CN106352582A - 一种太阳能制冷系统及制冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能制冷系统及制冷方法，该系统包括蓄热器、喷射器、蒸发器；蓄热器用于利用吸收有太阳能的蓄热介质，对内部存储的高压液态制冷剂进行热交换，以将其转变为高压气态制冷剂；喷射器用于将所述高压气态制冷剂经喷嘴喷出，以在喷嘴处产生负压，并利用负压作用以吸入蒸发器中的低压气态制冷剂；蒸发器用于内部的低压气态制冷剂被吸出时，利用内部存储的低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，以将其转变为低压气态制冷剂。由于可以利用吸收的太阳能，以引发低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，从而对外部环境制冷，故这一制冷方式的供电需求较少。因此，本方案能够降低制冷系统的耗电量。

Description

一种太阳能制冷系统及制冷方法

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种太阳能制冷系统及制冷方法。

背景技术

随着电子信息行业的飞速发展，数据中心也进入一个新的发展阶段。由于数据中心的持续运行通常会产生大量热量，故在加强数据中心基础管理的同时，需要维持恒定的室内温度。可见，数据中心空调制冷系统的可靠性通常直接影响数据中心的安全。

目前，数据中心空调制冷系统大多采用压缩式制冷循环，这一制冷方式的耗电量通常较大。

据统计，在数据中心机房中，空调制冷系统的耗能约占总体耗能的40％。因此，现有的制冷方式使得制冷系统的耗电量较高。

发明内容

本发明提供了一种太阳能制冷系统及制冷方法，能够降低制冷系统的耗电量。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种太阳能制冷系统，包括：

蓄热器、喷射器、蒸发器；

所述喷射器分别与所述蓄热器和所述蒸发器相连；

所述蓄热器，用于利用吸收有太阳能的蓄热介质，对内部存储的高压液态制冷剂进行热交换，以将所述高压液态制冷剂转变为高压气态制冷剂，并 向所述喷射器提供所述高压气态制冷剂；

所述喷射器，用于将所述高压气态制冷剂经喷嘴喷出，以在所述喷嘴处产生负压，并利用负压作用以吸入所述蒸发器中的低压气态制冷剂；

所述蒸发器，用于内部的低压气态制冷剂被吸出时，利用内部存储的低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，以将所述低压液态制冷剂转变为低压气态制冷剂。

进一步地，该太阳能制冷系统还包括：集热器、第一泵、冷凝器、第二泵、节流阀；

所述蓄热器还分别与所述集热器、所述第一泵、所述第二泵相连；

所述集热器与所述第一泵相连；

所述冷凝器分别与所述喷射器、所述第二泵、所述节流阀相连；

所述蒸发器与所述节流阀相连；

所述集热器，用于利用内部存储的蓄热介质吸收太阳能，并向所述蓄热器提供吸收有太阳能的蓄热介质；

所述蓄热器，还用于向所述集热器提供换热后的蓄热介质；

所述第一泵，用于将所述换热后的蓄热介质送入到所述集热器中；

所述喷射器，还用于向所述冷凝器提供包括有所述高压气态制冷剂和所述低压气态制冷剂的混合气态制冷剂；

所述冷凝器，用于对所述混合气态制冷剂进行热交换，以将所述混合气态制冷剂转变为换热后的液态制冷剂，并分别向所述蓄热器和所述蒸发器提供所述换热后的液态制冷剂；

所述第二泵，用于将所述冷凝器向所述蓄热器提供的换热后的液态制冷剂进行升压，并将升压后得到的高压液态制冷剂送入到所述蓄热器中；

所述节流阀，用于将所述冷凝器向所述蒸发器提供的换热后的液态制冷剂进行降压，并将降压后得到的低压液态制冷剂送入到所述蒸发器中。

进一步地，所述节流阀包括：电子膨胀阀，且所述电子膨胀阀的型号根据电子膨胀阀的流通面积和蒸发器的所需制冷量进行选定；

所述电子膨胀阀的流通面积利用公式一进行计算；

所述公式一包括：

$A=\frac{m}{(0.02005\sqrt{\mathrm{\ρ}}+0.634v)\×\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_1-P_2)}}$

其中，A为电子膨胀阀的流通面积,单位为m²；m为制冷剂的流量，单位为kg/s；ρ为电子膨胀阀进口处的制冷剂液体密度，kg/m³；ν为制冷剂的比容；P₁为制冷剂的进口压力，单位为Pa；P₂为制冷剂的出口压力，单位为Pa。

进一步地，所述喷射器包括：喷嘴、吸入室、混合室、增压室；

所述喷嘴经管道与所述蓄热器相连，所述吸入室经管道与所述蒸发器相连；

所述混合室分别与所述吸入室和所述增压室相连；

所述喷嘴内嵌于所述吸入室中；

所述喷嘴、所述吸入室、所述混合室和所述增压室的中心轴线均相重合；

所述喷嘴，用于当所述蓄热器提供的高压气态制冷剂进入到内部腔体中时，基于该内部腔体直径的逐渐缩小，将所述高压气态制冷剂高速喷出，使得所述高压气态制冷剂的流速升高、压力降低，以在所述吸入室内产生负压；

所述吸入室，用于内部腔体中存在负压时，利用负压作用力以吸入所述蒸发器中的低压气态制冷剂；基于由所述喷嘴喷出的高压气态制冷剂的伴流作用，使得所述低压气态制冷剂的流速升高、压力降低；

所述混合室，用于当所述高压气态制冷剂和所述低压气态制冷剂进入到内部腔体中时，基于两者间的内摩擦、撞击和紊流作用，得到包括有所述高压气态制冷剂和所述低压气态制冷剂的混合气态制冷剂，其中，所述混合气态制冷剂的流速介于所述高压气态制冷剂的流速和所述低压气态制冷剂的流速之间；

所述增压室，用于当所述混合气态制冷剂进入到内部腔体中时，基于该内部腔体直径的逐渐扩大，使得所述混合气态制冷剂的流速降低、压力升高。

进一步地，目标气态制冷剂包括：所述高压气态制冷剂、所述低压气态制冷剂、所述混合气态制冷剂中的任意一种；

所述目标气态制冷剂在流动过程中的流速和压力满足公式二；

所述公式二包括：

$P_1+\frac{\mathrm{\ρ}\×{w_1}^2}{2}+{\mathrm{\ρgh}}_1=P_2+\frac{\mathrm{\ρ}\×{w_2}^2}{2}+{\mathrm{\ρgh}}_2$

其中，P₁为目标气态制冷剂在t₁时刻的压力，ρ为目标气态制冷剂的流体密度，w₁为目标气态制冷剂在t₁时刻的流速，g为重力加速度，h₁为目标气态制冷剂在t₁时刻的所在高度，P₂为目标气态制冷剂在t₂时刻的压力，w₂为目标气态制冷剂在t₂时刻的流速，h₂为目标气态制冷剂在t₂时刻的所在高度。

进一步地，该太阳能制冷系统还包括：分流阀；

所述分流阀分别与所述冷凝器、所述第二泵、所述节流阀相连；

所述分流阀，用于根据预先确定的分流比例，将所述冷凝器中的换热后的液态制冷剂进行分流，并将分流后的对应于所述蓄热器的液态制冷剂输出至所述第二泵，将分流后的对应于所述蒸发器的液态制冷剂输出至所述节流阀。

进一步地，所述第一泵包括：动力循环泵；

所述第二泵包括：制冷剂加压泵，且所述制冷剂加压泵的材质为铝合金或不锈钢。

进一步地，所述冷凝器中存储有冷却介质；

所述冷凝器中，所述冷却介质与所述混合气态制冷剂的热交换方式为间接换热，且所述冷却介质走管程，所述混合气态制冷剂走壳程。

进一步地，所述蓄热介质包括：水，或，导热油；

所述导热油包括：丙二醇。

进一步地，所述高压液态制冷剂包括：R134a、R407C、R410A中的任意一种。

进一步地，所述蓄热器中，所述吸收有太阳能的蓄热介质与所述高压液态制冷剂的热交换方式为间接换热，且所述吸收有太阳能的蓄热介质走壳程，所述高压液态制冷剂走管程。

另一方面，本发明提供了一种利用太阳能进行制冷的方法，包括：

利用吸收有太阳能的蓄热介质对高压液态制冷剂进行热交换，以将所述高压液态制冷剂转变为高压气态制冷剂；

将所述高压气态制冷剂经喷嘴喷出，以在所述喷嘴处产生负压，并利用负压作用以吸入低压气态制冷剂；

所述低压气态制冷剂被吸出时，利用低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，以将所述低压液态制冷剂转变为低压气态制冷剂。

进一步地，在所述利用吸收有太阳能的蓄热介质对高压液态制冷剂进行热交换之前，还包括：利用蓄热介质吸收太阳能；

在所述利用吸收有太阳能的蓄热介质对高压液态制冷剂进行热交换之后，还包括：回收换热后的蓄热介质；

对由经喷嘴喷出的高压气态制冷剂和被吸入的低压气态制冷剂组成的混合气态制冷剂进行热交换，以将所述混合气态制冷剂转变为液态制冷剂；

对所述液态制冷剂中的一部分进行加压，得到高压液态制冷剂，以及对所述液态制冷剂中的另一部分进行降压，得到低压液态制冷剂。

本发明提供了一种太阳能制冷系统及制冷方法，该系统包括蓄热器、喷射器、蒸发器；蓄热器用于利用吸收有太阳能的蓄热介质，对内部存储的高压液态制冷剂进行热交换，以将其转变为高压气态制冷剂；喷射器用于将所述高压气态制冷剂经喷嘴喷出，以在喷嘴处产生负压，并利用负压作用以吸入蒸发器中的低压气态制冷剂；蒸发器用于内部的低压气态制冷剂被吸出时，利用内部存储的低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，以将其转变为低压气态制冷剂。由于可以利用吸收的太阳能，以引发低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，从而对外部环境制冷，故这一制冷方式的供电需求较少。因此，本发明能够降低制冷系统的耗电量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种太阳能制冷系统的示意图；

图2是本发明一实施例提供的另一种太阳能制冷系统的示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种喷射器的结构示意兼工作原理图；

图4是本发明一实施例提供的一种冷凝器的内部换热结构示意图；

图5是本发明一实施例提供的一种太阳能制冷系统的结构示意图；

图6是本发明一实施例提供的一种利用太阳能进行制冷的方法的流程图；

图7是本发明一实施例提供的另一种利用太阳能进行制冷的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种太阳能制冷系统，可以包括：

蓄热器101、喷射器102、蒸发器103；

所述喷射器102分别与所述蓄热器101和所述蒸发器103相连；

所述蓄热器101，用于利用吸收有太阳能的蓄热介质，对内部存储的高压液态制冷剂进行热交换，以将所述高压液态制冷剂转变为高压气态制冷剂， 并向所述喷射器102提供所述高压气态制冷剂；

所述喷射器102，用于将所述高压气态制冷剂经喷嘴1021喷出，以在所述喷嘴1021处产生负压，并利用负压作用以吸入所述蒸发器103中的低压气态制冷剂；

所述蒸发器103，用于内部的低压气态制冷剂被吸出时，利用内部存储的低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，以将所述低压液态制冷剂转变为低压气态制冷剂。

本发明实施例提供了一种太阳能制冷系统，包括蓄热器、喷射器、蒸发器；蓄热器用于利用吸收有太阳能的蓄热介质，对内部存储的高压液态制冷剂进行热交换，以将其转变为高压气态制冷剂；喷射器用于将所述高压气态制冷剂经喷嘴喷出，以在喷嘴处产生负压，并利用负压作用以吸入蒸发器中的低压气态制冷剂；蒸发器用于内部的低压气态制冷剂被吸出时，利用内部存储的低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，以将其转变为低压气态制冷剂。由于可以利用吸收的太阳能，以引发低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，从而对外部环境制冷，故这一制冷方式的供电需求较少。因此，本发明实施例能够降低制冷系统的耗电量。

本发明实施例中，所述的高压液态制冷剂、高压气态制冷剂、低压液态制冷剂、低压气态制冷剂、混合气态制冷剂、换热后的液态制冷剂均为同一种类的制冷剂，区别点在于制冷剂的压力和存在状态不同。

在本发明的一个实施例中，所述高压液态制冷剂包括：R134a、R407C、R410A中的任意一种。同理，高压气态制冷剂、低压液态制冷剂、低压气态制冷剂、混合气态制冷剂、换热后的液态制冷剂均可以为R134a、R407C、R410A中的任意一种。

在本发明的一个实施例中，请参考图2，为了实现制冷剂和蓄热介质的循环利用，所以，该太阳能制冷系统还可以包括：集热器201、第一泵202、冷凝器203、第二泵204、节流阀205；

所述蓄热器101还分别与所述集热器201、所述第一泵202、所述第二泵204相连；

所述集热器201与所述第一泵202相连；

所述冷凝器203分别与所述喷射器102、所述第二泵204、所述节流阀205相连；

所述蒸发器103与所述节流阀205相连；

所述集热器201，用于利用内部存储的蓄热介质吸收太阳能，并向所述蓄热器101提供吸收有太阳能的蓄热介质；

所述蓄热器101，还用于向所述集热器201提供换热后的蓄热介质；

所述第一泵202，用于将所述换热后的蓄热介质送入到所述集热器201中；

所述喷射器102，还用于向所述冷凝器203提供包括有所述高压气态制冷剂和所述低压气态制冷剂的混合气态制冷剂；

所述冷凝器203，用于对所述混合气态制冷剂进行热交换，以将所述混合气态制冷剂转变为换热后的液态制冷剂，并分别向所述蓄热器101和所述蒸发器103提供所述换热后的液态制冷剂；

所述第二泵204，用于将所述冷凝器203向所述蓄热器101提供的换热后的液态制冷剂进行升压，并将升压后得到的高压液态制冷剂送入到所述蓄热器101中；

所述节流阀205，用于将所述冷凝器203向所述蒸发器103提供的换热后的液态制冷剂进行降压，并将降压后得到的低压液态制冷剂送入到所述蒸发器103中。

详细地，集热器中的蓄热介质吸收太阳能后，通常携带有高热量，其在蓄热期中与高压液态制冷剂进行热交换时，可以使高压液态制冷剂升温气化，以将高压液态制冷剂转变为高压气态制冷剂。其中，该高压气态制冷剂的压力较高，但流速较低。

在本发明的一个实施例中，所述蓄热介质包括：水，或，导热油；

所述导热油包括：丙二醇。

基于相同的太阳能吸收原理，蓄热介质可以为水或导热油。与水相比，导热油冰点更低，不结冻，可储高热，无腐蚀，不会对导热铜管和集热板有不利影响。因此，蓄热介质可以优选导热油，且通常情况下，该导热油大多选用丙二醇。

在本发明的一个实施例中，所述第一泵202包括：动力循环泵。

详细地，动力循环泵可以将集热器中吸收有太阳能的蓄热介质经连接管道泵入至蓄热器中，以进行热交换作用，以及可以将蓄热器中换热后的蓄热介质经连接管道泵入集热器中，以再次吸收太阳能，从而可以实现蓄热介质的循环利用。

对应地，当蓄热介质为水时，第一泵可以为水动力循环泵。当蓄热介质为导热油时，第一泵可以为油动力循环泵。

在本发明的一个实施例中，所述蓄热器101中，所述吸收有太阳能的蓄热介质与所述高压液态制冷剂的热交换方式为间接换热，且所述吸收有太阳能的蓄热介质走壳程，所述高压液态制冷剂走管程。

详细地，高压液态制冷剂经热交换后，会升温气化而转变为高压气态制冷剂，且基于气体的扩散流动作用，该高压气态制冷剂可以自动进入喷射器中。

在本发明的一个实施例中，请参考图3，所述喷射器102包括：喷嘴1021、吸入室1022、混合室1023、增压室1024；

所述喷嘴1021经管道与所述蓄热器101相连，所述吸入室1022经管道与所述蒸发器103相连；

所述混合室1023分别与所述吸入室1022和所述增压室1024相连；

所述喷嘴1021内嵌于所述吸入室1022中；

所述喷嘴1021、所述吸入室1022、所述混合室1023和所述增压室1024的中心轴线均相重合；

所述喷嘴1021，用于当所述蓄热器101提供的高压气态制冷剂进入到内部腔体中时，基于该内部腔体直径的逐渐缩小，将所述高压气态制冷剂高速 喷出，使得所述高压气态制冷剂的流速升高、压力降低，以在所述吸入室1022内产生负压；

所述吸入室1022，用于内部腔体中存在负压时，利用负压作用力以吸入所述蒸发器103中的低压气态制冷剂；基于由所述喷嘴1021喷出的高压气态制冷剂的伴流作用，使得所述低压气态制冷剂的流速升高、压力降低；

所述混合室1023，用于当所述高压气态制冷剂和所述低压气态制冷剂进入到内部腔体中时，基于两者间的内摩擦、撞击和紊流作用，得到包括有所述高压气态制冷剂和所述低压气态制冷剂的混合气态制冷剂，其中，所述混合气态制冷剂的流速介于所述高压气态制冷剂的流速和所述低压气态制冷剂的流速之间；

所述增压室1024，用于当所述混合气态制冷剂进入到内部腔体中时，基于该内部腔体直径的逐渐扩大，使得所述混合气态制冷剂的流速降低、压力升高。

详细地，吸入室还可称作收缩管，增压室还可称作扩张管。

在图3中，图例上侧所示图形可以为喷射器的结构示意图，图例下侧所示图形可以为喷射器的工作原理图。

在图3的下侧所示图形中，虚线为流速变化曲线，实线为压力变化曲线。其中，来自蓄热器的高压气态制冷剂的压力为P₀，流速为W₀，在经过喷嘴的直径渐缩位置时，压力由P₀逐渐减小，同时流速有W₀逐渐增大，经喷嘴喷出后，压力降至P₁，流速升至W₁。这一情况导致吸入室内存在负压或真空，从而吸入来自蒸发器的低压气态制冷剂。来自蒸发器的低压气态制冷剂压力为P_k，流速为W_k，基于来自蓄热器的高压气态制冷剂在吸入室中的高速伴流作用，该低压气态制冷剂进入吸入室后压力有所降低，降至P₁，流速略有升高，升至W₂。随后，经该伴流作用，两种气态制冷剂流入混合室中，并基于两者间的内摩擦、撞击和紊流作用等，两种气态制冷剂相混合而形成混合气态制冷剂。在混合室的出口处，该混合气态制冷剂的压力可以为P₃，流速为W₃。在增压室中，随着增压室直径的渐缩，该混合气态制冷剂的压力有所升高，升至P₄，流速有所降低，降至W₄。

通过在增压室中将混合气态制冷剂的流速进行相应降低，有益于该混合气态制冷剂进入冷凝器中进行换热时，能够在冷凝器中有相对较长的停留时间，以提高换热效率和换热质量。

由上述内容可以看出，对于任意的同一流体对象，其压力变化和速度变化呈反比，且通常情况下，其压力变化和速度变化遵从一定的变化规律。

在本发明一个实施例中，为了说明这一变化规律，所以，目标气态制冷剂包括：所述高压气态制冷剂、所述低压气态制冷剂、所述混合气态制冷剂中的任意一种；

所述目标气态制冷剂在流动过程中的流速和压力满足下述公式(1)；

$P_1+\frac{\mathrm{\ρ}\×{w_1}^2}{2}+{\mathrm{\ρgh}}_1=P_2+\frac{\mathrm{\ρ}\×{w_2}^2}{2}+{\mathrm{\ρgh}}_2---\left(1\right)$

其中，P₁为目标气态制冷剂在t₁时刻的压力，ρ为目标气态制冷剂的流体密度，w₁为目标气态制冷剂在t₁时刻的流速，g为重力加速度，h₁为目标气态制冷剂在t₁时刻的所在高度，P₂为目标气态制冷剂在t₂时刻的压力，w₂为目标气态制冷剂在t₂时刻的流速，h₂为目标气态制冷剂在t₂时刻的所在高度。

举例来说，对应于图3，由于喷嘴、吸入室、混合室、增压室的中心轴线相重合且与水平线平行，故可以看做公式(1)中的h₁和h₂相等，因此：

以来自蓄热器的高压气态制冷剂为对象，其压力变化和流速变化符合公式：

以来自蒸发器的低压气态制冷剂为对象，其压力变化和流速变化符合公式：

以混合气态制冷剂为对象，其压力变化和流速变化符合公式：

综上所述，喷射式制冷是太阳能经集热器和蓄热器产生一定压力的蒸汽来完成喷射制冷。通过增压喷射循环和压缩喷射混合循环这两种解决方案，以消耗少量电能为代价，换取系统性能系数的大幅提高。将喷射器与太阳能循环系统结合使用，可以有效的改进工艺过程、降低能耗，或者在不增加系统复杂性的基础上产生出新的更高效的制冷系统。此外，通过把太阳能吸附与喷射相结合，可以利用太阳能吸附和喷射制冷对太阳能需求的时间差而实现系统的连续制冷，并且对吸附热的有效回收和制冷系数的提高具有一定推进作用。

在本发明的一个实施例中，所述冷凝器203中存储有冷却介质；

所述冷凝器203中，所述冷却介质与所述混合气态制冷剂的热交换方式为间接换热，且所述冷却介质走管程，所述混合气态制冷剂走壳程。

基于上述内容，如图4所示，提供了一种冷凝器的内部换热结构示意图，其中，图(b)是图(a)的左视图。

详细地，图4中，冷却介质的进口和出口可以如实线箭头所示，混合气态制冷剂的进口和出口可以如虚线箭头所示。

在图4中，不同层的管程间可以有挡板隔开，且相邻两层挡板呈交叉分布，以延长混合气态制冷剂在冷凝器内部的历经路径，从而提高换热效率。

此外，挡板可以非水平设置，例如，挡板与水平面间的夹角可以为10°。这一实现方式可以对混合气态制冷剂在冷凝器内部的历经路径进行引导。

经冷凝器换热后，混合气态制冷剂可以转变为液态制冷剂，该换热后的液态制冷剂可以提供给蓄热器和蒸发器，以实现制冷剂的循环利用。

因此，制冷剂的循环利用包括下述两个方面：

第一方面：制冷剂经第二泵，在蓄热器中的循环利用；

第二方面：制冷剂经节流阀，在蒸发器中的循环利用。

详细地，针对上述第一方面：

在本发明的一个实施例中，所述第二泵204包括：制冷剂加压泵，且所述制冷剂加压泵的材质为铝合金或不锈钢。

详细地，经冷凝器换热后得到的液态制冷剂，通常温度较低、压力不高。制冷剂加压泵可以将该液态制冷剂经连接管道泵入至蓄热器中，且在泵体内部对传输的该液态制冷剂进行加压，以使其压力提高。压力提高后的高压液态制冷剂进入到蓄热器后，可以再次与蓄热器中的吸收有太阳能的蓄热介质进行热交换作用。因此，这一过程可以实现制冷剂的循环利用。

本实施例中，这一循环过程可以为制冷循环。

详细地，针对上述第二方面：

在本发明的一个实施例中，所述节流阀205包括：电子膨胀阀，且所述电子膨胀阀的型号根据电子膨胀阀的流通面积和蒸发器103的所需制冷量进行选定；

所述电子膨胀阀的流通面积利用下述公式(2)进行计算；

$A=\frac{m}{(0.02005\sqrt{\mathrm{\ρ}}+0.634v)\×\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_1-P_2)}}---\left(2\right)$

其中，A为电子膨胀阀的流通面积,单位为m²；m为制冷剂的流量，单位为kg/s；ρ为电子膨胀阀进口处的制冷剂液体密度，kg/m³；ν为制冷剂的比容；P₁为制冷剂的进口压力，单位为Pa；P₂为制冷剂的出口压力，单位为Pa。

详细地，其中，C_D为流量系数。

详细地，在利用上述公式(2)计算出电子膨胀阀的流通面积之后，可以根据预先确定的蒸发器的所需制冷量进行查表，以确定出与两者相对应的电子膨胀阀的型号。

详细地，由于蒸发器中的液态制冷剂需要吸收外部的环境热量，以将液态制冷剂转变为气态制冷剂，故这一实现过程需要该液态制冷剂具有尽可能低的沸点。经冷凝器换热后得到的液态制冷剂，通常温度较低、压力不高。但是，此压力条件下，液态制冷剂的沸点仍较高，为降低沸点，可以对该液态制冷剂进行降压。

详细地，电子膨胀阀可以将该液态制冷剂经连接管道泵入至蒸发器中， 且在阀内部对对传输的该液态制冷剂进行减压，以使其压力降低。压力降低后的低压液态制冷剂进入到蒸发器后，可以再次吸收外部的环境热量以转变成低压气态制冷剂。因此，这一过程同样可以实现制冷剂的循环利用。

本实施例中，这一循环过程可以为动力循环。

由上述内容可知，经冷凝器换热后得到的液态制冷剂，可以分配到蓄热器和蒸发器中，以实现制冷剂的循环利用。详细地，可以根据喷射器的引射要求及厂家测试实验，以确定分配比例。例如，可以将该液态制冷剂的流量比例的60％分配到蓄热器，将该液态制冷剂的流量比例的40％分配到蒸发器。其中，可以利用分流阀以对该液态制冷剂进行分配。

因此，在本发明一个实施例中，请参考图5，该太阳能制冷系统还包括：分流阀206；

所述分流阀206分别与所述冷凝器203、所述第二泵204、所述节流阀205相连；

所述分流阀206，用于根据预先确定的分流比例，将所述冷凝器203中的换热后的液态制冷剂进行分流，并将分流后的对应于所述蓄热器101的液态制冷剂输出至所述第二泵204，将分流后的对应于所述蒸发器103的液态制冷剂输出至所述节流阀205。

在图5中，蓄热介质的流向及循环过程可以如虚线箭头所示，制冷剂的流向及循环过程可以如实线箭头所示。

详细地，通过分流阀，可以将回收的液态制冷剂按照预定的分流比例进行分流，分流后的液态制冷剂分别进入对应设备中。这一实现方式能够保证制冷剂的高效利用及整个太阳能制冷系统的持续顺利进行。

本发明实施例中，可以利用太阳能以实现制冷，从而可以显著减少制冷系统的耗电量，且太阳能是清洁、可再生能源，故可以有效缓解世界范围内的能源紧张和环境污染等问题。此外，随着太阳能制冷技术的不断发展和常规能源价格的持续上涨，太阳能制冷空调系统的投资将越来越低，系统性能将越来越好，运行经济性和环保效益将更加突出。因此，推广和发展太阳能 制冷空调系统可以节约大量的一次能源并减少能源转换污染物的排放，符合可持续发展战略的要求。

如图6所示，本发明实施例提供了一种利用太阳能进行制冷的方法，可以包括以下步骤：

步骤301：利用吸收有太阳能的蓄热介质对高压液态制冷剂进行热交换，以将所述高压液态制冷剂转变为高压气态制冷剂。

步骤302：将所述高压气态制冷剂经喷嘴喷出，以在所述喷嘴处产生负压，并利用负压作用以吸入低压气态制冷剂。

步骤303：所述低压气态制冷剂被吸出时，利用低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，以将所述低压液态制冷剂转变为低压气态制冷剂。

详细地，通过步骤301至步骤303，可以利用吸收的太阳能，以引发低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，从而对外部环境制冷，故这一制冷方式的供电需求较少，从而可以降低制冷系统的耗电量。

在本发明一个实施例中，在所述利用吸收有太阳能的蓄热介质对高压液态制冷剂进行热交换之前，进一步包括：利用蓄热介质吸收太阳能；

在所述利用吸收有太阳能的蓄热介质对高压液态制冷剂进行热交换之后，进一步包括：回收换热后的蓄热介质；

对由经喷嘴喷出的高压气态制冷剂和被吸入的低压气态制冷剂组成的混合气态制冷剂进行热交换，以将所述混合气态制冷剂转变为液态制冷剂；

对所述液态制冷剂中的一部分进行加压，得到高压液态制冷剂，以及对所述液态制冷剂中的另一部分进行降压，得到低压液态制冷剂。

详细地，在对高压液态制冷剂进行热交换后，可以回收蓄热介质，以再次吸收太阳能，实现蓄热介质的循环利用。此外，如上所述，还可以对制冷剂进行回收，以实现制冷剂的循环利用。如此，可以利用太阳能以实现持续制冷。

如图7所示，本发明实施例提供了一种利用太阳能进行制冷的方法，可以包括以下步骤：

步骤401：利用蓄热介质吸收太阳能。

步骤402：利用吸收有太阳能的蓄热介质对高压液态制冷剂进行热交换，以将所述高压液态制冷剂转变为高压气态制冷剂，并回收换热后的蓄热介质。

详细地，蓄热介质回收后可以再次吸收太阳能，且蓄热介质可以为水或导热油。

详细地，制冷剂可以为R134a、R407C、R410A中的任意一种。

步骤403：将所述高压气态制冷剂经喷嘴喷出，以在所述喷嘴处产生负压，并利用负压作用以吸入低压气态制冷剂。

步骤404：所述低压气态制冷剂被吸出时，利用低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，以将所述低压液态制冷剂转变为低压气态制冷剂。

详细地，随着低压气态制冷剂被持续吸出，可以利用低压液态制冷剂以持续吸收外部的环境热量，从而可以对外部环境持续制冷。

步骤405：对由经喷嘴喷出的高压气态制冷剂和被吸入的低压气态制冷剂组成的混合气态制冷剂进行热交换，以将所述混合气态制冷剂转变为液态制冷剂。

详细地，通过将气态制冷剂换热转变为液态制冷剂，以对制冷剂进行回收利用。

步骤406：对所述液态制冷剂中的一部分进行加压，得到高压液态制冷剂，以及对所述液态制冷剂中的另一部分进行降压，得到低压液态制冷剂。

详细地，回收的液态制冷剂可以部分进行加压处理，以得到高压液态制冷剂，从而可以再次进行热交换，同时可以部分进行降压处理，以得到低压液态制冷剂，从而可以再次吸收环境热量。

综上所述，本发明的各个实施例至少具有如下有益效果：

1、本发明实施例中，提供了一种太阳能制冷系统，包括蓄热器、喷射器、蒸发器；蓄热器用于利用吸收有太阳能的蓄热介质，对内部存储的高压液态制冷剂进行热交换，以将其转变为高压气态制冷剂；喷射器用于将所述高压 气态制冷剂经喷嘴喷出，以在喷嘴处产生负压，并利用负压作用以吸入蒸发器中的低压气态制冷剂；蒸发器用于内部的低压气态制冷剂被吸出时，利用内部存储的低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，以将其转变为低压气态制冷剂。由于可以利用吸收的太阳能，以引发低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，从而对外部环境制冷，故这一制冷方式的供电需求较少。因此，本发明实施例能够降低制冷系统的耗电量。

2、本发明实施例中，喷射式制冷是太阳能经集热器和蓄热器产生一定压力的蒸汽来完成喷射制冷。通过增压喷射循环和压缩喷射混合循环这两种解决方案，以消耗少量电能为代价，换取系统性能系数的大幅提高。将喷射器与太阳能循环系统结合使用，可以有效的改进工艺过程、降低能耗，或者在不增加系统复杂性的基础上产生出新的更高效的制冷系统。此外，通过把太阳能吸附与喷射相结合，可以利用太阳能吸附和喷射制冷对太阳能需求的时间差而实现系统的连续制冷，并且对吸附热的有效回收和制冷系数的提高具有一定推进作用。

3、本发明实施例中，可以利用太阳能以实现制冷，从而可以显著减少制冷系统的耗电量，且太阳能是清洁、可再生能源，故可以有效缓解世界范围内的能源紧张和环境污染等问题。此外，随着太阳能制冷技术的不断发展和常规能源价格的持续上涨，太阳能制冷空调系统的投资将越来越低，系统性能将越来越好，运行经济性和环保效益将更加突出。因此，推广和发展太阳能制冷空调系统可以节约大量的一次能源并减少能源转换污染物的排放，符合可持续发展战略的要求。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个〃·····”限定 的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能制冷系统，其特征在于，包括：

蓄热器、喷射器、蒸发器；

所述喷射器分别与所述蓄热器和所述蒸发器相连；

所述蓄热器，用于利用吸收有太阳能的蓄热介质，对内部存储的高压液态制冷剂进行热交换，以将所述高压液态制冷剂转变为高压气态制冷剂，并向所述喷射器提供所述高压气态制冷剂；

所述喷射器，用于将所述高压气态制冷剂经喷嘴喷出，以在所述喷嘴处产生负压，并利用负压作用以吸入所述蒸发器中的低压气态制冷剂；

所述蒸发器，用于内部的低压气态制冷剂被吸出时，利用内部存储的低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，以将所述低压液态制冷剂转变为低压气态制冷剂。

2.根据权利要求1所述的太阳能制冷系统，其特征在于，

还包括：集热器、第一泵、冷凝器、第二泵、节流阀；

所述蓄热器还分别与所述集热器、所述第一泵、所述第二泵相连；

所述集热器与所述第一泵相连；

所述冷凝器分别与所述喷射器、所述第二泵、所述节流阀相连；

所述蒸发器与所述节流阀相连；

所述集热器，用于利用内部存储的蓄热介质吸收太阳能，并向所述蓄热器提供吸收有太阳能的蓄热介质；

所述蓄热器，还用于向所述集热器提供换热后的蓄热介质；

所述第一泵，用于将所述换热后的蓄热介质送入到所述集热器中；

所述喷射器，还用于向所述冷凝器提供包括有所述高压气态制冷剂和所述低压气态制冷剂的混合气态制冷剂；

所述冷凝器，用于对所述混合气态制冷剂进行热交换，以将所述混合气态制冷剂转变为换热后的液态制冷剂，并分别向所述蓄热器和所述蒸发器提供所述换热后的液态制冷剂；

所述第二泵，用于将所述冷凝器向所述蓄热器提供的换热后的液态制冷剂进行升压，并将升压后得到的高压液态制冷剂送入到所述蓄热器中；

所述节流阀，用于将所述冷凝器向所述蒸发器提供的换热后的液态制冷剂进行降压，并将降压后得到的低压液态制冷剂送入到所述蒸发器中。

3.根据权利要求2所述的太阳能制冷系统，其特征在于，

所述节流阀包括：电子膨胀阀，且所述电子膨胀阀的型号根据电子膨胀阀的流通面积和蒸发器的所需制冷量进行选定；

所述电子膨胀阀的流通面积利用公式一进行计算；

所述公式一包括：

$A=\frac{m}{(0.02005\sqrt{\mathrm{\ρ}}+0.634v)\×\sqrt{2\mathrm{\ρ}(P_1-P_2)}}$

其中，A为电子膨胀阀的流通面积,单位为m²；m为制冷剂的流量，单位为kg/s；ρ为电子膨胀阀进口处的制冷剂液体密度，kg/m³；ν为制冷剂的比容；P₁为制冷剂的进口压力，单位为Pa；P₂为制冷剂的出口压力，单位为Pa。

4.根据权利要求1所述的太阳能制冷系统，其特征在于，

所述喷射器包括：喷嘴、吸入室、混合室、增压室；

所述喷嘴经管道与所述蓄热器相连，所述吸入室经管道与所述蒸发器相连；

所述混合室分别与所述吸入室和所述增压室相连；

所述喷嘴内嵌于所述吸入室中；

所述喷嘴、所述吸入室、所述混合室和所述增压室的中心轴线均相重合；

所述喷嘴，用于当所述蓄热器提供的高压气态制冷剂进入到内部腔体中时，基于该内部腔体直径的逐渐缩小，将所述高压气态制冷剂高速喷出，使得所述高压气态制冷剂的流速升高、压力降低，以在所述吸入室内产生负压；

所述吸入室，用于内部腔体中存在负压时，利用负压作用力以吸入所述蒸发器中的低压气态制冷剂；基于由所述喷嘴喷出的高压气态制冷剂的伴流作用，使得所述低压气态制冷剂的流速升高、压力降低；

所述混合室，用于当所述高压气态制冷剂和所述低压气态制冷剂进入到内部腔体中时，基于两者间的内摩擦、撞击和紊流作用，得到包括有所述高压气态制冷剂和所述低压气态制冷剂的混合气态制冷剂，其中，所述混合气态制冷剂的流速介于所述高压气态制冷剂的流速和所述低压气态制冷剂的流速之间；

所述增压室，用于当所述混合气态制冷剂进入到内部腔体中时，基于该内部腔体直径的逐渐扩大，使得所述混合气态制冷剂的流速降低、压力升高。

5.根据权利要求4所述的太阳能制冷系统，其特征在于，

目标气态制冷剂包括：所述高压气态制冷剂、所述低压气态制冷剂、所述混合气态制冷剂中的任意一种；

所述目标气态制冷剂在流动过程中的流速和压力满足公式二；

所述公式二包括：

$P_1+\frac{\mathrm{\ρ}\×{w_1}^2}{2}+{\mathrm{\ρgh}}_1=P_2+\frac{\mathrm{\ρ}\×{w_2}^2}{2}+{\mathrm{\ρgh}}_2$

其中，P₁为目标气态制冷剂在t₁时刻的压力，ρ为目标气态制冷剂的流体密度，w₁为目标气态制冷剂在t₁时刻的流速，g为重力加速度，h₁为目标气态制冷剂在t₁时刻的所在高度，P₂为目标气态制冷剂在t₂时刻的压力，w₂为目标气态制冷剂在t₂时刻的流速，h₂为目标气态制冷剂在t₂时刻的所在高度。

6.根据权利要求2所述的太阳能制冷系统，其特征在于，

还包括：分流阀；

所述分流阀分别与所述冷凝器、所述第二泵、所述节流阀相连；

所述分流阀，用于根据预先确定的分流比例，将所述冷凝器中的换热后的液态制冷剂进行分流，并将分流后的对应于所述蓄热器的液态制冷剂输出至所述第二泵，将分流后的对应于所述蒸发器的液态制冷剂输出至所述节流阀。

7.根据权利要求2所述的太阳能制冷系统，其特征在于，

所述第一泵包括：动力循环泵；

所述第二泵包括：制冷剂加压泵，且所述制冷剂加压泵的材质为铝合金或不锈钢；

和/或，

所述冷凝器中存储有冷却介质；

所述冷凝器中，所述冷却介质与所述混合气态制冷剂的热交换方式为间接换热，且所述冷却介质走管程，所述混合气态制冷剂走壳程。

8.根据权利要求1至7中任一所述的太阳能制冷系统，其特征在于，

所述蓄热介质包括：水，或，导热油；

所述导热油包括：丙二醇；

和/或，

所述高压液态制冷剂包括：R134a、R407C、R410A中的任意一种；

和/或，

所述蓄热器中，所述吸收有太阳能的蓄热介质与所述高压液态制冷剂的热交换方式为间接换热，且所述吸收有太阳能的蓄热介质走壳程，所述高压液态制冷剂走管程。

9.一种利用太阳能进行制冷的方法，其特征在于，包括：

利用吸收有太阳能的蓄热介质对高压液态制冷剂进行热交换，以将所述高压液态制冷剂转变为高压气态制冷剂；

将所述高压气态制冷剂经喷嘴喷出，以在所述喷嘴处产生负压，并利用负压作用以吸入低压气态制冷剂；

所述低压气态制冷剂被吸出时，利用低压液态制冷剂吸收外部的环境热量，以将所述低压液态制冷剂转变为低压气态制冷剂。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

在所述利用吸收有太阳能的蓄热介质对高压液态制冷剂进行热交换之前，进一步包括：利用蓄热介质吸收太阳能；

在所述利用吸收有太阳能的蓄热介质对高压液态制冷剂进行热交换之后，进一步包括：回收换热后的蓄热介质；

对由经喷嘴喷出的高压气态制冷剂和被吸入的低压气态制冷剂组成的混合气态制冷剂进行热交换，以将所述混合气态制冷剂转变为液态制冷剂；

对所述液态制冷剂中的一部分进行加压，得到高压液态制冷剂，以及对所述液态制冷剂中的另一部分进行降压，得到低压液态制冷剂。