CN105737437B - 光伏供电式太阳能喷射与直接蒸发复合制冷装置 - Google Patents
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Abstract
一种光伏供电式太阳能喷射与直接蒸发复合制冷装置是将太阳能光伏供电系统、太阳能喷射制冷系统和直接蒸发冷却系统连通集于一起进行设置构成，本装置以太阳能为动力源对建筑物提供电能和热能，并结合直接蒸发系统为建筑物提供制冷，实现调整并平衡制冷量与空调负荷间的供需关系，实现了在相同制冷量的情况下，耗电量最少。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能喷射与直接蒸发复合制冷装置，特别是一种以太阳能为能源驱动光伏供电式太阳能喷射与蒸发复合制冷装置。
背景技术
在我国偏远山区、沙漠、边疆、海岛，由于缺乏电力资源，给生活、工作、科学考察以及资源开发等带来了极大的不便，特别是我国新疆地区，夏季最高气温高达40℃以上，这样的温度环境迫切需要开发一种高效节能，而且不依赖于外界电力供应的制冷设备。
通过对现有技术的检索发现，为了实现节约电能的目的，通常采用太阳能驱动制冷系统或太阳能与其他能源共同驱动制冷系统。如现有公开号为 CN200975805Y 的发明专利，公开了一种“新型太阳能燃气喷射制冷系统”，该系统利用太阳能集热器和燃气双热源供冷，在太阳辐射满足时利用太阳能喷射制冷，太阳辐射不足时利用燃气辅助加热来满足发生器的用热要求。再如公开号为CN201187918Y的发明专利，公开了一种“蓄能型太阳能喷射制冷装置”，该装置利用太阳能集热器和蓄能水箱在太阳辐射满足时制冷并蓄能，太阳辐射不足时利用所蓄能量驱动喷射制冷装置供冷。还有如公开号为CN1995869A的发明专利，公开了一种“太阳能喷射与变速压缩一体化制冷装置”，该装置在太阳能足以驱动喷射制冷时，系统以喷射制冷方式运行，太阳能不足时，系统以变速压缩式制冷方式运行。
然而，上述蓄能型、太阳能燃气喷射制冷系统、太阳能喷射制冷装置和太阳能喷射与压缩一体化制冷装置，虽然主要驱动能源是太阳能，但都需要电能来驱动工质泵等用电装置，尤其用燃气驱动时，不仅需要有燃气供应，而且利用太阳能驱动制冷所节约的能量又被低效的燃气辅助驱动制冷系统抵消。
尽管光伏技术已经比较成熟，但是，光电转化率仍然较低，考虑到光伏电池板数量、面积等因素，光伏供电难以满足传统空调的用电需求。
研究表明，在相同制冷量的情况下，太阳能喷射制冷的耗电量是电压缩制冷系统耗电量的1/2左右，直接蒸发冷却系统耗电量是电压缩制冷系统耗电量的1/5左右。
光伏供电式太阳能喷射与直接蒸发复合制冷装置将太阳能喷射制冷与蒸发冷却技术结合，充分利用太阳能，通过优化运行时间，在满足供冷量的情况下，实现“零”能耗。
发明内容
本发明要解决的具体技术问题是将太阳能喷射制冷结构与直接蒸发冷却结构进行优化配置并集于一起，在满足供冷的情况下实现“零”能耗，其目的是提供一种光伏供电式太阳能喷射与蒸发复合供冷装置，用以满足环境偏僻、供电困难以及野外工作需要的环境下供冷。
为了实现上述目的，本发明所采取的措施是：
一种光伏供电式太阳能喷射与直接蒸发复合制冷装置，包括太阳能光伏供电系统、太阳能喷射制冷系统和太阳能直接蒸发冷却系统； 其特征在于：将所述太阳能光伏供电系统、所述太阳能喷射制冷系统和所述太阳能直接蒸发冷却系统进行结构优化运行并连通集于一起，实现相同制冷情况下的 “零”能耗；
所述太阳能光伏供电系统是由太阳能电池板依次连接有蓄电池和逆变器，并通过逆变器直交流转换后分别提供给太阳能喷射制冷系统的集热循环水泵、发生循环水泵、工质泵以及直接蒸发冷却系统的风机和喷淋循环水泵；
所述太阳能喷射制冷系统是由太阳能集热回路、发生回路和喷射制冷回路连通构成；所述太阳能集热回路是由太阳能集热器出水口依次连通有蓄热水箱、集热循环水泵和太阳能集热器进水口构成；所述发生回路是由蓄热水箱发生侧出水口依次连通有流量调节阀、发生循环水泵以及发生器，最后回到蓄热水箱的发生侧入水口构成；所述喷射制冷回路是由喷射器的混合流体出口和冷凝器连通，在冷凝器之后分为两路，一路依次连通有膨胀阀、蒸发器和喷射器的引射流体入口，另一路通过工质泵依次连通有发生器和喷射器的工作流体入口；
所述太阳能直接蒸发冷却系统的底部是由底部设置的喷淋循环水箱，并通过管道依次连通接喷淋循环水泵和喷淋装置，底部侧面设置的进风口；顶部出风管Ⅰ上设置的阀门Ⅰ与出风管Ⅱ上设置的阀门Ⅱ；以及进风口与出风管Ⅱ之间依次设置的冷凝器、喷淋装置、挡水板和风机构成；
所述太阳能光伏供电系统是为太阳能喷射制冷系统和直接蒸发冷却系统提供电量；
所述直接蒸发冷却系统直接为室内供冷，或作为太阳能喷射制冷系统的冷凝器。
进一步地特征如下。
所述冷凝换热管是铜管，或是铝合金管的一种。
所述光伏供电式太阳能喷射与直接蒸发复合制冷装置是在天气条件允许的情况下优先启动直接蒸发冷却制冷系统。
本发明上述技术方案将太阳能喷射制冷与直接蒸发冷却进行复合，在上午时段，由于太阳辐射照度低，太阳能集热器所收集的太阳能不足以驱动喷射制冷时，利用直接蒸发式制冷系统统为房间提供所需冷量。与此同时太阳能光伏供电系统开始吸收太阳能，将其转化为电能，储存于蓄电池中。太阳能集热系统也开始工作，吸收太阳能转化为热能，储存于集热水箱中。在接近中午时，太阳辐射照度达到喷射制冷要求，启动太阳能喷射制冷系统为房间供冷，此时直接蒸发冷却系统作为喷射制冷系统的冷凝器进行工作。本装置根据太阳辐射照度条件，直接蒸发冷却系统和太阳能喷射制冷系统交替耦合使用，满足房间不同时段的需求，实现了最大程度的节能。
与现有技术相比，该装置结构的特出的优点与积极效果如下。
本装置结构全部利用太阳能来驱动制冷，无需辅助热源和外界电能，能够实现“零”能耗情况下的供冷。
本装置结构的直接蒸发冷却系统既能够独立供冷，也能够作为喷射制冷系统的冷凝器，且冷凝效果好，进一步提高了太阳能喷射制冷系统的运行效率。
本装置结构在天气条件允许的情况下，启动直接蒸发冷却制冷系统，满足了偏远山区、沙漠、边疆以及海岛等缺乏电力资源的地方利用太阳能供电供热来驱动喷射制冷与直接蒸发冷却复合的制冷的需求，而且获得了预料不到的节能效果。
附图说明
图1是本装置的结构示意图。
图中：1：发生器；2：喷射器；3：冷凝器；4：蒸发器；5：膨胀阀；6：工质泵；7：太阳能集热器；8：蓄热水箱；9：集热循环水泵；10：调节阀Ⅰ；11：调节阀Ⅱ；12；发生循环水泵；13：太阳能电池板；14：蓄电池；15：逆变器；16：喷淋循环水箱；17：喷淋循环水泵；18：喷淋装置；19：挡水板；20：风机；21：阀门Ⅰ；22：阀门Ⅱ；23:进风口；24：出风管Ⅰ；25：出风管Ⅱ。
具体实施方式
下面对本发明技术方案的具体实施方式作出进一步的说明。
如附图1所示，实施本发明所提供的一种光伏供电式太阳能喷射与蒸发复合供冷装置，包括太阳能光伏供电系统直接蒸发冷却系统和太阳能喷射制冷系统。
对于太阳能光伏供电系统，在有太阳辐射的时段利用太阳能电池板13把收集到的光能转化为电能，将电能储存在蓄电池14中，在未开启喷射制冷系统时，通过逆变器15把直流电转化为交流电，为直接蒸发式冷却系统的水泵和风机供电；在开启喷射制冷系统时，光伏供电系统为喷射制冷系统工质泵6、集热循环水泵9、发生循环水泵12、喷淋循环水泵17、风机20提供电能。与此同时，蓄电池14把剩余的电量储存在蓄电池14中，以备太阳能供应不足时使用。
对直接蒸发冷却系统，喷淋循环水箱16中的水在喷淋循环水泵17的作用下到达，从进风口23进入的空气，与喷淋装置18喷洒出来的水进行热湿交换，交换之后的水回到喷淋循环水箱16，交换热量之后的空气在风机20的作用下到达顶部风阀门Ⅰ21，送入室内，为房间提供冷量。
对太阳能喷射制冷系统，又可以分为太阳能热水回路和喷射制冷回路。对于太阳能热水回路：太阳能集热器7与蓄热水箱8相连，通过循环水泵9使蓄热水箱中8的进入集热器7中加热，在太阳能充足，集热器7所吸收的太阳能可以使蓄热水箱8内的水温达到喷射制冷发生器所需温度时，启动喷射制冷系统。对于喷射制冷回路：当太阳能集热器7收集能量还不足以驱动喷射制冷时，启动直接蒸发冷却系统，为房间提供冷量。当太阳能辐射增强时，在太阳能集热器7内吸热升温的水进入蓄热水箱8，水箱上层温度达到发生器所需温度时，发生循环水泵12开启，制冷剂和热水在发生器1中吸收热量变成高压饱和蒸汽，高温高压蒸汽进入喷射器2中膨胀、降压从而吸入蒸发器4中的低压蒸汽两流体混合、升压后离开喷射器2进入冷凝器3，经冷凝后的液态制冷剂分为两路，一路通过节流阀进入蒸发器4，通过风机将冷量输送到建筑内，一路经工质泵6回到发生器1中，完成循环。
该装置将太阳能喷射制冷与直接蒸发冷却系统进行复合，在晴朗气候条件下上午10点以前的时段，由于太阳辐射照度低，太阳能集热器7所收集的太阳能不足以驱动喷射制冷，利用蓄电池14中的电能驱动直接蒸发冷却系统为房间供冷；此时，太阳能热集热器7所收集的太阳能转化为热能，储存于集热水箱8中。与此同时太阳能光伏供电系统开始吸收太阳能，将其转化为电能，储存于蓄电池14中。随着太阳辐射的增强，集热水箱8中的热量足以驱动喷射制冷系统运行时，开启太阳能喷射制冷系统，利用蓄电池14中的电能驱动集热循环水泵9、发生循环泵12、喷淋循环水泵17、工质泵6以及风机20，喷射制冷系统为房间供冷，同时，阀门Ⅱ22关闭、21开启，直接蒸发冷却系统，室外空气通过进风口23经过冷凝器3换热管表面与喷淋水和换热管内制冷剂换热之后，在风机20的作用下，由出风口24排到室外.
在空气干燥的气候条件下，直接蒸发冷却系统供冷能力强，而且室内空气湿度小，直接蒸发冷却系统就可以满足为建筑供冷的要求。由于直接蒸发冷却系统耗电量很小，利用储存在蓄电池中电能和当时转换的电能就可以满足直接蒸发冷却系统循环水泵的用电量。室外空气在风机20的作用下，由进风口23进入风道，在冷凝器3的换热管表面与喷淋水换热，被冷却后由出风管Ⅱ25送入室内，为房间供冷。
以新疆喀什地区某建筑为例，面积为5㎡，层高为2 m的建筑，夏季（7、 8月）最大冷负荷为1kw，整个夏季完全用电压缩制冷系统的总用电量为162.6kw.h,完全用光伏供电式太阳能喷射与直接蒸发复合制冷系统总用电量为74.4 kw.h，复合系统耗电仅为电压缩制冷系统45.7%。
Claims (3)
1.一种光伏供电式太阳能喷射与直接蒸发复合制冷装置，包括太阳能光伏供电系统、太阳能喷射制冷系统和太阳能直接蒸发冷却系统；其特征在于：将所述太阳能光伏供电系统、所述太阳能喷射制冷系统和所述太阳能直接蒸发冷却系统进行结构优化运行并连通集于一起，实现相同制冷情况下的“零”能耗；
所述太阳能光伏供电系统是由太阳能电池板（13）依次连接有蓄电池（14）和逆变器（15），并通过逆变器（15）直交流转换后分别提供给太阳能喷射制冷系统的集热循环水泵（9）、发生循环水泵（12）、工质泵（6）以及直接蒸发冷却系统的风机（20）和喷淋循环水泵（17）；
所述太阳能喷射制冷系统是由太阳能集热回路、发生回路和喷射制冷回路连通构成；所述太阳能集热回路是由太阳能集热器（7）出水口依次连通有蓄热水箱（8）、集热循环水泵（9）和太阳能集热器（7）进水口构成；所述发生回路是由蓄热水箱（8）发生侧出水口依次连通有流量调节阀（11）、发生循环水泵（12）以及发生器（1），最后回到蓄热水箱（8）的发生侧入水口构成；所述喷射制冷回路是由喷射器（2）的混合流体出口和冷凝器（3）连通，在冷凝器（3）之后分为两路，一路依次连通有膨胀阀（5）、蒸发器（4）和喷射器（2）的引射流体入口，另一路通过工质泵（6）依次连通有发生器（1）和喷射器（2）的工作流体入口；
所述太阳能直接蒸发冷却系统是由底部设置的喷淋循环水箱（16），并通过管道依次连通接喷淋循环水泵（17）和喷淋装置（18），底部侧面设置的进风口（23）；顶部出风管Ⅰ（24）上设置的阀门Ⅰ（21）与出风管Ⅱ（25）上设置的阀门Ⅱ（22）；以及进风口（23）与出风管Ⅱ（25）之间依次设置的冷凝器（3）、喷淋装置（18）、挡水板（19）和风机（20）构成；
所述太阳能光伏供电系统是为太阳能喷射制冷系统和直接蒸发冷却系统提供电量；
所述直接蒸发冷却系统直接为室内供冷，或是在太阳能喷射制冷系统工作时，作为所述太阳能喷射制冷系统的冷凝器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述冷凝器（3）的换热管是铜管，或是铝合金管的一种。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述光伏供电式太阳能喷射与直接蒸发复合制冷装置是在天气条件允许的情况下优先启动直接蒸发冷却制冷系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |