CN108981293A - 联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统及运行方法，该系统通过添加由余热换热器、建筑空调换热器等部件组成的换热单元，换热单元与冻干机单元的冷阱盘管相连，替代冻干机单元原有的制冷系统，为冻干机单元提供所需冷量，并与建筑空调单元的集水器和分水器相连，将从冻干机单元出来的多余冷量用于建筑空调单元的制冷。与现有技术相比，本发明利用太阳能吸收式制冷对冻干机单元进行节能改造，并同时满足了建筑的冷量需求，大大地节约了能源，其结构设计合理，使用方便。

Description

联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统及运行方法
技术领域
本发明涉及冻干机技术领域，尤其是涉及一种联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统及运行方法。
背景技术
真空冷冻干燥的工艺特点就是将湿物料或溶液在较低的温度下冻结成固态，然后在真空下使其中的水分不经液态直接升华成气态，而最终使物料脱水干燥，其升华的气态水分，通过冷阱盘管重新凝华为冰而被除去。这一特点决定了：冻干机为冻结物料及凝华气态水，需借助制冷系统向干燥箱和冷阱提供源源不断的冷量。因此，制冷系统是冻干机最重要的组成部分，被称为“冻干机的心脏”，但同时也是冻干机各系统中耗能最大的系统。冻干机制冷系统过大的能源消耗造成了冻干机的冻干成本过高和能源的严重浪费。
目前，国内外常用的冻干机中的制冷系统，理论上都是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和热力膨胀阀所构成的压缩式制冷系统，其能源供给大多以常规能源为主，能源消耗量大，利用率较低。而太阳能吸收式制冷系统，利用可再生能源太阳能作为主要的供给能源，能大大减少常规能源的消耗。目前太阳能吸收式制冷系统大多应用于建筑的空调制冷，并逐步应用于工业制冷领域，其市场前景广阔。
真空冷冻干燥的作业厂房，一般需要采用洁净度较高的空调系统，以确保冻干产品的品质。而此类空调系统为满足车间的温度及洁净度要求，需消耗大量的能源。冻干机在厂房的冷冻干燥过程中，冻干机和厂房各有一套制冷系统，且独立运行，导致能源利用率低、浪费严重。
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联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统及运行方法。该系统和方法不仅能够在满足冻干机冷量需求的同时满足冻干厂房的制冷要求，还能大大减少常规能源的消耗，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：
一种联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统，包括冻干机单元、氨吸收式制冷单元、太阳能集热单元、换热单元和建筑空调单元，所述的冻干机单元具有冷阱和干燥箱，冷阱内设有冷阱盘管，氨吸收式制冷单元具有发生器、吸收器和蒸发器，所述的换热单元包括余热换热器和建筑空调换热器，所述的建筑空调单元具有集水器和分水器；
所述的太阳能集热单元与发生器连接，通过换热为氨吸收式制冷单元提供热量；所述的蒸发器通过载冷剂循环管路与冷阱盘管连接，并通过换热为冷阱和干燥箱提供冷量，沿介质流动方向，空调换热器的冷侧连接在从冷阱盘管至蒸发器之间的载冷剂循环管路上，空调换热器的热侧与集水器和分水器连接，余热换热器的冷侧连接于冷阱盘管和空调换热器之间的载冷剂循环管路上，余热换热器的热侧通过余热换热循环管路与吸收器连接，用以进行热量交换。
优选地，所述的太阳能集热单元包括太阳能集热器、集热水箱以及连接于太阳能集热器和集热水箱之间的太阳能集热循环管路，所述的集热水箱通过加热循环管路与发生器连接，通过换热为氨吸收式制冷单元提供热量。
优选地，所述的太阳能集热循环管路上设有集热循环泵，所述的加热循环管路上设有加热循环泵。
优选地，所述的太阳能集热单元设有电加热器。一般地，电加热器设置于集热水箱内。
优选地，所述的氨吸收式制冷单元为双级氨吸收式制冷单元。所述的氨吸收式制冷单元的发生器、吸收器和蒸发器皆包含相应的双级部件。
优选地，沿介质流动方向，从蒸发器至冷阱盘管之间的载冷剂循环管路上设有冷阱泵。
优选地，所述的余热换热器和空调换热器之间的载冷剂循环管路上设有制冷循环泵。
优选地，所述的余热换热循环管路上设有余热泵。
所述的联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统的运行方法：
在冻干机单元开始运转之前，启动太阳能集热单元，通过循环加热将太阳能集热单元中的冷水加热至要求温度；
当冻干机单元开始运行时，通过太阳能集热单元对发生器进行加热，为氨吸收式制冷单元提供热量，驱动氨吸收式制冷单元进行制冷，载冷剂在载冷剂循环管路中经过蒸发器进行冷却，并将冷量输送至冷阱盘管进行释放，为冷阱和干燥箱提供工作所需的冷量：当载冷剂释放冷量后温度符合建筑空调单元的制冷要求时，关闭余热换热循环管路，载冷剂直接经过空调换热器与建筑空调单元换热，并经过蒸发器冷却后回流至冷阱盘管进行下一个循环；当载冷剂释放冷量后过冷无法用于建筑空调单元的制冷时，打开余热换热循环管路，经过吸收器加热的换热介质在余热换热器中与过冷的载冷剂换热，使载冷剂升温，升温后的载冷剂经过空调换热器与建筑空调单元换热，并经过蒸发器冷却后回流至冷阱盘管进行下一个循环。
优选地，当太阳能集热单元无法通过循环加热将太阳能集热单元中的冷水加热至要求温度时，通过打开设置于太阳能集热单元中的电加热器进行辅助加热。
与现有技术相比，本发明的系统，不仅能够有效的为冻干机提供足够的冷量，而且还能将冻干机的多余冷量用于自身厂房的洁净空调制冷，对冷量的梯级利用，让能源的使用效率更高。而且整个系统的主要能量来源为太阳能，太阳能这一清洁且可再生能源的利用不仅大大降低了冻干机的运行成本，还减少了常规能源的使用，对环境保护也起到了积极作用。本发明对太阳能制取的冷量进行了梯级且充分地利用，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为集热水箱，2为集热循环泵，3为太阳能集热器，4为电加热器，5 为加热循环泵，6为吸收器，7为氨吸收式制冷单元，8为发生器，9为蒸发器，10 为冷阱泵，11为冷阱，12为冷阱盘管，13为干燥箱，14为余热泵，15为余热换热器，16为制冷循环泵，17为建筑空调换热器，18为集水器，19为分水器。
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
一种联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统，如图1所示，包括冻干机单元、氨吸收式制冷单元7、太阳能集热单元、换热单元和建筑空调单元，所述的冻干机单元具有冷阱11和干燥箱13，冷阱11内设有冷阱盘管12，氨吸收式制冷单元7具有发生器8、吸收器6和蒸发器9，所述的换热单元包括余热换热器15 和建筑空调换热器17，所述的建筑空调单元具有集水器18和分水器19；
所述的太阳能集热单元与发生器8连接，通过换热为氨吸收式制冷单元7提供热量；所述的蒸发器9通过载冷剂循环管路与冷阱盘管12连接，并通过换热为冷阱11和干燥箱13提供冷量，沿介质流动方向，空调换热器17的冷侧连接在从冷阱盘管12至蒸发器9之间的载冷剂循环管路上，空调换热器17的热侧与集水器 18和分水器19连接，余热换热器15的冷侧连接于冷阱盘管12和空调换热器17 之间的载冷剂循环管路上，余热换热器15的热侧通过余热换热循环管路与吸收器 6连接，用以进行热量交换。
更进一步地，本实施例中，沿介质流动方向，从蒸发器9至冷阱盘管12之间的载冷剂循环管路上设有冷阱泵10。余热换热器15和空调换热器17之间的载冷剂循环管路上设有制冷循环泵16。所述的余热换热循环管路上设有余热泵14。通过控制泵的开启与关闭，实现管路的通断。
具体地，本实施例中的太阳能集热单元包括太阳能集热器3、集热水箱1以及连接于太阳能集热器3和集热水箱1之间的太阳能集热循环管路，所述的集热水箱 1通过加热循环管路与发生器8连接，通过换热为氨吸收式制冷单元7提供热量。太阳能集热循环管路上设有集热循环泵2，所述的加热循环管路上设有加热循环泵 5。进一步地，集热水箱1内设有电加热器4。在太阳能集热单元不能将集热水箱1 内的水加热至要求温度(例如阴雨天)时，启动电加热器4辅助加热。
本实施例中的氨吸收式制冷单元采用的是现有技术常规的氨吸收式制冷机，其各个部件的连接方法和运行原理是本领域内的普通专业技术人员所共知的常识。现有技术的氨吸收制冷的一般原理是：氨吸收式制冷机是以消耗热能而获得冷量的装置。它是以氨作为制冷剂，以水为吸收剂构成溶液循环系统的制冷装置。该装置由发生器、精馏塔、冷凝器、过冷器、蒸发器、吸收器、氨水泵、节流阀等部件组成。浓氨水溶液进入精馏塔，由低温热源驱动，发生器中出来的气氨、氨水被提浓，塔顶分离出一定流量的氨蒸汽进入冷凝器中，气氨在冷凝器中被冷却，并凝结成液氨；液氨在过冷器中过冷，过冷液氨送至需冷量的装置，经节流降压，进入蒸发器，在蒸发器内吸热蒸发，产生冷效应，达到制冷的效果。液氨变成气氨，送入吸收器中；另外，从发生器出来的稀氨水经溶液热交换器，再节流降压后进入吸收器，吸收来自蒸发器的气氨，吸收过程产生的浓溶液由氨水泵加压，经换热器吸热升温后，重新进入发生器，如此循环制冷。本实施例中的氨吸收式制冷单元7优选为双级氨吸收式制冷单元，所述的氨吸收式制冷单元7的发生器8、吸收器6和蒸发器9皆包含相应的双级部件。
本实施例中的冻干机单元采用的是现有技术常规的冻干机，其各个部件的连接方法和运行原理是本领域内的普通专业技术人员所共知的常识，冻干机中的冷阱 11内设有冷阱盘管12，冷阱11与干燥箱13相连接。
上述联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统的运行方法如下：
在冻干机单元开始运转之前，启动太阳能集热单元，通过循环加热将太阳能集热单元中的冷水加热至要求温度；
当冻干机单元开始运行时，通过太阳能集热单元对发生器8进行加热，为氨吸收式制冷单元7提供热量，驱动氨吸收式制冷单元7进行制冷，载冷剂在载冷剂循环管路中经过蒸发器9进行冷却，并将冷量输送至冷阱盘管12进行释放，为冷阱 11和干燥箱13提供工作所需的冷量：当载冷剂释放冷量后温度符合建筑空调单元的制冷要求时，关闭余热换热循环管路，载冷剂直接经过空调换热器17与建筑空调单元换热，并经过蒸发器9冷却后回流至冷阱盘管12进行下一个循环；当载冷剂释放冷量后过冷无法用于建筑空调单元的制冷时，打开余热换热循环管路，经过吸收器6加热的换热介质在余热换热器15中与过冷的载冷剂换热，使载冷剂升温，升温后的载冷剂经过空调换热器17与建筑空调单元换热，并经过蒸发器9冷却后回流至冷阱盘管12进行下一个循环。
当太阳能集热单元无法通过循环加热将太阳能集热单元中的冷水加热至要求温度时，通过打开设置于太阳能集热单元中的电加热器4进行辅助加热。
具体地：
在冻干机单元开始运转之前，开启集热循环泵2，将集热水箱1中的冷水泵入太阳能集热器3中，经太阳能集热器3加热后流回集热水箱1，完成一个加热循环，加热循环连续不断进行，将集热水箱1中的水加热至要求温度；当冻干机开始运行时，开启加热循环泵5，集热水箱1中的热水流入氨吸收式制冷单元7中的发生器 8，而后经加热循环泵5泵回至集热水箱1，从而对发生器8进行加热，进而驱动氨吸收式制冷机7进行制冷，冷阱泵10将经蒸发器9冷却的载冷剂泵入冷阱盘管12中，对冷阱11和干燥箱13进行制冷，向冷阱11和干燥箱13释放冷量后的载冷剂流经余热换热器15，当从冻干机单元流出的载冷剂过冷而无法运用于空调制冷时，开启余热泵14，将经过吸收器6加热后的冷却水泵入余热换热器15中，经加热的冷却水在余热换热器15中与过冷的载冷剂进行换热，使载冷剂温度达到空调制冷要求，符合要求的载冷剂经制冷循环泵16泵送至空调换热器17，载冷剂在空调换热器17中，对来自集水器18的冷冻水进行冷却，升温后的载冷剂流回至蒸发器9进行下一次循环，被载冷剂冷却后的冷冻水经分水器19流回至建筑空调单元末端，对建筑进行制冷。
当从冻干机单元流出的载冷剂温度符合空调制冷温度时，则无需开启余热泵 14对载冷剂进行加热，载冷剂直接通过制冷循环泵16泵送至空调换热器17中。
当发生器8需要加热，而太阳能集热器3因天气或故障等原因不能将集热水箱 1中的水加热至要求温度时，开启电加热器4进行辅助加热。
本发明所述的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制冷系统，形成制冷站复合应用。
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)

1.一种联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统，其特征在于，包括冻干机单元、氨吸收式制冷单元(7)、太阳能集热单元、换热单元和建筑空调单元，所述的冻干机单元具有冷阱(11)和干燥箱(13)，冷阱(11)内设有冷阱盘管(12)，氨吸收式制冷单元(7)具有发生器(8)、吸收器(6)和蒸发器(9)，所述的换热单元包括余热换热器(15)和建筑空调换热器(17)，所述的建筑空调单元具有集水器(18)和分水器(19)；
所述的太阳能集热单元与发生器(8)连接，通过换热为氨吸收式制冷单元(7)提供热量；所述的蒸发器(9)通过载冷剂循环管路与冷阱盘管(12)连接，并通过换热为冷阱(11)和干燥箱(13)提供冷量，沿介质流动方向，空调换热器(17)的冷侧连接在从冷阱盘管(12)至蒸发器(9)之间的载冷剂循环管路上，空调换热器(17)的热侧与集水器(18)和分水器(19)连接，余热换热器(15)的冷侧连接于冷阱盘管(12)和空调换热器(17)之间的载冷剂循环管路上，余热换热器(15)的热侧通过余热换热循环管路与吸收器(6)连接，用以进行热量交换。
2.根据权利要求1所述的联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统，其特征在于，所述的太阳能集热单元包括太阳能集热器(3)、集热水箱(1)以及连接于太阳能集热器(3)和集热水箱(1)之间的太阳能集热循环管路，所述的集热水箱(1)通过加热循环管路与发生器(8)连接，通过换热为氨吸收式制冷单元(7)提供热量。
3.根据权利要求2所述的联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统，其特征在于，所述的太阳能集热循环管路上设有集热循环泵(2)，所述的加热循环管路上设有加热循环泵(5)。
4.根据权利要求1所述的联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统，其特征在于，所述的太阳能集热单元设有电加热器(4)。
5.根据权利要求1所述的联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统，其特征在于，所述的氨吸收式制冷单元(7)为双级氨吸收式制冷单元。
6.根据权利要求1所述的联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统，其特征在于，沿介质流动方向，从蒸发器(9)至冷阱盘管(12)之间的载冷剂循环管路上设有冷阱泵(10)。
7.根据权利要求1所述的联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统，其特征在于，所述的余热换热器(15)和空调换热器(17)之间的载冷剂循环管路上设有制冷循环泵(16)。
8.根据权利要求1所述的联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统，其特征在于，所述的余热换热循环管路上设有余热泵(14)。
9.如权利要求1～8任一所述的联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统的运行方法，其特征在于：
在冻干机单元开始运转之前，启动太阳能集热单元，通过循环加热将太阳能集热单元中的冷水加热至要求温度；
当冻干机单元开始运行时，通过太阳能集热单元对发生器(8)进行加热，为氨吸收式制冷单元(7)提供热量，驱动氨吸收式制冷单元(7)进行制冷，载冷剂在载冷剂循环管路中经过蒸发器(9)进行冷却，并将冷量输送至冷阱盘管(12)进行释放，为冷阱(11)和干燥箱(13)提供工作所需的冷量：当载冷剂释放冷量后温度符合建筑空调单元的制冷要求时，关闭余热换热循环管路，载冷剂直接经过空调换热器(17)与建筑空调单元换热，并经过蒸发器(9)冷却后回流至冷阱盘管(12)进行下一个循环；当载冷剂释放冷量后过冷无法用于建筑空调单元的制冷时，打开余热换热循环管路，经过吸收器(6)加热的换热介质在余热换热器(15)中与过冷的载冷剂换热，使载冷剂升温，升温后的载冷剂经过空调换热器(17)与建筑空调单元换热，并经过蒸发器(9)冷却后回流至冷阱盘管(12)进行下一个循环。
10.如权利要求9所述的联合建筑运用太阳能吸收式制冷的冻干机系统的运行方法，其特征在于，当太阳能集热单元无法通过循环加热将太阳能集热单元中的冷水加热至要求温度时，通过打开设置于太阳能集热单元中的电加热器(4)进行辅助加热。
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