CN108981292A - 一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统及其运行方法，该系统添加融霜储水箱、空调余热换热机构等部件组成的储热单元，融霜储水箱通过空调余热回收机构与吸收式制冷单元的冷凝器和吸收器相连，用于对冷凝器和吸收器的余热进行回收，并且融霜储水箱与太阳能集热单元连接，用以进行热质交换，与融霜储水箱连接的融霜阀，可以将加热的融霜水供给冷阱进行除霜。与现有技术相比，本发明能够吸收、储存吸收式制冷单元余热和太阳能多余热量，将其用于冻干机的融霜系统进行除霜。

Description

一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统及运行方法
技术领域
本发明涉及冻干机技术领域，尤其是涉及一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统及运行方法。
背景技术
真空冷冻干燥的工艺特点就是将冷冻成固态的物品在真空环境下，升华掉物品中的水分而最终使物品干燥，而升华的水份，转移到冷阱盘管上重新凝华为冰。这一特点决定了：冻干机为升华掉物品的水分需要利用热媒循环系统给物料加热，而冷阱盘管上所凝华的冰也必然需要大量的热量来融化后排放掉。
冻干机在冷冻干燥过程中，冷阱需要连续捕捉升华产生的水蒸气，所以冷阱盘管上会不断的结冰，冷阱盘管捕获的冰在每个冻干批次后都需要融冰，融冰又需要大量的高温的融霜水或融霜蒸汽；对于含有热媒循环系统的冻干机，由于升华干燥需要不断地吸收热量，所以，物品升华干燥从开始直至干燥结束，升华所需要的热量均由热媒循环系统的电加热器提供；制备融霜水或融霜蒸汽以及为升华提供必要的热量的电加热器需要大量消耗能源，冻干机过大的能源消耗造成了冻干物品的冻干成本过高和能源的严重浪费。
吸收式空调制冷系统中吸收器和冷凝器排出的热量需要冷却塔进行冷却，尤其是吸收器，其排热量比普通压缩式制冷机多一倍。但是这些热量经过冷却塔后就相当于直接浪费了，且冷却塔的运行维护也需要耗费人力物力。
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利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统及运行方法。冻干机采用该系统不仅能够稳定吸收、储存室内空调运行过程中各系统排出的热量，而且还能将该热量应用于冻干机运行过程中需要提供热量的除霜系统中，充分利用了室内余热，节约冷却塔的投资，同时降低冻干机能源消耗，降低冻干成本。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统，用于冻干机冷阱的除霜，包括吸收式制冷单元、太阳能集热单元和储热单元；
所述的吸收式制冷单元包括发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器；
所述的太阳能集热单元包括太阳能集热器以及与太阳能集热器连接的制冷热水箱，所述的制冷热水箱与发生器连接，用以进行换热；
所述的储热单元包括融霜储水箱和空调余热回收机构，融霜储水箱通过空调余热回收机构与吸收式制冷单元的冷凝器和吸收器相连，用于对冷凝器和吸收器的余热进行回收，并且融霜储水箱与太阳能集热单元连接，用以进行热质交换；
所述的融霜储水箱与冻干机冷阱之间连接有除霜水循环管路。
优选地，所述的融霜储水箱与太阳能集热器和制冷热水箱相连，并且在太阳能集热器与制冷热水箱之间、太阳能集热器和融霜储水箱之间以及制冷热水箱和融霜储水箱之间形成太阳能集热循环回路。
优选地，所述的太阳能集热循环回路上设有太阳能集热循环泵。
优选地，所述的太阳能集热单元还设有用于加热制冷热水箱的电加热器。
优选地，所述的空调余热回收机构包括空调余热换热器、空调余热回收泵以及连接于空调余热换热器、冷凝器和吸收器之间的空调余热回收循环管路，空调余热回收泵设置于空调余热回收循环管路上。
优选地，所述的融霜储水箱与空调余热换热器相连通，所述的空调余热回收泵既与空调余热换热器相连，又与融霜储水箱相连。
优选地，所述的空调余热换热器设置于融霜储水箱内部。
优选地，沿介质流动方向，从融霜储水箱至冻干机冷阱之间的除霜水循环管路上设有余热利用循环泵和融霜阀，从冻干机冷阱至融霜储水箱之间的除霜水循环管路上设有融霜水回收阀和融霜水回收泵。
优选地，所述的融霜储水箱顶部设有水箱溢流口。
优选地，冻干机冷阱还设有冷阱排出阀。
优选地，所述的吸收式制冷单元的发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器依次通过制冷剂管路连接，并且冷凝器和蒸发器之间的制冷剂管路上设有制冷剂节流阀；所述的发生器和吸收器之间设有溶液循环管路，沿介质流动方向，从发生器至吸收器之间的溶液循环管路上设有溶液节流阀，从吸收器至发生器之间的溶液循环管路上设有溶液泵。
所述的利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统的运行方法：
当吸收式制冷单元工作时，融霜储水箱内的除霜水通过空调余热回收机构获取吸收式制冷单元的余热，并与太阳能集热单元进行热质交换，若不需要进行冻干机冷阱的除霜，融霜储水箱内的除霜水用于促进太阳能集热单元的集热循环，若需要进行冻干机冷阱的除霜，则打开除霜水循环管路，利用除霜水进行除霜；
当吸收式制冷单元停止工作时，融霜储水箱内的除霜水与太阳能集热单元进行热质交换，若需要进行冻干机冷阱的除霜，打开除霜水循环管路，利用除霜水进行除霜。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
冻干机使用本发明的节能系统，不仅能够稳定吸收、储存室内空调制冷系统中吸收器和冷凝器的排气热量，而且能将吸收、储存的热量应用于融霜系统的冷阱除霜及对热媒循环系统的热媒进行加热。本发明充分利用了吸收式制冷单元运行过程中排放的热量，使吸收式制冷单元自身达到了废物再利用的效果，且大大地节约了冻干机的能源消耗，降低了物品的冻干成本，其结构设计合理，使用方便。
附图说明
图1为本发明的连接示意图。
图中，1为发生器，2为冷凝器，3为蒸发器，4为蒸发器，5为制冷剂节流阀，6为溶液节流阀，7为溶液泵，8为太阳能集热器，9为太阳能集热循环泵，10为制冷热水箱，11为水箱溢流口，12为融霜储水箱，13为融霜阀，14为冻干机冷阱，15为冷阱盘管，16为冷阱排出阀，17为融霜水回收阀，18为融霜水回收泵，19为空调余热换热器，20为空调余热回收泵，21为余热利用循环泵。
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1
一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统，如图1所示，用于冻干机冷阱14的除霜，其特征在于，包括吸收式制冷单元、太阳能集热单元和储热单元，其中：
吸收式制冷单元包括发生器1、冷凝器2、蒸发器3和吸收器4；太阳能集热单元包括太阳能集热器8以及与太阳能集热器8连接的制冷热水箱10，制冷热水箱10与发生器1连接，用以进行换热；储热单元包括融霜储水箱12和空调余热回收机构，融霜储水箱12通过空调余热回收机构与吸收式制冷单元的冷凝器2和吸收器4相连，用于对冷凝器2和吸收器4的余热进行回收，并且融霜储水箱12与太阳能集热单元连接，用以进行热质交换；融霜储水箱12与冻干机冷阱14之间连接有除霜水循环管路。
具体地，本实施例中，吸收式制冷单元为吸收式室内空调，其发生器1、冷凝器2、蒸发器3和吸收器4依次通过制冷剂管路连接，并且冷凝器2和蒸发器3之间的制冷剂管路上设有制冷剂节流阀5；发生器1和吸收器4之间设有溶液循环管路，沿介质流动方向，从发生器1至吸收器4之间的溶液循环管路上设有溶液节流阀6，从吸收器4至发生器1之间的溶液循环管路上设有溶液泵7。
本实施例中融霜储水箱12顶部设有水箱溢流口11。融霜储水箱12与太阳能集热器8和制冷热水箱10相连，并且在太阳能集热器8与制冷热水箱10之间、太阳能集热器8和融霜储水箱12之间以及制冷热水箱10和融霜储水箱12之间形成太阳能集热循环回路。太阳能集热循环回路上设有太阳能集热循环泵9。而且，本实施例的太阳能集热单元还设有用于加热制冷热水箱10的电加热器。本实施例的空调余热回收机构包括空调余热换热器19、空调余热回收泵20以及连接于空调余热换热器19、冷凝器2和吸收器4之间的空调余热回收循环管路，空调余热回收泵20设置于空调余热回收循环管路上。融霜储水箱12与空调余热换热器19相连通，空调余热回收泵20既与空调余热换热器19相连，又与融霜储水箱12相连。更进一步地，本实施例中的空调余热换热器19设置于融霜储水箱12内部。
本实施例中，冻干机冷阱14内设有冷阱盘管15，并且冻干机冷阱14还设有冷阱排出阀16，对于本实施例中的除霜水循环管路而言，沿介质流动方向，从融霜储水箱12至冻干机冷阱14之间的除霜水循环管路上设有余热利用循环泵21和融霜阀13，从冻干机冷阱14至融霜储水箱12之间的除霜水循环管路上设有融霜水回收阀17和融霜水回收泵18。
上述利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统的运行方法：
当吸收式制冷单元工作时，融霜储水箱12内的除霜水通过空调余热回收机构获取吸收式制冷单元的余热，并与太阳能集热单元进行热质交换，若不需要进行冻干机冷阱14的除霜，融霜储水箱12内的除霜水用于促进太阳能集热单元的集热循环，若需要进行冻干机冷阱14的除霜，则打开除霜水循环管路，利用除霜水进行除霜；
当吸收式制冷单元停止工作时，融霜储水箱12内的除霜水与太阳能集热单元进行热质交换，若需要进行冻干机冷阱14的除霜，打开除霜水循环管路，利用除霜水进行除霜。
具体地，当室内空调运行时，可对融霜储水箱12进行加热，且融霜储水箱12中的热水可以促进制冷热水箱10和太阳能集热器8的集热循环。室内空调中冷凝器2和吸收器4产生的余热通过空调余热回收泵20与融霜储水箱12中的空调余热换热器19相连接，利用空调余热作为热源对融霜储水箱12中的水进行加热。若冻干机未运行，此时融霜阀13处于关闭状态，融霜储水箱12中被加热的水在太阳能集热循环泵9的作用下在融霜储水箱12、太阳能集热器8之间进行循环，同时与制冷热水箱10中被发生器1冷却的热水进行换热，减少太阳能集热器8的负荷。当冻干机运行时，冻干机冷阱14中会结霜，需要进行除霜。此时打开融霜阀13，此时，融霜储水箱中12的水分出一个支路，在余热利用循环泵21的作用下，通过融霜阀13，进入冻干机冷阱14，高温的融霜水将冷阱盘管15上面的结霜除去。此时，融霜水回收阀17打开，融化后的低温融霜水在融霜水回收泵的作用下，再次进入融霜储水箱12，被空调余热换热器19利用空调余热加热，从而形成一个融霜水循环。由于融霜储水箱12与制冷热水箱10和太阳能集热器8被太阳能集热循环泵9进行连接，因此融霜水在双重热源的加热下能起到很好的除霜效果。当除霜结束时，关闭融霜阀13和融霜水回收阀17。此时，融霜储水箱12中的水将又在太阳能集热循环回路中进行循环，对制冷热水箱10进行辅助加热循环。
当室内空调并未运行但需要除霜时，太阳能集热系统同时可以对融霜储水箱12进行加热。且太阳能集热系统自身的电加热也能满足融霜储水箱12所需的热量。
本发明其它各个部件也为市场上直接购得的部件，它们之间的连接方法，皆为本领域内的普通专业技术人员所共知的常识，这里就不再叙述。
本发明室内余热，涵盖了诸如空调余热、工业余热等符合余热利用的所有场所及系统。
本发明技术方案适合在任何的冻干机中使用，特别适合大型冻干机使用。同时，本发明所述技术方案不仅可以单机应用，也同时可以多台冻干机公用一套储热系统，形成储热站复合应用。
按照本发明，除了可广泛应用到冻干机的生产中，还可以对现有的冻干机进行技术改造，以达到节能增效的目的。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统，用于冻干机冷阱(14)的除霜，其特征在于，包括吸收式制冷单元、太阳能集热单元和储热单元；
所述的吸收式制冷单元包括发生器(1)、冷凝器(2)、蒸发器(3)和吸收器(4)；
所述的太阳能集热单元包括太阳能集热器(8)以及与太阳能集热器(8)连接的制冷热水箱(10)，所述的制冷热水箱(10)与发生器(1)连接，用以进行换热；
所述的储热单元包括融霜储水箱(12)和空调余热回收机构，融霜储水箱(12)通过空调余热回收机构与吸收式制冷单元的冷凝器(2)和吸收器(4)相连，用于对冷凝器(2)和吸收器(4)的余热进行回收，并且融霜储水箱(12)与太阳能集热单元连接，用以进行热质交换；
所述的融霜储水箱(12)与冻干机冷阱(14)之间连接有除霜水循环管路。
2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统，其特征在于，所述的融霜储水箱(12)与太阳能集热器(8)和制冷热水箱(10)相连，并且在太阳能集热器(8)与制冷热水箱(10)之间、太阳能集热器(8)和融霜储水箱(12)之间以及制冷热水箱(10)和融霜储水箱(12)之间形成太阳能集热循环回路。
3.根据权利要求2所述的一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统，其特征在于，所述的太阳能集热循环回路上设有太阳能集热循环泵(9)。
4.根据权利要求1所述的一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统，其特征在于，所述的太阳能集热单元还设有用于加热制冷热水箱(10)的电加热器。
5.根据权利要求1所述的一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统，其特征在于，所述的空调余热回收机构包括空调余热换热器(19)、空调余热回收泵(20)以及连接于空调余热换热器(19)、冷凝器(2)和吸收器(4)之间的空调余热回收循环管路，空调余热回收泵(20)设置于空调余热回收循环管路上。
6.根据权利要求5所述的一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统，其特征在于，所述的融霜储水箱(12)与空调余热换热器(19)相连通，所述的空调余热回收泵(20)既与空调余热换热器(19)相连，又与融霜储水箱(12)相连。
7.根据权利要求1所述的一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统，其特征在于，沿介质流动方向，从融霜储水箱(12)至冻干机冷阱(14)之间的除霜水循环管路上设有余热利用循环泵(21)和融霜阀(13)，从冻干机冷阱(14)至融霜储水箱(12)之间的除霜水循环管路上设有融霜水回收阀(17)和融霜水回收泵(18)。
8.根据权利要求1所述的一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统，其特征在于，所述的融霜储水箱(12)顶部设有水箱溢流口(11)。
9.根据权利要求1所述的一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统，其特征在于，所述的吸收式制冷单元的发生器(1)、冷凝器(2)、蒸发器(3)和吸收器(4)依次通过制冷剂管路连接，并且冷凝器(2)和蒸发器(3)之间的制冷剂管路上设有制冷剂节流阀(5)；所述的发生器(1)和吸收器(4)之间设有溶液循环管路，沿介质流动方向，从发生器(1)至吸收器(4)之间的溶液循环管路上设有溶液节流阀(6)，从吸收器(4)至发生器(1)之间的溶液循环管路上设有溶液泵(7)。
10.如权利要求1～9任一所述的一种利用太阳能吸收式制冷的冻干机节能系统的运行方法，其特征在于：
当吸收式制冷单元工作时，融霜储水箱(12)内的除霜水通过空调余热回收机构获取吸收式制冷单元的余热，并与太阳能集热单元进行热质交换，若不需要进行冻干机冷阱(14)的除霜，融霜储水箱(12)内的除霜水用于促进太阳能集热单元的集热循环，若需要进行冻干机冷阱(14)的除霜，则打开除霜水循环管路，利用除霜水进行除霜；
当吸收式制冷单元停止工作时，融霜储水箱(12)内的除霜水与太阳能集热单元进行热质交换，若需要进行冻干机冷阱(14)的除霜，打开除霜水循环管路，利用除霜水进行除霜。
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