CN108955014B - 一种闭式真空制冷蓄冷设备及方法 - Google Patents
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Abstract
一种闭式真空制冷蓄冷设备，包括制冷蓄冷罐、管道、真空泵、冷凝器、接收罐和转液泵，所述制冷蓄冷罐上设置有制冷剂出口和制冷剂进口，所述管道依次通过真空泵、冷凝器、接收罐和转液泵将制冷剂出口和制冷剂进口连通；所述制冷蓄冷罐内设置有换热管进而将制冷蓄冷罐分为管程和壳程，所述管程内设置有载冷剂，所述壳程内设置有制冷剂，所述制冷剂内浸泡有能够发生热交换的蓄冷剂储存装置，所述蓄冷剂储存装置内设置有蓄冷剂。此外，还提供一种闭式真空制冷蓄冷方法。本发明采用独特的制冷蓄冷罐结构实现制冷和蓄冷，并采用真空泵产生真空，更加节能环保。
Description
技术领域
本发明属于制冷工程技术领域，具体为一种闭式真空制冷蓄冷设备及方法。
背景技术
目前流行的制冷技术主要有氟利昂蒸汽压缩制冷技术、蒸汽双效溴化锂吸收制冷技术。氟利昂蒸汽压缩制冷技术的主要缺陷为：制冷剂采用的是对环境有害的氟利昂，主要是会对大气臭氧层的伤害非常严重，属于必须要强制淘汰的制冷剂。压缩机功率高，需要消耗大量的电能。对循环水的需求大，同时循环水水温、水质的变化对制冷效果的影响也大。压缩机等设备磨损造成的维护工作量也大。蒸汽蒸汽双效溴化锂吸收制冷技术的的缺陷为：蒸汽消耗量大，制冷作为冷水机组使用，一般制冷温度在5℃以上，同种工况条件下，蒸汽消耗折合成电费和蒸汽压缩制冷技术比，制冷成本高，对循环水的需求同样很大。制冷成本高，环保问题突出是现有技术的突破不了的世界性行业难题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种闭式真空制冷蓄冷设备，采用独特的制冷蓄冷罐结构实现制冷和蓄冷，并采用真空泵产生真空，更加节能环保。
为解决上述技术问题，本发明实施例的技术方案具体如下。
一种闭式真空制冷蓄冷设备，包括制冷蓄冷罐、管道、真空泵、冷凝器、接收罐和转液泵，所述制冷蓄冷罐上设置有制冷剂出口和制冷剂进口，所述管道依次通过真空泵、冷凝器、接收罐和转液泵将制冷剂出口和制冷剂进口连通；所述制冷蓄冷罐内设置有换热管进而将制冷蓄冷罐分为管程和壳程，所述管程内设置有载冷剂，所述壳程内设置有制冷剂，所述制冷剂内浸泡有能够发生热交换的蓄冷剂储存装置，所述蓄冷剂储存装置内设置有蓄冷剂。
进一步地，所述蓄冷剂储存装置为袋状或者球状。
进一步地，所述制冷剂出口和真空泵之间设置有第一阀门，所述真空泵和冷凝器之间设置有第二阀门。
进一步地，所述真空泵和第一阀门之间设置有第一支路管道，所述第一支路管道连通冷凝器，所述真空泵和第二阀门之间设置有第二支路管道，所述第二支路管道连通外部管道，所述第一支路管道和第二支路管道上分别设置有第三阀门和第四阀门。
进一步地，所述接收罐的进口端设置有排气口，所述排气口通过第三支路管道连接外部管道，所述第三支路管道上设置有背压阀。
进一步地，所述外部管道上设置有止回阀。
进一步地，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门均为换向阀。
本发明还提供一种闭式真空制冷蓄冷方法，包括以下步骤：
S1、蓄冷过程：制冷蓄冷罐内的液态制冷剂蒸发形成制冷剂蒸汽；同时液态制冷剂蒸发吸取蓄冷剂的热量，使得蓄冷剂降温后凝固；
S2、制冷过程：制冷剂蒸汽经真空泵微压缩后在冷凝器内被冷凝，再经过转液泵回到制冷蓄冷罐内；
S3、放冷过程：温度较高的载冷剂使得制冷剂和蓄冷剂升温吸热，在制冷蓄冷罐上形成用冷使用点；当蓄冷剂完全液化后，放冷结束。
其中，所述制冷蓄冷罐内设置有换热管进而将制冷蓄冷罐分为管程和壳程，所述管程内设置有载冷剂，所述壳程内设置有制冷剂，所述制冷剂内浸泡有能够发生热交换的蓄冷剂储存装置，所述蓄冷剂储存装置内设置有蓄冷剂。
进一步地，所述蓄冷过程中采用闭式真空机组使得液态制冷剂蒸发。
进一步地，所述换热管连接于外循环装置，所述外循环装置包括载冷剂循环泵和盘管换热器，所述载冷剂循环泵能够使得载冷剂在盘管换热器内循环换热。
与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：
(1)摒弃了大功率的压缩机，采用功率很小的真空泵产生真空，使制冷蓄冷罐内的制冷剂蒸发持续吸热，从而达到制冷的目的。另一方面，大功率的压缩机等设备磨损造成的维护工作量大。因此，采用真空泵可以降低电力成本和维修成本，设备的可靠性得到提高。
(2)制冷蓄冷罐中设置有换热管，换热管中设置有蓄冷剂储存装置，采用这种独特的制冷蓄冷罐结构配合载冷剂、制冷剂和蓄冷剂才能完成制冷和蓄冷过程。
(3)制冷过程中，制冷剂蒸汽被真空泵微压缩，在冷凝器内被冷却水冷凝，再经过转液泵回到制冷蓄冷罐内。经过微压缩后的制冷剂蒸汽再被冷却时，会大大减少冷凝水的用量。
(4)淘汰了对环境有害的制冷剂氟利昂，采用对环境相对友好的有机溶剂或水作为制冷剂，更加环保。
(5)设置第一支路管道和第二支路管道用来排除系统中的不凝性气体，不凝性气体超压时会影响制冷效果，因此需要排除系统中的不凝性气体。不凝性气体排到外部管道中进行后续处理，不是直接排空或者点燃，更加环保。
(6)本发明可以在电网谷电(低价)时段进行制冷蓄冷，在电网峰电(高价)时段进行使用，有利于国家电网的运行，减少电网浪费。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中闭式真空制冷蓄冷设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种闭式真空制冷蓄冷设备，包括制冷蓄冷罐100、管道200、真空泵400、冷凝器500、接收罐600和转液泵700，所述制冷蓄冷罐100上设置有制冷剂出口和制冷剂进口，所述管道200依次通过真空泵400、冷凝器500、接收罐600和转液泵700将制冷剂出口和制冷剂进口连通；所述制冷蓄冷罐100内设置有换热管进而将制冷蓄冷罐100分为管程和壳程，所述管程内设置有载冷剂，所述壳程内设置有制冷剂，所述制冷剂内浸泡有能够发生热交换的蓄冷剂储存装置，所述蓄冷剂储存装置内设置有蓄冷剂。一种闭式真空制冷蓄冷设备摒弃了大功率的压缩机，采用功率很小的真空泵400产生真空，使制冷蓄冷罐100内的制冷剂蒸发持续吸热，从而达到制冷的目的。另一方面，大功率的压缩机等设备磨损造成的维护工作量大。因此，采用真空泵400可以降低电力成本和维修成本，设备的可靠性得到提高。制冷蓄冷罐100中设置有换热管，换热管中设置有蓄冷剂储存装置，采用这种独特的制冷蓄冷罐100结构配合载冷剂、制冷剂和蓄冷剂才能完成制冷和蓄冷过程。制冷过程中，制冷剂蒸汽被真空泵400微压缩，在冷凝器500内被冷却水冷凝，再经过转液泵700回到制冷蓄冷罐100内。经过微压缩后的制冷剂蒸汽再被冷却时，会大大减少冷凝水的用量。
需要说明的是，闭式真空制冷蓄冷设备淘汰了对环境有害的制冷剂氟利昂，采用对环境相对友好的有机溶剂或水作为制冷剂，所述有机溶剂可以为乙醇、二氯甲烷等。
进一步地，所述蓄冷剂储存装置为袋状或者球状。
进一步地，所述制冷剂出口和真空泵400之间设置有第一阀门310，所述真空泵400和冷凝器500之间设置有第二阀门320。
进一步地，所述真空泵400和第一阀门310之间设置有第一支路管道，所述第一支路管道连通冷凝器500，所述真空泵400和第二阀门320之间设置有第二支路管道，所述第二支路管道连通外部管道，所述第一支路管道和第二支路管道上分别设置有第三阀门330和第四阀门340。第一支路管道和第二支路管道可以用来排除系统中的不凝性气体，不凝性气体超压时会影响制冷效果，因此需要排除系统中的不凝性气体。不凝性气体包括空气和制冷剂中的有害气体等。不凝性气体排到外部管道中进行后续处理，不是直接排空或者点燃，这样更加环保。
进一步地，所述接收罐600的进口端设置有排气口，所述排气口通过第三支路管道连接外部管道，所述第三支路管道上设置有背压阀350。通过真空泵400的微压缩和背压阀350的微正压锁气，微正压使得背压阀常闭进而达到锁气效果，这样提高了制冷剂蒸汽的冷凝温度，实现常温冷凝，节约了能源。
进一步地，为了防止不凝性气体倒流，所述外部管道上设置有止回阀360。
进一步地，所述第一阀门310、第二阀门320、第三阀门330和第四阀门340均为换向阀。
为了更好地理解闭式真空制冷蓄冷设备的原理，下面对闭式真空制冷蓄冷设备的工作过程进一步进行阐述：
在电网谷电(低价)时段进行蓄冷，开启闭式真空机组(图中未示)，制冷蓄冷罐100内的制冷剂开始蒸发吸取自身热量，并降低制冷剂自身的温度，同时也吸收蓄冷剂的热量(显热)，蓄冷剂也开始降温；当温度降到蓄冷剂凝固点以下时，蓄冷剂开始发生相变，从液态变成固态放出热量(潜热)，此时制冷蓄冷罐100内温度几乎保持不变；当蓄冷剂完全结冰后，制冷剂会继续降温，蓄冷结束。制冷过程和蓄冷过程同时进行。制冷过程中，制冷剂蒸汽被真空泵400形成微压缩，在冷凝器500内被冷却水冷凝，再经过转液泵700回到制冷蓄冷罐100内。当电网峰电(高价)时段时，开启载冷剂循环泵(图中未示)，温度高的载冷剂在盘管换热器内(图中未示)循环，使得制冷剂温度升高，蓄冷剂开始吸热发生相变溶解，从固态变成液态吸收热量，此过程制冷蓄冷罐100内温度也几乎保持不变，当蓄冷剂固态完全融化后，制冷蓄冷罐100内温度上升，放冷结束，进入下一个循环。
在制冷和蓄冷过程中，第一阀门310和第二阀门320处于开启状态，第三阀门330和第四阀门340处于关闭状态，制冷剂蒸汽从制冷蓄冷罐100出口经真空泵400、冷凝器500冷凝为液体，再回到制冷蓄冷罐100内，实现制冷剂的循环。放冷时，图1中的阀门可以全部处于关闭状态，当冷量不够时也可以处于制冷状态，阀门开启方式同上。第一阀门310和第二阀门320处于关闭状态，第三阀门330和第四阀门340处于开启状态，可以排除系统中的不凝性气体。
另一方面，本发明还提供一种闭式真空制冷蓄冷方法，包括以下步骤：
S1、蓄冷过程：制冷蓄冷罐100内的液态制冷剂蒸发形成制冷剂蒸汽；同时液态制冷剂蒸发吸取蓄冷剂的热量，使得蓄冷剂降温后凝固；
S2、制冷过程：制冷剂蒸汽经真空泵400微压缩后在冷凝器500内被冷凝，再经过转液泵700回到制冷蓄冷罐100内；
S3、放冷过程：温度较高的载冷剂使得制冷剂和蓄冷剂升温吸热，在制冷蓄冷罐100上形成用冷使用点；当蓄冷剂完全液化后，放冷结束。
其中，所述制冷蓄冷罐100内设置有换热管进而将制冷蓄冷罐100分为管程和壳程，所述管程内设置有载冷剂，所述壳程内设置有制冷剂，所述制冷剂内浸泡有能够发生热交换的蓄冷剂储存装置，所述蓄冷剂储存装置内设置有蓄冷剂。
一种闭式真空制冷蓄冷方法摒弃了大功率的压缩机，采用功率很小的真空泵400产生真空，使制冷蓄冷罐100内的制冷剂蒸发持续吸热，从而达到制冷的目的。另一方面，大功率的压缩机等设备磨损造成的维护工作量大。因此，采用真空泵400可以降低电力成本和维修成本，设备的可靠性得到提高。制冷蓄冷罐100中设置有换热管，换热管中设置有蓄冷剂储存装置，采用这种独特的制冷蓄冷罐100结构配合载冷剂、制冷剂和蓄冷剂才能完成制冷和蓄冷过程。制冷过程中，制冷剂蒸汽被真空泵400微压缩，在冷凝器500内被冷却水冷凝，再经过转液泵700回到制冷蓄冷罐100内。经过微压缩后的制冷剂蒸汽再被冷却时，会大大减少冷凝水的用量。
需要说明的是，闭式真空制冷蓄冷方法淘汰了对环境有害的制冷剂氟利昂，采用对环境相对友好的有机溶剂或水作为制冷剂，所述有机溶剂可以为乙醇、二氯甲烷等。
进一步地，所述蓄冷过程中采用闭式真空机组使得液态制冷剂蒸发。
进一步地，所述换热管连接于外循环装置，所述外循环装置包括载冷剂循环泵和盘管换热器，所述载冷剂循环泵能够使得载冷剂在盘管换热器内循环换热。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种闭式真空制冷蓄冷设备，其特征在于：包括制冷蓄冷罐(100)、管道(200)、真空泵(400)、冷凝器(500)、接收罐(600)和转液泵(700)，所述制冷蓄冷罐(100)上设置有制冷剂出口和制冷剂进口，所述管道(200)依次通过真空泵(400)、冷凝器(500)、接收罐(600)和转液泵(700)将制冷剂出口和制冷剂进口连通；所述制冷蓄冷罐(100)内设置有换热管进而将制冷蓄冷罐(100)分为管程和壳程，所述管程内设置有载冷剂，所述壳程内设置有制冷剂，所述制冷剂内浸泡有能够发生热交换的蓄冷剂储存装置，所述蓄冷剂储存装置内设置有蓄冷剂；所述制冷剂出口和真空泵(400)之间设置有第一阀门(310)，所述真空泵(400)和冷凝器(500)之间设置有第二阀门(320)；所述真空泵(400)和第一阀门(310)之间设置有第一支路管道，所述第一支路管道连通冷凝器(500)，所述真空泵(400)和第二阀门(320)之间设置有第二支路管道，所述第二支路管道连通外部管道，所述第一支路管道和第二支路管道上分别设置有第三阀门(330)和第四阀门(340)。
2.根据权利要求1所述的闭式真空制冷蓄冷设备，其特征在于：所述蓄冷剂储存装置为袋状或者球状。
3.根据权利要求1所述的闭式真空制冷蓄冷设备，其特征在于：所述接收罐(600)的进口端设置有排气口，所述排气口通过第三支路管道连接外部管道，所述第三支路管道上设置有背压阀(350)。
4.根据权利要求3所述的闭式真空制冷蓄冷设备，其特征在于：所述外部管道上设置有止回阀(360)。
5.根据权利要求1所述的闭式真空制冷蓄冷设备，其特征在于：所述第一阀门(310)、第二阀门(320)、第三阀门(330)和第四阀门(340)均为换向阀。
6.一种闭式真空制冷蓄冷方法，采用权利要求1所述的设备，其特征在于，包括以下步骤：
S1、蓄冷过程：制冷蓄冷罐(100)内的液态制冷剂蒸发形成制冷剂蒸汽；同时液态制冷剂蒸发吸取蓄冷剂的热量，使得蓄冷剂降温后凝固；
S2、制冷过程：制冷剂蒸汽经真空泵(400)微压缩后在冷凝器(500)内被冷凝，再经过转液泵(700)回到制冷蓄冷罐(100)内；
S3、放冷过程：温度较高的载冷剂使得制冷剂和蓄冷剂升温吸热，在制冷蓄冷罐(100)上形成用冷使用点；当蓄冷剂完全液化后，放冷结束；
其中，所述制冷蓄冷罐(100)内设置有换热管进而将制冷蓄冷罐(100)分为管程和壳程，所述管程内设置有载冷剂，所述壳程内设置有制冷剂，所述制冷剂内浸泡有能够发生热交换的蓄冷剂储存装置，所述蓄冷剂储存装置内设置有蓄冷剂。
7.根据权利要求6所述的闭式真空制冷蓄冷方法，其特征在于：所述蓄冷过程中采用闭式真空机组使得液态制冷剂蒸发。
8.根据权利要求7所述的闭式真空制冷蓄冷方法，其特征在于：所述换热管连接于外循环装置，所述外循环装置包括载冷剂循环泵和盘管换热器，所述载冷剂循环泵能够使得载冷剂在盘管换热器内循环换热。
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