CN105571198B - 一种基于蓄冷过冷的高效制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于蓄冷过冷的高效制冷系统，包括压缩机、冷凝器、第一节流装置、蓄冷模块、三通阀、第二节流装置、蒸发器及电磁阀，压缩机具有排气口、第一吸气口及第二吸气口，压缩机的排气口经连接管顺序与冷凝器、第一节流装置、蓄冷模块及三通阀的进口连接，三通阀的第一出口通过连接管连接压缩机的第二吸气口，三通阀的第二出口通过连接管顺序连接第二节流装置、蒸发器及压缩机的第一吸气口，在第一节流装置的入口与三通阀的第二出口之间通过设有电磁阀的连接管连通。与现有技术相比，本发明把蓄冷模块作为制冷系统的“第五大部件”，使系统始终工作在“经济制冷量”，并将蓄冷技术与提高制冷系统过冷度相结合，提高了制冷系统能力和效率。

Description

一种基于蓄冷过冷的高效制冷系统

技术领域

本发明涉及一种蒸气压缩式制冷系统，尤其是涉及一种基于蓄冷过冷的高效制冷系统。

背景技术

如每辆汽车都有自己的经济时速，过快或过慢都会消耗更多的燃油，空调也有最高效的“经济制冷量”。以制冷空调为例，其制冷量在一定的范围内才能获得最优的制冷效率，如果提供更多或更少的冷量，制冷效率都会快速下降。如果制冷系统能始终高效工作在“经济制冷量”，同时通过蓄冷技术适应负荷变化，即在供冷谷时蓄冷，供冷峰时释冷，就能有效降低系统的全天运行能耗。

然而，传统蓄冷装置都独立于制冷系统。常见的蓄冷技术如水蓄冷空调和冰蓄冷空调都是在机组效率较高的夜间制冷并蓄冷，所蓄冷量白天直接用于空气降温除湿。虽然此类蓄冷技术有利于电力移峰填谷，提高电网用电负荷率，但对制冷系统本身没有帮助；而且，传统蓄冷装置空间占用大，蓄冷过程能量耗散多。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于蓄冷过冷的高效制冷系统，本发明通过蓄冷模块增加系统在高负荷运行下的过冷度，平衡不同负荷下冷量需求，可明显降低运行能耗。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于蓄冷过冷的高效制冷系统，包括压缩机、冷凝器、第一节流装置、蓄冷模块、三通阀、第二节流装置、蒸发器及电磁阀，所述的压缩机具有排气口、第一吸气口及第二吸气口，压缩机的排气口经连接管顺序与冷凝器、第一节流装置、蓄冷模块及三通阀的进口连接，三通阀的第一出口通过连接管直接连接压缩机的第二吸气口，三通阀的第二出口通过连接管顺序连接第二节流装置、蒸发器及压缩机的第一吸气口，在第一节流装置的入口与三通阀的第二出口之间通过设有电磁阀的连接管连通。

所述的蓄冷模块为内部装填蓄冷材料的反应床，且存储在蓄冷模块中蓄冷材料不进入高效制冷系统中的制冷剂循环。

所述的蓄冷材料与制冷剂进行热交换，当制冷剂与蓄能材料不发生化学反应或互溶时，制冷剂可以和蓄冷材料直接接触换热，否则应设置间壁防止其发生接触。

所述的蓄冷材料可以为各类液体蓄冷材料(例如水，溶液，有机化合物等)、固体蓄冷材料(例如无机固体材料，有机固体材料等)、气体蓄冷材料(例如空气，挥发性有机物气体等)、相变材料或热化学反应材料等。

优选的，所述的蓄冷模块具备一定的液体制冷剂存储功能。

所述的压缩机可以单缸实现(如带喷焓的涡旋压缩机)，也可将两个气缸串联实现，即将第一级压缩的排气与第二吸气口吸入的制冷剂混合后再进行第二级压缩。

所述的第一节流装置与第二节流装置的节流面积可变，即为变截面节流装置，选自电子膨胀阀或热力膨胀阀。

本发明基于蓄冷过冷的高效制冷系统可分为常规供冷工况和高峰供冷工况两种工作模式。

所述的高效制冷系统用于常规供冷工况下，三通阀的进口与第一出口连通，电磁阀为开启状态，制冷剂在压缩机作用下成为高温高压蒸汽，经连接管进入冷凝器冷凝放热，一部分冷凝的制冷剂经第一节流装置进入蓄冷模块，蒸发吸热，冷却蓄冷材料，再经三通阀从压缩机的第二吸气口返回压缩机；另一部分冷凝的制冷剂经电磁阀、第二节流装置进入蒸发器，蒸发吸热，冷却蒸发器另一侧的放热介质，再从压缩机的第一吸气口返回压缩机，完成制冷循环。

常规工况下的控制策略为，所述的压缩机的转速根据蒸发器的冷负荷进行调节，第一节流装置的开度保证压缩机第二吸气口的吸气过热度，第二节流装置的开度保证压缩机第一吸气口的吸气过热度。当蓄冷模块蓄满冷量时，可以关闭第一节流装置。

所述的高效制冷系统用于高峰供冷工况下，三通阀的进口与第二出口连通，电磁阀为开启状态，制冷剂首先在压缩机作用下成为高温高压蒸汽，经连接管进入冷凝器冷凝放热，从冷凝器2流出的制冷剂全部经第一节流装置进入蓄冷模块，进一步冷却降温提高过冷度，此后，制冷剂经三通阀、第二节流装置，全部进入蒸发器，蒸发吸热，最后从压缩机的第一吸气口返回压缩机，完成制冷循环。

高峰工况下，蓄冷模块作用下系统过冷度提高，使得制冷循环单位质量流量制冷量上升，满足供冷高峰需求的同时没有增加系统的功耗，系统效率得到了提升。

本发明将蓄冷模块设置在制冷系统内部，作为制冷系统的一个重要组成部分，通过系统内部跨时空能量管理，满足不同时段供冷需求同时降低全天的运行能耗。本发明的主要创新点在于将蓄冷技术与提高制冷系统过冷度相结合，通过蓄冷模块，将冷量从供冷谷时转移至峰时，起到避峰运行的作用；在常规供冷时段，充分利用机组自身的制冷能力；在供冷高峰期，蓄冷模块充当了过冷器的作用，蓄存的冷量增加制冷系统过冷度，使得制冷循环单位质量流量的制冷量大幅增加，提高了制冷系统能力和效率。

本发明系统在低负荷时段蓄存的冷量用于增加高负荷时段的过冷度，以解决制冷设备定常制冷量与用冷负荷起伏的矛盾。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.区别于传统水蓄冷技术，本发明中蓄冷模块就作为制冷系统的一部分，成为制冷系统的“第五大部件”，参与冷量的跨时空调节，降低系统全天运行能耗；

2.传统蓄冷系统的蓄冷量需覆盖全部冷负荷，本发明中蓄冷模块只需保证用冷高峰期的供冷缺口即可，蓄冷模块的体积大幅减小；

3.使用本发明后，制冷压缩机不需按照最大制冷容量选型，降低了设备初投资。

附图说明

图1为实施例1中基于蓄冷过冷的高效制冷系统的结构示意图。

图中，1为压缩机，2为冷凝器，3为第一节流装置，4为蓄冷模块，5为三通阀，6为第二节流装置，7为蒸发器，8为电磁阀，其余为连接管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种基于蓄冷过冷的高效制冷系统，如图1所示，包括压缩机1、冷凝器2、第一节流装置3、蓄冷模块4、三通阀5、第二节流装置6、蒸发器7及电磁阀8，压缩机1具有排气口、第一吸气口及第二吸气口，压缩机1的排气口、连接管10、冷凝器2、连接管11、连接管12、第一节流装置3、连接管13、蓄冷模块4及三通阀5的进口顺序连接，三通阀5的第一出口通过连接管21直接连接压缩机的第二吸气口，三通阀5的第二出口、连接管15、连接管18、第二节流装置6、连接管19、蒸发器7、连接管20及压缩机1的第一吸气口顺序连接，在第一节流装置3的入口与三通阀5的第二出口之间顺序连接连接管16、电磁阀8及连接管17。

其中，蓄冷模块4为内部装填蓄冷材料的反应床，且存储在蓄冷模块中蓄冷材料不进入高效制冷系统中的制冷剂循环。蓄冷材料与制冷剂进行热交换，当制冷剂与蓄能材料不发生化学反应或互溶时，制冷剂可以和蓄冷材料直接接触换热，否则应设置间壁防止其发生接触。蓄冷材料可以为各类液体蓄冷材料(例如水，溶液，有机化合物等)、固体蓄冷材料(例如无机固体材料，有机固体材料等)、气体蓄冷材料(例如空气，挥发性有机物气体等)、相变材料或热化学反应材料等。优选的，蓄冷模块具备一定的液体制冷剂存储功能。

压缩机1可以单缸实现(如带喷焓的涡旋压缩机)，也可将两个气缸串联实现，即将第一级压缩的排气与第二吸气口吸入的制冷剂混合后再进行第二级压缩。

第一节流装置3与第二节流装置6的节流面积可变，即为变截面节流装置，选自电子膨胀阀或热力膨胀阀。本实施例中，第一节流装置3与第二节流装置6均为电子膨胀阀。

基于蓄冷过冷的高效制冷系统可分为常规供冷工况和高峰供冷工况两种工作模式。

常规工况下，三通阀5使连接管14、21联通，电磁阀8为开启状态。制冷剂在压缩机1作用下成为高温高压蒸汽，经连接管10进入冷凝器2冷凝放热。一部分冷凝的制冷剂经连接管11、12，第一节流装置3，连接管13进入蓄冷模块4，蒸发吸热，冷却蓄冷材料，再经连接管14，三通阀5，连接管21，从压缩机1的第二吸气口返回压缩机1；另一部分冷凝的制冷剂经连接管11、16，电磁阀8，连接管17、18，第二节流装置6，连接管19进入蒸发器7，蒸发吸热，冷却蒸发器另一侧的放热介质，再经连接管20，从压缩机1的第一吸气口返回压缩机，完成制冷循环。

常规工况下的控制策略为，压缩机1的转速应根据蒸发器7的冷负荷进行调节，第一节流装置3的开度应保证压缩机1第二吸气口的吸气过热度，第二节流装置6的开度应保证压缩机2第一吸气口的吸气过热度。当蓄冷模块4蓄满冷量时，可以关闭第一节流装置3。

高峰工况下，三通阀5使连接管14、15联通，电磁阀8为关闭状态，第一节流装置3为完全开启状态或旁通状态(无节流效应)。同样，制冷剂首先在压缩机1作用下成为高温高压蒸汽，经连接管10进入冷凝器2冷凝放热。从冷凝器2流出的制冷剂全部经连接管11、12，第一节流装置3，连接管13进入蓄冷模块4，进一步冷却降温提高过冷度。此后，制冷剂经连接管14，三通阀5，连接管15、18，第二节流阀6，连接管19，全部进入蒸发器7，蒸发吸热。最后经连接管20，从压缩机1的第一吸气口返回压缩机，完成制冷循环。

高峰工况下，蓄冷模块4作用下系统过冷度提高，使得制冷循环单位质量流量制冷量上升，满足供冷高峰需求的同时没有增加系统的功耗，系统效率得到了提升。

上述实施例中未完整展示经过蒸发器7的放热工质循环和经过冷凝器2的吸热工质循环的动力装置和管路。吸/放热工质循环的动力装置可根据吸/放热工质的种类合理选择，气态吸/放热工质可选用风机，液态吸/放热工质可选用液体泵。对吸/放热工质循环的管路和辅助设备可以根据实际需要进行选择和设计。选用不同的吸/放热工质循环动力装置或采用不同的吸/放热工质循环管路，均不能视为对本发明进行了实质性改进，应属于本发明保护范围。

上述实施例中未完整展示制冷剂循环的所有部件，实施过程中，在制冷剂回路设置四通换向阀、储液器、气液分离器、油分离、过滤器、干燥器等常见制冷辅件，均不能视为对本发明进行了实质性改进，应属于本发明保护范围。

上述实施例并不限于蒸气压缩单冷系统，热泵系统在制冷工况下使用本发明的技术方案提高制冷性能，应属于本发明保护范围。

本文中使用“第一”、“第二”等词语来限定部件，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”等词语的使用仅仅是为了便于描述上对部件进行区别。如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，但只要不脱离本发明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种基于蓄冷过冷的高效制冷系统，其特征在于，包括压缩机、冷凝器、第一节流装置、蓄冷模块、三通阀、第二节流装置、蒸发器及电磁阀，所述的压缩机具有排气口、第一吸气口及第二吸气口，压缩机的排气口经连接管顺序与冷凝器、第一节流装置、蓄冷模块及三通阀的进口连接，三通阀的第一出口通过连接管直接连接压缩机的第二吸气口，三通阀的第二出口通过连接管顺序连接第二节流装置、蒸发器及压缩机的第一吸气口，在第一节流装置的入口与三通阀的第二出口之间通过设有电磁阀的连接管连通；

所述的蓄冷模块为内部装填蓄冷材料的反应床，且存储在蓄冷模块中蓄冷材料不进入高效制冷系统中的制冷剂循环，所述的蓄冷材料与制冷剂进行热交换；

所述的高效制冷系统用于常规供冷工况下，三通阀的进口与第一出口连通，电磁阀为开启状态，制冷剂在压缩机作用下成为高温高压蒸汽，经连接管进入冷凝器冷凝放热，一部分冷凝的制冷剂经第一节流装置进入蓄冷模块，蒸发吸热，冷却蓄冷材料，再经三通阀从压缩机的第二吸气口返回压缩机；另一部分冷凝的制冷剂经电磁阀、第二节流装置进入蒸发器，蒸发吸热，冷却蒸发器另一侧的放热介质，再从压缩机的第一吸气口返回压缩机，完成制冷循环；

所述的高效制冷系统用于高峰供冷工况下，三通阀的进口与第二出口连通，电磁阀为开启状态，制冷剂首先在压缩机作用下成为高温高压蒸汽，经连接管进入冷凝器冷凝放热，从冷凝器2流出的制冷剂全部经第一节流装置进入蓄冷模块，进一步冷却降温提高过冷度，此后，制冷剂经三通阀、第二节流装置，全部进入蒸发器，蒸发吸热，最后从压缩机的第一吸气口返回压缩机，完成制冷循环。

2.根据权利要求1所述的一种基于蓄冷过冷的高效制冷系统，其特征在于，所述的压缩机可以单缸实现，也可将两个气缸串联实现，即将第一级压缩的排气与第二吸气口吸入的制冷剂混合后再进行第二级压缩。

3.根据权利要求1所述的一种基于蓄冷过冷的高效制冷系统，其特征在于，所述的第一节流装置与第二节流装置的节流面积可变，选自电子膨胀阀或热力膨胀阀。

4.根据权利要求1所述的一种基于蓄冷过冷的高效制冷系统，其特征在于，所述的压缩机的转速根据蒸发器的冷负荷进行调节，第一节流装置的开度保证压缩机第二吸气口的吸气过热度，第二节流装置的开度保证压缩机第一吸气口的吸气过热度。