CN106288503B - 一种太阳能驱动的喷射‑吸收式制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能驱动的喷射‑吸收式制冷系统，包括热水循环管路、溶液循环管路、制冷剂循环管路、冷却水循环管路和控制装置，热水循环管路回收太阳能、存储能量以供应发生器所用能量；溶液循环管路利用温度差提取或溶解制冷剂于溶液中，制冷剂循环管路，利用冷凝器把热量排除和利用蒸发器吸收热量进行制冷；冷却水循环管路，利用冷却水把室内热量通过冷却塔排到室外，根据溶液循环管路的过冷器和吸收器以及制冷剂循环管路的冷凝器对冷不同的需求，对其依次进行冷却；控制装置负责各循环管路的启停控制以及运行的安全，以确保吸收制冷装置在变工况的条件下保持最优的制冷效率。本发明提高了工况变化时的效率，弥补了传统系统仅按标准工况时的控制策略运行的不足。

Description

一种太阳能驱动的喷射-吸收式制冷系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能驱动的喷射-吸收式制冷系统。

背景技术

可再生能源、工业废热与余热的充分利用一直以来是人们实现节能的一种有效手段，而吸收式制冷技术是利用低品位热源来制冷的方法之一。然而，相比于压缩式制冷吸收式制冷技术制冷效率较低。因此，提高系统的制冷效率一直以来是人们研究吸收式制冷系统的主要内容。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种太阳能驱动的喷射-吸收式制冷系统，本发明利用喷射器代替传统吸收式制冷系统中的节流阀和气泡吸收器，有效提高了系统的制冷效率；同时，利用控制装置对系统的启/停、安全运行以及变工况高效运行进行了有效的控制，进一步提高了工况变化时的效率，弥补了传统系统仅按标准工况时的控制策略运行的不足。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种太阳能驱动的喷射-吸收式制冷系统，包括热水循环管路、溶液循环管路、制冷剂循环管路、冷却水循环管路和控制装置，其中：

所述热水循环管路回收太阳能、存储能量以供应发生器所用能量；

所述溶液循环管路利用温度差提取或溶解制冷剂于溶液中，浓、淡溶液交替进入发生器，维持溶液的循环；

所述制冷剂循环管路，利用冷凝器把热量排除和利用蒸发器吸收热量进行制冷；

所述冷却水循环管路，利用冷却水把室内热量通过冷却塔排到室外，根据溶液循环管路的过冷器和吸收器以及制冷剂循环管路的冷凝器对冷不同的需求，对其依次进行冷却；

所述控制装置负责各循环管路的启停控制以及运行的安全，以确保吸收制冷装置在变工况的条件下保持最优的制冷效率。

所述热水循环管路，包括依次相连、形成回路的太阳能集热器、储热水箱和加热器，太阳能集热器与储热水箱之间设置有热水循环泵，加热器与发生器并联，太阳能集热器用于把太阳能转变成循环水的热能，储热水箱用于储存未用完的热能，热水循环泵提供循环水的动能；加热器在回收的太阳能供应不足时用于补充热能，保证制冷过程的连续性。

所述溶液循环管路，包括热回收换热器、浓溶液罐和稀溶液罐，发生器利用太阳能提供的热量将发生器内的溶液加热到设定温度，分离出的制冷剂从稀溶液罐的顶部流入制冷剂循环管路，剩余的稀溶液从稀溶液罐的底部流入热回收换热器，继续进行溶液的循环，热回收换热器将从稀溶液罐流出的稀溶液与流入浓溶液罐的浓溶液之间进行热量交换，回收稀溶液带走的热量，浓溶液罐底部流出的浓溶液由循环泵驱动经过热回收交换器回收完热量后进入发生器，重复循环。

所述热回收交换器和浓溶液罐之间依次设置有过冷器、喷射器和吸收器，所述过冷器利用冷却水循环管路的冷却水对从热回收换热器里出来的稀溶液进行过冷处理，使稀溶液处于过冷状态，提高稀溶液在喷射器中溶解吸收引射的二次流的能力。

所述喷射器包括腔体，所述腔体包括一次流侧、二次流侧和出口侧，所述腔体内设置有喷嘴，且喷嘴方向为由一次流侧向出口侧喷射，所述一次流侧设置有电机，所述电机的输出端连接有阀针，电机由脉冲驱动，电机推动阀针重复进行前后移动，所述阀针尖端设置于喷嘴的端口处，阀针的前后移动可以改变喷嘴的开口面积，所述喷嘴的喷射出口处设置有气泡吸收室。

优选的，所述一次流侧设置有一次流入口，且一次流入口设置于喷嘴入射端的前方。

优选的，所述二次流侧设置有二次流入口，且所述二次流入口设置于喷嘴的引射端处。

优选的，所述气泡吸收室设置于喷嘴的出射端口，从喷嘴中喷射出的一次流溶液吸收引射二次流蒸汽。

优选的，所述喷嘴为梅花形。

优选的，所述一次流在高压下从喷嘴喷射出，引射二次流，使二次流产生负压，起到降低二次流压力的作用。

所述制冷剂循环管路，包括冷凝器、贮液器、电子膨胀阀和蒸发器，所述冷凝器采集稀溶液罐顶部的制冷剂，与冷却水循环中的冷却水进行热交换，使制冷剂蒸汽全部液化变成高压低温的制冷剂溶液流出冷凝器，进入贮液器，在电子膨胀阀的节流降压作用下，流出电子膨胀阀的制冷剂溶液变成低温低压的二相流溶液进入蒸发器，低温低压的二相流溶液在蒸发器中吸收了室内空气的热量变成过热蒸汽离开蒸发器，流入喷射器，重复循环。

所述溶液为二甲基甲酰胺和R134a的混合物(二甲基甲酰胺为溶剂，R134a为溶质)，所述制冷剂为R134a。

所述冷却水循环管路，包括冷却水循环泵和冷却塔，从冷却塔流出的冷却水先后依次流经过冷器、吸收器和冷凝器，根据各管路对冷不同的需求，对其进行冷却，有效的利用冷却水的冷量。

本发明的有益效果为：

(1)采用二甲基甲酰胺(DMF，溶剂)和R134a(制冷剂)作为工质对，克服了传统的吸收式制冷系统工质对具有腐蚀性、结晶等缺陷，并具有较高的制冷效率；

(2)利用电动可调的变喷嘴喷射器替代传统的吸收式制冷系统中节流阀和气泡吸收器，不仅可以控制流量和调节压力，还可以降低二流压力(即：蒸发压力)，起到提高整体系统制冷效率的作用；

(3)在喷射器前增设了一个过冷器，使进入喷射器的溶液处于过冷状态，增强了喷射器的溶液对引射二次流蒸汽的溶解吸收作用；

(4)冷却水循环使用一个冷却塔，根据各部件对冷的需求，冷却水先后对过冷器、吸收器和冷凝器依次进行冷却，有效的利用了冷却水的冷量。

(5)采用控制装置对系统的启停、安全以及性能进行监控，既保证了系统运行的安全，又确保系统在变工况条件下保持最优的制冷效率。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图2是本发明中控制装置内的监控方法结构图

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种太阳能驱动的喷射式吸收制冷装置，采用二甲基甲酰胺(DMF，溶剂)和R134a(制冷剂)作为工质对。其结构由热水循环、溶液循环、制冷剂循环和冷却水循环四个循环和控制装置构成，如图1所示。其中：热水循环由太阳能集热器、储热水箱、热水循环泵、辅助加热器组成；溶液循环由发生器、稀溶液罐、热回收换热器、过冷器、喷射器、吸收器、浓溶液罐和溶液循环泵构成；制冷循环由冷凝器、贮液器、电子膨胀阀和蒸发器构成；冷却水循环由冷却塔、过冷器、吸收器、冷凝器和冷却水循环泵构成。

所述的制冷装置采用二甲基甲酰胺(DMF，溶剂)和R134a(制冷剂)作为工质对来代替传统的吸收式制冷装置中的溴化锂溶液(溶剂)和水(制冷剂)组成的工质对或水(溶剂)和氨(制冷剂)组成的工质对。

各部件的详细说明如下：

1)热水循环用于太阳能的回收、存储以及发生器所用能量的供应。其中：太阳能集热器用于把太阳能转变成循环水的热能；热水循环泵提供循环水的动能；储热水箱用于储存未用完的热能；辅助加热器在回收的太阳能供应不足时用于补充系统的热能，保证制冷过程的连续性。

2)溶液循环有两个作用：a)在高温下把制冷剂从溶液中分离出来；b)在低温下把制冷剂溶解于溶液之中。其中：发生器利用热水循环提供的热量加热溶液到设定温度；稀溶液罐为制冷剂从高温溶液中分离出来提供必要的场所和条件，分离出来的制冷剂蒸汽从罐的顶部流入制冷剂循环，剩余的稀溶液从罐的底部流入热回收换热器，继续进行溶液的循环。热回收换热器用于从稀溶液罐流出的稀溶液与流入浓溶液罐的浓溶液之间的热量交换，回收稀溶液带走的热量。过冷器利用冷却水循环的冷却水对从热回收换热器里出来的稀溶液进行过冷处理，使稀溶液处于过冷状态，提高稀溶液在喷射器中溶解吸收引射的二次流(制冷剂蒸汽)的能力。喷射器的喷嘴开口面积连续可调，在控制器的作用下通过调节溶液的流量来控制稀溶液罐中的液位；另外从喷射器喷嘴中喷射出来的一次流引射二次流进入气泡吸收室，并在气泡吸收室内迅速溶解吸收，具有降低二次流压力的作用。吸收器利用冷却水循环中的冷却水对从喷射器中出来的溶液和制冷剂气泡的混合液进行进一步冷却，使没有溶解的制冷剂气泡充分溶解吸收。浓溶液罐用于储存浓溶液。从浓溶液罐底部流出的浓溶液由循环泵驱动经过热回收交换器回收完热量后进入发生器，重复循环。

3)制冷剂循环具有利用冷凝器把热量排到室外和利用蒸发器吸收室内热量进行制冷的作用。从稀溶液罐顶部流出的高温高压的制冷剂蒸汽进入冷凝器后，与冷却水循环中的冷却水进行热交换，使制冷剂蒸汽全部液化变成高压低温的制冷剂溶液流出冷凝器，进入电子膨胀阀。在电子膨胀阀的节流降压作用下，流出电子膨胀阀的制冷剂溶液变成低温低压的二相流溶液进入蒸发器。低温低压的二相流溶液在蒸发器中吸收了室内空气的热量变成过热蒸汽离开蒸发器，流入喷射器，重复循环。

所述的制冷装置采用变喷嘴的喷射器来代替传统的吸收式制冷装置中节流阀和气泡吸收器。所述的变喷嘴的喷射器由脉冲电信号驱动，在系统中具有控制稀溶液罐液位、节流降压和气泡吸收的作用。

4)冷却水循环的作用是利用冷却塔把热量排到室外。在本发明中，从冷却塔流出的冷却水先后依次流经过冷器、吸收器和冷凝器，根据各部件对冷不同的需求，对其进行冷却，有效的利用冷却水的冷量。

5)控制装置负责系统的启停控制、运行的安全以及系统优化运行，包括系统的数据采集、性能监视、故障检测与诊断、故障处理和优化运行的控制策略，如图2所示。所述的数据采集是利用安装在管路内的温度、压力、液位和流量传感器采集系统实时运行的参数；所述的性能监视是利用采集的数据实时计算并显示系统的性能；所述的故障检测与诊断是利用采集的数据自动识别故障的有无、“软”“硬”，(所述的“软”故障是指出现故障时，系统不用停机，只要重新设置控制参数就能排除的故障，所述的“硬”故障是指系统停机才能处理的故障)，并根据故障的类别进行隔离；所述的故障处理是根据故障的大小、“软”“硬”分别进行的停机、报警等不同的处理措施；所述的优化运行的控制策略是在环境条件、负荷需求发生变化时，实时的改变系统各部件的运行方式，使系统按最优的优化目标运行。

本发明一方面改造了传统吸收式制冷系统的结构，从系统设计角度提高了系统的制冷效率；另一方面，利用控制装置对系统的启/停、安全运行以及变工况高效运行进行了有效的控制，进一步提高了工况变化时的效率，弥补了传统系统仅按标准工况时的控制策略运行的不足。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种太阳能驱动的喷射-吸收式制冷系统，其特征是：包括热水循环管路、溶液循环管路、制冷剂循环管路、冷却水循环管路和控制装置，其中：

所述热水循环管路回收太阳能、存储能量以供应发生器所用能量；

所述溶液循环管路利用温度差提取或溶解制冷剂于溶液中，浓、淡溶液交替进入发生器，维持溶液的循环；

所述制冷剂循环管路，利用冷凝器把热量排除和利用蒸发器吸收热量进行制冷；

所述冷却水循环管路，利用冷却水把室内热量通过冷却塔排到室外，根据溶液循环管路的过冷器和吸收器以及制冷剂循环管路的冷凝器对冷不同的需求，对其依次进行冷却；

所述控制装置负责各循环管路的启停控制以及运行的安全，以确保吸收制冷装置在变工况的条件下保持最优的制冷效率；

所述溶液循环管路，包括热回收换热器、浓溶液罐和稀溶液罐，发生器利用太阳能提供的热量将发生器内的溶液加热到设定温度，分离出的制冷剂从稀溶液罐的顶部流入制冷剂循环管路，剩余的稀溶液从稀溶液罐的底部流入热回收换热器，继续进行溶液的循环，热回收换热器将从稀溶液罐流出的稀溶液与流入浓溶液罐的浓溶液之间进行热量交换，回收稀溶液带走的热量，浓溶液罐底部流出的浓溶液由循环泵驱动经过热回收换热器回收完热量后进入发生器，重复循环；

所述热回收换热器和浓溶液罐之间依次设置有过冷器、喷射器和吸收器，所述过冷器利用冷却水循环管路的冷却水对从热回收换热器里出来的稀溶液进行过冷处理，使稀溶液处于过冷状态，提高稀溶液在喷射器中溶解吸收引射的二次流的能力；

所述喷射器包括腔体，所述腔体包括一次流侧、二次流侧和出口侧，所述腔体内设置有喷嘴，且喷嘴方向为由一次流侧向出口侧喷射，所述一次流侧设置有电机，所述电机的输出端连接有阀针，电机由脉冲驱动，电机推动阀针重复进行前后移动，所述阀针尖端设置于喷嘴的端口处，阀针的前后移动可以改变喷嘴的开口面积，所述喷嘴的喷射出口处设置有气泡吸收室。

2.如权利要求1所述的一种太阳能驱动的喷射-吸收式制冷系统，其特征是：所述热水循环管路，包括依次相连、形成回路的太阳能集热器、储热水箱和加热器，太阳能集热器与储热水箱之间设置有热水循环泵，加热器与发生器并联，太阳能集热器用于把太阳能转变成循环水的热能，储热水箱用于储存未用完的热能，热水循环泵提供循环水的动能；加热器在回收的太阳能供应不足时用于补充热能，保证制冷过程的连续性。

3.如权利要求1所述的一种太阳能驱动的喷射-吸收式制冷系统，其特征是：所述一次流侧设置有一次流入口，且一次流入口设置于喷嘴入射端的前方；

所述二次流侧设置有二次流入口，且所述二次流入口设置于喷嘴的引射端处。

4.如权利要求1所述的一种太阳能驱动的喷射-吸收式制冷系统，其特征是：所述气泡吸收室设置于喷嘴的出射端口，从喷嘴中喷射出的一次流溶液吸收引射二次流蒸汽。

5.如权利要求1所述的一种太阳能驱动的喷射-吸收式制冷系统，其特征是：所述制冷剂循环管路，包括冷凝器、贮液器、电子膨胀阀和蒸发器，所述冷凝器采集稀溶液罐顶部的制冷剂，与冷却水循环中的冷却水进行热交换，使制冷剂蒸汽全部液化变成高压低温的制冷剂溶液流出冷凝器，进入贮液器，在电子膨胀阀的节流降压作用下，流出电子膨胀阀的制冷剂溶液变成低温低压的二相流溶液进入蒸发器，低温低压的二相流溶液在蒸发器中吸收了室内空气的热量变成过热蒸汽离开蒸发器，流入喷射器，重复循环。

6.如权利要求1所述的一种太阳能驱动的喷射-吸收式制冷系统，其特征是：所述溶液为二甲基甲酰胺和R134a的混合物，其中，二甲基甲酰胺为溶剂，R134a为溶质，所述制冷剂为R134a。

7.如权利要求1所述的一种太阳能驱动的喷射-吸收式制冷系统，其特征是：所述冷却水循环管路，包括冷却水循环泵和冷却塔，从冷却塔流出的冷却水先后依次流经过冷器、吸收器和冷凝器，根据各管路对冷不同的需求，对其进行冷却，有效的利用冷却水的冷量。