能吸收式制冷空调系统(2)包括太阳能集热器(5)，太阳能集热器集热介质箱(6)、发生器(7)、冷凝器(8)、吸收器(9)、蒸发器(10)、节流装置(11)、冷却塔(12)和空调末端(13)；
将三相蓄能器(1)联接到传统太阳能吸收式制冷空调系统(2)，三相蓄能器(1)由三相蓄能罐(3)和液态制冷剂蓄罐(4)组合而成，二者共用太阳能集热器(5)，吸收器(9)、蒸发器(10)和节流装置(11)；太阳能集热器集热介质箱(6)出口端被分为两个并联管路，分别连接到三相蓄能罐(3)和发生器(7)上；
制冷剂蓄罐(4)中的换热装置与冷却塔(12)连成一个回路，制冷剂蓄罐(4)通过管路经过节流装置(11)连接到蒸发器(10)，三相蓄能罐(3)中的换热装置与太阳能集热器集热介质箱(6)连成一个回路，三相蓄能罐(3)与吸收器(9)连成一个回路；制冷剂蓄罐(4)底部通过液态制冷剂喷淋泵(15)及管路连接到制冷剂蓄罐(4)顶部；三相蓄能罐(3)底部通过溶液喷淋泵(14)及管路连接到三相蓄能罐(3)顶部；
采用吸收式制冷工质对作为蓄能介质，太阳能集热器集热介质箱(6)出口端被分为两个并联管路，作为热源分别为三相蓄能罐(3)和发生器(7)提供热量，在满足空调冷量需求的基础上，通过实时调节进入三相蓄能器(1)的集热介质流量，将多余的太阳能集热量以蓄能介质化学势能形式蓄存在三相蓄能罐(3)中，蓄能时，太阳能集热介质直接为三相蓄能罐(3)提供热量，加热三相蓄能罐(3)中的蓄能介质，产生的制冷剂蒸汽进入液态制冷剂蓄罐(4)，制冷剂蒸汽在液态制冷剂蓄罐(4)中受来自冷却塔(12)冷却水的冷却，由蒸汽冷凝为制冷剂液体，并蓄存在液态制冷剂蓄罐(4)中；释能时，液态制冷剂蓄罐(4)中的液态制冷剂经节流装置(11)降压后进入蒸发器(10)，在蒸发器(10)中吸收空调水的热量而汽化，制冷剂蒸汽进入吸收器(9)，而三相蓄能罐(3)中的溶液也流到吸收器(9)，吸收来自蒸发器(10)的制冷剂蒸汽，随后，吸收器(9)中被稀释后的溶液又流回到三相蓄能罐(3)中，蒸发器(10)中被吸热的空调冷水流经空调末端(13)，提供空调所需冷量；
所述的传统太阳能吸收式制冷空调系统(2)提供白天所需空调冷量，来自集热介质箱(6)的集热介质为发生器(7)提供发生用热，产生的制冷剂蒸汽进入冷凝器(8)，被来自冷却塔(12)的冷却水冷却冷凝成液态制冷剂，液态制冷剂经节流装置(11)降压后进入蒸发器(10)，在蒸发器(10)吸热汽化为制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽进入吸收器(9)，被吸收器(9)中的浓溶液吸收，变稀的溶液流回到发生器(7)、再次被加热，再次产生制冷剂蒸汽，发生器(7)中的浓溶液再次流入吸收器(9)，而蒸发器(10)产生的空调冷水提供给空调末端(13)，满足空调所需冷量。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能空调的三相蓄能方法，其特征为：三相蓄能罐(3)的换热装置采用表面多孔管换热器(17)，对三相蓄能罐(3)中的蓄能介质进行加热，并在加热过程中依靠溶液喷淋泵(14)加压及溶液喷嘴(18)喷淋，溶液被加热浓缩，直到产生结晶，结晶物分布在三相蓄能罐(3)内的结晶物分布器(16)中，而加热所产生的制冷剂蒸汽进入液态制冷剂蓄罐(4)，液态制冷剂蓄罐(4)的换热装置采用换热盘管(20)，换热盘管(20)对进入的制冷剂蒸汽进行冷却，使制冷剂蒸汽冷凝成为液态制冷剂，并依靠液态制冷剂喷淋泵(15)加压及液态制冷剂喷嘴(19)喷淋。
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