CN104896640A - 一种可再生能源制冷系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可再生能源制冷系统及方法，系统包括制冷系统、可再生能源蓄能系统和控制系统，所述的制冷系统包括压缩机、第一换热器、第一风机、节流装置、第二换热器和第二风机；所述可再生能源蓄能系统包括太阳能光伏组件或风轮、蓄电池；所述的控制系统包括温度传感器和控制器。该发明直接利用太阳能或风能发电驱动制冷系统运行，无需消耗市电制冷，大大减少制冷能耗；同时可为停电时提供应急降温备用冷源，使系统的稳定性更高。

Description

一种可再生能源制冷系统及方法
技术领域
本发明涉及一种可再生能源制冷系统及方法，属空调工程技术领域。
背景技术
从全国来看，中国是太阳能资源相当丰富的国家，总辐射量大致在930--2330千瓦小时/平方米/年之间。绝大多数地区年平均日辐射量在4kWh/㎡以上，西藏最高达7kWh/㎡。大体上说，我国约有三分之二以上的地区太阳能资源较好，特别是青藏高原和新疆、甘肃、内蒙古一带，利用太阳能的条件尤其有利。此外，我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度资料计算)，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。而2003年底全国电力装机约5.67亿kW。风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。
我国太阳能和风能资源丰富，取之不尽，用之不竭，光伏发电或风力发电资源普遍，系统结构简单，体积小且轻，运行维护简单，清洁安全、无噪声、可靠性高、寿命长，经济性有比较优势。无论从能源安全的长远战略角度出发，还是从调整和优化能源结构需求考虑，大力发展光伏发电和风力发电都是保障我国能源安全的重要战略措施之一。
目前，制冷系统采用传统的蒸汽压缩式制冷，能耗较大。
尤其对于在通信机柜方面的应用，随着中国通信事业的飞速发展和通信网络规模的不断扩大，通信企业的用电成本也在不断地上涨。通信机柜是通信信号的接收和转换中心，实现通信网络与终端客户的信号传输，其运行效果直接决定通信质量的好坏，是通信部门的中枢神经建筑。截至到2013年上半年，我国移动电话的数量超过11.5亿。大量的通信信号的传输使通信网络设备、电源系统以及通信机柜等数量成倍增加。通信机柜内全天候不间断的通信要求，使通信网络的能耗迅速增长。
由于通信机柜中有众多的发热设备持续运行，为控制机柜温度需配置空调系统以保证机柜的恒温恒湿。现有的通信机柜空气调节机通常采用以下两种方式，即蒸汽式压缩制冷系统和半导体制冷系统。半导体制冷系统的制冷效率低于蒸汽压缩式制冷系统，且电偶堆元件采用高纯稀有材料，加上工艺条件尚未十分成熟，导致元件成本比较高。蒸汽压缩式制冷技术成熟，应用广泛。然而，现在传统的蒸汽压缩式制冷系统在全年无休的运行，能耗较大。
因此，有必要设计一种能有效降低能耗的可再生能源制冷系统。
发明内容
本发明所解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种可再生能源制冷系统及方法，能有效降低能耗。
本发明的技术方案为：
一种可再生能源制冷系统，包括制冷系统2、可再生能源蓄能系统3和控制系统；
所述制冷系统包括压缩机5、第一换热器6、第一风机7、节流装置8、第二换热器9和第二风机10；所述压缩机5、第一换热器6、节流装置8和第二换热器9通过管道串联成密闭回路，密闭回路中填充有制冷剂；所述第一换热器6上设置有第一风机7，第二换热器9上设置第二风机10；
所述第二换热器安装于室内侧，用于实现室内空气和制冷剂的换热；所述第一换热器安装于室外侧，用于实现制冷剂和室外空气的换热；
所述可再生能源蓄能系统包括发电组件和蓄电池3，用于实现太阳能的光电转换或风能的风电转换和能量存储；
所述发电组件通过蓄电池充电电路与蓄电池相连；
所述制冷系统2由蓄电池或市电供电；
所述控制系统包括温度传感器和控制器，所述温度传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连；所述温度传感器用于监测室内的温度；所述控制器用于控制蓄电池充电电路的通断和制冷系统供电电路的通断。
当温度传感器监测到室内的温度高于预设值时，控制器控制市电或蓄电池为制冷系统供电，驱动制冷系统运行。
所述发电组件为太阳能光伏组件4，所述太阳能光伏组件4通过蓄电池充电电路与蓄电池相连，所述蓄电池充电电路的通断受控于所述控制器。
所述控制系统还包括设置于室外的感光元件，所述感光元件的信号输出端与控制器的信号输入端相连。
所述感光元件用于检测太阳能辐射强度；所述控制器根据感光元件的检测结果，控制太阳能光伏组件4是否向蓄电池3充电；当感光元件检测到室外有可利用的太阳能时，控制器控制太阳能光伏组件4向蓄电池3充电。
所述发电组件为风轮11和发电机，所述风轮11与发电机相连；发电机通过控制系统蓄电池充电电路与蓄电池相连，所述蓄电池充电电路的通断受控于所述控制器；所述的风轮11安装在信号塔(或其他高杆)上。
所述控制系统还包括风力测试元件，所述风力测试元件的信号输出端与控制器的信号输入端相连。
所述风力测试元件用于检测风力大小；所述控制器根据风力测试元件的检测结果，控制发电机是否向蓄电池3充电；当风力测试元件检测到室外有可利用的风能时，控制器控制发电机向蓄电池3充电。
所述室内安装有循环风机，用于促进室内的热量与制冷系统2的换热。
一种可再生能源制冷方法，采用上述的可再生能源制冷系统；包括同时或单独运行的三种工况，分别为蓄能工况、市电制冷工况和蓄电池制冷工况：
所述蓄能工况为：控制系统控制发电组件将太阳能或风能转换为电能，并存储在蓄电池内；
所述市电制冷工况为：当温度传感器监测到室内的温度高于预设值时，控制器控制市电为制冷系统供电，驱动制冷系统运行；制冷剂在密闭回路中以流体状态循环，连续不断地从第二换热器中吸取热量，并在第一换热器中放出热量，实现制冷；
所述蓄电池制冷工况为：当温度传感器监测到室内的温度高于预设值时，控制器控制蓄电池为制冷系统供电，驱动制冷系统运行；制冷剂在密闭回路中以流体状态循环，连续不断地从第二换热器中吸取热量，并在第一换热器中放出热量，实现制冷。
市电停电时，该制冷系统可正常运行，直接由蓄电池内的电能驱动，保证市电停电时通信信号的正常传输，为维护工作争取时间。
所述发电组件采用太阳能光伏组件4，所述太阳能光伏组件4通过控制系统与蓄电池相连；所述控制系统还包括设置于室外的感光元件，感光元件的信号输出端与控制器的信号输入端相连；感光元件检测太阳能辐射强度；检测到室外太阳能辐射强度大于0时，即室外有可利用的太阳能时，控制器控制太阳能光伏组件4向蓄电池3充电。
所述发电组件采用风轮11和发电机，所述风轮11与发电机相连；发电机通过控制系统与蓄电池相连；所述的风轮11安装在信号塔或其他高杆上；所述控制系统还包括风力测试元件，所述风力测试元件的信号输出端与控制器的信号输入端相连；风力测试元件检测风力大小；检测到室外风力大于0时，即室外有可利用的风能时，控制器控制发电机向蓄电池3充电。
所述预设值为40℃。
有益效果：
本发明与现有的技术相比，具有显著的节能效果。直接利用自然界中丰富的太阳能或风能资源为室内设备降温，将太阳能或风能转换为电能，直接驱动制冷系统运行，大大降低传统蒸汽压缩式制冷系统的能耗。另外，蓄能系统的太阳能光伏组件直接安装在室外侧，风轮组件安装在信号塔或其他高杆上，不占用室内的空间，无需新的安装支架和空间。本发明所采用的可再生能源蓄能系统，还可在市电停电时利用太阳能或风能驱动制冷系统运行，保证应急通信信号的安全稳定传输。
附图说明
图1为本发明实施方式一的结构图；
图2为本发明实施方式二的结构图；
图3为本发明实施方式一原理示意图；
图4为本发明实施方式二的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述该发明的工作原理。
实施例1：
参见图1--图4，本发明提供了一种可再生能源制冷系统，包括制冷系统2、可再生能源蓄能系统3和控制系统；
所述制冷系统包括压缩机5、第一换热器6、第一风机7、节流装置8、第二换热器9和第二风机10；所述压缩机5、第一换热器6、节流装置8和第二换热器9通过管道串联成密闭回路，密闭回路中填充有制冷剂；所述第一换热器6上设置有第一风机7，第二换热器9上设置第二风机10；
所述第二换热器安装于室内侧，用于实现室内空气和制冷剂的换热；所述第一换热器安装于室外侧，用于实现制冷剂和室外空气的换热；
所述可再生能源蓄能系统包括发电组件和蓄电池3，用于实现太阳能的光电转换或风能的风电转换和能量存储；
所述发电组件通过蓄电池充电电路与蓄电池相连；
所述制冷系统2由蓄电池或市电供电；
所述控制系统包括温度传感器和控制器，所述温度传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连；所述温度传感器用于监测室内的温度；所述控制器用于控制蓄电池充电电路的通断和制冷系统供电电路的通断。
当温度传感器监测到室内的温度高于预设值时，控制器控制市电或蓄电池为制冷系统供电，驱动制冷系统运行。
如图1和图3所示，所述发电组件为太阳能光伏组件4，所述太阳能光伏组件4通过蓄电池充电电路与蓄电池相连，所述蓄电池充电电路的通断受控于所述控制器。
所述控制系统还包括设置于室外的感光元件，所述感光元件的信号输出端与控制器的信号输入端相连。
所述感光元件用于检测太阳能辐射强度；所述控制器根据感光元件的检测结果，控制太阳能光伏组件4是否向蓄电池3充电；当感光元件检测到室外有可利用的太阳能时，控制器控制太阳能光伏组件4向蓄电池3充电。
如图2和图4所示，所述发电组件为风轮11和发电机，所述风轮11与发电机相连；发电机通过控制系统蓄电池充电电路与蓄电池相连，所述蓄电池充电电路的通断受控于所述控制器；所述的风轮11安装在信号塔(或其他高杆)上。
所述控制系统还包括风力测试元件，所述风力测试元件的信号输出端与控制器的信号输入端相连。
所述风力测试元件用于检测风力大小；所述控制器根据风力测试元件的检测结果，控制发电机是否向蓄电池3充电；当风力测试元件检测到室外有可利用的风能时，控制器控制发电机向蓄电池3充电。
所述室内安装有循环风机，用于促进室内的热量与制冷系统2的换热。
本发明还提供了一种可再生能源制冷方法，采用上述的可再生能源制冷系统；包括同时或单独运行的三种工况，分别为蓄能工况、市电制冷工况和蓄电池制冷工况：
所述蓄能工况为：控制系统控制发电组件将太阳能或风能转换为电能，并存储在蓄电池内；
所述市电制冷工况为：当温度传感器监测到室内的温度高于预设值时，控制器控制市电为制冷系统供电，驱动制冷系统运行；制冷剂在密闭回路中以流体状态循环，连续不断地从第二换热器中吸取热量，并在第一换热器中放出热量，实现制冷；
所述蓄电池制冷工况为：当温度传感器监测到室内的温度高于预设值时，控制器控制蓄电池为制冷系统供电，驱动制冷系统运行；制冷剂在密闭回路中以流体状态循环，连续不断地从第二换热器中吸取热量，并在第一换热器中放出热量，实现制冷。
市电停电时，该制冷系统可正常运行，直接由蓄电池内的电能驱动，保证市电停电时通信信号的正常传输，为维护工作争取时间。
所述发电组件采用太阳能光伏组件4，所述太阳能光伏组件4通过控制系统与蓄电池相连；所述控制系统还包括设置于室外的感光元件，感光元件的信号输出端与控制器的信号输入端相连；感光元件检测太阳能辐射强度；检测到室外太阳能辐射强度大于0时，即室外有可利用的太阳能时，控制器控制太阳能光伏组件4向蓄电池3充电。
所述发电组件采用风轮11和发电机，所述风轮11与发电机相连；发电机通过控制系统与蓄电池相连；所述的风轮11安装在信号塔或其他高杆上；所述控制系统还包括风力测试元件，所述风力测试元件的信号输出端与控制器的信号输入端相连；风力测试元件检测风力大小；检测到室外风力大于0时，即室外有可利用的风能时，控制器控制发电机向蓄电池3充电。
所述预设值为40℃。
实施例2：
本实施例将可再生能源制冷系统应用于通信机柜。其与实施例1的不同之处在于：
所述的制冷系统2安装在机柜1的侧面；所述的蓄电池3安装在机柜1的内部。
所述太阳能光伏组件4安装在机柜的门板外侧。
所述的风轮11安装在机柜旁边的信号塔或其他高杆上。
所述的机柜1包括外部门板和内部支架，外部门板和内部支架为组合式安装；机柜采用组合式结构，可现场拆装门板和内部支架，运输方便。
本发明能够通过自身系统循环对通信机柜进行温度控制，无需消耗多余电能实现通信机柜的降温，克服了传统蒸汽压缩式制冷系统能耗高的问题。其采用的可再生能源蓄能系统是一个太阳能光电转换系统或风能风电转换系统，太阳能光伏组件镶在机柜的南向柜门外，不占用机柜安装空间，充分吸收太阳辐射能，将太阳光能转换为电能；风轮组件可安装在机柜旁的信号塔或其他高杆上，无需单独制作电杆，将风能转换为电能；所述的制冷系统2由直流电驱动，和蓄能系统3连接；太阳能或风能转换的电能直接驱动制冷设备的运行，实现通信机柜内的降温，无需消耗附加电能。此外，市电停电时，该可再生能源制冷系统可提供应急降温冷源，保证应急通信的安全、稳定运行。
本发明的工作工况分为三种工况同时或单独运行，分别为蓄能工况、市电制冷工况和蓄电池制冷工况。
蓄能工况：蓄能工况主要由蓄能系统实现，蓄能系统主要包括太阳能光伏组件或风轮组件、蓄电池及控制器。通过控制系统的感光元件检测太阳能辐射强度或风轮叶片检测风力大小，通过连接线路将太阳能光伏组件收集到的太阳光能或风轮组件接收到的风能转换为电能存储在蓄电池内。
市电制冷工况：由市电为制冷系统供电，制冷工况由制冷系统实现，制冷系统是由压缩机、第一换热器、节流装置、第二换热器等四个主要部分组成，通过管道连接，形成一个完全封闭的系统，制冷剂在这个封闭的制冷系统中以流体状态循环，通过相变，连续不断地从第二换热器中吸取热量，并在第一换热器中放出热量，从而实现制冷的目的。
蓄电池制冷工况：可再生能源蓄能系统和制冷系统联合运行，制冷系统直接由可再生能源蓄能系统储存的电能驱动，无需消耗附加电能，大大减小了通信机柜的制冷能耗。
市电停电时，该制冷系统可正常运行，直接由蓄电池内的电能驱动，保证市电停电时通信信号的正常传输，为维护工作争取时间。
本发明通过自身系统循环实现通信机柜内的制冷，保证通信机柜内的温度要求，保障通信信号的安全稳定传输。通过太阳能光伏组件将太阳辐射能转换为电能，风轮组件将风能转换为电能，蓄能系统里储存的电能直接用于驱动制冷系统的运行，且该制冷机柜在市电停电时可保证通信信号的正常传输。该系统比半导体制冷系统效率更高，结合可再生能源的利用，比通信机柜用蒸汽压缩式制冷系统更节能。

Claims (10)

1.一种可再生能源制冷系统，其特征在于，包括制冷系统(2)、可再生能源蓄能系统(3)和控制系统；
所述制冷系统包括压缩机(5)、第一换热器(6)、第一风机(7)、节流装置(8)、第二换热器(9)和第二风机(10)；所述压缩机(5)、第一换热器(6)、节流装置(8)和第二换热器(9)通过管道串联成密闭回路，密闭回路中填充有制冷剂；所述第一换热器(6)上设置有第一风机(7)，第二换热器(9)上设置第二风机(10)；
所述第二换热器安装于室内侧，用于实现室内空气和制冷剂的换热；所述第一换热器安装于室外侧，用于实现制冷剂和室外空气的换热；
所述可再生能源蓄能系统包括发电组件和蓄电池(3)，用于实现太阳能的光电转换或风能的风电转换和能量存储；
所述发电组件通过蓄电池充电电路与蓄电池相连；
所述制冷系统(2)由蓄电池或市电供电；
所述控制系统包括温度传感器和控制器，所述温度传感器的信号输出端与控制器的信号输入端相连；所述温度传感器用于监测室内的温度；所述控制器用于控制蓄电池充电电路的通断和制冷系统供电电路的通断。
2.根据权利要求1所述的可再生能源制冷系统，其特征在于，所述发电组件为太阳能光伏组件(4)，所述太阳能光伏组件(4)通过蓄电池充电电路与蓄电池相连，所述蓄电池充电电路的通断受控于所述控制器。
3.根据权利要求2所述的可再生能源制冷系统，其特征在于，所述控制系统还包括设置于室外的感光元件，所述感光元件的信号输出端与控制器的信号输入端相连。
4.根据权利要求1所述的可再生能源制冷系统，其特征在于，所述发电组件为风轮(11)和发电机，所述风轮(11)与发电机相连；发电机通过控制系统蓄电池充电电路与蓄电池相连，所述蓄电池充电电路的通断受控于所述控制器；所述的风轮(11)安装在信号塔上。
5.根据权利要求4所述的可再生能源制冷系统，其特征在于，所述控制系统还包括风力测试元件，所述风力测试元件的信号输出端与控制器的信号输入端相连。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的可再生能源制冷系统，其特征在于，所述室内安装有循环风机，用于促进室内的热量与制冷系统(2)的换热。
7.一种可再生能源制冷方法，其特征在于，采用权利要求书1所述的可再生能源制冷系统；包括同时或单独运行的三种工况，分别为蓄能工况、市电制冷工况和蓄电池制冷工况：
所述蓄能工况为：控制系统控制发电组件将太阳能或风能转换为电能，并存储在蓄电池内；
所述市电制冷工况为：当温度传感器监测到室内的温度高于预设值时，控制器控制市电为制冷系统供电，驱动制冷系统运行；制冷剂在密闭回路中以流体状态循环，连续不断地从第二换热器中吸取热量，并在第一换热器中放出热量，实现制冷；
所述蓄电池制冷工况为：当温度传感器监测到室内的温度高于预设值时，控制器控制蓄电池为制冷系统供电，驱动制冷系统运行；制冷剂在密闭回路中以流体状态循环，连续不断地从第二换热器中吸取热量，并在第一换热器中放出热量，实现制冷。
8.根据权利要求7所述的可再生能源制冷方法，其特征在于，所述发电组件采用太阳能光伏组件(4)，所述太阳能光伏组件(4)通过控制系统与蓄电池相连；所述控制系统还包括设置于室外的感光元件，感光元件的信号输出端与控制器的信号输入端相连；感光元件检测太阳能辐射强度；检测到室外太阳能辐射强度大于0时，控制器控制太阳能光伏组件(4)向蓄电池(3)充电。
9.根据权利要求7所述的可再生能源制冷方法，其特征在于，所述发电组件采用风轮(11)和发电机，所述风轮(11)与发电机相连；发电机通过控制系统与蓄电池相连；所述的风轮(11)安装在信号塔或其他高杆上；所述控制系统还包括风力测试元件，所述风力测试元件的信号输出端与控制器的信号输入端相连；风力测试元件检测风力大小；检测到室外风力大于0时，控制器控制发电机向蓄电池(3)充电。
10.根据权利要求8或9所述的可再生能源制冷方法，其特征在于，所述预设值为40℃。
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